利用激光技术提高薄膜太阳能电池制造效率

激光器是生产薄膜太阳能电池模块的重要工具，特别是高性能超短脉冲激光器，其能提供持续时间仅几个皮秒的超短脉冲，这不但能帮助制造商提高产量，而且还能优化加工工艺。 

目前，在针对解决未来能源问题的讨论中，光伏能源作为一种可再生能源扮演着重要角色。技术进步是实现电能平价消费的一个至关重要的前提条件，比如通过技术进步将光伏发电的成本降低到接近传统能源的成本。 

目前，晶硅太阳能电池是光伏市场中的主导产品，其转换效率最高达20%。在晶硅太阳能电池的制造过程中，激光器主要用于晶圆切割和边缘绝缘。 

在激光边缘绝缘过程中，激光辅助掺杂(doping)工艺用于防止电池正面与背面之间的短路而引起的功率损失。越来越多的激光器被用于激光辅助掺杂工艺中，以改善载流子的迁移率，特别是对于电极的接触指而言尤为如此。在过去的几年中，薄膜太阳能电池取得了巨大的发展，业界专家们更是希望其未来能在光伏市场中占据大约20%的市场份额。 

薄膜太阳能电池中所采用的膜层只有几微米厚，因此其在生产中便能节约大量材料。在薄膜太阳能电池的制造过程中，激光发挥着决定性的作用。在整个制造过程中，激光将电池结构化并连接成模块，并对模块进行相应的刻蚀处理，进而保证所需要的绝缘性能。 

成熟的激光刻线工艺 

在非晶硅或碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池模块的生产过程中，导电薄膜和光伏薄膜被沉积在大面积玻璃基板上。每层薄膜被沉积后，均利用激光对膜层进行刻蚀，并使各个电池之间自动串联起来。这样，就能够根据电池宽度设定电池和模块的电流。精确的选择性非接触式激光加工，能够可靠地集成到薄膜太阳能电池模块的生产线中。人们通常所说的刻线就是单个激光脉冲刻蚀的一个连贯过程，该脉冲聚焦后光斑大小为30~80μm，因此在P1层刻线中，要采用脉宽为几十纳秒（10~80ns）的脉冲光对玻璃基底进行刻蚀。

透明导电氧化物（TCO，如ZnO和SnO2）通常使用近红外激光和相对较高的脉冲重复频率进行加工。通常需要的脉冲重复频率要超过100kHz。较高的脉冲重复频率能够确保切口处的彻底清洁。 

根据材料对激光的吸收系数的不同，需要为特定的加工工艺选择合适的激光波长。绿激光对于硅的破坏阈值远低于其对TCO的破坏阈值，因此绿激光可以安全透过TCO膜层后，对吸收层进行刻线。P2层和P3层的刻线机理与P1层相同。 

单脉冲刻线机理本身的特征对脉冲重复频率提出了一定的限制。为了防止接触面半导体层的脱落，加工过程中需要的典型脉冲重复频率为35~45kHz。常用的刻蚀阈值约为2J/cm2，也就是能将25μJ的激光能量聚焦到直径为40μm的面积上，其平均功率非常低。由于绿光激光器的平均功率均为数瓦量级，因此能够将光束分光后进行多光束并行加工，从而进一步提高工作效率。 

对于P1、P2和P3层的刻线应用而言，用于微加工应用的、输出波长为1064nm和532nm的结构小巧紧凑的二极管泵浦激光器，无疑是无疑是一种理想的选择，并且这种激光器能够提供极高的脉冲稳定性。这类激光器的脉冲持续时间为8~ 40ns，脉冲重复频率为1~100kHz。