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1、,激光原理、设备介绍 工艺部 王圣 2017.6.30,目录,LASER 激光分类 激光原理 激光设备构造 PERC激光原理 激光边缘刻蚀隔离 TSL半片技术 532nm&1064nm 直线&虚线&点图案 皮秒&纳秒 高频&低频 空洞 常见异常,一、LASER,LASER：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 即 光线 放大 受激辐射 辐射 镭射=激光=LASER LASER作用： 特点：单色性、相干性和极佳的方向性 激光的空间控制性和时间控制性很好， 激光技术：激光打标技术、激光切割技术、激光焊接技术、激光快速成形技术
2、、激光打孔技术、 激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。,二、激光分类,对激光器有不同的分类方法，一般按工作介质的不同来分类 可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。另外，根据激光输出方式的不同又可分为连续激光器和脉冲激光器，其中脉冲激光的峰值功率可以非常大，还可以按发光的频率和发光功率大小分类 其中我们固体使用的激光器就是固体激光器，通过Q开关调制的准连续激光器。一般讲，固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特 点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离 子
3、，除了前面介绍用红宝石和玻璃外，常用的还有钇铝石榴石（YAG）晶体中掺入三 价钕离子的激光器，它发射1060nm的近红外激光。,三、激光原理,受激辐射：,处于高能级的原子，受外来光子的作用，当外来光子的频率正好与它的跃迁频率一致时，它就会从高能级跳到低能级，并发出与外来光子完全相同的另一光子。新发出的光子不仅频率与外来光子一样，而且发射方向、偏振态、位相和速率也都一样。于是，一个光子变成了两个光子。如果条件合适，光就可以象雪崩一样得到放大和加强。特别值得注意的是，这样放大的光是一般自然条件下得不到的“相干光”。,三、激光原理,三、激光原理,激光产生过程：,以红宝石激光器为例，原子首先吸收外部注
4、入的能量，跃迁至受激（E3）。 原子处于受激态的时间非常短，大约为107秒后，它便会落到一个称为亚稳态（E2） 的中间状态。原子在亚稳态的时间很长，大约是103秒或更长的时间。原子长时间 停留在亚稳态，导致在亚稳态的原子数目多于在基态的原子数目，此时的状态称就是 粒子数反转。其产生的结果就导致使通过受激辐射由亚稳回到基态（E1）的原子，比 通过受激吸收由基态跃迁至亚稳态的原子为多，从而保证介质内的光子可以增多，从 而形成激光。这就是典型的激光三能级系统。 当粒子受外界能量激励从E1到E3，由于E3能级寿命短，很快转移到上， 因能级E2为亚稳态，在E2、E1间实现粒子数反转分布。由于下能级E1为
5、基态，通 常总是积聚着大量的粒子，因此要实现粒子数反转，必须将半数以上的基态粒子激发 到E2上，所以，外界激励就需要有相当强的能力。,四、激光设备构造,激光器组成： 工作介质，谐振腔，泵浦光源系统,四、激光设备构造,泵浦光源系统：把处于低能态的粒子送到高能态去，就得有外力借助工具来实现，把这种工具装置称之为“光泵” 工作介质：被激励后能发生粒子数反转的活性物质 谐振腔： 有了激励源和工作介质可以产生受激辐射，但非常脆弱 ，不能形成可使用的激光，这时采用一种放大的方法来解决,谐振腔的作用正是加强介质中的受激放大作用 光学谐振腔是由两个反射镜组成，其一是全反的，另一个是部分透过的,激光光路系统 C
6、CD视觉影像系统 自动上下料系统 烟雾净化系统组件 工业控制电脑 接口电路与传感器,四、激光设备构造,某一激光光路系统,烟雾净化系统组件,采用四束分光技术，激光间距可调，每束激光刻独立开关,在刻蚀区一侧采用吹气设备把刻蚀产生的尘埃吹离刻蚀区域，在相反的一侧采用吸气设备吸收气体及层埃,四、激光设备构造,武汉帝尔激光设备主体图,五、PERC激光原理,PERC电池背面采用激光刻蚀技术对晶体硅太阳能电池背面钝化层介质膜进行激光开孔，让背面Al 与硅形成欧姆接触。 采用532nm激光器制备Al2O3钝化的晶硅电池，相比于传统晶硅电池全Al 背场的方式来对背表面进行钝化，不再把铝直接淀积在硅的背面。而是淀
7、积AlOx和SiNx介质层，然后用激光选择性开孔，最后是铝丝网印刷，烧结形成穿过孔洞的局部背场（BSF）接触，最大程度减少了背面金属接触面积及横向电阻，使金属与半导体界面的高速复合区域较少，从而提高了短路电流和开路电压局部线接触的方式降低电极接触面积，减小电极复合；实现了提升电池效率的工艺转移到电池背面。可提升转化效率0.5%（多晶硅电池）1%（单晶硅电池）。,五、PERC激光原理,激光波长选择532nm（通过1064nm倍频得到） 在此波长下，SiNx和AlOx对激光不吸收，仅Si吸收，所以底层的Si在吸收激光后迅速 燃烧（类似爆炸），高能带走上层的AlOx和SiNx，从而得到一个背场Al与
8、Si结合的窗口,五、PERC激光原理,六、激光边缘刻蚀隔离,激光边缘刻蚀技术，也称激光划线，不提高转换效率，但与其他刻蚀工艺比，减小效率损失,划片技术原理：通过激光在硅片表面形成一定深度的封闭刻痕，将正面电极、背面PN结隔离绝缘 激光刻边属于干法刻蚀方法：距电池边缘0.20.3mm划深度2030um，宽度为3040um的V形槽，较等离子体刻蚀，减小电池表面的有效面积损失，提高了转换效率 激光划边在丝网印刷浆料烧结后进行，等离子体在磷扩后进行,六、激光边缘刻蚀隔离,七、TLS半片技术,PERC：Half-cell Cutting with Thermal Laser Separation,七、TLS半片技术,Laser+breaking大量碎片 Laser结构粗糙，半个电池厚,TLS划片裂片光滑,八、532nm&1064nm,532 1064,532 1064,532 1064,532 1064,九、直线&虚线&点图案,十、皮秒&纳秒,十、皮秒&纳秒,十一、高频&低频,十二、空洞,十三、常见异常,漏打,激光线发黑,铝珠：调节烧结炉温度，检查激光功率是否异常，适当调节激光功率 漏打：镜片松动 激光线发黑：检查激光功率是否异常，适当调节激光功率，必要时反馈激光厂家 缺口：可pass,
