KR20120101460A - Method and device for ablation of thin-films from a substrate - Google Patents

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KR20120101460A
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옌스 귄스터
마르틴 바우어
피터 레흐슈테이너
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오리콘 솔라 아게, 트루바흐
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Abstract

본 발명은, 레이저로 재료(3, 4, 5)를 기판(2)으로부터 어블레이션하는 방법에 있어서, 기판(2)에 대하여 2개의 구별되는 방향으로 기판(2) 표면에 대하여 레이저의 레이저 스팟을 안내하는 지시 수단을 구비하고, a) 상기 레이저 스팟에 대하여 기판(2)을 이동(13)시키는 단계; 및 b) 상기 2개의 구별되는 방향의 각각으로 사인파 타입의 고조파 진동으로 상기 지시 수단을 충돌시켜 폐쇄 루프 패턴으로 상기 기판(2) 표면 상에 상기 레이저 스팟을 이동시키는 단계를 포함하는, 재료 어블레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of ablating materials (3, 4, 5) from a substrate (2) with a laser, wherein the laser spot of the laser with respect to the surface of the substrate (2) in two distinct directions relative to the substrate (2). And means for guiding a, comprising the steps of: a) moving (13) the substrate (2) with respect to the laser spot; And b) moving the laser spot on the surface of the substrate 2 in a closed loop pattern by impinging the pointing means with sinusoidal harmonic vibrations in each of the two distinct directions. It is about a method.

Description

기판으로부터 박막을 어블레이션하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ABLATION OF THIN-FILMS FROM A SUBSTRATE}METHOD AND DEVICE FOR ABLATION OF THIN-FILMS FROM A SUBSTRATE}

본 발명은 레이저로 재료를 기판으로부터 어블레이션하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판 상에 적층된 제1 전극층, 반도체층 및 제2 전극층을 가지며, 이에 의해 이른바 층-스택(layer-stack)이 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 박막 태양 전지로 분할되는 박막 태양광 모듈을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 레이저 빔에 의해 박막 태양광 모듈의 주변에 위치되는 층-스택을 국지적으로 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for ablation of material from a substrate with a laser. In particular, the present invention has a thin film solar system having a first electrode layer, a semiconductor layer and a second electrode layer stacked on a substrate, whereby a so-called layer-stack is divided into a plurality of thin film solar cells electrically connected in series. A method and apparatus for manufacturing an optical module are provided. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for locally removing a layer-stack positioned around a thin film solar module by a laser beam.

일반적으로, 박막 태양광 전지는 박막 표면에 평행하게 배열된 p-i-n 또는 n-i-p 접합 구조를 갖는 비결정질 및/또는 미정질(microcrystalline) 실리콘 막을 포함한다. p-i-n/n-i-p 구조는, 예를 들어 종종 수퍼스트레이트(superstrate)라 불리는 투광성 기판과 같은, 기판의 하나의 메인 표면 상에서 복수의 영역의 각각으로 연속적으로 연장되는 투명막 전극인 전극층 사이에 끼워진다.
Generally, thin film photovoltaic cells comprise amorphous and / or microcrystalline silicon films having pin or nip junction structures arranged parallel to the thin film surface. The pin / nip structure is sandwiched between electrode layers, which are transparent membrane electrodes that extend continuously into each of a plurality of regions on one main surface of the substrate, such as, for example, a translucent substrate, often referred to as a superstrate.

박막 태양 전지를 위하여 사용되는 코팅 공정이 일반적으로 전체 기판에 영향을 미치기 때문에, 최종 박막 태양 전지 모듈의 프레임 또는 하우징에 대한 적합한 전기 절연이 필요하다. 또한, 광전지 능동 전지(photovoltaic active cell)를 습기 및/또는 산소와 같은 환경 영향으로부터 보호하는 것이 필요하다. 따라서, 예를 들어 기판과 커버 사이에 포일을 접합하거나 적층하는 백 글라스(back glass)와 같은 추가 커버에 기판을 적층함으로써, 광전지 능동층을 캡슐화하는 것이 종래 기술에서 알려져 있다. 기판의 에지 영역, 이른바 주변 영역이 전술한 환경 영향에 대한 접촉면이기 때문에, 주변 영역에 특별한 주위가 기울여져야 한다는 것이 명백하다.
Since the coating process used for thin film solar cells generally affects the entire substrate, suitable electrical insulation to the frame or housing of the final thin film solar cell module is required. There is also a need to protect photovoltaic active cells from environmental influences such as moisture and / or oxygen. Thus, it is known in the art to encapsulate a photovoltaic active layer by, for example, laminating the substrate in an additional cover such as a back glass that bonds or laminates the foil between the substrate and the cover. Since the edge region of the substrate, the so-called peripheral region, is the contact surface for the aforementioned environmental influences, it is clear that special surroundings should be inclined to the peripheral region.

