激光刻划有机太阳能电池

导电和半导体高分子聚合物的一个主要优点是适合于高生产能力的涂层工艺。这一特性为将来生产低成本太阳能光伏产品创造了极大可能性。太阳能电池的图案可以通过印刷加工步骤来生成，或者通过适用于硅基光伏电池的高精度激光划片机来生成。在实验中，激光划片机己经使用过四种不同的激光源，这些激光源在波长、脉冲持续时间和平均输出功率上有所不同。其中使用过的两种激光源拥有纳秒级脉冲，一种的波长为1064纳米，最大平均功率为200瓦，另一种的波长为355纳米，平均功率为20瓦。在超短脉冲范围内，分别使用了一种皮秒级和飞秒级激光器。这种皮秒级激光器的波长为1064纳米和532纳米，最大平均功率约为40瓦（在波长为1064纳米时）。飞秒激光器发射的波长为1024纳米和512纳米，最大平均功率约为10瓦（在波长为1024纳米时）。在实施所有这些实验时，使用了高性能的振镜和适当的f-theta透镜。经过处理的太阳能电池拥有传统的叠层布局，如图4所示。

掺锡氧化铟（ITO）层的制图不仅对于有机光伏电池和有机LED非常重要，对于更多传统的应用比如薄膜晶体管（TFT）显示器来说也同样重要。对于这种任务来说，光刻技术是一项成熟的工艺。为了克服光刻技术的局限性（新布局要求有新的掩膜，就会有各种化工产品介入），人们对一些激光制图技术进行了试验。首先是在25毫米×25毫米的玻璃基材上对ITO进行了试验。

当使用上述纳秒级激光器进行试验时，出现了许多问题。首先最重要的是，玻璃基材或多或少有些破裂，这在任何应用中都是不可接受的。其次的问题是对ITO的不规则烧蚀，在某种程度上是因为这两种激光器都运行在比较低的功率极限上。对于一个稳定的制造工艺来说，恒定的划片宽度是非常必要的。这次试验的结果并不让人满意，因此这些试验中的基材并没有制造出的太阳能电池样品。

接下来，人们在厚度约为100微米的PET箔基材上对ITO进行了试验。这种柔性的基材经过了一些处理，基材被分片固定在一个真空吸盘上。这两种激光器都损坏了PET箔。尽管波长355纳米的纳秒级激光器其运行功率小于0.5瓦，PET箔的损坏还是不可接受。而且，切割边缘出现了凸起，从而无法进行通常的后处理。

同样，人们针对上述两种超短脉冲激光器也做了试验。尽管对这两种超短脉冲激光器的所有可能波长都进行了试验，但可以清楚地看出1064纳米是最合适的。与其他波长相比，划片质量同样优秀，成本却更低。二倍频（SHG）、三倍频（THG）设备通常价钱更高且寿命更短。这些加工好的基材能将太阳能电池的功率转换效率提升至2%。

尽管其他波长也能够产生可接受的结果，但1064纳米再次被证明是最佳选择。同纳秒级激光器的试验相比，皮秒级和飞秒级激光器对基材的损坏极其轻微。