上海瞬渺-空间光调制器用于太阳能电池加工

空间光调制器用于太阳能电池加工

      超短脉冲激光系统可采用新的材料加工和制造方法，提高精度和生产率。在超短激光脉冲工艺产业化的背景下，时间效益和成本效益需要提高处理速度，这对加强基于工业光子学的制造和扩大其应用领域至关重要。本文介绍了通过并行化来创建光偏转体积光学来提高激光过程速度的结果。衍射光学元件直接在太阳能模块的封装内制造，采用基于空间光调节器的并行激光微加工技术 (注1，2）。制造的体积光学元件有效地将光从前侧电极偏转，并显著减少相应的光学损失。 应用了直接书写激光工艺，在太阳能组件的交叉连接EVA（乙烯基醋酸乙烯基）封装材料的体积内创建三维  体积光学结构，从而提高电池效率。直接在太阳能电池网格手指（前侧电极）上方制造的衍射光栅通过事件光的偏转减少了光学阴影，这样通过减少网格手指的光学损失来提高太阳能组件的效率（注3）。

      应用了德国Holoeye公司的空间光调制器，用于将大多数太阳能组件中基于激光的体积衍射光学元件制造平行结构的方法能够充分利用可用的激光功率。与扫描激光束相对耗时的连续激光结构方法相比，该方法通过并行处理提高了微结构的处理速度。这在本研究中通过同时使用100个点的微结构过程来实现。使用 SLM 技术进行光学光栅（5x5 mm）2）透明聚合物 （PDMS） 的体积可在 30 分钟内制造。使用单个激光脉冲采用 1 kHz 重复率的顺序制造，构建同一区域，至少需要三倍的处理时间。这一发现相当于大约3个加速度系数。这种加速因子通过更有效地利用最大可用的激光功率（用于使用的激光源约 100 mW）来实现。特别是在连续激光书写过程中，脉冲能量需要调整（减少），以满足所需的材料处理质量。使用 SLM 应用并行化时，可以应用最大可用的激光功率，并可用于"超额"能量的平行过程。

      SLM基光刻方法的可行性通过直接在太阳能组件体积中制造功能衍射光学元件来证明。激光束诱导光流测量表明，制造结构有效地减少了太阳能电池前侧接触物引起的阴影损失。如果考虑到大约 5% 的太阳能电池区域被网格手指覆盖，则体积光学的应用可能会使总光电量增加约 2-3%（考虑到 0°的发生率角度）。即使应用大功率激光源和基于 SLM 的平行技术（如此处介绍的基于 SLM 的方法），用于改善太阳能电池组件光流的激光制造体积光学技术在工业规模上也是可行的方法。

图1 空间光调制器基于全息激光微制剂系统的光学设置。通过 SLM 后，光线通过四个镜头 （L3-L6） 传播到目标的后焦平面。第一个镜头位于距离 SLM 约一个焦距的地方，以执行 Fourier 转换。

图 2 由晶体硅材料制成的层压工业太阳能电池（面积 =156×156 mm2）具有屏幕打印电极，网格手指宽度约为100微米，间距约为2.2毫米。

      空间光调制器除了用于在太阳能电池飞秒激光加工制作体积衍射元件外，更多的是应用于生产太阳能电池的隐形激光切割机里面，如需了解关于基于空间光调制器在隐形激光切割和太阳能模块的封装内制造体积衍射光学元件来提高太阳能电池能量转换效率的解决方案的详细内容，欢迎联系上海瞬渺光电技术有限公司。Tel: 021-34635258/59  Email:saleschina@rayscience.com 

注释：

1， Deng Pan, Bing Xu, Shunli Liu, Jiawen Li, Yanlei Hu, Dong Wu, Jiaru Chu, “Amplitude-phase optimized long depth of focus femtosecond axilens beam for single-exposure fabrication of high-aspect-ratio microstructures”

Optics Letters, Vol. 45, No. 9, 2020, https://doi.org/10.1364/OL.389946

2， ShiZhiyong,ZhouLiqiang, ZhangLichun, LiZhigang,ShiQiang,ZhuLinwei, “Dynamic Laser Parallel Fabrication Based on Multifocal Array”  Acta Optica Sinica, Vol.40, No.10, May, 2020

3，T. Baldacchini, Three-Dimensional Microfabrication Using Two-Photon Polymerization (Elsevier Inc., 2016).