CN114083155A - 一种激光切割硅晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光切割硅晶片的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)提供一波长在2.0±0.2微米的光纤激光器，光纤激光器输出脉冲宽度不大于100纳秒的脉冲激光束；(2)将脉冲激光束透过待切割硅晶片聚焦至底面，自下而上移动聚焦点形成一个纵向裂纹；(3)移动聚焦点至切割轨迹的下一个位置；(4)重复步骤(2)和步骤(3)，直至形成切割包络；(5)裂片，完成对硅晶片的切割。本发明减小了热影响区，特别适合于对光伏电池使用的硅晶片的切割。

Description

一种激光切割硅晶片的方法
技术领域
本发明涉及一种光伏电池材料，具体涉及一种用于光伏电池的硅晶片的切割方法。
背景技术
太阳能行业中，光伏电池的生产中涉及了大规模的硅晶片的切割，目前，仍大量使用线切割的方式，但激光切割的应用已越来越多。
激光切割与传统的机械切割硅片相比，有比较大的优势，如：切割精度高、切缝窄、质量高、成品率高，不会造成材料的浪费并且切割面光滑；作为一种非接触式的切割方式，不会对产品造成形变或者产生脏污，是一种绿色环保的加工手段；最主要的一点是且切割效率相比传统切割大大提高。
然而，激光切割的热影响区的存在会对光伏电池的光电转换效率产生较大影响，虽然经过努力，目前切割中产生的热影响区的宽度已经很窄，大约在150um，但是要做到更低的热影响区非常困难。
中国发明专利CN110085702B公开了一种有效降低激光切割损失的高效光伏电池制作方法，通过使用激光于切割痕位置划线，然后通过制绒或者刻蚀后所划的线被腐蚀成浅槽，后续激光切割沿该浅槽切割，从而在不增加产线新设备的前提下可以通过增加的新的激光划线步骤降低常规电池切割后带来的电池效率下降和电池损伤问题，其中，在切割痕位置划线的第一激光的波长为200-800nm。该方案可以减小热影响区对光伏电池的影响，但是，加工过程中需要增加划线工序和腐蚀浅槽工序，使得整个加工过程复杂化，工序时间延长。
因此，如何在不使工艺复杂化的前提下减小激光切割的热影响区，对于激光切割在光伏电池用硅晶片上的应用有着重要意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种激光切割硅晶片的方法，减小热影响区的范围，以适合在对光伏电池用硅晶片的切割。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种激光切割硅晶片的方法，包括以下步骤：
(1) 提供一波长在2.0±0.2微米的光纤激光器，光纤激光器输出脉冲宽度不大于100纳秒的脉冲激光束；
(2) 将脉冲激光束透过待切割硅晶片聚焦至底面，自下而上移动聚焦点形成一个纵向裂纹；
(3) 移动聚焦点至切割轨迹的下一个位置；
(4) 重复步骤(2)和步骤(3)，直至形成切割包络；
(5) 裂片，完成对硅晶片的切割。
上述技术方案中，脉冲输出可以是时间上均匀分布的脉冲，可以是脉冲串, 每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，各脉冲串里的每一激光脉冲间的时间小于90纳秒，同一个脉冲串里的不同脉冲可以有不同的脉冲宽度。
上述技术方案中，所述光纤激光器主要由种子激光器和光纤放大器构成，种子激光器输出的激光束采用光纤放大器进行能量放大后输出激光，激光束的每个脉冲的峰值功率大于10千瓦。
上述技术方案中，所述种子激光器为调Q光纤激光器。
或者，所述种子激光器为增益调制的半导体光纤耦合激光器。
优选的技术方案，光纤激光器输出脉冲宽度为1ps～300ps。
或者，光纤激光器输出脉冲宽度为0.5ns～100ns。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
现有技术中，对硅片进行切割的激光波长，通常是在193nm至1064nm之间，由于YAG激光器的波长（1064nm）被认为能很好地用于电子带隙的硅，因此，目前商用的硅片激光切割设备通常都采用1064nm的YAG激光器。但是，因为该波长在硅片是不透过的（吸收率60%以上），不能使用自下而上的切割方法，只能自上而下。本发明使用了现有技术中不使用的2微米激光，能够透过硅晶片，因而可以采用自下而上的方法进行切割，从而减小热影响区，特别适合于对光伏电池使用的硅晶片的切割。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程示意图；
图2是本发明实施例一采用的装置结构示意图；
图3是本发明实施例二采用的装置结构示意图。
其中：1、切割头；2、待切割硅晶片；3、X/Y轴水平运动机构；4、振镜；5、X轴运动机构；6、Y轴运动机构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1，一种激光切割硅晶片的方法，包括以下步骤：
(1) 提供一波长在2.0±0.2微米的光纤激光器；
其中，光纤激光器主要由种子激光器和光纤放大器构成，种子激光器输出的激光束采用光纤放大器进行能量放大后输出激光，激光束的每个脉冲的峰值功率大于10千瓦。
脉冲输出可以是时间上均匀分布的脉冲，可以是脉冲串, 每一脉冲串里包括至少两个激光脉冲，脉冲宽度小于100纳秒，大于0.5纳秒，各脉冲串里的每一激光脉冲间的时间小于90纳秒，同一个脉冲串里的不同脉冲可以有不同的脉冲宽度。
(2) 将脉冲激光束透过待切割硅晶片聚焦至底面，自下而上移动聚焦点形成一个纵向裂纹；
(3) 移动聚焦点至切割轨迹的下一个位置；
(4) 重复步骤(2)和步骤(3)，直至形成切割包络；
(5) 裂片，完成对硅晶片的切割。
为实现上述方法，参见附图2的装置。图中，切割头1内设有聚焦光路，激光束被导入切割头1后，聚焦到待切割硅晶片2，切割头1可以跟随Z轴上下运动。待切割硅晶片2位于一具有X/Y轴水平运动机构3的工作台上。切割头1上下运动以改变聚焦点相对于硅晶片的高度位置，X轴和Y轴水平运动机构3带动硅晶片改变其与切割头1的相对位置，实现切割包络。
测试表明，采用本实施例的装置按自下而上方式进行切割，热影响区的宽度可以缩小至80微米。
实施例二：参见附图3，是实现本发明的方法的另一个装置。在光学头中设置振镜4，光学系统设置在X轴运动机构5上，待切割硅晶片位于具有Y轴运动机构6的工作台上。通过振镜4、X轴运动机构5、Y轴运动机构6的配合实现聚焦点的移动，形成切割包络。
测试表明，采用本实施例的装置按自下而上方式进行切割，热影响区的宽度可以缩小至75微米。

