CN111843185B - 一种选择性发射极激光制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种选择性发射极激光制造装置，包括：激光发射部、光转换部、偏光镜、光束扩大部、控制器。激光发射部发射激光束；光转换部将激光束转换成相应的偏光；偏光镜允许未经偏光的激光束和经过偏光的激光束中的一种透射通过；光束扩大部将经由偏光镜透射的激光束扩大至设定倍数；熔融激光发出器接受扩大后的激光束并发射出熔融激光束至基板上设定位置；控制器与光转换部电性连接；其中控制器控制光转换部开启或关闭，以使熔融激光束在到达预设选择性发射极以外区域时关闭，在到达预设选择性发射极区域时开启。本发明选择性发射极激光制造装置，不需要掩膜即可形成选择性发射极，可以改善生产收率，显著节省装置的维持费用。

Description

一种选择性发射极激光制造装置

技术领域

本发明涉及激光制造领域，特别是一种选择性发射极激光制造装置。

背景技术

选择性发射极电池被认为是改善太阳能电池的效率的有效方式，“选择性发射极(selective emitter)”是为了减少正面电极和发射器层之间的接触电阻，而在与正面电极相接的区域设置相对较厚发射器层的发射极结构，这种选择性发射极结构可以实现电极下面的横向结，减少少数载流子空穴在此电极区域的复合，还可以降低金属与半导体的接触电阻所以制作选择性发射极太阳能电池，可以大幅度提高太阳能电池的转换效率。

现有选择性发射极的制作多采用激光熔融加工，使熔融激光发出器发出的激光束沿着预设选择性发射极位置照射，使掺杂源层的掺杂物向下侧扩散，形成比低浓度发射器层浓度更高的选择性发射极层。然而用于形成选择性发射极的激光束通常采用连续波(continuous wave)激光束或准连续波(quasi continuous wave)激光束。但是，在多个预设选择性发射极线条之间移动时，有必要使激光束不能照射预设选择性发射极之外的区域。如果与选择性发射极无关的基板的区域受到损伤，则会影响整体太阳能电池产品的性能。但是对于连续波激光发射部的情况，其内部没有安装控制激光束的输出的开关，因此在选择性发射极的加工过程中难以进行开/关转换。因此，现有技术中，多在基板上侧布置掩膜以保护非选择性发射极区域，但是，掩膜的引用大大需要附加的工艺以对齐掩膜和基板，使得工艺的生产效率下降。因此需要提供一种可以进行自动开关的选择性发射极激光制造装置，来解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种选择性发射极激光制造装置，用于解决现有选择性发射极激光制造装置，无法自主实现激光束在选择性发射极区域与非选择性发射极区域的启闭切换，以保护非选择性发射极区域免收损害的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种选择性发射极激光制造装置，包括：

激光发射部，所述激光发射部发射出连续波或准连续波激光束；

光转换部，所述光转换部将所述激光束转换成相应的第一偏光或第二偏光；

偏光镜，所述偏光镜允许未经偏光的所述激光束和经过偏光的激光束中的一种透射通过，并同时阻止另一种通过；

光束扩大部，所述光束扩大部将经由所述偏光镜透射的激光束扩大至设定倍数；

熔融激光发出器，所述熔融激光发出器接受扩大后的激光束并发射出熔融激光束至基板上设定位置；

控制器，所述控制器与所述光转换部电性连接；

其中，所述控制器控制所述光转换部开启或关闭，以使所述熔融激光束在到达预设选择性发射极以外区域时关闭，在到达预设选择性发射极区域时开启。

在本发明一示例中，所述选择性发射极激光制造装置还包括挡光部件和驱动装置，所述驱动装置驱动所述挡光部件动作，以切断或放行所述激光发射部和所述光转换部之间的激光束。

在本发明一示例中，所述熔融激光发出器包括扫描振镜和聚光透镜。

在本发明一示例中，所述光束扩大部包括变倍扩束镜。

在本发明一示例中，所述选择性发射极激光制造装置还包括箱体，所述箱体上设置有冷却空气进口和出口。

在本发明一示例中，所述激光发射部、光转换部、偏光镜、光束扩大部、熔融激光发出器的底座安装在同一架体上，所述架体卡装在所述箱体内的阻尼条之间并与所述阻尼条通过减震螺栓相连接。

