解決(jue) 未來能源問題的討論中，光伏能源（太陽能電池）作為(wei) 一種可再生能源扮演著重要角色。激光器和激光加工技術在太陽能電池製造中具有重要的作用，特別是高性能超短脈衝(chong) 的皮秒激光器及係統，不但能幫助製造商提高效率，而且還能優(you) 化加工工藝。

　　目前，晶矽太陽能電池是光伏市場中的主導產(chan) 品，其轉換效率最高達20%。晶矽太陽能電池製造過程中，激光器主要用於(yu) 晶圓切割和邊緣絕緣。其中激光邊緣絕緣過程中，激光輔助摻雜工藝(doping)用於(yu) 防止電池正麵與(yu) 背麵之間短路而引起功率損失。越來越多的激光器被用於(yu) 激光輔助摻雜工藝中，以改善載流子的遷移率。

　　在過去幾年中，薄膜太陽能電池取得了巨大的發展，業(ye) 界專(zhuan) 家們(men) 更是希望，未來其能在光伏市場中占據大約20%的市場份額。薄膜太陽能電池中所采用的膜層厚度隻有幾微米，因此其在生產(chan) 中能節約大量材料。薄膜太陽能電池製造過程中，激光發揮著決(jue) 定性的作用。整個(ge) 製造過程中，激光將電池進行結構化並連接成模塊，並對模塊進行相應的刻蝕處理，進而保證其所需要的絕緣性能。

　　激光刻線工藝

　　非晶矽或碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池模塊生產(chan) 過程中，導電薄膜和光伏薄膜被沉積在玻璃基板上。每層薄膜被沉積後，均利用激光對膜層進行刻蝕，並使各個(ge) 電池之間自動串聯起來，從(cong) 而能夠根據電池寬度設定電池和模塊的電流。精確選擇非接觸式激光加工，能夠可靠地集成到薄膜太陽能電池模塊的生產(chan) 線中。通常所說的刻線就是單個(ge) 激光脈衝(chong) 刻蝕的連貫過程，該脈衝(chong) 聚焦後光斑大小30~80μm，因此在P1層刻線中要采用脈寬幾十納秒（10~80ns）的脈衝(chong) 激光對玻璃基底進行刻蝕。透明導電氧化物（TCO,ZnO,SnO2）通常使用近紅外激光和脈衝(chong) 重複頻率較高的激光進行加工，通常需要的脈衝(chong) 重複頻率要超過100kHz。較高的脈衝(chong) 重複頻率能夠確保切口徹底清潔。

       根據材料對激光吸收係數的不同，需要為(wei) 特定的加工工藝選擇合適的激光波長。綠激光對矽的破壞閾值遠低於(yu) 其對TCO的破壞閾值，因此綠激光可以安全透過TCO膜層後，對吸收層進行刻線。P2層和P3層的刻線機理與(yu) P1層相同。

　　為(wei) 了防止接觸麵半導體(ti) 層的脫落，加工過程中需要的典型脈衝(chong) 重複頻率為(wei) 35~45kHz。常用的刻蝕閾值約2J/cm2，即能將25μJ激光能量聚焦到直徑40μm麵積上，其平均功率非常低。由於(yu) 綠光激光器平均功率均為(wei) 數瓦量級，因此能夠將光束分光後進行多光束加工，從(cong) 而進一步提高工作效率。

　　對於(yu) P1層、P2層和P3層的刻線應用而言，1064nm和532nm輸出波長的結構小巧緊湊的二極管泵浦激光器，無疑是一種理想的選擇，並且這種激光器具有很高的脈衝(chong) 穩定性。這類激光器的脈衝(chong) 持續時間8~ 40ns，脈衝(chong) 重複頻率為(wei) 1~100kHz。

