Počas prípravy chalkogenidových tenkovrstvových buniek sú zapojené štyri hlavné procesy laserového spracovania, a to tri selektívne leptanie filmovej vrstvy, tj ryhovacie procesy (nazývané P1, P2 a P3), a jedno úplné odstránenie filmovej vrstvy, tj proces odstraňovania okrajov laserom (nazývaný P4). Celá bunka je rozdelená na n podčlánkov v sériovej štruktúre s cieľom znížiť vplyv na modul spôsobený rozdielom výkonu v rôznych oblastiach v dôsledku nehomogenity chalkogenidového materiálu a súčasne môže zvýšiť výkon. napätie modulu, znížte výstupný prúd modulu a znížte sériový odpor medzi podčlánkami a tepelnú stratu odporu vonkajšieho obvodu.
Laserové rytie P1: laserové leptanie spodnej vrstvy filmu TCO na vytvorenie vzájomne nezávislých substrátov TCO;
Laserové rytie P2: laserové leptanie ďalších vrstiev filmu nad TCO na zabezpečenie prenosových kanálov pre kladné a záporné elektródy dvoch susedných podčlánkov;
Laserové rytie P3: po nanesení zadnej elektródy laserové leptanie ďalších vrstiev filmu nad TCO, oddelenie podčlánkov od seba;
Proces čistenia okrajov laserom P4: laser odstraňuje nanesený film z okraja článku, aby sa zabránilo úniku a zabezpečila spoľahlivosť balenia batérie.
Obrázok 1. Vzdialenosť medzi čiarami P1 a P3 sa nazýva „mŕtva zóna“, mŕtva zóna neprispieva k výrobe energie bunky, úlohou laseru je minimalizovať šírku mŕtvej zóny, aby zväčšiť efektívnu plochu.
Potreba laserového ryhovania pre kalomelovú batériu:
Mechanické ryhovanie, ako jedno z tradičných prepojení buniek, je napriek svojej vysokej účinnosti široko používané v procese P2P3 buniek CIGS. Existujú však zjavné obmedzenia, medzi ktoré patria nevýhody, že mechanické rytie je kontaktného typu, mechanický hrot ihly sa neustále opotrebováva, má krátku životnosť a je potrebné ho pravidelne vymieňať, vážne odlamovanie okrajových úlomkov, nedostatočná hĺbka presnosť ovládania, slabá konzistencia čiar a veľké mŕtve zóny. Preto je táto metóda ryhovania úplne nevhodná pre celkovú hrúbku membránovej vrstvy chalkogenidovej tenkovrstvovej batérie menšiu ako 1 μm.
Naproti tomu laserové rytie má výhody v tom, že je bezkontaktné, ľahko sa udržiava, má menší tepelný vplyv na hranu, ľahko sa ovláda hĺbka ryhy, má dobrú konzistenciu čiar a menšie mŕtve zóny, čo umožňuje presnejšie, čistejšie a efektívnejší proces ryhovania, ako aj presná kontrola odstraňovania filmovej vrstvy a čisté a hladké dno a okraje drážky.
Obrázok 2. Porovnanie mechanického ryhovania (vľavo) a laserového ryhovania (vpravo).
Pri výbere dĺžky impulzu je zrejmý tepelný efekt spracovania nanosekundovým laserom, existujú nedostatky, ako sú drsné hrany, povrchové nečistoty a pomalá rýchlosť spracovania; zatiaľ čo použitie pikosekundového lasera ako zástupcu ultrakrátkeho impulzu môže ukázať výhody vysokého špičkového výkonu, malého tepelného efektu, hladkých hrán, presnosti atď. V procese laserového leptania môže byť pikosekundový laser zameraný na oblasť ultrajemného priestoru, rýchlo odparovať materiál, vyhnúť sa lineárnej absorpcii materiálu lasera, prenosu energie, konverzii a existencii tepla a tepelnej difúzie. takmer žiadny tepelný vplyv, aby sa dosiahlo laserové "studené" spracovanie.
Obrázok 3. Efekt spracovania pikosekundovým laserom
Čo sa týka výberu vlnovej dĺžky lasera, rôzne materiály majú rôzne rýchlosti absorpcie pre rôzne vlnové dĺžky laserového svetla a čím vyššia je rýchlosť absorpcie, tým menší je vytvorený tepelný efekt.