在本发明一示例中，所述架体上设置有两个相平行第一立板和第二立板，所述激光发射部、光转换部、偏光镜、光束扩大部、熔融激光发出器的底座两端均通过调节式卡槽安装在所述第一立板和所述第二立板上。

在本发明一示例中，所述调节式卡槽包括：卡槽本体、阻尼件和至少两个调节体，所述阻尼件安装在所述卡槽本体的卡槽内，所述底座定位安装在所述阻尼件内，所述至少两个调节体从上往下抵靠压紧在所述底座上。

在本发明一示例中，所述底座上与所述调节体相对应的位置设置有凹槽，所述凹槽内安装有阻尼板，所述调节体螺纹连接安装在所述卡槽本体上，且端部顶紧在所述阻尼板上。

在本发明一示例中，所述熔融激光束的线宽大于10μm，且小于20μm。

如上所述，本发明选择性发射极激光制造装置，使激光束照射到基板上预定形成选择性发射极的区域，而不会照射到基板上预定选择性发射极之外的区域，不需要掩膜即可形成选择性发射极，可以改善生产收率，显著节省装置的维持费用。另外本发明选择性发射极激光制造装置通过光转换部、偏光镜和控制器来整体实现激光束的启闭，不仅可以控制激光束以较高的效率传送，而且通过偏光镜可以过滤掉一部分杂光，可以使照射到基板上的激光束质量均匀稳定，提高了选择性发射极的可靠性。

附图说明

图1为本发明选择性发射极激光制造装置一实施例的剖切示意图；

图2为图1中的A-A向剖视图；

图3为本发明选择性发射极激光制造装置一实施例中底座的安装示意图；

图4为图3中的I区域局部放大图。

图中：

1 选择性发射极激光制造装置

100 激光发射部

101 激光发射部的底座

200 光转换部

201 光转换部的底座

300 偏光镜

301 偏光镜的底座

400 光束扩大部

401 光束扩大部的底座

500 熔融激光发出器

501 熔融激光发出器的底座

502 熔融激光束

600 箱体

601 第一阻尼条

602 第二阻尼条

603 第三阻尼条

604 第四阻尼条

605 冷却空气进口

606 出口

700 架体

701 第一立板

702 第二立板

710 调节式卡槽

711 卡槽本体

712 阻尼件

713 调节体

714 阻尼板

800 挡光部件

801 挡光部件的底座

900 温度传感器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1至图4所示，本发明提供一种选择性发射极激光制造装置1用于解决现有选择性发射极激光制造装置，无法自主实现激光束在选择性发射极区域与非选择性发射极区域的启闭切换，以保护非选择性发射极区域免收损害的问题。

请参阅图1，本发明选择性发射极激光制造装置1，包括：激光发射部100、光转换部200、偏光镜300、光束扩大部400、控制器(未示出)。

所述激光发射部100发射出连续波或准连续波激光束；

所述光转换部200将所述激光束转换成相应的第一偏光(例如P偏光)或第二偏光(例如S偏光)；

所述偏光镜300允许未经偏光的所述激光束和经过偏光的激光束中的一种透射通过，并同时阻止另一种通过；

所述光束扩大部400将经由所述偏光镜300透射的激光束扩大至设定倍数；

所述熔融激光发出器500接受扩大后的激光束并发射出熔融激光束502至基板上设定位置；

所述控制器与所述光转换部200电性连接；

其中，所述控制器控制所述光转换部200开启或关闭，以使所述熔融激光束502在到达预设选择性发射极以外区域时关闭，在到达预设选择性发射极区域时开启。

本发明选择性发射极激光制造装置1，使激光束照射到基板上预定形成选择性发射极的区域，而不会照射到基板上预定选择性发射极之外的区域，不需要掩膜即可形成选择性发射极，可以改善生产收率，显著节省装置的维持费用。另外本发明选择性发射极激光制造装置1通过光转换部200、偏光镜300和控制器来整体实现激光束的启闭，不仅可以控制激光束以较高的效率传送，而且通过偏光镜300可以过滤掉一部分杂光，可以使照射到基板上的激光束质量均匀稳定，提高了选择性发射极的可靠性。