따라서, 능동층이라고도 하는 전극층과 반도체층을 포함하는 층-스택은 에지에 평행한 좁은 스트립에서, 즉 주변 영역에서 종종 제거된다. 이러한 어블레이션(ablation)을 수행하기 위하여, 종래 기술은 모래 분사(sand-blasting)를 이용하는 것을 교시하지만, 이는 주변 영역에서 능동층이 완전히 제거되지 않고 그리고/또는 아래에 놓이는 기판이 손상되는 역효과를 가지며, 이는 최종적으로 박막 태양광 모듈의 사용에 부정적인 영향을 미치는 습기 및 산소의 훨씬 더 큰 위험을 초래한다.Thus, layer-stacks comprising electrode layers and semiconductor layers, also called active layers, are often removed in narrow strips parallel to the edges, ie in the peripheral region. In order to perform this ablation, the prior art teaches using sand-blasting, but this has the adverse effect of not completely removing the active layer in the surrounding area and / or damaging the underlying substrate. This results in a much greater risk of moisture and oxygen, which in turn negatively affects the use of thin film solar modules.

본 발명의 목적은 기판의 에지 영역으로부터 원하지 않는 재료를 제거하기 위한 개선된 공정을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an improved process for removing unwanted material from the edge region of a substrate.

이러한 목적은 독립항에 의해 구현된다. 유익한 실시예들은 종속항에서 열거된다.
This object is achieved by the independent claims. Advantageous embodiments are listed in the dependent claims.

특히, 본 목적은 레이저로 재료를 기판으로부터 어블레이션하는 방법에 있어서, 2개의 구별되는 방향으로 기판 표면에 대하여 레이저의 레이저 스팟을 안내하는 지시 수단을 구비하고,In particular, the object is a method of ablating a material from a substrate with a laser, comprising: indicating means for guiding a laser spot of the laser with respect to the substrate surface in two distinct directions,

a) 레이저 스팟에 대하여 기판을 이동시키는 단계; 및a) moving the substrate with respect to the laser spot; And

b) 2개의 구별되는 방향의 각각으로 사인파 타입의 고조파 진동으로 지시 수단을 충돌시켜 폐쇄 루프 패턴으로 기판 표면 상에 레이저 스팟을 이동시키는 단계b) moving the laser spot on the substrate surface in a closed loop pattern by impinging the indicating means with sinusoidal harmonic vibrations in each of two distinct directions.

를 포함하는 재료 어블레이션 방법에 의해 달성된다.
It is achieved by a material ablation method comprising a.

따라서, 패쇄 루프 패턴으로 기판 표면 상에 레이저 스팟을 이동시켜 재료를 제거하는 것이 본 발명의 아이디어로, 이에 의해 매우 균일하고 신뢰성있는 방법으로 재료가 기판으로부터 제거되는 것을 달성할 수 있다. 지시 수단이 2개의 구별되는 방향으로 바람직하게 중첩된 사인파 타입의 고조파 진동으로 충돌되기 때문에, 바람직하게는 가공 레이저 빔에 의해 제공된 레이저 스팟은, 가장 바람직하게는, 기판 표면 위로 일정하게 이동되고, 따라서 재료를 제거만 하는 것에 대하여 필요한 것보다 더 큰 기판의 단위 표면적당 레이저의 원하지 않은 밀도에 기인하는 기판의 어떠한 손상도 발생시키지 않는다.
Thus, removing the material by moving the laser spot on the substrate surface in a closed loop pattern is an idea of the present invention, whereby material can be removed from the substrate in a very uniform and reliable manner. Since the pointing means collide with harmonic oscillations of the sinusoidal type which are preferably superimposed in two distinct directions, the laser spot provided by the processing laser beam is most preferably moved constantly over the substrate surface, thus Only removing the material does not cause any damage to the substrate due to the unwanted density of the laser per unit surface area of the substrate that is larger than necessary.

레이저는 100 ns보다 짧은 펄스 지속 시간과 0.1 J/cm2 내지 20 J/cm2 범위의 펄스 에너지 밀도를 갖는, 1064 및 1030 nm의 파장에 대한 Nd:YAG 또는 Yt:YAG형과 같은 광 펄스 가공 빔을 생성하는 레이저 공진기와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 레이저로서 제공될 수 있다.1`
Lasers have optical pulse processing, such as Nd: YAG or Yt: YAG, for wavelengths of 1064 and 1030 nm, with pulse durations shorter than 100 ns and pulse energy densities ranging from 0.1 J / cm 2 to 20 J / cm 2. It can be provided as any laser known to those skilled in the art, such as a laser resonator for generating a beam.

다른 실시예에서, 레이저 및/또는 지시 수단은 가공될 기판 표면 상으로 직사각형 형상, 가요성 섬유 및/또는 원형 섬유 케이블 출력을 투영하는 투영 부재(image member)를 포함한다. 기판은, 예를 들어 벨트로서 제공된 위치 설정 수단에 의해 또는 롤(roll)에 의해, 바람직하게는 직선 방향으로, 레이저 스팟에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 방법으로 이동될 수 있다.
In another embodiment, the laser and / or pointing means comprise an image member for projecting rectangular, flexible and / or circular fiber cable output onto the substrate surface to be processed. The substrate is any known to those skilled in the art to which the invention pertains to the laser spot, for example by means of positioning means provided as a belt or by a roll, preferably in a straight direction. Can be moved in a way.

