JP5463594B2

JP5463594B2 - レーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置

Info

Publication number: JP5463594B2
Application number: JP2011175177A
Authority: JP
Inventors: パク，ホンジン; ス，ジョンヒョン; ソン，サンピル; ファン，ナムグ
Original assignee: エルティーエスカンパニー，リミテッド
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: JP2012151434A; KR101046953B1

Description

本発明は、レーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置に関するもので、より詳細には、ガルバノメータスキャナを用いて選択的エミッタの加工条件変更に対応できる、レーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置に関するものである。

最近、石油や石炭などの既存のエネルギー資源の枯渇が予測されると共に、これらに取って代わる代替エネルギーに対する関心が高まっている。そのうち太陽エネルギーは、エネルギー資源が豊かで、かつ環境汚染に対する問題がないので、特に注目されている。太陽エネルギーの利用方法としては、太陽熱を用いてタービンを回転させるのに必要な蒸気を発生させる太陽熱エネルギーと、半導体の性質を用いて太陽光を電気エネルギーに変換させる太陽光エネルギーとがあり、一般に太陽光エネルギーは太陽電池を示す。

図１は、太陽電池の構造を概略的に示した図である。図１を参照すると、太陽電池は、ｐ―ｎ接合を形成する第１の導電型の不純物がドーピングされたシリコン基板２１と、第１の導電型の不純物とは反対の導電型である第２の導電型の不純物がドーピングされたエミッタ層２２と、前面電極２３と、後面電極２４と、反射防止膜２５と、ＢＳＦ（ｂａｃｋｓｕｒｆａｃｅｆｉｅｌｄ）２６とを備えており、太陽光の吸収率を向上させ、キャリアの伝達抵抗を減少させることによって効率を向上させる。

また、前面電極２３とエミッタ層２２との間の接触抵抗を減少させるために、前面電極２３と接する領域のエミッタ層２２を厚く形成し、そうでない領域はそれより薄く形成して、キャリアのライフタイムを向上させる。このような構造のエミッタ層を選択的エミッタ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｅｍｉｔｔｅｒ）２８という。このような選択的エミッタ２８は、前面電極２３との接触抵抗を減少させ、太陽電池の効率の増大に大いに寄与する。

図２は、従来のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置の一例を概略的に示した図である。図２を参照すると、レーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、単一のレーザービームＬを出力するレーザー部３０と、レーザー部３０から出力された単一のレーザービームＬを受け、これを多数のレーザービームＬに分割して出力する回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）４０とから構成される。

このような太陽電池の選択的エミッタ製造装置からレーザービームが照射される製造工程上の太陽電池２０は、第１の導電型の不純物がドーピングされたシリコン基板２１と、第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型の不純物で形成されたエミッタ層２２と、酸素ガスと第２の導電型の不純物ガスを注入して基板２１上に形成され、第２の導電型の不純物が含有された絶縁膜２７と、レーザービームＬが照射され、不純物濃度がエミッタ層２２の他の部分より高い選択的エミッタ２８とから構成される。

従来のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、回折光学素子が選択されると、分割されるレーザービームの数量及びレーザービーム間の間隔が決定されるので、太陽電池の前面電極の数量や間隔が変更されると、それに対する対応が不可能であり、互換性において問題が発生する。また、装置の設置後、上述したように太陽電池の仕様が変更されると、レーザービームを伝送する部分の構成を全体的に修正しなければならないという煩雑さがある。

また、前面電極の幅が変更されると、加工時間を最小化するために選択的エミッタを形成するレーザービームのスポットサイズも変更されなければならないが、従来の装置は、回折光学素子によってスポットサイズが決定されるので、レーザービームのスポットサイズを変更できないという問題を有する。

したがって、本発明の目的は、前記のような従来の問題を解決するためのものであって、レーザービームをコリメートするコリメーティングレンズを所望のレーザービームのスポットサイズに合わせて選択して配置し、ガルバノメータスキャナを用いてレーザービームを太陽電池上の所望の位置に照射して選択的エミッタを形成することによって、太陽電池の前面電極の数量、間隔又は幅が変更されたとしても、互換性のある対応をし、多様な形態の選択的エミッタを形成できるレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置を提供することにある。

