Κατά την παρασκευή κυψελών λεπτής μεμβράνης χαλκογονιδίου, εμπλέκονται τέσσερις κύριες διαδικασίες επεξεργασίας με λέιζερ, δηλαδή τρεις επιλεκτικές χαρακτικές στιβάδες μεμβράνης, δηλ. διαδικασίες χάραξης (που ονομάζονται P1, P2 και P3) και μία πλήρης αφαίρεση στρώματος φιλμ, π.χ. διαδικασία καθαρισμού άκρων με λέιζερ (ονομάζεται P4). Ολόκληρο το κύτταρο χωρίζεται σε n υποκελιά σε δομή σειράς, με στόχο τη μείωση του αντίκτυπου στη μονάδα που προκαλείται από τη διαφορά απόδοσης σε διαφορετικές περιοχές λόγω της ανομοιογένειας του υλικού χαλκογονιδίου και ταυτόχρονα μπορεί να αυξήσει την απόδοση τάση της μονάδας, μειώστε το ρεύμα εξόδου της μονάδας και μειώστε την αντίσταση σειράς μεταξύ των υποκυψελών και τη θερμική απώλεια της αντίστασης του εξωτερικού κυκλώματος.
Γράψιμο με λέιζερ P1: χάραξη με λέιζερ του κάτω στρώματος φιλμ TCO για να σχηματιστούν αμοιβαία ανεξάρτητα υποστρώματα TCO.
Laser P2 scribing: χάραξη με λέιζερ άλλων στρωμάτων φιλμ πάνω από το TCO για την παροχή καναλιών μετάδοσης για τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια δύο γειτονικών υποκυψελών.
Γράψιμο με λέιζερ P3: μετά την εναπόθεση του πίσω ηλεκτροδίου, χάραξη με λέιζερ άλλα στρώματα φιλμ πάνω από το TCO, διαχωρίζοντας τα υποκελιά το ένα από το άλλο.
Διαδικασία καθαρισμού άκρων με λέιζερ P4: το λέιζερ αφαιρεί το εναποτιθέμενο φιλμ από την άκρη της κυψέλης για να αποτρέψει τη διαρροή και να εξασφαλίσει την αξιοπιστία της συσκευασίας της μπαταρίας.
Εικόνα 1. Η απόσταση μεταξύ των γραμμών P1 και P3 ονομάζεται "νεκρή ζώνη", η νεκρή ζώνη δεν συμβάλλει στην παραγωγή ενέργειας της κυψέλης, ο ρόλος του λέιζερ είναι να ελαχιστοποιεί το πλάτος της νεκρής ζώνης για να αυξήστε την αποτελεσματική περιοχή.
Η αναγκαιότητα γραψίματος λέιζερ για την μπαταρία καλομέλας:
Η μηχανική γραφή, ως μία από τις παραδοσιακές διασυνδέσεις κυψελών, χρησιμοποιείται ευρέως στη διαδικασία P2P3 των κυψελών CIGS, παρά την υψηλή απόδοση. Ωστόσο, υπάρχουν προφανείς περιορισμοί, οι οποίοι περιλαμβάνουν τα μειονεκτήματα ότι η μηχανική γρατζουνιά είναι τύπου επαφής, το μηχανικό άκρο της βελόνας υπόκειται σε συνεχή φθορά, έχει μικρή διάρκεια ζωής και χρειάζεται περιοδική αντικατάσταση, σοβαρό θρυμματισμό των υπολειμμάτων ακμών, ανεπαρκές βάθος ακρίβεια ελέγχου, κακή συνέπεια γραμμής και μεγάλες νεκρές ζώνες. Επομένως, αυτή η μέθοδος χάραξης είναι εντελώς ακατάλληλη για το συνολικό πάχος μικρότερο από 1 μm του στρώματος μεμβράνης της μπαταρίας λεπτής μεμβράνης χαλκογονιδίου.
