一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统，包括计算机(9)、激光器(1)、光束准直器(2)、激光头和二维平移台(7)，激光器(1)发出的激光束经光束准直器(2)由激光头聚焦在二维平移台上，所述激光器(1)连接控制所述二维平移台(7)，其特征在于：在光束准直器(2)和激光头之间设置有将激光束整形为在聚焦平面上构成平顶光束的光束整形器(3)、所述激光器(1)为输出光波长在1.4μm～3μm之间的短波长红外脉冲激光器，所述计算机(9)连接控制激光器(1)的脉冲控制装置。本实用新型专利技术能够取代现有的机械划线方法，改善激光完成P2、P3划线的质量，提高由激光划线的CIGS薄膜光伏电池组件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统
本技术属于铜铟镓硒薄膜太阳能电池
，具体涉及一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统。
技术介绍
现有技术中，在新能源领域内，作为第二代太阳能电池的薄膜电池，是太阳能光伏电池家族里的一个十分引人注目的成员，同时它也是发展更高效的第三代太阳能电池的重要出发点。预计，不仅现有晶体硅片太阳电池(即一代电池)的许多应用将逐步被高效薄膜太阳电池所取代，而且由于薄膜电池的整个电池结构非常薄，通常只有微米量级，可以制作在金属、塑料等柔性基板上，实现成卷(roll-to-roll)的规模化生产,大幅降低制造成本，薄膜太阳能电池对于整个光伏太阳能技术的推广和应用有着深远的影响。 在薄膜太阳能电池中，由Cu、In、Ga、Se四种元素构成的四元金属半导体化合物CIGS薄膜电池占有重要的地位。与硅基薄膜电池相比，CIGS薄膜电池具有直接带隙结构，对太阳光的吸收率极高，且吸收光谱平坦，同时抗老化性能好，能量回馈周期短。CIGS是目前太阳能薄膜电池中光电转换效率最高的一种薄膜电池，其实验室实现的最高光电转换效率已经达到20.6%，而大面积组件研制产品的最高转换效率已达到15.7%。在各类薄膜电池中，制作在超薄柔性衬底上的CIGS光伏电池具有最高的单位质量电池材料下的发电量。 在规模化CIGS薄膜太阳电池的制造过程中，除了大面积成膜的各道工序外，最终完成电池组件的制备需要经过三个重要的划线工序，通常称之为P1，P2，P3。其中，Pl是对背电极Mo膜层的划线，要求刚好划到电池基板上表面。(Mo膜电极既可以镀在玻璃基板上或其它硬质材料上，也可以镀在很薄的金属或塑料柔性基板上)。P2是对CIGS及其缓冲层CdS和高阻1-ZnO层进行划线，划线深度要求刚好到Mo电极层。P3则是对CIGS及其缓冲层和高阻ZnO层加上Al:ZnO透明导电层划线，线的深度同样是只到Mo电极层。划线的目的是将具有光伏特性的CIGS薄膜，包括其相应的缓冲层、η型材料层和电极层各层功能薄膜，直接在大面积膜上制成太阳能薄膜电池单元和组件，并保证由此产生的光伏电池器件的光电转换性能。薄膜太阳能电池的划线工艺要求精准的层状加工能力，对划线宽度和划线深度的控制有严格要求，对划线边缘的齐整性和干净程度亦有很高的要求。 到目前为止，除了背电极金属鉬膜层的划线，即Pl划线，由激光来实现外，CIGS膜层及其缓冲层、η型材料层的划线(Ρ2划线)，以及CIGS与其上方的透明电极层的同时划线(Ρ3划线)均由机械方式来完成。而机械划线的线宽难以做到很窄，容易出现较大的崩边现象，存在刀具磨损问题，生产效率不够高。同时由于单元电池连接区(即所谓死区)的面积难以再进一步减小，限制了 CIGS薄膜的整体利用率。因此，业界也在努力尝试用激光来完成Ρ2、Ρ3划线，以期克服机械划线的不足。 采用近红外(如1064 nm)、可见(如532 nm)和紫外(如355 nm或266 nm)激光进行P2、P3划线时，由于CIGS对这些短波长激光的吸收较大，划线中的热效应累积作用严重，对邻近划线边缘处的CIGS会产生微观结构上的变化，导致p-n结受损，与上下电极层之间的欧姆接触遭到破坏，同时对需要保留的背电极金属鉬膜层亦可能产生损伤。虽然，业界人士认为采用脉冲宽度在皮秒量级甚至更短的脉冲激光应该有可能满足P2、P3划线要求，但是，用于这一用途的皮秒激光器的内部结构相对复杂，长期运转可靠性存在隐患，并且由于制造成本较高而将难以普及。针对上述CIGS薄膜电池制造过程中，P2、P3划线工序的现有机械划线方法和已知正在尝试中的其它可能的近红外、可见和紫外激光划线技术的不足，有必要寻求一种能够满足CIGS薄膜电池组件规模化生产和制造要求的新的激光划线系统。
技术实现思路