前記のような目的を達成するために、本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、太陽電池のエミッタ層にレーザービームを照射して選択的エミッタを形成するレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、レーザービームを出力するレーザー部と；前記レーザー部から出力されたレーザービームを伝送するレーザービーム伝送部と；前記レーザービーム伝送部を通して伝送されたレーザービームをコリメートし、互いに異なる焦点距離を有する多数のコリメーティングレンズと；コリメートされて入射されるレーザービームを、太陽電池上の所望の位置に偏向させるためのガルバノメータスキャナと；前記ガルバノメータスキャナを経由したレーザービームが入射され、入射されたレーザービームを太陽電池上に集束させて照射するための集光レンズと；前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路上に位置する第１の位置と、前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路から逸脱して位置する第２の位置との間で前記コリメーティングレンズを往復移送させるコリメーティングレンズ移送部と；を含み、前記多数のコリメーティングレンズのうち選択的エミッタを加工するための焦点距離を有するコリメーティングレンズが選択され、これが前記第１の位置に配置されることを特徴とする。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記コリメーティングレンズが配置される位置を測定する第１のセンサーと；前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路の光軸と、前記コリメーティングレンズの中心部とが一致するように前記コリメーティングレンズ移送部を制御する制御部と；をさらに含む。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記コリメーティングレンズの側部に結合され、一面が前記第１のセンサーと対向するように配置される第１のプレートをさらに含み、前記第１のセンサーは、前記第１のセンサーの端部と前記第１のプレートとの間の距離を測定する。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記多数のコリメーティングレンズのうち相対的に焦点距離の長いコリメーティングレンズが、相対的に焦点距離の短いコリメーティングレンズに比べて前記レーザービーム伝送部からより遠く配置される。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記レーザービーム伝送部は四角形コアタイプの光ファイバーを含む。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記光ファイバーを経由したレーザービームのプロファイルを測定するためのビームプロファイラーをさらに含む。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、レーザービームのパワーを測定するパワー検出装置をさらに含む。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、互いに異なる焦点距離を有する多数の集光レンズが設けられ、前記ガルバノメータスキャナと太陽電池との間の光経路上に位置する第３の位置と、前記ガルバノメータスキャナと太陽電池との間の光経路から逸脱して位置する第４の位置との間で前記集光レンズを往復移送させる集光レンズ移送部をさらに含み、前記多数の集光レンズのうち選択的エミッタを加工するための焦点距離を有する集光レンズが選択され、これが前記第３の位置に配置される。

本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、望ましくは、前記第３の位置と前記第４の位置との間で前記集光レンズが配置される位置を測定する第２のセンサーと；前記集光レンズの中心部と前記太陽電池の照射領域の中心部とが一致するように前記集光レンズ移送部を制御する制御部と；をさらに含む。

本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置によると、太陽電池の前面電極の数量、間隔又は幅が変更されたとしても、互換性のある対応をし、多様な形態の選択的エミッタを形成することができる。

また、本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置によると、断面形状が直方形で、かつ断面のエネルギー分布が均質なレーザービームを選択的エネルギー加工に用いることによって、レーザービームスポットの重畳を最小化し、全体的な加工時間も短縮することができる。

また、本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置によると、選択的エミッタ加工に用いられるレーザービームの品質を向上させることができる。

また、本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置によると、加工中にレーザービームプロファイルの異常有無を確認することができる。

また、本発明のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置によると、加工中にレーザービームパワーの異常有無を確認することができる。

太陽電池の構造を概略的に示した図である。従来のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置の一例を概略的に示した図である。本発明の一実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置を概略的に示した図である。図３の製造装置において、焦点距離が異なる多数のコリメーティングレンズのうち１つが配置されて作動する状態を説明する図である。図３の製造装置において、焦点距離が異なる多数のコリメーティングレンズのうち他の１つが配置されて作動する状態を説明する図である。図３の製造装置において、四角形コアタイプの光ファイバーを通して伝送されたレーザービームを用いて選択的エミッタを加工することを説明する図である。本発明の他の実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置を概略的に示した図である。

