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一種cigs太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法

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一種cigs太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,步驟如下:(1)、采用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出波長(zhǎng)在1.4μm~3.0μm之間的脈沖激光,并進(jìn)行準(zhǔn)直處理;(2)、使所述激光束照射到放在二維平移臺(tái)上的薄膜電池基板上,控制激光束與二維平移臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng),使激光束聚焦點(diǎn)在薄膜電池基板上按設(shè)定路徑移動(dòng),進(jìn)行劃線。本發(fā)明能夠取代現(xiàn)有的機(jī)械劃線方法,改善激光完成P2、P3劃線的質(zhì)量,提高由激光劃線的CIGS薄膜光伏電池組件的性能。
【專利說(shuō)明】一種CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能薄膜電池的制備方法,具體涉及一種對(duì)CIGS太陽(yáng)能薄膜電池的膜層進(jìn)行激光劃線的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在新能源領(lǐng)域內(nèi),作為第二代太陽(yáng)能電池的薄膜電池,是太陽(yáng)能光伏電池家族里的一個(gè)十分引人注目的成員,同時(shí)它也是發(fā)展更高效的第三代太陽(yáng)能電池的重要出發(fā)點(diǎn)。預(yù)計(jì),不僅現(xiàn)有晶體硅片太陽(yáng)電池(即一代電池)的許多應(yīng)用將逐步被高效薄膜太陽(yáng)電池所取代,而且由于薄膜電池的整個(gè)電池結(jié)構(gòu)非常薄,通常只有微米量級(jí),可以制作在金屬、塑料等柔性基板上,實(shí)現(xiàn)成卷(roll-to-roll)的規(guī)?;a(chǎn),大幅降低制造成本,薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)于整個(gè)光伏太陽(yáng)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的影響。
[0003]在薄膜太陽(yáng)能電池中,由Cu、In、Ga、Se四種元素構(gòu)成的四元金屬半導(dǎo)體化合物CIGS薄膜電池占有重要的地位。與硅基薄膜電池相比,CIGS薄膜電池具有直接帶隙結(jié)構(gòu),對(duì)太陽(yáng)光的吸收率極高,且吸收光譜平坦,同時(shí)抗老化性能好,能量回饋周期短。CIGS是目前太陽(yáng)能薄膜電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的一種薄膜電池,其實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的最高光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20.6%,而大面積組件研制產(chǎn)品的最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到15.7%。在各類薄膜電池中,制作在超薄柔性襯底上的CIGS光伏電池具有最高的單位質(zhì)量電池材料下的發(fā)電量。
[0004]在規(guī)?;疌IGS薄膜太陽(yáng)電池的制造過(guò)程中,除了大面積成膜的各道工序外,最終完成電池組件的制備需要經(jīng)過(guò)三個(gè)重要的劃線工序,通常稱之為P1,P2,P3。其中,Pl是對(duì)背電極Mo膜層的劃線,要求剛好劃到電池基板上表面。(Mo膜電極既可以鍍?cè)诓AЩ迳匣蚱渌操|(zhì)材料上,也可以鍍?cè)诤鼙〉慕饘倩蛩芰先嵝曰迳?。P2是對(duì)CIGS及其緩沖層CdS和高阻1-ZnO層進(jìn)行劃線,劃線深度要求剛好到Mo電極層。P3則是對(duì)CIGS及其緩沖層和高阻ZnO層加上Al:ZnO透明導(dǎo)電層劃線,線的深度同樣是只到Mo電極層。劃線的目的是將具有光伏特性的CIGS薄膜,包括其相應(yīng)的緩沖層、η型材料層和電極層各層功能薄膜,直接在大面積膜上制成太陽(yáng)能薄膜電池單元和組件,并保證由此產(chǎn)生的光伏電池器件的光電轉(zhuǎn)換性能。