การเขียนด้วยเลเซอร์ใน Solar PV - ความรู้

ที่มา: spectra-physics.com

การเขียนด้วยเลเซอร์ช่วยเพิ่มผลผลิตโดยการสร้างเส้นอาลักษณ์ที่แคบกว่าการเขียนแบบทั่วไป Laser scribing เป็นกระบวนการแบบไม่สัมผัสซึ่งช่วยลด micro-cracking และความเสียหายต่อ thesubstrate กำลังสูงสุดที่สูงและคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยมของเลเซอร์ Spectra-Physics เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเขียนแบบ เนื่องจากทำให้เส้น scribe ชัดเจนขึ้นและปริมาณงานที่สูงขึ้น ข้อดีของ Laser Scribing ได้แก่:

ความสามารถในการเขียนวัสดุที่แข็งหรือเปราะได้หมดจด
กระบวนการแบบไม่สัมผัสด้วยต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำ
ลดการบิ่น การแตกร้าวขนาดเล็ก และการแยกชั้นออก
ความกว้างของการตัดที่แคบช่วยให้เพิ่มชิ้นส่วนต่อแผ่นเวเฟอร์
ความทนทานต่อกระบวนการที่กว้างขึ้นหมายถึงการผลิตที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้มากขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำลง

การเขียนด้วยเลเซอร์ Solar PV PERC

มีขั้นตอนสำคัญหลายประการสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ PERC อย่างแรก ด้านหลังเซลล์เคลือบด้วยชั้นอิเล็กทริกพิเศษ ซึ่งโดยทั่วไปคือ SiO2, Al2O3, SiNx หรือบางส่วนรวมกัน การเคลือบไดอิเล็กตริกตามที่ใช้เป็นแบบต่อเนื่อง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างช่องเปิดในขั้นตอนถัดไปของกระบวนการสำหรับการสัมผัสแบบโอห์มมิก วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คือการใช้เลเซอร์เพื่อขจัดฟิล์มอิเล็กทริกและเผยให้เห็นซิลิกอนที่อยู่ข้างใต้ในรูปแบบที่ต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปคือแถบเส้นตรงแคบ จากนั้นทำการชุบอะลูมิเนียมที่ด้านบนของชั้นอิเล็กทริก อะลูมิเนียมเพสต์ถูกพิมพ์หน้าจอลงบนพื้นผิวนี้ และกระบวนการหลอมด้วยความร้อนที่ตามมาจะผสมอลูมิเนียมกับซิลิกอนที่สัมผัสด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างหน้าสัมผัสโอห์มมิกที่ดี

แม้ว่ารูปทรงของ PERC scribe จะค่อนข้างหลากหลาย แต่โดยทั่วไปเซลล์ขนาด 6 นิ้วจะมีเส้นที่เขียนด้วยเลเซอร์ระหว่าง 75 ถึง 300 เส้น ซึ่งมีความยาวประมาณ 155 มม. กว้าง 30-80 µm และเว้นระยะห่างเท่ากัน 0.5-2 มม. สำหรับกรณีที่มีการแยกบรรทัด 1 มม. ความยาวรวมของ PERC scribes บนเวเฟอร์เดี่ยวจะอยู่ที่ประมาณ 25 เมตร อัตราการประมวลผลเป้าหมายที่อุตสาหกรรมต้องการอาจสูงถึง 3,600 WPH (เวเฟอร์ต่อชั่วโมง) ซึ่งเท่ากับความเร็วในการเขียนที่ต้องการที่ 25 ม./วินาที เครื่องสแกน Galvo แบบ 2 แกนที่รวดเร็วเช่นเดียวกับเครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมแบบหมุนสามารถบรรลุความเร็วดังกล่าวได้

Multi-crystalline silicon solar cell scribed with Spectra-Physics laser for PERC processing

รูปที่ 1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนหลายผลึกที่เขียนด้วยเลเซอร์ Spectra-Physics สำหรับการประมวลผล PERC

LED Scribing

แผ่นเวเฟอร์ LED การเขียนด้วยเลเซอร์เป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากวัสดุค่อนข้างโปร่งใสผ่านส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า GaN มีความโปร่งใสต่ำกว่า 365 นาโนเมตร และแซฟไฟร์มีความโปร่งแสงเหนือ 177 นาโนเมตร ดังนั้นความถี่เพิ่มขึ้นสามเท่า (355 นาโนเมตร) และความถี่สี่เท่า (266 นาโนเมตร) เลเซอร์คิวสลับแบบโซลิดสเตตแบบไดโอดปั๊ม (DPSS) จึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการเขียนแบบ LED ในขณะที่เลเซอร์ excimer ยังมีจำหน่ายในช่วงความยาวคลื่นนี้ เลเซอร์ DPSS มีขนาดเล็กกว่ามากและสามารถบรรลุความกว้างของการตัดที่แคบกว่ามากและต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่ามาก