考虑到加工质量的稳定性，且现有用于发射极制作的激光发射部100多为连续波激光束而不是脉冲波激光束，并且内部不能进行Q开关，所以本实施例中的所述激光发射部100为内部不具有Q开关的连续波激光器，其发射出连续波激光束。而在本发明另外一实施例中，所述激光发射部100为内部不具有Q开关的准连续波激光发射部100，其发射出准连续波激光束。

本实施例中选择性发射极激光制造装置1中的所述光转换部200将由激光发射部100发射出的激光束转换成相应的P偏光或S偏光。

本发明选择性发射极激光制造装置1中的所述偏光镜300允许未经偏光的所述激光束和经过偏光的激光束中的一种透射通过，并同时阻止另外一种通过；本实施例中所述偏光镜300使经过光转换部200转换的偏光通过透射到光束扩大部400，并在经过光束扩大部400后进入熔融激光发出器500内，最后被熔融激光发出器500发射到到达预设选择性发射极区域以形成选择性发射极。并同时阻止未被光转换部200转换的激光束反射，以阻止其传递给后续的熔融激光发出器500。

本发明选择性发射极激光制造装置1中的所述光束扩大部400将经由所述偏光镜300透射的激光束扩大至设定倍数，以调节进入至所述熔融激光发出器500的激光束直径，从而控制由熔融激光发出器500发出的熔融激光束502的尺寸。

本发明选择性发射极激光制造装置1中的所述熔融激光发出器500接受扩大后的激光束并将熔融激光束502发射至基板上设定的选择性发射极位置。需要说明的是本发明中的熔融激光发出器500可以为现有能够将低能量激光束转换为高能量熔融激光束502的一切合适结构，本发明中所述熔融激光发出器500包括扫描振镜和聚光透镜。扫描振镜内设置有反射镜和旋转马达，其利用马达的旋转可以使入射到反射镜的光反射到预定的位置。通常可利用一对扫描振镜可以使激光束照射到基板上的预定位置。扫描振镜的机械惯性小，几乎不存在加减速区间，因此在照射一定功率的激光束的同时使激光束移动进行加工，可以在整个区间获得相同的加工品质。

本发明中可以单独设置一与光转换部200电性连接的控制器，也不另外配置控制器而通过整个制造装置控制器控制光转换部200的启闭，在上述两种情况下，控制器根据预先设定的熔融激光束502在基板上的移动轨迹来进行光转换部200的启闭，以使所述熔融激光束502在到达预设选择性发射极以外区域时关闭，在到达预设选择性发射极区域时开启。

需要说明的是，本发明中的偏光镜300可以为只允许P光通过的偏光镜300，也可以为只允许S光通过的偏光镜300，例如，若激光发射部100输出的激光束为S偏光，从控制器向光转换部200供给电源，使通过光转换部200的激光束转变为P偏光，如果偏光镜300的设计是使P偏光透射，使S偏光反射，那么被光转换部200转变为P偏光的激光束透射通过偏光镜300传送到熔融激光发出器500。当在选择性发射极以外区域需要关闭熔融激光束502时，通过控制器关闭光转换部200供给电源，那么通过光转换部200的激光束仍为S偏光，激光束被P透偏光镜300阻止通过，从而阻止熔融激光束502到达基板上选择性发射极以外的区域。

相反若偏光镜300设计为S偏光透射，P偏光反射，若激光发射部100发出的仍为S偏光，经光转换部200转换后的光为P光，则在光转换部200通电的情况下P光不能通过偏光镜300，从而无法到达基板，若控制器控制光转换部200断电，则激光发射部100发出的S偏光经激光发射部100后仍为S偏光，则可以透过偏光将到达熔融激光发出器500，并最终发射到基板上的设定选择性发射极区域。

需要说明的是，在上述情况中，在向光转换部200供给电源，以使光转换部200进行偏光的情况下，光转换部200的激光束的偏光以高电平有效，而在没有向光转换部200供给电源的情况下，通过偏光转换部200的激光束的偏光则可以适用低电平有效。

