專利名稱：用于從基板剝蝕薄膜的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種利用激光將材料從基板上剝蝕的方法及裝置。尤其，本發(fā)明涉及一種用于制造具有堆疊在基板上的第一電極層、第二半導(dǎo)體層和第二電極層的薄膜太陽(yáng)能模塊的方法及裝置，從而堆疊層被分割成多個(gè)經(jīng)電性串聯(lián)的薄膜太陽(yáng)能電池。更特別地，本發(fā)明涉及一種通過(guò)激光束局部地移除位于薄膜太陽(yáng)能模塊外圍處的薄層堆疊的方法及裝置。
背景技術(shù)：
一般來(lái)講，薄膜太陽(yáng)能電池包含具有平行于薄膜表面布置的p-i-n或n-i-p接合結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)和/或微晶態(tài)硅質(zhì)膜層。該p-i-n/n-i-p結(jié)構(gòu)夾置于例如透明膜層電極的多 個(gè)電極層之間，而這些電極在如透光基板(通常稱為上置板(Superstrate))的基板的主要表面上的多個(gè)范圍內(nèi)的每個(gè)范圍內(nèi)連續(xù)地延伸。由于用于薄膜太陽(yáng)能電池的涂覆過(guò)程經(jīng)常會(huì)影響到整體基板，因此對(duì)于所完成薄膜太陽(yáng)能電池的框架或殼體的適當(dāng)電性絕緣確有其必要性。同時(shí)需要保護(hù)光伏主動(dòng)電池免受像濕度和/或氧氣的環(huán)境影響。從而，從現(xiàn)有技術(shù)已知，可例如通過(guò)在基板與像背側(cè)玻璃的另一蓋板之間膠黏或迭覆箔層以將該基板迭覆于蓋板，從而來(lái)封裝光伏主動(dòng)層。顯然會(huì)特別注意到基板的邊緣范圍，即所謂的外圍范圍，原因在于這些外圍范圍也是前述環(huán)境影響的接觸表面。因此，含有這些電極層及半導(dǎo)體(又稱為主動(dòng)層)的薄層堆疊通常是按與這些邊緣(即，外圍范圍)相平行的狹窄條帶予以移除。為進(jìn)行剝蝕作業(yè)，現(xiàn)有技術(shù)是運(yùn)用噴砂處理，然而這種方式會(huì)有負(fù)面效果，即，未在外圍范圍內(nèi)完全地移除這些主動(dòng)層和/或?qū)Φ讓踊逶獬蓳p害，最后結(jié)果是造成甚至更嚴(yán)重的濕度及氧氣傷害而不利地影響到薄膜太陽(yáng)能模塊的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種用于從基板的邊緣范圍移除非期望材料的改良工藝。該目的可通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求所達(dá)成。在權(quán)利要求的相關(guān)項(xiàng)中詳細(xì)地說(shuō)明多項(xiàng)有利具體實(shí)施例。尤其，可通過(guò)一種利用激光從基板剝蝕材料的方法來(lái)達(dá)到該目的，其中，包含導(dǎo)向裝置，經(jīng)調(diào)整以相對(duì)于基板表面在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引激光的激光光點(diǎn)，該方法包含下列步驟a)相對(duì)于激光光點(diǎn)移動(dòng)基板，以及b)通過(guò)在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上以正弦類型諧波震蕩來(lái)撞擊導(dǎo)向裝置使在基板表面上按封閉循環(huán)樣式移動(dòng)激光光點(diǎn)。從而，本發(fā)明的概念為通過(guò)在基板表面上按封閉循環(huán)樣式移動(dòng)激光光點(diǎn)以移除材料，由此達(dá)到按照極為均質(zhì)且可靠的方式從基板移除材料。由于導(dǎo)向裝置是在兩個(gè)不同方向上以較佳地經(jīng)堆棧的正弦類型諧波震蕩所撞擊，因此激光光點(diǎn)，以由加工激光束所提供者為佳，最好是在基板表面上持續(xù)地移動(dòng)，因此，除僅為移除材料所需之外，不致因在基板每單位表面積上的非期望較高激光發(fā)射密度而對(duì)基板造成任何損傷。激光可為由任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的激光所提供，像產(chǎn)生例如波長(zhǎng)1064及1030nm的Nd: YAG或Yt: YAG類型并且具有短于IOOns的脈沖時(shí)段和0. IJ/cm2至20J/cm2范圍內(nèi)的脈沖能量密度的光線脈沖加工光束的激光共振器。在進(jìn)一步具體實(shí)施例里，激光和/或?qū)蜓b置包含用以形成方形形狀影像的成像組件，彈性光纖和/或圓形光纖纜線而輸出于待加工的基板表面上?；蹇赏ㄟ^(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何裝置相對(duì)于激光光點(diǎn)移動(dòng)，例如通過(guò)按如皮帶所提供的定位裝置或者通 過(guò)滾輪，并且最好是在線性方向上移動(dòng)。