ด้วยการลดการแตกร้าวขนาดเล็กและการแพร่กระจายของรอยแตก การเขียนด้วยเลเซอร์ช่วยให้อุปกรณ์ LED มีระยะห่างอย่างใกล้ชิดมากขึ้น ปรับปรุงทั้งผลผลิตและปริมาณงาน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วอาจมีอุปกรณ์ LED แยกกันมากกว่า 20,000 เครื่องบนแผ่นเวเฟอร์ขนาด 2 นิ้วแผ่นเดียว ความกว้างของการตัดจะส่งผลกระทบอย่างยิ่งต่อผลผลิต การลดรอยแตกขนาดเล็กระหว่างกระบวนการแยกแม่พิมพ์ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในระยะยาวของอุปกรณ์ LED ผลผลิตได้รับการปรับปรุงด้วยการเขียนแบบเลเซอร์โดยลดการแตกของแผ่นเวเฟอร์ ความเร็วของเลเซอร์อาลักษณ์และกระบวนการแตกหักนั้นเร็วกว่าการตัดด้วยกลไกแบบเดิมมาก ความทนทานต่อกระบวนการที่กว้างกว่าของเลเซอร์และการขจัดการสึกหรอและการแตกหักของใบมีดส่งผลให้กระบวนการผลิตมีความน่าเชื่อถือสูงและมีต้นทุนที่ต่ำลง

การเขียนแบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอน

เลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอด (DPSS) ได้พิสูจน์คุณค่าในการผลิตอุปกรณ์ฟิล์มบาง a-Si เลเซอร์ Q-switched ใช้สำหรับกระบวนการเขียนหลักสามขั้นตอน – ที่รู้จักกันในชื่อกราน P1, P2 และ P3 ซึ่งแยกอุปกรณ์ระนาบขนาดใหญ่ออกเป็นอาร์เรย์ของเซลล์สุริยะที่เชื่อมต่อกันเป็นชุด กระบวนการอาลักษณ์เกี่ยวข้องกับการนำวัสดุฟิล์มบาง (ทั่วไป 0.2 – 3.0 ไมโครเมตร) ออก โดยมีความเสียหายหลักประกันน้อยที่สุดต่อพื้นผิวแก้วหรือฟิล์มอื่นๆ

สำหรับการเขียนแบบ P1 ฟิล์มบางของวัสดุ TCO (ตัวนำไฟฟ้าโปร่งใส) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็น SnO2 จะถูกลบออกจากซับสเตรตแก้ว และโดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์ Q-switched 1064 นาโนเมตร กระบวนการนี้ต้องใช้แสงเลเซอร์ที่ค่อนข้างสูงเนื่องจากความโปร่งใสของแสงและความแข็งเชิงกลของฟิล์ม TCO ด้วย Spectra-Physics HIPPO™ 1064-27 กราน P1 กว้าง 50 μm ทำได้ด้วยความเร็วระดับชั้นนำของอุตสาหกรรม ความกว้างพัลส์สั้นของเลเซอร์และความเสถียรของพลังงานพัลส์ต่อพัลส์ที่ยอดเยี่ยมช่วยให้ประมวลผลที่ 200 kHz PRF (ความถี่การทำซ้ำของพัลส์) ซึ่งแปลเป็นความเร็วของการเขียนที่ 8 ม./วินาที

กราน P2 และ P3 มักใช้เลเซอร์ขนาด 532 นาโนเมตร สาเหตุหลักมาจากชั้นดูดซับแสงอาทิตย์ซิลิกอนที่ดูดซับแสงได้ดี P2 scribe จะเอาชั้นซิลิกอนออกเท่านั้น ในขณะที่ P3 scribe จะลบฟิล์มโลหะสัมผัสด้านหลัง/TCO เพิ่มเติมด้วย ความกว้างของพัลส์สั้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการบรรลุผลการเขียนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เมื่อรวมกับความเสถียรของพลังงานพัลส์ที่ยอดเยี่ยมที่ PRF สูง ความเร็วในการเขียน 12 ม./วินาที ทำได้ด้วยระบบเลเซอร์ Spectra-Physics HIPPO 532-15 ที่ทำงานที่ 160 kHz PRF

