FI123964B - Aurinkokenno ja järjestely ja menetelmä aurinkokennon valmistamiseksi - Google Patents

Description

Aurinkokenno ja järjestely ja menetelmä aurinkokennon valmistamiseksi Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö kohdistuu yleisesti aurinkokennoihin, materiaalikerroksiin au-5 rinkokennoissa, aurinkokennojen valmistusmenetelmään ja tuotantojärjestelyyn aurinkokennojen tuottamiseksi. Tarkemmin ilmaistuna esillä oleva keksintö liittyy siihen, mitä on esitetty itsenäisen vaatimuksen johdanto-osassa.

Tausta 10

Aurinkokennot mahdollistavat ekologisen energiantuotantomenetelmän, ja ne ovat sen vuoksi olleet intensiivisen kehityksen kohteena. Aurinkokennot on yleisesti valmistettu valosähköpareista. Valosähköparissa on vähintään yksi puolijohtava kerros, johon valon fotonit absorboituvat. Valon absorptio saa aikaan elektronien tai 15 aukkojen siirtymisen korkeammalle, johtavalle energiatasolle, ja tätä energiaa voidaan käyttää sähkönä.

Syntyneen sähkön johtamiseksi ulos aurinkokennoista tulee puolijohtavan kerroksen (tai kerrosten) molemmilla puolilla olla johtava kerros. Aurinkokennon säteilytettä-20 väliä pinnalla olevan johtavan kerroksen on sallittava valon kulku puolijohtavaan

CO

g kerrokseen. Aurinkokenno on yleensä jaettu pieniin kennoihin, jotka on kytketty c\j ό joko sarjaan tai rinnan. Tässä tapauksessa johtavat kerrokset ja mahdollisesti puoli- T- johdekerros (tai kerrokset) on kuvioitu tarvittavan virtapiiristön luomiseksi.

X

CC

CL

o 25 Aurinkokennon säteilytettävä pinta on lisäksi pinnoitettu yhdellä tai useammalla in kerroksella heijastamattoman pinnan muodostamiseksi aurinkokennolle, ja aurinko- o ^ kennon suojaamiseksi ympäristön mekaanisilta, kemiallisilta ja fysikaalisilta rasituk silta. Tällaisia pintoja voivat olla säteily stabiloidut lasi- tai muovituotteet. Esimerkiksi lasipinta voi sisältää itsepuhdistavan Ti02 pinnoituksen, joka on valmistettu 2 sputteroimalla, nHALO:lla (Hot-Aerosol-Layering-Operation, nesteliekkiruiskutek-niikka) ja ALD-tekniikoilla. Uloimmat suojaavat kerrokset voivat olla aurinkokennoon integroituja tai ne voivat olla erotettuja elektronisista kerroksista.

5 Tämän patenttihakemuksen jättämishetkellä on kaksi pääasiallista menetelmää aurinkokennojen valmistamiseksi. Ensimmäisessä tekniikassa piitä tai jotain muuta puolijohtavaa materiaalia käytetään substraattina, ja lisäkerrokset tuotetaan substraatille. Tähän mennessä tämä tekniikka yleisimmin käytetty. Piisubstraattien ja lisäkerrosten tuottaminen on kuitenkin nykyisellä valmistustekniikalla kallista. Suurista 10 aurinkokennoista tulee myös painavia, ja suuret aurinkokennot ovat suhteellisen herkkiä mekaanisille rasitteille. Nämä haittapuolet estävät aurinkokennojen käytön lisäämistä.

Toinen tekniikka aurinkokennojen tuottamiselle perustuu jonkin muun substraatin 15 käyttämiseen ja puolijohtavien kerrosten sekä muiden kerrosten tuottamiseen kalvoina substraatille. Substraatti voi olla esim. lasi tai muovi. Substraattia voidaan käyttää aurinkokennon säteilytettävänä pintana, jolloin substraatista tehdään läpinäkyvä. Tällä tekniikalla tehdyt aurinkokennot painavat vähemmän ja eivät ole yhtä herkkiä mekaanisille rasitteille. Riittävän hyötysuhteen saavuttaminen on kui-20 tenkin ollut ongelma; tavallisesti vain alle 10% valon energiasta voidaan muuntaa sähköenergiaksi. Yhtenä syynä tälle on tuotettujen kerrosten epähomogeenisuus.

CO

5 Näin ollen säteilytettävien pintojen läpinäkyvyys voi olla riittämätön. Myös puoli en ό johtavien kerrosten epähomogeenisyys aiheuttaa energianmenetystä.

i g 25 Yksi ongelma, joka aiheuttaa tehonmenetystä, on se, että puolijohtavan kerroksen

CL

o liitoksella on määrätty sähköinen potentiaalikynnys, ja fotonien energia voidaan ^1" ίο muuttaa ainoastaan potentiaalikynnystä vastaavaksi energiamääräksi. Auringonva- o lolla on laaja aallonpituusspektri, ja siten fotoneiden energiaskaala on laaja. Jos fotonin energia on puolijohtavan liitoksen kynnyspotentiaalia matalampi, fotoni ei 30 muunnu sähköenergiaksi. Toisaalta, jos fotonin energia on suurempi kuin puolijoh- 3 tavan liitoksen kynnyspotentiaali, fotoni muuntuu energiaksi potentiaalikynnyksen mukaisesti, mutta fotonin kynnyksen ylittävä energia muuttuu lämmöksi.

Ongelma laajan säteilyspektrin muuntamisessa sähköenergiaksi voitaisiin ratkaista 5 järjestämällä useita perättäisiä, läpinäkyviä puolijohdekerroksia, missä kukin puoli-johtava kerrospari muodostaa liitoksen valon muuttamiseksi sähköksi. Puolijohdeliitokset lähimpänä säteilytettävää pintaa omaavat suurimman kynnyspotentiaalin ja kynnyspotentiaali pienenee kun säteily siirtyy seuraaviin liitoksiin. Tällä tavoin fotoni muuntuu sähköksi liitoksessa, jonka kynnyspotentiaali on lähellä fotonin ener-10 giaa, ja voitaisiin saavuttaa korkea teho. On kuitenkin vaikeaa valmistaa useita perättäisiä, läpinäkyviä puolijohtavia kerroksia. Jos kerrosten pinnat eivät ole riittävän tasaisia, valo heijastuu jokaisessa liitoskerroksessa vähentäen siten hyötysuhdetta. Useiden puolijohdekerrosten epähomogeenisuus aiheuttaa myös sähköenergian menetystä esim. kerroksessa olevien oikosulkupisteiden ja muiden sähkökenttien epäta-15 saisuuksien vuoksi.

Lisäksi suojaavien kerrosten tuottaminen aurinkokennon säteilytettävälle pinnalle on vaikeaa ja kallista. Prosessit ovat hitaita ja ne täytyy tehdä erillään aurinkokennon elektronisen osan valmistuksesta. Osien käsittelyyn eri prosesseissa ja/tai kokoamis-20 vaiheissa voi sisältyä kontaminaatioriski ja siten lopputuotteen hyötysuhde voi edelleen heikentyä.

CO

δ

CvJ

ό Yllämainitut ongelmat muuttuvat entistä vaikeammiksi, kun valmistetaan suuria au- T- rinkokennoja, sillä on välttämätöntä tuottaa suuren pinta-alan omaavia kerroksia, g 25 Tunnetut teknologiat soveltuvat pienikokoisten kennojen, esim. korkeintaan muuta- Q_ o man neliösenttimetrin pintojen, tuottamiseen, mutta pintojen laatu ja materiaalien ιλ homogeenisuus heikkenisi, jos tunnettuja tekniikoita sovellettaisiin aurinkokennoi- o ° hin, joissa on suuripinta-alaisia kerroksia.

4

Hakija on tutkinut mahdollisuuksia laserkylmäablaation käyttämiseen aurinkokennojen valmistuksessa. Viime vuosina laserteknologian merkittävä edistyminen on luonut keinon valmistaa hyvin korkeatehoisia, puolijohdekuituihin perustuvia laserjär-jestelmiä, mikä tukee niinkutsuttujen kylmäablaatiomenetelmien kehitystä. Kylmä-5 ablaatio perustuu korkeaenergisten, lyhytkestoisten, kuten pikosekuntien suuruusluokkaa olevien, laserpulssien muodostamiseen, ja pulssien ohjaamiseen kohtioma-teriaalin pintaan. Näin plasmapilvi ablatoituu alueesta, jossa lasersäde osuu kohtioon. Kylmäablaation sovelluskohteisiin kuuluu mm. pinnoitus ja työstäminen.

10 Uutta kylmäablaatioa käytettäessä sekä kvalitatiivisia että tuotantomäärään liittyviä ongelmia, jotka liittyvät pinnoitukseen, ohutkalvovalmistukseen ja leikkaami-seen/uurtamiseen/kaivertamiseen jne., on lähestytty keskittymällä laserin tehon lisäämiseen ja lasersäteen osumapisteen pienentämiseen kohtiolla. Kuitenkin suurin osa tehonlisäyksestä kului kohinaan. Kvalitatiiviset ja tuotantomäärään liittyvät on-15 gelmat olivat yhä olemassa, vaikkakin jotkut laservalmistajat ratkaisivat laserin tehoon liittyvän ongelman. Tyypillisiä näytteitä sekä pinnoituksessa/ohutkalvossa että leikkaamisessa/uurtamisessa/kaivertamisessa jne. voitiin valmistaa vain matalilla toistonopeuksilla, ohuilla pyyhkäisyleveyksillä ja pitkillä työajoilla, jotka ovat sellaisenaan käyttökelvottomia teollisuuteen, mikä korostuu erityisesti suurilla kappa-20 leiliä.

