CN108298803B - 一种激光切割玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光切割玻璃的方法，包括以下步骤：S1、玻璃清洗，利用清洗液对待切玻璃进行清洗；S2、初切割，将S1清洗后的玻璃固定于切割工作平台上，根据预设轨迹移动工作平台，对玻璃进行初切割；S3、臭氧处理，对S2初切割后的玻璃进行臭氧处理；S4、二次切割，将S3臭氧处理后的玻璃，沿着S2的切割痕迹进行二次切割，获得所需规格的玻璃。本发明的有益效果是：强化边缘效应，切割质量好，无裂纹，无二次污染。
Description
技术领域
本发明属于非晶硅太阳能电池制造领域，具体涉及一种激光切割玻璃的方法。
背景技术
非晶硅(a-Si)太阳能电池是在导电玻璃衬底上依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al)，光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，最后用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、底面玻璃封装。目前，非晶硅(a-Si)太阳能电池生产中第一步是利用砂皮带将玻璃的边角进行打磨，以减少玻璃边缘的应力，具有耗时长，打磨质量不稳定，容易出现边缘破裂，浪费材料等问题，同时打磨后要经过玻璃清洗机的五个步骤的清洗，工艺繁琐，影响了非晶硅(a-Si)太阳能电池的生产效率和质量。
自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，利用激光的高能量、单色性和方向性等优点来进行材料加工的技术已获得蓬勃发展。激光加工作为一种新型的特殊加工方法，主要具有以下优点：非接触加工，无污染，是一种绿色加工方式；加工适应性强，能加工各种材料，包括高硬度、高熔点及脆性材料等，解决了传统加工工艺中无法解决的难题；光斑易于控制，尺寸能聚焦到非常小的量级，可望满足定点加工、精细加工等加工精度要求极高的工艺需求；易实施自动化控制、能实现柔性加工和智能加工等特点；加工效率高、节约材料、经济效益好。
随着玻璃行业的蓬勃发展，玻璃材料的应用领域极具增加，对玻璃加工的要求也越来越严格，激光切割作为一种精密加工技术正逐渐成为玻璃深加工的主流。
CN107695533A公开了一种激光切割方法，包括步骤：在待切割基板的切割轨迹上覆盖吸热层；激光照射至所述吸热层并沿所述切割轨迹切割所述待切割基板；去除完成切割后的所述待切割基板上的吸热层。该发明利用再基板上覆盖吸热层，减小切割时温度梯度的大小，减少热应力的产生，进而减少裂纹等缺陷的产生，得到品质较佳的产品，但该发明的吸热层通过涂布或溅射或气相沉积的方式覆盖于所述待切割基板上，工艺复杂，且容易造成吸热层覆膜不均匀，影响切割质量。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明提供了一种热应力小，强化边缘效应，切割质量好，无裂纹，无二次污染，清洁方便的激光切割玻璃的方法。
一种激光切割玻璃的方法，包括以下步骤：
S1、玻璃清洗：
利用清洗液对待切玻璃进行清洗；
S2、初切割；
将S1清洗后的玻璃固定于切割工作平台上，根据预设轨迹移动工作平台，对玻璃进行初切割；
S3、臭氧处理：
对S2初切割后的玻璃进行臭氧处理；
S4、二次切割：
将S3臭氧处理后的玻璃，沿着S2的切割痕迹进行二次切割，获得所需规格的玻璃。
进一步地，S1中所述的待切玻璃为导电玻璃。
更进一步地，所述的导电玻璃具有单侧SnO2膜，所述的导电玻璃厚度为0.2-3.0mm，SnO2膜的厚度为100-300nm。
进一步地，所述的待切玻璃，在初切割前利用采用紫外-可见-近红外分光光度计进行光吸收度及透过率的验证测试。
进一步地，S1中所述的清洗液分别为分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；所述去离子水的电导率大于0.2us/cm，所述的清洗为先用分析纯丙酮或分析纯无水乙醇的对待切玻璃进行喷淋擦洗，然后用去离子水进行淋洗2-3次。
进一步地，S2中所述的预设轨迹可以为直线、曲线或二者组成的任意二维图形。
进一步地，S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为15-90min。
进一步地，S3中所述的臭氧处理，照射部位为初切割后导电玻璃表面形成的切割道。
进一步地，S2、S4中所述的切割为激光切割。
进一步地，所述的激光切割采用皮秒激光器，基本参数如下：
激光器：皮秒；
波长：1064nm/532nm；
脉宽：10ps；
重复频率：100-20000kHz；
最大功率：181W/96W；
聚焦光斑：40μm；
M2:1.2。
