Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose. / Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications.

Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications. / Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-25T19:25:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ACGW_Dissertação.pdf: 2393143 bytes, checksum: 1dc4bede5ad081bffd11e546c86a753a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T19:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ACGW_Dissertação.pdf: 2393143 bytes, checksum: 1dc4bede5ad081bffd11e546c86a753a (MD5) Previous issue date: 2016-07-26 / CNPQ / Apresentamos um estudo da interação de um laser de femtosegundos de Ti:safira, com alta taxa de repetição, com vapor atômico de Rubídio. Trabalhamos no regime de acumulação coerente, em que o tempo de relaxação dos átomos do meio é maior que o tempo entre os pulsos. Para sondar a excitação produzida pelo laser pulsado sobre os vários grupos de velocidades atômicos usamos um laser contínuo de diodo. Estudamos a transmissão do laser de diodo em função de sua frequência, na presença e na ausência do laser pulsado, quando ambos os lasers estão sintonizados na transição 5S1=2 !5P3=2. Os resultados experimentais mostram que a transmissão do laser de diodo aumenta ou diminui dependendo do modo do pente de frequências que está interagindo com o grupo de átomos. Descrevemos os resultados experimentais trabalhando no domínio da frequência e modelando o meio atômico por um conjunto de dois sistemas de três níveis tipo L e um sistema de dois níveis, todos independentes entre si, interagindo com os modos do pente de frequência. Assim, a modelagem teórica considera os vários níveis hiperfinos e discrimina a interação com a transição cíclica do efeito de bombeio ótico, apresentado um resultado em concordância com os dados experimentais obtidos. O experimento foi realizado sem travar a taxa de repetição nem a frequência de off-set do laser de femtosegundos. / We present a study of the interaction of a high repetition rate femtosecond Ti:sapphire laser with a vapor atomic rubidium. We work on coherent accumulation regime, in which the atomic relaxation time is greater than the time interval between pulses. The action of the ultrashortpulsed laser over different atomic velocity groups is probed by a diode laser. We studied the transmission of the diode laser as a function of frequency, with and without the presence of the ultrashort-pulsed laser, when both lasers are tuned to 5S1=2!5P3=2 transition. The experimental results show that the diode laser transmission increases or decreases depending on the mode of the frequency comb that interacts with different velocity groups. The experimental results are described in the frequency domain and the atomic system is modeled by a set of two threelevel L systems and a system of two-level all independent and interacting with the frequency comb modes. The theoretical treatment considers the hyperfine transitions and distinguishes the interaction between the cyclic transitions from optical pumping effect, showing results in good agreement with the experimental data. The experiment is performed without lock repetition rate or the off-set frequency of the femtosecond Ti:sapphire laser.