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1、背钝化激光开窗工艺培训,目 录,一、帝尔激光设备构造 二、激光开窗简介及激光器软件操作 三、激光开窗设备参数对电性能的影响 四、常见异常分析,一、帝尔激光设备构造,该系统是专门针对PERC电池背钝化量产的激光加工设备，它是融合激光、机器人、CCD视觉影像等技术于一体的自动化控制系统。 该系统充分考虑生产线的实际情况，将两条独立生产线并列组合在一起，配置两台绿光激光器，形成了双线大产能设备，在产能和性能上做了进一步的调整和改善，取得了突破性的成绩。并且提供专用的软件系统，用户可以很方便的调用事先确认好的工艺模板进行加工操作，整个使用过程快捷简单。另外，本系统搭载有精确高效的CCD视觉定位和扫描振
2、镜系统，特别适合在要求高精度的材料上进行微细加工。利用该系统加工出的图形区域具有定位准确、高一致性、几乎无热影响区等特性。,1.1 概述,1.2 整机结构,该设备由上下料机，加工主机，激光器，抽尘机等四部分组成。,设备实物图,主机结构： 1、激光光路系统(包括激光头、45度反射镜、扩束镜、光阑、高速扫描振镜、场镜、光路封闭盖板)； 2、CCD视觉影像系统（包括CCD镜头、CCD面光源、软件）； 3、工业控制电脑； 4、传送系统（包括上下料吸盘嘴、DD马达、旋转工作台、上下料传送模组、气路气动机构）； 5、接口电路与传感器； 6、烟雾净化系统组件（包括台面清洁风刀、加工除尘风刀、抽尘口装置等）。
3、 上下料接驳台结构： 1、上下料传送模组； 2、装载机构（包括升降电机、升降模组、压紧机构）； 3、接口电路与传感器。 烟雾净化系统结构： 1、烟雾净化系统主机（包括风机、滤筒、脉冲阀）； 2、烟雾净化组件（包含主机台面清洁风刀、加工除尘风刀、抽尘口装置和抽尘机排灰管道）。,1.3 技术指标（厂家提供）,二、激光开窗简介及激光器软件操作,2.1 激光开窗简介,激光开窗是利用激光在硅片背面进行打孔或开槽，将部分AL2O3与SiNx薄膜层打穿露出硅基体，背电场通过薄膜上的孔或槽与硅基体实现接触。,2.1.1 激光加工原理,加工原理为具有较高能量密度的激光束照射在被加工材料表面，材料表面吸收激光能量
4、，温度上升，产生熔融、烧蚀、蒸发，从而达到去除表层的目的。,激光又名镭射（Laser）,它的全名是“辐射的受激发射光放大”。,（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）,2.1.2 开窗原理及作用,激光加工时，材料变化主要分为5个主要过程,1、通过热激发或光激发产生导带电子。,2、导带电子通过雪崩电离和焦耳加热吸收能量形成等离子体。,3、等离子体通过电子声子耦合将能量传递给材料品格。,4、品格被加热材料熔化、升华。,5、物质的热扩散和声声冲击波引起周围物质的变化。,2.2激光器开关控制,1、双击桌面激光器控制软件图标，出现
5、如下图所示激光器控制界面。,将“数据读取”打到“on”，等到“激光头温度”升到138后，将“数据读取”打到“off”。,2、单击“激光开机”，后等待5s，系统提示激光开机完成，如图：,3.设置激光器参数：软件默认激光器功率及频率分别为90%和600KHz，其中600KHz是该激光器最大频率，故设置时输入频率值不可大于600。激光器开机时的实际默认功率为10%，故需重新设置激光器功率及频率参数，后分别单击“套用”即可。 (开启激光器后需预热5-10分钟方可正常使用) 4.关闭激光器时，应先将激光器功率设置为0，并单击“套用”，后单击“激光关机”来关闭激光器。,2.3 Markingmate振镜校