本发明的有益效果是利用皮秒激光器对导电玻璃上的SnO2膜进行切割，然后利用UV紫外灯照射产生臭氧对初切割形成的切割道进行处理，操作简单，质量稳定，增加了SnO2薄膜与玻璃的亲和性，提高了二次切割的精度和连续性；有利于避免切割裂纹、降低了切割面的粗糙度，提高切割质量和效率。
同时，利用清洗液对导电玻璃进行清理，避免切割过程中因杂质造成的切割线断线，避免影响切割质量和效率；有利于减少波长、吸光度的监测误差，提高材料的损耗，提高切割效率和质量。
本发明采用皮秒激光器，利用冷侵蚀，减少了热应力对玻璃造成的裂纹等损害，克服了因切割造成的边缘应力大的问题，避免了玻璃二次加工前的磨边处理，减少了工作强度，提高了切割质量和工作效率。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种激光切割玻璃的方法，包括以下步骤：
S1、玻璃清洗：
利用清洗液对待切玻璃进行清洗；
S2、初切割；
将S1清洗后的玻璃固定于切割工作平台上，根据预设轨迹移动工作平台，对玻璃进行初切割；
S3、臭氧处理：
对S2初切割后的玻璃进行臭氧处理；
S4、二次切割：
将S3臭氧处理后的玻璃，沿着S2的切割痕迹进行二次切割，获得所需规格的玻璃。
进一步地，S1中所述的待切玻璃为导电玻璃。
更进一步地，所述的导电玻璃具有单侧SnO2膜，所述的导电玻璃厚度为0.2mm，SnO2膜的厚度为140nm。
进一步地，所述的待切玻璃，在初切割前利用采用紫外-可见-近红外分光光度计进行光吸收度及透过率的验证测试。
进一步地，S1中所述的清洗液分别为分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；所述去离子水的电导率为1.2us/cm，所述的清洗为先用分析纯丙酮或分析纯无水乙醇的对待切玻璃进行喷淋擦洗，然后用去离子水进行淋洗2-3次。
进一步地，S2中所述的预设轨迹可以为直线、曲线或二者组成的任意二维图形。
进一步地，S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为60min。
进一步地，S3中所述的臭氧处理，照射部位为初切割后导电玻璃表面形成的切割道。
进一步地，S2、S4中所述的切割为激光切割。
进一步地，所述的激光切割采用皮秒激光器，基本参数如下：
激光器：皮秒；
波长：1064nm/532nm；
脉宽：10ps；
重复频率：100-20000kHz；
最大功率：181W/96W；
聚焦光斑：40μm；
M2:1.2。
实施例2
实施例2与实施例1的不同在于：S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为15min；其余条件同实施例1。
实施例3
实施例3与实施例1的不同在于：S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为30min；其余条件同实施例1。
实施例4
实施例4与实施例1的不同在于：S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为45min；其余条件同实施例1。
对照例5
对照例5与实施例1的不同在于：缺少S3中所述的臭氧处理的过程，其余条件同实施例1。
对照例6
对照例6与实施例1的不同在于：在S2初切割前进行臭氧处理30min，其余条件同实施例1。
利用共聚焦显微镜对实施例1-4和对照例5、6的导电玻璃的截面粗糙度Ra进行检测，检测结果分别为4.520μm、4.821μm、4.252μm、5.120μm、10.854μm和10.015μm，同时发现，实施例1-3的裂纹不明显、无挂渣，对照例5、6的裂纹比较明显，存在挂渣现象。以上结果表明，利用臭氧对二次切割厚度的切割导进行处理，可以改善导电玻璃切割面的粗糙度，减少裂纹产生，改善切割效果。根据本实验表明，对具有单侧SnO2膜的导电玻璃，所述的导电玻璃厚度为0.2mm，SnO2膜的厚度为140nm，利用发射波长为185nm的UV紫外灯管，对初切割后的切割道进行照射，照射时间为30min时，得到的切割玻璃的裂纹不明显，粗糙度最低，切割效果最好。
实施例7
一种激光切割玻璃的方法，包括以下步骤：
S1、玻璃清洗：
利用清洗液对待切玻璃进行清洗；
S2、初切割；
将S1清洗后的玻璃固定于切割工作平台上，根据预设轨迹移动工作平台，对玻璃进行初切割；
S3、臭氧处理：
对S2初切割后的玻璃进行臭氧处理；
S4、二次切割：
将S3臭氧处理后的玻璃，沿着S2的切割痕迹进行二次切割，获得所需规格的玻璃。
进一步地，S1中所述的待切玻璃为导电玻璃。
更进一步地，所述的导电玻璃具有单侧SnO2膜，所述的导电玻璃厚度为2mm，SnO2膜的厚度为140nm。
