在上世紀中期，貝爾實驗室發(fā)明“貝爾太陽能電池”，但是其昂貴的成本限制了太陽能電池行業(yè)的發(fā)展，即使此后經(jīng)過55年，光伏太陽能電池的發(fā)電量在全球電網(wǎng)中也只占大約0.04%。然而，形勢在近幾年發(fā)生了變化，從平板顯示和半導(dǎo)體行業(yè)衍生出來的激光加工技術(shù)使太陽能行業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。
目前商業(yè)化應(yīng)用有三種常見的太陽能電池技術(shù)：多結(jié)電池，晶硅電池和薄膜電池。多結(jié)電池通過在單晶基片上應(yīng)用化學(xué)氣相沉積技術(shù)而制備，擁有最高的電子轉(zhuǎn)換效率（一般28-29%，甚至可達40%）。由于生產(chǎn)成本非常昂貴，它們通常用于不計成本或者有效面積較小的應(yīng)用，如衛(wèi)星或太陽能集中器。晶硅電池的應(yīng)用最為廣泛，單晶或者多晶硅的效率大致是13%到22%范圍。薄膜電池是一種新技術(shù)，具有相對較低的效率（8-18%）和較低的生產(chǎn)成本。
晶硅電池占據(jù)著大約93%的光伏市場。在2006年，太陽能應(yīng)用超過半導(dǎo)體行業(yè)，成為硅片最主要的應(yīng)用方向(55%)，這使得硅片的需求大量增加，并造成了硅片價格地飛速升高。因此人們開始尋找替代方案，例如薄膜電池。薄膜電池通常由多層不同材料附著在玻璃或者金屬基底上，常見的結(jié)構(gòu)如下圖所示。大部分吸收材料使用的是非晶硅，碲化鎘(CdTe)，銅銦鎵硒化物(CIGS)。電池的外電極通常由氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)等導(dǎo)電玻璃(TCO)，以及鋁、鉬等金屬組成。二極管泵浦激光器常用于在不同的層次上的連接和絕緣部分劃線。
薄膜電池的刨面圖， P1, P2和P3通過劃線來實現(xiàn)電路連接，TCO=Transparent Conductive Oxide
激光劃線
制造薄膜電池的第一步是在玻璃基底上鍍上電極，此鍍膜一般是ITO（Indium Tin Oxide，一種透光材料）。然后P1過程劃線電子線路，通常使用調(diào)Q激光器1064 nm波長和12-15 W平均功率。為提高產(chǎn)量，激光必須以100 KHz以上的高重頻進行快速掃描，脈寬應(yīng)該很窄（15-40 ns）使得峰值功率高于材料的消融閾值。
實現(xiàn)這種加工過程的理想激光器包括光譜物理（Spectra-Physics）的Navigator，Hippo或者Talon系列，目前全世界已經(jīng)有數(shù)百套這種激光安裝到光伏劃線設(shè)備中。光斑質(zhì)量和脈沖穩(wěn)定性也非常重要，它們是確保劃線品質(zhì)、重復(fù)性和可靠性的關(guān)鍵。一旦ITO層完成，電池板重新回到化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，進行半導(dǎo)體鍍膜（一層非晶硅）。
P1層激光劃線：玻璃基底上的ITO
之后是P2激光加工過程，利用532 nm激光器從玻璃的背面進行劃線。同樣，高重頻和短脈沖寬度（15-30 ns）是最理想的，而該過程對功率的要求并不高（通常小于1W）。因此可以使用一臺低功率綠光激光器，或者一臺4-6 W的激光器分成多束同時進行多次加工。當P2過程完成后，電池板進行背電極鍍膜（一般是鋁），最后進行P3激光劃線過程，這也是從背面通過玻璃基底，并使用和P2過程一樣的激光器。好的光斑質(zhì)量和脈沖穩(wěn)定性尤為重要，避免傷害其他層的材料。適用于P2和P3加工過程的激光器有光譜物理的Navigator, Hippo以及Talon綠光系列（532 nm）。
薄膜電池相對傳統(tǒng)硅電池最大的優(yōu)點是可以全程自動在線生產(chǎn)，平板顯示設(shè)備的鍍膜設(shè)備制造商Applied Materials, Oerlikon, Ulvac和Leybold已經(jīng)認識到這個機遇，開始研發(fā)全自動生產(chǎn)線。它和平板顯示市場的原理一樣，通過增大加工面積來減少成本。
激光系統(tǒng)是這種全自動在線生產(chǎn)線的重要組成部分。就像在半導(dǎo)體和平板顯示中的應(yīng)用一樣，激光也能使太陽能電池市場大放異彩。
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