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深圳海納光學有限公司
主營產品： 激光護目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
公司信息
平頂光束整形成方形光斑，應用于激光加工材料
2022-4-28 閱讀(1430)
采用傳統高斯光束的劃線，在單脈沖激光切除材料時會產生側壁不均勻、裂紋、較多的殘渣等情況，而在工作面上進行平頂光束整形，優化了能量分布，對a-Si和CdTe薄膜太陽能電池的P2和P3區域進行太陽能電池激光劃線加工效果進行了大幅優化。
與納秒級激光源相比，皮秒激光器脈沖寬度較短而具有較高的脈沖功率，這些源產生的熱影響區域相對較小，可以產生更精細的微觀特征，并減少熔體效應；
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。
略低的脈沖能量會導致吸收層和接觸層交界面的隆起或部分材料附著的現象，但不足以*去除材料。通過對平頂光斑激光劃線速度的控制，可以調整光束整形激光劃線對材料表面的作用能量。
方案設計：
皮秒脈沖激光器：波長532 nm，脈寬30ps，脈沖重復頻率為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光伏器件結構如下：
實驗結果：
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量更優。
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。
圖像顯示了不管對于P2還是P3的加工，平頂光束整形的方形光斑劃刻的側壁直線度有明顯改善，剝離形狀更規則。
略低的脈沖能量會導致吸收層和接觸層交界面的隆起或部分材料附著的現象，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P3 CdTe作用，激光器的脈沖通量為0.21 J/cm，脈沖重復率為200 kHz，速度為6000-9000 mm/s(從右到左)的劃線結果；
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，其激光劃刻后的側壁直線度明顯改善，剝離形狀更規則，在太陽能激光劃刻、太陽能電池激光劃線等應用方面效果優秀。
