CN201931206U - 晶硅太阳能电池钻孔设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及晶硅太阳能电池钻孔设备，激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有旋光模组，旋光模组的输出端布置有扫描振镜装置，扫描振镜装置包含CCD镜头、转角镜片、振镜头和扫描场镜，转角镜片与旋光模组的输出端相衔接，转角镜片上安装CCD镜头，转角镜片的输出端连接振镜头，振镜头的输出端连接扫描场镜，扫描场镜正对于加工平台，加工平台安装于X轴直线导轨上，X轴直线导轨安装于Y轴直线导轨上，Y轴直线导轨与X轴直线导轨相垂直。具备同轴影像模组的扫描振镜结构实现了高速的小孔跳转和影像实时监测功能。该设备具有钻孔精度高、小孔圆度好、热效应区域小、钻孔直径50μm～300μm连续可调等特点。

Description

晶硅太阳能电池钻孔设备

技术领域

本实用新型涉及一种激光钻孔设备，尤其涉及用于晶硅太阳能电池钻孔设备，属于激光精密加工制造技术领域。

背景技术

近年来由于环保意识的提高以及石油短缺日益严重，如何有效利用取之不尽，用之不竭的太阳能，降低太阳能电池发电成本，逐渐成为全球太阳能电池生产研发机构的共同研发目标。

太阳电池原理主要是以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质：当掺入硼杂质时，硅晶体中就会存在一个空穴，形成n型半导体；同样，掺入磷原子后，硅晶体中会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体和n型半导体结合形成pn结，当太阳光照射时，pn结中n型半导体的空穴往p型区移动，而p型区的电子往n型区移动，从而形成n型区到p型区的电流，在pn结中形成电势差，这就形成了电源。

太阳能电池的生产工艺环节中电极的制作为重要的工艺环节，传统的工艺手段是采用丝网印刷技术，共包括三个环节，正面银印刷、背面铝面印刷、背面银电极印刷。正面银印刷是在电池片的正面用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极，要求栅线间距约3mm，宽度约0.1～0.12mm。背面铝印刷是在电池片的背面采用铝银浆料印刷整面。背面银电极印刷是在电池片的背面用银浆印刷两条电极导线作为电池片的电极。采用传统丝网印刷的工艺制造的电池电极高宽比较小，侧面电流引起的能量损失较大，同时表面电极面积较大造成较高的入射光遮蔽能量损失，以上两种因素严重阻碍了晶硅太阳能电池的转化效率。

MWT(metal wrap through)电池由于把正面电极较宽的部分转移到背面电极，使其不仅可以通过激光钻出连接正、背电极的金属电极通孔，提高电极的高宽比，而且正面的电极面积减少进一步降低了入射光被遮挡的比例。MWT对太阳能电池转换效率比较传统工艺有明显的提升，当正面金属电极线宽为120um时，传统电池用为侧面电流产生所损失的能量为2.5％，电极对入射光的遮蔽损失的能量为7.5％，合计为10％；而MWT电池的能量损失分别为1.5％和5.8％，合计为7.3％，较传统电池少了1/4。因此以MWT所制造的125mm*125mm多晶硅太阳能电池可达18％，较传统的丝网印刷工艺制造的太阳能电池高了1％。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种晶硅太阳能电池钻孔设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

晶硅太阳能电池钻孔设备，特点是：激光器的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有旋光模组，旋光模组的输出端布置有扫描振镜装置，所述扫描振镜装置包含CCD镜头、转角镜片、振镜头和扫描场镜，转角镜片与旋光模组的输出端相衔接，转角镜片上安装CCD镜头，转角镜片的输出端连接振镜头，振镜头的输出端连接扫描场镜，扫描场镜正对于加工平台，加工平台安装于X轴直线导轨上，X轴直线导轨安装于Y轴直线导轨上，Y轴直线导轨与X轴直线导轨相垂直。

进一步地，上述的晶硅太阳能电池钻孔设备，其中，所述激光器是输出波长为可见光532nm或紫外光355nm的半导体端面泵浦激光器。

本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本实用新型采用高性能半导体端面泵浦激光器保证激光钻孔的品质和效率，具备同轴影像模组的扫描振镜结构实现了高速的小孔跳转和影像实时监测功能。该设备具有钻孔精度高、小孔圆度好、热效应区域小、钻孔直径50um～300um连续可调等特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1：本实用新型设备的光路结构示意图；

图2：扫描振镜装置的结构示意图；

图3：加工平台的结构示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

具体实施方式

本实用新型涉及的晶硅太阳能电池钻孔设备采用高功率半导体泵浦光源在晶硅电池表面加工直径50um～200um的通孔，电池电极通过该通孔实现电池正、背电极的导通，即形成所谓的MWT电池工艺，最终使得太阳能电池达到更高的转化效率。