因此，本發(fā)明是基于如下發(fā)現(xiàn)，即相反于現(xiàn)有技術(shù)，利用正弦類型諧波震蕩按封閉循環(huán)樣式來(lái)導(dǎo)引激光光點(diǎn)可獲得從基板更高效率地剝蝕非期望材料，而同時(shí)又不致負(fù)面地影響到基板。在基板設(shè)置于薄膜太陽(yáng)能電池內(nèi)的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法可特別有利，原因是該方法可因均質(zhì)地移除太陽(yáng)能模塊的半導(dǎo)體及電極層的所有材料而獲得良好的電性絕緣。根據(jù)本發(fā)明解決方案，既已發(fā)現(xiàn)通過(guò)在基板上按封閉循環(huán)樣式移動(dòng)激光光點(diǎn)以進(jìn)行材料剝蝕可獲得較低的基板熱性劣化結(jié)果，這是因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)最好是在基板上持續(xù)地移動(dòng)，并因而不致于像現(xiàn)有技術(shù)一樣，即如當(dāng)激光停止移動(dòng)以進(jìn)行移動(dòng)方向相反時(shí)，對(duì)基板造成損害。一般說(shuō)來(lái)，用以導(dǎo)引激光光點(diǎn)的導(dǎo)向裝置可為按任何現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置所提供。然而，根據(jù)本發(fā)明較佳具體實(shí)施例，導(dǎo)向裝置含有掃描儀光學(xué)組件，其具有兩個(gè)經(jīng)調(diào)整以在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引激光光點(diǎn)的可軸旋的映鏡。較佳地，掃描儀光學(xué)組件含有振鏡掃描儀，其具有可供在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引激光光點(diǎn)的頭端映鏡。更佳地，掃描儀光學(xué)組件經(jīng)調(diào)整以在基板表面的平面上移動(dòng)激光光點(diǎn)。在另一具體實(shí)施例里，掃描儀光學(xué)組件含有三個(gè)或更多的映鏡。這些具體實(shí)施例可供極為簡(jiǎn)便地且價(jià)廉地制造出根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向裝置。此外，當(dāng)被正弦類型諧波震蕩撞擊時(shí)，這些具體實(shí)施例也可供在基板表面上按封閉循環(huán)樣式極為精確地導(dǎo)引激光光點(diǎn)。樣式包含現(xiàn)有技術(shù)已知并可用以在基板表面上按封閉循環(huán)樣式導(dǎo)弓I激光光點(diǎn)的任何樣式。然而，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步較佳具體實(shí)施例，該方法包含下列步驟c)按相同頻率并且以0°、90°或180°的震蕩相位移來(lái)軸旋這些映鏡，或者c’ )按不同頻率并且以大于0°的震蕩相位移來(lái)軸旋這些映鏡。這些具體實(shí)施例提供具有例如圓形、線形和/或Lissajou圖形的封閉循環(huán)樣式，并以通過(guò)利用振鏡掃描儀頭端為佳，振鏡掃描儀頭端最好是具有兩個(gè)或更多的映鏡以供將這些諧波震蕩迭加于基板表面。為提供圓形，兩個(gè)映鏡的軸旋頻率較佳為相同，同時(shí)兩個(gè)掃描儀頭端震蕩之間的相位移為90°。線形可通過(guò)按相同頻率震蕩兩個(gè)映鏡，并且兩個(gè)掃描儀頭端震蕩之間的相位移為0°或180°來(lái)實(shí)現(xiàn)。Lissajou圖形則可由其他相位移，像10°、40°和/或80°，且兩個(gè)掃描儀頭端震蕩之間為不同頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些掃描樣式是有利的，特別是Lissajou圖形樣式，原因在于高震蕩頻率能夠獲得可靠的材料剝蝕以及非常低度的基板劣化結(jié)果。從而本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，當(dāng)考慮到在剝蝕工藝的結(jié)束處于起點(diǎn)處分別開(kāi)啟和關(guān)閉激光時(shí)，各個(gè)封閉循環(huán)樣式實(shí)可為開(kāi)放循環(huán)樣式。
既已發(fā)現(xiàn)這些掃描儀映鏡的諧波震蕩可提供這些映鏡的高震蕩頻率，并因而既已發(fā)現(xiàn)在待加工的基板表面上依照掃描樣式的連續(xù)移動(dòng)的掃描策略對(duì)于從基板移除材料而言會(huì)是最有效率的。由于激光光點(diǎn)的較佳圓形移動(dòng)會(huì)與圓形掃描樣式本身沿著邊緣的移動(dòng)相重迭，因此可獲得以提高激光處理對(duì)接近這些邊緣的區(qū)域上的撞擊，而同時(shí)，既已在各種測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光光點(diǎn)是在基板上持續(xù)地移動(dòng)時(shí)，就以獲得從激光光點(diǎn)的熱性應(yīng)力和/或負(fù)載的觀點(diǎn)而言并不會(huì)對(duì)基板造成負(fù)面影響。