太阳能晶硅电池激光刻槽设备光机系统设计

                                       朱磊，张运海

                    (1.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 医用光学室，江苏 苏州)

                                   (2.江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州)

以激光在太阳能领域的应用为例，介绍了激光刻槽设备光机系统的组成及工作原理。该系统使用532nm短脉冲激光器，采用双激光器四分光路、两级激光扩束设计，重点解决了两级扩束自动调焦的问题。在多晶硅片上进行了刻槽试验，槽宽20μm～40μm，刻线深度可调节，线宽及线深均符合要求。

目前市场上的太阳能电池按照材料不同分为3类：晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池［1-2］。近年来，晶硅太阳能电池在提高效率和降低成本方面取得了较大的进展，进一步提高了它在光伏中的优势地位［3］。电池制备过程中，需要在晶硅电池片的表面刻出独立的窄槽，每个窄槽对应一个独立的电池单元，然后将各电池单元串联成一个太阳能电池组件。相比较丝网印刷和化学刻蚀等技术来说，刻槽后埋栅的电池具有接触电阻小、电流收集效率高、光电转化效率高的优点［4］。激光刻槽为非接触式加工，因此无应力产生，精度高，可精确刻画出微米级的凹槽。激光刻槽设备是整个太阳能晶硅电池制备工艺中的重要设备。激光精密刻槽设备包括光、机、电、软件及控制系统，本文着重从光机系统设计方面进行阐述。

1光路设计
    光路设计如图1所示，采用双激光器的方式，单个激光器出射的激光经过一级扩束系统扩束后，进入分光系统，采用5∶5分光棱镜，分成两路激光，两路激光再由两级扩束机构扩束，进入由振镜和F- theta镜组成的扫描聚焦系统。每个扫描聚焦系统对应一个扫描工位（图1中的1，2，3，4），在每个工位上完成对晶硅太阳能电池的刻槽，要求刻线宽度30～50μm，刻线深度满足工艺要求。激光器选用波长532nm的短脉冲激光器，性能参数如下：单路激光功率为13W，光斑直径为0.9mm，发散角为5mrad，脉冲不稳定性﹤50μrad。

图1光学布局示意图

2扫描聚焦系统设计

    扫描系统由振镜及F- theta镜组成。振镜核心为XY 扫描镜。将激光束入射到两反射镜上，控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X，Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，再通过Ftheta镜将扫描光束聚焦在太阳能晶硅电池的平面进行刻槽。

2.1振镜及F- theta镜光学参数

    标准晶硅太阳能电池的尺寸分为6英寸、6.5……

作者简介：朱磊（1979—），男 ，山东济宁人，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所工程师，硕士，主要从事光机系统设计、加工与装调方面的研究工作。

 

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