00 g Pulssin energiasisällön vuoksi pulssin teho kasvaa pulssin keston pienentyessä, ja

CvJ

ό ongelman merkitys kasvaa pulssin keston lyhentyessä. Ongelmat ilmenevät merkit- >- tävässä määrin jopa nanosekunnin pulsseja tuottavilla lasereilla, vaikka niitä ei sel- 25 laisenaan käytetäkään kylmäablaatiomenetelmissä.

Q.

O

Pulssin keston laskeminen edelleen femto- tai jopa attosekuntien suuruusluokkaan o ° tekee ongelmasta lähes ratkaisemattoman. Esimerkiksi pikosekuntilaserjärjestelmäs- sä, jonka pulssin kesto on 10-15 ps pulssin energian tulisi olla 5 pj 10-30 pm kokoi-30 selle osumapisteelle, kun laserin kokonaisteho on 100 W ja toistonopeus 20 MHz.

5 Tällaisen pulssin kestävää kuitua ei esillä olevan hakemuksen etuoikeuspäivänä kirjoittajan kyseisen hetken tietämyksen mukaan ole saatavilla.

Tekniikan tason mukaisissa laserkäsittelysysteemeissä on yleensä optiset skannerit, 5 jotka perustuvat väriseviin peileihin. Tällainen optinen skanneri on esitetty esimerkiksi dokumentissa DE 10343080. Värisevä peili oskilloi kahden määrätyn kulman välillä suhteessa akseliin, joka on peilin suuntainen. Kun lasersäde ohjataan peiliin, se heijastuu kulmassa joka riippuu peilin senhetkisestä sijainnista. Siten värisevä peili heijastaa tai ’’skannaa” lasersäteen kohtiomateriaalin pinnalla olevan viivan 10 pisteisiin.

Esimerkki värisevästä skannerista tai ’’galvano-skannerista” on esitetty kuvassa la. Siinä on kaksi värisevää peiliä, joista toinen skannaa sädettä suhteessa x-akseliin ja toinen skannaa sädettä suhteessa ortogonaaliseen y-akseliin.

15

Tuotantonopeus on suoraan verrannollinen toistonopeuteen tai toistotaajuuteen. Toisaalta tunnetut peili/kalvoskannerit (galvano-skannerit tai taakse- ja eteenpäin värisevä skannerityyppi), jotka suorittavat tehtäväsyklinsä tavalla, jolle on tunnusomaista eteen- ja taaksepäin suuntautuva liike, peilin pysäyttäminen tehtäväsyklin mo-20 lemmissa päissä on jokseenkin ongelmallista samoin kuin kiihdytys ja hidastaminen, jotka liittyvät kääntymispisteeseen ja siihen liittyvään hetkelliseen pysähdykseen,

CO

q mikä rajoittaa peilin käytettävyyttä skannerina, mutta erityisesti myös skannausleve-

C\J

ό yttä. Tämänhetkiset pinnoitusmenetelmät, jotka käyttävät galvano-skannereita, voi- i ^ vat tuottaa enintään 10 cm:n skannausleveyden, edullisesti vähemmän. Jos tuotantoja 25 nopeutta yritettäisiin kasvattaa kasvattamalla toistonopeutta, kiihtyvyys ja hidastu-

CL

o vuus aiheuttaisivat joko kapean skannausalan, tai säteilyn, ja siten plasman, epäta- lÖ saista jakautumista kohtiossa kun säteily osuu kohtioon kiihtyvän ja/tai hidastuvan o ° peilin kautta.

6

Tavallisesti galvanometrisiä skannereita käytetään skannaamaan lasersädettä n. 2-3 m/s maksiminopeudella, käytännössä n. 1 m/s. Jos pinnoitus-/ohutkalvontuotto-nopeutta yritetään lisätä yksinkertaisesti pulssin toistonopeutta kasvattamalla, nykyiset, yllämainitut tunnetut skannerit ohjaavat pulssit kontrolloimattomalla tavalla 5 päällekkäisiin pisteisiin kohtiomateriaalissa jo matalilla, kHz-luokassa olevilla tois-tonopeuksilla. 2 MHz:n toistonopeudella jopa 40-60 peräkkäistä pulssia osuu päällekkäin. Pisteiden päällekkäin osuminen 111 tällaisessa tilanteessa on esitetty kuvassa Ib.

10 Pahimmillaan tällainen lähestymistapa johtaa siihen, että kohtiomateriaalista irtoaa partikkeleita plasman sijaan, mutta vähintään se johtaa partikkelien muodostumiseen plasmaan. Kun useat perättäiset laserpulssit ohjataan samaan paikkaan kohtion pinnalla, kumulatiivinen efekti näyttää kuluttavan kohtiomateriaalia epätasaisesti ja voi johtaa kohtiomateriaalin kuumenemiseen, jolloin kylmäablaation hyödyt menete-15 tään.

Samat ongelmat pätevät myös nanosekunnin mittakaavan lasereille, jolloin ongelma luonnollisesti on entistä vakavampi korkeaenergisen pulssin pitkän keston vuoksi. Tässä kohtiomateriaali kuumenee aina, ja kohtiomateriaalin lämpötila nousee suun-20 nilleen 5000 kelviniin. Näinollen jopa yksi ainoa nanosekunnin suuruusluokan pulssi kuluttaa kohtiomateriaalia äärimmäisen paljon, mistä seuraa yllämainittuja on-

CO

q gelmia.

CvJ

ό >- Tunnetuissa tekniikoissa kohtio voi epätasaisen kulumisen lisäksi myös fragmentoi- i 25 tua helposti ja heikentää plasman laatua. Siten tällaisella plasmalla pinnoitettava Q_ o pinta kärsii myös plasman haitallisista efekteistä. Pinta voi käsittää fragmentteja, [Λ plasma ei välttämättä ole jakautunut tasaisesti muodostaakseen tällaisen pinnoituk- o ° sen jne, mikä on ongelmallista tarkkuutta vaativissa sovelluksissa, mutta ei välttä mättä ole ongelmallista esimerkiksi maalin tai pigmentin tapauksessa, olettaen että 30 virheet pysyvät kyseisen sovelluksen havaitsemisrajan alapuolella.

7

Nykyiset menetelmät kuluttavat kohtion loppuun yhdellä käyttökerralla, joten samaa kohtiota ei ole enää saatavilla samasta pinnasta lisäkäyttöä varten. Tämä ongelma on selvitetty käyttämällä vain kohtion neitseellistä pintaa, liikuttamalla kohtiomateriaa-5 liaja/tai sädepistettä vastaavasti.

Työstämisessä ja työstöperäisissä sovelluksissa ylijäämät tai jäte, joka käsittää joitain fragmentteja, voi myös tehdä leikkausreunasta epätasaisen ja siten epäsopivan, kuten esimerkiksi virtauksensäätöporauksissa. Pinta voi myös muodostua siten, että 10 siinä on satunnainen, epätasainen ulkomuoto johtuen irronneista fragmenteista, mikä voi olla haitallista aurinkokennojen valmistuksessa.

Lisäksi peili-kalvo skannerit, jotka liikkuvat eteen ja taakse, tuottavat inertiaalivoi-mia, jotka rasittavat itse rakennetta, mutta myös laakereita, joihin peili on kiinnitetty 15 ja/tai jotka saavat aikaan peilin liikkeen. Tällainen inertia voi vähän kerrallaan löy-syttää peilin kiinnitystä, etenkin jos tällainen peili liikkuu lähes mahdollisten käyttö-asetusten äärirajoilla, ja voi johtaa pitkällä tähtäimellä asetusten muuttumiseen, mikä voi näkyä tuotteen laadussa epäsäännöllisenä toistettavuutena. Pysähdysten, samoin kuin suunnan ja niihin liittyvien nopeuksien muutoksien vuoksi tällaisella pei-20 li-kalvoskannerilla on hyvin rajoitettu skannausleveys ablaatioon ja plasman tuotantoon. Efektiivinen tehtäväsykli on suhteellisen lyhyt koko sykliin verrattuna, vaikka-oo g kin käyttö on joka tapauksessa melko hidasta. Peili-kalvoskannereita käyttävän jär-

CvJ

ό jestelmän tuotannon lisäyksen näkökulmasta katsottuna plasman tuottonopeus on i >- välttämättä hidas, skannausleveys kapea, käyttö epästabiilia pitkillä aikaskaaloilla, ja g 25 sisältää myös hyvin suuren todennäköisyyden, että plasmaan, ja siitä johtuen myös

CL

o tuotteisiin, jotka ovat yhteydessä plasmaan työstön ja/tai pinnoituksen kautta, joutuu ^1" lÖ ei-toivottuja partikkeleita.

o o

CVJ

Aurinkokennotuotteiden elinikää tulisi myös kasvattaa ja huoltokustannuksia laskea, 30 kestävän kehityksen ollessa perusedellytys. Kerrosten, erityisesti suurten aurinko- 8 kennojen tasaisten pintakerrosten, joilla on yksi tai useita seuraavista ominaisuuksista: erinomainen optinen läpinäkyvyys, kemiallinen ja/tai kulumisen sietokyky, naarmuuntumaton pinta, terminen vastustuskyky, pinnoituksen adheesiokyky, itse-puhdistuvat ominaisuudet ja resistiivisyydestä johdetut ominaisuudet, valmistus on 5 pysynyt ratkaisemattomana ongelmana.