以下、本発明に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置の各実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置を概略的に示した図で、図４は、図３の製造装置において、焦点距離が異なる多数のコリメーティングレンズのうち１つが配置されて作動する状態を説明する図で、図５は、図３の製造装置において、焦点距離が異なる多数のコリメーティングレンズのうち他の１つが配置されて作動する状態を説明する図で、図６は、図３の製造装置において、四角形コアタイプの光ファイバーを通して伝送されたレーザービームを用いて選択的エミッタを加工することを説明する図である。

図３〜図６を参照すると、本実施例のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置１００は、太陽電池のエミッタ層にレーザービームを照射して選択的エミッタを形成するものであって、レーザー部１１０、レーザービーム伝送部１２０、コリメーティングレンズ１３０、ガルバノメータスキャナ１４０、集光レンズ１５０、コリメーティングレンズ移送部、第１のセンサー１６０、第１のプレート１３６、制御部１７０、ビームプロファイラー１８０及びパワー検出装置１９０を含む。

前記レーザー部１１０は、太陽電池２０に選択的エミッタ２８を形成するエネルギー源であるレーザービームＬを出力する。エミッタ層２２に照射されるレーザービームＬは、出力パワーが大きいパルス発振されたレーザービームＬであることが望ましい。レーザービームＬは、絶縁膜２７又はエミッタ層２２で容易に吸収できるように赤外線又は近赤外線領域の波長を有することが望ましい。

前記レーザービーム伝送部１２０は、レーザー部１１０から出力されたレーザービームＬを後述するコリメーティングレンズ１３０側に伝送するものであって、本実施例では、レーザービーム伝送部１２０としては四角形コアタイプの光ファイバーを用いる。

図６の（ａ）に示すように、一般的なレーザービームスポットＬＳ１の断面形状は円状で、断面のエネルギー分布Ｅ１は、中心部のエネルギー強さが最も高く、縁部に行くほどエネルギー強さが減少するガウス（Ｇａｕｓｓｉａｎ）分布を示すようになる。

円状の断面形状とガウスエネルギー分布を有するレーザービームスポットＬＳ１を用いて直方形の谷形状を有する選択的エミッタ２８を加工しようとする場合、加工の品質を高めるためにはレーザービームスポットＬＳ１の相当部分を重畳して加工するしかない。重畳領域を過度に少なくすると、レーザービームスポットＬＳ１の縁部における低いエネルギー強さのため重畳領域の加工品質が著しく低下するという問題が発生する。このように円状でありながらガウスエネルギー分布を有するレーザービームスポットＬＳ１を用いると、隣接するレーザービームスポットＬＳ１を重畳して加工するしかないので、全体的に加工時間が増加し、装置の生産性も低下するという問題が発生する。

したがって、図６の（ｂ）に示すように、本実施例では、コアの断面形状が直方形又は正方形である光ファイバーを用いてレーザービームＬを伝送することによって、レーザービームスポットＬＳ２の断面形状を直方形又は正方形に形成し、断面のエネルギー分布Ｅ２も均質に（フラットトップ（ｆｌａｔｔｏｐ）分布を有するエネルギー）維持する。直方形又は正方形コアタイプの光ファイバーを経由したレーザービームＬを用いて選択的エミッタ２８を加工することによって、レーザービームＬがほとんど重畳しないようにするか、重畳を最小化させることができ、全体的な加工時間も短縮させることができる。

レーザー部１１０から出力されたレーザービームＬは、集光レンズ１１１を通して光ファイバーに入力される。

前記コリメーティングレンズ１３０は、レーザービーム伝送部１２０を通して伝送されたレーザービームＬをコリメートし、これを後述するガルバノメータスキャナ１４０側に伝送する。

本実施例では、互いに異なる焦点距離を有する多数のコリメーティングレンズ１３０が設けられ、多数のコリメーティングレンズ１３０のうちいずれか１つのコリメーティングレンズ１３０が選択され、これがレーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路上に配置される。

一般に、選択的エミッタ２８の幅は、照射されるレーザービームのスポットサイズより広いので、選択的エミッタ２８の１つのラインを加工するためにはレーザービームスポットを多数回繰り返してライン加工を行わなければならない。このとき、選択的エミッタ２８の幅が大きくなると、ライン加工回数を増加させなければならないが、レーザービームのスポットサイズを大きくすると、むしろライン加工回数を減少させることができる。

