DE102007052782B4 - Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht (11), wobei die TCO-Schicht (11) mit dem Laserlicht mindestens einer Laservorrichtung bestrahlt wird, wobei das Laserlicht auf der TCO-Schicht (11) eine linienförmige Intensitätsverteilung (4) aufweist und in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) über die TCO-Schicht (11) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht eine Wellenlänge zwischen 800 nm und 1800 nm aufweist, dass die mindestens eine Laservorrichtung im Dauerstrichbetrieb betrieben wird, und dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) in der Richtung senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine Breite (b) zwischen 10 µm und 50 µm aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • TCO-Schichten (Transparent and Conductive Oxide) werden beispielsweise bei Flachbildschirmen oder Dünnschicht-Solarzellen verwendet. Im Stand der Technik werden TCO-Schichten durch Aufheizen auf eine bestimmte Temperatur derart umstrukturiert, dass sich ihre thermischen und/oder elektrischen und/oder optischen Eigenschaften verändern, wobei sich beispielsweise ihr ohmscher Widerstand verringert und gegebenenfalls auch ihre Transmission erhöht.
  • Vereinzelt wird eine derartige Umformung durch ein rasterndes Bestrahlen mit einer Laserlichtquelle durchgeführt. Dabei werden gepulste Laserlichtquellen verwendet, deren Licht auf der TCO-Schicht eine punktförmige Intensitätsverteilung aufweist. Dieser Fokuspunkt wird zeilenweise über die TCO-Schicht gescannt.
  • Als nachteilig bei einem derartigen Verfahren erweist es sich, dass die Struktur der TCO-Schicht durch diese Bestrahlung vergleichsweise inhomogen wird. Dies hat seinen Grund darin, dass durch die punktweise Rasterung der TCO-Schicht Spannungen zwischen benachbarten Abschnitten der TCO-Schicht auftreten können. Weiterhin ergibt auch die Bestrahlung mit einer gepulsten Laserlichtquelle, die beispielsweise eine Pulslänge von 10 ns aufweist, ein sehr schnelles Aufheizen und Abkühlen einzelner räumlich sehr begrenzter Bereiche der TCO-Schicht und damit ebenfalls Spannungen und Inhomogenitäten.
  • US20060237404A1 offenbart ein Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht, die dabei mit Laserlicht bestrahlt wird, welches eine linienförmige Intensitätsverteilung aufweist und in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung über TCO-Schicht bewegt wird. Die Wellenlänge des Laserlichts beträgt von 350 nm bis 450 nm. Die Breite der Intensitätsverteilung beträgt von 150 µm bis 700 µm.
  • US20030224162A1 offenbart ein Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht mit Laserlicht einer Wellenlänge von 700 nm bis 1700 nm. Wie das Laserlicht über die TCO-Schicht zu führen ist, wird nicht erläutert.
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Angabe eines Verfahrens der eingangs genannten Art, dass eine gleichmäßigere Struktur der TCO-Schicht ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass das Laserlicht auf der TCO-Schicht eine linienförmige Intensitätsverteilung aufweist und in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung über die TCO-Schicht bewegt wird. Dadurch werden in Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung benachbarte Bereiche der TCO-Schicht gleichzeitig aufgeheizt und abgekühlt, so dass sich in dieser Richtung keine wärmeinduzierten Spannungen ergeben. Letztlich führt dies zu einer homogeneren Strukturierung der TCO-Schicht.
  • Das Laserlicht weist eine Wellenlänge zwischen 800 nm und 1800 nm auf.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die mindestens eine Laservorrichtung im Dauerstrichbetrieb betrieben wird. Dadurch wird das kurzfristige Auf- und Abheizen im beispielsweise Nanosekunden-Bereich vermieden. Auch diese Maßnahme kann zu einer homogeneren Ausbildung der TCO-Schicht beitragen.
