一、太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀
傳統(tǒng)晶硅太陽電池主要是由硅組成，電池主要部分易碎、易產(chǎn)生隱形裂紋，大多有一層鋼化玻璃作為防護(hù)，造成重量大、攜帶不便、抗震能力差。另外，由于在硅料提純、制作過程中的能源消耗，造成其發(fā)電成本遠(yuǎn)高于其他能源形式。非晶硅薄膜電池，具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強等優(yōu)勢，且光電轉(zhuǎn)換效率高，已接近于晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，但是成本只有其1/3，具有廣闊的市場前景。
在所有太陽能薄膜電池材料中，CIGS（銅銦鎵硒）電池對可見光的吸收系數(shù)最高，而且原材料的消耗卻遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶體硅太陽電池。與高效率高成本的晶體硅太陽電池和低效率低成本的非晶硅太陽電池相比，CIGS太陽電池具有高效率、低成本、長壽命的多重優(yōu)勢，是最有希望降低光伏發(fā)電成本的高效薄膜太陽電池，并且它可以充分利用我國豐富的銦資源，是真正符合國家法規(guī)鼓勵條款的適合中國國情的可再生能源技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。
根據(jù)基板材料的不同，太陽能薄膜電池可分為硬襯底和柔性襯底兩大類。柔性太陽能薄膜電池是指在柔性材料（如不銹鋼、聚酰亞胺等）上制作的薄膜太陽能電池，與硬襯底（如玻璃）薄膜太陽能電池相比，柔性薄膜太陽能電池具有可彎曲、不易碎、質(zhì)量輕等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。本文著重介紹以聚酰亞胺（PI）為襯底的柔性太陽能薄膜電池。
二、柔性太陽能薄膜電池制程簡介
CIGS太陽能薄膜電池制作時因襯底需要覆有Mo層，一般采用直流磁控濺射法沉積Mo鉬作為支持層。而CIGS薄膜的生長則采用三步共蒸發(fā)。再采用水浴法沉積CdS薄膜，接著濺射雙層的ZnO薄膜，再用電子束蒸發(fā)制備Ni/Al電極，最后上面再覆蓋一層增透膜MgF2。簡要結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：
圖2.1 CIGS結(jié)構(gòu)見圖
在每層薄膜被沉積后，均需利用激光對膜層進(jìn)行刻蝕，使各個電池之間串聯(lián)起來，即我們常說的P1/P2/P3制程，這樣，就能夠根據(jù)電池寬度設(shè)定電池和模塊的電流。同時，利用激光或其他方式對指定位置進(jìn)行進(jìn)行割邊絕緣操作，要求切割的邊緣光滑且具有一定的寬度，保證電池間的絕緣性。制程示意圖如圖2.2所示。
圖2.2 P1、P2、P3切割效果及電流走向示意
各制程簡要說明如下：
P1：在基板上制備好背電極Mo（一般采用磁控濺射的方法）之后，對其進(jìn)行劃線，即將基板上面的Mo電極進(jìn)行分割，要求刻蝕掉Mo層，但不損壞襯底PI，使其后續(xù)作為子電池，便于串聯(lián)。
P2：制備好吸收層CIGS及緩沖層CdS后，對該部分薄膜進(jìn)行劃線，要求將非晶硅膜層（即CIGS吸收層）完全刻蝕掉，但不損壞背電極Mo和襯底，便于實現(xiàn)后續(xù)的串聯(lián)。
P3：制備前電極、窗口層，并對該層薄膜進(jìn)行劃線，要求將前電極層和吸收層全部去除，但不損壞背電極Mo和襯底，以實現(xiàn)電池的分離。
采用PI柔性襯底，可利用卷繞技術(shù)（Roll-to-Roll生產(chǎn)工藝），將材料折疊成卷，可大規(guī)模制造質(zhì)量輕、可彎曲的電池，相對于傳統(tǒng)的剛性襯底（玻璃等）薄膜電池，可大大提高生產(chǎn)效率，流水線生產(chǎn)過程如圖2.3所示所示：
圖2.3 卷繞技術(shù)流水線簡介
三、多通道皮秒激光在柔性太陽能薄膜電池中的應(yīng)用
皮秒激光的脈寬很短，只有幾個皮秒，具有很高的峰值功率。它與材料相互作用時，刻蝕部分熱影響很小，產(chǎn)生"冷"加工的效果，避免不必要的熱效應(yīng)，無熱影響區(qū)，且邊緣光滑，因此可利用皮秒激光進(jìn)行高精密加工。皮秒激光器波長涵蓋紅外到紫外，可處理的材料范圍極廣，適用于很多場合的加工應(yīng)用。
在薄膜太陽能電池的加工過程中，最早采用的是機械劃刻的方式，操作復(fù)雜、邊緣粗糙，且死區(qū)（Dead Area）寬度過大，約為300μm，若采用皮秒激光進(jìn)行刻蝕，死區(qū)寬度僅為140μm，且各邊緣光滑、邊界明顯、操作簡單。目前太陽能薄膜電池加工過程中激光刻蝕采用的多為納秒脈沖激光器，與皮秒激光器相比，這些納秒激光器的脈寬要寬約1000倍，加工時熱效應(yīng)明顯，存在邊緣粗糙、表面碎屑、加工速度慢等缺點。
皮秒激光器以其優(yōu)異的加工能力，使其在太陽能薄膜電池加工領(lǐng)域中，擁有極高的市場前景。但是，單臺皮秒激光器成本高昂，而在薄膜太陽能電池生產(chǎn)過程中，不同的制程需要不同的光源參數(shù)，則需要配套多臺皮秒激光器才可完成整個生產(chǎn)過程，使得生產(chǎn)設(shè)備成本過高，一般廠家難以接受。針對這一現(xiàn)狀要求，萊澤光電在全國首家推出四通道皮秒固體激光器（如圖3.1所示），波長分別為1064nm、532nm（1路1064nm，3路532nm），脈沖寬度＜15ps，功率穩(wěn)定性＜1%，脈沖穩(wěn)定性＜3%。四路激光的參數(shù)可單獨控制，完美解決了生產(chǎn)成本過高的這一問題。利用相關(guān)光學(xué)器件，將不同光束引導(dǎo)到不同的位置，在CIGS進(jìn)行卷繞加工時，可同時進(jìn)行激光在線工作。
圖3.1 多通道皮秒固體激光器
四、實際案例
實驗數(shù)據(jù)：
P1制程時，波長532nm，激光能量50μJ，重復(fù)頻率50kHz，振鏡掃描速度20mm/s，聚焦鏡焦距250mm；
P2制程時，波長532nm，激光能量5μJ，重復(fù)頻率500kHz，振鏡掃描速度250mm/s，聚焦鏡焦距250mm；
P3制程時，波長532nm，激光能量1μJ，重復(fù)頻率50kHz，掃描速度500mm/s，聚焦鏡焦距250mm。最終加工效果，如圖4.1所示。
割邊工藝采用1064nm激光，工作頻率50kHz，脈沖能量大于30μJ，掃描速度20mm/s，獲得完全絕緣的邊緣隔離。
圖4.1 實際加工效果
五、結(jié)論
在PI襯底的太陽能薄膜電池加工過程中，萊澤光電推出的四通道皮秒固體激光器，激光參數(shù)優(yōu)異、性能穩(wěn)定，四路激光可同時獨立控制，一臺激光器代替了傳統(tǒng)的多臺激光器，不僅加工效果優(yōu)異，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本，配合柔性薄膜電池的卷繞加工技術(shù)進(jìn)行在線加工，可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，得到了合作單位的一致好評。
