במהלך הכנת תאי סרט דק כלקוגניד, מעורבים ארבעה תהליכי עיבוד לייזר עיקריים, כלומר שלושה תחריט שכבת סרט סלקטיבי, כלומר, תהליכי כתיבה (הנקראים P1, P2 ו-P3), והסרת שכבת סרט מלאה אחת, כלומר תהליך ניקוי הקצוות בלייזר (נקרא P4). התא כולו מחולק ל-n תתי-תאים במבנה סדרתי, במטרה להפחית את ההשפעה על המודול הנגרמת מהבדלי הביצועים באזורים שונים עקב חוסר ההומוגניות של החומר הכלקוגניד, ובמקביל, זה יכול להגדיל את התפוקה המתח של המודול, להפחית את זרם המוצא של המודול ולהפחית את ההתנגדות הסדרתית בין תאי המשנה ואת האובדן התרמי של התנגדות המעגל החיצוני.
שרבוט בלייזר P1: תחריט בלייזר של שכבת סרט ה-TCO התחתונה ליצירת מצעי TCO עצמאיים;
שרבוט P2 בלייזר: תחריט לייזר של שכבות סרטים אחרות מעל TCO כדי לספק ערוצי שידור עבור האלקטרודות החיוביות והשליליות של שני תאי משנה שכנים;
שרבוט P3 בלייזר: לאחר הפקדת האלקטרודה האחורית, חריטה בלייזר שכבות סרטים אחרות מעל TCO, תוך הפרדת תאי המשנה זה מזה;
תהליך ניקוי הקצוות בלייזר P4: הלייזר מסיר את הסרט שהופקד מקצה התא כדי למנוע דליפה ולהבטיח את אמינות אריזת הסוללה.
איור 1. המרחק בין הקווים P1 ו-P3 נקרא "האזור המת", האזור המת אינו תורם לייצור החשמל של התא, תפקיד הלייזר הוא למזער את רוחב השטח המת על מנת להגדיל את השטח היעיל.
ההכרח של שרבוט בלייזר עבור סוללת הקלומל:
שרבוט מכני, כאחד מחיבורי התאים המסורתיים, נמצא בשימוש נרחב בתהליך P2P3 של תאי CIGS, למרות היעילות הגבוהה שלו. עם זאת, ישנן מגבלות ברורות, הכוללות את החסרונות ששרבוט מכני הוא סוג מגע, קצה המחט המכאני נתון לבלאי מתמשך, בעל תוחלת חיים קצרה ויש להחליפו מעת לעת, שבבים רציניים של פסולת קצה, עומק לא מספיק דיוק בקרה, עקביות לקו ירודה ושטחים מתים גדולים. לכן, שיטת כתיבה זו אינה מתאימה לחלוטין לעובי הכולל של פחות מ-1 מיקרומטר של שכבת הממברנה של סוללת הסרט הדק הכלקוגניד.
לעומת זאת, לשריטה בלייזר יש את היתרונות של היותו ללא מגע, קל לתחזוקה, פחות השפעה תרמית על הקצה, קל לשלוט בעומק השרבוט, עקביות קו טובה ושטחים מתים קטנים יותר, מה שמאפשר מדויק יותר, נקי יותר, תהליך שרבוט יעיל יותר, כמו גם שליטה מדויקת בהסרת שכבת הסרט, ותחתית וקצוות החריץ נקיים וחלקים.
איור 2. השוואה בין שרבוט מכני (משמאל) ושריט בלייזר (מימין).
לבחירת אורך הדופק, האפקט התרמי של עיבוד לייזר ננו-שניות ברור, ישנם חסרונות כגון קצוות מחוספסים, פסולת פני השטח ומהירות עיבוד איטית; בעוד שהשימוש בלייזר פיקושניות כנציג של הדופק האולטרה-קצר יכול להראות את היתרונות של כוח שיא גבוה, אפקט תרמי קטן, קצוות חלקים, דיוק וכן הלאה. בתהליך של תחריט לייזר, לייזר picosecond יכול להיות ממוקד לאזור החלל הדק במיוחד, לאדות במהירות את אידוי החומר, להימנע מהחומר של הקליטה הליניארית של הלייזר, העברת אנרגיה, המרה וקיום חום ודיפוזיה תרמית, יכול לעשות כמעט ללא השפעה תרמית, כדי להשיג את עיבוד הלייזר "קר".
