Faserlaser mit einstellbarer Pulsdauer ermöglicht neue Ablationsprozesse P2 und P3 bei der Herstellung von CIGS Photovoltaikmodulen
Bei der Herstellung von Dünnschicht Photovoltaikmodulen werden auf einer Glasplatte abwechselnd Beschichtungsprozesse und Ablationsprozesse, hier das Schreiben von Linien, durchgeführt. So entstehen die einzelnen Solarzellen mit den beiden Elektroden oben und unten sowie der photovoltaischen Schicht in der Mitte wie unten dargestellt. CIGS Zellen werden typisch auf einer Mo Elektrodenschicht aufgebaut. In drei Ablationsschritten P1, P2 und P2 werden die Mo-Schicht auf das Glas (P1), die CIGS-Schicht auf das Mo (P2) und die transparente Elektodenschicht mit dem CIGS auf das Mo (P3) abgetragen. Bisher erfolgt P1 typischerweise mit ns Laserpulsen, während P2 und P3 durch mechanisches Ritzen mit Nadeln realisiert wird. Da die Nadeln schnell verschleissen werden zur Zeit verschiedene Laserprozesse auf ihre Eignung für P2 und P3 untersucht.
Ein neuer Faserlaser von ESI-Pyrophotonics lässt sich programmierbar in der Pulsdauer und Pulsform einstellen im Bereich 2-250 ns mit einer Auflösung von 1 ns. Untersuchungen an CIGS Modulen bei Pyrophotonics, NRC Canada und dem National Center for Photovoltaics* haben gezeigt, dass 1064 nm Pulse mit einer gut definierten Pulsdauer 5-10 ns zuverlässige P2 und P3 Schnitte produzieren, ohne thermisches Aufschmelzen, welches zu störenden Kurz-schlüssen, oder Aufwürfen in Schmelzzonen führen kann.
Der zugrunde liegende Prozess ist hier weniger eine Ablation als ein laserinduziertes Absprengen der CIGS Schicht. Das Laserlicht bei 1064 nm durchdringt die CIGS Schicht, wird an der Mo Grenzfläche absorbiert und der resultierende Gasdruck, hervorgerufen durch Se-Gas, lässt die CIGS-Schicht abplatzen. So entsteht eine Bruchkante ohne Aufschmelzen wie in den elektronenmikroskopischen Bildern oben zu sehen.
Mit EDX Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass am Grund der Spur nur minimale Reste von Cu, In und Ga verbleiben, während Se überall vorhanden ist, dies stützt den vorgeschlagenen Abtragsmechanismus. Bei richtig gewählter Pulsdauer ist das Prozessfenster bezüglich Energiedichte und Fokustiefe gross genug um einen stabilen industriellen Prozess zu gewährleisten.