晶硅太阳能电池钻孔设备，包括激光器、光学系统、加工平台、控制系统和影像系统，激光器发出的激光经过光学系统聚焦于放置在加工平台上的加工材料的表面，控制系统用于激光器、加工平台、影像系统的综合控制。扫描振镜装置，用于大幅面钻孔时小孔之间的快速跳转。旋光模组旋转速度达到0～10000转/分钟连续可调，旋光模组钻孔直径50um～300um连续可调。加工平台开有真空吸附小孔和钻孔槽，钻孔槽与集尘器连接，保证钻孔碎屑及时排除。控制系统包含运动控制卡和驱动器，通过电机内部的光栅尺形成角度位置精密闭环控制。影像系统采用激光同轴影像模组，对加工样品进行精确对位和加工过程的实时监测。如图1所示，激光器1是输出波长为可见光532nm或紫外光355nm的半导体端面泵浦激光器，激光器1的输出端设置有扩束镜2，扩束镜2的输出端布置有旋光模组3，旋光模组3的输出端布置有扫描振镜装置4，如图2所示，扫描振镜装置4包含CCD镜头8、转角镜片9、振镜头10和扫描场镜11，转角镜片9与旋光模组3的输出端相衔接，转角镜片9上安装CCD镜头8，转角镜片9的输出端连接振镜头10，振镜头10的输出端连接扫描场镜11，扫描场镜11正对于加工平台5，加工平台5安装于X轴直线导轨6上，X轴直线导轨6安装于Y轴直线导轨7上，Y轴直线导轨7与X轴直线导轨6相垂直。

激光器1出射的激光入射到扩束镜2中，该扩束镜2具有可调倍率与发散角功能，可对出射激光光斑直径及发散角进行连续调节。经扩束镜2后入射到旋光模组3中，该旋光模组3转速0～10000转/分钟连续可调，旋转钻孔直径50um～300um连续可调。经旋光模组3后入射到扫描振镜装置4中，该扫描振镜装置4的作用包括将入射激光光束聚焦以及实现钻孔平面内小孔之间的快速跳转。经扫描振镜4后激光光斑在吸附于加工平台5上的工件表面聚焦。

其中，激光光束入射到扫描振镜装置的转角镜片9，该转角镜片9对激光光束全透射，对影像光束全反射。入射的激光光束透过转角镜片9入射到振镜头10，激光光束经过振镜头入射到扫描场镜11，激光光束透过扫描场镜11聚焦于工件表面。工件表面的影像光反射进入扫描场镜11，影像光通过扫描场镜11入射到振镜头10，影像光通过振镜头10入射到转角镜片9，转角镜片9对影像光全反射，影像反射光成像于CCD镜头8。

如图3所示，加工平台5表面有3个定位销12，3个定位销12组成直角靠山。加工平台5表面有若干真空吸附小孔13，具体应用时保证加工平台5和工件之间不会相对滑动。加工平台5表面设计有钻孔槽14，具体应用时钻孔槽内部通有集尘气流，保证钻孔后的材料残渣的排泄。

实际加工时，加工工件按照定位销12放置于加工平台5表面，依靠真空吸附小孔13保证加工工件和加工平台5之间不会产生相对滑动，通过具备同轴影像模块的扫描振镜装置4中的CCD镜头8对工件进行精确平面对位，激光光束经过旋光模组3后绕光轴高速旋转，旋转激光光束经过扫描振镜4聚焦于加工工件表面，小孔之间的快速跳转由扫描振镜装置4实现，钻孔后的材料残渣通过钻孔槽排泄。

需要理解到的是：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.晶硅太阳能电池钻孔设备，其特征在于：激光器(1)的输出端设置有扩束镜(2)，扩束镜(2)的输出端布置有旋光模组(3)，旋光模组(3)的输出端布置有扫描振镜装置(4)，所述扫描振镜装置(4)包含CCD镜头(8)、转角镜片(9)、振镜头(10)和扫描场镜(11)，转角镜片(9)与旋光模组(3)的输出端相衔接，转角镜片(9)上安装CCD镜头(8)，转角镜片(9)的输出端连接振镜头(10)，振镜头(10)的输出端连接扫描场镜(11)，扫描场镜(11)正对于加工平台(5)，加工平台(5)安装于X轴直线导轨(6)上，X轴直线导轨(6)安装于Y轴直线导轨(7)上，Y轴直线导轨(7)与X轴直线导轨(6)相垂直。

2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池钻孔设备，其特征在于：所述激光器(1)是输出波长为可见光532nm或紫外光355nm的半导体端面泵浦激光器。

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