一般說(shuō)來(lái)，兩個(gè)不同方向可為按如任何相對(duì)于基板表面的不同方向所提供。根據(jù)本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，兩個(gè)不同方向?yàn)楸舜舜怪保⑶曳謩e地平行于基板的邊緣和/或邊界成長(zhǎng)方形延伸。因此，導(dǎo)向裝置的映鏡較佳地分別地以平行于基板的邊緣的方式來(lái)導(dǎo)引各自平行于基板的激光光點(diǎn)長(zhǎng)方形，因而可供從整個(gè)基板表面進(jìn)行材料剝蝕。在進(jìn)一步較佳具體實(shí)施例里，該方法包含重復(fù)進(jìn)行步驟b)。因此，步驟b)較佳為執(zhí)行至少兩次為宜。既已發(fā)現(xiàn)這種雙掃描策略，即個(gè)別基板表面可通過(guò)由至少兩項(xiàng)例如獨(dú)立、接續(xù)的激光剝蝕事件處理兩次，能夠最成功地從基板移除所有材料。在另一具體實(shí)施例里，步驟b)會(huì)重復(fù)進(jìn)行兩次以上，例如，三次、四次或五次。進(jìn)一步這種兩次或多次，掃描測(cè)量較佳地是按照?qǐng)A形形式的掃描樣式執(zhí)行，因?yàn)榧纫寻l(fā)現(xiàn)按照?qǐng)A形掃描樣式來(lái)處理基板表面最能夠有效地移除所有材料。在進(jìn)一步的較佳具體實(shí)施例里，基板設(shè)置于薄膜太陽(yáng)能電池內(nèi)，材料包含第一電極層、光電轉(zhuǎn)換層及第二電極層，并且材料按所述次序沉積于基板上，使得第二電極層設(shè)置為待由激光光點(diǎn)加以處理的表面。傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池或薄膜太陽(yáng)能模塊的基本建構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。這種薄膜太陽(yáng)能電池通常含有基板，例如玻璃基板，其上沉積有透明或半透明電極層，隨后為由薄型非晶態(tài)和/或微晶態(tài)硅質(zhì)薄膜所構(gòu)成而展現(xiàn)出p-i-n或n-i-p結(jié)構(gòu)(n =經(jīng)負(fù)性摻質(zhì)硅質(zhì)，i =原質(zhì)性硅質(zhì)，p =經(jīng)正性摻質(zhì)硅質(zhì))的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體，以及背側(cè)電極層。背側(cè)電極層可再度地含有透明導(dǎo)體層，并加上反射層、導(dǎo)體及反射金屬層或是技術(shù)等同項(xiàng)目。光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體可構(gòu)成為單一、縱排或多重接合，而各個(gè)接合又會(huì)展現(xiàn)出p-i-n或n-i-p結(jié)構(gòu)?；蹇蔀楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的而適用于制造薄膜裝置的任何基板。在較佳具體實(shí)施例里，基板為浮式玻璃、安全玻璃和/或石英玻璃。浮式玻璃以擁有常用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的較大尺寸者為佳，通常是通過(guò)將熔化玻璃傳遞(較佳為連續(xù)地)至構(gòu)成室體的長(zhǎng)型錫質(zhì)浴器而產(chǎn)生。熔化玻璃又會(huì)在錫質(zhì)表面上沿至少一個(gè)方向展開(kāi)和/或通過(guò)適當(dāng)裝置汲拉而成平坦連續(xù)的玻璃薄片或薄層。通過(guò)謹(jǐn)慎控制冷卻及拉取過(guò)程，即可調(diào)整所獲得的玻璃片的形狀和厚度?；遢^佳為以大致平坦的基板所提供。這些根據(jù)本發(fā)明的薄層可為通過(guò)各種本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的沉積技術(shù)所沉積。在本發(fā)明較佳具體實(shí)施例里，這些薄膜層是通過(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)或者像真空濺鍍工藝的物理汽相沉積(PVD)所沉積。較佳地，汽相沉積工藝為電漿強(qiáng)化CVD(PECVD)、大氣壓力CVD(APCVD)和/或金屬有機(jī)cvd(mocvd)沉積工藝。而更佳地，汽相沉積工藝為低壓CVD(LPCVD)。在本發(fā)明的進(jìn)一步較佳具體實(shí)施例里，基板表面被分割成內(nèi)部范圍以及環(huán)繞于內(nèi)部范圍的外圍范圍，并且該方法包含取代步驟b)的步驟b’ ):在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向、上通過(guò)以正弦類型諧波震蕩來(lái)撞擊導(dǎo)向裝置而僅于基板的外圍范圍的表面上按封閉循環(huán)樣式移動(dòng)激光光點(diǎn)。