따라서, 본 발명은, 종래 기술과는 반대로, 사인파 타입의 고조파 진동을 이용하여 폐쇄 루프 패턴으로 레이저 스팟을 안내하는 것은, 어떠한 종류로도 부정적으로 기판에 영향을 미치지 않으면서, 기판으로부터의 원하지 않는 재료의 훨씬 더 효율적인 어블레이션을 제공한다는 발견에 기초한다. 기판이 박막 태양 전지 내에 제공되는 경우, 태양광 모듈의 반도체층 및 전극층의 모든 재료의 균일한 제거에 기인하여 양호한 전기 절연을 획득하는 것을 제공하기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 특히 유익하다. 본 발명의 해결 방안에 따라 기판 위로 패쇄 루프 패턴으로서 레이저 스팟을 이동시켜 재료를 어블레이션하는 것은, 레이저 스팟이 기판 위로 바람직하게 일정하게 이동되고, 이에 따라 종래 기술로부터 알려진 바와 같은 예를 들어 이동 방향의 반전을 수행하기 위하여 레이저의 이동을 정지하는 경우에 기판을 손상시키지 않기 때문에, 기판의 열적 열화는 훨씬 적게 된다.
Thus, in contrast to the prior art, guiding laser spots in a closed loop pattern using sinusoidal harmonic vibrations is not desired from any substrate without negatively affecting the substrate in any kind. It is based on the discovery that it provides much more efficient ablation of the material. When the substrate is provided in a thin film solar cell, the method according to the invention is particularly advantageous because it provides for obtaining good electrical insulation due to the uniform removal of all materials of the semiconductor layer and the electrode layer of the solar module. Ablating the material by moving the laser spot as a closed loop pattern over the substrate in accordance with the solution of the present invention is such that the laser spot is preferably constantly moved over the substrate, and thus, for example, the direction of movement as known from the prior art. The thermal degradation of the substrate is much less because the substrate is not damaged when the laser movement is stopped to perform the inversion of.

일반적으로, 레이저 스팟을 안내하는 지시 수단은 종래 기술로부터 공지된 임의의 수단으로서 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지시 수단은 2개의 구별되는 방향으로 레이저 스팟을 안내하는 2개의 피봇가능한 미러를 갖는 스캐너 광학 기기를 포함한다. 바람직하게는, 스캐너 광학 기기는 2개의 구별되는 방향으로 레이저 스팟에 대한 안내를 제공하는 헤드 미러를 갖는 갈보 스캐너를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 스캐너 광학 기기는 기판 표면의 평면에서 레이저 스팟을 이동시킨다. 다른 실시예에서, 스캐너 광학 기기는 3개 이상의 미러를 포함한다. 이러한 실시예들은 본 발명에 따른 지시 수단의 매우 간단하고 저렴한 제조를 허용한다. 또한, 이러한 실시예들은, 사인파 타입의 고조파 진동에 의해 충돌되는 동안, 기판 표면 상의 폐쇄 루프 패턴으로 레이저 스팟을 안내하는 매우 정밀한 방법을 허용한다.
In general, the indicating means for guiding the laser spot can be provided as any means known from the prior art. However, according to a preferred embodiment of the present invention, the indicating means comprises a scanner optics having two pivotable mirrors which guide the laser spot in two distinct directions. Preferably, the scanner optics comprises a galvo scanner with a head mirror that provides guidance for the laser spot in two distinct directions. More preferably, the scanner optics move the laser spot in the plane of the substrate surface. In another embodiment, the scanner optics comprise three or more mirrors. These embodiments allow a very simple and inexpensive production of the indicating means according to the invention. In addition, these embodiments allow a very precise method of guiding the laser spot in a closed loop pattern on the substrate surface while being impacted by sinusoidal harmonic vibrations.

패턴은 폐쇄 루프 패턴으로 기판 표면 상에 레이저 스팟을 안내하는 종래 기술로부터 공지된 임의의 패턴을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은,The pattern can include any pattern known from the prior art to guide the laser spot on the substrate surface in a closed loop pattern. However, according to another preferred embodiment of the present invention, the present invention,

c) 동일한 주파수 및 0°, 90° 또는 180°의 진동 위상 시프트로 미러를 피봇팅하는 단계; 또는c) pivoting the mirror at the same frequency and oscillating phase shift of 0 °, 90 ° or 180 °; or

d) 상이한 주파수 및 0°보다 큰 진동 위상 시프트로 미러를 피봇팅하는 단계d) pivoting the mirror at different frequencies and oscillating phase shifts greater than 0 °

를 포함한다.
.

