По време на подготовката на халкогенидни тънкослойни клетки са включени четири основни процеса на лазерна обработка, а именно три селективни ецвания на филмов слой, т.е. процеси на скрайбиране (наречени P1, P2 и P3) и едно пълно отстраняване на филмов слой, т.е. процес на лазерно изчистване на ръба (наречен P4). Цялата клетка е разделена на n подклетки в последователна структура, с цел да се намали въздействието върху модула, причинено от разликата в производителността в различни области поради нехомогенността на халкогенидния материал, и в същото време може да увеличи изхода напрежението на модула, намалете изходния ток на модула и намалете серийното съпротивление между под-клетките и топлинните загуби на съпротивлението на външната верига.
Лазерно P1 скрайбиране: лазерно ецване на долния TCO филмов слой за формиране на взаимно независими TCO субстрати;
Лазерно P2 скрайбиране: лазерно ецване на други филмови слоеве над TCO за осигуряване на предавателни канали за положителните и отрицателните електроди на две съседни подклетки;
Лазерно P3 скрайбиране: след отлагане на задния електрод, лазерно ецване на други филмови слоеве над TCO, отделяне на подклетките една от друга;
Лазерен P4 процес на почистване на ръба: лазерът премахва натрупания филм от ръба на клетката, за да предотврати изтичане и да гарантира надеждността на пакета на батериите.
Фигура 1. Разстоянието между линиите P1 и P3 се нарича "мъртва зона", мъртвата зона не допринася за генерирането на енергия на клетката, ролята на лазера е да минимизира ширината на мъртвата зона, за да увеличаване на ефективната площ.
Необходимостта от лазерно писане за каломелната батерия:
Механичното писане, като една от традиционните клетъчни връзки, се използва широко в P2P3 процеса на CIGS клетки, въпреки високата си ефективност. Съществуват обаче очевидни ограничения, които включват недостатъците, че механичното драскане е от контактен тип, върхът на механичната игла е обект на непрекъснато износване, има кратък живот и трябва да се сменя периодично, сериозно начупване на остатъци от ръбовете, недостатъчна дълбочина точност на контрола, лоша последователност на линията и големи мъртви зони. Следователно този метод на скрайбиране е напълно неподходящ за общата дебелина от по-малко от 1 μm на мембранния слой на халкогенидната тънкослойна батерия.
За разлика от това, лазерното писане има предимствата да е безконтактно, лесно за поддръжка, по-малко термично влияние върху ръба, лесно контролиране на дълбочината на писане, добра последователност на линията и по-малки мъртви зони, което позволява по-точно, по-чисто и по-ефективен процес на писане, както и прецизен контрол на отстраняването на филмовия слой и чисто и гладко дъно и ръбове на жлеба.
Фигура 2. Сравнение на механичното писане (вляво) и лазерното писане (вдясно).
За избора на дължина на импулса, термичният ефект на наносекундна лазерна обработка е очевиден, има недостатъци като грапави ръбове, повърхностни отломки и ниска скорост на обработка; докато използването на пикосекунден лазер като представител на ултракъсия импулс може да покаже предимствата на висока пикова мощност, малък топлинен ефект, гладки ръбове, прецизност и т.н. В процеса на лазерно ецване, пикосекундният лазер може да се фокусира върху ултра фината пространствена зона, бързо да изпари изпарението на материала, да избегне линейното поглъщане на материала на лазера, трансфера на енергия, преобразуването и наличието на топлина и термична дифузия, може да направи почти без термично въздействие, за да се постигне лазерна "студена" обработка.
Фигура 3. Ефект на пикосекундна лазерна обработка
По отношение на избора на дължина на вълната на лазера, различните материали имат различна степен на абсорбция за различни дължини на вълната на лазерната светлина и колкото по-висока е скоростта на абсорбция, толкова по-малък е полученият топлинен ефект.
Фигура 4. Това е диаграмата на спектралната абсорбция на FTO материали, като обикновено се използва къса дължина на вълната на ултравиолетова светлина, когато степента на абсорбция е много висока, по-подходяща. Въпреки това, тъй като 355nm зелен лазер обикновено е 1064nm инфрачервен лазер чрез удвояване на честотата на удвояване на кристалната честота, в процеса на преобразуване ще доведе до около 40 ~ 50% загуба на мощност, следователно, от гледна точка на икономически ефективни съображения, P1 scribing процесът ще избере да използва 1064nm инфрачервен лазер, а FTO има определена степен на абсорбция на инфрачервена светлина. P2 слой трябва да се използва в случай на FTO, за да не се повреди 532n лазера, FTO не е повреден. Слоят P2 трябва да бъде начертан с 532 nm зелена светлина, без да се повреди FTO, докато процесът P3 може да избере подходящата дължина на вълната на източника на светлина според абсорбцията и дебелината на слоя, а дължината на вълната 532 nm може да се използва за премахване на слоя.
Що се отнася до избора на посока на писане, обикновено има два начина: директно писане върху повърхността на филма и писане през стъклената повърхност. Първият се отнася до лазерния лъч, фокусиран върху филмовия слой, който трябва да бъде отстранен отгоре, материалът абсорбира газификацията на лазерната енергия, за да образува гравирана линия, този метод има голям топлинен ефект, лесен за образуване на „кратер“ и изисква прецизен контрол на процеса. Скрайбирането през стъкло е фокусирането на лазерния лъч върху интерфейса между стъклото и филмовия слой, който трябва да се отстрани, интерфейсът абсорбира енергията и изпарява филмовия слой, който бързо се разширява в обем, за да образува "експлозивна ударна вълна", като по този начин образува писарска линия. Този процес има по-малка термично засегната площ и е по-малко вероятно да образува "кратер", но изисква по-силна лазерна енергия и по-висок прозорец на процеса.
Лазерното писане в тънкослойния модул, за да се гарантира, че цялата клетка е разделена на повече от n подклетки в серия под предпоставката за мъртвата зона, трябва да се компресира възможно най-много, а лазерът в ролята на филмовия слой, може да доведе до очевидна зона, засегната от топлината, кратери, дъното на отломките, разслояване на филма и други неблагоприятни ефекти от процеса.
Фигура 5. Възможните неблагоприятни ефекти от процеса на лазерна обработка на слоеве филм на батерии включват очевидни зони, засегнати от топлина (горе вляво), кратери (горе вдясно), долни шлакови грапавини (долу вляво) и разслояване на филма (долу вдясно).
Следователно контролът на мъртвата зона и серия от фактори, влияещи върху резултатите от обработката, в допълнение към горепосочената ширина на лазерния импулс (ns / ps / fs); дължина на вълната на лазера (355 / 532 / 1064 nm); режим на обработка (обработка на филмова повърхност / обработка на стъклена повърхност), но също така обхваща съответните лазерни параметри, включително избор на мощност, качество на лъча, размер на фокусирано петно и степен на припокриване, както и последващите резултати от процеса. В допълнение към метода на обработка (от страната на филма/от страната на стъклото), той обхваща и съответните параметри на лазера, включително мощност, качество на лъча, размер на фокусираното петно и скорост на припокриване, както и последващите ефекти на процеса като ширина на скрайбиране, топлинни ефекти, кратери , консистенция на линията на скрайбиране на P123, паралелизъм и т.н. Допълнителни съображения включват оформяне на лъча и обработка на прах по време на обработка.
