傳統(tǒng)晶硅太陽(yáng)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)，容易造成重量大、攜帶不便、抗震能力差等劣勢(shì)。另外，由于在硅料提純、制作過(guò)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。相較之下，非晶硅薄膜電池，具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，且光電轉(zhuǎn)換效率高，已接近于晶體硅太陽(yáng)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(chǎng)前景。
傳統(tǒng)晶硅太陽(yáng)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)，容易造成重量大、攜帶不便、抗震能力差等劣勢(shì)。另外，由于在硅料提純、制作過(guò)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。相較之下，非晶硅薄膜電池，具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，且光電轉(zhuǎn)換效率高，已接近于晶體硅太陽(yáng)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(chǎng)前景。
在所有太陽(yáng)能薄膜電池材料中，CIGS（銅銦鎵硒）電池對(duì)可見(jiàn)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(yáng)電池。與高效率高成本的晶體硅太陽(yáng)電池和低效率低成本的非晶硅太陽(yáng)電池相比，CIGS太陽(yáng)電池具有高效率、低成本、長(zhǎng)壽命的多重優(yōu)勢(shì)，是最具希望降低光伏發(fā)電成本的高效薄膜太陽(yáng)電池，并且它可以充分利用我國(guó)豐富的銦資源，是真正符合國(guó)家法規(guī)鼓勵(lì)條款的適合中國(guó)國(guó)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(yáng)能薄膜電池可分為硬襯底和柔性襯底兩大類。柔性太陽(yáng)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(yáng)能電池，與硬襯底（如玻璃）薄膜太陽(yáng)能電池相比，柔性薄膜太陽(yáng)能電池具有可彎曲、不易碎、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，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(yáng)能薄膜電池在制造過(guò)程中所應(yīng)用的包括激光在內(nèi)的技術(shù)。
柔性太陽(yáng)能薄膜電池制程概述
CIGS太陽(yáng)能薄膜電池制作時(shí)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(zhǎng)則采用“三步共蒸發(fā)”工藝，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(jiǎn)要結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1：CIGS結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。
在每層薄膜被沉積后，均需利用激光對(duì)膜層進(jìn)行刻蝕，使各個(gè)電池之間串聯(lián)起來(lái)，即我們常說(shuō)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(shí)，利用激光或其他方式對(duì)指定位置進(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所示。
圖2：P1、P2、P3切割效果及電流走向示意。
各制程簡(jiǎn)要說(shuō)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)后續(xù)的串聯(lián)。
P3 ：制備前電極、窗口層，并對(duì)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(shí)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(duì)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(guò)程如圖3所示：
圖3：卷繞技術(shù)流水線簡(jiǎn)介。
多通道皮秒激光器：柔性太陽(yáng)能薄膜電池的加工利器
皮秒激光的脈寬很短，只有幾個(gè)皮秒，具有很高的峰值功率。它與材料相互作用時(shí)， 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(wú)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(zhǎng)涵蓋紅外到紫外，可處理的材料范圍極廣，適用于很多場(chǎng)合的加工應(yīng)用。
在薄膜太陽(yáng)能電池的加工過(guò)程中，最早采用的是機(jī)械劃刻的方式，操作復(fù)雜、邊緣粗糙，且死區(qū)（Dead Area）寬度過(guò)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(jiǎn)單。目前太陽(yáng)能薄膜電池加工過(guò)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(shí)熱效應(yīng)明顯，存在邊緣粗糙、表面碎屑、加工速度慢等缺點(diǎn)。
皮秒激光器以其優(yōu)異的加工能力，使其在太陽(yáng)能薄膜電池加工領(lǐng)域中獲得了極高的市場(chǎng)前景。但是，單臺(tái)皮秒激光器成本高昂，而在薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中，不同的制程需要不同的光源參數(shù)，則需要配套多臺(tái)皮秒激光器才可完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，使得生產(chǎn)設(shè)備成本過(guò)高，一般廠家難以接受。
圖4：多通道皮秒固體激光器。
針對(duì)這一現(xiàn)狀要求，萊澤光電在全國(guó)首推四通道皮秒固體激光器（如圖4所示），波長(zhǎng)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(dú)控制，完美解決了生產(chǎn)成本過(guò)高這一問(wèn)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(shí)，可同時(shí)進(jìn)行激光在線工作。
實(shí)際案例
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：P1制程時(shí)，激光能量50μJ，重復(fù)頻率50kHz，波長(zhǎng)532nm，振鏡掃描速度20mm/s ， 聚焦鏡焦距250mm；P2制程時(shí)，激光能量5μJ，重復(fù)頻率500 kHz ， 波長(zhǎng)532 nm， 振鏡掃描速度250mm/s ， 聚焦鏡焦距250mm；P3制程時(shí)，激光能量1μJ，重復(fù)頻率50kHz，波長(zhǎng)532nm，掃描速度500mm/s，聚焦鏡焦距250mm。最終加工效果，如圖4.1所示。
圖4.1：實(shí)際加工效果。
割邊工藝采用1064nm皮秒激光，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。
利用相關(guān)光學(xué)器件，將光束分光，則可進(jìn)行批量加工，如圖4.2所示，可同時(shí)進(jìn)行16片太陽(yáng)能薄膜電池的批量加工。
圖4.2：模塊化生產(chǎn)。
鑒于此，在PI襯底的太陽(yáng)能薄膜電池加工過(guò)程中，使用這類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(shí)獨(dú)立控制，一臺(tái)激光器代替了傳統(tǒng)的多臺(tái)激光器，不僅加工效果優(yōu)異，而且顯著優(yōu)化了生產(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。
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