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深圳海納光學(xué)有限公司
主營產(chǎn)品： 激光護(hù)目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學(xué)元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機(jī)，激光測(cè)量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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平頂光束整形成方形光斑，應(yīng)用于激光加工材料
2022-4-28 閱讀(1376)
采用傳統(tǒng)高斯光束的劃線，在單脈沖激光切除材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)壁不均勻、裂紋、較多的殘?jiān)惹闆r，而在工作面上進(jìn)行平頂光束整形，優(yōu)化了能量分布，對(duì)a-Si和CdTe薄膜太陽能電池的P2和P3區(qū)域進(jìn)行太陽能電池激光劃線加工效果進(jìn)行了大幅優(yōu)化。
與納秒級(jí)激光源相比，皮秒激光器脈沖寬度較短而具有較高的脈沖功率，這些源產(chǎn)生的熱影響區(qū)域相對(duì)較小，可以產(chǎn)生更精細(xì)的微觀特征，并減少熔體效應(yīng)；
用激光從上方照射樣品，并將樣品倒置安裝，這樣被移除的材料就會(huì)因重力從樣品中脫離，這樣光束整形激光劃線后，即使不清洗也能得到非常干凈的后處理樣品。
略低的脈沖能量會(huì)導(dǎo)致吸收層和接觸層交界面的隆起或部分材料附著的現(xiàn)象，但不足以*去除材料。通過對(duì)平頂光斑激光劃線速度的控制，可以調(diào)整光束整形激光劃線對(duì)材料表面的作用能量。
方案設(shè)計(jì)：
皮秒脈沖激光器：波長532 nm，脈寬30ps，脈沖重復(fù)頻率為200 KHz。
平頂光斑激光劃線裝置的原理圖如下：（DOE為Holoor光束整形器件）
CdTe光伏器件結(jié)構(gòu)如下：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
下圖a代表Holoor DOE的平頂光束整形的方形光斑的二維圖像，圖b代表高斯光束的二維圖像，圖c代表Holoor DOE的平頂光束整形的方形光斑的輪廓圖，圖d代表高斯光束的輪廓圖。顯示了平頂光束整形的方形光斑光束質(zhì)量更優(yōu)。
在CdTe上，a代表 P2用20um高斯光束刻劃的3D共聚焦顯微鏡圖像，b代表P3用37um平頂光束整形的方形光斑刻劃的3D共聚焦顯微鏡圖像；在a- Si（非晶硅）上，c代表P3用高斯光束光束刻劃的3D共聚焦顯微鏡圖，d代表P2用平頂光束整形的方形光斑刻劃的3D共聚焦顯微鏡圖像。
圖像顯示了不管對(duì)于P2還是P3的加工，平頂光束整形的方形光斑劃刻的側(cè)壁直線度有明顯改善，剝離形狀更規(guī)則。
略低的脈沖能量會(huì)導(dǎo)致吸收層和接觸層交界面的隆起或部分材料附著的現(xiàn)象，但不足以*去除材料。需要定下最佳的能量閾值，如下圖，在7000mm/s的條件下，能量閾值在分別為0.16、0.18、0.23J/cm2的效果如下圖；
下圖的上半部分描述了皮秒光纖激光器對(duì)P3 CdTe作用，激光器的脈沖通量為0.21 J/cm，脈沖重復(fù)率為200 kHz，速度為6000-9000 mm/s(從右到左)的劃線結(jié)果；
圖的下半部分描述了P2 a- Si作用，激光器的脈沖通量為0.23 J/cm2，速度從1000-8000 mm/s(從右到左)。最后確定其最佳速度為7000 mm/s，能量通量為0.18 J/cm2。
結(jié)論：
1.平頂光束整形后的能量是普通高斯光束劃線能量的一半，
2.用Holoor的DOE后可將高斯光束變成太陽能激光劃刻所需的方形光斑，其激光劃刻后的側(cè)壁直線度明顯改善，剝離形狀更規(guī)則，在太陽能激光劃刻、太陽能電池激光劃線等應(yīng)用方面效果優(yōu)秀。
