Source : spectra-physics.com
Capacité de tracer proprement des matériaux durs ou cassants
Processus sans contact avec un faible coût de fonctionnement
Réduction de l'écaillage, des microfissures et du délaminage
Les largeurs de coupe étroites permettent plus de pièces par plaquette
Une tolérance de processus plus large signifie une fabrication plus robuste et fiable à moindre coût
Gravure au laser solaire PV PERC
Il existe plusieurs étapes clés pour la fabrication des cellules solaires PERC. Tout d'abord, la face arrière de la cellule est recouverte d'une couche diélectrique spéciale, généralement SiO2, Al2O3, SiNx ou une combinaison de ceux-ci. Le revêtement diélectrique tel qu'il est appliqué est continu, et il est donc nécessaire de créer des ouvertures dans une étape de procédé ultérieure pour le contact ohmique. La meilleure façon de procéder consiste à utiliser un laser pour procéder à l'ablation du film diélectrique et à exposer le silicium sous-jacent selon le motif souhaité, généralement des bandes linéaires étroites. La métallisation d'aluminium est ensuite appliquée au-dessus de la couche diélectrique. La pâte d'aluminium est sérigraphiée sur cette surface et un processus de recuit thermique ultérieur allie l'aluminium avec le silicium exposé au laser pour former un bon contact ohmique.
Bien que les géométries de tracé PERC soient quelque peu variées, une cellule de 6 pouces aura généralement entre 75 et 300 lignes tracées au laser qui mesurent ~ 155 mm de long, 30 à 80 µm de large et uniformément espacées de 0,5 à 2 mm. Pour le cas d'une séparation de ligne de 1 mm, la longueur totale des scribes PERC sur une seule plaquette est d'environ 25 mètres. Les taux de traitement cibles exigés par l'industrie peuvent atteindre 3 600 WPH (wafers par heure), ce qui équivaut à une vitesse de traçage requise de 25 m/s. Les scanners galvo rapides à 2 axes ainsi que les scanners polygonaux rotatifs peuvent atteindre de telles vitesses.
Griffage LED
La gravure au laser des plaquettes LED est un défi car le matériau est relativement transparent dans la partie visible du spectre électromagnétique. Le GaN est transparent au-dessous de 365 nm et le saphir est semi-transparent au-dessus de 177 nm. Ainsi, les lasers à commutation Q triplées (355 nm) et quadruplées (266 nm) à semi-conducteurs pompés par diode (DPSS) sont le meilleur choix pour le traçage de LED. Alors que les lasers excimer sont également disponibles dans cette gamme de longueurs d'onde, les lasers DPSS ont une empreinte beaucoup plus petite et peuvent atteindre des largeurs de coupe beaucoup plus étroites et nécessitent beaucoup moins d'entretien.
En réduisant les microfissures et la propagation des fissures, le traçage laser permet aux dispositifs LED d'être beaucoup plus rapprochés, améliorant à la fois le rendement et le débit. Comme il peut généralement y avoir plus de 20 000 dispositifs LED discrets sur une seule plaquette de 2 pouces, la largeur de coupe a un impact critique sur le rendement. Il a également été démontré que la réduction des microfissures pendant le processus de séparation des matrices améliore la fiabilité à long terme des dispositifs LED. Le rendement est amélioré avec le traçage au laser en réduisant la casse des plaquettes. La vitesse du processus de traçage et de rupture au laser est également beaucoup plus rapide que la découpe mécanique traditionnelle. La tolérance de processus plus large des lasers et l'élimination de l'usure et de la rupture de la lame se traduisent par un processus de fabrication plus robuste et hautement fiable à un coût inférieur.
Gravure de cellules solaires à couche mince de silicium
Les lasers à semi-conducteurs pompés par diode (DPSS) ont fait leurs preuves dans la fabrication de dispositifs à couche mince a-Si. Les lasers à commutation Q sont utilisés pour les trois principaux processus de traçage – connus sous le nom de traceurs P1, P2 et P3 – qui séparent le grand dispositif planaire en un réseau de cellules photovoltaïques interconnectées en série. Les processus de traçage impliquent l'élimination de divers matériaux en film mince (0,2 à 3,0 m typique) avec un minimum de dommages collatéraux au substrat de verre ou à d'autres films.
Pour le traçage P1, un film mince de matériau TCO (oxyde conducteur transparent) - généralement SnO2 - est retiré du substrat de verre et est généralement obtenu avec des lasers à commutation Q de 1064 nm. Ce procédé nécessite des fluences laser relativement élevées en raison de la transparence optique et de la dureté mécanique du film TCO. Avec le Spectra-Physics HIPPO™ 1064-27, des tracés P1 de 50 m de large sont réalisés à des vitesses de pointe. La courte largeur d'impulsion du laser et la stabilité énergétique exceptionnelle d'impulsion à impulsion permettent un traitement à 200 kHz PRF (fréquence de répétition d'impulsion), ce qui se traduit par des vitesses de traçage de 8 m/s.
Les scribes P2 et P3 utilisent généralement des lasers à 532 nm, principalement parce que la lumière est fortement absorbée par la couche absorbante solaire en silicium. La rainure P2 supprime uniquement la couche de silicium, tandis que la rainure P3 supprime également les films métalliques/TCO de contact arrière supplémentaires. Une courte largeur d'impulsion est essentielle pour obtenir les meilleurs résultats de traçage. Lorsqu'elles sont combinées à une excellente stabilité de l'énergie d'impulsion à PRF élevée, des vitesses de traçage de 12 m/s sont atteintes avec le système laser Spectra-Physics HIPPO 532-15 fonctionnant à 160 kHz PRF.
Lasers pour tracer
Notes d'application
Griffage LED
Gravure de cellules solaires à couche mince de silicium amorphe
Gravure en céramique
Les matériaux céramiques sont largement utilisés dans les industries de la microélectronique, des semi-conducteurs et de l'éclairage LED en raison de leurs propriétés électriquement isolantes et conductrices thermiques, ainsi que pour leurs capacités de service à haute température. Leur fragilité rend le traitement au laser attrayant par rapport à l'usinage conventionnel, en particulier pour produire les caractéristiques de plus en plus petites et complexes requises pour les emballages microélectroniques avancés.®Lasers UV et verts pulsés pour plus d'informations.
Gravure de plaquettes de silicium
Pour montrer l'avantage de la capacité de division d'impulsion de la technologie TimeShift, nous avons généré des tracés laser à la même vitesse de tracé et PRF pour différents niveaux de fluence. Deux séries de données ont été recueillies; un avec une sortie d'impulsion d'une seule impulsion de 25 ns et un avec une salve de cinq sous-impulsions de 5 ns séparées par 10 ns. Les données de profondeur de rayage montrent l'avantage évident d'utiliser le micro-usinage en rafale par division d'impulsions par rapport à l'usinage à impulsion unique. Une augmentation de la profondeur d'ablation entre 52% et 77% a été observée selon le niveau de fluence. Nous avons également observé une amélioration de la qualité du scribe à impulsions fractionnées. Voir Découpe du verre et Scribing au siliciumExcel avec Quasar®Technologie TimeShift™pour plus d'informations.