本发明中可以通过对控制器对光转换部200的启闭来实现光路的快速精准切断或放行，激光的能量损失较小，然而为了应对制造过程中可能会产生的多种状况，在本发明一示例中，所述选择性发射极激光制造装置1还包括挡光部件800和驱动装置，所述驱动装置驱动所述挡光部件800动作，以切断或放行所述激光发射部100和所述光转换部200之间的激光束。与光转换部200和控制器的光学切断不同，本发明中的挡光部件800与驱动装置为机械切断。挡光部件800设置在光转换部200和激光发射部100之间，并在驱动装置的作用下在光路外的某一位置与光路上的某一位置件移动，从而切断激光束或放行激光束。驱动装置可以为现有一切能够驱动挡光部件800由光路外设定位置直线移动或转动至光路上设定位置的一切动力源，如旋转马达、丝杠电机等，本发明中通过旋转马达来驱动挡光部件800，动作更加灵敏。需要说明的是本发明中对挡光部件800和驱动装置的安装形式不多做限定，本实施中，挡光部件的底座801安装在架体700上，且其上设置有允许激光束通过的通孔，挡光部件800在驱动装置的作用下遮挡所述通孔以对激光束进行切断或放行。

本发明中的光束扩大部400可以为一切合适的扩束镜形式，在本发明一示例中，所述光束扩大部400包括变倍扩束镜。变倍扩束镜设置在偏光镜300和熔融激光发出器500之间，变倍扩束镜可以自动调整内部透镜之间的相对距离，从而改变从变倍扩束镜射出并入射到熔融激光发出器500内的激光束直径。通常，入射到激光发射部100的激光束的直径变大使得激光束(L)的斑点尺寸变小，入射到激光发射部100的激光束的直径变小则激光束的斑点尺寸变大。

为了给上述各个元器件营造一个适宜的环境，在本发明一示例中，所述选择性发射极激光制造装置1还包括箱体600，箱体600罩装在所述激光发射部100、光转换部200、偏光镜300、光束扩大部400、熔融激光发出器500的外部，并使它们与外部环境隔离。

请参阅图1和图2，在本发明一示例中，所述激光发射部的底座101、光转换部的底座201、偏光镜的底座301、光束扩大部的底座401、熔融激光发出器的底座501均安装在同一架体700上，所述架体700的下部两侧卡装在第一阻尼条601和第二阻尼条602之间，所述架体700的上部两侧卡装在第三阻尼条603和第四阻尼条604之间；所述架体700通过减震螺栓(未示出)与所述阻尼条相连接，这种结构，不仅可以极大的减小光路上个元器件的安装误差，而且可以减小震动对光路的影响，使整个装置工作更加稳定。需要说明的是，本发明中各个元器件的安装方式也可以为现有其它一切合适的方式。

本发明中的所述架体700结构可以不多做限定，如图3至图4所示，作为本发明一示例中，所述架体700上设置有两个相平行第一立板701和第二立板702，所述激光发射部100、光转换部200、偏光镜300、光束扩大部400、熔融激光发出器的底座501两端均通过调节式卡槽710安装在所述第一立板701和所述第二立板702上。所述调节式卡槽710包括：卡槽本体711、阻尼件712和至少两个调节体713，所述阻尼件712安装在所述卡槽本体711的卡槽内，所述底座定位安装在所述阻尼件712内，所述至少两个调节体713从上往下抵靠压紧在所述底座上。所述阻尼件712易选取具有一定硬度和吸震能力的材料，如聚氨酯等，当需要调整光路时，旋拧相应的调节体713，以改变底座的倾斜度，从而对光路进行调节，这样结构中，每一底座所对应的调节体713以三个或四个为佳，调节体713既可以起到固定作用又可以起到调节作用。本发明中的调节体713易选取阻尼螺栓，通过阻尼螺栓和阻尼件712的配合，可以极大的减少震动对底座的影响。然而在本发明一示例中，所述底座上与所述调节体713相对应的位置设置有凹槽，所述凹槽内安装有阻尼板714，所述调节体713为普通螺栓，所述普通螺栓螺纹连接安装在所述卡槽本体711上，且端部顶紧在所述阻尼板714上。这种结构同样能够起到减震作用。