이러한 실시예들은, 바람직하게는 기판 표면 상으로 고조파 진동을 중첩하기 위하여 바람직하게는 2개 이상의 미러를 갖는 갈보 스캐너 헤드를 이용함으로써, 예를 들어, 원, 선 및/또는 라사주 도형을 갖는 폐쇄 루프 패턴을 제공한다. 원을 제공하기 위하여, 양 미러의 피봇팅 주파수는 바람직하게 동일하며, 2개의 스캐너 헤드의 진동 사이의 위상 시프트는 90°이다. 선은 동일 주파수 및 2개의 스캐너 헤드의 진동 사이의 0° 또는 180°의 위상 시프트로 양미러를 진동시켜 구현될 수 있다. 라사주 도형은 예를 들어 10°, 40° 및/또는 80°의 다른 위상 시프터와 2개의 스캐너 헤드의 진동 사이의 상이한 주파수로 구현될 수 있다. 높은 진동 주파수가 재료의 신뢰성 어블레이션 및 기판의 훨씬 적은 열화를 제공하기 때문에, 이러한 스캐닝 패턴은, 특히 리사주 도형 패턴은 유익하다. 이에 의해, 각각의 폐쇄 루프 패턴은 어블레이션 공정의 시작 및 종료에서 레이저를 턴온하고 턴오프하는 것을 고려할 때 개방 루프 패턴일 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명하다.
Such embodiments preferably use a galvo scanner head, preferably having two or more mirrors, to superimpose harmonic oscillations onto the substrate surface, for example, a closure with circles, lines and / or rasage figures. Provide a loop pattern. In order to provide a circle, the pivoting frequencies of both mirrors are preferably the same and the phase shift between the vibrations of the two scanner heads is 90 °. The line can be realized by vibrating both mirrors with a phase shift of 0 ° or 180 ° between the same frequency and the vibrations of the two scanner heads. The rasage figure can be implemented at a different frequency, for example between different phase shifters of 10 °, 40 ° and / or 80 ° and the vibrations of the two scanner heads. This scanning pattern is particularly advantageous because the high vibration frequency provides reliable ablation of the material and much less degradation of the substrate. It is thereby evident to one of ordinary skill in the art that each closed loop pattern may be an open loop pattern when considering turning on and off the laser at the beginning and end of the ablation process. .

스캐너 미러의 고조파 진동이 미러의 높은 진동 주파수를 가능하게 한다는 것이 밝혀졌고, 이에 따라 가공될 기판 표면 상에서의 스캐닝 패턴의 연속 이동에 기초하는 스캐닝 전략은 기판으로부터 재료를 제거하는데 가장 효율적인 것이 밝혀졌다. 에지를 따르는 자체의 원형 스캐닝 패턴의 이동과, 레이저 스팟의 바람직한 원형 이동의 중첩 때문에, 열적 스트레스 및/또는 레이저 스팟으로부터 발생하는 부하의 관점으로부터 기판에 부정적으로 영향을 미치지 않으면서, 다양한 시험에서 발견된 바와 같이, 레이저 스팟이 기판 위로 바람직하게 일정하게 이동됨에 따라, 에지 근처의 영역에 대한 레이저 처리의 증가된 영향이 얻어질 수 있다.
It has been found that the harmonic oscillations of the scanner mirrors enable the high oscillation frequencies of the mirrors, and thus the scanning strategy based on the continuous movement of the scanning pattern on the substrate surface to be processed has been found to be the most efficient for removing material from the substrate. Due to the overlap of the movement of its own circular scanning pattern along the edge and the desired circular movement of the laser spot, it is found in various tests without negatively affecting the substrate from the viewpoint of thermal stress and / or load resulting from the laser spot. As can be seen, as the laser spot is moved preferably and consistently over the substrate, an increased effect of laser processing on the area near the edge can be obtained.

일반적으로, 2개의 구별되는 방향은 기판 표면에 대한 임의의 구별되는 방향으로서 제공될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 구별되는 방향은 서로 수직이고, 기판의 에지 및/또는 경계에 각각 평행하게 직교하여 연장된다. 따라서, 바람직하게는, 지시 수단의 미러는 기판의 에지에 각각 평행하게 직교하는 레이저 스팟을 안내하여, 이에 따라 기판 표면의 전체로부터의 재료의 어블레이션을 허용한다.
In general, two distinct directions may be provided as any distinct direction relative to the substrate surface. According to a preferred embodiment of the invention, the two distinct directions are perpendicular to each other and extend orthogonally parallel to the edges and / or boundaries of the substrate, respectively. Thus, preferably, the mirror of the indicating means guides the laser spots orthogonal to each other in parallel to the edge of the substrate, thus allowing ablation of the material from the whole of the substrate surface.

다른 바람직한 실시예에서, 본 방법은 단계 b)를 반복하는 단계를 포함한다. 따라서, 단계 b)는 적어도 2번 수행되는 것이 바람직하다. 각각의 기판 표면이 적어도 2개의 독립적인, 예를 들어 연속하는, 레이저 어블레이션 이벤트에 의해 2번 처리되는 이러한 이중 스캐닝 전략은, 기판으로부터 모든 재료를 제거하는데 가장 성공적이다. 다른 예에서, 단계 b)는 예를 들어 3번, 4번 또는 4번과 같이 2번보다 많이 반복된다. 또한, 원의 스캐닝 패턴으로 기판 표면을 처리하는 것이 모든 재료를 제거하는데 가장 효율적인 것으로 밝혀졌기 때문에, 이러한 이중의, 또는 그 이상의 스캐닝 전략은 원 형태의 스캐닝 패턴에 의해 수행된다.
In another preferred embodiment, the method comprises repeating step b). Therefore, step b) is preferably carried out at least twice. This dual scanning strategy, in which each substrate surface is treated twice by at least two independent, eg consecutive, laser ablation events, is most successful in removing all material from the substrate. In another example, step b) is repeated more than 2 times, for example 3 times, 4 times or 4 times. Also, since treating the substrate surface with a circular scanning pattern has been found to be most efficient for removing all material, this dual or more scanning strategy is performed by the circular scanning pattern.

