當前的激光加工領域有眾多的參數標準,而其中光束質量因子——M2的影響往往被忽略。但是需要指出的是,在大多數激光加工過程中,低M2的光束可以使加工精度、過程可靠性和整體表現得到提升。
使用激光進行材料加工時,低M2值意味著可以把光束匯聚到更小的點,以產生更精細的結構;同理,如果指定焦點處的光斑尺寸相同,低M2光束則對應更大的瑞利長度(見下圖橙色橢圓),可以有效降低離焦(De-focus)帶來的影響。
系統的離焦由多種因素產生,包括材料高度的變化、機械震動和形變、以及熱膨脹/收縮。如果使用低質量、高M2的激光器,試圖搭建一個能抵消上述所有因素的系統,會額外增加很多設備的成本。要求較高的情況下,甚至需要一個自動對焦的組件。如果光路掃描速度達到米/秒量級,搭建這種系統的方案將過于昂貴。其他方案包括使用造價高昂、有嚴格平面度公差的高品質材料,或降低生產效率,但這些都不適用于大批量生產運營。
制作薄膜太陽能電池時,需要用激光劃線的方法移除基底或其他膜層上的各種薄膜材料,通常是對導體薄膜進行電絕緣的“P1”劃線。從生產角度考慮,確定劃線過程對系統離焦的敏感度至關重要。如上圖所示,如果您選用高質量、低M2值(1.2)的光譜物理HIPPOTM激光器,即使離焦達到2毫米也可正常進行絕緣劃線(紅色曲線);如果光束的質量較低,M2值較高(1.8),離焦超過0.5毫米便會使電絕緣失效(藍色曲線)。
使用低質量、高M2值的激光,造成劃線質量的惡化會非常明顯。下圖是由光學顯微鏡拍攝的一系列照片,分別對應不同的離焦量(ΔZ)。當離焦達2毫米時,高質量激光光束仍可進行絕緣劃線,而低質量光束僅僅能少許改變表面形狀;離焦3毫米時,低質量光束已不能產生任何肉眼可見的改變。由此,低M2值激光光束對薄膜太陽能電池劃線的改善一目了然。
隨著太陽能電池板尺寸的不斷增大,降低成本的可行方案只能是適當犧牲基底的質量和平滑度。而要保持高效高產出,光束質量便會越發重要。光譜物理高質量、低M2值的全固態半導體Q調諧激光器,是您實現低成本、高效率、大批量生產的最佳選擇。
太陽能電池的制作與其他高精密激光加工一樣,光路穩定性和精密運動控制同樣重要。Newport集團面向市場的高端光學調整架以及各種精密電動位移臺,也能為您的生產提供幫助。