6、正,2.3.1、首先新增加所用的场镜，设置镜头名称 进入软件主界面-“档案”菜单-“选项”，选择“扫描头”下的“镜头管理员”，点击“新增镜头”，此时输入当前使用的场镜名称。在软件主界面左侧“属性页”，同样有“镜头管理员”选项。 2.3.2、设置镜头雕刻范围 新增场镜后，在“属性页”-“使用镜头”，选择新增的镜头，点击“校正”，在“镜头校正”对话框中，设置该场镜对应的雕刻范围，该值最好是场镜厂商提供的实际雕刻范围值。 注意，在“镜头校正”对话框中，仅需要输入“雕刻范围”，务必保证X与Y的“放缩比例”是100%。 2.3.3、选择格点法进行校正 在“镜头校正”对话框中，当设置好当前场镜头的雕刻范围
7、后，勾选右边的“使用校正档”，点击最右边的“调正校正档”，在弹出的对话框中选择“格点法”，进入到“格点校正”对话框。,2.3.4、设定放缩比例（K值），直到放缩比例调整到实际雕刻出来的图形最短中心线略大于镜头的工作范围为止； 设定放缩比例应该从小到大设置，也就是说在开始校正时应选择一个较小的K值再到右侧点击“试刻”，不断重复上述步骤，逐渐选择较大一级的K值，直到设置的K值符合上述要求。 2.3.5、设置好K值后，将实际雕刻测出来的最短中心线输入到“步骤3”文本框中。在取这个最短中心线长度的时候，建议输入较小且容易分割的整数（偶数）； 例如，镜头雕刻范围是100mm*100mm，若实际测量出来的
8、最短中心线是109.5，建议输入108mm，此时再进行接下来的校正时，“试刻”功能是按照108mm*108mm进行的校正。 2.3.6、回到“步骤1”，在“样本点数”处，选择需要测试的格点数量，格点数量越多，校正结果越精确； 2.3.7、确保工作平台位于待加工物件焦点处，准备一块平整的硬质材料作为格点校正的标刻材料；,2.3.8、设置“雕刻类型”中的算法、雕刻输出类型、是否输出文字编号； 在“步骤4”处，点击“输入校正值”，此时弹出“格点校正”对话框，点击右侧“雕刻类型”，进入雕刻类型对话框，在“选择演算法”中选择其中一个算法。使用哪一种算法应该根据实际雕刻出的效果来决定，如果雕刻效果好，线条
9、直，则选择该算法就OK。一般我们取默认的算法。在“雕刻类型”下拉菜单下，一般我们选择“输出线”。选择输出线的话，最终雕刻会形成网格，便于我们在二次元上取点进行测量。最后，勾选“输出文字”项，勾选后会在网格点旁边打出每个点的编号，便于我们后续测量。 2.3.9、直接在“格点校正”对话框右侧点击“试刻”，此时将按照我们选择的格点和最短中心线范围标刻出网格； 雕刻好后的网格线上面，我们可以看到每个格点旁边会标有数字编号。 2.3.10、把已经试刻好的校正板放在二次元测量仪上，注意放置方向，保证第一个点在左下角，最后一个点在右上角。依次测量出每个点的坐标（保留到小数点后四位以上）。测量完毕之后，将所有
10、点的坐标减去中间点坐标，得出的所有坐标值处理成TXT格式的文档。保证文档格式为序号+空格+坐标Y值+空格+坐标X值（不用“+”）如： 1 -80.08787 -80.04622,打开MarkingMate软件，点击“工作范围”“校正”，在弹出的对话框中勾选使用校正档，选择之前新增的镜头，然后点击“调整校正档”，然后在点击“输入校正值”，在弹出的对话框中，先点击“试刻”（提示：此时会出激光，工作台面上最好不要放工件），然后点击“从档案.”在弹出的的对话框中找到之前生成的txt文件，然后导入进去，然后再点击一遍“试刻”，此次校正完成。 一般来说，振镜校正可能需要两到三次才才能保证精度，所以一般第一
11、次校正完成之后需要在第一次的基础上重新再做两次校正，校正的步骤同上（不需要再新增镜头，从第九步开始）。,2.4 软件界面与功能,开始运行程序时，显示启动界面，程序在后台进行初始化操作。,2.4.1 软件主界面,主界面分为三个区块，分别是：A区加工图形显示区；B区上下料与主机控制区；C区综合控制区,在作业员模式下，系统参数不会被显示和修改。 如果需要对系统参数进行修正，需要切换到工程师模式，点击“权限”按钮，系统提示输入密码，输入正确后，界面显示所有参数 。,2.4.2 A区功能介绍,CCD显示界面功能说明,2.4.3 B区功能介绍,功能从上到下，依次介绍： 右上方RESET:总复位键，开机时单
