При изготовлении халькогенидных тонкопленочных ячеек задействованы четыре основных процесса лазерной обработки, а именно три селективного травления слоев пленки, т. е. процессы скрайбирования (называемые P1, P2 и P3), и один процесс полного удаления слоя пленки, т. е. процесс лазерной очистки кромок. (называемый P4). Вся ячейка разделена на n подэлементов последовательной структуры, чтобы уменьшить влияние на модуль, вызванное разницей в производительности в разных областях из-за неоднородности халькогенидного материала, и в то же время это может увеличить выходную мощность. напряжение модуля, уменьшите выходной ток модуля и уменьшите последовательное сопротивление между субэлементами и тепловые потери сопротивления внешней цепи.
Лазерное скрайбирование P1: лазерное травление нижнего слоя пленки ТСО для формирования взаимно независимых подложек ТСО;
Лазерное скрайбирование P2: лазерное травление других слоев пленки над TCO для обеспечения каналов передачи для положительных и отрицательных электродов двух соседних субъячейок;
Лазерное скрайбирование P3: после нанесения заднего электрода лазерное травление других слоев пленки выше TCO, отделяя субэлементы друг от друга;
Процесс очистки кромок лазером P4: лазер удаляет осажденную пленку с края элемента, чтобы предотвратить утечку и обеспечить надежность аккумуляторной батареи.
Рисунок 1. Расстояние между линиями P1 и P3 называется «мертвой зоной», мертвая зона не способствует выработке энергии ячейки, роль лазера заключается в минимизации ширины мертвой зоны, чтобы увеличить полезную площадь.
Необходимость лазерной маркировки каломельной батареи:
Механическое скрайбирование, как одно из традиционных соединений ячеек, широко используется в процессе P2P3 ячеек CIGS, несмотря на его высокую эффективность. Однако существуют очевидные ограничения, к которым относятся недостатки, заключающиеся в том, что механическое разметывание является контактным, механический кончик иглы подвержен постоянному износу, имеет короткий срок службы и требует периодической замены, серьезное сколы краевой частички, недостаточная глубина точность управления, плохая согласованность линии и большие мертвые зоны. Поэтому данный метод скрайбирования совершенно непригоден для общей толщины мембранного слоя халькогенидной тонкопленочной батареи менее 1 мкм.
Напротив, преимущества лазерного разметки заключаются в бесконтактности, простоте обслуживания, меньшем термическом воздействии на кромку, простоте контроля глубины разметки, хорошей последовательности линий и меньших мертвых зонах, что обеспечивает более точную, чистую и более эффективный процесс разметки, а также точный контроль снятия слоя пленки, чистое и гладкое дно и края канавки.
Рисунок 2. Сравнение механического скрайбинга (слева) и лазерного скрайбинга (справа).
При выборе длины импульса очевиден тепловой эффект наносекундной лазерной обработки, есть недостатки, такие как неровные края, поверхностный мусор и низкая скорость обработки; в то время как использование пикосекундного лазера в качестве представителя ультракоротких импульсов может показать преимущества высокой пиковой мощности, небольшого теплового эффекта, плавных краев, точности и так далее. В процессе лазерного травления пикосекундный лазер может быть сфокусирован на сверхтонкой пространственной области, быстро испаряет испарение материала, позволяет избежать линейного поглощения материала лазера, передачи энергии, преобразования и существования тепла и термодиффузии, может сделать практически отсутствует термическое воздействие, достигается лазерная «холодная» обработка.
Рисунок 3. Эффект пикосекундной лазерной обработки
Что касается выбора длины волны лазера, разные материалы имеют разную скорость поглощения для разных длин волн лазерного света, и чем выше скорость поглощения, тем меньше производимый тепловой эффект.
Рисунок 4. Это диаграмма спектрального поглощения материалов FTO, обычно с использованием коротковолнового ультрафиолетового света, когда скорость поглощения очень высока, что более целесообразно. Однако, поскольку зеленый лазер с длиной волны 355 нм обычно является инфракрасным лазером с длиной волны 1064 нм за счет удвоения частоты кристалла, удвоение частоты в процессе преобразования приведет к потере мощности около 40 ~ 50%, поэтому с точки зрения рентабельности, скрайбирование P1 В процессе будет выбрано использование инфракрасного лазера с длиной волны 1064 нм, а FTO имеет определенную степень поглощения инфракрасного света. Слой P2 следует использовать в случае FTO, чтобы не повредить лазер 532 нм, FTO не повредится. Слой P2 следует наносить зеленым светом с длиной волны 532 нм, не повреждая FTO, в то время как процесс P3 может выбрать подходящую длину волны источника света в зависимости от поглощения и толщины слоя, а длину волны 532 нм можно использовать для удаления слоя.
Что касается выбора направления скрайбирования, то обычно существует два способа: прямое скрайбирование по поверхности пленки и скрайбирование через поверхность стекла. Первый относится к лазерному лучу, сфокусированному на слое пленки, который необходимо удалить выше, материал поглощает газификацию лазерной энергии, образуя выгравированную линию, этот метод имеет большой тепловой эффект, легко образует «кратер» и требует точного контроля. процесса. Скрайбирование через стекло заключается в фокусировке лазерного луча на границе раздела между стеклом и удаляемым слоем пленки, граница раздела поглощает энергию и испаряет слой пленки, который быстро расширяется в объеме, образуя «взрывную ударную волну», образуя таким образом линия писца. Этот процесс имеет меньшую зону термического воздействия и с меньшей вероятностью образует «кратер», но требует более сильной энергии лазера и более высокого окна процесса.
Лазерное скрайбирование в тонкопленочном модуле, чтобы гарантировать, что вся ячейка разделена более чем на n субячеек последовательно под предпосылкой мертвой зоны, должна быть сжата как можно сильнее, а лазер в роли слоя пленки, может привести к очевидным зонам термического влияния, кратерам, заусенцам на дне, отслоению пленки и другим неблагоприятным воздействиям процесса.
Рисунок 5. Возможные неблагоприятные технологические последствия лазерной обработки слоев аккумуляторной пленки включают очевидные зоны термического влияния (вверху слева), кратеры (вверху справа), нижние шлаковые заусенцы (внизу слева) и отслоение пленки (внизу справа).
Таким образом, контроль мертвой зоны и ряд факторов, влияющих на результаты обработки, помимо упомянутой выше ширины лазерного импульса (нс/пс/фс); длина волны лазера (355/532/1064 нм); режим обработки (обработка поверхности пленки/обработка поверхности стекла), но также охватывает соответствующие параметры лазера, включая выбор мощности, качество луча, размер сфокусированного пятна и степень перекрытия, а также последующие результаты процесса. В дополнение к методу обработки (сторона пленки/стекла) он также охватывает соответствующие параметры лазера, включая мощность, качество луча, размер сфокусированного пятна и степень перекрытия, а также последующие эффекты процесса, такие как ширина скрайбинга, тепловые эффекты, кратеры. , постоянство разметки линий P123, параллельность и т. д. Дополнительные соображения включают форму луча и обращение с пылью во время обработки.