Uudet korkeateknologiset pinnoitusmenetelmät sen paremmin kuin nykyiset laserab-laatioon, joko nanosekuntiluokassa tai kylmäablaatioluokassa (piko- tai femtosekun-tilaserit), perustuvat pinnoitusmenetelmät eivät voi tarjota teollisessa mittakaavassa 10 toteutettavissa olevaa suurempia pintoja käsittävien tuotteiden pinnoitusmenetelmää. Nykyiset CVD- ja PVD-pinnoitustekniikat tarvitsevat korkealaatuiset tyhjiöolosuhteet, mikä tekee pinnoitusprosessista erissä tehtävän, ja siten epäsoveliaan aurinkokennojen valmistukseen teollisessa mittakaavassa. Lisäksi pinnoitettavan materiaalin ja ablatoitavan pinnoitusmateriaalin välinen etäisyys on pitkä, yleensä yli 50 cm, 15 mikä tekee pinnoituskammioista isokokoisia ja tyhjiön pumppauksista aikaa ja energiaa kuluttavia. Tällaiset suuritilavuuksiset vakuumikammiot myös kontaminoituvat helposti pinnoitusmateriaaleista itse pinnoitusprosessissa, ja vaativat jatkuvia ja ai-kaavieviä puhdistusprosesseja. 1

Kun nykyisten laservälitteisten pinnoitusmenetelmien tuotantonopeutta yritetään parantaa, syntyy erilaisia vikoja kuten oikosulun aiheuttavia vikatekijöitä, pieniä

CO

5 reikiä, lisääntynyttä pinnankarheutta, vähentynyttä tai katoavaa optista läpinäky- c\j ό vyyttä, pieniä partikkeleita kerroksen pinnalla, korroosioreitteihin vaikuttavia pieniä i ^ partikkeleita pintarakenteessa, pinnan tasalaatuisuuden vähentymistä, vähentynyttä £ 25 adheesioajne.

o

Plasmaan liittyviä laatuongelmia on esitetty kuvissa 2a ja 2b, jotka kuvaavat plas-o c3 man tuotantoa tunnettujen tekniikoiden mukaisesti. Laserpulssi 214 osuu kohtiopin- taan 211. Koska pulssi on pitkä pulssi, syvyys h ja säteen halkaisija d ovat samaa 30 suuruusluokkaa, sillä pulssin 214 lämpö lämmittää myös osumapistekohdan pintaa, 9 mutta myös pinnan 211 alapuolelta, syvemmältä kuin syvyys h. Järjestelmä kokee termisen shokin ja jännitykset, jotka hajoamisessa tuottavat F:llä kuvatut fragmentit, kasvavat. Koska plasma voi olla esimerkissä melko huonolaatuista, näyttäisi siinä olevan myös molekyylejä ja molekyyliklustereita, jotka näkyvät pieninä pisteinä 5 kohdassa 215, missä numero 215 viittaa ytimiin tai samanlaisten rakenteiden klustereihin, jotka muodostuvat kaasuista 216 kuten on esitetty kuvassa 2b. Kirjain o kuvaa hiukkasia jotka voivat muodostua ja kasvaa kaasuista ja/tai agglomeraation kautta. Vapautuneet fragmentit voivat myös kasvaa kondensaation ja/tai agglomeraation kautta, mikä on kuvattu pisteistä F-kohtaan ja o-kohdasta F-kohtaan kulkevilla, kaa-10 revilla nuolilla. Kaarevat nuolet kuvaavat myös faasitransitioa plasmasta 213 kaasuun 216 ja edelleen hiukkasiin 215 ja kookkaampiin hiukkasiin 218. Ablaatiopilvi kuvassa 2b voi käsittää fragmentteja F samoin kuin partikkeleita, jotka ovat muodostuneet höyryistä ja kaasuista, huonon plasman muodostuksesta johtuen, plasma ei ole jatkuva plasma-alue, ja sen tähden laadun vaihtelua voi tapahtua yhden pulssi-15 pilven sisällä. Syvyyden h alla olevien kompositio- ja/tai rakennevikojen samoin kuin näistä seuraavien syvyysvaihteluiden takia (kuva 2a) kohtiopinta 211 kuvassa 2b ei ole enää käytettävissä lisäablaatioa varten, ja kohtio on käyttökelvoton, vaikka jonkin verran materiaalia onkin jäljellä.

CO

δ

CM

ό

X

X

Q.

o δ o o

CM

10

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön kohteena on luoda edellytykset aurinkokennoille, samoin 5 kuin järjestely ja menetelmä niiden tuottamiseksi, missä tekniikan tason kuvatut haittapuolet on vältetty tai niitä on vähennetty.

Keksinnön kohteena on sen vuoksi luoda edellytykset tekniikalle tietyn pinnan omaavien kerrosten tuottamiseksi pulssitetulla laserkasvatuksella siten, että pinnoi-10 tettavan pinnan yhtenäinen ala käsittää vähintään 0,2 dm2.

Keksinnön toisena kohteena on luoda edellytykset uusille aurinkokennotuotteille, joissa kerrokset on valmistettu pulssitetulla laserkasvatuksella siten, että kerroksen pinnan yhtenäinen ala käsittää vähintään 0,2 dm2 suuruisen alan.

15

Keksinnön kolmantena kohteena on ratkaista käytännöllisellä tavalla ongelma miu hienolaatuisen plasman tuottamiseksi aurinkokennotuotteita varten, että kohtiomate-riaali ei muodosta plasmaan joko lainkaan hiukkasfragmentteja, toisin sanoen plasma on puhdasta plasmaa, tai fragmentit, mikäli niitä on, ovat harvassa ja vähintään 20 pienempikokoisia kuin ablaatiosyvyys, johon asti plasmaa tuotetaan ablaatiolla mainitusta kohtiosta, co δ c\j ^ Keksinnön neljäntenä kohteena on tuottaa vähintään uusi menetelmä ja/tai yhteydes- ,1 sä olevat keinot sen ratkaisemiseksi, miten voidaan tuottaa kerroksen yhtenäiselle x 25 pinta-alueelle aurinkokennotuotteessa korkealaatuista plasmaa ilman hiukkasfrag- mentteja, jotka ovat kooltaan suurempia kuin ablaatiosyvyys, johon asti plasmaa lq tuotetaan ablaatiolla mainitusta kohtiosta, toisin sanoen substraattien pinnoittami- o seksi puhtaalla plasmalla.

11

Keksinnön viidentenä kohteena on hyvän adheesion järjestäminen pinnoitukselle lasituotteen yhtenäiseen pinta-alueeseen mainitulla puhtaalla plasmalla, niin että kineettisen energian haaskaaminen hiukkasfragmentteihin ehkäistään rajoittamalla hiukkasfragmenttien ilmenemistä tai niiden kokoa pienemmäksi kuin mainittu ablaa-5 tiosyvyys. Samanaikaisesti hiukkasfragmentit, koska eivät ilmene merkittävässä määrin, eivät muodosta kylmiä pintoja jotka voisivat vaikuttaa plasmapilven homogeenisyyteen tiivistymiskeskuksien muodostumiseen ja kondensaatioon liittyvien ilmiöiden kautta.

10 Keksinnön kuudentena kohteena on järjestää vähintään uusi menetelmä ja/tai yhteydessä olevat keinot sen ratkaisemiseksi, kuinka voidaan tuottaa leveä skannausleve-ys yhtäaikaisesti hienolaatuisen plasman kanssa, ja laaja pinnoitus jopa suurille au-rinkokennokappaleille teollisella menetelmällä.

15 Keksinnön seitsemäntenä kohteena on järjestää vähintään uusi menetelmä ja/tai yhteydessä olevat keinot sen ratkaisemiseksi, kuinka voidaan tuottaa korkea toistono-peus käytettäväksi teollisen mittakaavan sovellusten järjestämiseksi keksinnön yllämainittujen kohteiden mukaisesti.

20 Keksinnön kahdeksantena kohteena on järjestää vähintään uusi menetelmä ja/tai vastaavat keinot sen ratkaisemiseksi, kuinka voidaan tuottaa hyvälaatuista plasmaa

CO

5 yhtenäisten lasipintojen pinnoitukseen aurinkokennotuotteiden tuottamiseksi en-

C\J

ό simmäisten seitsemän kohteen mukaisesti, mutta siltikin säästää kohtiomateriaalia i ^ pinnoitusvaiheita varten käytettäväksi samanlaatuisten pinnoitusten/ohutkalvojen i 25 tuottamiseksi tarvittaessa.

Q.

O

ίο Lisäksi keksinnön kohteena on käyttää sellaista menetelmää ja keinoja edellisten o c3 kohteiden mukaisesti sen ratkaisemiseksi, kuinka kylmätyöstää ja/tai tuottaa aurin kokennon kerroksia.

