超短脉冲激光用于许多材料高精度结构的生产加工，因为超短激光技术既不是热烧蚀，也不是“冷”烧蚀。然而，与传统的工业激光源相比，这些超短脉冲激光系统需要更多的投资和运营资金。在材料加工市场，皮秒激光光源越来越受到重视，因为传统的激光光源已经不能满足烧蚀质量的要求。如今的皮秒激光系统性能良好，在制造条件下已经可以正常工作。它们在工业中成功应用的另一个重要因素是它们满足制造周期的要求。目前皮秒激光光源的重复频率为500kHz，可以满足工业加工速度的需求。满足制造业要求的超快激光光源之一是picoREGEN工业激光器，由高Q激光生产公司提供。输出功率为30 W，脉冲宽度为10 ps，重复频率为500 kHz。激光的一个有趣的应用领域是薄膜加工。在这种应用中，选择性烧蚀工艺结合了高精度和高速度的特点，使得超快激光器具有无可比拟的优势。另外，特别值得注意的是，目前薄膜太阳能电池的加工仍然是基于纳秒激光烧蚀和机械划片。这些工艺在理论上是可行的，但是在量产的过程中，仍然需要增加重复频率和生产成本。历史上太阳能电池的生产都是采用硅片的生产技术。这项技术使用低成本的浮法玻璃作为基础材料，而不是昂贵的硅片。低成本基板结合薄膜涂层作为有源层，大大降低了生产成本。通过使用嵌入式手段可以更经济有效地生产薄膜太阳能电池组件，这大大减少了所需的材料，从而能够与传统能源有效竞争。该膜必须具有“行”结构以实现电隔离，并且在处理该结构时不能损坏衬底和其它层。目前，“行”结构的加工和矫正是通过纳秒激光烧蚀或机械划线实现的。超快激光用于加工Mo、CIS、ZnO等透明氧化物。研究表明，超短激光脉冲降低了热效应，具有更好的可重复性，但在工业应用中的加工速度仍有待提高。最近，铜铟二硒(CIS)薄膜太阳能电池因其与其他薄膜太阳能电池相比具有较高的效率而备受关注。铜铟硒薄膜太阳能电池有三个功能层(如图1所示)。首先，在厚度为几毫米的玻璃基板上喷涂厚度为500纳米的钼层，然后通过纳秒激光烧蚀进行所谓的P1工艺。随后，在钼层结构上沉积厚度为1 m至3 m的CIS层，其形成光吸收层并形成P型半导体。在P2工艺中，技术人员通过机械划线处理CIS层，以实现电气隔离。随后，厚度为1 m至2 m的透明导电ZnO薄层沉积在CIS层的表面上，从而形成太阳能电池的N型部分。为了提高电池的性能，可以在CIS和ZnO之间添加缓冲层(CdS，100 nm)。钼层通常称为“反向接触”，ZnO层通常称为“正向接触”。在最后的P3工艺中，技术人员通过机械划线在钼层上同时加工ZnO和CIS层。在蚀刻的P1工艺中，纳秒激光通常用于P1加工(如图2所示)。这种技术可能会使材料的边缘过高，导致从上层部分分流或短路，边缘的高度几乎等于钼层的厚度。而且凹槽边缘有5 ~ 10nm范围内的微裂纹和局部材料剥落，进一步缩短了太阳能电池的寿命。此外，在激光脉冲重合的情况下，基础玻璃可能被熔化。这些情况阻碍了正常的生产加工过程。在由激光重合引起的玻璃熔化区域中，阻挡层可能被破坏。所有这些损伤都可以追溯到纳秒烧蚀引起的热效应。
图3示出了皮秒激光在钼层上的分流效果。从图中可以看出，图像有一些波纹状，边缘的上下两端高度略不对称。好在这里形成的边缘没有纳秒激光烧蚀形成的那么明显。P2蚀刻工艺
P2的加工过程是利用机械手段CIS层上刻线，CIS层在相对坚硬的钼层之上。该技术的缺陷在于线宽有可能在60到120 m之间波动。图4给出了皮秒激光烧蚀得到的P2结构。利用皮秒激光，技术人员可以有针对性且高质量地将CIS层除去，刻槽宽度仅为22 m。利用picoREGEN工业激光器，加工速度可以达到3-4 m/s。该图表明，利用皮秒激光技术，技术人员能够进行选择性移除，而且不会带来热效应所导致的微裂缝或者材料剥落等问题。刻蚀工艺P3 目前，对位于钼层上的ZnO/CIS双层的加工类似于P2结构的加工过程。刻线的宽度大于70 m，并且伴有不规则的材料剥落，而ZnO和CIS层的碎屑和残留材料也散落在刻线中。刻线速度仅为几个cm/s。 通过利用皮秒激光器，技术人员可以有选择性的加工钼层以上的ZnO/CIS双层，并且不会带来任何的破坏。图5所示为激光加工ZnO/CIS双层的效果图。凹槽侧面的阶梯状轮廓明显体现了选择性的加工过程的优势。 此外，线宽仅为18 m，这说明了加工过程十分可靠，而且减少了材料损耗。 这些结果表明了1064 nm的皮秒激光可以作为一项通用的技术被应用于CIS薄膜太阳能电池加工中的所有过程（P1-P3）。最新型的皮秒激光器具有很高的重复频率，能够保证工业级别的加工速度（几个m/s）。此外，加工所得的刻线具有高质量和高稳定性的特点，这进一步表明了该技术能够减少加工损耗，延长太阳能电池模块的寿命。 Sandra Zoppel博士(sandra.zoppel@highqlaser.at)以及Heinz Huber博士都来自位于奥地利 Hohenems的High Q Laser Production公司，公司网址是www.highqlaser.at。
