[实用新型]一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统

说明书

技术领域

本实用新型属于铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种CIGS太阳能薄膜的激光划线系统。

背景技术

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，P1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i-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、n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P1划线，由激光来实现外，CIGS膜层及其缓冲层、n型材料层的划线（P2划线），以及CIGS与其上方的透明电极层的同时划线（P3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P2、P3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。

发明内容

本实用新型的是提供一种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。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：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1.4μm～3μm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。