专利名称：一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法
技术领域：
本发明属于激光微纳加工、太阳能光伏和半导体制造领域，特别涉及一种晶硅高速精密激光刻蚀的装备和工艺方法。
背景技术：
太阳能发电以其无污染、安全、维护简单、资源永不枯竭等特点，被认为是21世纪最重要的新能源，而占据世界光伏市场80%以上的份额。晶硅太阳能电池广泛应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品。并且随着晶硅价格连续创新低，晶硅太阳能电池成本也会大幅下降，晶硅电池具有使用寿命长，转化效率高等特点，与传统的薄膜电池具备极大竞争性和优越性，是未来太阳能发展的趋势和市场应用的主流。而目前困扰晶硅太阳能发电发展的要素之一在于晶硅太阳能电池的转化效率以及加工成本和效率。晶硅太阳能电池上的晶硅片所用栅线，传统方法都是靠印刷银浆上去， 然后做成电路。这种方法印刷银浆宽度最细只能达到lOOum，且良品率较低，线性不均勻，更换不同批次产品较为繁琐，需要引入化学药水清洗，污染环境；绷网张力值较小，成品材料耐磨性、耐化学药品性较差，易老化发脆。这种印刷方式工序复杂、生产中需要较多耗材，产线需要较多人力维护，局限性较大。这样印刷后太阳能电池模组，接触电阻大，自由电子数量损耗较大，遮光面积加大，影响到晶硅太阳能发电效率和生产成本。因此，晶硅的生产工艺不能满足现代太阳能技术发展的需要，严重影响了太阳能技术的高速发展。
发明内容
为解决上述背景技术中所提出的现有技术领域晶硅的生产工艺不能满足太阳能技术发展需要的问题，本发明提供以下技术方案一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，包括如下步骤A、先用特定的机械手臂将单晶硅片或者多晶硅片放在激光加工四维精密移动平台上，观察监测CCD系统辅助，实现精密可调可控自动化加工；B、将激光束精密聚焦在晶硅片表面，用三维动态聚焦振镜配合特定的远心场镜在晶硅片表面高速扫描，将晶硅刻蚀表面温度升高，同时引入磷浆或者磷酸导入到激光高速刻蚀的线上，实现在刻蚀线上增加自由电子数量；C、将晶硅片用机械手移出，同时下一个晶硅开始固定并重复以上钻孔模式。作为本发明的一种优选方案，所述步骤A中，晶硅片通过真空吸附悬空于加工平台上。作为本发明的另一种优选方案，所述步骤B中，所用激光光源为高重复频率、低脉宽的绿色激光或者紫外激光，激光光源的频率在50KHz以上，激光脉宽为飞秒、皮秒或者亚皮秒。
作为本发明的又ー种优选方案，所述步骤8中的高重复频率、低脉宽的激光经过 扩束镜后，光束变大，并进入三维动态聚焦振镜和远心的场镜，聚焦在娃片表面，整个娃片 表面都可以在此装置中加エ，实现无图形拼接高速精密扫描刻蚀。作为本发明的再ー种优选方案，所述步骤8中，在高重复频率、低脉宽的激光高速 精密扫描刻蚀晶娃表面时，同时将自由电子源导入到刻蚀线上进行掺杂，这种材料来源为 磷酸或者磷菜等其它半导体材料。作为本发明的再ー种优选方案，所述步骤8中，聚焦的激光光斑在1 1000_之 间可调。作为本发明的再ー种优选方案，所述刻蚀材料为太阳能行业所用的单晶娃片、多 晶娃片或者类似的半导体材料，如对砷化镓，氮化娃等半导体材料。本发明有如下优点1、激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性，容易实现自动化控制和实现绿色 环保エ艺要求；2、激光聚焦光斑聚焦在微米级甚至更小，刻蚀娃片精度较高，边缘热影响区域较 少，对基材损伤较小；3、加エ图形和加エ路径可控制化和易编程化，加エ效率较高，自动化程度较高；4、采用激光刻蚀エ艺之后，引入磷元素，增加自由电子数P结，表面自由电子数增 カロ，表面掺杂浓度增加，减少接触电阻和减少遮光面积；5、采用激光刻蚀エ艺后，晶娃的发电效率可以进ー步提高，生产成本进ー步降 低；6、激光刻蚀晶娃结束后，可以在晶娃上面实现精密电镀电极エ艺；电镀电极与印 刷银菜エ艺相比，电极的线槽宽度变小，高度变低，耗材变少，导电极的效果变好。
图1本发明装备结构示意图。图中标号为ト激光器2-光间3-1/2滤波片4-扩束镜5-电动衰减镜6-45度全反射镜7-控制系统 8-吹气系统9-0^观察模组10-三维动态聚焦振镜系统11-远心扫描场镜12-娃片13-自由电子掺杂管道系统14-平台吸附孔15-四维移动平台16-晶娃刻蚀线
