DE4129595A1 - Verfahren und vorrichtung zum partiellen abtragen von auf solarzellenoberflaechen angeordneten beschichtungen, vorzugsweise von antireflex- bzw. passivierungsbelaegen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit UV-Lasern lassen sich bekannterweise dünne Schichten von der Oberfläche von Solarzellen abtragen, ohne daß das darunter liegende Material beschädigt wird. Hierzu wird der Laser auf einen kleinen runden Fleck oder eine linien­ förmige Fläche fokussiert und das zu bearbeitende Werk­ stück mittels eines Koordinatentisches so unter dem Laserstrahl bewegt, daß die Beschichtung in dem gewünsch­ ten Muster abgetragen wird. Die Abtragungen können in einem Muster von Kontaktfingern erfolgen, um eine Kontak­ tierung der Zellen durch sogenannte Fenster im Antireflex- bzw. Passivierungsbelag zu ermöglichen.

Zur näheren Erläuterung des obigen Verfahrens dient Fig. 1, in der eine Solarzelle mit 1, die Spur eines Laserstrah­ les mit 2 und die rechteckförmige Brennfläche des Laser­ strahles mit 3 bezeichnet sind. Fig. 1 zeigt praktisch die Relativbewegung des Laserstrahls 3 über die Solar­ zelle 1 bei konventioneller Bearbeitung mittels Koordi­ natentisch. Die Strecken außerhalb der Solarzelle 1 werden zum Beschleunigen und Abbremsen des Tisches benö­ tigt, da während des Laserabtrages die Fahrgeschwindigkeit konstant sein muß. Hierbei ist es von Nachteil, daß der Koordinatentisch nach relativ kurzen Strecken abgebremst und wieder beschleunigt werden muß. Außerdem lassen sich mit handelsüblichen Koordinatentischen keine hohen Ver­ fahrgeschindigkeiten erreichen. Aus diesem Grunde läßt sich die Pulsrate des Lasers nur zu einem geringen Bruch­ teil ausnutzen. Dies sei an einem Beispiel erläutert:

Ein Excimerlaser sei auf eine spaltförmige Fläche fokus­ siert, deren Breite der Breite eines Solarzellenkontakt­ fingers entspricht und deren Länge ca. 20 mm beträgt. Mit dieser Einstellung kann ein Antireflexbelag aus Sili­ ziumnitrid auf Silizium mit einem, maximal zwei Laser­ pulsen vollständig entfernt werden. Da der eingesetzte Laser eine Pulsfolgefrequenz von 200 Pulsen pro Sekunde zuläßt, heißt dies, daß zum Schreiben einer durchgehenden Linie unter Ausnutzung der vollen Laserleistung das Werk­ stück mit 4 m/s bzw. 2 m/s bewegt werden müßte. Es ist leicht einzusehen, daß mit einem Koordinatentisch ein Kontaktmuster einer Solarzelle das aus 24 bis 35 Linien von nur 10 cm Länge besteht, nicht mit der angegebenen Geschwindigkeit abgetragen werden kann. Da aber UV-Laser sehr teuer sind, hängt die Einsetzbarkeit des Verfahrens kritisch von der erreichbaren Geschwindigkeit ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine wesentliche Erhöhung des Durchsatzes von Solarzellen erzielt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die partiellen nutförmigen Abtragungen der Oberflächen der Solarzellen 1 nach einem Abschnitte einer Spirale dar­ stellenden Muster durchgeführt werden, deren Windungs­ abstände (Spiralensteigung) dem Abstand von zwei benach­ barten Kontaktfingern entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht vorteilhafterweise davon ab, einzelne Zellen nacheinander vollständig zu be­ arbeiten; vielmehr wird eine Vielzahl von Zellen gleich­ zeitig bearbeitet und die Leistung und Pulsfrequenz des Lasers voll ausgenutzt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 2 beansprucht.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 3 bis 9 beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der er­ findungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 2 eine Vorrichtung zum partiellen Abtragen von Be­ schichtungen auf Solaroberflächen in Seitenan­ sicht, und

Fig. 3 eine drehbar gelagerte Trommel zur Aufnahme der Solarzellen in Draufsicht.

