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成熟的激光刻線工藝——高能激光

2012.08.31 5379 字號

 對于P1、P2和P3層的刻線應用而言,用于微加工應用的、輸出波長為1064nm和532nm的結構小巧緊湊的二極管泵浦激光器,無疑是無疑是一種理想的選擇,并且這種激光器能夠提供極高的脈沖穩定性。由于綠光激光器的平均功率均為數瓦量級,因此能夠將光束分光后進行多光束并行加工,從而進一步提高工作效率。當然,激光器也應提供相應的分時輸出選擇,來減少非生產時間。為了防止接觸面半導體層的脫落,加工過程中需要的典型脈沖重復頻率為35~45kHz。盡管噴砂方法的投資成本較低,但是這個過程卻會帶來磨損、砂的清除以及防塵污染方面的成本。人們通常所說的刻線就是單個激光脈沖刻蝕的一個連貫過程,該脈沖聚焦后光斑大小為30~80μm,因此在P1層刻線中,要采用脈寬為幾十納秒(10~80ns)的脈沖光對玻璃基底進行刻蝕。通過提高激光的平均功率,能夠獲得卓越的加工質量。

  透明導電氧化物(TCO,如ZnO和SnO2)通常使用近紅外激光和相對較高的脈沖重復頻率進行加工。目前多使用噴砂的方法來清除這個邊緣。更適用這種加工應用的是采用光纖傳輸的激光器系統,其輸出方形或矩形光斑。 利用光斑的平行組合,加工效率能比采用傳統光纖提高50%以上,同時還在保證加工安全的前提下降低了脈沖重復頻率。
   單脈沖刻線機理本身的特征對脈沖重復頻率提出了一定的限制。這類激光器的脈沖持續時間為8~ 40ns,脈沖重復頻率為1~100kHz。
 
清除保護
 
  事實上,用同一個脈沖就可以清除所有的邊緣薄膜層,并且清除速率的提高與激光的平均功率密切相關。較高的脈沖重復頻率能夠確保切口處的徹底清潔。激光經過光纖傳輸后能量分布更加均勻,從而實現清除效果的高度一致性。P2層和P3層的刻線機理與P1層相同。通常需要的脈沖重復頻率要超過100kHz。常用的刻蝕閾值約為2J/cm2,也就是能將25μJ的激光能量聚焦到直徑為40μm的面積上,其平均功率非常低。
  為了防止太陽能電池模塊被腐蝕或短路,必須要在其邊緣留出大約1cm寬邊緣,用于接下來整個電池模塊的封裝。具有高平均功率和高脈沖能量的激光,可以一次性清除特定的區域。成熟的激光刻線工藝
 
  在非晶硅或碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池模塊的生產過程中,導電薄膜和光伏薄膜被沉積在大面積玻璃基板上。每層薄膜被沉積后,均利用激光對膜層進行刻蝕,并使各個電池之間自動串聯起來。綠激光對于硅的破壞閾值遠低于其對TCO的破壞閾值,因此綠激光可以安全透過TCO膜層后,對吸收層進行刻線。
武漢高能激光設備有限公司是專業研發、生產激光切割機、金屬激光切割機、光纖激光切割機等激光設備的現代化制造企業。精確的選擇性非接觸式激光加工,能夠可靠地集成到薄膜太陽能電池模塊的生產線中。
  根據材料對激光的吸收系數的不同,需要為特定的加工工藝選擇合適的激光波長。這樣,就能夠根據電池寬度設定電池和模塊的電流。另外,還可以與掃描振鏡結合適用,以減少加工過程中的非生產周期。薄膜太陽能電池模塊的生產需要潔凈的、經濟實惠的解決方案,激光加工方案無疑是更佳選擇。激光加工可以實現大約50cm2/s的去除速度,甚至在30s之內就能加工完成一塊標準尺寸的太陽能電池模塊。此外,可以采用幾個不同的工作站共享同一臺激光器的加工方案,這樣就可以做到產品的上下料時間并不影響激光器的生產效率。
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