În timpul preparării celulelor cu peliculă subțire de calcogenă, sunt implicate patru procese principale de prelucrare cu laser, și anume trei procese de gravare selectivă a stratului de film, adică procese de marcare (numite P1, P2 și P3) și îndepărtarea unui strat complet de film, adică procesul de curățare a marginilor cu laser. (numit P4). Întreaga celulă este împărțită în n sub-celule în structură în serie, cu scopul de a reduce impactul asupra modulului cauzat de diferența de performanță în diferite zone din cauza neomogenității materialului calcogenură și, în același timp, poate crește randamentul. tensiunea modulului, reduceți curentul de ieșire al modulului și reduceți rezistența în serie între sub-celule și pierderea termică a rezistenței circuitului extern.
Scriere cu laser P1: gravare cu laser a stratului inferior de film TCO pentru a forma substraturi TCO independente reciproc;
Scriere cu laser P2: gravare cu laser a altor straturi de film deasupra TCO pentru a furniza canale de transmisie pentru electrozii pozitivi și negativi ai două sub-celule învecinate;
Scriere cu laser P3: după depunerea electrodului din spate, gravarea cu laser a altor straturi de film deasupra TCO, separând subcelulele unele de altele;
Procesul de curățare a marginilor Laser P4: laserul îndepărtează pelicula depusă de pe marginea celulei pentru a preveni scurgerile și pentru a asigura fiabilitatea pachetului de baterii.
Figura 1. Distanța dintre liniile P1 și P3 se numește „zonă moartă”, zona moartă nu contribuie la generarea de energie a celulei, rolul laserului este de a minimiza lățimea zonei moarte pentru a crește suprafața efectivă.
Necesitatea marcajului cu laser pentru bateria de calomel:
Scrierea mecanică, ca una dintre interconexiunile tradiționale de celule, este utilizată pe scară largă în procesul P2P3 al celulelor CIGS, în ciuda eficienței sale ridicate. Cu toate acestea, există limitări evidente, care includ dezavantajele că marcajul mecanic este de tip contact, vârful acului mecanic este supus unei uzuri continue, are o durată de viață scurtă și trebuie înlocuit periodic, ciobirea gravă a resturilor de margine, adâncime insuficientă. precizia controlului, consistența slabă a liniei și zonele moarte mari. Prin urmare, această metodă de scriere este complet nepotrivită pentru grosimea totală mai mică de 1 μm a stratului de membrană al bateriei cu film subțire de calcogenură.
În schimb, marcarea cu laser are avantajele de a fi fără contact, ușor de întreținut, mai puțină influență termică asupra marginii, ușor de controlat adâncimea de marcare, consistență bună a liniei și zone moarte mai mici, ceea ce permite o mai precisă, mai curată și proces de scriere mai eficient, precum și un control precis al îndepărtării stratului de film și un fund și margini curate și netede ale canelurii.
Figura 2. Comparație între marcarea mecanică (stânga) și marcarea cu laser (dreapta).
Pentru alegerea lungimii impulsului, efectul termic al procesării laser nanosecunde este evident, există deficiențe, cum ar fi marginile aspre, resturile de suprafață și viteza de procesare lentă; în timp ce utilizarea laserului de picosecundă ca reprezentant al pulsului ultrascurt poate arăta avantajele puterii de vârf ridicate, efect termic mic, margini netede, precizie și așa mai departe. În procesul de gravare cu laser, laserul de picosecundă poate fi concentrat pe zona spațială ultra-fină, vaporizează rapid evaporarea materialului, evita absorbția liniară a materialului laserului, transferul de energie, conversia și existența căldurii și difuziei termice, poate face aproape nici un impact termic, pentru a realiza procesarea laser "la rece".
Figura 3. Efectul de procesare cu laser de picosecundă
În ceea ce privește alegerea lungimii de undă laser, diferitele materiale au rate de absorbție diferite pentru diferite lungimi de undă ale luminii laser și cu cât rata de absorbție este mai mare, cu atât efectul termic produs este mai mic.
