脈沖激光對(duì)半導(dǎo)體材料熱力效應(yīng)及在CIGS-、TFSC劃線中應(yīng)用.pdf

1、本文針對(duì)激光輻照半導(dǎo)體材料的熔融損傷閾值和損傷形貌、熱應(yīng)力分布和表面裂紋產(chǎn)生機(jī)理及在CIGS薄膜太陽(yáng)能電池劃線中應(yīng)用進(jìn)行了理論分析、有限元數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。
　　為分析材料的熔融損傷閾值與脈寬的關(guān)系，研究了毫秒、納秒和皮秒激光作用下硅材料的熔融損傷閾值，在1ms、10ns和10ps激光作用下，硅熔融損傷閾值分別為127J/cm2、5J/cm2、0.35J/cm2;通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了在三種脈寬激光作用下硅的損傷形貌，毫秒激光熱效應(yīng)顯著

2、，且以體損傷為主;納秒和皮秒激光主要為表層損傷。
　　基于熱彈塑性理論，建立了激光與硅材料相互作用二維軸對(duì)稱有限元模型并對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，進(jìn)而通過(guò)紅外測(cè)溫儀測(cè)量了溫度場(chǎng)分布，驗(yàn)證了有限元數(shù)值計(jì)算模型與結(jié)果。還通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到了毫秒激光輻照硅材料的熱應(yīng)力場(chǎng)分布。
　　針對(duì)不同能量密度毫秒激光作用下硅表面主導(dǎo)裂紋形態(tài)不同的現(xiàn)象，利用有限元方法數(shù)值模擬了在裂紋萌生之前硅片熱應(yīng)力場(chǎng)分布，對(duì)表面不同形態(tài)的裂紋產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了定性解釋，

3、預(yù)測(cè)了其開(kāi)裂時(shí)間。結(jié)果表明:解理裂紋主要分布在光斑區(qū)域內(nèi)，徑向裂紋和環(huán)形裂紋分布在光斑區(qū)域外圍;且解理裂紋是在激光作用結(jié)束后產(chǎn)生的，徑向裂紋和環(huán)形裂紋是在激光輻照期間產(chǎn)生的，徑向裂紋受環(huán)向應(yīng)力影響甚大，環(huán)形裂紋是徑向應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用的結(jié)果。
　　采用激光正面直接燒蝕劃線和通過(guò)背面燒蝕完成正面劃線兩種方法，實(shí)現(xiàn)了激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的劃線加工，其中正面直接燒蝕劃線比背面燒蝕劃線質(zhì)量穩(wěn)定，但產(chǎn)生局部分流的概率較大。為快捷有