[美国激光学会ICALEO? 2015：第34届国际激光材料加工、激光微加工与纳米制造大会 - 美国佐治亚州亚特兰大市（2015年10月18-22日）] 激光及光电应用国际大会 - 高斯光束与平顶光束刻蚀SnO2:F薄膜的对比研究

摘要： 激光划线是制造大规模太阳能电池的常用方法，通过将大电池细分为串联连接的小型迷你?？槔刺岣叩绯匦?，从而降低产生的电流并减少欧姆损耗。引入大温度梯度会导致热膨胀并产生诱导应力，这些应力可用于引发机械断裂和材料去除。现有划线工艺中常用的高斯光束在光束中心具有高能量强度，不仅会造成不必要的基底损伤，还会在光斑边缘产生过量能量。这会导致热影响区的形成以及部分熔融，进而造成较大的侧壁锥度和残留材料。平顶光束分布的光强在光斑边缘下降更快且整体更均匀，大幅降低了光斑边缘熔融或部分去除的可能性，同时减少了对玻璃基底的损伤风险。但目前针对这些激光光束强度分布所产生划线质量差异的量化研究较少。本研究采用1064 nm Nd:YAG激光器（具有高斯和平顶两种光强分布），从玻璃侧对400 nm厚的SnO2:F TCO层进行实验。样品加工时脉冲能量范围为5μJ至30μJ，脉冲重复频率为10 kHz。通过原子力显微镜扫描和扫描电镜图像观察划线几何形态，并研究了因光强突变导致的层离和裂纹等潜在负面影响。采用耦合热力学有限元模型分析划线过程中薄膜内的空间温度与应力分布。结果表明平顶光束轮廓能提升划线均匀性和深度，但会增强沿壁面的热效应。