因此，對(duì)于基板設(shè)置在薄膜太陽(yáng)能電池內(nèi)的情況而言，各個(gè)薄膜太陽(yáng)能電池的基板較佳為包含令這些電極層和光電轉(zhuǎn)換層沉積于基板上的內(nèi)部范圍以及外圍范圍，因此，內(nèi)部范圍又稱為內(nèi)部主動(dòng)范圍，外圍范圍按照步驟b’ )經(jīng)預(yù)見(jiàn)為待由根據(jù)本發(fā)明的方法所剝蝕。此經(jīng)剝蝕的外圍范圍又稱為外圍被動(dòng)范圍。因此，在執(zhí)行過(guò)步驟b’)之后，各個(gè)薄膜太陽(yáng)能電池的基板含有這些電極層和光電轉(zhuǎn)換層經(jīng)沉積于其上的內(nèi)部主動(dòng)范圍以及環(huán)繞的外圍被動(dòng)范圍，外圍被動(dòng)范圍由于激光光點(diǎn)剝蝕而不含材料，較佳為僅含有基板。在進(jìn)一步具體實(shí)施例中，內(nèi)部范圍布置為相鄰于外圍范圍。在根據(jù)前述較佳具體實(shí)施例按圓形形式以封閉循環(huán)樣式撞擊根據(jù)步驟b’ )的被動(dòng)范圍內(nèi)的基板表面的情況下，既已發(fā)現(xiàn)每單位表面積的激光發(fā)射密度在外圍范圍的邊緣處會(huì)為最高。由于這些邊緣之一較佳為待加工的基板的外部邊緣，并且其他邊緣為這些模 塊的內(nèi)部范圍與外圍范圍之間的邊界，因此按圓形形式的掃描樣式會(huì)特別有利于確保內(nèi)部范圍的平滑邊界，同時(shí)可安全地移除所有經(jīng)沉積在靠近外部基板邊緣處的材料。既已發(fā)現(xiàn)在接近于基板邊緣處甚能達(dá)到該利用圓形的掃描樣式的結(jié)果。因此，該具體實(shí)施例有利于安全地且精確地移除基板的外圍范圍內(nèi)的材料，從而良好地保護(hù)外圍范圍不受像濕度及氧氣的環(huán)境影響。最佳地，激光光點(diǎn)執(zhí)行圓形的掃描樣式，而同時(shí)通過(guò)移動(dòng)基板以分別地在平行于基板的邊緣和/或邊界的方向上持續(xù)地移動(dòng)激光光點(diǎn)，使得激光光點(diǎn)較佳為能夠完全地沿基板的邊緣和/或邊界(例如，沿外圍范圍)剝蝕材料。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例里，基板表面上的封閉循環(huán)樣式的最大寬度較佳為小于等于設(shè)置于基板的內(nèi)部范圍與邊緣之間的外圍范圍的寬度為佳。因此，尤其是以外圍范圍的整體寬度是在激光光點(diǎn)于基板上的單一“移動(dòng)”中在外圍范圍里被激光光點(diǎn)的封閉循環(huán)樣式所撞擊為特佳?？赏ㄟ^(guò)一種激光處理系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到本發(fā)明目的，其中，包含支架，用于待處理的基板；激光共振器，可提供加工激光束；光學(xué)系統(tǒng)，布置于加工激光束的路徑內(nèi)，用于在待放置在支架上的基板表面上將加工激光束成像為激光光點(diǎn)；掃描儀光學(xué)組件，經(jīng)調(diào)整以在基板表面的平面內(nèi)移動(dòng)激光光點(diǎn)；以及定位器，經(jīng)調(diào)整以相對(duì)于加工光束移動(dòng)基板，掃描儀光學(xué)組件經(jīng)調(diào)整以在兩個(gè)不同方向上移動(dòng)激光光點(diǎn)，而在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上的正弦類型諧波震蕩于基板表面上產(chǎn)生封閉循環(huán)樣式。對(duì)于通過(guò)按如位于基板表面上的封閉循環(huán)樣式所諧波震蕩的激光光點(diǎn)以從基板剝蝕例如材料使極為精確地且可靠地剝蝕非期望材料而言，此激光處理系統(tǒng)提供一項(xiàng)有利的解決方案。激光共振器最好產(chǎn)生具有短于IOOms的脈沖時(shí)段以及O. lj/cm2至20J/cm2范圍內(nèi)的脈沖能量密度的光線脈沖加工光束。在進(jìn)一步具體實(shí)施例里，光學(xué)系統(tǒng)包含成像組件，成像組件用以成像方形形狀或圓形光纖纜線而輸出于待加工的基板表面上。支架和/或定位器可為按如現(xiàn)有技術(shù)已知的而用以分別地支撐定位基板的任何裝置所設(shè)置。較佳地，激光處理系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整以執(zhí)行如前文所說(shuō)明的方法。在進(jìn)一步較佳具體實(shí)施例里，掃描儀光學(xué)組件包含兩個(gè)可軸旋的映鏡，它們經(jīng)調(diào)整以在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引激光光點(diǎn)。而關(guān)于此，這些可軸旋的映鏡較佳為經(jīng)調(diào)整以按相同頻率并以0°、90°或180°的震蕩相位移來(lái)軸旋這些映鏡，或者是按不同頻率并以大于0°的震蕩相位移來(lái)軸旋這些映鏡。在另一具體實(shí)施例里，以相對(duì)于基板7m/s至10m/S的速度來(lái)移動(dòng)激光光點(diǎn)，較佳為lm/s至4m/s,且以100mm/s至400mm/s為更佳，同時(shí)由定位器以相對(duì)于加工激光束IOOmm/s至400mm/s的速度來(lái)移動(dòng)基板?