激光制绒装备及其方法与流程

本发明涉及一种激光制绒装备及其方法，属于激光加工装备技术领域。

背景技术：

目前，近年来光伏发电越来越普及，晶硅太阳能电池的市场需求量不断增加。在晶硅电池的制造过程中，为了减少硅片表面的反射率，增加了制绒处理环节。在现有的制绒方法中，化学腐蚀制绒因为成本低，而被用作大规模生产。但是化学腐蚀制绒对硅片表面的减反效果并不是十分明显。激光制绒技术具有非接触式加工、绒面形貌易于控制等优点，可以有效地降低硅片表面反射率。化学腐蚀制绒的装备应用已经十分普遍，将大量的硅片插入片盒内，同时浸入腐蚀液中进行腐蚀。激光刻蚀需要对硅片进行逐一加工，因此化学腐蚀制绒装备并不适用于激光制绒。而且由于激光刻蚀硅片需要单片加工，导致了制绒效率十分低下，影响了激光制绒技术的产业化应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光制绒装备及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

激光制绒装备，特点是：包含底座、硅片输送机构、硅片上下料机构、激光镜座支撑机构以及激光并行加工系统，硅片输送机构置于底座上，硅片上下料机构和激光镜座支撑机构围绕硅片输送机构间隔分布于底座上，激光镜座支撑机构上安装激光并行加工系统。

进一步地，上述的激光制绒装备，其中，所述硅片输送机构包括转盘和硅片固定装置，动力单元与转盘驱动连接，驱动转盘在底座上做间歇性圆周运动，转盘上设置有定位孔，硅片固定装置通过定位孔安装于转盘上，硅片固定装置上设有卡槽。

进一步地，上述的激光制绒装备，其中，所述硅片上下料机构包括机构支撑架、气动伸缩杆、滑块、吸盘、丝杠以及导轨，机构支撑架上安装导轨，滑块置于导轨上，丝杠与滑块传动连接，驱动其沿导轨直线运动，滑块上安装气动伸缩杆，气动伸缩杆的端部安装吸盘。

进一步地，上述的激光制绒装备，其中，所述激光镜座支撑机构包含支撑板和镜座固定板，镜座固定板以滑动连接方式安装于支撑板上，可在其上移动，镜座固定板上设有镜座孔以及用于激光束通过的激光入射孔。

进一步地，上述的激光制绒装备，其中，所述激光并行加工系统包含激光器、扩束镜、分光镜模组、反光镜模组以及扫描振镜，激光器的光路输出端布置扩束镜，扩束镜的输出光路上布置分光镜模组，分光镜模组的输出光路上布置反光镜模组，反光镜模组的反射光路上布置扫描振镜。

进一步地，上述的激光制绒装备，其中，所述分光镜模组包括多组分光镜，其数量与硅片划分区域的个数相等。

本发明激光制绒的方法，由硅片上下料机构将硅片输送至硅片输送机构上，硅片输送机构由动力单元提供动力，在底座上做匀速等角度的间歇运动；

激光并行加工系统的激光器提供制绒所需要的激光束，发射出的激光由扩束镜对其进行准直和扩束，改善激光的准直度，减小光束的发散角，扩展激光束的直径，再由分光镜模组将一束激光分成多个分支，每个分支由反光镜模组反射入射到扫描振镜，在扫描振镜的扫描头的驱动作用下，激光束发生偏移动作，激光束在硅片表面加工，硅片表面形成陷光结构，达到减少反射的目的。

更进一步地，上述的激光制绒的方法，其中，所述扫描振镜与激光镜座支撑机构的镜座固定板连接，激光束通过镜座固定板上的激光入射孔射入扫描振镜。

更进一步地，上述的激光制绒的方法，其中，所述激光镜座支撑机构的数量根据加工硅片的面积设定，数量为N，相邻机构之间的夹角为360/N+2度，硅片输送机构每次转过的角度为360/N+2度。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①本发明利用硅片上下料机构对硅片自动上下料，通过硅片输送机构带动硅片间歇性转动，实现自动化加工；

②激光并行加工系统对硅片进行刻蚀，在硅片表面形成陷光结构；通过将硅片划分为多个区域，实现大范围的加工；

③利用多组扫描振镜对划分区域进行并行加工，提高制绒效率；解决了因为激光刻蚀必须为单片刻蚀带来的制绒效率低的问题，从而显著提高激光制绒的生产效率，促进激光制绒的产业化发展。

附图说明

图1：本发明装备的结构示意图；

图2：硅片输送机构的结构示意图；

图3：硅片上下料机构的结构示意图；

图4：激光镜座支撑机构的结构示意图；

图5：激光并行加工系统的光路原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。

如图1所示，激光制绒装备，包含底座100、硅片输送机构200、硅片上下料机构300、激光镜座支撑机构400以及激光并行加工系统500，硅片输送机构200置于底座100上，硅片上下料机构300和激光镜座支撑机构400围绕硅片输送机构200沿周向间隔分布于底座100上，激光镜座支撑机构400上安装激光并行加工系统500，激光并行加工系统500对硅片进行刻蚀，在硅片表面形成陷光结构。