Αντίθετα, η γραφή με λέιζερ έχει τα πλεονεκτήματα της μη επαφής, της εύκολης συντήρησης, της λιγότερης θερμικής επιρροής στην άκρη, της εύκολης ρύθμισης του βάθους γραψίματος, της καλής συνοχής της γραμμής και των μικρότερων νεκρών ζωνών, γεγονός που επιτρέπει μια πιο ακριβή, καθαρότερη και πιο αποτελεσματική διαδικασία γραψίματος, καθώς και ακριβής έλεγχος της αφαίρεσης του στρώματος μεμβράνης και καθαρό και λείο πάτο και άκρα του αυλακιού.
Εικόνα 2. Σύγκριση μηχανικής γραψίματος (αριστερά) και χάραξης λέιζερ (δεξιά).
Για την επιλογή του μήκους παλμού, το θερμικό αποτέλεσμα επεξεργασίας λέιζερ νανοδευτερόλεπτου είναι προφανές, υπάρχουν ελλείψεις όπως τραχιές άκρες, επιφανειακά υπολείμματα και αργή ταχύτητα επεξεργασίας. ενώ η χρήση του λέιζερ picosecond ως αντιπροσωπευτικού του υπερμικρού παλμού μπορεί να δείξει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ισχύος αιχμής, του μικρού θερμικού αποτελέσματος, των λείων άκρων, της ακρίβειας και ούτω καθεξής. Στη διαδικασία χάραξης λέιζερ, το λέιζερ picosecond μπορεί να εστιαστεί στην εξαιρετικά λεπτή περιοχή χώρου, να εξατμίσει γρήγορα την εξάτμιση του υλικού, να αποφύγει το υλικό της γραμμικής απορρόφησης του λέιζερ, τη μεταφορά ενέργειας, τη μετατροπή και την ύπαρξη θερμότητας και θερμικής διάχυσης, μπορεί να κάνει σχεδόν καθόλου θερμική πρόσκρουση, για να επιτευχθεί η «κρύα» επεξεργασία με λέιζερ.
Εικόνα 3. Εφέ επεξεργασίας λέιζερ Picosecond
Όσον αφορά την επιλογή του μήκους κύματος λέιζερ, διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικούς ρυθμούς απορρόφησης για διαφορετικά μήκη κύματος φωτός λέιζερ και όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός απορρόφησης, τόσο μικρότερο είναι το θερμικό αποτέλεσμα που παράγεται.
Σχήμα 4. Αυτό είναι το διάγραμμα φασματικής απορρόφησης των υλικών FTO, συνήθως χρησιμοποιώντας ένα μικρό μήκος κύματος υπεριώδους φωτός όταν ο ρυθμός απορρόφησης είναι πολύ υψηλός, πιο κατάλληλος. Ωστόσο, επειδή το πράσινο λέιζερ 355 nm είναι γενικά λέιζερ υπερύθρων 1064 nm μέσω του διπλασιασμού της συχνότητας κρυστάλλου, στη διαδικασία μετατροπής θα παράγει περίπου 40 ~ 50% απώλεια ισχύος, επομένως, από την άποψη των οικονομικών εκτιμήσεων, η γραφή P1 Η διαδικασία θα επιλέξει να χρησιμοποιήσει το υπέρυθρο λέιζερ 1064nm και το FTO έχει έναν ορισμένο βαθμό απορρόφησης υπέρυθρου φωτός. Το στρώμα P2 θα πρέπει να χρησιμοποιείται στην περίπτωση του FTO για να μην βλάψει το λέιζερ 532 nm, το FTO δεν έχει καταστραφεί. Το στρώμα P2 θα πρέπει να φέρει πράσινο φως 532 nm χωρίς να καταστρέψει το FTO, ενώ η διαδικασία P3 μπορεί να επιλέξει το κατάλληλο μήκος κύματος πηγής φωτός ανάλογα με την απορρόφηση και το πάχος του στρώματος και το μήκος κύματος 532 nm μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση του στρώματος.