다른 바람직한 실시예에서, 기판은 박막 태양 전지 내에 제공되고, 재료는 제1 전극층, 광전 변환층 및 제2 전극층을 포함하고, 재료는 제2 전극층이 레이저 스팟에 의해 처리될 표면으로서 제공되도록 기판 상에 언급 순서대로 부착된다.
In another preferred embodiment, the substrate is provided in a thin film solar cell, the material comprises a first electrode layer, a photoelectric conversion layer and a second electrode layer, and the material is provided on the substrate such that the second electrode layer is provided as a surface to be treated by the laser spot. Are attached in the order mentioned.

종래의 박막 태양 전지 또는 박막 태양광 모듈의 기본적인 빌드업은 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다. 이러한 박막 태양 전지는 일반적으로 예를 들어 유리 기판인 기판을 포함하며, 그 상부에서 투명 또는 반투명 전극층이 부착되고, p-i-n 또는 n-i-p 구조(n = 음으로 도핑된 실리콘, i = 진성(intrinsic) 실리콘, p = 양으로 도핑된 실리콘)을 나타내는 비결정질 및/또는 미정질 실리콘막으로 형성된 광전 변환 반도체와, 배면 전극층이 이어진다. 배면 전극층은 다시 투명 도전층과 반사층, 도전성 및 반사성 금속층 또는 기술적인 균등물을 포함할 수 있다. 광전 변환 반도체는 단일의, 2중의 또는 복수의 접합으로 이루어질 수 있으며, 각각의 접합은 다시 p-i-n 또는 n-i-p 구조를 나타낸다.
Basic build ups of conventional thin film solar cells or thin film solar modules are known to those skilled in the art. Such thin film solar cells generally comprise a substrate, for example a glass substrate, on which a transparent or translucent electrode layer is attached, a pin or nip structure (n = negatively doped silicon, i = intrinsic silicon, a photoelectric conversion semiconductor formed of an amorphous and / or microcrystalline silicon film representing p = positively doped silicon), followed by a back electrode layer. The back electrode layer may again comprise a transparent conductive layer and a reflective layer, a conductive and reflective metal layer or technical equivalents. The photoelectric conversion semiconductor may consist of a single, double or a plurality of junctions, each junction again exhibiting a pin or nip structure.

기판은 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 박막 장치를 제조하는데 적합한 임의의 기판일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기판은 플로트 글라스(float glass), 보안 글라스(security glass) 또는 수정 글라스(quartz glass)이다. 바람직하게는 태양 전지의 제조에 일반적으로 사용되는 더 큰 크기를 가지는 플로트 글라스는, 형성 챔버 내의 연장된 틴 배스(tin bath)로, 바람직하게는 연속하여, 용융된 글라스를 수송함으로써 생산된다. 이어, 용융된 글라스는 틴 표면 상으로 퍼지고 그리고/또는 평탄하고 연속적인 글라스 시트 또는 층으로서 적어도 하나의 방향으로 적합한 수단에 의해 인출된다. 냉각 및 풀링(pulling) 공정을 세심하게 제어함으로써, 결과에 따른 글라스 시트의 두께뿐만 아니라 형상도 조정될 수 있다. 바람직하게는, 기판은 본질적으로 평탄한 기판으로서 제공된다.
The substrate may be any substrate suitable for making thin film devices known to those skilled in the art. In a preferred embodiment, the substrate is float glass, security glass or quartz glass. Preferably the larger sized float glass generally used in the manufacture of solar cells is produced by transporting molten glass in an extended tin bath in the forming chamber, preferably continuously. The molten glass is then spread over the tin surface and / or drawn by suitable means in at least one direction as a flat, continuous glass sheet or layer. By carefully controlling the cooling and pulling processes, the shape as well as the thickness of the glass sheet can be adjusted as a result. Preferably, the substrate is provided as an essentially flat substrate.

본 발명에 따른 층은 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 부착 기술에 의해 부착될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 박막층은 진공 스퍼터링 공정과 같은 CVD(chemical vapour depostion) 또는 PVD(physical vapour deposition)에 의해 부착된다. 더욱 바람직하게는, 증착(vapour deposition) 공정은 PECVD(plasma enhanced CVD), APCVD(atmospheric pressure CVD) 및/또는 MOCVD(metal-organic CVD) 부착 공정이다. 가장 바람직하게는, 증착 공정은 LPCVD(low pressure CVD)이다.
The layers according to the invention can be attached by various attachment techniques known to those skilled in the art. In a preferred embodiment of the present invention, the thin film layer is deposited by chemical vapor depostion (CVD) or physical vapor deposition (PVD), such as a vacuum sputtering process. More preferably, the vapor deposition process is a plasma enhanced CVD (PECVD), an atmospheric pressure CVD (APCVD) and / or a metal-organic CVD (MOCVD) deposition process. Most preferably, the deposition process is low pressure CVD (LPCVD).