如图2所示，硅片输送机构200包括转盘201和硅片固定装置203，动力单元与转盘201驱动连接，驱动转盘201在底座100上做间歇性圆周运动，转盘201上设置有定位孔202，硅片固定装置203通过定位孔202安装于转盘201上，硅片固定装置203上设有卡槽，可以将硅片方便地置于卡槽而不发生偏移。通过伺服电机或者步进电机提供动力，转盘201在底座100上做间歇性圆周运动。

如图3所示，硅片上下料机构300包括机构支撑架301、气动伸缩杆303、滑块304、吸盘305、丝杠306以及导轨307，机构支撑架301上安装导轨307，滑块304置于导轨307上，丝杠306与滑块304传动连接，驱动其沿导轨307直线运动，滑块304上安装气动伸缩杆303，气动伸缩杆303的端部安装吸盘305。机构支撑架301的底端设有肋板302。

由吸盘305吸取硅片，然后气动伸缩杆303收缩将硅片提取，再通过丝杠306带动滑块304沿导轨307运动，从而实现将硅片在待制绒区与硅片固定装置203之间传输。

如图4所示，激光镜座支撑机构400包含支撑板401和镜座固定板402，镜座固定板402以滑动连接方式安装于支撑板401上，可在其上移动，镜座固定板402上设有镜座孔403以及用于激光束通过的激光入射孔404。镜座孔403用于固定反光镜镜座，目的是将激光器发射出来的激光束经过扩束镜和分光镜后，反射进入扫描振镜。激光入射孔404便于反射的激光束通过。用于加工硅片的扫描振镜通过激光入射孔404获得所需要的激光束。镜座固定板402在支撑板401上的位置可以由扫描振镜的参数确定。

激光镜座支撑机构400的数量根据加工硅片的面积设定，数量为N，相邻机构之间的夹角为360/N+2度，硅片输送机构200每次转过的角度为360/N+2度。

以常见的P型多晶硅硅片为加工对象，其规格为156㎜×156㎜，为了实现大范围的高效率加工，将硅片划分为3个区域，每个区域对应一个激光镜座支撑机构400，那么需要设置3个激光镜座支撑机构，相邻机构之间的角度为72度，相应地，硅片输送机构200每次转过的角度也为72度。

如图5所示，激光并行加工系统500包含激光器501、扩束镜502、分光镜模组503、反光镜模组504以及扫描振镜，激光器501的光路输出端布置扩束镜502，扩束镜502的输出光路上布置分光镜模组503，分光镜模组503的输出光路上布置反光镜模组504，反光镜模组504的反射光路上布置第一扫描振镜505、第二扫描振镜506和第三扫描振镜506。扫描振镜与激光镜座支撑机构400的镜座固定板402连接，激光束通过镜座固定板402上的激光入射孔404射入扫描振镜。

分光镜模组503包括多组分光镜，其数量与硅片划分区域的个数相等。

反光镜模组504包含多个反光镜，可以改变光束的传播方向，通过在不同的空间位置设置反光镜，将激光束引入到需要的位置。

假定划分区域的个数为N，则激光器发出的激光束经过分光镜模组503分为相应的N束，经过反光镜模组504将光束引入到相应的扫描振镜。

具体应用时，由硅片上下料机构300将硅片输送至硅片输送机构200上，硅片输送机构200由动力单元提供动力，在底座100上做匀速等角度的间歇运动；

激光并行加工系统500的激光器501提供制绒所需要的激光束，发射出的激光由扩束镜502对其进行准直和扩束，改善激光的准直度，减小光束的发散角，扩展激光束的直径，再由分光镜模组503将一束激光分成多个分支，每个分支由反光镜模组504反射入射到扫描振镜，在扫描振镜的扫描头的驱动作用下，激光束发生偏移动作，实现激光束在硅片表面的加工，在硅片表面形成陷光结构，达到减少反射的目的。

为了实现大范围的加工，使用多组扫描振镜对对硅片进行分区域加工。根据硅片面积，合理地划分为三个区域，每组扫描振镜加工相应的区域。利用多组扫描振镜实现大范围、并行加工。提高激光制绒效率。因为划分区域的个数为三，则把由激光器发出的激光束经过分光镜模组503分为相应的三束，经过反光镜模组504将光束引入到相应的扫描振镜。利用计算机控制激光器的输出光束的功率等参数，计算机可以方便地导入加工的图形，转化为数字信号传递到扫描振镜，进行区域加工。

将硅片分为三个区域，利用三组扫描振镜分别对相应的区域进行加工。利用硅片上下料机构300将硅片放置到硅片输送机构200的卡槽中，硅片输送机构200经过第一次转动到达第一加工位，进行第一区域加工。然后硅片输送机构200依次转动到第二工位、第三工位，待硅片加工完毕，经硅片上下料机构300将硅片从硅片固定装置203的卡槽中提取到制绒完成区域。

综上所述，本发明利用硅片上下料机构对硅片自动上下料，通过硅片输送机构带动硅片间歇性转动，实现自动化加工。激光并行加工系统对硅片进行刻蚀，在硅片表面形成陷光结构。通过将硅片划分为多个区域，实现大范围的加工；利用多组扫描振镜对划分区域进行并行加工，提高制绒效率。解决了因为激光刻蚀必须为单片刻蚀带来的制绒效率低的问题，从而显著提高激光制绒的生产效率，促进激光制绒的产业化发展。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。