薄膜太陽(yáng)能電池的劃線工藝要求精準(zhǔn)的層狀加工能力,對(duì)劃線寬度和劃線深度的控制有嚴(yán)格要求,對(duì)劃線邊緣的齊整性和干凈程度亦有很高的要求。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中,對(duì)于背電極金屬鉬膜層的劃線,即Pl劃線,可以采用激光實(shí)現(xiàn),例如,中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN103681966Α公開(kāi)了一種CIGS薄膜太陽(yáng)能電池組件Mo背電極的激光劃線方法,使用激光器對(duì)制備在玻璃襯底上的作為背電極的Mo膜進(jìn)行切割,激光器發(fā)出的激光的入射方向?yàn)橄韧ㄟ^(guò)所述玻璃襯底再照射在Mo膜的表面上,激光的波長(zhǎng)為1064nm、532nm、355nm或266nm。這種方法可以實(shí)現(xiàn)Pl劃線,但是,由于其為了提高劃線的平整度,采用從背面入射的方法,只能適用于透明的玻璃襯底。同時(shí),也不能用于P2劃線或P3劃線。
[0006]而對(duì)于CIGS膜層及其緩沖層、η型材料層的劃線(Ρ2劃線),以及CIGS與其上方的透明電極層的同時(shí)劃線(Ρ3劃線),現(xiàn)有技術(shù)中均由機(jī)械方式來(lái)完成。而機(jī)械劃線的線寬難以做到很窄,容易出現(xiàn)較大的崩邊現(xiàn)象,存在刀具磨損問(wèn)題,生產(chǎn)效率不夠高。同時(shí)由于單元電池連接區(qū)(即所謂死區(qū))的面積難以再進(jìn)一步減小,限制了 CIGS薄膜的整體利用率。因此,業(yè)界也在努力嘗試用激光來(lái)完成P2、P3劃線,以期克服機(jī)械劃線的不足。
[0007]采用近紅外(如1064 nm)、可見(jiàn)(如532 nm)和紫外(如355 nm或266 nm)激光進(jìn)行P2、P3劃線時(shí),由于CIGS對(duì)這些短波長(zhǎng)激光的吸收較大,劃線中的熱效應(yīng)累積作用嚴(yán)重,對(duì)鄰近劃線邊緣處的CIGS會(huì)產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)上的變化,導(dǎo)致p-n結(jié)受損,與上下電極層之間的歐姆接觸遭到破壞,同時(shí)對(duì)需要保留的背電極金屬鉬膜層亦可能產(chǎn)生損傷。雖然,業(yè)界人士認(rèn)為采用脈沖寬度在皮秒量級(jí)甚至更短的脈沖激光應(yīng)該有可能滿足P2、P3劃線要求,但是,用于這一用途的皮秒激光器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性存在隱患,并且由于制造成本較高而將難以普及。針對(duì)上述CIGS薄膜電池制造過(guò)程中,P2、P3劃線工序的現(xiàn)有機(jī)械劃線方法和已知正在嘗試中的其它可能的近紅外、可見(jiàn)和紫外激光劃線技術(shù)的不足,有必要尋求一種能夠滿足CIGS薄膜電池組件規(guī)?;a(chǎn)和制造要求的新的激光劃線技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,克服現(xiàn)有技術(shù)中劃線的線寬難以做到很窄,容易出現(xiàn)較大的崩邊現(xiàn)象,存在刀具磨損,生產(chǎn)效率不聞等問(wèn)題。
[0009]為達(dá)到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,包括如下步驟:
(1)、采用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出波長(zhǎng)在1.4μπ--3.Ομ--之間的脈沖激光,并進(jìn)行準(zhǔn)直處理;
(2)、使所述激光束照射到放在二維平移臺(tái)上的薄膜電池基板上,控制激光束與二維平移臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng),使激光束聚焦點(diǎn)在薄膜電池基板上按設(shè)定路徑移動(dòng),進(jìn)行劃線。
[0010]優(yōu)選地,所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器的輸出波長(zhǎng)為1.5 μ m?2.5 μ m。
