激光刻劃有機(jī)太陽能電池

導(dǎo)電和半導(dǎo)體高分子聚合物的一個主要優(yōu)點(diǎn)是適合于高生產(chǎn)能力的涂層工藝。這一特性為將來生產(chǎn)低成本太陽能光伏產(chǎn)品創(chuàng)造了極大可能性。太陽能電池的圖案可以通過印刷加工步驟來生成，或者通過適用于硅基光伏電池的高精度激光劃片機(jī)來生成。在實(shí)驗(yàn)中，激光劃片機(jī)己經(jīng)使用過四種不同的激光源，這些激光源在波長、脈沖持續(xù)時間和平均輸出功率上有所不同。其中使用過的兩種激光源擁有納秒級脈沖，一種的波長為1064納米，最大平均功率為200瓦，另一種的波長為355納米，平均功率為20瓦。在超短脈沖范圍內(nèi)，分別使用了一種皮秒級和飛秒級激光器。這種皮秒級激光器的波長為1064納米和532納米，最大平均功率約為40瓦（在波長為1064納米時）。飛秒激光器發(fā)射的波長為1024納米和512納米，最大平均功率約為10瓦（在波長為1024納米時）。在實(shí)施所有這些實(shí)驗(yàn)時，使用了高性能的振鏡和適當(dāng)?shù)膄-theta透鏡。經(jīng)過處理的太陽能電池?fù)碛袀鹘y(tǒng)的疊層布局，如圖4所示。

摻錫氧化銦（ITO）層的制圖不僅對于有機(jī)光伏電池和有機(jī)LED非常重要，對于更多傳統(tǒng)的應(yīng)用比如薄膜晶體管（TFT）顯示器來說也同樣重要。對于這種任務(wù)來說，光刻技術(shù)是一項(xiàng)成熟的工藝。為了克服光刻技術(shù)的局限性（新布局要求有新的掩膜，就會有各種化工產(chǎn)品介入），人們對一些激光制圖技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。首先是在25毫米×25毫米的玻璃基材上對ITO進(jìn)行了試驗(yàn)。

當(dāng)使用上述納秒級激光器進(jìn)行試驗(yàn)時，出現(xiàn)了許多問題。首先最重要的是，玻璃基材或多或少有些破裂，這在任何應(yīng)用中都是不可接受的。其次的問題是對ITO的不規(guī)則燒蝕，在某種程度上是因?yàn)檫@兩種激光器都運(yùn)行在比較低的功率極限上。對于一個穩(wěn)定的制造工藝來說，恒定的劃片寬度是非常必要的。這次試驗(yàn)的結(jié)果并不讓人滿意，因此這些試驗(yàn)中的基材并沒有制造出的太陽能電池樣品。

接下來，人們在厚度約為100微米的PET箔基材上對ITO進(jìn)行了試驗(yàn)。這種柔性的基材經(jīng)過了一些處理，基材被分片固定在一個真空吸盤上。這兩種激光器都損壞了PET箔。盡管波長355納米的納秒級激光器其運(yùn)行功率小于0.5瓦，PET箔的損壞還是不可接受。而且，切割邊緣出現(xiàn)了凸起，從而無法進(jìn)行通常的后處理。

同樣，人們針對上述兩種超短脈沖激光器也做了試驗(yàn)。盡管對這兩種超短脈沖激光器的所有可能波長都進(jìn)行了試驗(yàn)，但可以清楚地看出1064納米是最合適的。與其他波長相比，劃片質(zhì)量同樣優(yōu)秀，成本卻更低。二倍頻（SHG）、三倍頻（THG）設(shè)備通常價錢更高且壽命更短。這些加工好的基材能將太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率提升至2%。

盡管其他波長也能夠產(chǎn)生可接受的結(jié)果，但1064納米再次被證明是最佳選擇。同納秒級激光器的試驗(yàn)相比，皮秒級和飛秒級激光器對基材的損壞極其輕微。