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 기판 표면은 내부 영역과, 내부 영역을 둘러싸는 주변 영역으로 분할되고, 단계 b) 대신에, b') 2개의 구별되는 방향의 각각으로, 사인파 타입의 고조파 진동으로 지시 수단을 충돌시켜, 폐쇄 루프 패턴으로 기판의 주변 영역의 표면 상에만 레이저 스팟을 이동시키는 단계를 포함한다.
In another preferred embodiment of the invention, the substrate surface is divided into an inner region and a peripheral region surrounding the inner region, and instead of step b) b ') each of two distinct directions, a sinusoidal type harmonic oscillation Impinging the directing means, thereby moving the laser spot only on the surface of the peripheral region of the substrate in a closed loop pattern.

따라서, 기판이 박막 태양 전지 내에 제공되는 경우에 대하여, 각각의 박막 태양 전지의 기판은 바람직하게는 기판 상으로 부착된 전극층과 광전 변환층을 갖는 내부 영역과, 단계 b')에 따라 본 발명에 따른 방법에 의해 어블레이션되는 것으로 예측되는 주변 영역을 포함하고, 이러한 내부 영역은 내부 능동 영역이라고도 불린다. 따라서, b') 단계를 수행한 후에, 각각의 박막 태양 전지의 기판은 상부에 부착된 전극층과 광전 변환층을 갖는 내부 능동 영역과, 레이저 스팟의 어블레이션에 의해 재료가 없고 바람직하게는 단지 기판만을 포함하는 주위의 주변 수동 영역(passive region)을 포함한다. 다른 실시예에서, 내부 영역은 주변 영역에 인접하게 배열된다.
Thus, for the case where the substrate is provided in the thin film solar cell, the substrate of each thin film solar cell is preferably in accordance with the present invention according to step b ') and an inner region having an electrode layer and a photoelectric conversion layer attached onto the substrate. It includes a peripheral area that is predicted to be ablated by the method according to the method, which is also called an internal active area. Thus, after performing step b ′), the substrate of each thin film solar cell is free of material and preferably only a substrate by ablation of an internal active region having an electrode layer and a photoelectric conversion layer attached thereon and a laser spot. It includes a peripheral passive region containing only bays. In another embodiment, the interior region is arranged adjacent to the peripheral region.

단계 b')에 따른 수동 영역 내의 기판 표면을 전술한 바와 같은 바람직한 실시예에 따라 원 형태의 폐쇄 루프 패턴으로 충돌시키는 경우에 대하여, 단위 면적당 레이저 샷의 밀도는 주변 영역의 에지에서 가장 높다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는 하나의 에지가 가공될 기판의 외부 에지이고, 다른 에지가 모듈 내부 영역 및 주변 영역 사이의 경계이기 때문에, 원 형태의 스캐닝 패턴은 외부 기판 에지 근처에 부착된 모든 재료의 안전한 제거와 내부 영역의 스무드한 경계를 보장하는데 특히 유익하다.
For the case where the substrate surface in the passive region according to step b ') is collided in a closed loop pattern in the form of a circle according to the preferred embodiment as described above, the density of laser shots per unit area is found to be highest at the edge of the peripheral region. lost. Preferably, since one edge is the outer edge of the substrate to be machined, and the other edge is the boundary between the module inner region and the peripheral region, the scanning pattern in the form of a circle provides a safe removal and internal removal of all materials attached near the outer substrate edge. It is particularly beneficial to ensure smooth boundaries of the area.

원의 스캐닝 패턴을 이용하는 결과가 기판의 에지 근처에서도 획득될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 이러한 실시예는 기판의 주변 영역에서 재료를 안전하고 정밀하게 제거하는데 유익하여, 습도 및 산소와 같은 환경 영향에 대하여 주변 영역의 양호한 보호를 제공한다. 가장 바람직하게는, 레이저 스팟이 기판의 에지 및/또는 경계를 따라, 예를 들어 주변 영역을 따라, 재료를 바람직하게는 완전히 어블레이션하도록, 기판을 이동시켜 기판의 에지 및/또는 경계에 평행한 방향으로 레이저 스팟을 일정하게 이동시키는 동안, 레이저 스팟은 원의 스캐닝 패턴을 수행한다.
It has been found that the results using the circular scanning pattern can be obtained even near the edge of the substrate. Thus, this embodiment is beneficial for the safe and precise removal of material in the peripheral area of the substrate, providing good protection of the peripheral area against environmental influences such as humidity and oxygen. Most preferably, the laser spot is moved parallel to the edges and / or boundaries of the substrate such that the laser spot is moved so that the material is preferably completely ablated along the edges and / or boundaries of the substrate, for example along the surrounding area. While constantly moving the laser spot in the direction, the laser spot performs a scanning pattern of circles.

본 발명의 다른 실시예에서, 기판 표면 상의 폐쇄 루프 패턴의 최대 폭은 기판의 내부 영역과 에지 사이에 제공되는 주변 영역의 폭보다 같거나 작은 것이 바람직하다. 따라서, 주변 영역의 전체 폭이 기판 위로 레이저 스팟의 하나의 "이동(move)"으로 주변 영역에서 레이저 스팟의 폐쇄 루프 패턴에 의해 충돌되는 것이 특히 바람직하다.
In another embodiment of the present invention, the maximum width of the closed loop pattern on the substrate surface is preferably equal to or less than the width of the peripheral region provided between the inner region and the edge of the substrate. Thus, it is particularly desirable for the entire width of the peripheral area to be impacted by the closed loop pattern of the laser spot in the peripheral area in one "move" of the laser spot over the substrate.

본 발명의 목적은, 처리될 기판을 위한 지지부, 가공 레이저 빔을 제공하는 레이저 공진기, 지지부 상에 배치될 기판 표면 상에 레이저 스팟으로서 레이저 가공 빔을 투영하는 가공 레이저 빔의 경로 내에 배치된 광학 시스템, 기판 표면의 평면 내에 레이저 스팟을 이동시키는 스캐너 광학 기기 및 가공 빔에 대하여 기판을 이동시키는 위치 설정기를 포함하고, 스캐너 광학 기기는 기판 표면 상에 폐쇄 루프 패턴을 형성하는 2개의 방향의 각각으로 사인파 타입의 고조파 진동을 이용하여 2개의 구별되는 방향으로 레이저 스팟을 이동시키는 레이저 처리 시스템에 의해 추가로 획득된다.
It is an object of the present invention to provide a support for a substrate to be processed, a laser resonator to provide a processed laser beam, an optical system disposed in the path of a processed laser beam that projects the laser processed beam as a laser spot on a substrate surface to be disposed on the support. And a scanner optic for moving the laser spot within the plane of the substrate surface and a locator for moving the substrate relative to the processing beam, the scanner optic having a sine wave in each of two directions forming a closed loop pattern on the substrate surface. It is further obtained by a laser processing system that moves the laser spot in two distinct directions using harmonic vibrations of the type.

이러한 레이저 처리 시스템은 기판 표면 상으로 폐쇄 루프 패턴으로서 고조파가 진동된 레이저 스팟에 의해 기판으로부터 예를 들어 재료를 어블레이션하기 위한 유익한 해결 방안을 제공하여, 원하지 않은 재료의 매우 정밀하고 신뢰성있는 어블레이션을 허용한다.
Such laser processing systems provide an advantageous solution for ablating material, for example, from a substrate by means of a laser spot in which harmonics are oscillated as a closed loop pattern onto the substrate surface, resulting in very precise and reliable ablation of unwanted materials. Allow.

바람직하게는, 레이저 공진기는 100 ms보다 짧은 펄스 지속시간과 0.1 J/cm2 내지 20 J/cm2 범위의 펄스 에너지 밀도를 갖는 광 펄스 가공 빔을 생성한다. 다른 실시예에서, 광학 시스템은 기판 표면 상으로 섬유 케이블 주위의 정사각형 형상을 기계로 투영하는 투영 부재를 포함한다. 지지부 및/또는 위치 설정기는 기판을 지지하고 각각 위치 설정하기 위한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 임의의 수단으로서 제공될 수 있다. 바람직하게는, 레이저 처리 시스템은 전술한 바와 같은 방법을 수행하는데 적합하다.
Preferably, the laser resonator produces an optical pulsed processing beam having a pulse duration of less than 100 ms and a pulse energy density in the range of 0.1 J / cm 2 to 20 J / cm 2 . In another embodiment, the optical system includes a projection member that mechanically projects a square shape around the fiber cable onto the substrate surface. The support and / or positioner may be provided as any means known in the art to which the present invention pertains and supports the substrate, respectively. Preferably, the laser processing system is suitable for carrying out the method as described above.

다른 바람직한 실시예에서, 스캐너 광학 기기는 2개의 구별되는 방향으로 레이저 스팟을 안내하는 2개의 피봇가능한 미러를 포함한다. 이와 관련하여, 피봇가능한 미러는 동일한 주파수 및 0°, 90° 또는 180°의 진동 위상 시프트로 미러를 피봇팅하거나, 또는 상이한 주파수 및 0°보다 큰 진동 위상 시프트로 미러를 피봇팅하는 것이 바람직하다.
In another preferred embodiment, the scanner optics comprise two pivotable mirrors that guide the laser spot in two distinct directions. In this regard, it is preferred that the pivotable mirror pivots the mirror at the same frequency and oscillating phase shift of 0 °, 90 ° or 180 °, or pivots the mirror at different frequencies and oscillation phase shifts greater than 0 °. .

다른 실시예에서, 레이저 스팟은 7 m/s 내지 10 m/s, 바람직하게는 1 m/s 내지 4 m/s, 가장 바람직하게는 100 mm/s 내지 400 mm/s의 기판에 대한 상대 속도로 이동되고, 그리고/또는 기판은 위치 설정기에 의해 100 mm/s 내지 400 mm/s의 속도로 가공 레이저 빔에 대하여 이동된다.
In another embodiment, the laser spot has a relative velocity with respect to the substrate of 7 m / s to 10 m / s, preferably 1 m / s to 4 m / s, most preferably 100 mm / s to 400 mm / s. And / or the substrate is moved relative to the processing laser beam at a speed of 100 mm / s to 400 mm / s by the positioner.

기판은 박막 태양 전지 내에 제공될 수 있고, 박막 태양 전지는 가공 레이저 빔에 의해 처리될 재료를 포함할 수 있고, 재료는 제1 전극층, 광전 변환층 및 제2 전극층을 포함할 수 있고, 재료는 제2 전극층이 기판 표면으로서 제공되도록 기판 상에 언급 순서대로 부착될 수 있다.
The substrate may be provided in a thin film solar cell, the thin film solar cell may include a material to be processed by a processing laser beam, the material may include a first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer, and the material may be The second electrode layer may be attached on the substrate in the order mentioned in order to serve as the substrate surface.