Figura 4. Aceasta este diagrama de absorbție spectrală a materialelor FTO, folosind de obicei o lungime de undă scurtă a luminii ultraviolete atunci când rata de absorbție este foarte mare, mai potrivită. Cu toate acestea, deoarece laserul verde de 355 nm este, în general, laser infraroșu de 1064 nm prin dublarea frecvenței cristalului de dublare a frecvenței, în procesul de conversie se va produce o pierdere de putere de aproximativ 40 ~ 50%, prin urmare, din punct de vedere al costurilor eficiente, scrierea P1 procesul va alege să folosească laserul infraroșu de 1064 nm, iar FTO are un anumit grad de absorbție a luminii infraroșii. Stratul P2 ar trebui utilizat în cazul FTO pentru a nu deteriora laserul de 532 nm, FTO nu este deteriorat. Stratul P2 trebuie marcat cu lumină verde de 532 nm fără a deteriora FTO, în timp ce procesul P3 poate alege lungimea de undă adecvată a sursei de lumină în funcție de absorbanța și grosimea stratului, iar lungimea de undă de 532 nm poate fi utilizată pentru a îndepărta stratul.
În ceea ce privește alegerea direcției de marcare, există în general două moduri: marcarea directă pe suprafața filmului și marcarea prin suprafața de sticlă. Primul se referă la fasciculul laser concentrat pe stratul de film care urmează să fie îndepărtat de mai sus, materialul absoarbe gazeificarea energiei laser pentru a forma o linie gravată, această metodă are un efect termic mare, ușor de format un „crater” și necesită un control precis a procesului. Scrierea prin sticlă înseamnă focalizarea fasciculului laser pe interfața dintre sticlă și stratul de film care urmează să fie îndepărtat, interfața absoarbe energia și vaporizează stratul de film, care se extinde rapid în volum pentru a forma o „undă de șoc explozivă”, formând astfel linie de scrib. Acest proces are o zonă mai mică afectată de căldură și este mai puțin probabil să formeze un „crater”, dar necesită o energie laser mai puternică și o fereastră de proces mai mare.
Scrierea cu laser în modulul de film subțire pentru a se asigura că întreaga celulă este împărțită în mai mult de n sub-celule în serie sub premisa zonei moarte ar trebui să fie comprimată cât mai mult posibil, iar laserul în rolul stratului de film, poate produce o zonă evidentă afectată de căldură, cratere, fundul bavurilor de resturi, delaminarea filmului și alte efecte adverse ale procesului.
Figura 5. Posibilele efecte adverse ale procesului de procesare cu laser a straturilor de film de baterie includ zone evidente afectate de căldură (stânga sus), cratere (dreapta sus), bavuri de zgură inferioară (stânga jos) și delaminarea filmului (dreapta jos).
Prin urmare, rezultă controlul zonei moarte și o serie de factori care afectează procesarea, în plus față de lățimea impulsului laser menționată mai sus (ns / ps / fs); lungime de undă laser (355 / 532 / 1064 nm); modul de procesare (prelucrarea suprafeței filmului / prelucrarea suprafeței sticlei), dar acoperă și parametrii laser corespunzători, inclusiv alegerea puterii, calitatea fasciculului, dimensiunea punctului focalizat și rata de suprapunere și rezultatele procesului ulterioare. În plus față de metoda de procesare (partea filmului/partea din sticlă), acesta acoperă, de asemenea, parametrii laser corespunzători, inclusiv puterea, calitatea fasciculului, dimensiunea spotului focalizat și rata de suprapunere, precum și efectele ulterioare ale procesului, cum ar fi lățimea marcajului, efectele de căldură, cratere. , consistența de marcare a liniilor P123, paralelism etc. Considerații suplimentare includ formarea fasciculului și manipularea prafului în timpul procesării.