；逶O(shè)置在薄膜太陽(yáng)能電池內(nèi)，薄膜太陽(yáng)能電池可包含待由加工激光束處理的材料，該材料可包含第一電極層、光電轉(zhuǎn)換層及第二電極層，并且該材料按所述次序沉積于基 板上，使得第二電極層被設(shè)置為基板表面。在進(jìn)一步具體實(shí)施例里，基板表面被分割成內(nèi)部范圍以及環(huán)繞于內(nèi)部范圍的外圍范圍，并且掃描儀光學(xué)組件經(jīng)調(diào)整用于在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上僅于基板表面的外圍范圍上產(chǎn)生封閉循環(huán)樣式的正弦類型諧波震蕩在兩個(gè)不同方向上移動(dòng)激光光點(diǎn)。可通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的激光處理系統(tǒng)運(yùn)用于基板的微加工、熱性表面處理、激光感應(yīng)表面修改和/或表面硬化以進(jìn)一步達(dá)到本發(fā)明目的。既已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的激光處理系統(tǒng)也適用于其中覆蓋有薄層的區(qū)域必須從底層基板進(jìn)行激光剝蝕的其它機(jī)械領(lǐng)域。這些應(yīng)用可包含微加工、熱性表面處理、激光感應(yīng)的材料表面修改、表面硬化等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能調(diào)整或修改像激光功率或波長(zhǎng)的本發(fā)明特性以獲得這些目標(biāo)，而不致悖離本發(fā)明范疇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠從前述根據(jù)本發(fā)明的用以剝蝕材料的方法得到激光處理系統(tǒng)和/或激光處理系統(tǒng)的使用方式的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和/或具體實(shí)施例。


通過(guò)所述具體實(shí)施例將能明顯地知曉，或參照這些而得以明了本發(fā)明的這些及其它特點(diǎn)。在附圖中圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池的剖視圖；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池的俯視圖；以及圖3示出了本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池I的局部剖視圖。透明前側(cè)電極層3布置在透明絕緣基板2上。光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體4形成在透明前側(cè)電極層3上，并且另一透明背側(cè)電極層5形成在光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體4上。這些透明電極層3和5又稱為透明導(dǎo)體氧化物(TCO)并可包含SnO2、氧化銦錫(ITO)或ZnO，而后者較佳是由LPCVD (低壓CVD)所制造。光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體4包含薄型非晶態(tài)和/或微晶態(tài)硅質(zhì)薄膜堆疊，這如本領(lǐng)域所公知可由CVD制造，較佳由PECVD且經(jīng)層狀摻質(zhì)，從而達(dá)到光伏性質(zhì)。圖I進(jìn)一步示出了溝槽6、7和8。此結(jié)構(gòu)的目的在于建立由多個(gè)經(jīng)電性串聯(lián)的太陽(yáng)能電池所組成的光伏模塊I。因而透明電極層3被第一隔離溝槽6所分割，這可決定電池寬度。當(dāng)在制造過(guò)程中整體薄層堆疊是按下列次序所建構(gòu)時(shí)，可將光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層4填入該溝槽內(nèi)薄層3-溝槽6-薄層4-溝槽7-薄層5-溝槽8。溝槽7填入來(lái)自透明背側(cè)電極層5的材料，并且可提供這些相鄰電池之間的電性接觸。事實(shí)上，電池的背側(cè)電極是接觸相鄰電池的前側(cè)電極。背側(cè)表面電極層5和光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體4最終是由第三隔離溝槽8加以分割。此結(jié)構(gòu)化過(guò)程最好是通過(guò)運(yùn)用激光光線等方式完成。在進(jìn)一步的過(guò)程步驟中，電性接觸通常附于薄膜太陽(yáng)能電池，并且例如通過(guò)迭覆這些保護(hù)層和基板以提供背部反射器層和封裝裝置。圖2為如圖I所示的薄膜太陽(yáng)能電池的俯視圖。這些經(jīng)串聯(lián)的電池可相對(duì)于環(huán)境建構(gòu)電性電位。