  • Erfindungsgemäß weist die linienförmige Intensitätsverteilung in der Richtung senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine Breite zwischen 10 μm und 50 μm auf, vorzugsweise eine Breite zwischen 15 μm und 30 μm, beispielsweise eine Breite von 20 μm. Durch diese kleine Breite lässt sich auch bei den geringeren Leistungen, die im Dauerstrichbetrieb im Vergleich zum Pulsbetrieb gegeben sind, eine ausreichende Leistungsdichte zur Umstrukturierung der TCO-Schicht erzielen.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die linienförmige Intensitätsverteilung in der Richtung ihrer Längserstreckung eine Länge von mehr als 1,0 m, insbesondere eine Länge von mehr als 2,0 m, vorzugsweise eine Länge von mehr als 3,0 m, beispielsweise eine Länge von 3,3 m aufweist. Damit lassen sich auch sehr breite TCO-Schichten durch eine einzelne linienförmige Intensitätsverteilung abdecken.
  • Dabei besteht die Möglichkeit, dass das Verhältnis der Länge der linienförmigen Intensitätsverteilung zu ihrer Breite zwischen 50.000 und 500.000, insbesondere zwischen 100.000 und 300.000, vorzugsweise zwischen 140.000 und 200.000, beispielsweise 165.000 beträgt. Durch ein derartig großes Aspektverhältnis lässt sich trotz hoher Leistungsdichte, die zur Umstrukturierung geeignet ist, mit großer Effektivität eine große Fläche bestrahlen.
  • Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die linienförmige Intensitätsverteilung mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,05 m/s und 0,5 m/s, insbesondere zwischen 0,1 m/s und 0,3 m/s, vorzugsweise zwischen 0,13 m/s und 0,2 m/s, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,15 m/s über die TCO-Schicht bewegt wird. Damit lässt sich beispielsweise eine 6 m lange TCO-Schicht, die beispielsweise 3 m breit sein kann, innerhalb von 45 s vollständig beispielsweise mit einer 3 m breiten linienförmigen Intensitätsverteilung bestrahlen beziehungsweise umstrukturieren.
  • Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die Länge der linienförmigen Intensitätsverteilung und/oder die Leistungsdichte der linienförmigen Intensitätsverteilung veränderbar ist. Dadurch kann das Verfahren an unterschiedliche TCO-Schichten angepasst werden.
  • Die linienförmige Intensitätsverteilung weist in einer vorteilhaften Ausführung eine Leistungsdichte zwischen 1 kW/cm2 und 1000 kW/cm2, insbesondere zwischen 10 kW/cm2 und 750 kW/cm2, vorzugsweise zwischen 100 kW/cm2 und 500 kW/cm2, beispielsweise zwischen 200 kW/cm2 und 300 kW/cm2 auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt eine Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht, insbesondere der thermischen und/oder elektrischen und/oder optischen Eigenschaften der TCO-Schicht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
  • 1 schematisch eine TCO-Schicht, die vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wird;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung zur Erzeugung einer langen, schmalen Linie;
  • 3a eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht;
  • 3b eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht;
  • 4 eine mit einer der Vorrichtungen erzielbare Intensitätsverteilung in willkürlichen Einheiten;
  • 5 eine mit der Laservorrichtung erzielbare Intensitätsverteilung in willkürlichen Einheiten.
  • Zur Verdeutlichung ist in einigen der Figuren ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet.
  • Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben, wie eine geeignete linienförmige Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, bevor unter Bezugnahme auf 1 erläutert wird, wie das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
  • Das Grundprinzip einer Laservorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung ist in 2 dargestellt. Abgebildet sind sieben Lasermodule 1 mit ähnlichem, aber nicht zwingend gleichem Strahlprofil, die ein Optikmodul beleuchten. In diesem Optikmodul sind sieben Optikmittel 2 zur Strahlformung enthalten, die jeweils Laserlicht 3 mit einer zumindest abschnittsweise linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugen. Dabei wird durch den Einsatz von Vorrichtungen zur Homogenisierung (siehe 3a und 3b) die Linienlänge und die Flankenform jeder einzelnen Linie des Laserlichts 3 so eingestellt, dass in der Arbeitsebene durch Überlagerung der einzelnen Linien des Laserlichts 3 eine linienförmige Intensitätsverteilung 4 entsteht. Die zusammengesetzten sieben Teillinien des Laserlichts 3 ergeben eine homogene linienförmige Intensitätsverteilung 4. Die Lasermodule 1 können beispielsweise als Laserdiodenbarren ausgebildet sein.
