专利名称：多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非晶硅太阳能板激光刻膜机，特别是涉及一种多 通道非晶硅太阳能板激光刻膜机。
背景技术：
非晶硅太阳能电池生产流程涉及到底层电极、中间光伏效应层和 表面欧姆接触电极层的薄膜沉积以及各层的刻划。激光刻划技术相比 传统的掩模法具有更高的生产效率以及稳定的产品质量，已经较好地 应用于太阳能电池的制造工艺流程中。
目前的太阳能电池激光刻划工艺，采用的是单激光头单光路进行
加工，刻划速度已经从开始的0.5米每秒提高到目前的2.5米每秒， 按照光斑直径0.05mm来计算，假定激光各光斑之间的重叠率为50%， 则所需的声光调Q频率已经达到lOOKHz，该频率已接近声光调Q频 率的上限。若想进一步提高划线速度，提高生产效率，则单靠增加声 光调Q的频率己经存在限制。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对目前太阳能刻膜机单激光头单光 路加工的特点，采用具有一定空间布置的反射镜和分束镜，对激光进 行单次或二次分光，在不增加激光头的情况下，实现两路或着多路激 光传输并进行多路加工。这样，单激光头的加工效率可以比以前的单 路加工效率成倍提高。降低了太阳能电池在激光设备添置方面的成本，从而使太阳能电池的制造成本进一歩降低。本发明的目的就是为 了克服现有技术的不足，提供一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的 一种多通道非 晶硅太阳能板激光刻膜机，采用半导体泵浦的YAG固体激光模块， 与全反射镜，高反射镜，Q开关形成脉冲基频激光。该基频激光通过 对非线性倍频晶体进行腔内倍频，产生倍频激光；高反射镜可以同时 透过倍频激光，倍频激光从高反射镜输出。
倍频激光束经过一个扩束镜进行扩束准直，然后经过一个分束镜, 形成两路激光束，其中一路倍频激光，经过分束镜,又形成两路激光 束，另外一束倍频激光经过全反镜和分束镜也形成两路倍频激光束， 总共可分成4路激光束。
这四路光束中，有两路倍频激光束分别经过分束镜反射，再通过 聚焦镜聚焦；另外两路倍频激光束经过分束镜透射后，再经过全反镜 反射，再分别通过聚焦镜聚焦。分束镜和全反镜的法线方向相互平行， 且各镜中心分别位于一矩形的4个顶点，这样所形成的4路激光束相 互间平行。经过4个焦距相同的聚焦镜聚焦进行激光刻划加工。
呈矩形分布的两个分束镜，两个全反镜与同样呈矩形分布的四个 聚焦镜，按照对应的各光路分别进行机械固定这样4个聚焦镜所聚 焦的焦点之间相互位置也位于相同大小的矩形的4个顶点位置上。
待加工的太阳能电池板则放置在X-Y平台上，该平台由螺杆或 直线电机提供动力，完成X或Y方向的运动。X-Y平台底座有固定脚，可以调整X-Y机械平台的X轴向或Y轴向，并与4个聚焦镜焦
点形成的矩形的边大致平行。聚焦镜所附的机械装置存在位移微调，
使X-Y平台沿着X或Y方向运动时，运动方向与聚焦镜焦点的相互 位置所形成的矩形的四边分别平行。当X-Y机械平台上的太阳能电 池基板沿着X轴向运动时，聚焦头沿着X轴向所划的线可以实现两 两对接。同样地，沿着Y轴方向运动时，聚焦头沿着Y轴方向所划 的线也可以实现两两对接。
该矩形分布可以使同样尺寸大小的太阳能电池基板的加工时间 縮短到以前单路激光加工的约1/4，且X-Y平台的行程也縮短了一半， 同时加工设备所占用的场地空间也相对减小。
经过分束镜以及全反镜所反射的4路激光，也可以先经过4个耦 合聚焦系统耦合到光纤中，经光纤传输后到达4个聚焦头的焦点，同 样可完成多路同时加工的任务。
本发明的特点是，在不增加激光头数量的情况下，通过分光光路， 得到多路激光，能同时进行太阳能电池的薄膜的划线。辅助性机械固 定调节装置的对接精度满足太阳能电池划线的要求，使不同的激光光 路所刻划线实现对接，总体可以使太阳能电池刻膜划线速度成倍增 加，縮短太阳能电池刻膜工序的加工时间，从而降低太阳能电池加工 总成本。
本发明的优点是，结构简单，在縮短太阳能电池生产中刻线工艺 实践的同时，利用较小位移范围的X-Y平台，可以完成较大幅面的 太阳能基板的激光刻线加工，满足不同规格的太阳能基板的加工要求，相对降低了 X-Y平台的性能要求。因为大幅面范围X-Y位移的 平台，要求更大的基座，且性能和价格更高。相对于厂家的工作区域，
较小移动范围的X-Y平台也相对縮小了设备所占场地空间。
效益由于相对单激光光路加工，本多头(道)非晶硅太阳能 板激光刻膜机可以成倍提高太阳能电池的刻膜划线速度，成倍縮
短了太阳能电池的激光刻膜工序所需时间。 一方面至少节约50%
