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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls, auf eine entsprechende Vorrichtung zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Für die monolithische Verschaltung von Dünnschichtmodulen ist eine Mikrostrukturierung notwendig. Diese Verschaltung stellt eine tote Zone dar, die die aktive Modulfläche verringert und damit die Ausgangsleistung reduziert. Je nach Modulkonzept beträgt die tote Fläche bis zu 7% der Modulfläche, das bedeutet direkt einen Leistungsverlust von bis zu 7%. Diese Verschaltungsfläche kann aus physikalischen Gründen nicht vollkommen eliminiert werden, jedoch ist eine deutliche Reduktion dieser Fläche einer der Hebel, um die Modulleistung zu erhöhen.
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Die
DE 10 2012 200 915 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Mehrschichtsystems unter Einsatz von eigeninterferenzfähiger Bearbeitungsstrahlung einer Wellenlänge, für die mindestens eine Schicht des Mehrschichtsystems partiell durchlässig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine gezielte Strukturierung von Schichten zur monolithischen Verschaltung von Dünnschichtsolarmodulen, bei der lokale Kurzschlüsse an Kanten minimiert oder vermieden werden, kann durch zwei Laserquellen mit voneinander verschiedenen Abtragsgeometrien oder Abtragseigenschaften erzielt werden. Dabei können Stufen zwischen den Schichten verbleiben. Die Eigenschaften der Laserquelle können dabei an die abzutragende Schicht angepasst sein.
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Es wird ein Verfahren zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls, vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
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Abtragen einer ersten Schicht unter Verwendung eines ersten Laserstrahls mit einem ersten Laserstrahldurchmesser am Schichtstapel, wobei der erste Laserstrahl eine erste Wellenlänge aufweist; und
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Abtragen einer zweiten Schicht unter Verwendung eines zweiten Laserstrahls mit einem zweiten Laserstrahldurchmesser, wobei der zweite Laserstrahl eine von der ersten Wellenlänge verschiedene zweite Wellenlänge aufweist, wobei der erste Laserstrahldurchmesser größer als der zweite Laserstrahldurchmesser ist.
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Ein Dünnschichtsolarmodul oder eine Dünnschicht-Solarzelle kann aus einer Mehrzahl von Schichten in Form eines Schichtstapels aufgebaut sein, die zur monolithischen Verschaltung strukturiert werden. Der Schichtstapel kann zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfassen. Bei der ersten Schicht kann es sich um eine p-dotierte Schicht handeln. Bei der zweiten Schicht kann es sich um eine Absorberschicht handeln. Vorteilhaft kann mit den beschriebenen Verfahrensschritten eine kurzschlussfreie oder kurzschlussarme Struktur mit insbesondere einem geringen Flächenbedarf geschaffen werden.
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Im Schritt des Abtragens der ersten Schicht kann der erste Laserstrahl eine Wellenlänge innerhalb eines Toleranzbereichs um und ergänzend oder alternativ oberhalb einer Bandkante der zweiten Schicht und ergänzend oder alternativ eines Absorbers des Schichtstapels aufweisen. Unter einer Bandkante kann eine Bandlücke, ein Bandabstand oder ein energetischer Abstand zwischen einem bzw. dem Valenzband und einem bzw. dem Leitungsband eines Festkörpers verstanden werden. Insbesondere kann der erste Laserstrahl eine Wellenlänge größer oder gleich 1 Mikrometer aufweisen. Vorteilhaft kann die Wellenlänge des ersten Laserstrahls derart gewählt werden, dass gezielt die erste Schicht abgetragen werden kann.
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Im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht kann der zweite Laserstrahl eine Wellenlänge im Infrarotbereich aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht der zweite Laserstrahl eine Wellenlänge zwischen dem Infrarotbereich und einem sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Vorteilhaft kann die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls derart gewählt werden, dass insbesondere die zweite Schicht abgetragen werden kann, ohne oder mit nur einem geringen Einfluss auf die auf der zur ersten Schicht an der zweiten Schicht gegenüberliegende Schicht zu beeinflussen oder abzutragen.
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Der erste Laserstrahl kann im Schritt des Abtragens der ersten Schicht aus einer der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite der ersten Schicht auf die erste Schicht abgestrahlt werden. Der zweite Laserstrahl kann im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht von einer an der ersten Schicht anliegenden Seite der zweiten Schicht auf die zweite Schicht auf die zweite Schicht abgestrahlt werden. Der zweite Laserstrahl kann im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht von einer der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite des Schichtstapels auf die zweite Schicht abgestrahlt werden. Der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl können von einer Seite auf den Schichtstapel wirken und nacheinander die entsprechenden Schichten abtragen. Alternativ können die beiden Laserstrahlen von zwei gegenüberliegenden Seiten auf den Schichtstapel wirken. Dabei können Eigenschaften des zweiten Laserstrahls entsprechend der Wirkrichtung auf den Schichtstapel gewählt werden.
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Ferner kann im Schritt des Abtragens der ersten Schicht der erste Laserstrahldurchmesser am Schichtstapel einen Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern aufweisen. Vorteilhaft kann im Schritt des Abtragens der ersten Schicht der erste Laserstrahldurchmesser am Schichtstapel einen Durchmesser von weniger als 40 Mikrometern. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn im Schritt des Abtragens der ersten Schicht der erste Laserstrahldurchmesser am Schichtstapel einen Durchmesser von weniger als 30 Mikrometern aufweist. Vorteilhaft kann ein schmaler Graben abgetragen werden. Der Laserstrahldurchmesser kann eine minimale Breite für den Graben kennzeichnen oder repräsentieren. Vorteilhaft kann ein schmalerer Graben als bei einer mechanischen Bearbeitung geschaffen werden.
