[发明专利]一种具有微锥塔石英透镜阵列的微成型镜面及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及镜面磨削成型方法，具体涉及一种具有微锥塔石英透镜阵列的微成型镜面及其加工方法；该方法是微细镜面机械加工方法，属于光学制造技术领域、微结构薄膜注塑成型模芯制造领域和光伏硅发电技术领域。

背景技术

光伏硅电池是利用直射的太阳能进行发电的，但是，一年中大多时间是没有太阳光的直射，每天大量散光都不断地被浪费掉。目前，用于光伏硅发电电池只能接受直射的太阳光照射，很难进行无太阳直射的散光发电。因此，在石英薄基板表面上加工出微锥塔阵列结构，且将其界面加工成光滑镜面，形成微锥塔透镜阵列，可以充分吸收周边的散光并将其折射且透射到底部的光伏硅电池上，实现散光发电。

发明内容

本发明的目的在于在光学石英薄基板上提供一种可以吸收周边散光的微锥塔石英透镜阵列，实现光伏硅电池的散光发电；本发明另一目的在于提供上述具有微锥塔石英透镜阵列的微成型光滑镜面机械加工方法，也可以用于注塑成型的钢模芯材料加工成形。

在1~3毫米的石英基板上设有多个微锥塔，从纵横向依次排列，锥塔角度为35~65度，高度为50~250微米，两个相邻微锥塔在横向或者纵向截面上形成V形槽结构，V形槽在底部通过半径为5~40微米圆弧连接。

在制作中，采用高速旋转的青铜金属基1200-2000目金刚石砂轮V形尖端在石英薄基板上，沿着切削方向作直线往复运动，每次进给深度为1~3微米，进给速度为0.2~0.5米/分，逐层加工出直线型的微V槽阵列，再朝垂直方向加工出同样的直线V槽阵列，然后，砂轮工具进行零进给磨削，在砂轮磨粒出刃面与工件间的0~5微米空间内，加入含有0.5~2微米的氧化铈（CeO₂）抛光液，在高速旋转的砂轮工作面驱动下，对工件表面进行弹性弹射抛光，实现微锥塔阵列界面的光滑镜面加工。最后，将微锥塔石英透镜阵列基板放在光伏硅电池上，可吸收周边散光，且将其折射且透射到下面的光伏硅受光面上，实现光伏硅电池的散光发电。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

采用高速旋转的金属基金刚石砂轮V形尖端在光学石英基板的水平面上，作垂直交叉的往复直线运动，金刚石砂轮V形尖端的角度为35~65度，每次进给深度控制在1~3微米，利用垂直交叉的直线行走轨迹逐渐将砂轮V形尖端的形状复制到光学石英基板面上，形成微锥塔阵列空间结构表面，然后进行零磨削，利用砂轮的磨粒出刃面与工件间0~5微米的空间，加入含有0.5~3微米的氧化铈（CeO₂）抛光液，氧化铈磨粒在高速旋转的砂轮工作面的驱动下进行弹性弹射抛光，实现微锥塔结构透镜界面的光滑镜面加工。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）微锥塔石英透镜阵列结构表面可以吸收周边的散光，将其放在光伏硅上，可以实现光伏硅电池的散光发电。

（2）微锥塔石英透镜阵列结构表面可以被加工在厚度为1~3毫米的工作基板上，使工作系统更加集成。

（3）目前，微细且复杂的结构空间表面尚无有效的抛光办法。本发明可以将微米级尺度的复杂结构形面加工出光滑镜面。

附图说明

图1为本发明微锥塔透镜阵列结构表面的微成型加工示意图。

图2 微锥塔阵列结构表面的镜面抛光原理图。

图 3利用微锥塔石英透镜阵列结构表面的散光发电原理图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步地说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

传统的光学石英基板是光滑的，本发明是在石英表面加工出具有微锥塔石英透镜阵列的微成型镜面。如图1、2所示，在石英基板上设有微锥塔石英透镜阵列，多个微锥塔6从纵、横向依次成排连接在石英基板，微锥塔6为微小的锥形结构，锥塔角度α为35~65度，高度为50~250微米，两个相邻微锥塔在横向或者纵向截面上形成V形槽结构，V形槽在底部通过半径为5~40微米圆弧连接。

如图1所示，在具有微锥塔石英透镜阵列的微成型镜面加工时，先采用高速旋转的青铜金属基金刚石砂轮1，利用其V形尖端2，先在光学石英薄基板3的水平面上间隔地作直线往复运动4，且每次给定微米级的进给深度a，形成横向直线V形沟槽5，然后在同一水平面上沿着垂直方向间隔地作直线运动，且每次给定微米级的进给深度a，加工出垂直方向的直线V形沟槽，最终利用两垂直交叉的直线微V槽组合形成微锥塔6。