Όσον αφορά την επιλογή της κατεύθυνσης χάραξης, υπάρχουν γενικά δύο τρόποι: απευθείας χάραξη στην επιφάνεια του φιλμ και χάραξη μέσω της γυάλινης επιφάνειας. Το πρώτο αναφέρεται στη δέσμη λέιζερ που εστιάζεται στο στρώμα μεμβράνης που πρέπει να αφαιρεθεί παραπάνω, το υλικό απορροφά την αεριοποίηση της ενέργειας λέιζερ για να σχηματίσει μια χαραγμένη γραμμή, αυτή η μέθοδος έχει μεγάλο θερμικό αποτέλεσμα, εύκολο να σχηματιστεί ένας "κρατήρας" και απαιτεί ακριβή έλεγχο της διαδικασίας. Η διάτρηση μέσα από το γυαλί είναι η εστίαση της δέσμης λέιζερ στη διεπαφή μεταξύ του γυαλιού και του στρώματος μεμβράνης που πρόκειται να αφαιρεθεί. γραμμή γραφέα. Αυτή η διαδικασία έχει μια μικρότερη περιοχή που επηρεάζεται από τη θερμότητα και είναι λιγότερο πιθανό να σχηματίσει έναν «κρατήρα», αλλά απαιτεί ισχυρότερη ενέργεια λέιζερ και υψηλότερο παράθυρο διεργασίας.
Η γραφή με λέιζερ στη μονάδα λεπτής μεμβράνης για να διασφαλιστεί ότι ολόκληρο το κελί χωρίζεται σε περισσότερα από n υποκελιά σε σειρά υπό την προϋπόθεση της νεκρής ζώνης θα πρέπει να συμπιέζεται όσο το δυνατόν περισσότερο και το λέιζερ στο ρόλο του στρώματος φιλμ, μπορεί να δημιουργήσει εμφανείς ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα, κρατήρες, τον πυθμένα των ρινισμάτων, αποκόλληση μεμβράνης και άλλες δυσμενείς επιπτώσεις της διαδικασίας.
Σχήμα 5. Πιθανές δυσμενείς επιπτώσεις της διαδικασίας επεξεργασίας με λέιζερ στρωμάτων φιλμ μπαταρίας περιλαμβάνουν εμφανείς ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα (πάνω αριστερά), κρατήρες (πάνω δεξιά), κάτω γρέζια σκωρίας (κάτω αριστερά) και αποκόλληση μεμβράνης (κάτω δεξιά).
Επομένως, ο έλεγχος της νεκρής ζώνης και μια σειρά παραγόντων που επηρεάζουν τα αποτελέσματα της επεξεργασίας, επιπλέον του προαναφερθέντος πλάτους παλμού λέιζερ (ns / ps / fs). μήκος κύματος λέιζερ (355 / 532 / 1064 nm). λειτουργία επεξεργασίας (επεξεργασία επιφάνειας φιλμ / επεξεργασία επιφάνειας γυαλιού), αλλά καλύπτει επίσης τις αντίστοιχες παραμέτρους λέιζερ, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής ισχύος, ποιότητας δέσμης, εστιασμένου μεγέθους σημείου και ταχύτητας επικάλυψης και τα επακόλουθα αποτελέσματα της διαδικασίας. Εκτός από τη μέθοδο επεξεργασίας (πλευρά μεμβράνης/πλευρά γυαλιού), καλύπτει επίσης τις αντίστοιχες παραμέτρους λέιζερ, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος, της ποιότητας δέσμης, του εστιασμένου μεγέθους κηλίδας και του ρυθμού επικάλυψης, καθώς και των επακόλουθων επιπτώσεων της διαδικασίας, όπως πλάτος χαραγής, εφέ θερμότητας, κρατήρες , συνοχή χάραξης γραμμής του P123, παραλληλισμός, κ.λπ. Πρόσθετα ζητήματα περιλαμβάνουν τη διαμόρφωση της δέσμης και το χειρισμό της σκόνης κατά την επεξεργασία.