30 12

Esillä oleva keksintö perustuu siihen yllättävään löytöön, että aurinkokennotuottei-den kerroksia, jotka käsittävät laajoja pintoja, voidaan valmistaa teollisilla tuotanto-nopeuksilla ja erinomaisilla laaduilla koskien yhtä tai useampaa teknistä ominaisuutta, kuten optinen läpinäkyvyys, kemiallinen ja/tai kulumisen sietokyky, naarmuun-5 tumaton pinta, terminen vastustuskyky ja/tai johtavuus, resistiivisyys, pinnoituksen adheesio, itsepuhdistavat ominaisuudet, hiukkasvapaat pinnoitukset, pienistä aukoista vapaat pinnoitukset ja sähköinen johtavuus käyttämällä ultralyhytpulssista laser-pinnoitusta tavalla, missä pulssitettua lasersädettä skannataan pyörivällä optisella skannerilla joka käsittää vähintään yhden peilin mainitun lasersäteen heijastamisek-10 si. Lisäksi esillä oleva menetelmä saa aikaan kohtiomateriaalien taloudellisen käytön, koska ne ablatoidaan tavalla, joka mahdollistaa jo käytössä olleiden materiaalien uudelleenkäytön pinnoitustulosten pysyessä korkealaatuisina. Esillä oleva keksintö mahdollistaa lisäksi tuotekerrosten tuottamisen matalissa tyhjiöolosuhteissa samanaikaisesti kun pinnoitusominaisuudet pysyvät korkealaatuisina. Tällaiset omi-15 naisuudet laskevat laitteiston kokonaishintaa dramaattisesti ja lisäävät pinnoituksen tuottonopeutta. Monissa edullisissa tapauksissa pinnoitusvälineistö voidaan sijoittaa suoraan tuotantolinjalle.

Tarkemmin keksinnön kohde saavutetaan järjestämällä menetelmä vähintään yhden 20 kerroksen, jolla on pinta ja joka on tehty usean materiaalikerroksen käsittävän aurinkokennon osana käytettäväksi, tuottamiseksi laserkasvatuksella, jossa kohtiosta

CO

0 ablatoidaan materiaalia lasersäteellä ja jossa mainitun laserkasvatuksen pulssipituus

C\J

ό on pienempi kuin 1 ns, jolle on tunnusomaista, että pinnoite tuotetaan käyttämällä i ^ kylmäablaatioon perustuvaa laserkasvatusta, missä pulssitaajuus on vähintään 1 1 25 MHz ja missä pulssitettu lasersäde skannataan pyörivällä optisella skannerilla, joka Q_ o käsittää vähintään yhden peilin mainitun lasersäteen heijastamiseksi ja jonka skan- nausnopeus on vähintään sen suuruinen, että peräkkäisten laserpulssien kohtion pin- o c3 nalle muodostamat vierekkäiset osumapisteet osuvat päällekkäin enintään 1/3 osu- mapisteen halkaisijasta.

30 13

Keksintö koskee myös usean materiaalikerroksen käsittävää aurinkokennoa, jolle on tunnusomaista, että se käsittää keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun materiaalikerroksen, joka on yhtenäinen vähintään 0,2 dm2 suuruisella alueella.

5 Keksintö koskee myös järjestelyä monikerroksisen aurinkokennon vähintään yhden kerroksen tuottamiseksi, järjestelyn käsittäessä välineet vähintään yhden kerroksen, jolla on pinta, valmistamiseksi laserkasvatuksella, jossa laserkasvatuksen pulssipi-tuus on pienempi kuin 1 ns, jolle on tunnusomaista, että järjestely käsittää välineet kerroksen tuottamiseksi kylmäablaatioon perustuvaa laserkasvatusta käyttämällä, 10 missä mainitun laserkasvatuksen pulssitaajuus on vähintään 1 MHz ja missä järjestely käsittää pyörivän optisen skannerin pulssitetun lasersäteen skannaamiseksi, pyörivän skannerin käsittäessä vähintään yhden peilin mainitun lasersäteen heijastamiseksi ja jonka skannerin skannausnopeus on vähintään sen suuruinen, että peräkkäisten laserpulssien kohtion pinnalle muodostamat vierekkäiset osumapisteet osuvat 15 päällekkäin enintään 1/3 osumapisteen halkaisijasta.

Joitain sovelluksia keksinnöstä kuvataan epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Tässä patenttihakemuksessa termi ’’valo” tarkoittaa mitä hyvänsä sähkömagneettista 20 säteilyä jota voidaan käyttää kylmäablaatioon ja ’’laser” tarkoittaa valoa, joka on koherenttia, tai tällaista valoa tuottavaa valolähdettä, ’’valo” ja ’’laser” eivät siten ole

CO

5 millään tavoin rajoitettuja spektrin näkyvän valon osaan.

c\j i o ^ Tässä patenttihakemuksessa ’’ultralyhytpulssinen laserpinnoitus” tarkoittaa, että tietie 25 tyä pistettä kohtiopinnalla säteilytetään lasersäteellä 1 ns lyhyemmän ajanjakson

CL

o ajan, mielellään alle 100 ps kerrallaan. Tällainen altistus voidaan toistaa samassa u) kohdassa kohtiota.

r·"· o o c\j 14 Tässä patenttihakemuksessa termi ’’pinnoitus” tarkoittaa minkä hyvänsä paksuisen materiaalikerroksen muodostamisesta substraatille, pinnoitus voi siten tarkoittaa myös kalvojen, joiden paksuus on esimerkiksi < 1 pm, valmistamista.

5 Tässä patenttihakemuksessa termi ’’pinta” voi tarkoittaa kerroksen pintaa, ja/tai pinnoitetta, missä pinta voi olla ulkopinta tai se voi muodostaa liitoksen toisen kerrok-sen/pinnoitteen/substraatin kanssa. Pinta voi myös olla puolivalmiin tuotteen pinta, jota voidaan prosessoida edelleen valmiin tuotteen saavuttamiseksi.

10

Piirustusten lyhyt kuvaus

Keksinnön kuvatut ja muut edut käyvät selviksi seuraavassa yksityiskohtaisessa kuvauksessa ja viitatuista kuvista, joissa: 15

Kuva 1 kuvaa esimerkin galvano-skannerijärjestelystä, jollaista käytetään modernissa kylmäablaatiopinnoitus/ohutkalvonvalmistustuotannossa ja työstämisessä ja muissa työstöön liittyvissä sovelluksissa.

20 Kuva Ib kuvaa tilanteen, jossa tekniikan tason mukaista galvanometristä skanneria käytetään skannaamaan lasersädettä, mistä seuraa pulssien voimakas päällekkäinmeneminen 2 MHz:n toistonopeudella.

CO

° Kuva 2a kuvaa tunnettujen tekniikoiden plasmaan liittyviä ongelmia.

ό 25 ^ Kuva 2b kuvaa lisää tunnettujen tekniikoiden plasmaan liittyviä ongelmia.

X

o- Kuva 3 kuvaa esimerkkikerroksia, joita tuotetaan aurinkokennoa varten, o lo 30 Kuva 4 kuvaa keksinnön mukaisen esimerkkijäijestelyn kerroksen tuottamiseksi o aurinkokennoon pulssitettua lasertekniikkaa käyttämällä.

Kuva 5 kuvaa keksinnön mukaisen esimerkkijärjestelyn useiden kerrosten tuottamiseksi aurinkokennoon pulssitettua lasertekniikkaa käyttämällä.

15

Kuva 6a kuvaa erään mahdollisen turbiiniskanneripeilin, jota käytetään keksinnön mukaisella tavalla, 5 Kuva 6b kuvaa ablatoitavan säteen liikkeen, jonka aikaansaa kukin kuvan 6a esimerkin peileistä.

Kuva 7 kuvaa säteen ohjausta yhden mahdollisen pyörivän skannerin läpi keksinnön mukaisesti käytettäväksi.

10

Kuva 8a kuvaa säteen ohjausta toisen mahdollisen pyörivän skannerin läpi keksinnön mukaisesti käytettäväksi.

Kuva 8b kuvaa säteen ohjausta mahdollisen pyörivän lisäskannerin läpi keksinnön 15 mukaisesti käytettäväksi.

Kuva 9 kuvaa skanneria, jossa on sylinterinmuotoinen peili, joka on kallistettu pyörimisakseliin nähden.

20 Kuva 10a kuvaa keksinnön mukaisen sovelluksen, missä kohtiomateriaali ablatoi-daan skannaamalla lasersädettä pyörivällä skannerilla (turbiiniskanneril-la).

Kuva 10b kuvaa esimerkkiosaa kuvan 10a kohtiomateriaalista.

25

Kuva 10c kuvaa esimerkin kuvan 10b kohtiomateriaalin ablatoidusta pisteestä.

CO

° Kuva 11 kuvaa keksinnön mukaisen esimerkkikeinon kohtiomateriaalin skannaa- ° miseksi ja ablatoimiseksi pyörivällä skannerilla.

i 30 x Yksityiskohtainen kuvaus ° Kuvat la, Ib, 2a ja 2b selostettiin jo yllä tekniikan tason kuvauksessa.