[0011]更優(yōu)選地,所述短波紅外脈沖激光器為摻銩光纖激光器,所述摻銩光纖激光器的中心波長(zhǎng)在1.95 μ m左右,米用上述波長(zhǎng)的的光纖激光器激光可以實(shí)現(xiàn)CIGS光伏電池薄膜的P2、P3劃線而不影響周邊CIGS的光伏性能并且不損傷Mo電極層。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案,在步驟(I)和步驟(2)之間,采用光束整形裝置對(duì)準(zhǔn)直后的脈沖激光束進(jìn)行整形,使其在匯聚焦點(diǎn)處的光束空間分布構(gòu)成平頂分布。
[0013]上述技術(shù)方案中,所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器為摻錢光纖激光器,脈沖寬度為100皮秒到800納秒,可以有效減少劃刻中出現(xiàn)材料熔融現(xiàn)象。
[0014]短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出的單脈沖激光能量為I?2000微焦,可以針對(duì)不同的線和深度的要求,使CIGS太陽(yáng)能薄膜電池的P2、P3劃線進(jìn)入剝落型材料去除狀態(tài)。
[0015]脈沖頻率為I千赫茲到I兆赫茲,采用脈沖頻率為I千赫茲到I兆赫茲的短波長(zhǎng)紅外激光,可以獲得不同光斑重疊度和不同劃線速度的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池的P2、P3劃線,并且確保劃線的連續(xù)性和平滑程度。
[0016]上述技術(shù)方案中,所述激光束與二維平移臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)選方案有下列兩種,其一是,在控制激光束出射的激光頭上設(shè)置F-theta透鏡和二維光束掃描裝置,通過(guò)計(jì)算機(jī)經(jīng)所述二維光束掃描裝置控制F-theta透鏡,實(shí)現(xiàn)激光束的偏轉(zhuǎn)掃描。根據(jù)需要,可以控制二維平移臺(tái)同時(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行配合,以擴(kuò)展掃描范圍。所述二維光束掃描裝置包括二維光束掃描頭、二維光束掃描頭控制單兀和掃描頭電源,二維光束掃描頭的光束掃描速度為50mm/s?3000mm/s,所述F-theta透鏡焦距長(zhǎng)度為80mm?300mm,米用上述F-theta透鏡將短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器的輸出激光聚焦到CIGS薄膜表面可以獲得線寬為10?10ym之間的平滑Ρ2、Ρ3劃線。
[0017]其二是,在控制激光束出射的激光頭內(nèi)設(shè)有裝載匯聚透鏡的導(dǎo)光鏡以及接入氣體的密封頭,激光束通過(guò)匯聚透鏡聚焦在二維平移臺(tái)上,通過(guò)控制二維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光束與薄膜電池基板的相對(duì)移動(dòng),所述二維平移臺(tái)的移動(dòng)速度為50mm/s?3000mm/s ;將氣體引入密封頭,沿激光光束出口的方向向下吹氣,將劃線過(guò)程中產(chǎn)生的碎片吹走。其中的匯聚透鏡米用Best-form匯聚透鏡。
[0018]進(jìn)一步的技術(shù)方案,在進(jìn)行P2、P3劃線時(shí),光斑交疊程度為10?90%,從而可以得到深度適當(dāng)?shù)钠交瑴喜邸?br> [0019]本發(fā)明中,采用接近于平頂分布的短波紅外脈沖激光可以完成P2、P3劃線而不產(chǎn)生邊緣熔融和凸起以及嚴(yán)重的崩邊現(xiàn)象。
[0020]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明采用波長(zhǎng)在1.4?3 μ m之間、光子能量相對(duì)較小、CIGS膜層對(duì)其吸收較低的短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)太陽(yáng)能電池薄膜進(jìn)行劃線,可以有效的降低劃線過(guò)程中由于激光燒蝕所引起的破壞性光致熱效應(yīng),從正面實(shí)現(xiàn)P1、P2、P3劃線,采用接近于平頂分布的短波紅外脈沖激光,可以完成P2、P3劃線而不產(chǎn)生邊緣熔融和凸起以及嚴(yán)重的崩邊現(xiàn)象。