的太阳能电池生产线所需激光设备的投资，另一方面，也降低了
加工大幅面薄膜太阳能电池基板所需的大幅面X-Y平台的购买
成本。另外，对大幅面太阳能电池生产线刻膜工艺所需的场地节
约30%。从而降低了单位太阳能电池的加工成本。经济效益和社 会效益均明显。
该多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，能应用于薄膜太阳能 非晶硅太阳能电池生产工艺流程中的底层电极，光伏效应层，和 表面欧姆接触电极层的三种薄膜层刻划工艺。亦可应用于其他薄 膜太阳能电池如铜铟硒CIS薄膜太阳能电池，碲化镉CdTe薄膜 太阳能电池的加工。
附图一.多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机结构原理图 附图二.多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机光纤传输激光结构原
理图
具体实施例方式
本发明结合附图1至2 ，对其技术方案详细叙述如下实施方式1 :如图1所示， 一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜 机，采用半导体泵浦的YAG固体激光模块1 ，该模块激光功率为50W，
激光波长为1064nm， 模块中YAG激光棒尺寸为》3-4X60-80mm， 与064nm全反射镜A2， 1064mn高反射镜3，声光调Q开关4形成 基频1064nm脉冲激光振荡。该基频激光通过对KTP晶体5 (尺寸为 7X7X (7-12)mm， 0=90度，4=23.5-24.2度)倍频，产生倍频532nm 的激光6， 1064nm高反射镜3可以同时透过532nm的激光6。倍频 激光6从高反射镜3输出。
该倍频激光束6经过一个扩束镜7 (扩束比为3-5)进行扩束准 直，再经过一个45。分束镜A8 (分光比为50/50)，形成两路激光束 6a和6b，该两路激光束的其中一路倍频激光6a，经过一个分束镜B9 (分光比为50/50)，又形成两路倍频激光6c和6d。另外一束倍频激 光6b经过一个45。全反镜B10和一个分束镜C11 (分光比为50/50) 也形成两路倍频激光束6e和6f，总共可分成4路激光束。分束镜B9 和分束镜Cll，全反镜C12，全反镜D13的法线方向平行，且这4个 镜面的中心位于一矩形的4个顶点。同样地，4个聚焦镜A14， B15， C16， D17的中心位置也位于同样大小矩形的4个顶点。得到的4路 光束经过四个聚焦镜A14， B15， C16， D17聚焦之后，得到4个焦 点位置，该4个焦点相对位置也位于同样大小矩形的4个顶点。4个 聚焦镜头A14， B15， C16， D17焦距均为40-75mm。
加工过程中，4个聚焦镜头A14， B15, C16， D17处于静止状态， X-Y平台18沿X或Y轴向的运动时，激光聚焦头沿着太阳能基板沿X或Y轴做相对运动，从而完成激光刻膜划线加工。
聚焦镜头与相对应的分束镜或全反镜之间，按照如下分组分束
镜B9与聚焦镜A14，分束镜Cll与聚焦镜B15，全反镜C12与聚 焦镜C16 ，全反镜D13与聚焦镜D17，利用机械装置分别进行单元 固定，各固定单元之间通过螺旋位移调节进行水平方向的微小移动。 从而使在同一个运动方向上的两个聚焦头均可进行对接，对接精度为 0細mm。
实施方式2 :如图2所示，经过分束镜B9和分束镜Cll形成的 4路激光6c, 6d， 6e和6f，也可以先经过4个耦合聚焦系统 A19,B20,C21，D22耦合到100-400微米的能量光纤中，经光纤 A23,B24,C25,D26传输后到达4个聚焦镜头A14，B15以及C16，D17，
同样可完成多路同时加工的任务。
多头激光输出焦斑直径为O.lmm,可完成太阳能电池导电膜，光 伏层的划线工艺，其"三线两间隔"之和不超过0.5mm。
权利要求
1. 一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，它包括激光模块(1)，全反镜A(2)，高反射镜(3)，主动调Q开关(4)，非线性倍频晶体(5)，扩束镜(7)，分束镜A(8)，分束镜B(9)，全反镜B(10)，分束镜C(11)，全反镜C(12)，全反镜D(13)，聚焦镜A(14)，聚焦镜B(15)，聚焦镜C(16)，聚焦镜D(17)和X-Y机械平台(18)，其特征是，激光模块(1)与全反镜A(2)，高反射镜(3)，主动调Q开关(4)形成脉冲基频激光，该基频激光通过非线性倍频晶体(5)进行腔内倍频，产生倍频激光(6)，倍频激光(6)透过高反射镜(3)输出；输出的倍频