[发明专利]一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及激光精密加工技术领域，具体是一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法及装置。

背景技术

太阳能光伏发电产业正在全世界范围内以前所未有的速度快速扩张。 由于太阳能具有清洁，取之不尽、用之不竭的优势，这使得它在未来世界的能源结构中必然会占有重要的一席之地。提高太阳能电池的发电效率，并达到经济上可行的量产化生产是目前太阳能发电产业的核心课题。激光技术因其快速、精确、无接触以及可控的热效应等优势，在太阳能电池生产领域有着广阔的应用前景。采用激光技术来提高太阳能电池的发电效率是也是近年来的研究热点之一。

硅晶太阳能电池是目前市场上应用最广的一种。硅晶太阳能电池是以硅晶圆作为基底，表面上形成精密的薄膜结构，例如浅掺杂层、钝化层、保护层等。这些膜层的厚度通常都在纳米量级，一般不超过1微米。激光精密加工的作用范围主要限定在这些膜层结构内。对于激光加工的效果，要求加工深度精准，同时对加工区域周围的材料的热破坏尽量小，这样才能保证所加工的电池的光电转换效率达到最优。由于这些原因，通常选择短波长的超快激光器作为光源，比如说脉冲宽度在纳秒级（10^-9秒）甚或是皮秒级（10^-12秒）的绿光或紫外激光器。

在紫外波段，激光能量的吸收主要发生在样品表面，从而有可能仅对表面或在相当浅的深度内进行精密加工。采用超短脉冲，激光峰值功率很高，材料的挥发主要是由材料分子直接在激光的强电磁场的作用下而发生，同时因为激光作用时间短，所以热扩散效应基本可以忽略。这样一来，激光作用的范围基本上仅在激光的光斑以内。这样加工的边缘比较平滑，较少发生明显的烧结等宏观热破坏现象。

由于激光加工过程是利用激光的能量将材料改性或者去除，同时还要满足工业生产条件的加工速度，因此一般需要较高的激光功率。此外，在利用高功率超快短波长激光对材料进行加工时，会同时激发等离子体，这对激光能量有屏蔽效果；而且，半导体硅晶圆等材料对短波长的反射率较大，这就意味着在加工过程中有相当一部分激光的能量浪费掉了。再有，高功率超快短波长激光器，对光学元件及材料的损伤很大，因此，适合高功率激光的光学元件需要特殊处理，因而价格昂贵。不仅如此，高功率激光器对使用环境还有较高的要求，并且需要经常维护。由于这些原因，高功率短波长激光器的价格通常相当昂贵，造成了精密激光加工设备成本居高不下。怎样充分合理的利用激光能量、在保证加工精度和速度的条件下降低激光加工设备成本就显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法及装置，解决现有的激光技术对太阳能电池、特别是硅晶圆太阳能电池加工时需要使用的高功率超短脉冲短波长激光器价格昂贵的问题。

本发明的技术方案为：

一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法，首先用低于太阳能晶圆材料加工阈值的照射激光束照射太阳能晶圆上的待加工区域，该区域吸收了光子能量，材料温度显著提高，同时产生大量载流子，然后用加工激光束照射太阳能晶圆上的相同区域，加工激光束的能量高于太阳能晶圆材料加工阈值，用于进行对晶圆材料的加工。

所述的照射激光束为脉冲激光束或连续激光束；所述的加工激光束为脉冲激光束。

所述的照射激光束和加工激光束分别由两台激光器发射产生或由一台激光器经分光后产生。

一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工装置，它包括有照射激光器、加工激光器、相对于加工激光器输出端后的光束扩散装置、相对光束扩散装置输出端后和照射激光器输出端后的光学合束镜、设置于光学合束镜后的激光扫描器和相对激光扫描器照射端的载物台。

所述的照射激光器、加工激光器选用同一激光器，相对同一激光器输出端后设置有可调分光装置，可调分光装置的一输出端后设置有光学延迟装置，所述的光束扩散装置相对设置于光学延迟装置的一输出端后，所述的光学合束镜相对设置于光束扩散装置输出端和可调分光装置的另一输出端后。

所述的光束扩散装置和光学合束镜之间、光学合束镜和激光扫描器之间均设置有激光反射镜。

所述的激光扫描器和载物台之间设置有透镜；所述的载物台上设置有真空吸附装置。

所述的可调分光装置是由顺次设置的光学偏振旋转器件和光学分束器组成。

所述的分光装置透射输出端和光学合束镜之间、光学合束镜和激光扫描器之间均设置有激光反射镜。