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Die Schritte des Abtragens der ersten Schicht und ergänzend oder alternativ der zweiten Schicht können unter Verwendung einer Strahllageerkennungseinrichtung ausgeführt werden. So können Prozessabweichungen sofort analysiert und entsprechend korrigiert werden. Vorteilhaft kann die Genauigkeit oder eine Qualität verbessert werden.
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Vorteilhaft kann im Schritt des Abtragens eine erste Lage und ergänzend oder alternativ erste Position des ersten Laserstrahldurchmessers an dem Schichtstapel abhängig von einer zweiten Lage und ergänzend oder alternativ zweiten Position des zweiten Laserstrahldurchmessers sein. Ferner können der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl eine innerhalb eines Toleranzbereichs gleiche Repetitionsrate aufweisen. Unter einer Position kann eine Position auf einer Oberfläche des Schichtstapels verstanden werden. Unter einer Lage kann ein Winkel des Laserstrahls zu einer Oberfläche des Schichtstapels verstanden werden. So können die zwei durch das Abtragen der ersten Schicht respektive der zweiten Schicht entstehenden Gräben oder Abtragsgräben in der ersten Schicht respektive der zweiten Schicht optimal aufeinander abgestimmt werden. So kann eine filigrane, qualitativ hochwertige Struktur geschaffen werden. Unter einer innerhalb eines Toleranzbereichs gleichen Repetitionsrate kann vorliegend eine Abweichung der Repetitionsrate von höchstens 10 Prozent verstanden werden. Unter einer Repetitionsrate kann eine Wiederholungsrate von Pulsen eines der Laser verstanden werden.
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Der erste Laserstrahl kann im Schritt des Abtragens der ersten Schicht einen konstanten zeitlichen Versatz und ergänzend oder alternativ relativen Abstand zu dem zweiten Laserstrahl im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht aufweisen. So kann das Verfahren besonders effektiv umgesetzt werden.
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Der erste Laserstrahl kann im Schritt des Abtragens der ersten Schicht gepulst sein beziehungsweise gepulst betrieben werden. Ferner kann im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht der zweite Laserstrahl gepulst sein beziehungsweise gepulst betrieben werden. Insbesondere können der erste Lasterstrahl und der zweite Laserstrahl eine gleiche Pulsfrequenz aufweisen.
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Im Schritt des Abtragens der ersten Schicht kann der erste Laserstrahl elliptisch geformt sein. Ferner kann im Schritt des Abtragens der zweiten Schicht der zweite Laserstrahl elliptisch geformt sein. So können die beiden Gräben besonders gut beziehungsweise genau aufeinander abgestimmt hergestellt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern beziehungsweise umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus der monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines Strukturierens von Schichten eines Schichtstapels zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung eines Strukturierens von Schichten eines Schichtstapels zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Aufsicht auf eine erste Schicht eines Schichtstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung einer Anordnung von optischen Elementen zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung einer Anordnung von optischen Elementen zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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8 eine schematische Darstellung einer Überlagerung von Laserpulsen auf dem Schichtstapel bei gleicher Pulsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus der monolithischen Verschaltung bei eines Dünnschicht-Solarmoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der hier dargestellten Dünnschicht-Solarzelle 100 handelt es sich um eine sogenannte CIGS-Solarzelle 100, welche auf dem Werkstoff Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) basiert. Die Dünnschicht-Solarzelle 100 umfasst ein Trägermaterial 102, auf dem die folgenden Schichten angeordnet sind. Das Trägermaterial 102 wird auch als Substrat 102 bezeichnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Trägermaterial 102 um Glas. An dem Trägermaterial 102 anliegend ist eine Rückkontakt-Schicht 104 angeordnet, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Molybdän (Mo) realisiert ist. Auf der Rückkontakt-Schicht 104 ist eine namensgebende Absorber-Schicht 106 aus dem Halbleiter Cu(In,Ga)Se2 angeordnet. In der Absorber-Schicht 106 wird ein Großteil eines eingestrahlten Lichts aufgenommen. Die Absorber-Schicht 106 ist durch intrinsische Defekte des Materials leicht p-dotiert. Auf der Absorber-Schicht 106 ist separiert durch zwei Pufferschichten 108, 110 aus Kadmiumsulfid (CdS) 108 und undotiertem Zinkoxid (ZnO) 110 eine n-dotierte Schicht 112 mit Aluminium (Al) stark dotierte Zinkoxid-Schicht 112 (ZnO:Al) angeordnet. Die Zinkoxid-Schicht 112 bildet eine transparente leitfähige Oxidschicht, welche für sichtbares Licht durchlässig ist. Die Zinkoxid-Schicht 112 wird auch als Fenster 112 oder erste Schicht 114 bezeichnet. Die Absorber-Schicht 106 wird auch als zweite Schicht 116 bezeichnet. Eine asymmetrische Raumladungszone ergibt sich aus der asymmetrischen Dotierung der Schichten, die sich tiefer in den Absorber 106 erstreckt als in die erste Schicht 114.
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In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Trägermaterial 102 um eine Metallfolie oder ein Hochtemperatur-Polymere wie zum Beispiel Polyimid.
