Laser Scribing στη βιομηχανία ηλιακών φωτοβολταϊκών

Οι γκοφρέτες με λέιζερ με λέιζερ είναι μια πρόκληση, καθώς το υλικό είναι σχετικά διαφανές μέσω του ορατού τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το GaN είναι διαφανές κάτω των 365 nm και το ζαφείρι είναι ημιδιαφανές πάνω από 177 nm. Έτσι, η τριπλασιασμένη συχνότητα (355 nm) και η τετραπλασιασμένη (266 nm) λέιζερ Q-switched στερεάς κατάστασης (DPSS) είναι η καλύτερη επιλογή για τη χάραξη LED. Ενώ τα λέιζερ excimer είναι επίσης διαθέσιμα σε αυτό το εύρος μήκους κύματος, τα λέιζερ DPSS έχουν πολύ μικρότερο αποτύπωμα και μπορούν να επιτύχουν πολύ στενότερα πλάτη κοπής και απαιτούν πολύ λιγότερη συντήρηση.

Μειώνοντας τη διάδοση των μικρο-ρωγμών και των ρωγμών, η χάραξη με λέιζερ επιτρέπει στις συσκευές LED να βρίσκονται σε πολύ στενότερη απόσταση, βελτιώνοντας τόσο την απόδοση όσο και την απόδοση. Επειδή μπορεί να υπάρχουν συνήθως περισσότερες από 20.000 διακριτές συσκευές LED σε μια γκοφρέτα 2 ιντσών, το πλάτος κοπής επηρεάζει σημαντικά την απόδοση. Η μείωση των μικρο-ρωγμών κατά τη διαδικασία διαχωρισμού μήτρας έχει επίσης αποδειχθεί ότι βελτιώνει τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των συσκευών LED. Η απόδοση βελτιώνεται με χάραξη λέιζερ μειώνοντας τη θραύση της γκοφρέτας. Η ταχύτητα της διαδικασίας χάραξης λέιζερ και διακοπής είναι επίσης πολύ ταχύτερη από την παραδοσιακή μηχανική κοπή. Η ευρύτερη ανοχή της διαδικασίας των λέιζερ και η εξάλειψη της φθοράς και της θραύσης των λεπίδων μεταφράζονται σε μια πιο ισχυρή, εξαιρετικά αξιόπιστη διαδικασία κατασκευής με χαμηλότερο κόστος.

Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου (DPSS) έχουν αποδείξει την αξία τους στην κατασκευή συσκευών λεπτής μεμβράνης a-Si. Τα λέιζερ με εναλλαγή Q χρησιμοποιούνται για τις τρεις βασικές διεργασίες γραφής - γνωστές ως γρατζουνιές P1, P2 και P3 - που διαχωρίζουν τη μεγάλη επίπεδη συσκευή σε μια σειρά σειρών διασυνδεδεμένων φωτοβολταϊκών κυττάρων. Οι διεργασίες χάραξης περιλαμβάνουν την αφαίρεση διαφόρων λεπτών υμενίων (τυπικά 0,2 - 3,0 μm) υλικών με ελάχιστη παράπλευρη ζημιά στο γυάλινο υπόστρωμα ή σε άλλα φιλμ.

Για τη χάραξη P1, ένα λεπτό υμένιο υλικού TCO (διαφανές αγώγιμο οξείδιο) - συνήθως SnO2 - αφαιρείται από το γυάλινο υπόστρωμα και τυπικά επιτυγχάνεται με λέιζερ με εναλλαγή Q64 1064 nm. Αυτή η διαδικασία απαιτεί σχετικά υψηλές ροές λέιζερ λόγω της οπτικής διαφάνειας και της μηχανικής σκληρότητας του φιλμ TCO. Με το Spectra-Physics HIPPO ™ 1064-27, επιτυγχάνονται πλάκες 50 μm P1 σε κορυφαίες ταχύτητες. Το μικρό πλάτος παλμού του λέιζερ και η εξαιρετική ενεργειακή ευστάθεια παλμού προς παλμό επιτρέπουν την επεξεργασία στα 200 kHz PRF (συχνότητα επανάληψης παλμού), που μεταφράζεται σε ταχύτητες γραφής 8 m / sec.

Οι γραμματείς P2 και P3 χρησιμοποιούν συνήθως λέιζερ 532 nm, κυρίως επειδή το φως απορροφάται έντονα από το στρώμα ηλιακού απορροφητή πυριτίου. Ο σκαρίφας P2 αφαιρεί μόνο το στρώμα πυριτίου, ενώ ο σκαρίφας P3 αφαιρεί επίσης τις πρόσθετες μεταλλικές ταινίες οπίσθιας επαφής / TCO. Ένα μικρό πλάτος παλμού είναι απαραίτητο για την επίτευξη αποτελεσμάτων χάραξης βέλτιστης απόδοσης. Όταν συνδυάζεται με εξαιρετική ενεργειακή σταθερότητα παλμού σε υψηλό PRF, επιτυγχάνονται ταχύτητες γραφής 12 m / sec με το σύστημα λέιζερ Spectra-Physics HIPPO 532-15 που λειτουργεί στα 160 kHz PRF.

Τα κεραμικά υλικά χρησιμοποιούνται εκτενώς στις βιομηχανίες μικροηλεκτρονικής, ημιαγωγών και φωτισμού LED λόγω των ηλεκτρικά μονωτικών και θερμικά αγώγιμων ιδιοτήτων τους, καθώς και για τις δυνατότητές τους για υψηλή θερμοκρασία. Η ευθραυστότητά τους καθιστά την επεξεργασία λέιζερ ελκυστική σε σύγκριση με τη συμβατική μηχανική κατεργασία, ιδίως για την παραγωγή των ολοένα και πιο μικρών και περίπλοκων χαρακτηριστικών που απαιτούνται για προηγμένη συσκευασία μικροηλεκτρονικής. ΒλέπεCeramic Scribing®Pulsed UV και Green Laser για περισσότερες πληροφορίες.

Για να δείξουμε το πλεονέκτημα της ικανότητας διάσπασης παλμών της τεχνολογίας TimeShift, δημιουργήσαμε γρατζουνιές λέιζερ με την ίδια ταχύτητα γραφής και PRF για διάφορα επίπεδα ροής. Συλλέχθηκαν δύο σύνολα δεδομένων. ένα με έξοδο παλμού ενός μοναδικού παλμού 25 ns και ένα με ριπή πέντε υπο n παλμών 5 ns διαχωρισμένα κατά 10 ns. Τα δεδομένα βάθους Scribe δείχνουν το σαφές πλεονέκτημα της χρήσης μικρομαγνητικής διάσπασης διάσπασης παλμών έναντι της επεξεργασίας ενός παλμού. Παρατηρήθηκε αύξηση του βάθους κατάλυσης μεταξύ 52% και 77%, ανάλογα με το επίπεδο ευχέρειας. Παρατηρήσαμε επίσης βελτίωση στην ποιότητα του σφυγμού split pulse. Βλέπε Κοπή γυαλιού και ScribingExcel με πυρήνα Quasar®Τεχνολογία TimeShift ™ για πρόσθετες πληροφορίες.