  • Die Lasermodule 1, die dass Optikmodul beleuchten, können aufgrund der weitgehenden Unabhängigkeit des Optikmoduls vom Eingangsstrahl, problemlos ausgetauscht werden.
  • 3a zeigt eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht mit einem Linsenarray 5, das eine Mehrzahl von Linsen 6 aufweist. Die Linsen 6 sind als Zylinderlinsen mit Zylinderachsen in Y-Richtung ausgebildet. Es ist deutlich ersichtlich, dass der Mittenabstand (Pitch) P1, P2 der Linsen 6 in der Mitte des Linsenarrays 5 kleiner ist als am Rand. Dies wird dadurch erreicht, dass die Breite der Linsen 6 in X-Richtung (siehe eingezeichnetes Koordinaten-System), in der sie nebeneinander angeordnet sind, von der Mitte nach außen zunimmt. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Mittenabstand von der Mitte nach außen abnimmt.
  • Die Brennweite der Linsen 6 ist jedoch für sämtliche Linsen 6 gleich. Insbesondere kann die Brennweite f6 der in Z-Richtung hinteren brechenden Oberflächen der Dicke der Linsen 6 in Z-Richtung beziehungsweise in Ausbreitungsrichtung des homogenisierenden Lichts entsprechen.
  • 3b zeigt eine zweistufige Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht. Diese umfasst zwei Linsenarrays 7, 8, die jeweils eine Mehrzahl von Linsen 9, 10 aufweisen. Auch hier nimmt der Mittenabstand P1, P2 der Linsen 7, 8 von der Mitte nach außen zu. Alternativ besteht auch hier die Möglichkeit, dass der Mittenabstand von der Mitte nach außen abnimmt.
  • Auch bei dieser Vorrichtung ist die Brennweite der Linsen für sämtliche Linsen 9 auf dem ersten Linsenarray 7 und/oder für sämtliche Linsen 10 auf dem zweiten Linsenarray 8 gleich. Insbesondere kann die Brennweite f10 der in Z-Richtung hinteren brechenden Oberflächen dem Abstand der Linsen 9 zu den Linsen 10 in Z-Richtung entsprechen.
  • Durch die Variation des Mittenabstandes (Pitch) der Linsen 6, 9, 10 bei gleichzeitig konstanter Brennweite der einzelnen Linsen 6, 9, 10 des Linsenarrays 5 wird eine Abstrahlcharakteristik der Vorrichtung zur Homogenisierung realisiert, die beispielhaft aus 4 ersichtlich ist. Diese Abstrahlcharakteristik entsteht dadurch, dass sich im Brennpunkt einer Feldlinse Felder mit unterschiedlicher Größe überlagern. 4 zeigt, dass mit einer derartigen Vorrichtung zur Homogenisierung ein Intensitätsprofil erzeugt werden kann, das einen mittleren Bereich konstanter Intensität und zwei Randbereiche mit linear abfallender Intensität aufweist. Es kann also eine definierte, trapezförmige Winkelverteilung für eine oder zwei Achsen erzeugt werden.
  • In 5 ist ein Simulationsergebnis für die Laservorrichtung abgebildet. Zwei Linien des Laserlichts 3 mit trapezförmiger Intensitätsverteilung mit je 190 mm Länge werden zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung 4 zusammengesetzt. Die dabei erzielte Homogenität beträgt etwa 96% beziehungsweise etwa +/–2%.
