激光技术(激光器)在太阳能电池制造中的应用
解决未来能源问题的讨论中，光伏能源（太阳能电池）作为一种可再生能源扮演着重要角色。激光器和激光加工技术在太阳能电池制造中具有重要的作用，特别是高性能超短脉冲的皮秒激光器及系统，不但能帮助制造商提高效率，而且还能优化加工工艺。
目前，晶硅太阳能电池是光伏市场中的主导产品，其转换效率最高达20%。晶硅太阳能电池制造过程中，激光器主要用于晶圆切割和边缘绝缘。其中激光边缘绝缘过程中，激光辅助掺杂工艺(doping)用于防止电池正面与背面之间短路而引起功率损失。越来越多的激光器被用于激光辅助掺杂工艺中，以改善载流子的迁移率。
在过去几年中，薄膜太阳能电池取得了巨大的发展，业界专家们更是希望，未来其能在光伏市场中占据大约20%的市场份额。薄膜太阳能电池中所采用的膜层厚度只有几微米，因此其在生产中能节约大量材料。薄膜太阳能电池制造过程中，激光发挥着决定性的作用。整个制造过程中，激光将电池进行结构化并连接成模块，并对模块进行相应的刻蚀处理，进而保证其所需要的绝缘性能。
激光刻线工艺
非晶硅或碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池模块生产过程中，导电薄膜和光伏薄膜被沉积在玻璃基板上。每层薄膜被沉积后，均利用激光对膜层进行刻蚀，并使各个电池之间自动串联起来，从而能够根据电池宽度设定电池和模块的电流。精确选择非接触式激光加工，能够可靠地集成到薄膜太阳能电池模块的生产线中。通常所说的刻线就是单个激光脉冲刻蚀的连贯过程，该脉冲聚焦后光斑大小30~80μm，因此在P1层刻线中要采用脉宽几十纳秒（10~80ns）的脉冲激光对玻璃基底进行刻蚀。透明导电氧化物（TCO,ZnO,SnO2）通常使用近红外激光和脉冲重复频率较高的激光进行加工，通常需要的脉冲重复频率要超过100kHz。较高的脉冲重复频率能够确保切口彻底清洁。
根据材料对激光吸收系数的不同，需要为特定的加工工艺选择合适的激光波长。绿激光对硅的破坏阈值远低于其对TCO的破坏阈值，因此绿激光可以安全透过TCO膜层后，对吸收层进行刻线。P2层和P3层的刻线机理与P1层相同。
为了防止接触面半导体层的脱落，加工过程中需要的典型脉冲重复频率为35~45kHz。常用的刻蚀阈值约2J/cm2，即能将25μJ激光能量聚焦到直径40μm面积上，其平均功率非常低。由于绿光激光器平均功率均为数瓦量级，因此能够将光束分光后进行多光束加工，从而进一步提高工作效率。
对于P1层、P2层和P3层的刻线应用而言，1064nm和532nm输出波长的结构小巧紧凑的二极管泵浦激光器，无疑是一种理想的选择，并且这种激光器具有很高的脉冲稳定性。这类激光器的脉冲持续时间8~ 40ns，脉冲重复频率为1~100kHz。
清除保护
为了防止太阳能电池模块被腐蚀或短路，必须要在其边缘留出大约1cm边缘，用于整个电池模块的封装。目前大多使用喷砂方法来清除这个边缘。尽管喷砂方法的投资成本较低，但是整个过程却会带来磨损、砂清除以及防尘污染方面的成本。薄膜太阳能电池模块的生产需要洁净、经济实惠的解决方案，因此激光加工方案无疑是最佳选择。通过提高激光的平均功率，能够获得卓越的加工质量。激光加工可以实现大约50cm2/s去除速度，甚至在30s之内就能加工完成一块标准尺寸的太阳能电池模块。
事实上，采用同一个脉冲就可以清除所有边缘的薄膜层，并且清除的速率与激光的平均功率密切相关。具有高平均功率和高脉冲能量的激光，可以一次性清除特定的区域。最适合这种加工应用的是光纤耦合传输的激光器系统，输出方形或矩形光斑。激光经过光纤传输后能量分布更加均匀，从而实现清除效果的高度一致性。利用光斑的平行组合，加工效率能提高50%以上，同时在保证加工安全的前提下降低了脉冲重复频率。另外，可以与扫描振镜结合使用，以减少加工过程中的非生产周期。当然，激光器应具有相应的分时输出选择，以减少非生产时间。此外，几个不同的工作站可以共享同一套激光器加工系统，从而做到在产品的上下料时间不影响激光器的使用效率。
未来的激光工艺
太阳能电池模块制造中特殊材料的使用，对激光加工技术提出了巨大的挑战。如果使用的基底材料为玻璃，那么钼材料就被沉积到玻璃上。但是由于钼具有熔点高、热传导性好以及高热容等特性，导致加热时会出现裂纹和脱落现象。由于这些缺点在用纳秒激光进行加工时是无法避免的，因此激光器的使用与所获得的加工质量密不可分。同样，吸收层材料对热具有相当的敏感性，硒(Se)相对于铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)等金属材料的熔点要低，会在低温时就能从粘合处分离。
皮秒激光器将为上述问题提供理想的解决方案。用超短脉冲激光去除薄膜材料，不会产生严重的边缘热影响区。1030nm、515nm、343nm的高性能超短脉冲皮秒激光器将会取代机械刻划工艺，进一步提高加工质量和加工效率。
激光的应用前景
激光技术有望在光伏制造中获得更多应用空间，具有高光束质量、超短脉冲和高脉冲能量的激光器特别适合于晶硅太阳能电池钝化层的选择性烧蚀。目前，市场上只有碟片式激光技术能够满足这个标准。碟片激光器的输出功率可调，能实现更高的生产效率，而且其输出的超短脉冲拥有卓越的光束质量，能显著提高太阳能电池的转换效率。
激光技术在太阳能电池生产中具有广阔的应用前景，并且其选择性、非接触式的加工工艺优于其他工艺。随着太阳能电池生产所面临的成本压力日趋增大，将会促使高功率、高性能的激光器在大规模生产中被采用。超短脉冲激光技术的广泛采用，必将大幅降低太阳能电池的生产成本。
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