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Die Dünnschicht-Solarzelle 100 weist drei Gräben P1, P2, P3 auf. Bei dem ersten Graben P1 ist die Rückkontakt-Schicht 104 im Bereich des ersten Grabens P1 unterbrochen. In dem Bereich des zweiten Grabens P2 sind die Absorber-Schicht 106 sowie die zwei Pufferschichten 108, 110 unterbrochen und die n-dotierte Schicht 112 verläuft entlang der Seitenwände des Grabens P2 in und entlang der Rückkontakt-Schicht 104. Im Bereich des dritten Grabens P3 sind bis auf die Rückkontakt-Schicht 104 und das Trägermaterial 102 alle Schichten durchbrochen.
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So zeigt 1 einen exemplarischen Aufbau einer monolithischen Verschaltung bei einer CIS-Technologie nutzenden Dünnschicht-Solarzelle 100. Die Laserstrukturierung hat sich im Bereich der siliziumbasierten Dünnschichtfotovoltaik in den letzten Jahren mit Einsatz von ns-Kurzpulslasern etabliert. Für die Strukturierung von CIS wird der erste Strukturierungsschritt (P1) heute ebenfalls mit ns-Lasern durchgeführt; jedoch zeigt sich hier insbesondere bei Verwendung von Diffusionsbarrieren, dass dieser Prozess meist ein sehr geringes Prozessfenster besitzt. Die im Folgenden beschriebene Vorrichtung beziehungsweise das im Folgenden beschriebene Verfahren bewahrt die Diffusionsbarriere vor einer Beschädigung, während die erste metallische Schicht 104 aus Molybdän komplett abgetragen wird. Die nachfolgenden Strukturierungen (P2 und P3) werden aktuell bei CIS-Modulen mit Hartmetallsticheln durchgeführt. Vorteilhaft entfällt bei dem hier vorgestellten Verfahren ein mechanisches Verschleißen, Schärfen von Hartmetallsticheln oder ein tägliches Tauschen von Komponenten. Eine maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit beträgt rund 0,5 m/s bei einer mechanischen Bearbeitung, während bei dem im Folgenden vorgestellten Verfahren die maximale Geschwindigkeit durch die Systemtechnik der Anlage begrenzt wird. Typische Spurbreiten einer mechanischen Bearbeitung betragen in der Produktion im besten Fall circa 50 Mikrometer. Meist treten bei dieser Bearbeitung Muschelausbrüche auf, sodass die Spur zusätzlich um einige 10 Mikrometer verbreitert wird. Die Ablösung dieses mechanischen Werkzeugs durch einen berührungslos und präzise abtragenden Laser stellt damit eine echte Innovation dar. Gerade bei flexiblen Substraten wird eine mechanische Strukturierung nahezu unmöglich und ein berührungsloser Abtrag notwendig. Bei Metallsubstraten ist eine isolierende Zwischenschicht zu der Molybdän-Schicht notwendig, die bei der P1-Strukturierung beschädigt wurde, sodass Kurzschlüsse auftraten. Bei der P2-Strukturierung können zum Teil sehr gute elektrische Eigenschaften erreicht werden. Hierbei wird eine Verbesserung des Wirkungsgrads gegenüber der mechanischen Strukturierung beobachtet.
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Zur vereinfachten Darstellung wird in den folgenden Figuren 3 bis 7 die Dünnschicht-Solarzelle 100 als Schichtstapel 118 beschrieben, wobei der Schichtstapel 118 zumindest neben der ersten Schicht 114, der zweiten Schicht 116, die Rückkontakt-Schicht 104 und die Trägermaterial-Schicht 102 umfasst.
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Ein Aspekt der vorliegenden Idee ist die Realisierung einer gezielten Strukturierung der Schichten 102, 104, 106, 108, 110, 112 beziehungsweise Schichten 114, 116 zur monolithischen Verschaltung von Dünnschichtsolarmodulen (speziell CIGS) durch ein geeignetes Laserverfahren, wobei durch das im Speziellen in 9 beschriebene Verfahren besonders gute Kanteneigenschaften erzielt werden, bei denen lokale Kurzschlüsse minimiert beziehungsweise komplett vermieden werden. Solche Kurzschlüsse entstehen häufig durch entstehende Schmelze und sind insbesondere bei der Strukturierung der Kontakte ein Grund für Ausschuss beziehungsweise schlechtere Leistung.