       清除保護

　　為(wei) 了防止太陽能電池模塊被腐蝕或短路，必須要在其邊緣留出大約1cm邊緣，用於(yu) 整個(ge) 電池模塊的封裝。目前大多使用噴砂方法來清除這個(ge) 邊緣。盡管噴砂方法的投資成本較低，但是整個(ge) 過程卻會(hui) 帶來磨損、砂清除以及防塵汙染方麵的成本。薄膜太陽能電池模塊的生產(chan) 需要潔淨、經濟實惠的解決(jue) 方案，因此激光加工方案無疑是最佳選擇。通過提高激光的平均功率，能夠獲得卓越的加工質量。激光加工可以實現大約50cm2/s去除速度，甚至在30s之內(nei) 就能加工完成一塊標準尺寸的太陽能電池模塊。

　　事實上，采用同一個(ge) 脈衝(chong) 就可以清除所有邊緣的薄膜層，並且清除的速率與(yu) 激光的平均功率密切相關(guan) 。具有高平均功率和高脈衝(chong) 能量的激光，可以一次性清除特定的區域。最適合這種加工應用的是光纖耦合傳(chuan) 輸的激光器係統，輸出方形或矩形光斑。激光經過光纖傳(chuan) 輸後能量分布更加均勻，從(cong) 而實現清除效果的高度一致性。利用光斑的平行組合，加工效率能提高50%以上，同時在保證加工安全的前提下降低了脈衝(chong) 重複頻率。另外，可以與(yu) 掃描振鏡結合使用，以減少加工過程中的非生產(chan) 周期。當然，激光器應具有相應的分時輸出選擇，以減少非生產(chan) 時間。此外，幾個(ge) 不同的工作站可以共享同一套激光器加工係統，從(cong) 而做到在產(chan) 品的上下料時間不影響激光器的使用效率。

       未來的激光工藝

　　太陽能電池模塊製造中特殊材料的使用，對激光加工技術提出了巨大的挑戰。如果使用的基底材料為(wei) 玻璃，那麽(me) 鉬材料就被沉積到玻璃上。但是由於(yu) 鉬具有熔點高、熱傳(chuan) 導性好以及高熱容等特性，導致加熱時會(hui) 出現裂紋和脫落現象。由於(yu) 這些缺點在用納秒激光進行加工時是無法避免的，因此激光器的使用與(yu) 所獲得的加工質量密不可分。同樣，吸收層材料對熱具有相當的敏感性，硒(Se)相對於(yu) 銅(Cu)、銦(In)、镓(Ga)等金屬材料的熔點要低，會(hui) 在低溫時就能從(cong) 粘合處分離。

　　皮秒激光器將為(wei) 上述問題提供理想的解決(jue) 方案。用超短脈衝(chong) 激光去除薄膜材料，不會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的邊緣熱影響區。1030nm、515nm、343nm的高性能超短脈衝(chong) 皮秒激光器將會(hui) 取代機械刻劃工藝，進一步提高加工質量和加工效率。

　　激光的應用前景

　　激光技術有望在光伏製造中獲得更多應用空間，具有高光束質量、超短脈衝(chong) 和高脈衝(chong) 能量的激光器特別適合於(yu) 晶矽太陽能電池鈍化層的選擇性燒蝕。目前，市場上隻有碟片式激光技術能夠滿足這個(ge) 標準。碟片激光器的輸出功率可調，能實現更高的生產(chan) 效率，而且其輸出的超短脈衝(chong) 擁有卓越的光束質量，能顯著提高太陽能電池的轉換效率。

　　激光技術在太陽能電池生產(chan) 中具有廣闊的應用前景，並且其選擇性、非接觸式的加工工藝優(you) 於(yu) 其他工藝。隨著太陽能電池生產(chan) 所麵臨(lin) 的成本壓力日趨增大，將會(hui) 促使高功率、高性能的激光器在大規模生產(chan) 中被采用。超短脈衝(chong) 激光技術的廣泛采用，必將大幅降低太陽能電池的生產(chan) 成本。