DR激光器光路调试技术研究

DR激光器光路调试技术研究

陈云

青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁太阳能电力分公司

随着单晶PERC电池成为行业主流之后，为提升更大的电池发电量以及降低串联电阻、提高表面钝化效果等优势，SE+PERC电池应运而生。一台激光设备少不了一条完美的激光光路，下面针对SE激光光路调试做了以下研究：

一、SE激光调试方法：

1、基本光路结构及注意事项：

●SE工艺，选择性发射极，以硅片表面的磷硅玻璃（PSG）为P源，利用激光能量实现硅片表面的部分重掺杂；

●工艺要求，激光能量均匀分布，重掺杂区域无损伤，掺杂浓度可以通过激光参数调整；

●工艺设计，使用整形镜片对光斑进行整形，实现均匀分布的方形光斑实现重掺杂；

SE激光基本光路结构

●注意事项

①必须检查各个光学镜片，确保镜片无污染、无损伤

②安装光学镜片底座前，必须对各机械件及光路密封罩内的灰尘进行仔细地清洁

③设备放置的环境中不可有挥发性气体，以免污染光路

④环境温度20-26℃为宜

⑤激光器水箱控温要求：20℃，精度±0.1℃

⑥调试完成后必须及时封装光路

2、关键光学器件的调试方法；

●调试步骤

①按照激光器说明书，预热并开启激光器

②通过激光器漏光，利用两片全反镜将光束调到调光治具中

③安装并调整扩束镜

④安装并调整整形镜片

⑤整形镜片微调

⑥扩束镜倍率与发散角微调

⑦工艺调试

●开启与预热激光器

①确认环境温度合适，确认各电缆及水管连接正确

②检查水箱没有漏水后，启动水箱使水温稳定

③开启激光器电源

④按照激光器说明书设定激光器参数

⑤激光器预热（2小时为宜）

⑥注意水箱稳定前禁止开启激光器电源，调试中宜随时观察水箱温度

●手动扩束镜的安装与调整（对原始光束直径进行扩束，以满足整形镜片对激光直径要求）

①根据激光器发散角参数和整形镜片要求的光束直径，估算并设置扩束镜为所需的倍率，并装入光路。

②调整扩束镜的俯仰、偏摆、高度、平移位置，使扩束后的光束与原始光路同轴。

镜架

    顶丝类型的镜架

●安装并调整整形镜片（主要包括镜片的旋转调节、俯仰偏摆调节和平移调节）

①将整形镜片安装到镜架中，并将其接入光路。大致调整使得漏光通过整形镜片的中心；

②旋转调节。拆除场镜，通过漏光，观察激光经过整形镜片后在工作台面上的光斑，绕光轴旋转整形镜片，使光斑的网格线方向与划线的方向平行；

③俯仰偏摆调节。通过漏光，找到整形镜片的反射光，调节整形镜片镜架上的螺纹使其反射光沿原路返回。

●手动扩束镜与整形镜片微调（通过精细调节来获得所需的光斑效果）

在约130uj时（epluse240k），将电池片倾斜放置进行雕刻，观察光斑效果。一般使用单晶硅片的蓝色镀膜面来观察光斑。如果光斑形状不完整，则需调节整形镜片的平移，直到能看到预期的光斑轮廓。以迎着激光的方向来定义整形镜片的左右（后续所有方向都这样定义），根据振镜对光斑的变换，调整的方向为：

光斑右边（左）缺失，则将整形镜片向上（下）平移；

光斑上部（下）缺失，则将整形镜片向右（左）平移。

整形镜片出射端

●整形镜片微调 

整形镜片左右方向定义

整形镜片入射端（松开顶丝可绕轴旋转）

●手动扩束镜倍率微调

在预定激光参数下，将电池片倾斜放置进行雕刻，找到每条线中最佳的光斑效果进行对比，确定合适的扩束倍数。

倍数偏小（四角空）        倍数合适（能量均匀）       倍数偏大（中间空）

●手动扩束镜发散角微调

确定倍数后，最佳光斑效果可能不是正好在工作台面上。此时须调整手动扩束镜的发散角，平打，观察光斑表象，对应调整。

●检查整幅面的一致性与均匀性

●图形精度检查

使用激光在蓝膜片上雕刻上述图形,用二次元测量4个mark点的坐标。检查内容包括：

①mark点坐标精度检验。

X、Y方向mark点的测量距离与实际

距离的差值：△Mx1=M1M2实际- M1M2理论，

△Mx2=M3M4实际- M3M4理论；

△My1=M1M3实际- M1M3理论，

△My2=M2M4实际- M2M4理论；

△Mx-max及△My-max≤ ±15μm

②图形精度及线间距精度测试：

二次元测量M1-M4的坐标后，将四点连成线段，然后用二次元“线段”-“平分”功能画出线段M1M3与线段M2M4的平分线。同时画出线段M1M2与线段M3M4的平分线。两条平分线之间的交点为A0，X方向的平分线与M1M3线段的交点为A1，与M2M4线段的交点为A2。测试A0、A1、A2到图形中各条线之间的距离并与理论值相减。△Amax≤±15um。

3、常见问题

●激光器输出功率变化

检查激光器参数设置、检查激光器控温

●整幅面光斑均匀性不好

检查工作台面与场镜的距离是否正确、检查二者平行度是否良好

●光斑一致性不好

检查激光器控温是否正常、检查各个光学镜片是否有损伤和污染

    通过上述激光光路调整，将缺陷光斑优化改进后，再电池生产工艺过程中，避免了因激光光斑缺失导致的工艺异常，同时按此工艺修复光斑精度，可提高电池填充因子，提高电池转换效率。