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 3、紫外激光用于薄膜劃線^[5]

3、1激光系統(tǒng)

實驗中使用兩種不同的激光光源進行劃線。第一種光源是355nm波長的端面泵浦固體激光器，脈沖持續(xù)時間15ns，第二種是脈寬為8ns 的355nm波長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一個外部衰減器調節(jié)。為了得到高的加工速度，激光束通過掃描鏡頭傳輸。

3、2樣品處理

加工了兩種類型的樣品，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，未加工完成的太陽能電池用不同步驟在高級玻璃襯底上進行沉積。非晶硅層用等離子體增強化學氣象沉積法在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測量和特性描述技術

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

3、4燒蝕閾值計算

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

表 1 薄膜材料的燒蝕閾值

3、5激光劃片工藝

實驗是在未拋光的太陽能電池上進行的，在這里每一個激光步驟都是用恰當?shù)某练e層來評估的。對第一步，在玻璃上沉積一層特殊的透明導電氧化物。在第二步，在第二層的透明導電氧化物層再沉積一層非晶硅。最后，第三步，基底結構上帶有一層ZnO：Al的特殊樣品作為靜合接點。

3、5、1第一步，TCO劃片

    在第一步中評估了三種TCO：Asahi-U, ITO和AZO。表 2 給出了依據(jù)實現(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

    兩種激光光源在沒有損壞底層#p#分頁標題#e#TCO的情況下，完成了對非晶硅層的完全消融。這個過程用能量彌散x射線探測器進行了微量分析。表 3 給出了兩種不同輻射，在兩個不同速度下獲得最佳結果激光的參數(shù)。實驗發(fā)現(xiàn)，對ps輻射，在低重疊的情況下需要更多的能量，而當能量密度與ns脈沖相近時，則需要更多的脈沖數(shù)。此外，在這種情況下對刻槽的形態(tài)面貌以及材料去除和底層損壞的評估是非常重要的。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際高度相對應，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的隔離。硅結構上AZO層的完全去除用兩種脈寬實現(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

    刻劃太陽能電池板需要高重復率和短波長輸出激光器。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。