  • Die Flanken mit konstanter Steigung der Intensitätsverteilung der einzelnen Linien des Laserlichts 3 können somit optimal in der Arbeitsebene zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung 4 überlagert werden. Dabei ist bei vergleichsweise schwacher Steigung der Flanken eine große Toleranz gegenüber Justageungenauigkeiten in der Arbeitsebene gegeben.
  • In 1 ist schematisch eine TCO-Schicht 11 abgebildet. Über die TCO-Schicht 11 wird eine linienförmige Intensitätsverteilung 4 in Richtung des Pfeiles 12 bewegt. Die linienförmige Intensitätsverteilung 4 ist zur Verdeutlichung deutlich breiter abgebildet.
  • Die TCO-Schicht weist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel eine Breite B von 3,3 m und eine Länge von 6 m auf. Die linienförmige Intensitätsverteilung 4 weist beispielsweise eine Breite b von 20 μm und eine Länge l von 3,3 m auf, die der Breite B der TCO-Schicht 11 entspricht. Die linienförmige Intensitätsverteilung 4 wird mit einer Geschwindigkeit von 0,15 m/s in Richtung des Pfeiles 12 über die TCO-Schicht 11 bewegt, so dass die Länge L in 45 s sukzessive bestrahlt wird. Dabei wird die Laservorrichtung im Dauerstrichbetrieb betrieben. Die Leistungsdichte der linienförmigen Intensitätsverteilung 4 beträgt 250 kW/cm2. Das Laserlicht 3 der Laservorrichtung weist eine Wellenlänge von 808 nm auf.
  • Durch die Bestrahlung mit der linienförmigen Intensitätsverteilung 4 wird die TCO-Schicht 11 derart verändert, dass eine Senkung des Ohmschen Widerstands der TCO-Schicht 11 erreicht wird. Je nach Art der TCO-Schicht kann durch die Bestrahlung auch eine Verbesserung der Transmission der TCO-Schicht erreicht werden. Die sehr gleichmäßige und homogene Bestrahlung mit der sich in Richtung des Pfeiles 12 bewegenden linienförmigen Intensitätsverteilung 4 ermöglicht eine sehr homogene Umwandlung der TCO-Schicht.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften einer TCO-Schicht (11), wobei die TCO-Schicht (11) mit dem Laserlicht mindestens einer Laservorrichtung bestrahlt wird, wobei das Laserlicht auf der TCO-Schicht (11) eine linienförmige Intensitätsverteilung (4) aufweist und in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) über die TCO-Schicht (11) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht eine Wellenlänge zwischen 800 nm und 1800 nm aufweist, dass die mindestens eine Laservorrichtung im Dauerstrichbetrieb betrieben wird, und dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) in der Richtung senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine Breite (b) zwischen 10 µm und 50 µm aufweist.
  2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) in der Richtung senkrecht zu ihrer Längserstreckung eine Breite (b) zwischen 15 µm und 30 µm aufweist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) in der Richtung ihrer Längserstreckung eine Länge (l) von mehr als 1,0 m aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) in der Richtung ihrer Längserstreckung eine Länge (l) von mehr als 3,0 m aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (l) der linienförmigen Intensitätsverteilung zu ihrer Breite (b) zwischen 50.000 und 500.000 beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (l) der linienförmigen Intensitätsverteilung zu ihrer Breite (b) zwischen 140.000 und 200.000 beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,05 m/s und 0,5 m/s über die TCO-Schicht (11) bewegt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,13 m/s und 0,2 m/s über die TCO-Schicht (11) bewegt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l) der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) der Breite (B) der TCO-Schicht (11) in Richtung der Längserstreckung der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) entspricht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) eine Leistungsdichte zwischen 1 kW/cm2 und 1000 kW/cm2 aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Intensitätsverteilung (4) eine Leistungsdichte zwischen 100 kW/cm2 und 500 kW/cm2 aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l) der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) veränderbar ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte der linienförmigen Intensitätsverteilung (4) veränderbar ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung mindestens einen Halbleiterlaser umfasst.
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