激光蝕刻太陽(yáng)能電池（激光蝕刻在太陽(yáng)能應(yīng)用）

在薄膜太陽(yáng)能組件中，激光蝕刻是一種重要工具，尤其是高性能、超短脈沖激光器，能提供持續(xù)時(shí)間僅為數(shù)秒鐘的超短脈沖，不僅有助于廠商增加產(chǎn)量，而且可優(yōu)化加工工藝。

作為一種可再生能源，光伏能源在解決能源問(wèn)題上具有舉足輕重的地位。科技進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)電力平價(jià)消費(fèi)的重要前提，比如通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，使光伏發(fā)電成本降至接近傳統(tǒng)能源的成本。

晶體硅太陽(yáng)電池是目前光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%以上。激光蝕刻技術(shù)主要應(yīng)用于晶片切割和邊緣絕緣。

采用激光輔助摻雜(doping)工藝，防止了電池的前后短路引起的電源損耗。激光刻蝕技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于激光輔助摻雜技術(shù)，以提高載體的遷移率，特別是電極接觸。近幾年來(lái)，薄膜太陽(yáng)能電池得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，行業(yè)專(zhuān)家們期望其未來(lái)能在光伏市場(chǎng)上占有20%左右的份額。

由于薄膜太陽(yáng)電池中使用的薄膜膜厚度僅為幾微米，可節(jié)約大量材料。制備薄膜太陽(yáng)電池，激光起到了舉足輕重的作用。激光將電池構(gòu)造成整體，并與模組相連，然后對(duì)各模組進(jìn)行腐蝕，以保證所要求的絕緣性能。

成熟的激光刻線技術(shù)

在大面積玻璃襯底上沉積導(dǎo)電薄膜和光電薄膜，以產(chǎn)生非晶硅或鎘(Cdte)薄膜太陽(yáng)電池組件。在每一層薄膜上沉積后，用激光刻蝕薄膜，使電池自動(dòng)串聯(lián)。通過(guò)這種方式，可以根據(jù)電池的寬度設(shè)定電池和模塊的電流。精密選擇性非接觸激光加工技術(shù)能夠可靠地集成在薄膜太陽(yáng)能組件生產(chǎn)線上。一般人所說(shuō)的刻線就是一次激光脈沖刻蝕的連續(xù)過(guò)程。在脈沖聚焦后，可獲得30~80微米的光斑。所以，在P1層上，玻璃基底應(yīng)該用脈沖光(10~80ns)寬度來(lái)對(duì)其進(jìn)行刻蝕。

透明度導(dǎo)電氧化物(TCO，如Zno和Sno2)通常采用近紅外1064nm的光纖激光刻蝕技術(shù)，且脈沖的重復(fù)頻率較高。脈動(dòng)重復(fù)頻率一般在100kHz以上。脈搏重復(fù)頻率高，可確保切口完全清潔。

具體加工工藝應(yīng)根據(jù)材料對(duì)激光的吸收率，選擇合適的激光波長(zhǎng)。綠光激光刻蝕機(jī)對(duì)硅片的破壞閾值較低，綠光激光能安全地通過(guò)膜，并對(duì)吸收層進(jìn)行刻線。P2、P3的刻線機(jī)制與P1層相同。

激光單脈沖刻線機(jī)制自身的特性限制了脈沖的重復(fù)頻率。在加工過(guò)程中，為了防止接觸表面半導(dǎo)體層的脫落，需要重復(fù)使用35~45kHz的脈沖。一般的腐蝕閾值是2J/cm2左右，即25μJ的激光能量可以集中到直徑40微米的區(qū)域，并且平均功率很小。綠光激光刻蝕機(jī)的平均功率為數(shù)瓦，可實(shí)現(xiàn)多束并行加工，進(jìn)一步提高了加工效率。

P1.P2和P3在微細(xì)加工中使用刻線。具有體積小、體積小、輸出波長(zhǎng)為1064nm、532nm的二極管泵浦激光器無(wú)疑是非常好的選擇。該激光器具有8~40ns的脈沖寬度和1~100kHz的重復(fù)頻率。

光面刻蝕保護(hù)技術(shù)

為了避免太陽(yáng)能電池模組被腐蝕或短路，必須在其邊緣留出大約1cm寬的邊沿，以便隨后將整個(gè)電池模組封裝。現(xiàn)在用噴砂來(lái)清理邊緣。盡管投入較低，噴砂工藝也存在著一定的磨損。清理砂子，防止粉塵污染的費(fèi)用。膜式太陽(yáng)電池組件需要清洗。成本低、性?xún)r(jià)比高的解決方案及激光腐蝕處理方案無(wú)疑是最佳選擇。增大平均功率可得到較好的加工質(zhì)量。激光刻蝕處理可以達(dá)到50cm2/s的去除速度，甚至可以在30s以?xún)?nèi)完成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的太陽(yáng)能電池組件。

實(shí)際上，所有的邊緣膜層都能被相同的脈沖去除，其去除率的提高與激光的平均功率密切相關(guān)。這種激光器的平均功率大，脈沖能量大，可以一次清除特定區(qū)域。這種處理方法最適合光纖傳輸激光系統(tǒng)，它的輸出方型或矩形光斑。在光纖傳后，激光的能量分布更均勻，從而達(dá)到高度一致的去除效果。采用平行組合光斑，可使加工效率比傳統(tǒng)光纖提高50%以上，在保證加工安全性的前提下降低脈沖重復(fù)頻率。另外，可以將其與掃描振鏡相結(jié)合，減少非生產(chǎn)周期。激光還應(yīng)提供相應(yīng)的分時(shí)輸出選擇，以減少非生產(chǎn)時(shí)間。另外，不同工位可共享同一臺(tái)激光刻蝕機(jī)的加工計(jì)劃，使得產(chǎn)品的裝卸時(shí)間不會(huì)影響激光刻蝕機(jī)的生產(chǎn)效率。