したがって、選択的エミッタ２８の幅が変更されると、ライン加工に必要なレーザービームのスポットサイズを選択し、所望のスポットサイズを具現できるコリメーティングレンズ１３０を選択し、これをレーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路上に配置する。

このとき、互いに異なる焦点距離を有する多数のコリメーティングレンズ１３０は、レーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路と平行に配置されるが、多数のコリメーティングレンズ１３０のうち相対的に焦点距離の長いコリメーティングレンズ１３３が、相対的に焦点距離の短いコリメーティングレンズ１３１に比べてレーザービーム伝送部１２０からより遠く配置される。

前記コリメーティングレンズ移送部（図示せず）は、レーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路上に位置する第１の位置Ｐ１と、レーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路から逸脱して位置する第２の位置Ｐ２との間でコリメーティングレンズ１３０を往復移送させる。

多数のコリメーティングレンズ１３０のうち加工に適した焦点距離を有するコリメーティングレンズ１３０は、コリメーティングレンズ移送部によって第１の位置Ｐ１に移送され、残りのコリメーティングレンズ１３０は、コリメーティングレンズ移送部によって第２の位置Ｐ２に移送される。このとき、それぞれのコリメーティングレンズ１３０を個別的に制御するためには、それぞれのコリメーティングレンズ１３０にコリメーティングレンズ移送部が個別的に結合されることが望ましい。

コリメーティングレンズ移送部は、コリメーティングレンズ１３０をレーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路と交差する方向に直線的に往復移送させる直線移送ユニットによって具現することができ、このような直線移送ユニットは、リニアモーター、回転モーター及びボールスクリューを組み合わせた構成などの通常の技術者によく知られた構成を採用できるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

また、光ファイバーのコアサイズを変更し、レーザービームのスポットサイズを変更することもできる。多様な焦点距離を有する多数のコリメーティングレンズ１３０との組み合わせを通して、選択的エミッタ２８の加工に最も適したレーザービームのスポットサイズを具現できるコアサイズを有する光ファイバーを選択することができる。

前記ガルバノメータスキャナ１４０は、コリメートされて入射されるレーザービームＬを、太陽電池２０上の所望の位置に偏向させるためのものであって、レーザービームＬを反射させるミラー部と、ミラー部を回転させる駆動モーターとからなることが一般的である。

ガルバノメータスキャナ１４０を用いて平面上の任意の位置にレーザービームＬを位置できるように、ガルバノメータスキャナ１４０は、それぞれＸ軸ガルバノメータスキャナ及びＹ軸ガルバノメータスキャナを備えるが、本明細書では、一対のＸ軸ガルバノメータスキャナとＹ軸ガルバノメータスキャナをガルバノメータスキャナ１４０と称する。

ガルバノメータスキャナ１４０は、質量の小さいミラー部を正逆方向に回転させるので、機械的な慣性が少なく、特に直線状の加工ラインの両端部で加減速がほとんどない方向転換を行うのに優れるという特性を有する。

前記集光レンズ１５０は、ガルバノメータスキャナ１４０を経由したレーザービームＬが入射されると、入射されたレーザービームＬの収差を補正しながら太陽電池２０上にレーザービームＬを集束させて照射する。

本実施例では、集光レンズ１５０としてエフシータレンズが使用される。エフシータレンズは、通過するレーザービームＬを集束するだけでなく、作業領域の縁部側の収差を補正することもできる。

前記第１のセンサー１６０は、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間でコリメーティングレンズ１３０が配置される位置を測定する。第１のセンサー１６０は、多数のコリメーティングレンズ１３０の数量と同一の数量に設けられ、それぞれのコリメーティングレンズ１３０に１対１で対応するように配置される。

第１のセンサー１６０は、コリメーティングレンズ１３０の位置を測定し、コリメーティングレンズ１３０が第１の位置Ｐ１に配置されたか、それとも第２の位置Ｐ２に配置されたかを確認することができる。レーザービームＬが正常にコリメートされるためには、多数のコリメーティングレンズ１３０のうちいずれか１つのみが第１の位置Ｐ１に配置され、残りは第２の位置Ｐ２に配置されなければならないが、第１のセンサー１６０はこれを確認することができる。

