｜皮秒光纖雷射應用於CIGS薄膜太陽能電池製程

摘要：本篇擬簡介CIGS薄膜太陽能電池架構，以及光纖雷射在CIGS畫線製程上的應用。相較於傳統奈秒雷射，使用皮秒雷射可獲得較好的加工結果。並介紹工研院雷射應用中心所開發之100皮秒脈衝雷射源應用於CIGS製程上的參數測試實驗結果。

Abstract: In this paper, the structure and the manufacturing processes of CIGS thin film photovoltaic cells were disclosed. The results of P1, P2 processes by picosecond pulsed laser had showed better surface morphology compared with nanosecond pulsed laser. The 100 picosecond pulse fiber laser source innovated by ITRI Laser Application Technology Center was revealed. It also showed the result of P1 laser scribing process by 100 picosecond laser source.

關鍵詞：皮秒雷射、脈衝、加工、銅銦鎵錫薄膜太陽能電池

Keywords：Picosecond laser, Pulse, Processing, CIGS thin film solar cell

CIGS薄膜太陽能電池簡介
二十一世紀是個能源革命的時代，在石油耗竭以及溫室效應的雙重影響下，太陽能成為了潔淨能源的發展主力，加上太陽的能量可被視為取之不盡、用之不竭的能源，發電過程中不產生二氧化碳，並且平均可持續運作二十年以上，故發展太陽能技術是現在刻不容緩的事；CIGS薄膜太陽能電池是目前薄膜太陽能領域中最具發展潛力的吸光材料，根據美國國際可再生能源實驗室（NREL）研究指出，薄膜類型的太陽能電池吸光材料中，以CIGS的未來發展潛力最為看好，目前實驗室也達到20.3%的轉換效率，此轉換效率遠高於其他薄膜類型的太陽能電池，如圖1[1]。

CIGS薄膜太陽能電池分為兩種，一種含銅銦硒三元素（簡稱CISe），一種含銅銦鎵硒四元素（簡稱CIGS）。由於CIGS隨著銦鎵含量不同，其光吸收範圍可從1.02eV至1.68eV，因此各個製造商有自己的製程配方，所製造出的薄膜太陽能電池效率也有所不同。

2001年由ZSW與Würth Solar首先提出Cu（In,Ga）Se2 （CIGS）模組的生產製程，其尺寸為1.2×0.6 m2，架構如圖2所示[2]。此後全球太陽能生產設備廠商開始投入製造設備開發。CIGS太陽能電池的製造步驟可分為十個步驟，如圖3所示[3]。

早期Mo層的圖案製作（P1製程）利用雷射劃線技術進行，而CIGS薄膜的條狀溝槽圖案（P2、P3製程）則是利用鋼針刮除的方式完成。由於需要經過三道真空製程與三道patterning製程，設備投資成本高，為了降低製作成本，開始有用雷射取代機械製程的研究。目前國內業者較常使用1064nm奈秒雷射進行P1製程，使用532nm奈秒雷射進行P2與P3製程，因此完整的生產線必須準備三台雷射源。