激光(6)经过扩束镜(7)进行扩束准直，再经过分束镜A(8)形成两路倍频激光光束(6a)和倍频激光光束(6b)，其中一路倍频激光(6a)经过分束镜B(9)又形成两路倍频激光(6c)和倍频激光(6d)，另一路倍频激光(6b)经过全反镜B(10)全反射，再经过分束镜C(11)的反射和透射也形成两路倍频激光(6e)和倍频激光(6f)，这四路倍频激光(6c)，倍频激光(6e)，倍频激光(6d)，倍频激光(6f)中，有两路倍频激光(6c)和倍频激光(6e)分别经过分束镜B(9)和分束镜C(11)反射，再分别通过聚焦镜A(14)和聚焦镜B(15)聚焦，另外两路倍频激光(6d)和倍频激光(6f)分别经过分束镜B(9)和分束镜C(11)透射后，再经全反镜C(12)和全反镜D(13)反射，通过聚焦镜C(16)聚焦镜D(17)聚焦；分束镜B(9)与分束镜C(11)，全反镜C(12)，全反镜D(13)的法线方向均相互平行，且各镜上的倍频激光入射点分别位于一个矩形的四个顶点，这样所形成的四路倍频激光(6c)，倍频激光(6d)，倍频激光(6e)，倍频激光(6f)相互间平行，经过4个焦距相同的聚焦镜A(14)，C(16)，B(15)，D(17)聚焦进行加工；呈矩形分布的分束镜B(9)，分束镜C(11)，全反镜C(12)和全反镜D(13)与同样呈矩形分布的聚焦镜A(14)，聚焦镜B(15)，聚焦镜C(16)，聚焦镜D(17)，按照如下分组进行机械固定分束镜B(9)和聚焦镜A(14)，分束镜C(11)和聚焦镜B(15)，全反镜C(12)和聚焦镜C(16)，全反镜D(13)和聚焦镜D(17)，这样四个聚焦镜A(14)、B(15)、C(16)、D(17)所聚焦的焦点之间相互位置也位于相同大小的矩形的4个顶点位置；待加工的太阳能电池板放置在X-Y机械平台(18)上，该X-Y机械平台(18)由螺杆或直流电机提供动力，完成X或Y方向的运动，X-Y机械平台(18)的底座有固定脚，可以调整X-Y机械平台的X轴向或Y轴向与四个聚焦镜A(14)、B(15)、C(16)、D(17)的焦点形成的矩形的边大致平行，聚焦镜A(14)、B(15)、C(16)、D(17)所依附的机械装置具有位移微调，使X-Y机械平台(18)沿着X或Y方向运动时，运动方向与聚焦镜A(14)、B(15)、C(16)、D(17)的焦点的相互位置所形成的矩形的四个边分别平行。
2. 根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激 光刻膜机，其特征是，激光模块(1)采用半导体泵浦的YAG固体激 光模块。
3. 根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激 光刻膜机，其特征是主动调Q开关(4)为声光调Q器件。
4. 根据权利权利要求1或2所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是非线性倍频晶体(5)为KTP非线性光学晶体。
5.根据权利权利要求1或2所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是扩束镜(7)的扩束比为3到5。
6.根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激 光刻膜机，其特征是，分束镜A(8)，分束镜B(9),分束镜C(ll)的分光 比都是50/50。
全文摘要
本发明涉及一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，它包括激光模块、全反镜、分束镜、高反射镜、扩束镜、主动调Q开关、倍频晶体、聚焦镜和X-Y机械平台。其特征是由激光模块、全反镜、高反射镜、主动调Q开关和倍频晶体产生的倍频激光，经过扩束镜扩束准直，再经过分束镜，全反镜多次反射或透射，经过聚焦镜聚焦形成四路倍频激光，依附机械平台在X或Y轴向运动，可实现多路同时对太阳能电池板的加工。本发明构思新颖，设计合理，工艺规范，可满足不同规格的太阳能电池基板加工要求，具有加工成本低廉、设备占地较小等特点，能尽快地形成工业化批量生产。本发明可以广泛应用于薄膜太阳能电池工艺流程中的底层电极，光伏效应层和表面欧姆接触电极层的刻划工艺。
文档编号B23K26/067GK101434005SQ20081019773
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者夏文建, 锋 王 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司