具体实施例方式下面对该エ艺实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技 术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。如图1为晶娃高速精密激光刻蚀装备结构示意图，加エ前激光焦点聚焦位于娃片 的上表面，激光器1发出的激光束经过光间2后，通过电动1/2滤波片3后，可以不改变光 束的偏振态，改变偏振角度90度，可以实现两种垂直刻蚀线的操作，激光束的进入同轴扩束镜4后，使激光扩束达到特殊定制的三维动态聚焦振镜系统10中所要求的入光直径，光束发散角变小、利于光束优化操作和同轴光束，有利于光束精微聚焦；扩束后激光束进入电动衰减镜5，可以实现可控的衰减操作，实现能量的可调治化操作；然后光束经过45度全反射镜，光束垂直改向，进入三维动态聚焦振镜10，光束进一步扩束，并且可以实现一定范围内的3D动态聚焦，通过定制的远心F- θ扫描场镜11，激光高度聚焦在晶硅片12上，大小为1 1000 μ m光斑，晶硅片12通过吸附小孔14吸附固定在四维精密平台15上，四维平台可以实现Χ、Υ、Θ和Z轴控制，通过Z轴可以实现晶硅表面激光焦点寻找，通过Χ、Υ和θ 轴可以实现晶硅片的精确定位和精密加工；控制系统7根据图形设计，将激光光束经过此光路系统，实现将晶硅片上氮化硅材料精密高速刻蚀，并且通过自由电子掺杂管道13和加工吹气系统8，实现在晶硅片12高速精密刻蚀线条16，整个过程可由CXD观察系统9全程监测。本发明为一种晶硅高速精密激光刻蚀的装备和工艺方法，采用高重复频率、低脉宽的绿色激光或者紫外激光，激光脉宽为飞秒、皮秒、亚皮秒或者纳秒的激光源，加工的材料为对远绿光、紫外激光吸收率较高的晶硅类材料，此类材料强烈吸收波长为这两个范围内的激光，几乎所有的激光能量都被晶硅片表面1 2μπι吸收层所吸收，通过两次扩束的激光束高度聚焦在晶硅片表面，而两次同轴扩束再加上远心聚焦场镜，聚焦激光光斑最小在1 μ m，并且可以实现聚焦光斑的可控可调，最大刻蚀线宽可以到Imm ；通过三维动态聚焦振镜的高速扫描和光束的左右移动，辅以自由电子的导入到晶硅表面刻蚀线宽上，完成从晶硅片上表面刻蚀掺杂高效率高精密加工，加工线宽在1 1000 μ m之间，最常见为10 20 μ m,具体尺寸根据研发要求而定。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
之一，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
权利要求
1.一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于，包括如下步骤A、先用特定的机械手臂将单晶硅片或者多晶硅片放在激光加工四维精密移动平台上， 观察监测CCD系统辅助，实现精密可调可控自动化加工；B、将激光束精密聚焦在晶硅片表面，用三维动态聚焦振镜配合特定的远心场镜在晶硅片表面高速扫描，将晶硅刻蚀表面温度升高，同时引入磷浆或者磷酸导入到激光高速刻蚀的线上，实现在刻蚀线上增加自由电子数量；C、将晶硅片用机械手移出，同时下一个晶硅开始固定并重复以上钻孔模式。
2.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述步骤A中，晶硅片通过真空吸附悬空于加工平台上。
3.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述步骤B中，所用激光光源为高重复频率、低脉宽的绿色激光或者紫外激光，激光光源的频率在50KHz以上，激光脉宽为飞秒、皮秒或者亚皮秒。
4.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述步骤B中的高重复频率、低脉宽的激光经过扩束镜后，光束变大，并进入三维动态聚焦振镜和远心场镜，聚焦在硅片表面，整个硅片表面都可以在此装置中加工，实现无图形拼接高速精密扫描刻蚀。
5.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述步骤B中，在高重复频率、低脉宽的激光高速精密扫描刻蚀晶硅表面时，同时将自由电子源导入到刻蚀线上进行掺杂，这种材料来源为磷酸或者磷浆等其它半导体材料。
6.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述步骤B中，聚焦的激光光斑在1 IOOOum之间可调。
7.如权利要求1所述的一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，其特征在于 所述刻蚀材料为太阳能行业所用的单晶硅片、多晶硅片或者类似的半导体材料，如对砷化镓，氮化硅等半导体材料。
全文摘要
本发明提供了一种高速精密晶硅激光刻蚀的装备和工艺方法，包括如下步骤A、先用特定的机械手臂将单晶硅片或者多晶硅片放在激光加工四维精密移动平台上，观察监测CCD系统辅助；B、将激光束精密聚焦在晶硅片表面，用三维动态聚焦振镜配合特定的远心场镜在晶硅片表面高速扫描，将晶硅刻蚀表面温度升高，同时引入磷浆或者磷酸导入到激光高速刻蚀的线上；C、将晶硅片用机械手移出，同时下一个晶硅开始固定并重复以上钻孔模式。本发明有如下优点激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性，实现自动化控制；激光聚焦光斑聚焦在微米级甚至更小，刻蚀硅片精度高，边缘热影响区域少，对基材损伤小；晶硅的发电效率进一步提高，生产成本进一步降低。
文档编号B23K26/36GK102201493SQ201110083219
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者周明 申请人:周明