CN103737181A - 一种提高ito导电薄膜表面红外波段透光率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，利用皮秒激光在离焦情况下，在ITO导电薄膜表面制作大面积纳米波纹结构，既能有效增加薄膜太阳能电池中感光材料表面红外光波的辐照量，又能保证ITO导电薄膜电阻在每平方厘米40Ω以下，从而提升薄膜太阳能电池的发电效率。

Description

一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法
技术领域
本发明属于微制造技术领域，具体涉及一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法。
背景技术
目前，薄膜技术被应用到新型太阳能电池制造领域，成功解决了晶体硅太阳能电池的高成本问题。由于薄膜太阳能电池中用于收集电荷的ITO导电薄膜在红外波段透光率较低，用于薄膜太阳能电池发电的光波主要来自可见光波段，红外波段光波只有小部分照射在可产生光电效应的硅表面，电池的效率受到了限制，提高ITO导电薄膜红外波段的透光率可改善这一缺点。近年来，各国对用于提高红外波段光波吸收率的“黑硅”材料的研究越来越多，这进一步增加了提高ITO导电薄膜在红外波段透光率的必要性。
皮秒激光以一定方式辐照在材料表面制作大面积微纳结构的方法可以改善材料的光学性能，但是由于皮秒激光光束的能量呈高斯分布，光斑中心能量要比光斑边缘的区域能量要大的多。对于ITO这样的薄膜材料，造成在制作大面积微纳结构的时候，会出现微纳结构不均匀的现象，甚至导致某些ITO导电薄膜在光斑中心的照射下彻底被烧蚀掉，使ITO导电薄膜电阻大幅度增加，削弱其收集电荷的能力，所以在ITO导电薄膜表面做出均匀的大面积微纳结构显得非常必要。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，利用皮秒激光在离焦情况下，在ITO导电薄膜表面制作大面积纳米波纹结构，既能有效增加薄膜太阳能电池中感光材料表面红外光波的辐照量，又能保证ITO导电薄膜电阻在每平方厘米40Ω以下，从而提升薄膜太阳能电池的发电效率。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术解决方案：
一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，包括以下步骤：
1)首先，调节皮秒激光器输出激光波长为1064nm，重频1KHz，脉宽10ps，调节激光功率衰减片，使激光功率在22-25mw之间；
2)其次，在光路中选用焦距为150mm的聚焦透镜用于聚焦光束，在聚焦透镜前加装小孔光阑，并调节小孔光阑通光孔大小，使沿着光路方向离焦点2mm处光斑大小为40-45μm；
3)最后，利用调好的皮秒激光辐照可移动载物台上的ITO导电薄膜，可移动载物台沿水平方向移动，速度为2-4mm/s，当激光光斑达到ITO导电薄膜水平方向的边缘时，可移动载物台在竖直方向移动30-40μm距离，然后继续在水平方向以2-4mm/s的速度移动，重复这样的步骤，直至做出大面积纳米波纹结构为止，整个加工过程中皮秒激光光束中心线必须与ITO导电薄膜表面保持垂直，而且ITO导电薄膜表面与皮秒激光的焦点位置距离为2-3mm。
本发明的优点：通过小孔光阑放大皮秒激光辐照在ITO导电薄膜上的光斑，极大的削弱了光斑能量分布不均的缺点，使在ITO导电薄膜上得到的大面积纳米波纹结构分布均匀，没有出现完全烧蚀掉或者没有纳米波纹结构的区域，表面电阻不超过40Ω，在提高其红外波段透光率的同时，又对ITO导电薄膜收集电荷影响不大，整体上提高太阳能电池的发电效率，改善薄膜太阳能电池性能。如果将来在红外波段能大量吸收光辐射的“黑硅”材料应用于薄膜太阳能电池中，这种在红外波段透光率较大ITO导电薄膜和“黑硅”材料配合使用，薄膜太阳能电池的发电效率又能进一步提高。
附图说明
图1为实施例1和实施例2中皮秒激光加工光路示意图。
图2为实施例1和实施例2中ITO导电薄膜在加工光路中的放置位置和放置方式示意图。
图3为实施例1和实施例2中激光光斑相对于ITO导电薄膜的移动方向以及移动轨迹。
图4为实施例1中ITO导电薄膜经过皮秒激光辐照后所得的大面积纳米波纹结构。