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Von Vorteil ist die Verwendung von zwei Laserquellen mit unterschiedlichen Abtragsgeometrien und Abtragseigenschaften. 1 zeigt eine Variante zur Herstellung eines P3-Grabens. Die Trägerschicht 102 ist ein Glassubstrat, die Rückkontaktschicht 104 bildet eine Elektrode, die Absorberschicht 106 bildet einen Absorber und die n-dotierte Schicht 112 beziehungsweise mit Aluminium (Al) stark dotierte Zinkoxid-Schicht 112 (ZnO:Al) bildet die zweite Elektrode. Bei CIGS ist die Rückkontaktschicht 104 typischerweise Molybdän, die Absorberschicht 106 das CIGS und die n-dotierte Schicht 112 ein transparentes Oxid.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 220 zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 beschriebenen Schichtstapels 118 handeln beziehungsweise kann es sich bei der Dünnschicht-Solarzelle um ein in 1 beschriebenes Ausführungsbeispiel einer Dünnschicht-Solarzelle 100 handeln. Die Vorrichtung 220 umfasst eine Einrichtung 222 zum Abtragen einer ersten Schicht unter Verwendung eines ersten Laserstrahls und eine Einrichtung 224 zum Abtragen einer zweiten Schicht unter Verwendung eines zweiten Laserstrahls. Der erste Laserstrahl weist an dem Schichtstapel einen ersten Laserstrahldurchmesser auf. Der zweite Laserstrahl weist an dem Schichtstapel einen zweiten Laserstrahldurchmesser auf. Der erste Laserstrahl weist eine erste Wellenlänge auf, der zweite Laserstrahl weist eine zweite Wellenlänge auf. Dabei unterscheidet sich der erste Laserstrahldurchmesser von dem zweiten Laserstrahldurchmesser sowie die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge. Der erste Laserstrahldurchmesser ist größer als der zweite Laserstrahldurchmesser.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst der Schichtstapel eine erste Schicht, eine zweite Schicht sowie eine Absorberschicht. Die Schichten des Schichtstapels weisen unterschiedliche Charakteristika auf, sodass je nach Wellenlänge eines auftreffenden Laserlichts unterschiedliche Prozesse in den Schichten angestoßen werden können. So wird in einem Ausführungsbeispiel die Wellenlänge des ersten Laserstrahls an eine Bandkante der zweiten Schicht oder der Absorberschicht angepasst. So weist der Laserstrahl in einem Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge größer oder gleich einem Mikrometer (1 µm) auf. Der zweite Laserstrahl weist in einem Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge im Infrarotbereich auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der zweite Laserstrahl eine Wellenlänge im Bereich zwischen dem Infrarotbereich und dem Beginn des sichtbaren Spektralbereichs auf.
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In den in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Einrichtung 222 zum Abtragen der ersten Schicht unter Verwendung des ersten Laserstrahls 330 derart ausgebildet, dass der erste Laserstrahl 330 von einer der zweiten Schicht 116 gegenüberliegenden Seite auf die erste Schicht 114 einwirkt. Der erste Laserstrahl 330 trifft in einem Toleranzbereich von 10 % senkrecht auf die Oberfläche der ersten Schicht 114.
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In einem Ausführungsbeispiel beträgt der erste Laserstrahldurchmesser 334 am Schichtstapel 118 weniger als 50 Mikrometer. In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel beträgt der erste Laserstrahldurchmesser 334 weniger als 40 Mikrometer dabei beträgt in einem günstigen Ausführungsbeispiel der erste Laserstrahldurchmesser 334 weniger als 30 Mikrometer.
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Dabei beträgt in einem Ausführungsbeispiel der zweite Laserstrahldurchmesser 336 weniger als 35 Mikrometer. In einem günstigen Ausführungsbeispiel beträgt der zweite Laserstrahldurchmesser 336 weniger als die Hälfte als der erste Laserstrahldurchmesser 334.
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3 und 4 zeigen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strukturierung von Dünnschichtsolarmodulen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Strukturierens von Schichten eines Schichtstapels 118 zur monolithischen Verschaltung einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel 118 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 beschriebenen Schichtstapel 118 handeln. Der Schichtstapel 118 weist eine Trägerschicht 102, eine Rückkontaktschicht 104, eine zweite Schicht 116 sowie eine erste Schicht 114 auf. Ein erster Laserstrahl 330 wird von der Schichtseite beziehungsweise der Seite der ersten Schicht 114 aus eingestrahlt. Ein zweiter Laserstrahl 332 wird von der gleichen Seite wie der erste Laserstrahl 330 eingestrahlt. So strahlt der zweite Laserstrahl 332 von der Schichtseite beziehungsweise der Seite der ersten Schicht 114 aus. Der erste Laserstrahl 330 weist an einer dem ersten Laserstrahl 330 zugewandten Oberfläche der ersten Schicht 114 einen ersten Laserstrahldurchmesser 334 auf. Der zweite Laserstrahl 332 weist an einer dem zweiten Laserstrahl 332 beziehungsweise der ersten Schicht zugewandten Oberfläche der zweiten Schicht 116 einen zweiten Laserstrahldurchmesser 336 auf. Ein Pfeil 338 repräsentiert eine erste Bewegungsrichtung 338 des ersten Laserstrahls 330. Ein Pfeil 340 repräsentiert eine zweite Bewegungsrichtung 340 des zweiten Laserstrahls 332. Die erste Bewegungsrichtung 338 sowie die zweite Bewegungsrichtung 340 entsprechen einander. In der Darstellung in 3 weisen die Bewegungsrichtungen 338, 340 in der Zeichenebene von rechts nach links. Als Referenz ist in 3 ein kartesisches Koordinatensystem mit einer in der Darstellung von links nach rechts weisenden x-Achse oder Abszisse und einer von oben nach unten in der Darstellung weisenden z-Achse als Ordinate dargestellt. Dementsprechend entsprechen die Bewegungsrichtungen 338, 340 einer negativen Bewegung entlang der x-Achse. Dabei ist der erste Laserstrahl 330 ausgebildet, die erste Schicht 114 abzutragen. Der zweite Laserstrahl 332 ist ausgebildet, die zweite Schicht 116 abzutragen.
