Laseranwendungen für Dünnschicht-Solarzellen

Selektives Abtragen

Dünnschicht-Solarzellen werden durch eine Reihe von Beschichtungs- und Laserritzprozessen erzeugt. Integrierte Schaltung werden durch selektives Abtragen einzelner Schichten erzeugt. Laser mit bester Strahlqualität (TEM₀₀) mit sehr hohen Wiederholraten von bis zu 200 kHz werden für das Abtragen von 20-50 µm breiten Bahnen mit Ritzgeschwindigkeiten von bis zu 2000 mm/s verwendet, ohne das Glassubstrat oder die Schichten darunter zu beschädigen. Deshalb sind Nd:Vanadat Laser mit kurzen ns-Pulsdauern (max. 100 ns) der Standardlasertyp für diese Art von Anwendung. Die optimale Wellenlänge für die verschiedenen Prozesse hängt von der Art der Schichten ab. Grundwellenlängen (1064 nm) und frequenzverdoppelte Wellenlängen (532 nm) werden gewöhnlich in der Produktion von a-Si, CIS and CdS/CdTe Solarzellen verwendet.

Abtragen von Kanten

Um eine elektrische Isolierung sowie hermetische Abdichtung der Module zu erzielen, müssen alle Schichten vollständig von den Kanten der fertig bearbeiteten Dünnschicht-Solarzellen auf Glassubstraten entfernt werden. Nur hohe Abtragraten bis zu 50 cm²/s können die Durchsatzanforderungen moderner Fertigungsanlagen erfüllen. Konkurrierende Methoden sind hier die konventionellen Verfahren wie Sandstrahlen und Schleifen.

Da Standard-TEM₀₀ Laser (wie Nd:Vanadat Laser zum Ritzen) nicht die erforderlichen Abtragraten für solche Anwendungen bieten, kommen speziell entwickelte gütegeschaltete Hochleistungslaser zum Einsatz. Diese diodengepumpten Nd:YAG Laser erzeugen eine durchschnittliche Leistung von bis zu 850 Watt bei 30 kHz, die durch eine 600 μm Stufenindexfaser ein homogenes, Top-hat Intensitätsprofil erzielen. Typische Abtragbreiten liegen zwischen 0,7 und 1,5 mm bei Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis 6000 mm/s.

Quadratische Faser

Da die Abtragung ein gepulster Laserprozess ist, bieten quadratische Laserspots den Vorteil einer gleichmäßigen Überlappung einzelner Pulse. Mit neuen, quadratischen Lichtleitfasern lassen sich diese homogenen, quadratischen Laserspots erzeugen. Im Vergleich zur runden Faser steigt die mit einem Puls bearbeitete Fläche um bis zu 51%. Die quadratische Geometrie erlaubt bei größeren Flächen wesentlich effizientere und homogenere Überlappungs-Geometrien.