激光刻劃有機太陽能電池

導電和半導體(ti) 高分子聚合物的一個(ge) 主要優(you) 點是適合於(yu) 高生產(chan) 能力的塗層工藝。這一特性為(wei) 將來生產(chan) 低成本太陽能光伏產(chan) 品創造了極大可能性。太陽能電池的圖案可以通過印刷加工步驟來生成，或者通過適用於(yu) 矽基光伏電池的高精度激光劃片機來生成。在實驗中，激光劃片機己經使用過四種不同的激光源，這些激光源在波長、脈衝(chong) 持續時間和平均輸出功率上有所不同。其中使用過的兩(liang) 種激光源擁有納秒級脈衝(chong) ，一種的波長為(wei) 1064納米，最大平均功率為(wei) 200瓦，另一種的波長為(wei) 355納米，平均功率為(wei) 20瓦。在超短脈衝(chong) 範圍內(nei) ，分別使用了一種皮秒級和飛秒級激光器。這種皮秒級激光器的波長為(wei) 1064納米和532納米，最大平均功率約為(wei) 40瓦（在波長為(wei) 1064納米時）。飛秒激光器發射的波長為(wei) 1024納米和512納米，最大平均功率約為(wei) 10瓦（在波長為(wei) 1024納米時）。在實施所有這些實驗時，使用了高性能的振鏡和適當的f-theta透鏡。經過處理的太陽能電池擁有傳(chuan) 統的疊層布局，如圖4所示。

摻錫氧化銦（ITO）層的製圖不僅(jin) 對於(yu) 有機光伏電池和有機LED非常重要，對於(yu) 更多傳(chuan) 統的應用比如薄膜晶體(ti) 管（TFT）顯示器來說也同樣重要。對於(yu) 這種任務來說，光刻技術是一項成熟的工藝。為(wei) 了克服光刻技術的局限性（新布局要求有新的掩膜，就會(hui) 有各種化工產(chan) 品介入），人們(men) 對一些激光製圖技術進行了試驗。首先是在25毫米×25毫米的玻璃基材上對ITO進行了試驗。

當使用上述納秒級激光器進行試驗時，出現了許多問題。首先最重要的是，玻璃基材或多或少有些破裂，這在任何應用中都是不可接受的。其次的問題是對ITO的不規則燒蝕，在某種程度上是因為(wei) 這兩(liang) 種激光器都運行在比較低的功率極限上。對於(yu) 一個(ge) 穩定的製造工藝來說，恒定的劃片寬度是非常必要的。這次試驗的結果並不讓人滿意，因此這些試驗中的基材並沒有製造出的太陽能電池樣品。

接下來，人們(men) 在厚度約為(wei) 100微米的PET箔基材上對ITO進行了試驗。這種柔性的基材經過了一些處理，基材被分片固定在一個(ge) 真空吸盤上。這兩(liang) 種激光器都損壞了PET箔。盡管波長355納米的納秒級激光器其運行功率小於(yu) 0.5瓦，PET箔的損壞還是不可接受。而且，切割邊緣出現了凸起，從(cong) 而無法進行通常的後處理。

同樣，人們(men) 針對上述兩(liang) 種超短脈衝(chong) 激光器也做了試驗。盡管對這兩(liang) 種超短脈衝(chong) 激光器的所有可能波長都進行了試驗，但可以清楚地看出1064納米是最合適的。與(yu) 其他波長相比，劃片質量同樣優(you) 秀，成本卻更低。二倍頻（SHG）、三倍頻（THG）設備通常價(jia) 錢更高且壽命更短。這些加工好的基材能將太陽能電池的功率轉換效率提升至2%。

盡管其他波長也能夠產(chan) 生可接受的結果，但1064納米再次被證明是最佳選擇。同納秒級激光器的試驗相比，皮秒級和飛秒級激光器對基材的損壞極其輕微。