因此，抵抗電池環(huán)境的適當(dāng)電性絕緣確為必要，并且能夠通過(guò)主動(dòng)半導(dǎo)體式薄膜光伏范圍將形成在基板上的薄膜層堆疊3、4、5分離為外圍范圍10 (例如通過(guò)移除薄膜堆疊3、4、5)和內(nèi)部范圍9來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3示出了外圍范圍10和內(nèi)部范圍9,內(nèi)部范圍9位于模塊I的邊緣處,并且具有12. 8mm至15mm之間的典型寬度11。根據(jù)個(gè)別規(guī)格而定,可實(shí)現(xiàn)為5mm至20mm之間的典型寬度11?？衫眉す鈦?lái)移除薄膜太陽(yáng)能模塊I中的位于外圍范圍10內(nèi)的薄層堆疊3、4、5。激光系統(tǒng)含有激光共振器，以產(chǎn)生具有短于IOOns的脈沖時(shí)段和O. lj/cm2至20J/cm2范圍內(nèi)的脈沖能量密度的光線脈沖加工光束。成像組件可形成方形形狀的影像或是圓形光纖纜線而輸出至待加工的太陽(yáng)能模塊I的表面上。由于該表面上的光纖纜線影像(后文稱為激光光點(diǎn))的面積遠(yuǎn)小于外圍范圍10,因此可在外圍范圍10內(nèi)通過(guò)掃描儀光學(xué)組件來(lái)在模塊I的表面上移動(dòng)激光光點(diǎn)。掃描儀光學(xué)組件可例如通過(guò)可移動(dòng)映鏡實(shí)現(xiàn)。這些映鏡可視需要而軸旋，或者例如通過(guò)在x-y方向上移動(dòng)該成像組件而同時(shí)透過(guò)彈性光纖來(lái)提供激光光線。為獲得良好的電性絕緣，并且均質(zhì)地移除太陽(yáng)能模塊I大致所有的材料3、4、5、半導(dǎo)體4及這些電極層3、5確為必要。在此，掃描樣式12起著關(guān)鍵作用。根據(jù)本發(fā)明，描述激光光點(diǎn)相對(duì)基板2表面的移動(dòng)的掃描樣式12是由振鏡掃描儀頭端映鏡在兩個(gè)不同方向上(即，垂直于和平行于這些模塊I各個(gè)邊緣)的正弦類型諧波震蕩所建立。通過(guò)經(jīng)迭加在待加工表面上的振鏡掃描儀頭端的兩個(gè)映鏡的諧波震蕩，即可實(shí)現(xiàn)各種掃描樣式12 具有相同的兩個(gè)映鏡軸旋頻率和兩個(gè)頭端震蕩之間90°的相位移的圓形；具有相同的兩個(gè)映鏡軸旋頻率和兩個(gè)頭端震蕩之間0°或180°的相位移的線形；或是獲自于兩個(gè)頭端震蕩之間其它的相位移和不同的頻率的Lassajou圖形。該掃描策略的優(yōu)點(diǎn)在于能夠達(dá)到高度的震蕩頻率。尤其圓形最佳，因?yàn)镮)每單位表面積上的激光發(fā)射密度在外圍范圍10的邊緣處最高。這些邊緣中的 一個(gè)邊緣為待加工的基板2的外部邊緣，并且其它的邊緣為模塊內(nèi)部范圍9與外圍范圍10之間的邊界，也參見(jiàn)圖3。因此，按圓形形式的掃描樣式12可確保對(duì)內(nèi)部范圍9的平滑邊界，并且能夠安全地移除經(jīng)沉積在靠近外部基板2邊緣處的所有材料3、4、5。而如果靠近該基板2邊緣在相對(duì)于支撐光伏薄層堆疊3、4、5的表面的基板2表面上意外地沉積一些材料3、4、5，則如此也很有效。
2)這些掃描儀映鏡的諧波震蕩可供這些映鏡的高度震蕩頻率，且因而可供基于掃描樣式12在待加工的表面上連續(xù)移動(dòng)的掃描策略。激光光點(diǎn)的圓形移動(dòng)與圓形掃描樣式本身沿這些邊緣的移動(dòng)之間的重迭結(jié)果可提高激光處理對(duì)靠近這些邊緣處的區(qū)域的撞擊。3)已發(fā)現(xiàn)雙掃描策略，即整個(gè)外圍范圍10是由兩次獨(dú)立的(例如，接續(xù)的)激光剝蝕事件處理，能夠從薄膜太陽(yáng)能模塊I的半導(dǎo)體層4和電極層3、5上最成功地移除所有材料。可通過(guò)按圓形形式的掃描樣式12以最具時(shí)間效率地達(dá)成該雙掃描策略。從基板2的邊緣范圍移除材料可供將形成在基板2上的主動(dòng)薄膜堆疊分隔成為內(nèi)部范圍9而離于外圍。該分離可通過(guò)在薄膜涂覆基板2的外圍范圍10內(nèi)移除半導(dǎo)體層4及這些電極層3、5達(dá)到，例如，通過(guò)噴砂或通過(guò)激光達(dá)到。
在用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的激光處理系統(tǒng)中，可利用Nd: YAG或Yt: YAG類型的激光共振器以分別提供具有1064及1030nm波長(zhǎng)的光線。該激光較佳為展現(xiàn)出短于IOOns的脈沖時(shí)段以及0. lj/cm2至20J/cm2范圍內(nèi)的脈沖能量密度。布置在加工光束的路徑內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)含有方形形狀或圓形光纖纜線，以及光學(xué)成像組件而可供將光纖纜線的輸出成像在待加工的太陽(yáng)能模塊I的表面上。掃描儀光學(xué)組件可供在待加工的表面的平面內(nèi)移動(dòng)激光光點(diǎn)。掃描儀光學(xué)組件在待加工表面上的相對(duì)掃描速度較佳是在7m/s至20m/s之間，并且定位器是以100mm/S至400mm/s之間的相對(duì)前進(jìn)速度移動(dòng)該模塊。激光處理系統(tǒng)可進(jìn)一步含有運(yùn)用于待處理的基板2的支架。