专利名称：一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法
技术领域：
本发明属于激光加工领域，特别是激光薄膜太阳能电池清边领域。
背景技术：
目前薄膜太阳能发展方兴未艾，在薄膜太阳能玻璃基板电池最后一道工艺是对玻 璃基板进行气密性封装，为了放止电池短路和更好的气密性封装，电池周边IOmm到15mm区 域的薄膜(正负电极薄膜和有源层薄膜)是需要被清理掉的，业内称之为清边或者扫边，最 早采用喷砂的办法，成本低，但是环境污染严重，因此逐渐被淘汰。用激光透过玻璃直接汽化电池玻璃周边区域，是目前比较流行的办法，为了满足 一分钟一片玻璃的生产节奏，业内通常采用200W到500W的高功率红外激光器进行激光清 边。这种激光器由于是侧泵多模激光器，能耗很高，且寿命不长，使用成本很高，短时间很难 普及使用，同时，对于不同的透明导电膜，其清边速度有数量级的差距，因此，其使用范围也 有限。潜热，相变潜热的简称，指单位质量的物质在等温等压情况下，从一个相变化到另 一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时 具有的特点之一。固、液之间的潜热称为熔解热(或凝固热)，液、气之间的称为汽化热(或 凝结热)，而固、气之间的称为升华热(或凝华热)。我们可以认为，激光清边过程中，太阳能薄膜是再激光作用下直接汽化的，这些薄 膜总厚度不超过5微米，多数电池的太阳能薄膜总厚度甚至不超过2微米，所需要的能量可 以根据相关材料的汽化热计算出，但是可以肯定，采用200W到500W的高功率红外激光器进 行激光清边，绝大部分能量没有被吸收，直接浪费掉了。这是因为薄膜太阳能电池导电膜对 可见光透明，对红外光也有一定的透过率，很明显，采用红外激光用于激光清边不是一个合 理的激光清边方案。但是对于薄膜太阳能自动化生产线而言，激光清边有其必然需求，因此，需要找到 更合理的激光清边方案。
发明内容
本发明的目的在于，把紫外脉冲激光冷加工方式引入激光薄膜太阳能电池清边， 是一种全新的激光清边方式，具备激光清边效率高、适合不同种类透明导电膜清除、清边质 量好、不伤玻璃等优点。本发明的目的是这样实现的采用透明导电膜吸收率很高的紫外脉冲激光作为 激光光源，声光调Q紫外激光器输出的紫外激光经过一定的外光路元件耦合进振镜，再经 振镜耦合进平场扫描镜头，使得激光聚焦焦点位于太阳能薄膜附近，振镜反复扫描即可完 成激光清边动作。由于透明导电膜对紫外激光吸收率很高，因此能量利用率很高，热影响 也很小，边缘质量好，清边速度很快。对于圆形激光光斑，需要一定的光斑重叠度才可以把 太阳能薄膜清除干净，这样效率下降不少，为了进一步提高激光清边效率，可以采用方形光 斑，这样激光清边速度有会提高一倍左右。为了进一步提高激光能量的利用效率，可以采用平顶整形技术获得平顶紫外激光束，这样，能量利用率又会提高至少一倍以上，清边质量更 好，且不伤玻璃。选择紫外激光光源的直接原因是透明导电膜对紫外激光吸收系数很高，因此，原 则上只要是透明导电膜吸收系数较高的脉冲紫外激光都可以非常好的用于透明导电膜激 光清边，波长范围从300nm到400nm，脉冲重复频率从10赫兹到200千赫兹的紫外激光光 源，都可以用于薄膜太阳能激光清边。本发明，一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法，由于采用了上述的技术方案，使 之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本发明提出将紫外激光用于薄膜太阳能激光清边，相对于目前红外激光清边而 言，本发明具备清边速度快，清边质量好，激光能量利用率极大提高。2.本发明采用的紫外激光，如果设计成方形光斑，其激光清边激光光斑重叠率可 以明显降低，因此激光清边速度和激光能量利用率会进一步提高。3.本发明采用的紫外激光，如果设计成平顶激光，与高斯分布的紫外激光相比，其 激光清边速度和激光能量利用率会进一步提高，且不容易伤玻璃。4、本发明在实施时，如果采用方形平顶光束的紫外激光，其综合激光清边效果会 更为突出，清边效率高，清边质量好，使用成本相对红外激光清边而言有所降低。
通过以下对本发明，一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法的两个实施例结合其 附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1实施例一是振镜平场扫描紫外激光清边；图2实施例一是长方形静态聚焦光斑紫外激光清边
图3实施例二是长方形静态聚焦光斑紫外激光清边俯视具体实施例方式请参见图1所示，这是本发明一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法的一种实施 例，待加工材料14为非晶硅薄膜太阳能玻璃电池基板，1是紫外激光器，波长355nm，脉冲重 复频率30KHz，平均功率12W，脉宽18ns，光束质量因子小于1. 1，2为5倍率激光扩束器，将 入射扩束准直光束，光束直径5毫米，3为激光平顶元件，将准直激光束整形为平顶光束，其 输出光束4入射到振镜第一反射镜片9，9由振镜电机11的主轴10夹持，4经9反射，输出 光束8，8经反射镜6反射形成光束7，反射镜6固定在振镜电机5的主轴上。光束7经过 焦距为100毫米的远心聚焦镜头12后形成汇聚激光13，13的焦点落在工件14下表面，工 件14下表面有三层膜铝膜、硅膜、氧化锌透明导电膜，三层膜总厚度2微米。振镜电机5 和11在控制系统控制下，控制激光焦点在14下表面往返扫描，扫描经过的区域的太阳能薄 膜即被清除干净，完成激光清边任务。激光光斑0. 4mmX0. 4mm，清边面积速度可达40cm2/ 秒。这个速度足以超过目前红外清边速度，且清边质量更佳，适合于更大范围透明导电膜激 光清边。请参见图2所示，这是本发明一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法的一种实施 例，待加工材料14为非晶硅薄膜太阳能玻璃电池基板，1是紫外激光器，波长355nm，脉冲重复频率30KHz，平均功率12W，脉宽18ns，光束质量因子小于1. 1，2为5倍率激光扩束器，将 入射扩束准直光束，光束直径5毫米，3为激光平顶元件，将准直激光束整形为长方形平顶 光束，经反射镜15反射，反射光16经成像镜头聚焦，会聚光束13的焦点位于14下表面，焦 点光斑尺寸为0. 03mmX 5mm,请见图3，14是玻璃基板，18是聚焦光斑0. 03mmX 5mm,尺寸是， 位于14的边缘，光斑18绕14走两圈，即完成激光清边。上述实施例只是本发明的一些具体应用。实际上其应用不限于上面所述情形，例 如还可以采用光纤耦合输出振镜平场扫描进行激光清边等。总之，本发明提出一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法，其重要特点是将透 明导电膜吸收率很高的紫外激光引入太阳能薄膜电池清边应用，相对于红外激光清边所用 激光功率，本发明采用小得多的紫外功率即可完成高效、高质量的激光清边，且不容易伤玻 璃，对玻璃透明导电膜兼容性极强，且使用成本有所降低。
权利要求
1.一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法，其主要特征在于，采用紫外激光光源，波长 范围300纳米到400纳米之间，激光束经光学透镜聚焦，直接汽化包括透明导电膜在内的薄 膜材料，实现薄膜太阳能玻璃基板表面薄膜清除。
2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于光学聚焦系统是平场扫描镜。
3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于光学聚焦系统是静态成像聚焦镜。
4.如权利要求2或者3所述的一种方法，其特征在于其激光聚焦光斑是方形光斑。
5.如权利要求2或者3所述的一种方法，其特征在于激光聚焦光斑是平顶光斑。
6.如权利要求4或者5所述的一种方法，其特征在于激光聚焦光斑是平顶方形光斑。
全文摘要
本发明属于激光加工领域，一种紫外激光薄膜太阳能电池清边方法。本发明的重要特点是将透明导电膜吸收率很高的紫外激光引入太阳能薄膜电池清边应用，相对于红外激光清边所用激光功率，本发明采用较小的紫外功率即可完成高效、高质量的激光清边，且不容易伤玻璃，对不同种类透明导电膜兼容性极强，且使用成本降低。
文档编号B23K26/00GK102097529SQ20101053547
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者张立国 申请人:张立国