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

1、本文針對激光輻照半導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)生機理及在CIGS薄膜太陽能電池劃線中應(yīng)用進行了理論分析、有限元數(shù)值模擬和實驗研究。
　　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;通過實驗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稱有限元模型并對溫度場進行了計算，進而通過紅外測溫儀測量了溫度場分布，驗證了有限元數(shù)值計算模型與結(jié)果。還通過數(shù)值計算得到了毫秒激光輻照硅材料的熱應(yīng)力場分布。
　　針對不同能量密度毫秒激光作用下硅表面主導裂紋形態(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)力場分布，對表面不同形態(tài)的裂紋產(chǎn)生機理進行了定性解釋，

3、預測了其開裂時間。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背面燒蝕完成正面劃線兩種方法，實現(xiàn)了激光對CIGS薄膜太陽能電池的劃線加工，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