12、击可进行整体复位。 A:可手动控制A,B吸盘负压开关及复位；手动控制进出料缓存的移动，并实现对电磁阀和sensor进行控制和监视； B:可手动控制抓料电机90度旋转及复位功能，并实现对电磁阀和sensor进行控制和监视； C:可手动控制上下料的负压及其他开关，并实现对电磁阀和sensor进行控制和监视；,2.4.4 C区功能介绍,C区为综合控制区:,单次拍照，通过串口发送指令给相机，相机收到指令后拍照工件位置，并反馈位置信息给上层软件。并可根据需要设置CCD基准点位置，后单击“套用”，此项目在设备出机前已设置完成。,在软件中可以修改这几个参数，后单击“套用”，即可保存到加工文件之中。,点击读取
13、按钮后，选择合适的图形文件，打开后，文件中的雕刻速度和实虚线比例被读取，点击starmark，电机和CCD都不动作，只有振镜和激光器进行加工。,可实现CCD和图形显示界面切换。激光的开关一般在激光控制软件中实现，故此处仅可实现关闸的手动控制开关,可实现激光功率的实时监控，并手动控制上下料花篮的进出。,可实现操作权限切换功能。,在自动加工过程中，为了记录产能，需要实时更新加工片数和加工时间，在软件界面上有这两个数据的实时显示，并可以在任意时刻清零，便于重新计数。,1.,，控制上料接驳台是否进料 。,2.,，整个系统将进入自动运行状态，运行已经设定好的加工程序，快捷键 F1。,3.,4.,，暂时停
14、止在运行的加工程序，点击继续，加工程序继续运行。,，软件运行急停按钮。,5. 无门保护：勾选时门保护功能关闭，在设备门未关闭情况下也可正常加工。 6. CCD光源：勾选时CCD光源功能打开。 7. 照明灯：勾选时照明灯打开。 8. 花篮不满载：勾选时花篮可不满载运行。 9. 无激光检测：勾选时不能进行激光强弱检测。 10. 检修：勾选时启动检修模式，设备停止运行。,主机自动化流程，如图所示:,2.4.5 接驳台功能介绍,上料接驳台和下料接驳台同样，可以手动操作接驳台中的各运动电机，并可复位上下料接驳台。 由于实际组装调试设备存在差异性，例如出托盘位置，上料起点位置等等参数可能每台设备不一致，所
15、以将这些可变参数保存到上层软件之中，可以根据实际状况修改到下层实时系统之中。如图所示：,上下料接驳台自动化流程，如图所示：,2.4.6 控制界面切换到MarkingMate编辑模式,为了方便操作，在控制界面中可点击下图的MarkingMate按钮，切换到MarkingMate编辑模式之中。,系统提示，在切换到MarkingMate之后，需要首先进行的操作，如下图所示，请务必完成这两个动作，否则激光器可能出现异常。,三、设备各参数对电性能的影响,3.1 实验过程,3.1.1 实验样品,本实验选取的样品采用成熟的PERC技术，每组样品激光开窗处理之前工艺完全相同，且背面SixNy颜色相近(SixN
16、y颜色随着厚度呈周期性变化)，以保证实验样品的一致性和实验数据的准确性。,3.1.2实验研究内容,实验研究背钝化技术在激光开窗过程中激光设备各项参数等对电池性能的影响，主要研究内容为： 1)不同激光功率对电池片性能的影响。实验根据激光器固定参数设定不同的输出功率，以研究不同功率条件下电池片的性能。 2)不同输出频率对电池片性能的影响。实验通过调整激光器输出频率，探究不同频率条件下的开窗平滑度及电池片性能。 3)不同开窗形貌对电池片性能的影响。实验通过改变激光开窗线宽及开窗线型，探究不同开窗形貌条件下的电池片性能。,3.1.3实验工艺流程,原硅片经过成熟的常规工艺制绒、扩散、刻蚀及氧化后；在硅片背表面生长一层厚度约58m的Al2O3 ，本实验采用原子层淀积(ALD)的方式生长Al2O3；在Al2O3表面镀一层约150m的SixNy保护层后，使用PECVD技术在硅片正表面镀一层厚度约为80m的SixNy减反膜；最后采用激光技术在硅片背面开窗，打通铝背场与硅片基本的连接通道，使铝背场在印刷烧结后能与硅片产生有效欧姆接触；硅片开窗后采用相同工艺经过印刷烧结