考虑到光学配件对温度的敏感性，本实施例中的箱体600上设置有冷却空气进口605和出口606，冷却空气从冷却空气进口605中流入，并通过出口606流出，从而对箱体600内的各个元气件进行降温。考虑到冷却的充分性，本实施例中冷却空气进口605和出口606分居于第一立板701和第二立板702两侧，气流进入箱体600均匀分开口从侧面进入架体700内，对各个元器件进行冷却，能够防止气流对光路产生不利影响。

为了获得稳定的熔融激光束502，作为本发明一示例，本实施例中选择性发射极激光制造装置1还包括冷空气供应装置(未示出，也可以外配)，所述箱体600内安装有温度传感器900，所述温度传感器900与所述控制器电性连接，控制器与冷空气供应装置的控制系统电性连接。当温度传感器900反馈的温度超标时，控制器控制冷空气供应装置或降低温度或增大风量以使箱体600内部的温度降至合适的范围内。考虑到激光发射部100温度较高，且对温度敏感，本实施中温度传感器900安装在架体700内侧靠近激光发射部100的附近。

通常采用脉冲振荡的激光束照射到基板上时，激光束的线宽较宽，但是在本实施例中激光发射部100发出的为连续波激光束或准连续波激光束，与脉冲振荡的激光束相比，具有相对窄的线宽，照射到基板上的激光束的线宽为10μm以上20μm以下。

综上，本发明选择性发射极激光制造装置，不需要掩膜即可形成选择性发射极，可以改善生产收率，显著节省装置的维持费用。另外本发明选择性发射极激光制造装置通过光转换部、偏光镜和控制器来整体实现激光束的启闭，不仅可以控制激光束以较高的效率传送，而且通过偏光镜可以过滤掉一部分杂光，可以使照射到基板上的激光束质量均匀稳定，提高了选择性发射极的可靠性，从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种选择性发射极激光制造装置，其特征在于，包括：

激光发射部，所述激光发射部发射出连续波或准连续波激光束；

光转换部，所述光转换部将所述激光束转换成相应的第一偏光或第二偏光；

偏光镜，所述偏光镜允许未经偏光的所述激光束和经过偏光的激光束中的一种透射通过，并同时阻止另一种通过；

光束扩大部，所述光束扩大部将经由所述偏光镜透射的激光束扩大至设定倍数；

熔融激光发出器，所述熔融激光发出器接受扩大后的激光束并发射出熔融激光束至基板上设定位置；

控制器，所述控制器与所述光转换部电性连接；

其中，所述控制器控制所述光转换部开启或关闭，以使所述熔融激光束在到达预设选择性发射极以外区域时关闭，在到达预设选择性发射极区域时开启；

所述选择性发射极激光制造装置还包括挡光部件和驱动装置，所述驱动装置驱动所述挡光部件动作，以切断或放行所述激光发射部和所述光转换部之间的激光束；

所述熔融激光发出器包括扫描振镜和聚光透镜。

2.根据权利要求1所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述光束扩大部包括变倍扩束镜。

3.根据权利要求1所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述选择性发射极激光制造装置还包括箱体，所述箱体上设置有冷却空气进口和出口。

4.根据权利要求3所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述激光发射部、光转换部、偏光镜、光束扩大部、熔融激光发出器的底座安装在同一架体上，所述架体卡装在所述箱体内的阻尼条之间并与所述阻尼条通过减震螺栓相连接。

5.根据权利要求4所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述架体上设置有两个相平行第一立板和第二立板，所述激光发射部、光转换部、偏光镜、光束扩大部、熔融激光发出器的底座两端均通过调节式卡槽安装在所述第一立板和所述第二立板上。

6.根据权利要求5所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述调节式卡槽包括：卡槽本体、阻尼件和至少两个调节体，所述阻尼件安装在所述卡槽本体的卡槽内，所述底座定位安装在所述阻尼件内，所述至少两个调节体从上往下抵靠压紧在所述底座上。

7.根据权利要求6所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述底座上与所述调节体相对应的位置设置有凹槽，所述凹槽内安装有阻尼板，所述调节体螺纹连接安装在所述卡槽本体上，且端部顶紧在所述阻尼板上。

8.根据权利要求1所述的选择性发射极激光制造装置，其特征在于，所述熔融激光束的线宽大于10㎛，且小于20㎛。

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