前記第１のプレート１３６は、コリメーティングレンズ１３０の側部に結合され、一面が第１のセンサー１６０と対向するように配置される。第１のセンサー１６０は、一般的に発光部及び受光部で構成されるが、発光部から出射された光は、第１のプレート１３６によって反射され、再び受光部に入射される。第１のセンサー１６０は、第１のセンサー１６０の端部と第１のプレート１３６との間の距離を測定して換算することによって、現在のコリメーティングレンズ１３０の位置を測定することができる。

前記制御部１７０は、レーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路の光軸と、コリメーティングレンズ１３０の中心部とが一致するように、コリメーティングレンズ移送部を制御する。レーザービームＬが正常にコリメートされるためには、コリメーティングレンズ１３０が第１の位置Ｐ１に配置されたとしても、コリメーティングレンズ１３０の中心部と、レーザービーム伝送部１２０とガルバノメータスキャナ１４０との間の光経路の光軸とが一致しなければならない。第１のセンサー１６０は、コリメーティングレンズ１３０が第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間でどの位置にあるかを測定し、コリメーティングレンズ１３０の中心部と光軸とが一致するかどうかを確認することができ、制御部１７０は、逸脱した値だけコリメーティングレンズ移送部に移送命令を伝送し、コリメーティングレンズ１３０の中心部と光軸とを一致させる。

前記ビームプロファイラー１８０は、光ファイバーを経由したレーザービームＬのプロファイルを測定する。本実施例では、直方形コアタイプの光ファイバーを用いてレーザービームＬを伝送することによって、レーザービームスポットの断面形状を直方形に形成し、断面のエネルギー分布を均質に（フラットトップ分布を有するエネルギー）維持する。したがって、ビームプロファイラー１８０を用いて選択的エミッタ２８の加工中又は加工中間に光ファイバーを経由したレーザービームＬのプロファイルを確認することができる。

選択的エミッタ２８の加工中又は加工中間にレーザービームＬのプロファイルを確認するためには、光経路上にビームスプリッター又は反射ミラー１８１を配置し、ビームスプリッター又は反射ミラー１８１によって反射されたレーザービームＬをビームプロファイラー１８０に伝送し、レーザービームＬのプロファイルを確認することができる。

前記パワー検出装置１９０は、レーザービームＬのパワーを測定する。ビームプロファイラー１８０と同様に、選択的エミッタ２８の加工中又は加工中間に光ファイバーを経由したレーザービームＬのパワーが、選択的エミッタ２８の加工に適するように設定されたかどうかを確認することができる。ビームスプリッター又は反射ミラー１８１を用いて、選択的エミッタ２８の加工中又は加工中間にレーザービームＬのパワーを測定することができる。

下記の表１は、コリメーティングレンズ１３０の焦点距離と光ファイバーのコアサイズが変更されるとき、それぞれの場合によって具現できるレーザービームのスポットサイズを例示したものである。このように、互いに異なる規格のコリメーティングレンズ１３０と光ファイバーを組み合わせることによって、選択的エミッタ２８の加工に最も適したレーザービームスポットを選択することができる。

ここで、集光レンズ１５０の焦点距離は２５５ｍｍに固定されるように例示したが、太陽電池２０上の照射領域によって異なる焦点距離を有する集光レンズ１５０を用いることができる。

上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、選択的エミッタの加工に適したレーザービームのスポットサイズに合わせてコリメーティングレンズを選択し、ガルバノメータスキャナを用いてレーザービームを太陽電池上の所望の位置に照射して選択的エミッタを形成することによって、太陽電池の前面電極の数量、間隔又は幅が変更されたとしても、互換性のある対応をし、多様な形態の選択的エミッタを形成できるという効果を得ることができる。

また、上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、直方形コアタイプの光ファイバーを通してレーザービームを伝送し、断面形状が直方形で、かつ断面のエネルギー分布が均質なレーザービームを選択的エネルギー加工に用いることによって、レーザービームスポットの重畳を最小化し、全体的な加工時間も短縮できるという効果を得ることができる。