LO

o £3 35 Kuva 3 kuvaa kalvokerrostekniikkaan perustuvan aurinkokennon esimerkkikerrok- sia. Substraatti 360 voi olla esimerkiksi lasi- tai muovimateriaalia. Aurinkokennon säteilytettävällä pinnalla on heijastus suojakerros 362. Siinä voi olla myös muita kerroksia tai lisäkerroksia ulkopinnan pitämiseksi puhtaana ja suojattuna ympäristön 16 rasitteilta. Substraatin 360 sisäpinnalla on sähköisesti johtava kerros 364, joka voi olla kuvioitu virtapiirin rakenteen ja aurinkokennon jaottelun mukaisesti. Johtava kerros on edullisesti läpinäkyvä ja/tai johtava kytkentä on tehty ohuista johtimista, jotka peittävät vain pienen osan pinta-alasta. Seuraavana, johtavan kerroksen ylä-5 puolella, on yksi tai useampia puolijohtavia kerroksia 366. Päätteeksi on toinen johtava kerros 368 aurinkokennon toisen sähköpotentiaalin kytkennän tuottamiseksi. Toisen johtavan kerroksen ei tarvitse olla läpinäkyvä, jos johtavan kerroksen takana ei ole lisää puolijohtavia kerroksia. Lisäksi voi myös olla suojaava kerros toisen johtavan kerroksen pinnalla.

10

Jos aurinkokenno tuotetaan puolijohtavalla substraatilla, ovat samanlaiset kerrokset olemassa samassa järjestyksessä, mutta valmistus toteutetaan aloittamalla puolijohtavalla substraatilla ja tuottamalla muut kerrokset tuon substraatin päälle.

15 Kuva 4 esittää esimerkkijärjestelmän materiaalien käsittelylle laserablaatiolla. Lasersäde muodostetaan laserlähteellä 44 ja skannataan pyörivällä optisella skannerilla 10 kohtion suuntaan. Kohtio 47 on muodoltaan nauha, jota kelataan syöttörullasta 48 poistorullaan 46. Kohtiota tuetaan tukilevyllä 51, jossa on aukko 52 ablaatiokoh-dassa. Kohtio voi kuitenkin olla myös joku muu kuin nauha, kuten kohtiomateriaali-20 nen pyörivä sylinteri. Kun skannerista saapuva lasersäde 49 osuu kohtioon, materiaalia ablatoituu, ja syntyy plasmapilvi. Substraatti 50 on järjestetty plasmapilveen. Siten substraatti tulee pinnoitetuksi kerroksella kohtiomateriaalia. Jos kerros tullaan työstämään kasvatuksen jälkeen, voidaan tämä tehdä lasersäteellä.

25 On myös mahdollista tuottaa laserablaatioa monilla muilla, vaihtoehtoisilla rakenteilla ja järjestelyillä. On esimerkiksi luonnollisesti mahdollista järjestää kasvatus £2 joko substraatin ylä- tai alapuolelta tai molemmista. On myös mahdollista käyttää ° kohtiomateriaalia, joka on tuotettu läpinäkyvälle levylle. Tällaisessa järjestelyssä on $5 mahdollista järjestää kohtiomateriaali hyvin lähelle substraattia ja tuottaa lasersäde ^ 30 kohtiomateriaaliin levyn läpinäkyvän osan läpi. Jos kohtiomateriaali on ohut kalvo x levyllä, se ablatoituu kohti substraattia. Kohtiolevy voidaan ensin tuottaa ablatoi- maila kohtiomateriaalia läpinäkyvälle levylle, o 't

Kuva 5 esittää esimerkin tuotantolinjajärjestelystä kerrosten tuottamiseksi aurinko-^ 35 kennoon. Järjestely käsittää viisi laserprosessointiyksikköä 571-575 saman proses- sointikammion 510 sisällä. Prosessointiyksikön yläpuolella on liukuhihna 591 substraattien 581-585 kuljettamiseksi linjaa pitkin. Kukin prosessointiyksikkö tuottaa tietyn prosessin substraatille. Prosessointiyksiköt voivat tuottaa kerroksia tai ne voi- 17 vat toteuttaa substraatin tai tuotettujen kerrosten lasertyöstöä. Luonnollisesti tuotantolinjalla voi myös olla muuntyyppisiä prosessointiyksiköltä. Keksinnön tärkeä hyöty on, että kerroksia eri materiaaleista voidaan kasvattaa samassa kammiossa samalla tuotantolinjalla. On jopa mahdollista tuottaa mahdollisesti tarvittava laserkuvioin-5 ti. Kun kaikki tai suurin osa kerroksista tuotetaan samassa kammiossa, kontaminaation tai muiden vikojen riski puolivalmiiden tuotteiden käsittelystä johtuen on minimaalinen.

Seuraavaksi kuvataan sopivien pyörivien skannereiden fysikaalinen perusta ja ra-10 kenne.

Keksinnön mukaisesti on järjestetty menetelmä tuottamaan aurinkokennolle tietynlaisen pinnan omaava kerros laserablaatiolla, jossa pinnoitettava pinta-ala käsittää vähintään 0,2 dm2 ja kasvatus suoritetaan käyttämällä ultalyhytpulssista laserkasva-15 tusta, missä pulssitettua lasersädettä skannataan pyörivällä optisella skannerilla joka käsittää vähintään yhden peilin mainitun lasersäteen heijastamiseksi.

Ultralyhytpulssinen laserkasvatus lyhennetään usein muotoon USPLD. Mainittua kasvatusta kutsutaan myös kylmäablaatioksi, jonka yksi tunnusomainen piirre on 20 vastakkainen kuin esimerkiksi kilpailevissa nanosekuntilasereissa, eli käytännössä lämmönsiirtoa altistetusta alueesta tämän alueen ympäristöön ei tapahdu lainkaan, laserpulssienergioiden ollessa yhä riittäviä kohtiomateriaalin ablaatiorajan ylittämiseksi. Pulssinpituudet ovat yleensä alle 50 ps, kuten 5-30 ps, toisinsanoen ultraly-hyitä, kylmäablaatioilmiö saavutetaan passitetuilla pikosekunti-, mutta myös femto-25 sekunti- ja attosekuntilasereilla. Kohtiosta laserablaatiolla kasvatettava materiaali laskeutuu substraatille, jota voidaan pitää lähes huoneenlämpötilassa. Silti plasman £2 lämpötila saavuttaa 100 000 K altistetulla kohtioalueella. Plasman nopeus on yliverta täinen, saavuttaen 100 000 m/s ja johtaen siten tuotettavan pinnoituksen/ohutkalvon i ° parempaan adheesioon. Keksinnön edullisemmassa sovelluksessa mainittu yhtenäi- ^ 30 nen pinnan alue käsittää vähintään 0,5 dm . Vielä edullisemmassa suoritusmuodossa x mainittu yhtenäinen pinnan alue käsittää vähintään 1,0 dm2. Keksinnöllä voidaan helposti pinnoittaa myös tuotteita, jotka käsittävät yhtenäisiä pinnoitettuja pinta- "t aloja, jotka ovat suurempia kuin 0,5 m2, esimerkiksi 1 m2 ja suurempia. Prosessi on rC erityisen edullinen aurinkokennojen kerrosten laajojen pintojen pinnoittamiseksi o ^ 35 korkealaatuisella plasmalla.

Teollisissa sovelluksissa on tärkeää saavuttaa laserkäsittelylle korkea hyötysuhde. Kylmäablaatiossa laserpulssien intensiteettien tulee ylittää ennalta määrätty raja- 18 arvo kylmäablaatioilmiön saavuttamiseksi. Raja-arvo riippuu kohtiomateriaalista. Korkean tuotantotehon, ja siten teollisen tuotettavuuden, saavuttamiseksi pulssien toistonopeuden tulisi olla korkea, kuten 1 MHz, edullisesti yli 2 MHz ja vielä edullisemmin yli 5 MHz. Kuten aiemmin on mainittu, on edullista olla ohjaamatta useita 5 pulsseja samaan kohtaan kohtiopinnalle, koska tämä aiheuttaa kohtiomateriaalissa kumulatiivisia efektejä, kun hiukkasten kasvatus johtaa huonoon plasman laatuun ja siten huonolaatuisiin pinnoitteisiin ja ohutkalvoihin, kohtiomateriaalin ei-toivottuun kulumiseen, mahdollisesti kohtiomateriaalin kuumenemiseen jne. Sen vuoksi käsittelyn korkean tehon saavuttamiseksi on myös välttämätöntä käyttää lasersäteelle 10 korkeaa skannausnopeutta. Keksinnön mukaisesti säteen nopeuden kohtion pinnalla tulisi yleisesti olla enemmän kuin 10 m/s tehokkaan prosessoinnin saavuttamiseksi, ja edullisesti enemmän kuin 50 m/s ja vielä edullisemmin enemmän kuin 100 m/s, jopa sellaisia nopeuksia kuin 2000 m/s.

