Siliziumzellen schneiden

[Perire]

Hallo zusammen

Ich arbeite gerade an einem Projekt an der Fachhochschule für welches ich zugeschnittene Solarzellen brauche. Natürlich gibt es da Firmen die auf so was spezialisiert sind aber ich habe mich dann gefragt ob man dies nicht auch selbst machen könnte. Nach nun ca. 15h einlesen in das Thema Laser weis ich nun einiges und noch mehr nicht -.- Solarzellen sind im normalfall 0.3mm dick und werden normalerweise mit nd: yag Lasern geschnitten so viel ich weiss (z.B. Laser-MicroJet, Laserholographie oder normale Laser).
Von daher dachte ich mir das nd:yag laser die geeignetsten sind. Was ich allerdings nirgends finden konnte sind angaben zur cw Leistung eines solchen Lasers. Ich hab da mal eine Rechnung aus einem anderen Tread genommen und diesen durchgerechnet für Silizium und bin auf 11.59J (Verdampfungs Arbeit) mit 0.3mm Material dicke und 0.325mm Radius des Laserstrahls gekommen. Eine riesige Leistung!
Nun einige meiner Fragen.

Muss eine Pumpdiode grundsätzlich cw sein oder kann die auch gepulst sein?
Warum wird bei den Dioden qcw und cw angegeben? könnte man eine cw diode nicht auch selbst pulsen?
Werden nd: yag Kristalle sowohl seitlich als auch an den Enden gepumpt?
Wieviel Leistung (cw) sollte eine Pumpdiode (laser diode array) etwa haben?
Wie stark kann man den Laserstrahl fokussieren? ca. 30um oder sogar weniger?

Hier im Forum habe ich immer wieder gelesen das Wellenlängen-halbierung -drittelung oder gar -viertelung zu starken Verlusten führt. Aber ich habe mich gefragt ob die viel stärkere Absorption nicht wieder ausgleichend wirkt.

absorption.png

Ich entschuldige mich für die übermässig vielen fragen vorallem für die dummen ^^

Gruss Lothar

[goamarty]

Die vervielfachung der Frequenz wird auch in technischen Laseranwendungen gemacht, wenn sinnvoll. Zb Laser-Polymerisation (RapidPrototyping) mit 355nm Nd:YAG. Eine QCW Diode muß die hohe optische Leistung des Pulsbetriebes aushalten, nicht nur die mittlere thermische Leistung. Die Dioden sind halt entsprechend optimiert und spezifiziert. Für einen gepulsten Laser wird aber oft auch eine CW-Pumpe und ein Q-Switch verwendet. Der Nd:YAG Kristall speichert dann die Energie, die sich in einem sehr kurzen Puls entlädt. Ich weis aber jetzt keine typischen Pulsenergien. 30µm Fokus müßte leicht sein, außer mit einem CO2 Laser (10µ Wellenlänge).

[Dr.Ulli]

Wie wäre es mit einer Diamant-Säge zum Schneiden? Damit (Drahtsäge oder Scheibe...) schneidet man gewöhnlich Kristalle...

[gebbi]

Hallo Uli,

schau Dich mal ein wenig bei der Firma "Disco" oder evt. auch noch "Besi" um. Disco ist einer der führenden Hersteller von Trennanlagen für Halbleiterbauteile. Hier wirst Du auch fündig im Bereich Laserdicing / Lasercutting.

Falls es sich aber um monokristalline Wafer handeln sollte, wäre "ritzen und brechen" nicht auch noch eine Lösung? Geht schnell und ist sehr sauber...


Gruß, Gebbi

[Perire]

hey
Danke für die Antworten. Ja das mit dem Drahtsägen mit Diamantpaste bestrichen habe ich auch schon gelesen. Aber ich glaube es ging dabei grösstenteils um die grossen Siliziumblöcke in feine Scheiben (Wafer) zuschneiden. Gibt es aber sicher auch um die Wafer selbst zu schneiden. Das mit dem ritzen haben viele im Internet ein bisschen kritisiert, dass es nicht so recht gehe aber vielleicht hatten sie ja einfach polykristalline Solarzellen.

Für einen gepulsten Laser wird aber oft auch eine CW-Pumpe und ein Q-Switch verwendet.

Heisst das also das die Pumpquelle, falls es eine Laser Diode ist, immer cw betrieben wird? Oder könnte die Energie theoretisch auch mit einem qwc in den yag Kristall gebracht werden?
Das der Q-Switch danach kurze Energiereiche pulse produziert verstehe ich.

Greez

[pardini]

meines Wissens wird Glas mit Laser nur entlang der Schnittlinie erhitzt. Brechen tut es durch therm. Spannung am Ende selber. Silizium ist ja auch sehr spröde. Ich denke nicht, daß man die Schnittlinie heraus dampfen muß.

Pardini

[pulslaser]

Siliziumwafer schneidet man typischerweise mit einem Gütegeschalteten ND:YAG.
10 Watt mittlere Leistung dürften dafür genügen, bei mehr geht es halt schneller.
Um Silizium zu verdampfen braucht man lediglich einige 100KW für einige ns im Focus, schafft so ein Q-Switch - DPSS mit links.
Strahldurchmesser sollte bei 15-20 µm liegen (von der Scanneroptik abhängig).

LG Pulslaser

[rocketman340]

Das beste ist ein q-switch DPSS 354 nm laser wie der "POWERGATOR" von Lambdaphysics.
sehe http://www.youtube.com/wacht?v=35RsxXxBqts

rocketman340

[lasdes]

Hallo,

schade, habe erst heute Deine Frage gelesen. Silizium lässt sich gut sowohl mit einem gütegeschalteten Nd:YAG Laser (dioden- oder lampengepumpt, Impulsdauer 50...100 ns)) als auch mit einem blitzlampengepulsten Nd:YAG Laser (Impulsdauern dann im Bereich 100 µs) schneiden. Entweder Strahlbewegung per Scanner oder aber Materialbewgung per X/Y-Tisch bei feststehendem Strahl.
Pumpen eines Festkörperlasers mit qcw-Dioden macht nur Sinn bei kleinen Frequenzen < 3 kHz. Selbst dann hat man keine lange Freude daran (1 Gshot, d.h. nur ca. 300 Std. @ 1 kHz, jedoch bis 20.000 Std. mit Barren-CW-Diode bei guter Auslegung, > 50.000 Std. bei Single-Emitter-Dioden?).