また、上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、レーザービーム伝送部とガルバノメータスキャナとの間の光経路の光軸と、コリメーティングレンズの中心部とが一致するようにコリメーティングレンズの移送を制御することによって、選択的エミッタ加工に用いられるレーザービームの品質を向上できるという効果を得ることができる。

また、上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、レーザービームのプロファイルを測定するためのビームプロファイラーを含むことによって、加工中にレーザービームプロファイルの異常有無を確認できるという効果を得ることができる。

また、上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、レーザービームパワーを測定するパワー検出装置を含むことによって、加工中にレーザービームパワーの異常有無を確認できるという効果を得ることができる。

一方、図７は、本発明の他の実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置を概略的に示した図である。

図７を参照すると、本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置２００は、選択的エミッタの加工に適したレーザービームのスポットサイズに合わせて集光レンズを選択するものであって、多数の集光レンズ１５０、集光レンズ移送部、第２のセンサー２６０及び第２のプレート２５１を含む。

図７において、図３〜図６に示した各部材と同一の番号によって示される各部材は、同一の構成及び機能を有するものであって、それぞれについての詳細な説明は省略する。

前記集光レンズ移送部（図示せず）は、ガルバノメータスキャナ１４０と太陽電池２０との間の光経路上に位置する第３の位置Ｐ３と、ガルバノメータスキャナ１４０と太陽電池２０との間の光経路から逸脱して位置する第４の位置Ｐ４との間で集光レンズ２５０を往復移送させる。

互いに異なる焦点距離を有する多数の集光レンズ２５０が設けられ、多数の集光レンズ２５０のうち加工に適した焦点距離を有する集光レンズ２５０は、集光レンズ移送部によって第３の位置Ｐ３に移送され、残りの集光レンズ２５０は、集光レンズ移送部によって第４の位置Ｐ４に移送される。このとき、それぞれの集光レンズ２５０を個別的に制御するためには、それぞれの集光レンズ２５０に集光レンズ移送部が個別的に結合されることが望ましい。

集光レンズ移送部は、集光レンズ２５０をガルバノメータスキャナ１４０と太陽電池２０との間の光経路と交差する方向に直線的に往復移送させる直線移送ユニットによって具現することができ、このような直線移送ユニットは、リニアモーター、回転モーター及びボールスクリューを組み合わせた構成などの通常の技術者によく知られた構成を採用できるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

前記第２のセンサー２６０は、第３の位置Ｐ３と第４の位置Ｐ４との間で集光レンズ２５０が配置される位置を測定する。第２のセンサー２６０は、多数の集光レンズ２５０の数量と同一の数量に設けられ、それぞれの集光レンズ２５０に１対１で対応するように配置される。

第２のセンサー１６０は、集光レンズ２５０の位置を測定し、集光レンズ２５０が第３の位置Ｐ３に配置されたか、それとも第４の位置Ｐ４に配置されたかを確認することができる。レーザービームＬが正常に集光されるためには、多数の集光レンズ２５０のうちいずれか１つのみが第３の位置Ｐ３に配置され、残りは第４の位置Ｐ４に配置されなければならないが、第２のセンサー２６０はこれを確認することができる。

前記第２のプレート１３６は、集光レンズ２５０の側部に結合され、一面が第２のセンサーと対向するように配置される。第２のセンサーは、第２のセンサーの端部と第２のプレートとの間の距離を測定して換算することによって、現在の集光レンズの位置を測定することができる。

前記制御部１７０は、集光レンズ２５０の中心部と太陽電池２０の照射領域の中心部とが一致するように、集光レンズ移送部を制御する。レーザービームＬが正常に集光されるためには、集光レンズ２５０が第３の位置Ｐ３に配置されたとしても、集光レンズ２５０の中心部と太陽電池２０の照射領域の中心部とが一致しなければならない。第２のセンサー２６０は、集光レンズ２５０が第３の位置Ｐ３と第４の位置Ｐ４との間でどの位置にあるかを測定し、集光レンズ２５０の中心部と太陽電池２０の照射領域の中心部とが一致するかどうかを確認することができ、制御部１７０は、逸脱した値だけ集光レンズ移送部に移送命令を伝送し、集光レンズ２５０の中心部と太陽電池２０の照射領域の中心部とを一致させる。