Aus Fig. 2 sind eine drehbar gelagerte Trommel 4 zur Auf­ nahme von Solarzellen und ein Laser 5 ersichtlich, wobei die Trommel 4 gegenüber dem Laser 5 wesentlich verklei­ nert dargestellt ist. Der Laserstrahl des Lasers 5 ist mittels einer Laseroptik 6 auf die auf der äußeren Um­ fangsoberfläche 4 der Trommel 1 aufgebrachten Solarzel­ len 1 derart fokussiert, daß die radial von der Drehachse der Trommel 4 weg weisenden beschichteten Oberflächen der Solarzellen, vorzugsweise Antireflex- bzw. Passivierungs­ beläge, partiell abgetragen werden können. Damit sich der Abstand Solarzelle-Laseroptik während der Drehbewegung der ebenen Solarzellen nur innerhalb der Tiefenschärfe des Lasers 5 ändert, muß die Trommel 4 etwa 2,50 m Durch­ messer haben, oder es müssen die an sich ebenen Solar­ zellen 1 so gebogen werden, daß sie sich an die Oberflä­ che der Trommel anschmiegen. Da die Solarzellen nur ge­ ringe Biegung zulassen, ist auch dann ein großer Trommel­ durchmesser notwendig.

Um partielle nutförmige Abtragungen der Oberflächen von Solarzellen nach einem Muster, das Abschnitte einer Spi­ rale mit zwei benachbarten Kontaktfingern einer Solar­ zelle entsprechenden Windungsabständen (Spiralensteigung) dargestellt, durchzuführen, sind gemäß Fig. 3 die Solar­ zellen 1 auf der äußeren Umfangsoberfläche der Trommel 4 in Achsrichtung der Trommel 4 kontinuierlich versetzt auf­ gebracht. Der Versatz zwischen den Solarzellen 1, der ebenso wie die Abweichung der Laserspur 2 von der Senk­ rechten zur Achse der Trommel stark überhöht dargestellt ist, ist so bemessen, daß die partiellen Abtragungen auf jeder Solarzelle 1 identisch erfolgen. Hierfür ist es er­ forderlich, daß die Lichtimpulse des Lasers auf die be­ schichteten Oberflächen der Solarzellen 1 zu einer spalt­ förmigen Fläche, deren Breite der Breite der Kontaktfinger entspricht, fokussiert sind. Weiterhin ist es erforder­ lich, daß neben der Drehbewegung der Trommel 4, die z. B. mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 2 m/s bis 4 m/s rotiert, eine Relativbewegung zwischen Trommel 4 und La­ ser 5 in Achsrichtung der Trommel durchgeführt wird. Die­ se Translationsbewegung kann in der Praxis entweder durch eine Verschiebung der Trommel 4 und einen örtlich fest­ stehenden Laser 5 oder bei örtlich feststehender Trommel 4 durch eine Verschiebung des Lasers 5 erzeugt werden. Die Geschwindigkeit der genannten Translationsbewegung von Trommel 4 und/oder Laser 5 ist ebenso wie die Umfangge­ schwindigkeit der Trommel 4 und die Pulsfrequenz des La­ serstrahles derart eingestellt, daß die Lichtimpulse des Lasers von ca. 20 mm Länge sich auf den beschichteten Ober­ flächen der Solarzellen 1 lückenlos aneinanderreihen oder teilweise überschneiden.

Die Vorrichtung kann so aufgebaut sein, daß mindestens zwei Trommeln vorgesehen sind, von denen eine mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit unter dem Laser ro­ tiert und von denen die anderen zum Aufbringen bzw. zur Entnahme von Solarzellen auf die bzw. von den äußeren Umfangsoberflächen der Trommeln eine langsame Drehbewe­ gung durchführen.

Der axiale Versatz zweier in Umfangsrichtung aufeinander­ folgender Solarzellen 1 ist gleich dem Abstand zweier Kon­ taktfinger geteilt durch die Anzahl der Solarzellen auf dem Trommelumfang. Dabei ist eine äquidistante Anordnung der Zellen auf dem Trommelumfang vorausgesetzt. Bei einer aus­ reichend breiten Trommel 4 ist es möglich, mehrere Reihen von Solarzellen 1 in axialer Richtung nebeneinander anzu­ bringen.

Claims (9)

1. Verfahren zum partiellen Abtragen von auf Solarzellen­ oberflächen angeordneten Beschichtungen, vorzugsweise von Antireflex- bzw. Passivierungsbelägen, zwecks Öffnen von Fenstern im Muster der Kontaktfinger der Solarzel­ len unter Verwendung eines UV-Lasers, wobei zwischen Laserstrahl und Solarzellen eine Relativbewegung ent­ sprechend dem vorgegebenen Muster durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die partiellen nutförmigen Abtragungen der Oberflächen der Solarzellen (1) nach einem Abschnitte einer Spirale darstellenden Muster durchgeführt werden, deren Windungsabstände (Spiralen­ steigung) dem Abstand von zwei benachbarten Kontakt­ fingern entspricht.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbar gelagerte Trommel (4) vorgesehen ist, auf deren äuße­ rer Umfangsoberfläche eine Vielzahl von Solarzellen (1) mit radial von der Drehachse der Trommel weg weisenden beschichteten Oberflächen in Achsrichtung der Trommel (4) kontinuierlich versetzt aufgebracht sind, und daß die Lichtimpulse des Lasers (5) auf die beschichteten Oberflächen der Solarzellen (1) zu einer spaltförmigen Fläche (3), deren Breite der Breite der Kontaktfinger entspricht, fokussiert sind, und daß bei einer zusam­ mengesetzten Bewegung aus Drehbewegung der Trommel (4) und einer Relativbewegung zwischen Trommel (4) und Laser (5) in Achsrichtung der Trommel (4) der Laser­ strahl die beschichteten Oberflächen der Solarzellen (1) entsprechend dem spiralförmigen Muster abträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsfrequenz des Laserstrahles und die Umfangs­ geschwindigkeit der Trommel (4) derart eingestellt sind, daß sich die Lichtimpulse des Lasers (5) lücken­ los auf den beschichteten Oberflächen der Solarzellen (1) aneinanderreihen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsfrequenz des Laserstrahles und die Umfangs­ geschwindigkeit der Trommel (4) derart eingestellt sind, daß sich die Lichtimpulse des Lasers (5) auf den beschichteten Oberflächen der Solarzellen (1) teilwei­ se überschneiden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verschiebung der Trommel (4) und einen örtlich fest­ stehenden Laser (5) zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Trommel (4) und Laser (5) in Achsrichtung der Trommel.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei örtlich feststehender Trommel (4) der Laser (5) eine translatorische Bewegung zwischen Trommel (4) und Laser (5) in Achsrichtung der Trommel durchführt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (1) spiralförmig auf der äußeren Umfangsoberfläche der Trommel (4) aufgebracht sind, und daß der axiale Versatz zweier in Umfangsrichtung benachbarter Solarzellen gleich dem Abstand zweier Kon­ taktfinger geteilt durch die Anzahl der Solarzellen auf dem Trommelumfang ist, wobei eine äquidistante Vertei­ lung der Solarzellen auf dem Trommelumfang vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Solarzellen in axialer Richtung nebeneinander angebracht sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von mindestens zwei Trommeln (4), von denen eine mit einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit unter dem Laser (5) rotiert und von denen die anderen zum Aufbringen bzw. zur Entnahme von Solarzellen (1) auf die bzw. von den äußeren Um­ fangsoberflächen der Trommeln (4) eine langsame Dreh­ bewegung durchführen.