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Bei 3 wird der Laser beziehungsweise der erste Laserstrahl 330 von der Schichtseite eingesetzt. Um nicht mit jedem Laserschritt zusätzliche Schmelze zu erzeugen und damit keine Verbesserung zum Ausgangszustand zu erreichen, wird ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge in der Nähe oder oberhalb der Bandkante des Absorbers 106 ist. Hierzu sind Wellenlängen ab 1,0 µm geeignet. Der Laser wird dann in der Grenzschicht zwischen zweiter Schicht 116 und Rückkontaktschicht 104 absorbiert und dort Material verdampft, sodass die zweite Schicht 116 abgesprengt wird. Hierbei entstehen scharfe Bruchkanten an der Absorberschicht 106 beziehungsweise der zweiten Schicht 116 mit guten isolierenden Eigenschaften – im Vergleich zu angeschmolzenen Schichten. Der Strahldurchmesser des zweiten Laserstrahls 332 ist kleiner als der des ersten Laserstrahls 330, da für ein robustes Verfahren die Bruchkantenbereiche im Material der ersten Schicht 114 und der zweiten Schicht 116 nicht räumlich überlappen, da sonst Bruchstücke am Rand entstehen können, die dann einen lokalen Kurzschluss verursachen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel emittiert der zweite Laserstrahl 332, der auch als Infrarotstrahlquelle bezeichnet wird, Pulse im Nanosekunden- oder Picosekunden-Bereich, um diesen Absprengprozess optimal auslösen zu können.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Strukturierens von Schichten eines Schichtstapels zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel 118 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 oder 3 beschriebenen Schichtstapel 118 handeln. Die Darstellung in 4 entspricht weitgehend der Darstellung in 3, mit dem Unterschied, dass der zweite Laserstrahl 332 von der Glasseite aus arbeitet. So dringt der zweite Laserstrahl 332 durch die Trägerschicht 102 und die Rückkontaktschicht 104, um die zweite Schicht 116 abzutragen.
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3 zeigt eine Variante zur Herstellung des in 1 dargestellten P3-Grabens mit beiden Laserstrahlen 330, 332 von der Schichtseite. 4 zeigt eine Variante zur Herstellung des P3-Grabens mit erstem Laserstrahl 330 von der Schichtseite und zweitem Laserstrahl 332 von der Glasseite des Schichtstapels 118. So unterscheiden sich 3 und 4 in der Anwendung des zweiten Laserstrahls 332. Bei 3 arbeitet der Laserstrahl 332 von der Schicht- und bei 4 von der Glasseite (Trägerschicht 102). Die Auswahl, welche dieser Varianten zur Anwendung kommt, hängt vom eingesetzten Schichtensystem und den Eigenschaften des eingesetzten zweiten Laserstrahls 332 ab. Der Zusammenhang wird nachstehend noch weiter erläutert.
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In 4 wird der zweite Laserstrahl 332 zum Ablösen beziehungsweise Absprengen des Absorbers 106 durch das Glas 102 in das Schichtsystem 118 eingekoppelt. Hierzu sind ebenfalls Laser im infraroten Wellenlängenbereich geeignet, jedoch können hierbei auch Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden. Im Gegensatz zu der in 3 dargestellten Variante, die von der Schichtseite her arbeitet, können auch längere Pulse bis hin zum Dauerstrichbetrieb für die Prozessführung durch das Glas von Vorteil sein, da so keine zu hohen Pulsspitzenleistungen verwendet werden, die zu Beschädigung der Elektrode 2 beziehungsweise der ersten Schicht 114 führen können.
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5 zeigt eine schematische Aufsicht von einer ersten Schicht 114 eines Schichtstapels 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel 118 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1, 3 oder 4 beschriebenen Schichtstapel 118 handeln. In der Aufsicht ist der erste Laserdurchmesser 334 des ersten Laserstrahls 330 sowie der zweite Laserdurchmesser 336 des zweiten Laserstrahls 332 jeweils als ein kreisförmiger Laserstrahl 330, 332 sichtbar. Entsprechend 3 ist die Bewegungsrichtung 338, 340 der beiden Laserstrahlen 330, 332 in negativer Richtung der x-Achse ausgerichtet. Von dem ersten Laserstrahl 330 in x-Richtung ist auf einer Breite, die dem ersten Laserdurchmesser 334 entspricht die erste Schicht 114 abgetragen und somit die zweite Schicht 116 des Schichtstapels 118 sichtbar. Innerhalb eines Toleranzbereichs von 5 % ist der zweite Laserstrahl 332 innerhalb des durch den ersten Laserstrahl 330 abgetragenen Bereichs entlang der x-Achse ausgerichtet, sodass der zweite Laserstrahl 332 auf die zweite Schicht 116 trifft, wobei der zweite Laserstrahl 332 ausgebildet ist, die zweite Schicht 116 abzutragen. So ist von dem zweiten Laserstrahl 332 in x-Richtung auf einer Breite, die dem zweiten Laserstrahldurchmesser 336 entspricht, die zweite Schicht 116 abgetragen und somit die Rückkontaktschicht 104 sichtbar.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Probe von der Schichtseite her. Hierbei wird deutlich, dass der erste Laserstrahl 330 einen größeren Strahldurchmesser 334 am Werkstück hat als der zweite Laserstrahl 332, sodass ein breiterer Abtrag der ersten Schicht 114 entsteht als durch den zweiten Laserstrahl 332 an der zweiten Schicht 116. Bei der Bearbeitung von transparenten Oxiden auf CIGS mit Laserpulsen, die kürzer als 2 Nanosekunden sind, ist aus der Literatur bekannt, dass durch sehr gute optische Absorption im Absorber 106 beispielsweise durch Verwendung von Wellenlängen im sichtbaren, beispielsweise bei 532 nm, nur eine sehr dünne Schicht des Absorbers sehr schnell verdampft wird und so ein Absprengen der darüber liegenden transparenten Oxidschicht erfolgt. Wenn dieser Laserschritt so durchgeführt wird, entsteht jedoch auf der Oberfläche von der zweiten Schicht 116 eine dünne, abgeschmolzene Schicht (unabhängig von der verwendeten Laserquelle) mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als der Absorber 106 selbst (dabei entspricht der Absorber 106 beziehungsweise die Absorberschicht 106 der zweiten Schicht 116). Hierdurch entstehen elektrische Verluste. Das hier beschriebene Verfahren beziehungsweise das hier zugrunde liegende Verfahren verwendet deshalb einen zweiten Laserschritt, um die elektrische Trennung zu verbessern.