本技术的是提供一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统，克服现有技术中划线的线宽难以做到很窄，容易出现较大的崩边现象，存在刀具磨损，生产效率不高等问题。 为达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案是:一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统，包括计算机、激光器、光束准直器、激光头和二维平移台，激光器发出的激光束经光束准直器由激光头聚焦在二维平移台上，所述激光器连接控制所述二维平移台，在光束准直器和激光头之间设置有将激光束整形为在聚焦平面上构成平顶光束的光束整形器、所述激光器为输出光波长在1.4 μ m?3 μ m之间的短波长红外脉冲激光器，所述计算机连接控制激光器的脉冲控制装置。 上述技术方案中，所述激光头内设有F-theta透镜和二维光束扫描头，所述二维光束扫描装置包括二维光束扫描头、二维光束扫描头控制单元和扫描头电源，F-theta透镜的焦距长度为80mm?300mm之间。 上述技术方案中，所述激光头内设有装载汇聚透镜的导光镜，并设有接入气体的密封头并接入气体的密封头。所述汇聚透镜可以选用Best-form汇聚透镜。所述密封头的气体出射方向与激光束照射方向一致。 上述技术方案中，所述短波长红外脉冲激光器为掺铥光纤激光器，所述短波红外脉冲激光器的脉冲宽度为几百皮秒到几百纳秒，所述短波红外脉冲激光器输出的激光能量为I?1000微焦,所述短波红外脉冲激光器输出激光的的脉冲频率为I千赫兹到I兆赫兹。 上述技术方案中，所述计算机内装有二维扫描头和二维平移台驱动软件。 由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点: 1.本技术采用波长在1.4?3μπι之间、光子能量相对较小、CIGS膜层对其吸收较低的短波长红外脉冲激光对太阳能电池薄膜进行Ρ2、Ρ3划线，可以有效的降低划线过程中由于激光烧蚀所弓I起的破坏性光致热效应。 2.本技术采用的入射激光脉冲可以有较多的部分到达CIGS与其背电极Mo的界面处，并从此界面发生反射，反射光与入射光相干叠加，导致光场在界面临界处发生有效增强，致使此处的材料快速升温，优先于上表面发生和电离，进而产生极大的内应力，从而使CIGS膜层在于Mo膜层的界面处发生剥落。 3.本技术能够取代现有的机械划线方法，改善激光完成Ρ2、Ρ3划线的质量，提高由激光划线的CIGS薄膜光伏电池组件的性能。 【附图说明】 图1是实施例一提出的利用短波长红外脉冲激光对CIGS薄膜太阳能电池膜层进行P2、P3划线的系统结构示意图； 图2是采用图1所示的短波长红外脉冲激光对CIGS薄膜太阳能电池膜层进行P2、P3划线后CIGS薄膜太阳能电池组件的膜层结构示意图； 图3是对沉积在玻璃基板上的CIGS光伏电池薄膜进行机械法P3划线(竖线)与采用本专利技术提出的短波长红外脉冲激光P3划线(右侧三道横线)的效果比较； 图4是实施例二提出的利用短波长红外脉冲激光对CIGS薄膜太阳能电池膜层进行P2、P3划线的系统结构示意图。 其中:1、短波长红外脉冲激光器2.光束准直器；3.光束整形器；4.二维光束扫描头；5.F-theta透镜；6.CIGS电池组件；7.装载CIGS光伏电池组件的二维电动平移台；8.二维光束扫描头控制单元；9.计算机；10.激光器电源；11.扫描头电源；12.二维平移台电源；13.背电极-Mo膜层；14.CIGS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统，包括计算机(9)、激光器(1)、光束准直器(2)、激光头和二维平移台(7)，激光器(1)发出的激光束经光束准直器(2)由激光头聚焦在二维平移台上，所述激光器(1)连接控制所述二维平移台(7)，其特征在于：在光束准直器(2)和激光头之间设置有将激光束整形为在聚焦平面上构成平顶光束的光束整形器(3)、所述激光器(1)为输出光波长在1.4μm～3μm之间的短波长红外脉冲激光器，所述计算机(9)连接控制激光器(1)的脉冲控制装置。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统，包括计算机(9)、激光器(I)、光束准直器(2)、激光头和二维平移台(7)，激光器(I)发出的激光束经光束准直器(2)由激光头聚焦在二维平移台上，所述激光器(I)连接控制所述二维平移台(7)，其特征在于:在光束准直器(2)和激光头之间设置有将激光束整形为在聚焦平面上构成平顶光束的光束整形器(3)、所述激光器(I)为输出光波长在1.4μπι?3μπι之间的短波长红外脉冲激光器，所述计算机(9)连接控制激光器(I)的脉冲控制装置。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋仕彬，朱晓农，
申请(专利权)人：苏州图森激光有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32