15 Kuva 6a kuvaa esimerkin pyörivästä turbiiniskannerista, jota voidaan käyttää keksinnön toteuttamiseksi. Tämän suoritusmuodon mukaan pyörivä optinen skanneri käsittää vähintään kolme peiliä lasersäteen heijastamiseksi. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa pinnoitusmenetelmässä käytetään kuvassa 5 kuvattua polygonaalista prismaa. Tässä polygonaalisella prismalla on tahkot 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 ja 28. 20 Nuoli 20 osoittaa, että prismaa voidaan pyörittää sen akselin 19, joka on prisman symmetria-akseli, ympäri. Kun kuvan 6a prisman tahkot ovat peilipintoja, edullisesti kaltevia skannausviivan saavuttamiseksi, järjestettynä siten, että kukin pinta vuorollaan heijastamalla muuttaa tulevan säteilyn suuntaa peilinpinnalla kun prismaa pyöritetään akselinsa ympäri, prisma on sovellettavissa menetelmässä keksinnön sovel-25 luskohteen mukaisesti, sen säteilyn transmissioviivassa, osana pyörivää skanneria, toisinsanoen turbiiniskanneria. Kuvassa 6a näkyy 8 tahkoa, mutta tahkoja voi olla £2 myös merkittävästi tätä enemmän, jopa kymmenittäin tai sadoittain. Kuvassa 6a nä- ° kyy myös, että tahkot ovat samassa kulmassa akseliin nähden, mutta erityisesti usei- ° ta peilejä sisältävissä sovelluskohteissa mainittu kulma voi vaihdella askelittain si- ^ 30 ten, että liikkumalla tietyssä alueessa kohtion työpistettä saadaan liikutettua askelit- x tain, kuten kuvassa 6b esitetään. Keksinnön eri sovelluskohteita ei tule rajoittaa eri- laisiin turbiiniskanneripeilijärjestelyihin esimerkiksi kokoon, muotoon tai lasersädet-"t tä heijastavien peilien lukumäärän mukaan.

LO

N- o ^ 35 Turbiiniskannerin rakenne, kuva 6a, käsittää vähintään 2 peiliä, edullisesti enemmän kuin 6 peiliä, esimerkiksi 8 peiliä (21 - 28), jotka on sijoitettu symmetrisesti kes-kusakselin 19 ympärille. Kun prisma 21 turbiiniskannerissa pyörii 20 keskusakselin 19 ympäri, peilit ohjaavat säteilyn, esimerkiksi pisteestä 29 heijastuvan lasersäteen, 19 tarkasti viivanmuotoiselle alueelle, aina yhdestä ja samasta suunnasta alkaen (kuva 6b). Turbiiniskannerin peilijärjestelmä voi olla kallistamaton (kuva 7), tai se voi olla halutussa kulmassa kallistettu, esim. kuvat 8a ja 8b. Turbiiniskannerin koko ja mittasuhteet voidaan valita vapaasti. Eräässä pinnoitusmenetelmän edullisessa sovel-5 luksessa sen ulkoreuna on 30 cm, halkaisija 12 cm ja korkeus 5 cm.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa on edullista, että turbiiniskannerin peilit 21-28 on edullisesti sijoitettu vinoon kulmaan keskiakseliin 19 nähden, koska silloin lasersäde on helposti johdettavissa skannerijärjestelmään.

10

Keksinnön erään suoritusmuodon (kuva 6a) mukaisesti käytettävässä turbiiniskanne-rissa peilit 21-28 voivat erota toisistaan sillä tavalla, että yhden pyörähdyksen aikana skannataan yhtä monta viivan muotoista aluetta (kuva 6b) kuin mitä on peilejä 21 -28.

15

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan pyörivällä optiikalla tarkoitetaan tässä skannereita jotka käsittävät vähintään yhden peilin lasersäteen heijastamiseksi. Kuva 9 esittää skannerin 910, jossa on yksi pyörivä peili. Peili 914 on järjestetty pyörimään pyörimisakselin 916 ympäri. Kuva 9 esittää myös sivu- ja päätykuvan peilistä. 20 Peili on muodoltaan sylinteri, joka on hieman kallistettu suhteessa pyörimisakseliin 916. Peili on esitetty kallistettuna sylinterinä jotta peilin muoto olisi paremmin visualisoitavissa, ja peilin päädyt ovat sen tähden vinossa. Olisi kuitenkin myös mahdollista järjestää päädyt, jotka ovat kohtisuorassa pyörimisakseliin nähden. Optisella skannerilla on pyörimisakselilla akseli, johon peili on kiinnitetty. Peili voi olla kiin-25 nitetty pyörivään akseliin esim. päätylevyillä tai tangoilla (ei näytetty kuvassa).

£2 Kuva 10a demonstroi kohtiomateriaalin ablatoimista pikosekuntiluokan pulssitetulla ° laserilla käyttäen pyörivää skanneria nopeudella, joka mahdollistaa kohtiomateriaa- i ° Iin ablaation peräkkäisten pulssien vähäisellä päällekkäinmenemisellä, näin välttäen i ^ 30 ongelmat, jotka liittyvät tekniikan tason mukaisiin galvanoskannereihin. Kuva 10b x esittää suurennoksen yhdestä kohdasta ablatoitua materiaalia, esittäen selvästi mate- riaalin tasaisen ja kontrolloidun ablaation sekä x- että y-akselilla ja siten korkealaa-"t tuisen, partikkelittoman plasman tuottamisen ja myöhempänä korkealaatuisten ohut- rC kalvojen ja pinnoitteiden tuottamisen. Kuva 10c kuvaa esimerkin yhden ainoan ab- £3 35 laatiopisteen, joka on muodostettu yhdellä tai muutamalla pulssilla, mahdollisista x- ja y-mitoista. Tässä voidaan selvästi nähdä, että keksintö saavuttaa materiaalin abla-toimisen tavalla, jossa ablatoidun pisteen leveys on aina paljon suurempi kuin abla-toidun kohdan syvyys. Teoriassa mahdollisilla partikkeleilla (mikäli niitä syntyisi) 20 voisi olla pisteen syvyyttä vastaava maksimikoko. Nyt pyörivä skanneri saa aikaan hyvälaatuisen, partikkelittoman plasman tuottamisen suurella tuotantonopeudella, samanaikaisesti kun skannausleveys on suuri, mikä on erityisen hyödyllistä laajoja pinnoitettavia pintoja käsittäville substraateille. Lisäksi kuvat 10a, 10b ja 10c osoit-5 tavat selvästi, että päinvastoin kuin nykyisissä tekniikoissa, jo ablatoitu kohtiomate-riaalialue voidaan ablatoida uuden korkealaatuisen plasmasukupolven luomiseksi -siten vähentäen pinnoituksen/ohutkalvontuotannon kokonaiskustannuksia radikaalisti.

10 Kuva 11 esittää esimerkin, jossa pinnoittaminen on suoritettu käyttäen pikosekunti USPLD-laseria ja skannaamalla pulsseja turbiiniskannerilla. Tässä skannausnopeus on 30 m/s laserin säteenleveyden ollessa 30 pm. Tässä esimerkissä vierekkäiset pulssit 13 menevät päällekkäin 1/3 verran, 14.

15 Seuraavaksi kuvataan joitain materiaaleja, jotka ovat soveltuvia kohtiomateriaaleiksi aurinkokennon kerrosten tuottamiseen. Johtavan, läpinäkyvän materiaalin kerros voidaan tehdä esimerkiksi indiumtinaoksidista, sinkkioksidista johon on lisätty pieniä määriä alumiinia, tinaoksidista tai tinaoksidista, johon on lisätty pieniä määriä fluoria. Johtavan, läpinäkymättömän materiaalin kerros voidaan tehdä esimerkiksi 20 alumiinista, kuparista tai hopeasta. Puolijohtavan materiaalin kerros voidaan valmistaa esimerkiksi piistä, germanium-indiumtinaoksidista, sinkkioksidista, johon on lisätty pieniä määriä alumiinia, tinaoksidista tai tinaoksidista, johon on lisätty pieniä määriä fluoria. Heijastamattoman pinnoituksen kerros voidaan valmistaa esim. pii-nitridistä tai titaniumoksidista. Nämä ovat kuitenkin vain joitain esimerkkejä yleises-25 ti käytetyistä materiaaleista. Seuraavaksi käsitellään joitain lisävaihtoehtoja tarkemmin.

CO

° Edulliset metallioksidit käsittävät esimerkiksi alumiinioksidin ja sen eri komposiitit ° kuten alumiinititaanioksidi (ATO). Resistiivisyytensä tähden korkean optisen lä- ^ 30 pinäkyvyyden omaava korkealaatuinen indiumtinaoksidi (ITO) on erityisen edulli- x nen sovelluksissa, joissa pinnoitetta voidaan käyttää pinnoitetun pinnan lämmittämi- seksi. Sitä voidaan myös käyttää aurinkosuojauksessa. Yttriumilla stabiloitu sirkoni- ° oksidi on toinen esimerkki erilaisista oksideista, joilla on sekä erinomaiset optiset h? että kulutusta kestävät ominaisuudet, o o 35 c\j JJ>

Lisäksi joitain muita metalleja voidaan käyttää aurinkokennosovelluksissa. Tässä metalleista saatujen ohutkalvojen optiset ominaisuudet eroavat jossain määrin bulk-kimetallin ominaisuuksista. Hyvin ohuissa kalvoissa (<100 Ä paksuja) variaatiot 21 tekevät optisen vakion käsitteestä ongelmallisen, pinnoitteen (ohutkalvon) laadun ja pinnankarheuden ollessa täten kriittisiä teknisiä ominaisuuksia. Tällaisia pinnoitteita voidaan valmistaa esillä olevan keksinnön menetelmällä helposti.

5 Nykyisissä sovelluksissa käytettävät dielektriset materiaalit käsittävät fluoridit (esim. MgF2, CeF3), oksidit (esim. A1203, Ti02, Si02), sulfidit (esim. ZnS, CdS) sekä valikoituja yhdisteitä kuten ZnSe ja ZnTe. Dielektristen optisten materiaalien välttämätön, yleinen ominaisuus on niiden erittäin matala absorptio (a < 103/cm) jossain spektrin oleellisessa osassa; tässä alueessa ne ovat käytännössä läpinäkyviä 10 (esim. fluoridit ja oksidit näkyvän valon ja infrapunan alueella, kalkogenidit infra-puna-alueella). Dielektrisiä pinnoitteita voidaan edullisesti valmistaa esillä olevan keksinnön menetelmällä.