[0021]2.本發(fā)明采用的入射激光脈沖可以有較多的部分到達(dá)CIGS與其背電極Mo的界面處,并從此界面發(fā)生反射,反射光與入射光相干疊加,導(dǎo)致光場(chǎng)在界面臨界處發(fā)生有效增強(qiáng),致使此處的材料快速升溫,優(yōu)先于上表面發(fā)生和電離,進(jìn)而產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力,從而使CIGS膜層在于Mo膜層的界面處發(fā)生剝落。
[0022]3.本發(fā)明能夠取代現(xiàn)有的機(jī)械劃線方法,改善激光完成P2、P3劃線的質(zhì)量,提高由激光劃線的CIGS薄膜光伏電池組件的性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例一提出的利用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線處理方法的實(shí)施系統(tǒng)示意圖;
圖2是采用圖1所示的短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線后CIGS薄膜太陽(yáng)能電池組件的膜層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是對(duì)沉積在玻璃基板上的CIGS光伏電池薄膜進(jìn)行機(jī)械法P3劃線(豎線)與采用本發(fā)明提出的短波長(zhǎng)紅外脈沖激光P3劃線(右側(cè)三道橫線)的效果比較;
圖4是實(shí)施例二提出的利用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線處理方法的實(shí)施系統(tǒng)示意圖。
[0024]其中:1、短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器;2.光束準(zhǔn)直器;3.光束整形器;4.二維光束掃描頭;5.F-theta透鏡;6.CIGS電池組件;7.二維電動(dòng)平移臺(tái);8.二維光束掃描頭控制單元;9.計(jì)算機(jī);10.激光器電源;11.掃描頭電源;12.二維平移臺(tái)電源;13.CIGS電池的背電極-Mo膜層;14.CIGS膜層;15.CdS緩沖層;16.η型i_ZnO層;17.透明電極Al-ZnO膜層;18.Best-form匯聚透鏡;19.裝載Best-form匯聚透鏡和導(dǎo)光鏡(后者在圖示中未畫(huà)出)并可以接入氣體的密封頭。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:參見(jiàn)圖1所示,是本實(shí)施例利用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線處理方法的實(shí)施系統(tǒng)示意圖,短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器I發(fā)出的激光束經(jīng)光束準(zhǔn)直器2準(zhǔn)直、光束整形器3整形后進(jìn)入二維光束掃描頭4,然后通過(guò)F-theta透鏡5照射到設(shè)在二維電動(dòng)平移臺(tái)7上的CIGS電池組件6上。二維光束掃描頭4連接有掃描頭電源11,并由二維光束掃描頭控制單元8控制,計(jì)算機(jī)9分別連接控制二維光束掃描頭控制單元8、激光器電源10和二維平移臺(tái)電源12。
[0026]激光劃線方法步驟如下:(1)、短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出波長(zhǎng)在1.4μπι?3.Ομπι之間的脈沖激光;
(2)、激光通過(guò)光束準(zhǔn)直器;
(3)、然后激光通過(guò)光束整形裝置,對(duì)短波長(zhǎng)進(jìn)行光束整形,使其在匯聚焦點(diǎn)處的光束空間分布接近于平頂分布;
(4)、輸出的激光通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的激光頭照射放在二維平移臺(tái)上的薄膜電池基板,激光頭與二維平移臺(tái)相對(duì)移動(dòng),進(jìn)行劃線。
[0027]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器為摻銩光纖激光器。
[0028]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器的脈沖寬度為幾百皮秒到幾百納秒,脈沖寬度可以通過(guò)調(diào)Q技術(shù)或鎖模技術(shù)控制。