上述したように構成された本実施例に係るレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置は、選択的エミッタの加工に適したレーザービームのスポットサイズに合わせて集光レンズを選択することによって、太陽電池の前面電極の幅などが変更されるたしても、互換性のある対応をし、多様な形態の選択的エミッタを形成できるという効果を得ることができる。

上述した各実施例において、レーザービームは、パルス発振され、赤外線又は近赤外線領域の波長を有するものと説明したが、連続して発振されたレーザービームを用いて選択的エミッタを加工することもでき、赤外線以外の波長帯を有するレーザービームを用いて選択的エミッタを加工することもできる。

本発明の権利範囲は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で多様な形態の実施例に具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な多様な範囲も本発明の特許請求範囲に記載した範囲内にあるものと見なす。

１００：レーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置、１１０：レーザー部、１２０：レーザービーム伝送部、１３０：コリメーティングレンズ、１４０：ガルバノメータスキャナ、１５０：集光レンズ、１６０：第１のセンサー、１７０：制御部

Claims

太陽電池のエミッタ層にレーザービームを照射して選択的エミッタを形成するレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置において、
レーザービームを出力するレーザー部と；
前記レーザー部から出力されたレーザービームを伝送するレーザービーム伝送部と；
前記レーザービーム伝送部を通して伝送されたレーザービームをコリメートし、互いに異なる焦点距離を有する複数のコリメーティングレンズと；
コリメートされて入射されるレーザービームを、太陽電池上の所望の位置に偏向させるためのガルバノメータスキャナと；
前記ガルバノメータスキャナを経由したレーザービームが入射されると、入射されたレーザービームを太陽電池上に集束させて照射するための集光レンズと；
前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路上に位置する第１の位置と、前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路から逸脱して位置する第２の位置との間で前記コリメーティングレンズを往復移送させるコリメーティングレンズ移送部と；
加工に用いられるコリメーティングレンズのみが第１の位置に配置されたことを確認し、第１の位置に配置されたコリメーティングレンズの中心部をレーザービームの光軸と一致させるために、前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記コリメーティングレンズが配置される位置を測定する、それぞれのコリメーティングレンズで1対1に対応できるように配置される複数の第１センサーと；
前記レーザービーム伝送部と前記ガルバノメータスキャナとの間の光経路の光軸と、前記コリメーティングレンズの中心部とが一致するように前記コリメーティングレンズ移送部を制御する制御部と；を含み、
互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズが設けられ、
前記ガルバノメータスキャナと太陽電池との間の光経路上に位置する第３の位置と、前記ガルバノメータスキャナと太陽電池との間の光経路から逸脱して位置する第４の位置との間で前記集光レンズを往復移送させる集光レンズ移送部をさらに含み、
前記複数の集光レンズのうち、選択的エミッタを加工するための焦点距離を有する集光レンズが選択されて前記第３の位置に配置され、
前記複数のコリメーティングレンズのうち、選択的エミッタを加工するための焦点距離を有するコリメーティングレンズが選択されて前記第１の位置に配置されることを特徴とするレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
前記コリメーティングレンズの側部に結合され、一面が前記第１のセンサーと対向するように配置される第１のプレートをさらに含み、
前記第１のセンサーは、前記第１のセンサーの端部と前記第１のプレートとの間の距離を測定することを特徴とする、請求項１に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
前記複数のコリメーティングレンズのうち相対的に焦点距離の長いコリメーティングレンズが、相対的に焦点距離の短いコリメーティングレンズに比べて前記レーザービーム伝送部からより遠く配置されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
前記レーザービーム伝送部は、四角形コアタイプの光ファイバーを含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
前記光ファイバーを経由したレーザービームのプロファイルを測定するためのビームプロファイラーをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
レーザービームのパワーを測定するパワー検出装置をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。
前記第３の位置と前記第４の位置との間で前記集光レンズが配置される位置を測定する第２のセンサーと；
前記集光レンズの中心部と前記太陽電池の照射領域の中心部とが一致するように前記集光レンズ移送部を制御する制御部と；をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザーを用いた太陽電池の選択的エミッタ製造装置。