Läpinäkyvät, johtavat kalvot voivat koostua joko hyvin ohuista metalleista tai puoli-15 johtavista oksideista ja viime aikoina jopa nitrideistä, kuten indiumgalliumnitridistä, aurinkokennon etuelektrodeissa.

Metallit, joita on perinteisesti käytetty läpinäkyvinä johteina, käsittävät Au:n, Pt:n, Rh:n, Ag:n, Cu:n, Fe:n ja Ni:n. Johtavuuden ja läpinäkyvyyden yhtäaikainen opti-20 mointi aiheuttaa merkittäviä haasteita kalvojen kasvatuksessa. Yhdessä ääripäässä ovat merkittävän läpinäkyvät, mutta korkean resistiivisyyden omaavat epäjatkuvat saarekkeet, toisessa ääripäässä kalvot, jotka yhtyvät aikaisin ja ovat jatkuvia, omaten korkean johtavuuden mutta heikon läpinäkyvyyden. Näistä syistä puolijohtavat oksidit kuten Sn02, ln203, CdO, ja yleisemmin niiden seokset (esim. ITO), epäpuhta-25 uksilla varustettu ln203 (Sn:n ja Sb:n kanssa), ja epäpuhtauksilla varustettu Sn02 (F:n, Cl:n, jne kanssa) ovat käytössä.

CO

° Metallioksidipinnoituksia voidaan tuottaa joko ablatoimalla metallia tai metalleja i ? aktiivisessa happi-ilmakehässä tai ablatoimalla oksidimateriaaleja. Jopa jälkimmäi- 30 sessä vaihtoehdossa on mahdollista parantaa pinnoituksen laatua ja/tai tuotantono- x peutta järjestämällä ablaatio reaktiivisessa hapessa. Nitridejä tuotettaessa on keksin- nön mukaisesti mahdollista käyttää typpi-ilmakehää tai nesteammoniakkia pinnoit-o ^ teen laadun parantamiseksi. Kuvaava esimerkki keksinnöstä on karbonitridin (C3N4 kalvojen) tuotanto.

° ^ s

C\J

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti aurinkokennokerroksen mainittu yhtenäinen pinta tuotetaan hiilimateriaalilla, joka käsittää yli 90 atomiprosenttia hiiltä, josta yli 70% on sp3-sitoutunut. Sellaiset materiaalit käsittävät esimerkiksi amorfisen 22 timantin, nanokristallisen timantin tai jopa pseudo-monokristallisen timantin. Erilaiset timanttipinnoitteet antavat lasituotteelle erinomaiset tribologiset, kesto- ja naar-muuntumattomuusominaisuudet mutta lisäävät myös lämmönjohtavuutta ja resistanssia. Lasilla olevia timanttipinnoitteita voidaan käyttää erityisen edullisesti aurin-5 kokennoissa, jos ne ovat korkealaatuisia ts. kidemuodossa.

Vielä toisessa keksinnön suoritusmuodossa mainittu yhtenäinen pinta-alue voidaan tuottaa hiiltä, typpeä ja/tai booria eri suhteissa käsittävästä materiaalista. Tällaiset materiaalit käsittävät boorikarbonitridin, karbonitridin (sekä C2N2 että C3N4), boo-10 rinitridin, boorikarbidin tai faaseja eri B-N, B-C ja C-N hybridisaatioiden faaseista. Mainitut materiaalit ovat kidemäisiä materiaaleja joilla on matala tiheys, ovat äärimmäisen kestäviä kulutukselle ja ovat yleisesti kemiallisesti inerttejä. Esimerkiksi karbonitridejä voidaan käyttää pinnoitteina aurinkokennoissa suojaamaan lasival-misteita syövyttäviltä olosuhteilta.

15

Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan aurinkokennon ulkopinta on pinnoitettu vain yhdellä ainoalla pinnoitteella. Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan aurinkokennon mainittu yhtenäinen pinta on pinnoitettu monikerroksisella pinnoitteella. Useita pinnoitteita voidaan tehdä eri syistä. Yksi syy voi olla tiettyjen pinnoittei-20 den adheesion parantaminen lasituotteen pintaan tuottamalla ensimmäinen kerros, jolla on parempi adheesio lasipintaan ja jolla on sellaisia ominaisuuksia, että seu-raavalla pinnoitekerroksella on parempi adheesio mainittuun kerrokseen kuin itse lasipintaan. Lisäksi monikerroksisella pinnoitteella voi olla useita funktioita jotka eivät ole saavutettavissa ilman mainittua rakennetta. Esillä oleva keksintö saavuttaa 25 useiden pinnoitteiden tuottamisen yhdessä ainoassa pinnoituskammiossa tai peräkkäisissä kammioissa, co ° Esillä oleva keksintö saavuttaa lisäksi komposiittikerrosten/komposiittipinnoitteiden $5 tuottamisen aurinkokennoille ablatoimalla yhtäaikaisesti yhtä komposiittimateriaali- ^ 30 kohtiota tai kahta tai useampaa kohtiomateriaalia, jotka käsittävät yhtä tai useampia x aineita.

CC

CL

° Sopiva ablatoidun kerroksen paksuus on esim. 20 nm - 20 pm, edullisesti 100 nm - h? 5 pm. Pinnoituspaksuuksia ei tule rajoittaa näihin, sillä esillä oleva keksintö mah- o £3 35 dollistaa toisaalta molekyylitason pinnoitteiden, toisaalta taas hyvin paksujen pin noitusten, kuten 100 pm ja enemmän, valmistamisen.

23

Keksinnön mukaisesti voidaan myös tuottaa aurinkokennotuote, joka käsittää tietyn pinnan, joka on pinnoitettu laserablaatiolla, missä pinnoitettu yhtenäinen pinta käsittää vähintään 0,2 dm2, ja missä pinnoitus on suoritettu käyttämällä ultalyhytpulssista laserkasvatusta, missä pulssitettua lasersädettä skannataan pyörivällä optisella skan-5 nerilla, joka käsittää vähintään yhden peilin mainitun säteen heijastamiseksi. Näillä tuotteilla saavutetut edut on kuvattu tarkemmin aiemmassa menetelmän kuvauksessa.

Keksinnön edullisemmassa suoritusmuodossa mainittu yhtenäinen pinta-alue käsit-10 tää vähintään 0,5 dm2. Keksinnön vielä edullisemmassa suoritusmuodossa mainittu yhtenäinen pinta-alue käsittää vähintään 1,0 dm2. Keksintö aikaansaa helposti myös tuotteet, joiden yhtenäinen pinnoitettu pinta-alue käsittää yli 0,5 m2, kuten 1 m2 ja enemmän.

15 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan mainitulle yhtenäiselle pinnalle tuotetun pinnoitteen pinnan karheus on alle 100 nm yli 100 pm2 alueelta atomivoimamikro-skoopilla (AFM) skannattuna.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti mainitulle yhtenäiselle pinta-alueelle 20 tuotetun päällystyksen optinen läpäisevyys ei ole alle 88%, edullisesti ei alle 90% ja vielä edullisimmin ei alle 92%. Joissain tapauksissa optinen läpäisevyys voi ylittää 98%.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan mainittu yhtenäinen pinta pinnoite-25 taan tavalla, jossa ensimmäinen 50% mainitusta pinnoitteesta mainitulla yhtenäisellä pinnalla ei sisällä lainkaan partikkeleita, joiden halkaisija ylittäisi 1000 nm, edulli-£2 sesti 100 nm ja edulhsimmin 30 nm.

δ c\j ° Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan mainittu kerros käsittää metallia, metal- ^ 30 lioksidia, metallinitridiä, metallikarbidia tai näiden sekoituksia. Mahdolliset metallit x kuvattiin aiemmin nyt keksityn pinnoitusmenetelmän kuvauksessa.

CL

° Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan lasituotteen mainittu yhtenäinen pintail alue pinnoitetaan hiilimateriaalilla, joka käsittää yli 90 atomi% hiiltä, josta yli 70% O λ t ^ 35 on sp -sitoutunut. Mahdolliset hiilimateriaalit kuvattiin aiemmin nyt keksityn pin noitusmenetelmän kuvauksessa.

24

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan mainittu yhtenäinen pinta käsittää hiiltä, typpeä ja/tai booria eri suhteissa. Tällaiset materiaalit kuvattiin aiemmin nyt keksityn pinnoitusmenetelmän kuvauksessa.

5 Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan tuotteen mainittu yhtenäinen pinta-alue on pinnoitettu orgaanisella polymeerimateriaalilla. Sellaiset materiaalit kuvattiin tarkemmin aiemmin nyt keksityn pinnoitusmenetelmän kuvauksessa.

Keksinnön yhden edullisen suoritusmuodon mukaan lasituotteen yhtenäisen pinnan 10 mainitun pinnoitteen paksuus on 20 nm - 20 pm, edullisesti 100 nm - 5 pm. Keksintö aikaansaa myös pinnoitetut tuotteet, jotka käsittävät yhden tai useamman ato-mikerroksen pinnoitteita ja paksuja pinnoitteita, kuten 100 pm ylittäviä, esimerkiksi 1 mm.

