激光成像法切割pi网板的装置及其方法与流程

本发明涉及一种激光成像法切割pi网板的装置及其方法。

背景技术：

当前，随着硅太阳能电池技术的不断发展，在追求低成本的同时，业界对太阳能电池的性能要求越来越高。太阳能电池制作主要包括以下几个步骤：硅片切割，材料准备；去除损伤层；制绒；扩散制结；边缘刻蚀、清洗；沉积减反射层；印刷上下电极；共烧形成金属接触；电池片测试。其中电极的印刷对电池的性能有非常大的影响，高质量性能的电极，可以在一定程度上有效的提高太阳能电池的转化效率。传统的正电极印刷网板由若干条主栅线和若干条细栅线相互垂直构成，这种传统网板印刷出的电极主栅线线宽大且几乎贯穿整个电池片，其大面积遮盖了电池片的光照面积，从而减少了太阳能的利用率。业界人士一直致力于减小印刷细栅线的线径宽度，从而增大电池片的有效光照面积，但印刷电极固有的栅线结构的电流收集能力难以再进一步提高；

目前传统的激光加工方式是采用高斯光斑用振镜进行扫描加工，对线栅进行拼接和填充加工，此种方法对细线栅加工存在的问题是锥度过大；对粗栅线加工存在的问题是需要进行填充加工，效率极低；对于长线栅加工存在的问题是需要拼接加工，存在明显的拼接痕迹，后期影响电性能。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光成像法切割pi网板的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

激光成像法切割pi网板的装置，特点是：包含用于夹持网板的工装载台和紫外超短脉冲激光器，紫外超短脉冲激光器的输出光路上依次布置有扩束镜、分光镜单元、光罩板和反射镜组，反射镜组的反射光路衔接振镜，振镜的输出端布置扫描场镜，扫描场镜的投射端正对于工装载台。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述紫外超短脉冲激光器是波长355nm、脉冲宽度1ns～30ns、频率150～500khz、子脉冲数目为5的紫外超短脉冲激光器。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述分光镜单元包含两片分光镜，以分光方向相互垂直布置。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述扩束镜是扩束倍率为1倍的扩束镜。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述反射镜组包含依次布置的反射镜一、反射镜二、反射镜三和反射镜四，光线经反射镜一依次反射传播至反射镜二、反射镜三、反射镜四。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述扫描场镜是焦距55mm～70mm的扫描场镜。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述工装载台包含x轴传送单元、y轴传送单元和基板，x轴传送单元包含x轴大理石底座、x轴直线导轨、x轴连接板和控制x轴连接板运动的x轴直线电机，x轴直线导轨和x轴直线电机安装于x轴大理石底座上，x轴连接板置于x轴直线导轨上，x轴直线电机与x轴连接板驱动连接，从而控制x轴连接板沿x轴直线导轨运动；y轴传送单元包含y轴大理石底座、y轴直线导轨、y轴连接板和控制y轴连接板运动的y轴直线电机，y轴直线导轨和y轴直线电机安装于y轴大理石底座上，y轴连接板置于y轴直线导轨上，y轴直线电机与y轴连接板驱动连接，从而控制y轴连接板沿y轴直线导轨运动；基板置于y轴连接板上。

进一步地，上述的激光成像法切割pi网板的装置，其中，所述振镜为全数字式振镜。

本发明激光成像法切割pi网板的方法，紫外超短脉冲激光器射出的激光垂直入射到扩束镜，扩束倍率为1倍，准直后入射到分光镜单元，调整分光镜一、分光镜二的分光角度，使分光后1～3级光斑呈矩形阵列排布，且各光斑重叠率在50％以上，从分光镜射出的光斑组通过光罩板中心，在光罩板中心形成需成像的物，调节光罩板的位置和大小，位置调节是中心垂直入射，大小调节是需成像光斑的大小，通过切换不同的光罩板，选择不同成像光斑；光罩板透过的光由反射镜组在光路中传播，调节反射镜组使经过光罩板的光束垂直入射到振镜中，经过扫描场镜聚焦成像投射到工装载台上的pi网板上，达到蚀刻pi的能量密度对pi进行蚀刻。