待加工的表面上的較佳激光光點(diǎn)掃描策略為圓形，其直徑等于或大致等于模塊的外圍區(qū)域10的寬度11。其他的激光光點(diǎn)路徑，像Lissajou圖形，此圖形展跨外圍區(qū)域10的寬度11并且由迭加屬于激光處理系統(tǒng)的一部份的振鏡掃描儀光學(xué)組件的映鏡的兩個(gè)諧波震蕩所構(gòu)成，而激光光點(diǎn)是以7m/s至20m/s之間的相對(duì)切線速度在圓形或其它Lissajou圖形上移動(dòng)，且圓形或其它Lissajou圖形是以100mm/s至400mm/s之間的相對(duì)速度沿待加工的模塊I的邊緣而移動(dòng)，同時(shí)后者是通過(guò)透過(guò)定位器按相對(duì)于加工光學(xué)系統(tǒng)lOOmm/s至400mm/s之間的速度來(lái)移動(dòng)基板2所達(dá)成。在附圖及前述說(shuō)明中雖已詳細(xì)列明且描述本發(fā)明，然而這些列明與描述應(yīng)被視為例述性和示范性而非限制性；本發(fā)明并不受限于公開(kāi)的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所主張發(fā)明時(shí)，能夠從學(xué)習(xí)這些附圖、公開(kāi)與權(quán)利要求來(lái)理解并進(jìn)行這些公開(kāi)具體實(shí)施例的其它變化。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包含”并不排除其它的構(gòu)件或步驟，同時(shí)數(shù)詞“一”并不排除復(fù)數(shù)個(gè)。在彼此互異的權(quán)利要求中陳述的某些措施的事實(shí)，并不表示不能基于有利目的而使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何參考符號(hào)皆不應(yīng)被詮釋為對(duì)專利范疇造成限制。主要組件符號(hào)說(shuō)明I :薄膜太陽(yáng)能電池2 :基板3:第一電極層4:光電轉(zhuǎn)換層5:第二電極層6 :溝槽7 :溝槽
8 :溝槽9:內(nèi)部范圍10 :外圍范圍11 :寬 度12 :掃描樣式13 :移動(dòng)
權(quán)利要求
1.一種利用激光從基板(2)剝蝕材料(3、4、5)的方法，其中，包含導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置通過(guò)調(diào)整以相對(duì)于基板(2)表面在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引所述激光的激光光點(diǎn)，所述方法包含下列步驟 a)相對(duì)于所述激光光點(diǎn)移動(dòng)(13)所述基板(2)，以及 b)通過(guò)在所述兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上以正弦類型諧波震蕩來(lái)撞擊所述導(dǎo)向裝置使在所述基板(2)表面上按封閉循環(huán)樣式(12)移動(dòng)所述激光光點(diǎn)。
2.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述導(dǎo)向裝置包含掃描儀光學(xué)組件，所述掃描儀光學(xué)組件含有兩個(gè)經(jīng)調(diào)整以在所述兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引所述激光光點(diǎn)的可軸旋的映鏡。
3.如前述權(quán)利要求所述的方法，所述方法包含下列步驟 c)按相同頻率并且以0°、90°或180°的震蕩相位移來(lái)軸旋所述映鏡，或者 c’ )按不同頻率并且以大于0°的震蕩相位移來(lái)軸旋所述映鏡。
4.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述兩個(gè)不同方向彼此垂直，并且分別平行于所述基板的邊緣成長(zhǎng)方形延伸。
5.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包含重復(fù)進(jìn)行步驟b)。
6.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述基板(2)設(shè)置于薄膜太陽(yáng)能電池(1)內(nèi)，所述材料(3、4、5)包含第一電極層(3)、光電轉(zhuǎn)換層(4)及第二電極層(5)，并且所述材料(3、4、5)按所述次序沉積于所述基板(2)上，使得所述第二電極層(5)經(jīng)設(shè)置而作為所述基板(2)表面。
7.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述基板(2)表面分割成內(nèi)部范圍(9)以及環(huán)繞于所述內(nèi)部范圍(9)的外圍范圍(10)，并且包含取代步驟b)的步驟b’ ) b ’)在所述兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上通過(guò)以正弦類型諧波震蕩來(lái)撞擊所述導(dǎo)向裝置而僅在所述基板(2)的所述外圍范圍(10)的表面上按封閉循環(huán)樣式移動(dòng)所述激光光點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述基板(2)表面上的封閉循環(huán)樣式(12)的最大寬度是小于等于設(shè)置于所述基板(2)的所述內(nèi)部范圍(10)與邊緣之間的所述外圍范圍(10)的寬度。