进一步地，所述的待切玻璃，在初切割前利用采用紫外-可见-近红外分光光度计进行光吸收度及透过率的验证测试。
进一步地，S1中所述的清洗液分别为分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；所述去离子水的电导率为1.2us/cm，所述的清洗为先用分析纯丙酮或分析纯无水乙醇的对待切玻璃进行喷淋擦洗，然后用去离子水进行淋洗2-3次。
进一步地，S2中所述的预设轨迹可以为直线、曲线或二者组成的任意二维图形。
进一步地，S3中所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管，所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为30min。
进一步地，S3中所述的臭氧处理，照射部位为初切割后导电玻璃表面形成的切割道。
进一步地，S2、S4中所述的切割为激光切割。
进一步地，所述的激光切割采用皮秒激光器，基本参数如下：
激光器：皮秒；
波长：1064nm/532nm；
脉宽：10ps；
重复频率：100-20000kHz；
最大功率：181W/96W；
聚焦光斑：40μm；
M2:1.2。
实施例8
实施例8与实施例7的不同在于：所述的导电玻璃厚度为2.8mm，SnO2膜的厚度为140nm；其余条件同实施例6。
对照例9
对照例9与实施例7的不同在于：缺少S3中所述的臭氧处理的过程；其余条件同实施例6。
利用共聚焦显微镜对实施例7、8和对照例9的导电玻璃的截面粗糙度Ra进行检测，实施例7、8和对照例9的检测结果分别为7.685μm、8.129μm和18.211μm，同时发现，实施例7、8的裂纹不明显，无挂渣，对照例9的裂纹明显，存在严重挂渣现象。玻璃材料本身对入射激光的线性吸收率决定其内部自由电子对激光能量的吸收程度，臭氧照射可能使部分电子从价带激发至导带，从而使其对激光的吸收系数大大增加，形成了一种类似金属材料对激光的吸收模式，从而增加激光切割玻璃的厚度，减少切割过程中裂纹，降低切割面的粗糙度，提高切割效果和质量。
Claims (9)
1.一种激光切割玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、玻璃清洗：
利用清洗液对待切玻璃进行清洗；所述的待切玻璃为导电玻璃，所述的导电玻璃具有单侧SnO2膜；
S2、初切割；
将S1清洗后的玻璃固定于切割工作平台上，根据预设轨迹移动工作平台，对玻璃进行初切割；
S3、臭氧处理：
对S2初切割后的玻璃进行臭氧处理；所述的臭氧处理为采用UV紫外灯管照射；
S4、二次切割：
将S3臭氧处理后的玻璃，沿着S2的切割痕迹进行二次切割，获得所需规格的玻璃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的导电玻璃厚度为0.2-3.0mm，SnO2膜的厚度为100-300nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的待切玻璃，在初切割前利用采用紫外-可见-近红外分光光度计进行光吸收度及透过率的验证测试。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述的清洗液分别为分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；所述去离子水的电导率大于0.1us/cm，所述的清洗为先用分析纯丙酮或分析纯无水乙醇的对待切玻璃进行喷淋擦洗，然后用去离子水进行淋洗2-3次。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述的预设轨迹为直线、曲线或二者组成的任意二维图形。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中所述的UV紫外灯管的发射波长为185nm，照射时间为15-90min。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S3中所述的臭氧处理，照射部位为初切割后导电玻璃表面形成的切割道。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2、S4中所述的切割为激光切割。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的激光切割采用皮秒激光器，基本参数如下：
激光器：皮秒；
波长：1064nm/532nm；
脉宽：10ps；
重复频率：100-20000kHz；
最大功率：181W/96W；
聚焦光斑：40μm；
M2: 1.2。
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