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5 zeigt für beide Varianten in der Draufsicht, dass der Strahldurchmesser 334, 336 für den ersten Laserstrahl 330 am Werkstück deutlich größer als der des zweiten Laserstrahls 332 ist. Ein Ziel für den Laserprozess ist die Spurbreite im Vergleich zu einem mechanischen Werkzeug zu reduzieren. Hierzu ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Spurbreite in der ersten Schicht 114 kleiner als 50 Mikrometern, besser kleiner als 40 Mikrometer. Eine der Herausforderungen hierbei ist, dass der zweite Laserstrahl 332 (insbesondere wenn der zweite Laserstrahl 332 von der Schichtseite her wirkt) eine größere Wellenlänge besitzt und damit im Allgemeinen die Fokussierbarkeit im Vergleich zu dem ersten Laserstrahl 330 geringer ist. Das bedeutet, dass die Spurbreite des zweiten Laserstrahls 332 kleiner als 40 Mikrometer, besser kleiner als 30 Mikrometer, ist. Hieraus folgt, dass der Laserprozess zum Trennen des Absorbers 106 bezüglich der Lage des Bearbeitungsortes senkrecht zur Substratfläche in z empfindlich ist und ebenso dieser Laserstrahl mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern in y, das heißt quer zur Strukturierungsrichtung x, geführt wird. Für die Variante aus 3 können hierfür die beiden Laserstrahlen 330, 332 über eine Bearbeitungsoptik geführt werden, die zum Beispiel mit einem Kamerasystem ausgestattet ist, das die Lage der beiden Laserstrahlen auf dem Werkstück beziehungsweise deren Abtragergebnis zueinander beobachtet wird und diese Messung genutzt wird, um den zweiten Laserstrahl 332 relativ zu dem ersten Laserstrahl 330 zu positionieren. Hierzu ist der zweite Laserstrahl 332 unabhängig von dem ersten Laserstrahl 330 durch Verwendung von schnellen motorisierten Spiegeln (beispielsweise mit Piezoantrieb) bewegbar.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von optischen Elementen zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel 118 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 oder 3 bis 5 beschriebenen Schichtstapel 118 handeln. Eine erste Strahlquelle 642 ist ausgebildet, einen ersten Laserstrahl 330 bereitzustellen. Eine zweite Laserquelle 644 ist ausgebildet, einen zweiten Laserstrahl 332 bereitzustellen. Der zweite Laserstrahl 332 wird über einen ersten motorisierten Spiegel 646 und einen zweiten motorisierten Spiegel 648 auf ein optisches Element 650 zum Kombinieren des ersten Laserstrahls 330 und des zweiten Laserstrahls 332 geleitet. Der erste Laserstrahl 330 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel direkt von der Laserquelle 642 auf das optische Element 650 zum Kombinieren emittiert. Von dem optischen Element 650 zum Kombinieren der zwei Laserstrahlen 330, 332 gelangen die beiden Laserstrahlen 330,332 auf ein optisches Element 652 welches ausgebildet ist, einen Teil der Leistung der beiden Laserstrahlen 330, 332 auszukoppeln und an einen Strahlungsdetektor 654 zu leiten und einen anderen Teil der Leistung der beiden Laserstrahlen 330, 332 an ein optisches Element 656 zur räumlichen Aufspaltung der zwei Laserstrahlen 330, 332 zu leiten. Bei dem optischen Element 656 zur räumlichen Aufspaltung der zwei Laserstrahlen 330, 332 handelt es sich in einem Ausführungsbeispiel um ein Prisma oder ein diffraktives optisches Element. Von dem optischen Element 656 zur räumlichen Aufspaltung der zwei Laserstrahlen 330, 332 gelangen die zwei Laserstrahlen 330, 332 über ein fokussierendes optisches Element 658 als zwei räumlich getrennt, parallel verlaufende Laserstrahlen 330, 332 auf den Schichtstapel 118. In einem Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsdetektor 654 mit einer Auswerteeinrichtung 660 verbunden.
