工业级皮秒激光器在太阳能电池板切割的应用
激光设备
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2023-01-06
宇宙飞船、太空站、人造卫星这些航天器发射后在轨运行少则几天、几个月，多则十余年，种类繁多的电子设备、器械、系统等需要消耗大量的电能，它的电从哪里来呢？答案是：通过太阳能电池板进行发电，也就是将光子能量转换为电能的过程。目前太阳能电池除了应用于航空航天领域外，在民用领域也大面积使用，已是十分普遍。根据不同材料，可分为硅太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、多元化合物薄膜电池等，逐渐往精度高、密度大，使用寿命长等方向发展，使得在加工太阳能电池板的时候，对设备的要求更高。在太阳能电池板的加工过程中，传统作业方式是采用机械划刻，其缺点是操作复杂、边缘粗糙，且死区宽度过大，这样的制造精度无法满足当前更复杂材料的高精尖需求。皮秒激光器凭借其优异的加工能力，在太阳能电池板加工中拥有极高的市场前景。以福州市纳飞光电科技有限公司生产的工业级皮秒激光器为例，其优异的性能，可以很好的应用在太阳能电池板的加工中。这款工业级皮秒激光器拥有超短脉宽（脉宽＜10ps），具有很高的峰值功率，输出波长为1064nm的激光。有研究表明，加工所用激光的脉冲宽度越窄、峰值功率密度越大，越能够有效减小加工中热影响区及重铸层的形成。研究者通过实验发现，不同晶体结构的材料其电子与离子键的能量驰豫时间在微秒至皮秒之间，对于大部分材料，当激光的脉冲宽度在10ps左右时，加工过程将几乎没有热量被自由电子传导到加工区域的周围，可以获得媲美飞秒激光的高质量加工效果，实现几乎无热影响区的冷加工。对于CIGS太阳能薄膜电池的加工，皮秒激光器一样能胜任。CIGS太阳能薄膜电池制作时因衬底需要覆有Mo层，一般采用直流磁控溅射沉积Mo钼作为支撑层，而CIGS薄膜的生长则采用三步共蒸发，在采用水浴法沉积CdS薄膜，接着溅射双层的ZnO薄膜，在用电子束蒸发制备Ni/AL电极，最后上面再覆盖一层增透膜MgF2。在每层薄膜被沉积后，均需要使用激光对层膜进行刻蚀，使各个电池之间串联起来。通过研究发现，使用波长1064nm、脉宽10ps的皮秒激光器在CIS薄膜太阳能电池的P1/P2/P3制程中均取得了良好的加工效果，有效减小了死区宽度，降低了接触电阻，进一步提升了电池模组的效率。除此之外，在太阳能行业中广泛应用的绒面玻璃，亦可以使用这款工业级皮秒激光器进行绒面玻璃钻孔，具有打孔效果好，无毛边以及崩边现象，成品良品率高，脉冲稳定性和功率稳定性高，助力提升产品的加工效率。可见，纳飞光电开发的工业级皮秒激光器可处理的材料范围广，优异的加工能力，使其在太阳能电池板加工中有着极高的市场前景。随着对加工工艺和加工参数不断探索和优化，这款工业级皮秒激光器必将在更广阔的高端制造领域发挥巨大的经济和应用价值。