[0029]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器輸出的激光能量為10微焦?500微焦。
[0030]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器輸出激光的的脈沖頻率為5千赫茲到0.5兆赫茲。
[0031 ] 本實(shí)施例中,所述激光頭內(nèi)設(shè)有F-theta透鏡和二維光束掃描頭,所述F-theta透鏡焦距的長(zhǎng)度為80mm?300mm,基于上述激光器參數(shù)的選取外,輸出的激光通過(guò)焦距的長(zhǎng)度為80mm?300mm的F-theta透鏡到待進(jìn)行劃線加工的薄膜電池表面,這將使得劃線溝槽的寬度控制在5μπι?300μπι之間,特別是控制在更常用的ΙΟμ--?100 μ m范圍內(nèi);所述二維平移臺(tái)的移動(dòng)速度為50mm/s?3000mm/s,所述二維光束掃描頭的光束掃描速度為50mm/s?3000mm/s,這樣可以保證劃線中光斑重疊度在10%?90%之間可調(diào)。
[0032]圖2所示是短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線后CIGS薄膜太陽(yáng)能電池組件的膜層結(jié)構(gòu)示意圖,P2劃線要將CIGS膜層14聯(lián)同其上方的CdS緩沖層15以及η型1-ZnO層16 —起劃掉,而同時(shí)保留作為背電極-Mo膜層13完好無(wú)損;P3劃線則是在P2劃線完成后鍍上了表面透明電極Al-ZnO膜層17時(shí)再進(jìn)行,同樣要?jiǎng)澲帘畴姌O-Mo膜層13,即與P2劃線相比,P3劃線多劃了上表面的透明電極Al-ZnO膜層17。透明電極Al-ZnO膜層的厚度一般在0.3微米左右,因此,P3與P2劃刻參數(shù)的設(shè)置差別應(yīng)該不是很大。
[0033]本實(shí)施例中,視具體CIGS膜層參數(shù)和界面處聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的不同,例如膜層相對(duì)較厚,膜與膜間的結(jié)合較強(qiáng)時(shí),同樣關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是使短波長(zhǎng)紅外激光光束經(jīng)過(guò)光束整形器,該光束整形器的作用是使得在CIGS平面上光束的空間分布要比通常的高斯分布均勻,即更接近平頂分布,這樣將有助于提高劃線邊緣處的溫度梯度,有效減少或避免在劃線溝槽邊緣處可能出現(xiàn)的熔融現(xiàn)象。
[0034]基于P2,P3劃線對(duì)劃刻中不能傷及CIGS及其與相鄰膜層間的肖特基聯(lián)結(jié)和歐姆聯(lián)結(jié)的要求,現(xiàn)有技術(shù)使用機(jī)械劃刻的方法來(lái)完成P2、P3劃線。但是如圖3所示,機(jī)械劃線(圖中豎線)線寬難以做到很窄,易出現(xiàn)較大的崩邊現(xiàn)象。此外,機(jī)械劃線存在刀具磨損問(wèn)題,生產(chǎn)效率難以提高。由于采用機(jī)械劃線的單元電池連接區(qū)(即所謂死區(qū))的面積難以再進(jìn)一步減小,限制了 CIGS電池組件制造中薄膜的整體利用率的提高。在圖3中,同時(shí)示出的是采用本發(fā)明提出的利用短波長(zhǎng)紅外激光光束進(jìn)行的P3劃線(圖中右側(cè)三條橫線;劃刻此三條線時(shí)采用了不同的激光參數(shù))。根據(jù)具體激光控制參數(shù)的不同,劃線的效果將不同。由圖3中給出的機(jī)械劃線和2微米激光劃線的對(duì)比可以看出,機(jī)械劃線的線寬寬,崩邊嚴(yán)重,而2微米激光的劃線不僅要窄很多,而且除去(中間第二條線外)相對(duì)整齊。(注:圖3中,劃線的白色來(lái)自Mo膜的反射)。
[0035]實(shí)施例二:
參見(jiàn)圖4所示,是本實(shí)施例利用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光對(duì)CIGS薄膜太陽(yáng)能電池膜層進(jìn)行P2、P3劃線處理方法的實(shí)施系統(tǒng)示意圖,與實(shí)施例一的系統(tǒng)相比,本實(shí)施例中的激光頭為裝載有Best-form匯聚透鏡18和導(dǎo)光鏡(后者在圖示中未畫(huà)出)并可以接入氣體的密封頭19。
[0036]激光劃線方法步驟如下:(1)、短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出波長(zhǎng)在1.4μπι?
3.Ομπι之間的脈沖激光;
(2)、激光通過(guò)光束準(zhǔn)直器;
(3)、然后激光通過(guò)光束整形裝置,對(duì)短波長(zhǎng)進(jìn)行光束整形,使其在匯聚焦點(diǎn)處的光束空間分布接近于平頂分布;
(4)、輸出的激光通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的激光頭照射放在二維平移臺(tái)上的薄膜電池基板,激光頭與二維平移臺(tái)相對(duì)移動(dòng),進(jìn)行劃線。
[0037]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器為摻銩光纖激光器。
[0038]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器的脈沖寬度為500皮秒到3百納秒,脈沖寬度可以通過(guò)調(diào)Q技術(shù)或鎖模技術(shù)控制。
[0039]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器輸出的激光能量為10微焦?500微焦。
[0040]本實(shí)施例中,所述短波紅外脈沖激光器輸出激光的脈沖頻率為5千赫茲到0.5兆赫茲。
[0041]本實(shí)施例中,所述激光頭內(nèi)設(shè)有裝載Best-form匯聚透鏡的導(dǎo)光鏡并接入氣體的密封頭。
[0042]本實(shí)施例中,所述步驟(4)中的激光頭是不動(dòng)的,激光通過(guò)Best-form匯聚透鏡,與運(yùn)動(dòng)的二維移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)移動(dòng),同時(shí)密閉頭沿激光光束出口的方向向下吹氣,將劃線過(guò)程中的碎片吹走,輔助提高劃線質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于,包括如下步驟: (1)、采用短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出波長(zhǎng)在1.4μπι?3.0ym之間的脈沖激光,并進(jìn)行準(zhǔn)直處理; (2)、使所述激光束照射到放在二維平移臺(tái)上的薄膜電池基板上,控制激光束與二維平移臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng),使激光束聚焦點(diǎn)在薄膜電池基板上按設(shè)定路徑移動(dòng),進(jìn)行劃線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:采用光束整形裝置對(duì)脈沖激光束進(jìn)行整形,使其在匯聚焦點(diǎn)處的光束空間分布構(gòu)成平頂分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器為摻銩光纖激光器,脈沖寬度為100皮秒到800納秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出的單脈沖激光能量為I?2000微焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器輸出激光的脈沖頻率為I千赫茲到I兆赫茲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:在控制激光束出射的激光頭上設(shè)置F-theta透鏡和二維光束掃描裝置,通過(guò)計(jì)算機(jī)經(jīng)所述二維光束掃描裝置控制F-theta透鏡,實(shí)現(xiàn)激光束的偏轉(zhuǎn)掃描。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:所述二維光束掃描裝置包括二維光束掃描頭、二維光束掃描頭控制單元和掃描頭電源,所述二維光束掃描頭的光束掃描速度為50mm/s?3000mm/s,所述F-theta透鏡焦距長(zhǎng)度為80mm ?300mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:在控制激光束出射的激光頭內(nèi)設(shè)有裝載匯聚透鏡的導(dǎo)光鏡以及接入氣體的密封頭,激光束通過(guò)匯聚透鏡聚焦在二維平移臺(tái)上,通過(guò)控制二維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光束與薄膜電池基板的相對(duì)移動(dòng),將氣體弓I入密封頭,沿激光光束出口的方向向下吹氣,將劃線過(guò)程中產(chǎn)生的碎片吹走,所述二維平移臺(tái)的移動(dòng)速度為50mm/s?3000mm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:進(jìn)行P2、P3劃線時(shí),光斑交疊程度為10?90%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能薄膜電池膜層的激光劃線方法,其特征在于:所述短波長(zhǎng)紅外脈沖激光器的輸出波長(zhǎng)為1.5 μ m?2.5 μ m。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104134721SQ201410402379
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】蔣仕彬, 朱曉農(nóng) 申請(qǐng)人:蘇州圖森激光有限公司
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