皮秒激光器在柔性太阳能薄膜电池中的应用

admin

1、太阳能电池成长近况

传统晶硅太阳电池主如果由硅构成，电池重要部门易碎、易发生隐形裂纹，大多有一层钢化玻璃作为防护，造成重量大、携带未便、抗震能力差。此外，因为在硅料提纯、建造进程中的能源损耗，造成其发电本钱远高于其他能源情势。非晶硅薄膜电池，具备机能不乱、抗辐射能力强等上风，且光电转换效力高，已靠近于晶体硅太阳能电池的转换效力，可是本钱只有其1/3，具备广漠的市场远景。

在所有太阳能薄膜电池材猜中，CIGS（铜铟镓硒）电池对可见光的吸取系数最高，并且原质料的损耗却远低于传统晶体硅太阳电池。与高效力高本钱的晶体硅太阳电池和低效力低本钱的非晶硅太阳电池比拟，CIGS太阳电池具备高效力、低本钱、长命命的多重上风，是最有但愿低落光伏发电本钱的高效薄膜太阳电池，而且它可以充实操纵我国丰硕的铟资本，是真正合适国度律例鼓动勉励条目的合适中国国情的可再生能源技能，具备广漠的成长远景。

按照基板质料的分歧，太阳能薄膜电池可分为硬衬底和柔性衬底两大类。柔性太阳能薄膜电池是指在柔性质料（如不锈钢、聚酰亚胺等）上建造的薄膜太阳能电池，与硬衬底（如玻璃）薄膜太阳能电池比拟，柔性薄膜太阳能电池具备可曲折、不容易碎、质量轻等长处，利用遍及。本文偏重先容以聚酰亚胺（PI）为衬底的柔性太阳能薄膜电池。

2、柔性太阳能薄膜电池制程简介

CIGS太阳能薄膜电池建造时因衬底必要覆有Mo层，一般采纳直流磁控溅射法沉积Mo钼作为支撑层。而CIGS薄膜的发展则采纳三步共蒸发。再采纳水浴法沉积CdS薄膜，接着溅射双层的ZnO薄膜，再用电子束蒸发制备Ni/Al电极，最后上面再笼盖一层增透膜MgF2。扼要布局如图2.1所示：

图2.1 CIGS布局见图

在每层薄膜被沉积后，均需操纵激光对膜层举行刻蚀，使各个电池之间串连起来，即咱们常说的P1/P2/P3制程，如许，就可以按照电池宽度设定电池和模块的电流。同时，操纵激光或其他方法对指定位置举行举行割边绝缘操作，请求切割的边沿滑腻且具备必定的宽度，包管电池间的绝缘性。制程示用意如图2.2所示。

图2.2 P一、P二、P3切割结果及电流走向示意

各制程扼要阐明以下：

P1：在基板上制备好背电极Mo（一般采纳磁控溅射的法子）以后，对其举行划线，行将基板上面的Mo电极举行朋分，请求刻蚀掉Mo层，但不毁坏衬底PI，使厥后续作为子电池，便于串连。

P2：制备好吸取层CIGS及缓冲层CdS后，对该部门薄膜举行划线，请求将非晶硅膜层（即CIGS吸取层）彻底刻蚀掉，但不毁坏背电极Mo和衬底，便于实现后续的串连。

P3：制备前电极、窗口层，并对该层薄膜举行划线，请求将前电极层和吸取层全数去除，但不毁坏背电极Mo和衬底，以实现电池的分手。

采纳PI柔性衬底，可操纵卷绕技能（Roll-to-Roll出产工艺），将质料折叠成卷，可大范围制造质量轻、可曲折的电池，相对付传统的刚性衬底（玻璃等）薄膜电池，可大大提高出产效力，流水线出产进程如图2.3所示所示：

图2.3 卷绕技能流水线简介

3預借現金,、多通道皮秒激光在柔性太阳能薄膜电池中的利用

皮秒激光的脉宽很短，只有几个皮秒，具备很高的峰值功率。它与质料互相作历时，刻蚀部门热影响很小，发生冷加工的结果，防止不需要的热效应，无热影响区，且边沿滑腻，是以可操纵皮秒激光举行高紧密加工。皮秒激光器波长涵盖红外到紫外，可处置的质料范畴极广，合用于不少场所的加工利用。

在薄膜太阳能电池的加工进程中，最先采纳的是机器划刻的方法，操作繁杂、边沿粗拙，且死区（Dead Area）宽渡过大，约为300m，若采纳皮秒激光举行刻蚀，死区宽度仅为140m，且各边沿滑腻、鸿沟较着、操作简略。今朝太阳能薄膜电池加工进程中激光刻蚀采纳的多为纳秒脉冲激光器，与皮秒激光器比拟，这些纳秒激光器的脉宽要宽约1000倍，加工时热效应较着，存在边沿粗拙、概况碎屑、加工速率慢等错误谬误。

皮秒激光器以其优秀的加工能力，使其在太阳能薄膜电池加工范畴中，具有极高的市场远景。可是，单台皮秒激光器本钱昂扬，而在薄膜太阳能电池出产进程中，分歧的制程必要分歧的光源参数，则必要配套多台皮秒激光器才可完成全部出产进程，使得出产装备本钱太高，一般厂家难以接管。针对这一近况请求，莱泽光电在天下首家推出四通道皮秒固体激光器（如图3.1所示），波长别离为1064nm、532nm（1路1064nm，3路532nm），脉冲宽度＜15ps，功率不乱性＜1%，脉冲不乱性＜3%。四路激光的参数可零丁节制，完善解决了出产本钱太高的这一问题。操纵相干光学器租遊覽車, 件，将分歧光束指导到分歧的位置，在CIGS举行卷绕加工时，可同时举行激光在线事情。

图3.1 多通道皮秒固体激光器

4、现实案例

实行数据：

P1制程时，波长532nm，激光能量50J，反复频率50kHz，振镜扫描速率20妹妹/s，聚焦镜焦距250妹妹；

P2制程时，波长532nm，激光能量5J，反复频率500kHz，振镜扫描速率250妹妹/s，聚焦镜焦距250妹妹；

P3制程时，波长生髪,532nm，激光能量1J，反复频率50kHz，扫描速率500妹妹/s，聚焦镜焦距250妹妹。终极加工结果，如图4.1所示。

割边工艺采纳1064nm激光，事情频率50kHz，脉冲能量大于30J，扫描速率20妹妹/s，得到彻底绝缘的边沿断绝。

图4.1 现实加工结果

5、结论

在PI衬底的太阳能薄膜电池加工进程中，莱泽光电推出的四通道皮秒固体激光器，激光参数优秀、机能不乱，四路激光可同时自力节制，一台激光器取代了传统的多台激光器，不但加工结果优秀，并且节省了出产本钱，共同柔性薄膜电池的卷绕加工技能举行在线加工，可大大提高产物的质量及出产效力，获得了互助单元的一致好评。