3、紫外激光用于薄膜劃線^[5]

3、1激光系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)中使用兩種不同的激光光源進(jìn)行劃線。第一種光源是355nm波長(zhǎng)的端面泵浦固體激光器，脈沖持續(xù)時(shí)間15ns，第二種是脈寬為8ns 的355nm波長(zhǎng)的端面泵浦固體激光器。兩種光源的典型脈沖能量分布是高斯分布。兩種光源的功率通過(guò)一個(gè)外部衰減器調(diào)節(jié)。為了得到高的加工速度，激光束通過(guò)掃描鏡頭傳輸。

3、2樣品處理

加工了兩種類(lèi)型的樣品，為了研究燒蝕閾值，在玻璃上沉積了單層膜。在激光劃線研究中，未加工完成的太陽(yáng)能電池用不同步驟在高級(jí)玻璃襯底上進(jìn)行沉積。非晶硅層用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法在MV系統(tǒng)中完成沉積，沉積薄膜層地厚度為500-600nm。對(duì)于TCO單層刻蝕，使用的是商用Asahi-U和自備的ITO(SnO2:In2O3)和AZO(ZnO:Al)樣品。

3、3測(cè)量和特性描述技術(shù)

刻蝕剖面測(cè)量和形態(tài)特性用共焦激光掃描顯微鏡Leica ICM 1000來(lái)獲得。附加的掃描電子顯微鏡和能量彌散X射線探測(cè)器的剖面分析圖像能夠使我們更好地理解劃線過(guò)程中選擇性刻蝕的形態(tài)特征。

3、4燒蝕閾值計(jì)算

在激光選擇性燒蝕過(guò)程中，確定合適的能量密度值是很重要的，這能在帶來(lái)最小副作用的情況下有效的把材料去除。燒蝕閾值對(duì)于確立可能的參數(shù)窗口是很有幫助的。燒蝕閾值是通過(guò)測(cè)量增長(zhǎng)值燒蝕孔徑的增長(zhǎng)值獲得的。表 1 給出了單脈沖燒蝕的燒蝕能量密度的總結(jié)。

表 1 薄膜材料的燒蝕閾值

3、5激光劃片工藝

實(shí)驗(yàn)是在未拋光的太陽(yáng)能電池上進(jìn)行的，在這里每一個(gè)激光步驟都是用恰當(dāng)?shù)某练e層來(lái)評(píng)估的。對(duì)第一步，在玻璃上沉積一層特殊的透明導(dǎo)電氧化物。在第二步，在第二層的透明導(dǎo)電氧化物層再沉積一層非晶硅。最后，第三步，基底結(jié)構(gòu)上帶有一層ZnO：Al的特殊樣品作為靜合接點(diǎn)。

3、5、1第一步，TCO劃片

    在第一步中評(píng)估了三種TCO：Asahi-U, ITO和AZO。表 2 給出了依據(jù)實(shí)現(xiàn)加工的必須的能量密度和脈沖數(shù)。圖 4 給出了與表2 中激光參數(shù)相應(yīng)的劃線的掃描電子顯微鏡圖像。

表 2 依據(jù)能量密度和每個(gè)位置的脈沖數(shù)確定的用于TCO的優(yōu)化刻蝕激光參數(shù)

圖 4 玻璃表面三種不同的透明導(dǎo)電氧化物在ns和ps激光輻射劃線下的SEM圖像和共焦剖面

3、5、2第二步a-Si:H選擇性燒蝕

    兩種激光光源在沒(méi)有損壞底層#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#TCO的情況下，完成了對(duì)非晶硅層的完全消融。這個(gè)過(guò)程用能量彌散x射線探測(cè)器進(jìn)行了微量分析。表 3 給出了兩種不同輻射，在兩個(gè)不同速度下獲得最佳結(jié)果激光的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)ps輻射，在低重疊的情況下需要更多的能量，而當(dāng)能量密度與ns脈沖相近時(shí)，則需要更多的脈沖數(shù)。此外，在這種情況下對(duì)刻槽的形態(tài)面貌以及材料去除和底層損壞的評(píng)估是非常重要的。圖 5 給出了ns和ps輻射情況下的最佳劃線。

表 3 依據(jù)能量密度和每個(gè)位置的脈沖數(shù)確定的獲得非晶硅層最佳劃線效果的激光參數(shù)

圖 5 ns和ps輻射下a-Si:H(pin)/Asahi-U/玻璃的激光劃線SEM圖像和EDX剖面

    為了使凹槽邊緣的硅沉積物與它的實(shí)際高度相對(duì)應(yīng)，圖 6 給出了最佳劃線的共焦和EDX剖面。圖 7 中的EDX剖面，顯示了在第二步加工中TCO層的損壞。

圖 6 ns和ps輻射下a-Si:H(pin)/Asahi-U/玻璃的激光最佳劃線的共焦和EDX剖面

圖 7 闡明ns和ps輻射下a-Si:H(pin)/Asahi-U/玻璃的激光劃線TCO層損壞的EDX剖面和SEM圖像

3、5、3第三步靜合接點(diǎn)的選擇性燒蝕

    最后一步，從薄膜邊緣獲得激光整體互聯(lián)是激光劃線使靜合接點(diǎn)的隔離。硅結(jié)構(gòu)上AZO層的完全去除用兩種脈寬實(shí)現(xiàn)了，并且加工參數(shù)由表4 給出。圖  給出了ns和ps輻射的最佳劃線效果。這些圖片說(shuō)明了電池上TCO疊層的選擇性燒蝕成果。

表 4 獲得AZO層最佳劃線效果的激光參數(shù)

圖  ns和ps輻射下激光最佳劃線的EDX剖面，SEM圖像和共焦剖面以及地形圖

    刻劃太陽(yáng)能電池板需要高重復(fù)率和短波長(zhǎng)輸出激光器。經(jīng)激光加工的電極可承受極高的熱循環(huán)而不致?lián)p傷。