เลเซอร์สำหรับเขียนคิ้ว

ควาซาร์®เลเซอร์ไฟเบอร์ไฮบริดกำลังสูง

กรงเล็บ®โซลิดสเตต Q-Switched Lasers ที่สูบด้วยไดโอด

VGEN-G เลเซอร์ไฟเบอร์พัลซิ่งสีเขียวสั้นแบบปรับได้ Tun

สำรวจ®One™ Compact UV และ Green Lasers

สำรวจ®DPSS IR Lasers

IceFyre®UV และ IR Picosecond Lasers

พันปี®eV™ เลเซอร์ CW DPSS กำลังสูง

หมายเหตุการสมัคร

LED Scribing

การทดสอบล่าสุดโดยกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เกี่ยวกับการให้แสงสว่างในบ้านโชว์เคสในรัฐโอเรกอน แสดงให้เห็นว่าระบบไฟแบบ LED ช่วยประหยัดค่าไฟฟ้าได้ประมาณ 80% เมื่อเทียบกับหลอดไส้ธรรมดาหรือหลอดฮาโลเจน เนื่องจากตลาดเติบโตขึ้น จึงมีความต้องการอย่างมากในการปรับปรุง อัตราปริมาณงานและอัตราผลตอบแทนในการผลิต LED การประมวลผลด้วยเลเซอร์ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และขณะนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์สำหรับใช้ใน LED ที่มีความสว่างสูง ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ScribingLighting the Way Forward สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

Amorphous Silicon Thin Film โซลาร์เซลล์ Scribing

เทคโนโลยีอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้รับผลประโยชน์มหาศาลจากการลงทุนด้านโซลูชั่นพลังงานทดแทนที่เพิ่มขึ้น ด้วยข้อได้เปรียบในการผลิต เช่น ความสามารถในการปรับขนาดและความเข้ากันได้ข้ามกับอุตสาหกรรมจอแบน และเมื่อพิจารณาถึงการขาดแคลนซิลิกอนที่อาจเกิดขึ้น อุปกรณ์โฟโตโวลตาอิกแบบฟิล์มบางแบบฟิล์มบาง (a-Si) ซิลิคอน (a-Si) มักเป็นเทคโนโลยีทางเลือกสำหรับ ผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ปริมาณ SeeAmorphous Silicon Thin Film Solar Scribing สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

การเขียนแบบเซรามิก

วัสดุเซรามิกถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เซมิคอนดักเตอร์ และไฟ LED เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าและนำความร้อน ตลอดจนความสามารถในการให้บริการที่อุณหภูมิสูง ความเปราะบางทำให้การประมวลผลด้วยเลเซอร์มีความน่าสนใจเมื่อเทียบกับการตัดเฉือนแบบเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตคุณลักษณะที่มีขนาดเล็กและซับซ้อนมากขึ้นซึ่งจำเป็นสำหรับบรรจุภัณฑ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง SeeCeramic ScribingUsing Talon®Pulsed UV และ Green Lasers สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

การเขียนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

เพื่อแสดงข้อได้เปรียบของความสามารถในการแยกพัลส์ของเทคโนโลยี TimeShift เราจึงสร้างเลเซอร์กรานที่ความเร็วอาลักษณ์เดียวกันและ PRF สำหรับระดับความคล่องแคล่วต่างๆ รวบรวมข้อมูลสองชุด อันหนึ่งที่มีเอาต์พุตพัลส์ของพัลส์ 25 ns เดียว และอีกอันหนึ่งที่มีพัลส์ย่อยย่อย 5 ns ห้าอันแยกจากกันด้วย 10 ns ข้อมูลความลึกของ Scribe แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการใช้ไมโครแมชชีนนิ่งไมโครแมชชีนแบบแยกพัลส์บนการตัดเฉือนแบบพัลส์เดี่ยว ความลึกของการระเหยเพิ่มขึ้นระหว่าง 52% ถึง 77% ขึ้นอยู่กับระดับ fluence นอกจากนี้เรายังสังเกตเห็นการปรับปรุงคุณภาพของตัวแยกชีพจร ดูการตัดกระจกและการเขียนซิลิกอน Excel ด้วย Quasar®เทคโนโลยี TimeShift™ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม