Laserinduzierte Lift-Off-Prozesse in Cu(In, Ga)Se2-Dünnschichtsolarzellen bei Wellenlängen von 1064 nm und 1342 nm

Abstract

In der Arbeit werden Laser-Lift-Off-Prozesse von CIGS-Schichten von einem Mo-Substrat bei einer Wellenlänge von 1342 nm mit Pulsbreiten im ns-Bereich untersucht. Es wird gezeigt, dass dünne CIGS-Schichten durch ns-Laserpulse ablatiert werden können, ohne dass geschmolzene Materialreste am Lasergraben verbleiben. Anhand charakteristischer Merkmale der Lasergräben werden zwei verschiedene Ablationsmechanismen identifiziert. Die experimentellen Ergebnisse werden durch ein Simulationsmodell untermauert, das auf der eindimensionalen Wärmeleitungsgleichung basiert, die modifiziert wurde, um die Absorption von Laserstrahlung einzubeziehen. Das Modell beinhaltet zudem das tiefenabhängige Verhältnis [Ga]/([In]+[Ga]), sowie temperaturabhängige Absorptionskoeffizienten. Mit dem Modell wird der Einfluss bestimmter Probenparameter wie dem [Ga]/([In]+[Ga])-Verhältnis, der Mo-Dicke und Grenzflächenhaftung sowie Laserwellenlänge und Pulsform bewertet und in Bezug auf die experimentellen Daten diskutiert.

Laser lift-off ablation processes of CIGS layers from a Mo substrate are investigated at 1342 nm wave length and ns pulse widths. It is shown that ns laser pulses are capable of removing thin CIGS layers without molten residuals which might lead to shunted scribe edges. Two different lift-off mechanisms are identified based on characteristic features of the laser scribes. The experimental results are backed up by an optical thermal model based on the one dimensional heat equation which was modified to include optical laser absorption. The model also incorporates the depth dependent ratio [Ga]/([In]+[Ga]) and temperature dependent absorption coefficients. Based on this model the influence of particular sample parameters like [Ga]/([In]+[Ga]) ratio, Mo thickness and interface adhesion as well as laser wave length and pulse shape are evaluated and discussed in relation to obtained experimental data.