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：

本发明采用超短脉冲紫外激光，利用一组两片分光镜分光匀光，激光通过光罩板成像在pi表面去除pi以及胶层，对成像光斑做了匀光处理，pi的切割面锥度显著减小，同时具备多组不同大小的成像光罩板，使加工光斑大小可选择，振镜扫描结合平台直线运动组合方式进行材料加工，显著提高加工精度和效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：本发明装置的光路示意图；

图2：分光镜单元的分光镜一、分光镜二匀光光斑位置分布示意图；

图3：分光镜单元的分光镜一、分光镜二匀光光斑光强分布示意图；

图4：光斑匀光后在光罩板后方光强示意图；

图5：成像原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明采用匀光成像法，使用平台移动和振镜扫描结合的方法，可显著减小锥度，提高加工精度和效率。

如图1所示，激光成像法切割pi网板的装置，包含用于夹持网板的工装载台100和紫外超短脉冲激光器10，紫外超短脉冲激光器10是波长355nm、脉冲宽度1ns～30ns、频率150～500khz、子脉冲数目为5的紫外超短脉冲激光器，紫外超短脉冲激光器10的输出光路上依次布置有扩束镜20、分光镜单元30、光罩板40和反射镜组，扩束镜20是扩束倍率为1倍的扩束镜，分光镜单元30包含两片分光镜，以分光方向相互垂直布置；反射镜组包含依次布置的反射镜一50、反射镜二51、反射镜三52和反射镜四53，光线经反射镜一50依次反射传播至反射镜二51、反射镜三52、反射镜四53；反射镜组的反射光路衔接振镜60，振镜60为全数字式振镜，振镜60的输出端布置扫描场镜70，扫描场镜70是焦距55mm～70mm的扫描场镜，扫描场镜70的投射端正对于工装载台100。

视觉镜头80安装在振镜旁侧，用于测定和确定成像位置。

工装载台100包含x轴传送单元、y轴传送单元和基板，x轴传送单元包含x轴大理石底座、x轴直线导轨、x轴连接板和控制x轴连接板运动的x轴直线电机，x轴直线导轨和x轴直线电机安装于x轴大理石底座上，x轴连接板置于x轴直线导轨上，x轴直线电机与x轴连接板驱动连接，从而控制x轴连接板沿x轴直线导轨运动；y轴传送单元包含y轴大理石底座、y轴直线导轨、y轴连接板和控制y轴连接板运动的y轴直线电机，y轴直线导轨和y轴直线电机安装于y轴大理石底座上，y轴连接板置于y轴直线导轨上，y轴直线电机与y轴连接板驱动连接，从而控制y轴连接板沿y轴直线导轨运动；基板置于y轴连接板上；基板上固定pi网板90。

具体应用时，紫外超短脉冲激光器10射出的激光垂直入射到扩束镜20，扩束倍率为1倍，准直后入射到分光镜单元30，调整分光镜一、分光镜二的分光角度，使分光后1～3级光斑呈矩形阵列排布，且各光斑重叠率在50％以上，如图2分光镜一、分光镜二匀光光斑位置分布，如图3分光镜一、分光镜二匀光光斑光强分布；从分光镜射出的光斑组通过光罩板40中心，在光罩板中心形成需成像的物，调节光罩板40的位置和大小，位置调节是中心垂直入射，大小调节是需成像光斑的大小，通过切换不同的光罩板，选择不同成像光斑，如图4光斑匀光后在光罩板后方光强；光罩板透过的光由反射镜组在光路中传播，调节反射镜组使经过光罩板的光束垂直入射到振镜60中，经过扫描场镜70聚焦成像投射到工装载台100上的pi网板90上，如图5，网板面水平朝上，达到蚀刻pi的能量密度对pi进行蚀刻。由于对成像光斑做了匀光处理，使得pi的切割面锥度显著减小；同时具备多组不同大小的成像光罩板，使加工光斑大小可选择。

调节z轴位置，通过场镜找出成像点的位置，记录z轴坐标。

在成像点位置上对pi材料进行平台直线运动+振镜扫描的方式进行材料加工。

综上所述，本发明采用超短脉冲紫外激光，利用一组两片分光镜分光匀光，激光通过光罩板成像在pi表面去除pi以及胶层，对成像光斑做了匀光处理，pi的切割面锥度显著减小，同时具备多组不同大小的成像光罩板，使加工光斑大小可选择，振镜扫描结合平台直线运动组合方式进行材料加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以权利要求所述的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。