איור 3. אפקט עיבוד לייזר Picosecond
בכל הנוגע לבחירת אורך גל הלייזר, לחומרים שונים יש שיעורי ספיגה שונים עבור אורכי גל שונים של אור לייזר, וככל שקצב הספיגה גבוה יותר, כך האפקט התרמי מופק קטן יותר.
איור 4. זהו דיאגרמת הספיגה הספקטרלית של חומרי FTO, בדרך כלל באמצעות אורך גל קצר של אור אולטרה סגול כאשר קצב הספיגה גבוה מאוד, מתאים יותר. עם זאת, מכיוון שהלייזר הירוק 355 ננומטר הוא בדרך כלל לייזר אינפרא אדום של 1064 ננומטר באמצעות הכפלת תדר הגבישי הכפלת התדר, בתהליך ההמרה ייצור אובדן הספק של כ-40 ~ 50%, לכן, מנקודת המבט של שיקולים חסכוניים, ה-P1 כותב התהליך יבחר להשתמש בלייזר אינפרא אדום 1064nm, ול-FTO יש מידה מסוימת של קליטה של אור אינפרא אדום. יש להשתמש בשכבת P2 במקרה של ה-FTO כדי לא לפגוע בלייזר 532nm, ה-FTO אינו פגום. יש לרשום את שכבת P2 באור ירוק של 532nm מבלי לפגוע ב-FTO, בעוד שתהליך P3 יכול לבחור את אורך הגל המתאים של מקור האור בהתאם לספיגה ולעובי השכבה, וניתן להשתמש באורך הגל של 532nm להסרת השכבה.
באשר לבחירת כיוון השרבוט, יש בדרך כלל שתי דרכים: שרבוט ישיר על משטח הסרט ושרבוט דרך משטח הזכוכית. הראשון מתייחס לקרן הלייזר הממוקדת בשכבת הסרט שיש להסיר מעל, החומר סופג את גיזוז אנרגיית הלייזר ליצירת קו חרוט, לשיטה זו יש אפקט תרמי גדול, קל ליצור "מכתש", ודורשת שליטה מדויקת של התהליך. שרטוט דרך זכוכית הוא למקד את קרן הלייזר על הממשק שבין הזכוכית לשכבת הסרט להסרה, הממשק סופג את האנרגיה ומאדה את שכבת הסרט, שמתרחבת במהירות בנפח ליצירת "גל הלם נפיץ", ובכך יוצרים את קו סופר. לתהליך זה שטח מושפע חום קטן יותר ויש לו פחות סיכוי ליצור "מכתש", אך דורש אנרגיית לייזר חזקה יותר וחלון תהליך גבוה יותר.
שרבוט לייזר במודול הסרט הדק כדי להבטיח שהתא כולו מחולק ליותר מ- n תתי-תתי בסדרה תחת הנחת היסוד של האזור המת צריך להיות דחוס ככל האפשר, והלייזר בתפקיד שכבת הסרט, עלול לייצר אזור מושפע חום ברור, מכתשים, כתמי תחתית הפסולת, דה למינציה של הסרט והשפעות שליליות אחרות בתהליך.
איור 5. השפעות תהליך שליליות אפשריות של עיבוד לייזר של שכבות סרטי סוללה כוללות אזורים מושפעי חום ברורים (משמאל למעלה), מכתשים (מימין למעלה), קוצי סיגים תחתונים (למטה משמאל) ופילון סרט (מימין למטה).
לכן, בקרת השטח המת וסדרה של גורמים המשפיעים על תוצאות העיבוד, בנוסף לרוחב פולס הלייזר שהוזכר לעיל (ns / ps / fs); אורך גל לייזר (355 / 532 / 1064 ננומטר); מצב עיבוד (עיבוד משטח סרט / עיבוד משטח זכוכית), אך מכסה גם את פרמטרי הלייזר המתאימים, כולל בחירת הכוח, איכות האלומה, גודל הנקודה הממוקדת וקצב החפיפה, ותוצאות התהליך הבאות. בנוסף לשיטת העיבוד (צד הסרט/צד הזכוכית), הוא מכסה גם את פרמטרי הלייזר התואמים לרבות כוח, איכות קרן, גודל נקודה ממוקדת וקצב חפיפה, כמו גם את השפעות התהליך הבאות כגון רוחב שרטוט, השפעות חום, מכתשים. , עקביות כתיבת קו של P123, מקביליות וכו'. שיקולים נוספים כוללים עיצוב קרן וטיפול באבק במהלך העיבוד.