Obrázok 4. Toto je spektrálny diagram absorbancie materiálov FTO, zvyčajne s použitím krátkej vlnovej dĺžky ultrafialového svetla, keď je rýchlosť absorpcie veľmi vysoká, vhodnejšie. Avšak, pretože 355nm zelený laser je vo všeobecnosti 1064nm infračervený laser prostredníctvom zdvojnásobenia frekvencie kryštálov zdvojnásobením frekvencie, v procese konverzie bude produkovať asi 40 ~ 50% stratu energie, preto z hľadiska nákladovo efektívnych úvah je ryhovanie P1 proces zvolí použitie 1064nm infračerveného lasera a FTO má určitý stupeň absorpcie infračerveného svetla. Vrstva P2 by mala byť použitá v prípade FTO, aby nedošlo k poškodeniu 532nm lasera, FTO nie je poškodený. Vrstva P2 by mala byť popísaná 532nm zeleným svetlom bez poškodenia FTO, zatiaľ čo proces P3 môže zvoliť vhodnú vlnovú dĺžku svetelného zdroja podľa absorbancie a hrúbky vrstvy a vlnovú dĺžku 532nm možno použiť na odstránenie vrstvy.
Čo sa týka výberu smeru ryhovania, vo všeobecnosti existujú dva spôsoby: priame rytie na povrch fólie a rytie cez povrch skla. Prvý sa vzťahuje na laserový lúč zameraný na vrstvu filmu, ktorá sa má odstrániť vyššie, materiál absorbuje splyňovanie laserovej energie na vytvorenie rytej čiary, táto metóda má veľký tepelný efekt, ľahko sa vytvára „kráter“ a vyžaduje si presnú kontrolu procesu. Vrypovanie cez sklo je zameranie laserového lúča na rozhranie medzi sklom a vrstvou filmu, ktorá sa má odstrániť, rozhranie absorbuje energiu a odparí vrstvu filmu, ktorá rýchlo expanduje a vytvorí „výbušnú rázovú vlnu“, čím sa vytvorí rysovacia čiara. Tento proces má menšiu tepelne ovplyvnenú oblasť a je menej pravdepodobné, že vytvorí "kráter", ale vyžaduje silnejšiu laserovú energiu a vyššie procesné okno.
Laserové rytie v tenkovrstvovom module, aby sa zabezpečilo, že celá bunka je rozdelená na viac ako n podbuniek v sérii pod predpokladom mŕtvej zóny, by mala byť čo najviac stlačená a laser v úlohe filmovej vrstvy, môže spôsobiť zjavnú tepelne ovplyvnenú oblasť, krátery, otrepy na dne úlomkov, delamináciu filmu a iné nepriaznivé účinky procesu.
Obrázok 5. Možné nepriaznivé procesné účinky laserového spracovania vrstiev filmu batérie zahŕňajú zjavné tepelne ovplyvnené zóny (vľavo hore), krátery (vpravo hore), spodné troskové otrepy (vľavo dole) a delamináciu filmu (vpravo dole).
Okrem vyššie uvedenej šírky laserového pulzu (ns / ps / fs) je teda výsledkom riadenia mŕtvej zóny a rad faktorov ovplyvňujúcich spracovanie; vlnová dĺžka lasera (355/532/1064 nm); režim spracovania (spracovanie povrchu filmu / spracovanie povrchu skla), ale pokrýva aj zodpovedajúce parametre lasera, vrátane voľby výkonu, kvality lúča, veľkosti zaostreného bodu a miery prekrytia a následných výsledkov procesu. Okrem spôsobu spracovania (strana filmu/strana skla) pokrýva aj zodpovedajúce parametre lasera vrátane výkonu, kvality lúča, veľkosti zaostreného bodu a miery prekrytia, ako aj následné efekty procesu, ako je šírka ryhy, tepelné efekty, krátery. , konzistencia rysovania čiary P123, rovnobežnosť atď. Ďalšie úvahy zahŕňajú tvarovanie lúča a manipuláciu s prachom počas spracovania.
