Under fremstillingen af chalcogenid-tyndfilmsceller er fire primære laserbehandlingsprocesser involveret, nemlig tre selektive filmlagsætsninger, dvs. indskæringsprocesser (kaldet P1, P2 og P3), og én fuldfilmlagsfjernelse, dvs. laserkantrensningsproces (kaldet P4). Hele cellen er opdelt i n underceller i seriestruktur med det formål at reducere indvirkningen på modulet forårsaget af ydeevneforskellen i forskellige områder på grund af chalcogenidmaterialets inhomogenitet, og samtidig kan det øge outputtet spænding af modulet, reducere udgangsstrømmen af modulet, og reducere seriemodstanden mellem underceller og det termiske tab af den eksterne kredsløbsmodstand.
Laser P1-ridsning: laserætsning af det nederste TCO-filmlag for at danne gensidigt uafhængige TCO-substrater;
Laser P2-sribning: laserætsning af andre filmlag over TCO for at tilvejebringe transmissionskanaler for de positive og negative elektroder af to tilstødende underceller;
Laser P3-sribning: efter afsætning af bagelektroden, laserætsning af andre filmlag over TCO, adskillelse af undercellerne fra hinanden;
Laser P4 kantrensningsproces: laseren fjerner den aflejrede film fra kanten af cellen for at forhindre lækage og sikre pålideligheden af batteripakken.
Figur 1. Afstanden mellem P1 og P3 linjerne kaldes "dødzonen", den døde zone bidrager ikke til cellens strømgenerering, laserens rolle er at minimere bredden af den døde zone mhp. øge det effektive areal.
Nødvendigheden af laserskrivning til calomel-batteriet:
Mekanisk skrift, som en af de traditionelle celleforbindelser, er meget udbredt i P2P3-processen af CIGS-celler på trods af dens høje effektivitet. Der er dog indlysende begrænsninger, som omfatter ulemperne ved, at mekanisk ridsning er en kontakttype, den mekaniske nålespids er udsat for kontinuerligt slid, har en kort levetid og skal udskiftes med jævne mellemrum, alvorlige afslag af kantaffald, utilstrækkelig dybde kontrolnøjagtighed, dårlig linjekonsistens og store døde zoner. Derfor er denne skrivemetode fuldstændig uegnet til den samlede tykkelse på mindre end 1 μm af membranlaget i chalcogenid-tyndfilmsbatteriet.
I modsætning hertil har laserritning fordelene ved at være berøringsfri, nem at vedligeholde, mindre termisk påvirkning af kanten, nem at kontrollere indridsningsdybden, god linjekonsistens og mindre døde zoner, hvilket muliggør en mere præcis, renere og mere effektiv indridsningsproces, samt præcis kontrol af fjernelse af filmlaget, og en ren og glat bund og kanter af rillen.
Figur 2. Sammenligning af mekanisk opskæring (venstre) og laserskriving (højre).
For valget af pulslængde er nanosekund laserbehandlings termisk effekt indlysende, der er mangler såsom ru kanter, overfladeaffald og langsom behandlingshastighed; mens brugen af picosecond laser som repræsentant for den ultrakorte puls kan vise fordelene ved høj spidseffekt, lille termisk effekt, glatte kanter, præcision og så videre. I processen med laserætsning kan picosecond laser fokuseres på det ultrafine rumområde, hurtigt fordampe materialets fordampning, undgå materialet af laserens lineære absorption, energioverførsel, konvertering og eksistensen af varme og termisk diffusion, kan gøre næsten ingen termisk påvirkning, for at opnå laseren "kold" behandling.
Figur 3. Picosecond laserbehandlingseffekt
Med hensyn til valget af laserbølgelængde har forskellige materialer forskellige absorptionshastigheder for forskellige bølgelængder af laserlys, og jo højere absorptionshastigheden er, jo mindre bliver den termiske effekt.
Figur 4. Dette er spektralabsorbansdiagrammet for FTO-materialer, der normalt bruger en kort bølgelængde af ultraviolet lys, når absorptionshastigheden er meget høj, mere passende. Men fordi den grønne laser på 355 nm generelt er 1064 nm infrarød laser gennem frekvensfordoblingen af krystalfrekvensen, vil konverteringsprocessen i konverteringsprocessen producere omkring 40 ~ 50% strømtab, og derfor ud fra et omkostningseffektivt synspunkt, vil P1-skriveren processen vil vælge at bruge den 1064nm infrarøde laser, og FTO'en har en vis grad af absorption af infrarødt lys. P2-laget skal bruges i tilfælde af FTO for ikke at beskadige 532nm laseren, FTO'en er ikke beskadiget. P2-laget skal beskæres med 532nm grønt lys uden at beskadige FTO'en, mens P3-processen kan vælge den passende bølgelængde af lyskilden i henhold til lagets absorbans og tykkelse, og 532nm-bølgelængden kan bruges til at fjerne laget.
Med hensyn til valget af påskriftsretning er der generelt to måder: direkte påskæring på filmoverfladen og indridsning gennem glasoverfladen. Førstnævnte refererer til laserstrålen fokuseret på filmlaget, der skal fjernes ovenfor, materialet absorberer laserenergiforgasningen for at danne en indgraveret linje, denne metode har en stor termisk effekt, let at danne et "krater" og kræver præcis kontrol af processen. At skrive gennem glas er at fokusere laserstrålen på grænsefladen mellem glasset og det filmlag, der skal fjernes, grænsefladen absorberer energien og fordamper filmlaget, som hurtigt udvider sig i volumen til at danne en "eksplosiv stødbølge", hvilket danner skriver linje. Denne proces har et mindre varmepåvirket område og er mindre tilbøjelig til at danne et "krater", men kræver stærkere laserenergi og et højere procesvindue.
Laserindskrivning i tyndfilmmodulet for at sikre, at hele cellen er opdelt i mere end n underceller i serie under forudsætningen af den døde zone, skal komprimeres så meget som muligt, og laseren i rollen som filmlaget, kan producere tydelige varmepåvirkede zoner, kratere, bunden af affaldsgrater, filmdelaminering og andre uønskede processer.
Figur 5. Mulige negative proceseffekter af laserbearbejdning af batterifilmlag omfatter tydelige varmepåvirkede zoner (øverst til venstre), kratere (øverst til højre), slaggegrater (nederst til venstre) og filmdelaminering (nederst til højre).
Derfor styrer den døde zone og en række faktorer, der påvirker behandlingsresultaterne, ud over den ovennævnte laserpulsbredde (ns / ps / fs); laserbølgelængde (355/532/1064 nm); behandlingstilstand (filmoverfladebehandling / glasoverfladebehandling), men dækker også de tilsvarende laserparametre, herunder valg af effekt, strålekvalitet, fokuseret pletstørrelse og overlapningshastighed og de efterfølgende procesresultater. Ud over behandlingsmetoden (filmside/glasside) dækker den også de tilsvarende laserparametre, herunder effekt, strålekvalitet, fokuseret pletstørrelse og overlapningshastighed, samt de efterfølgende proceseffekter som f.eks. skriftbredde, varmeeffekter, kratere , linjeridsningskonsistens af P123, parallelitet osv. Yderligere overvejelser omfatter stråleformning og støvhåndtering under bearbejdning.