15 Tässä patentissa ei ole kuvattu laserablaatiolaitteiston erilaisten muiden komponenttien yksityiskohtia tarkemmin, sillä ne voidaan toteuttaa ylläolevan kuvauksen ja alan ammattilaisen yleisen tietämyksen avulla.

Edellä on kuvattu vain joitain keksinnön mukaisen ratkaisun sovelluskohteita. Kek-20 sinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muutella patenttivaatimusten mukaisen laajuuden rajoissa, esimerkiksi muokkaamalla toteutuksen yksityiskohtia ja käyttökohteita.

Esimerkiksi vain muutamia aurinkokennojen rakenteita on käsitelty esimerkkeinä.

25 On myös monia muuntyyppisiä vaihtoehtoisia rakenteita, joissa rakenne käsittää yhden tai useampia kerroksia eri materiaaleja, yleensä puolijohtavia, johtavia, eris- £2 täviä ja läpinäkyviä materiaaleja. On luonnollisesti mahdollista soveltaa esillä ole- ° vaa keksintöä myös sellaisissa muuntyyppisissä aurinkokennojen rakenteissa, ό

X

X

Q.

o

LO

1^ o o

C\J

Claims (36)

1. 25
2. 1. Menetelmä vähintään yhden kerroksen (362-368), jolla on pinta ja joka on teh-5 ty usean materiaalikerroksen käsittävän aurinkokennon osana käytettäväksi, tuottamiseksi laserkasvatuksella, jossa kohtiosta ablatoidaan materiaalia lasersäteellä ja jossa mainitun laserkasvatuksen pulssipituus on pienempi kuin 1 ns, tunnettu siitä, että pinnoite tuotetaan käyttämällä kylmäablaatioon perustuvaa laserkasvatusta, missä pulssitaajuus on vähintään 1 MHz ja missä pulssitettu lasersäde (49) skannataan 10 pyörivällä optisella skannerilla (10), joka käsittää vähintään yhden peilin (21-28) mainitun lasersäteen heijastamiseksi ja jonka skannausnopeus on vähintään sen suuruinen, että peräkkäisten laserpulssien kohtion pinnalle muodostamat vierekkäiset osumapisteet osuvat päällekkäin enintään 1/3 osumapisteen halkaisijasta.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ker ros muodostetaan yhtenäiseksi vähintään 0,2 dm2 suuruisella alueella.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kerros muodostetaan yhtenäiseksi vähintään 0,5 dm2 suuruisella alueella. 20
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kerros muodostetaan yhtenäiseksi vähintään 1,0 dm2 suuruisella alueella.
6. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 tuotetaan puolijohdekerros tai johtava kerros. £2 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ° laserkasvatus toteutetaan 10'7 Pa - 10 kPa paineessa, ja edullisesti 10 Pa - 10 kPa $5 paineessa. - 30
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohtiomateriaalin (47) ja tuotettavan kerroksen (50) väliseksi etäisyydeksi asetetaan 5 alle 25 cm, edullisesti alle 15 cm ja edullisimmin alle 10 cm. LO o ° 35 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohtion (47) ablatoitua pintaa ablatoidaan toistuvasti. 26
8. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan mainitulle yhtenäiselle kerrokselle pinta, jonka karheus on alle 100 nm 100 μηι2 alueelta atomivoimamikroskoopilla (AFM) skannattuna.
9. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetaan kerros, jonka optinen transmissio ei ole alle 88%, edullisesti ei alle 90% ja edullisimmin ei alle 92%.
10. 11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 tuotetaan johtavan läpinäkyvän materiaalin kerros (364), joka on tehty indiumtina- oksidista, sinkkioksidista, johon on lisätty alumiinia, tinaoksidista tai tinaoksidista, johon on lisätty fluoria.
11. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuo-15 tetaan johtavan, läpinäkymättömän materiaalin kerros, joka on tehty alumiinista tai kuparista.
12. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetaan puolijohtavan materiaalin kerros (366), joka on tehty piistä, germanium- 20 indiumtinaoksidista, sinkkioksidista, johon on lisätty alumiinia, tinaoksidista tai tinaoksidista, johon on lisätty fluoria.
13. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetaan heijastamattoman pinnan omaava kerros (362), joka on tehty piinitridistä tai 25 titaanioksidista. £2 15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuo- ° tetaan kerros, joka käsittää vähintään 80% metallioksidia tai sen seosta. i o ^ 30 16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuo- x tetaan kerros hiilimateriaalista, joka käsittää yli 90 atomi% hiiltä, josta yli 70% on sp3-sitoutunut. o rC 17. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuo- ^ 35 tetaan kerros, joka käsittää hiiltä, typpeä ja/tai booria. 1 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun aurinkokennon ulkopintaan (362) tuotetaan monikerrosrakenne. 27
14. 19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetaan vähintään yksi kerros, jonka paksuus on 20 nm - 20 pm, edullisesti 100 nm - 5 pm. 5
15. 20. Usean materiaalikerroksen käsittävä aurinkokenno, tunnettu siitä, että se käsittää patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä valmistetun materiaalikerroksen, joka on yhtenäinen vähintään 0,2 dm2 suuruisella alueella.
16. 21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että mainittu kerros on yhtenäinen vähintään 0,5 dm2 suuruisella alueella.
17. 22. Patenttivaatimuksen 20 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että mainittu kerros on yhtenäinen vähintään 1,0 dm2 suuruisella alueella. 15
18. 23. Jonkin patenttivaatimuksen 20-22 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että mainitun yhtenäisen kerroksen pinnan karheus on alle 100 nm 100 pm2 suuruiselta alueelta atomivoimamikroskoopilla (AFM) skannattuna.
19. 24. Jonkin patenttivaatimuksen 20-23 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että muodostetun kerroksen optinen transmissio ei ole alle 88%, edullisesti ei alle 90% ja edullisimmin ei alle 92%.
20. 25. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että 25 siinä on johtavan läpinäkyvän materiaalin kerros (364), joka käsittää indiumtinaok-sidia, sinkkioksidia, johon on lisätty alumiinia, tinaoksidia tai tinaoksidia, johon on ” lisätty fluoria. δ (M
21. 26. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että i ^ 30 siinä on johtavan, läpinäkymättömän materiaalin kerros, joka käsittää alumiinia tai x kuparia. CL ° 27. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että siinä on puolijohtavan materiaalin kerros (366), joka käsittää piitä, germanium- o ° 35 indiumtinaoksidia, sinkkioksidia, johon on lisätty alumiinia, tinaoksidia tai tinaoksi dia, johon on lisätty fluoria. 28
22. 28. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että siinä on heijastamattoman pinnoituksen kerros (362), joka käsittää piinitridiä tai titaanioksidia.
23. 29. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että mainittu kerros käsittää metallia, metallioksidia, metallinitridiä, metallikarbidia tai näiden sekoituksia.
24. 30. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että 10 mainittu kerros käsittää hiilimateriaalia, jossa on yli 90 atomi% hiiltä, mistä yli 70% on sp3-sitoutunut.
25. 31. Jonkin patenttivaatimuksen 20-24 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että mainittu kerrosmateriaali käsittää hiiltä, typpeä ja/tai booria. 15
26. 32. Jonkin patenttivaatimuksen 21-31 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että aurinkokennon ulkopinta käsittää monikerroksisen rakenteen.
27. 33. Jonkin patenttivaatimuksen 21-32 mukainen aurinkokenno, tunnettu siitä, että 20 mainitun vähintään yhden kerroksen paksuus on 20 nm - 20 pm, edullisesti 100 nm - 5 pm.
28. 34. Järjestely monikerroksisen aurinkokennon vähintään yhden kerroksen tuottamiseksi, järjestelyn käsittäessä välineet vähintään yhden kerroksen, jolla on pinta, 25 valmistamiseksi laserkasvatuksella, jossa laserkasvatuksen pulssipituus on pienempi kuin 1 ns, tunnettu siitä, että järjestely käsittää välineet (10-52) kerroksen tuottami-” seksi kylmäablaatioon perustuvaa laserkasvatusta käyttämällä, missä mainitun laser- kasvatuksen pulssitaajuus on vähintään 1 MHz ja missä järjestely käsittää pyörivän ° optisen skannerin (10) pulssitetun lasersäteen (49) skannaamiseksi, pyörivän skan- ^ 30 nerin käsittäessä vähintään yhden peilin (21-28) mainitun lasersäteen heijastamisek- i si ja jonka skannerin skannausnopeus on vähintään sen suuruinen, että peräkkäisten laserpulssien kohtion pinnalle muodostamat vierekkäiset osumapisteet osuvat pääl-° lekkäin enintään 1/3 osumapisteen halkaisijasta. LO o ^ 35 35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely kä sittää prosessikammion (510), jossa mainittu vähintään yksi kerros tuotetaan, ja välineet (571-575) vähintään kahden kerroksen tuottamiseksi samaan aurinkokennoon samassa kammiossa (510). 29
29. 36. Patenttivaatimuksen 34 tai 35 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää prosessikammion (510), jossa mainittu vähintään yksi kerros tuotetaan, ja välineet saman aurinkokennon työstämiseksi samassa kammiossa. 5 CO δ c\j i o X CC CL O δ o o c\j 30