图5为实施例2中ITO导电薄膜经过皮秒激光辐照后所得的大面积纳米波纹结构。
图6为实施例1和实施例2中大面积纳米波纹结构对ITO导电薄膜红外波段透光率改善程度示意图，其中扫描速度2mm/s所代表的曲线为实施例1所得结果，扫描速度4mm/s所代表的曲线为实施例2所得结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例1
一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，包括以下步骤：
1)首先，调节皮秒激光器输出激光波长为1064nm，重频1KHz，脉宽10ps，调节激光功率衰减片，使激光功率稳定在25mw，如图1所示；
2)其次，在光路中选用焦距为150mm的聚焦透镜用于聚焦光束，在聚焦透镜前加装小孔光阑，并调节小孔光阑通光孔大小，使沿着光路方向离焦点2mm处光斑大小为40μm，如图1所示；
3)最后，利用调好的皮秒激光辐照可移动载物台上的ITO导电薄膜，可移动载物台沿水平方向移动，速度为2mm/s，当激光光斑达到ITO导电薄膜水平方向的边缘时，可移动载物台在竖直方向移动30μm距离，然后继续在水平方向以2mm/s的速度移动，重复这样的步骤，直至做出大面积周期性波纹结构为止，加工过程中激光的光斑在ITO导电玻璃上的移动方向和移动轨迹如图3所示，整个加工过程中皮秒激光光束中心线必须与ITO导电薄膜表面保持垂直，而且ITO导电薄膜表面与皮秒激光的焦点位置距离为2mm，如图2所示，在ITO导电薄膜表面做出的大面积纳米波纹结构如图4所示。
实施例2
一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，包括以下步骤：
1)首先，调节皮秒激光器输出激光波长为1064nm，重频1KHz，脉宽10ps，调节激光功率衰减片，使激光功率稳定在22mw，如图1所示；
2)其次，在光路中选用焦距为150mm的聚焦透镜用于聚焦光束，在聚焦透镜前加装小孔光阑，并调节小孔光阑通光孔大小，使沿着光路方向离焦点2mm处光斑大小为45μm，如图1所示；
3)最后，利用调好的皮秒激光辐照可移动载物台上的ITO导电薄膜，可移动载物台沿水平方向移动，速度为4mm/s，当激光光斑达到ITO导电薄膜水平方向的边缘时，可移动载物台在竖直方向移动40μm距离，然后继续在水平方向以4mm/s的速度移动，重复这样的步骤，直至做出大面积纳米波纹结构为止，加工过程中激光的光斑在ITO导电玻璃上的移动方向和移动轨迹如图3所示，整个加工过程中皮秒激光光束中心线必须与ITO导电薄膜表面保持垂直，而且ITO导电薄膜表面与皮秒激光的焦点位置距离为3mm，如图2所示。在ITO导电薄膜表面做出的大面积纳米波纹结构如图5所示。
图6为实施例1和实施例2中大面积纳米波纹结构对ITO导电薄膜红外波段透光率改善程度示意图，其中扫描速度2mm/s所代表的曲线为实施例1所得结果，扫描速度4mm/s所代表的曲线为实施例2所得结果，从图6可以看出,皮秒激光以2mm/s和4mm/s的扫描速度在ITO导电薄膜表面做出的大面积纳米波纹结构对ITO导电薄膜红外波段的光透过率有明显的改善。

Claims (1)

1.一种提高ITO导电薄膜表面红外波段透光率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先，调节皮秒激光器输出激光波长为1064nm，重频1KHz，脉宽10ps，调节激光功率衰减片，使激光功率在22-25mw之间；
2)其次，在光路中选用焦距为150mm的聚焦透镜用于聚焦光束，在聚焦透镜前加装小孔光阑，并调节小孔光阑通光孔大小，使沿着光路方向离焦点2mm处光斑大小为40-45μm；
3)最后，利用调好的皮秒激光辐照可移动载物台上的ITO导电薄膜，可移动载物台沿水平方向移动，速度为2-4mm/s，当激光光斑达到ITO导电薄膜水平方向的边缘时，可移动载物台在竖直方向移动30-40μm距离，然后继续在水平方向以2-4mm/s的速度移动，重复这样的步骤，直至做出大面积纳米波纹结构为止，整个加工过程中皮秒激光光束中心线必须与ITO导电薄膜表面保持垂直，而且ITO导电薄膜表面与皮秒激光的焦点位置距离为2-3mm。
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