太阳能硅晶片双束激光双线划槽方法与装置

摘要

太阳能是当今最为光明的新兴产业，太阳能硅晶片的加工是这个产业的重要工序。该行业目前的苦恼之一是太阳能硅片划槽加工的产能已跟不上销售的提高。针对目前市场上只是单束激光划槽设备的情况下，本文提出一种双束激光划槽方法和装置。它可以使生产效率提高100％，节约能源30％。它主要应用于硅、锗、砷化镓和其它半导体衬底材料的划槽和切割，特别适用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的切割。 本文从激光激发的过程，对原子的能级以及激光跃迁进行了系统的研究。由这些理论进而引出了激光产生的全过程，并研究了激光产生的条件。固体激光器是激光发展史上的里程碑，本文提出的装置也是固体激光器，所以对激光器的组成进行了阐述。 根据激光原理的研究，本文对太阳能硅晶片双束激光双线划槽机进行了系统的研究。 其系统包括激光器、激光电源、声光Q 开光电源、水冷机以及相关的机械结构, 其中激光器是主要器件。本文提出的Z 型谐振腔是以提高加工效率为目的而提出的创新结构。Z 型腔不同于直腔，它是折叠腔。利用传播圆理论和模像理论对其进行了深刻的分析研究，得出Z 型腔具有更宽的热稳定宽度，所以有更小的光斑尺寸。聚焦系统的理论分析得出扩束镜能优化激光光斑尺寸，使划槽效果更美观。 基于以上的理论分析，本文以单线划槽和Z 型腔双线划槽做了对比试验，得出以下实验结论： （1）Z 型腔双线划槽有更大的功率，有更深的划槽深度，所以沟槽更明显。 （2）验证了根据聚焦理论提出的加入扩束镜设想的正确性。 （3）在最优数据的情况下，双束激光划槽宽度窄于单线划槽宽度，验证了Z 型腔的图解分析。