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Eine weitere Variante um die beiden Strahlen 330, 332 richtig zueinander zu positionieren ist in 6 dargestellt. Hierbei sind die Strahlquellen 642, 644 Laser, die jeweils einen Laserstrahl 330, 332 bereitstellen. Die Laserstrahlen 330, 332 werden über das optische Element 650 kombiniert. An dem optischen Element 652 wird ein geringer Teil der Leistung beider Strahlen 330, 332 in den Strahlungsdetektor 654 eingekoppelt. Hierbei handelt es sich um einen Strahllagedetektor 654, der die Lage beider Strahlen 330, 332 im Raum misst. Entscheidend hierbei ist jedoch, dass die beiden gepulsten Strahlquellen 642, 644 mit unterschiedlicher Frequenz betrieben werden, sodass die beiden Signale 330, 332 unterschieden werden können. Hierfür kann es zusätzlich sinnvoll sein, das Lasertriggersignal der beiden Laser 642, 644 der Auswerteinheit 660 des Sensors 654 zur Verfügung zu stellen. Strahllagesensoren 654 können zum Beispiel mit Hilfe von ortsempfindlichen Dioden (PSDs) aufgebaut werden. Hierbei ist das Lagesignal in weiten Bereichen sowohl von der Wellenlänge als auch in der Leistung unabhängig, sodass die relative Lage der beiden Laserstrahlen 330, 332 im Raum mit nur einem Detektionssystem sehr genau gemessen werden kann. Die Lage der Strahlen 330, 332 zueinander wird dann über eine Auswerteinheit 660 bestimmt und der Strahl 332 in diesem Beispiel (Gleiches ist auch für Strahl 330 möglich) wird mithilfe der motorisierten Spiegel 648, 650 positioniert. Das Element 656 dient zur räumlichen Aufspaltung der Strahlen 330, 332, dies ist zum Beispiel mit einem Prisma oder auch einem diffraktiven optischen Element möglich. Vorteilhaft ist hierbei, wenn der Abstand zum fokussierenden Element 658 genau gleich der Brennweite von dem fokussierenden Element 658 ist, da dann die beiden Strahlen 330 und 332 parallel zueinander verlaufen. Um in beide x- beziehungsweise frei in der x-y-Ebene arbeiten zu können, kann das Element 656 drehbar gelagert werden. So zeigt 6 eine Anordnung der optischen Elemente zur Realisierung eines Abtrags nach 3.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von optischen Elementen zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Schichtstapel 118 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 oder 3 bis 6 beschriebenen Schichtstapel 118 handeln. 7 zeigt eine Anordnung der optischen Elemente vergleichbar zu 6, wobei ein Abtragsprozesses entsprechend 4 umgesetzt wird. Eine erste Laserquelle 642 stellt einen ersten Laserstrahl 330 bereit. Eine zweite Laserquelle 644 stellt einen zweiten Laserstrahl 332 bereit. Der erste Laserstrahl 330 und der zweite Laserstrahl 332 wirken oder fallen von zueinander gegenüberliegenden Seiten auf den Schichtstapel 118 ein. Der erste Laserstrahl 330 wird über ein reflektives optisches Element 648 und ein fokussierendes optisches Element 658 auf eine Oberfläche der ersten Schicht 114 des Schichtstapels 118 geleitet. Der zweite Laserstrahl 332, der von der zweiten Laserquelle 644 ausgesendet wird, wird über einen motorisierten Kippspiegel 762 auf den Schichtstapel gelenkt. Eine Position der Laserstrahlen 330, 332 auf dem Schichtstapel 118 wird von einer schnellen Kamera 764 erfasst, wobei ein Kamerasignal an eine Verriegelungseinrichtung 766 geleitet wird. Die Verriegelungseinrichtung 766 ist mit dem motorisierten Kippspiegel 762 verbunden, um diesen derart zu steuern, dass eine Position und ergänzend oder alternativ eine Lage des zweiten Laserstrahls 332 in Abhängigkeit des ersten Laserstrahls 330 gesteuert wird.
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Für die Realisierung eines Abtragsprozesses nach 4 ist in 7 ein möglicher Aufbau skizziert, um die beiden Strahlen 330, 332 (Lasergeräte 642 und 644) zueinander ausrichten zu können. Hierbei werden beispielsweise mithilfe einer schnellen Kamera 764 die beiden Abtragsspuren 870, 872 (vergleichbar zu 5) aufgenommen. Mit der Information der beiden Spuren 870, 872 zueinander wird dann in einer Regelungseinheit 766 ein motorisierter Kippspiegel 662 (der auch zwei Spiegel aufweisen kann) angesteuert und so sicher gestellt, dass die beiden Spuren 870, 872 mittig zueinander eingebracht werden. Dieser Aufbau in 7 mit einer Kamera 764 ist auch für eine Bearbeitung nach 3 zur Positionierung der Strahlen 330, 332 zueinander anwendbar.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer Überlagerung von Laserpulsen auf dem Schichtstapel bei gleicher Pulsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung zeigt analog zu 5 Abtragsspuren 870, 872 in einem Schichtstapel, wie dies in den vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Dabei sind in 8 die durch die Laserpulse der beiden Laserstrahlen 330, 332 erzeugten Abtragsspuren 870, 872 entsprechend den sequenziell erzeugten Konturen durch die Laserstrahlen 330, 332 ausgebildet. Dabei zeigt 8 2 Varianten von Abtragsspuren 870, 872. In den in der 8 oben dargestellten Abtragsspuren 870, 872 weist der erste Laserstrahl 330 eine runde Form und der zweite Laserstrahl 332 eine elliptische Form auf. In dem in der 8 unten dargestellten Abtragsspuren 870, 872 weist der erste Laserstrahl 330 eine elliptische Form und der zweite Laserstrahl 332 eine runde Form auf. Zwei benachbarte Laserpulse des ersten Laserstrahls 330 weisen einen Überlappungsbereich auf. Zwei benachbarte Laserpulse des zweiten Laserstrahls 332 weisen einen Überlappungsbereich auf.