9.一種激光處理系統(tǒng)，其中，所述激光處理系統(tǒng)包含支架，用于待處理的基板(2);激光共振器，提供加工激光束；光學(xué)系統(tǒng)，布置于所述加工激光束的路徑內(nèi)，用于在待放置在所述支架上的所述基板(2)表面上將所述加工激光束成像為激光光點(diǎn)；掃描儀光學(xué)組件，經(jīng)調(diào)整以在所述基板(2)表面的平面內(nèi)移動(dòng)所述激光光點(diǎn)；以及定位器，經(jīng)調(diào)整以相對(duì)于所述加工激光束移動(dòng)所述基板，所述掃描儀光學(xué)組件經(jīng)調(diào)整以在兩個(gè)不同方向上移動(dòng)所述激光光點(diǎn)，而在所述兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上的正弦類型諧波震蕩于所述基板表面上產(chǎn)生封閉循環(huán)樣式。
10.如權(quán)利要求9所述的激光處理系統(tǒng)，其中，所述掃描儀光學(xué)組件包含兩個(gè)可軸旋映鏡，所述兩個(gè)可軸旋映鏡經(jīng)調(diào)整以在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引所述激光光點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的激光處理系統(tǒng)，其中，所述可軸旋的映鏡經(jīng)調(diào)整以按相同頻率并以0°、90°或180°的震蕩相位移來(lái)軸旋所述映鏡，或者按不同頻率并以大于0°的震蕩相位移來(lái)軸旋所述映鏡。
12.如權(quán)利要求9至11任意一項(xiàng)所述的激光處理系統(tǒng)，其中，以相對(duì)于所述基板(2)7m/s至IOm/s的速度來(lái)移動(dòng)所述激光光點(diǎn),較佳是lm/s至4m/s,且以IOOmm/s至400mm/S更佳，同時(shí)/或者由所述定位器以相對(duì)于所述加工激光束100mm/s至400mm/s的速度來(lái)移動(dòng)所述基板(2)。
13.如權(quán)利要求9至11任意一項(xiàng)所述的激光處理系統(tǒng)，其中，所述基板(2)設(shè)置于薄膜太陽(yáng)能電池(I)內(nèi)，所述薄膜太陽(yáng)能電池(I)含有待由所述加工激光束處理的材料(3、4、5),所述材料(3、4、5)包含第一電極層(3)、光電轉(zhuǎn)換層(4)及第二電極層(5),并且所述材料(3、4、5)按所述次序沉積于所述基板(2)上，使得所述第二電極層(5)經(jīng)設(shè)置而作為所述基板⑵表面。
14.如權(quán)利要求9至11任意一項(xiàng)所述的激光處理系統(tǒng)，其中，所述基板(2)表面被分割成內(nèi)部范圍(9)以及環(huán)繞于所述內(nèi)部范圍(9)的外圍范圍(10)，并且所述掃描儀光學(xué)組件經(jīng)調(diào)整用于在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上僅在所述基板(2)表面的所述外圍范圍(10)上產(chǎn)生封閉循環(huán)樣式的正弦類型諧波震蕩在所述兩個(gè)不同方向上移動(dòng)所述激光光點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求9至14任意一項(xiàng)所述的激光處理系統(tǒng)在基板(2)的微加工、熱性表面處理、激光感應(yīng)表面修改和/或表面硬化的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用激光從基板(2)剝蝕材料(3、4、5)的方法，其中，包含導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置經(jīng)調(diào)整以相對(duì)于基板(2)表面在兩個(gè)不同方向上導(dǎo)引激光的激光光點(diǎn)，該方法包含下列步驟a)相對(duì)于激光光點(diǎn)移動(dòng)(13)基板(2)；以及b)通過(guò)在兩個(gè)不同方向的每個(gè)方向上以正弦類型諧波震蕩來(lái)撞擊導(dǎo)向裝置使在基板(2)表面上按封閉循環(huán)樣式(12)移動(dòng)激光光點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102640304SQ201080046297
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者彼得·瑞徹史坦納, 詹士·岡士特, 馬丁·巴爾 申請(qǐng)人:歐爾利康太陽(yáng)能楚巴賀有限公司