Claims (6)

1.一种激光切割硅晶片的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 提供一波长在2.0±0.2微米的光纤激光器，光纤激光器输出脉冲宽度不大于100纳秒的脉冲激光束；
(2) 将脉冲激光束透过待切割硅晶片聚焦至底面，自下而上移动聚焦点形成一个纵向裂纹；
(3) 移动聚焦点至切割轨迹的下一个位置；
(4) 重复步骤(2)和步骤(3)，直至形成切割包络；
(5) 裂片，完成对硅晶片的切割。
2.根据权利要求1所述的激光切割硅晶片的方法，其特征在于：所述光纤激光器主要由种子激光器和光纤放大器构成，种子激光器输出的激光束采用光纤放大器进行能量放大后输出激光，激光束的每个脉冲的峰值功率大于10千瓦。
3.根据权利要求2所述的激光切割硅晶片的方法，其特征在于：所述种子激光器为调Q光纤激光器。
4.根据权利要求2所述的激光切割硅晶片的方法，其特征在于：所述种子激光器为增益调制的半导体光纤耦合激光器。
5.根据权利要求1所述的激光切割硅晶片的方法，其特征在于：光纤激光器输出脉冲宽度为1ps～300ps。
6.根据权利要求1所述的激光切割硅晶片的方法，其特征在于：光纤激光器输出脉冲宽度为0.5ns～100ns。
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