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Besonders vorteilhaft zur Reduktion der Gesamtspurbreite und damit zur Steigerung der Modulleistung ist, wenn die Abtragsdurchmesser und deren Lage aufeinander abgestimmt sind. Hierzu arbeiten erstens die beiden Laser mit der gleichen Repetitionsrate. Zweitens trifft der nachfolgende Strahl (mit einem festen zeitlichen Versatz, der sich aus der Vorschubgeschwindigkeit und dem relativen Abstand der beiden Laserstrahlen 330, 332 ergibt) die räumliche Position des vorlaufenden Strahls möglichst exakt. Dies ist schematisch in 8 oben dargestellt. Hierbei wurde der nachfolgende zweite Strahl 332 zusätzlich elliptisch geformt beispielsweise durch eine Zylinderlinse, es sind aber auch andere astigmatische optische Elemente oder andere Strahlformungselemente denkbar. Prinzipiell ist auch eine Strahlformung des vorlaufenden ersten Strahls 330 denkbar (siehe 8 unten) beziehungsweise eine Kombination, bei der beide Strahlen geformt werden. Die so geformten Strahlen erlauben geringste Spurbreiten, da hier die zwei nacheinander erzeugten Gräben räumlich optimal aufeinander passen, sodass ein möglichst geringer Überlappbereich erzielt wird, der sonst für einen robusten stabilen Prozess vorgehalten wird und sich speziell in einer breiteren Spur des vorlaufenden Lasers auswirkt.
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So zeigt 8 eine schematische Darstellung der Überlagerung der Laserpulse auf dem Substrat bei gleicher Pulsfrequenz, mit dem Ziel möglichst geringe Spurbreiten zu erzielen.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Strukturieren von Schichten eines Schichtstapels, insbesondere zum Trennen von zwei Teilbereichen zur monolithischen Verschaltung eines Dünnschicht-Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt 910 des Abtragens einer ersten Schicht und einen Schritt 920 des Abtragens einer zweiten Schicht. Im Schritt 910 des Abtragens der ersten Schicht wird unter Verwendung eines ersten Laserstrahls mit einem ersten Laserstrahldurchmesser an dem Schichtstapel und mit einer ersten Wellenlänge des ersten Laserstrahls die erste Schicht abgetragen. Im Schritt 920 des Abtragens der zweiten Schicht wird unter Verwendung eines zweiten Laserstrahls mit einem zweiten Laserstrahldurchmesser an dem Schichtstapel und mit einer zweiten Wellenlänge des zweiten Laserstrahls die zweite Schicht abgetragen. Dabei ist der erste Laserstrahldurchmesser größer als der zweite Laserstrahldurchmesser. Dabei läuft der zweite Laserstrahl dem ersten Laserstrahl nach, sodass zeitlich zuerst die erste Schicht abgetragen wird und dann die zweite Schicht abgetragen wird, wobei die zweite Schicht in einem Bereich abgetragen wird, in dem vorher die erste Schicht bereits abgetragen wurde.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der erste Laserstrahl eine Wellenlänge innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % um oder oberhalb einer Bandkante der zweiten Schicht beziehungsweise des Absorbers des Schichtstapels auf. Insbesondere weist der erste Laserstrahl eine Wellenlänge größer oder gleich 1 µm auf.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der zweite Laserstrahl eine Wellenlänge im Infrarotbereich oder eine Wellenlänge zwischen dem Infrarotbereich und einem sichtbaren Spektralbereich auf.
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In einem Ausführungsbeispiel wirkt der erste Laserstrahl aus einer der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite der ersten Schicht. Dabei wirkt der zweite Laserstrahl von einer an der ersten Schicht anliegenden Seite der zweiten Schicht auf die zweite Schicht oder von einer der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite des Schichtstapels.
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Der erste Laserstrahldurchmesser weist am Schichtstapel einen Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern, vorteilhaft von weniger als 40 Mikrometern auf. In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel weist der erste Laserstrahldurchmesser am Schichtstapel einen Durchmesser von weniger als 30 Mikrometern auf.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist eine erste Lage oder eine erste Position des ersten Laserstrahldurchmessers an dem Schichtstapel abhängig von einer zweiten Lage oder einer zweiten Position des zweiten Laserstrahldurchmessers. Dabei kann es günstig sein, wenn der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl eine innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % gleiche Repetitionsrate aufweisen.
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In einem günstigen Ausführungsbeispiel weist der erste Laserstrahl einen konstanten zeitlichen Versatz und ergänzend oder alternativ relativen Abstand zu dem zweiten Laserstrahl auf.
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In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Laserstrahl und ergänzend oder alternativ bei dem zweiten Laserstrahl um gepulste Laserstrahlen. Dabei können die beiden Laserstrahlen in einem Toleranzbereich von 2 % eine gleiche Pulsfrequenz aufweisen.
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Weiterhin sind in einem Ausführungsbeispiel die Laserstrahlen beziehungsweise zumindest einer der beiden Laserstrahlen durch optische Elemente elliptisch geformt.
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Neben dem bereits beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines P3-Grabens zur monolithischen Verschaltung von Dünnschicht-CIGS-Modulen kann ein solches Verfahren in Kombination mit der hier beschriebenen Anordnung auch verwendet werden, um andere Verschaltungsvarianten als die in 1 dargestellte Verschaltungsvariante zu realisieren. Vorteilhaft zeichnet sich eine Variante des hier vorgestellten Verfahrens durch elektrisch und mechanisch gut definierte Kanten aus und eignet sich damit hervorragend auch für entsprechende Verschaltungen, bei denen die Strukturierungsschritte der Schichten nach der eigentlichen Absorberformung durchgeführt werden. Dies bedeutet automatisch eine Strukturierung von bestimmten Schichten auf Schichtstapeln, für die das beschriebene Verfahren mit der beschriebenen Anordnung geeignet ist.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012200915 A1 [0003]