다른 실시예에서, 기판은 내부 영역과, 내부 영역을 둘러싸는 주변 영역으로 분할되고, 스캐너 광학 기기는 기판 표면의 주변 영역 상에만 폐쇄 루프 패턴을 생성하도록 2개의 방향의 각각으로 사인파 타입의 고조파 진동으로 2개의 구별되는 방향으로 레이저 스팟을 이동시킨다.
In another embodiment, the substrate is divided into an interior region and a peripheral region surrounding the interior region, and the scanner optics generate sinusoidal vibrations in each of two directions to create a closed loop pattern only on the peripheral region of the substrate surface. Move the laser spot in two distinct directions.

또한, 본 발명의 목적은 미세 가공, 표면 열처리, 레이저 유도 표면 개질 및/또는 기판의 표면 경화를 위한 본 발명에 따른 레이저 처리 시스템의 용도에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 레이저 처리 시스템은 층으로 덮인 영역이 베이스 기판으로부터 레이저 어블레이션되어야만 하는 다른 기술 분야에도 적용가능하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 애플리케이션은 미세 가공, 표면 열처리, 재료의 레이저 유도 표면 개질, 표면 경화 등을 포함할 수 있다.
The object of the invention is also solved by the use of the laser processing system according to the invention for micromachining, surface heat treatment, laser induced surface modification and / or surface hardening of the substrate. It has been found that the laser processing system according to the invention is also applicable to other technical fields in which the layered area has to be laser abbreviated from the base substrate. Such applications may include micromachining, surface heat treatment, laser induced surface modification of materials, surface hardening, and the like.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이러한 목적을 달성하기 위하여 레이저 전력 또는 파장과 같은 본 발명의 특징을 조정하거나 변경할 것이다.
One of ordinary skill in the art will adjust or modify the features of the present invention, such as laser power or wavelength, to achieve this object without departing from the scope of the present invention.

레이저 처리 시스템 및/또는 레이저 처리 시스템에 대한 다른 이점 및/또는 실시예는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따라 재료를 어블레이션하기 위한 방법으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 것이다.Other advantages and / or embodiments of the laser processing system and / or laser processing system are those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from a method for ablating a material according to the present invention as described herein. Will be derived by the ruler.

본 발명의 이러한 그리고 다른 양태는 후술되는 실시예로부터 자명할 것이며, 후술되는 실시예를 참조하여 예시될 것이다.
도면에서:
도 1은 종래 기술에 따른 박막 태양 전지의 단면을 도시하고,
도 2는 종래 기술에 따른 종래의 박막 태양 전지의 상면도를 도시하고,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 상면도로 도시한다.
These and other aspects of the invention will be apparent from the embodiments described below, and will be illustrated with reference to the embodiments described below.
In the drawing:
1 shows a cross section of a thin film solar cell according to the prior art,
2 shows a top view of a conventional thin film solar cell according to the prior art,
3 shows a preferred embodiment of the present invention in a top view.

도 1은 종래 기술에 따른 종래의 박막 태양 전지(1)의 개략적인 단면을 도시한다.
1 shows a schematic cross section of a conventional thin film solar cell 1 according to the prior art.

투명 절연 기판(2) 상에서, 투명 전방 전극층(3)이 배열된다. 광전 변환 반도체(4)가 투명 전방 전극층(3) 상에서 형성되고, 추가의 투명 후방 전극층(5)이 광전 변환 반도체(4) 상에 형성된다. 투명 전도성 산화물(transparent cconductive oxide, TCO)이라고도 하는 투명 전극층(3, 5)은 SnO2, ITO(Indiumtinoxide) 또는 ZnO를 포함할 수 있고, 후자는 바람직하게는 LPCVD(low pressure CVD)에 의해 제조된다.
On the transparent insulating substrate 2, the transparent front electrode layer 3 is arranged. The photoelectric conversion semiconductor 4 is formed on the transparent front electrode layer 3, and an additional transparent rear electrode layer 5 is formed on the photoelectric conversion semiconductor 4. The transparent electrode layers 3 and 5, also called transparent cconductive oxide (TCO), may comprise SnO 2 , Indiumtinoxide (ITO) or ZnO, the latter being preferably produced by low pressure CVD (LPCVD) .

광전 변환 반도체(4)는, 종래 기술에 공지된 바와 같이, 광전지 특성을 획득하기 위하여, CVD, 바람직하게는 PECVD에 의해 제조되고 레이저로 도핑될 수 있는 비결정질 및/또는 미정질 실리콘 막 스택을 포함한다.
The photoelectric conversion semiconductor 4 comprises an amorphous and / or microcrystalline silicon film stack that can be laser doped and manufactured by CVD, preferably PECVD, to obtain photovoltaic properties, as is known in the art. do.

도 1은 그루브(6, 7, 8)를 더 도시한다. 이 구조의 목적은 전기적으로 직렬로 연결된 다수의 태양 전지로 이루어진 광전지 모듈(1)을 구축하는 것이다. 따라서, 투명 전극층(3)은 셀의 폭을 결정하는 제1 격리 그루브(6)에 의해 분할된다. 전체 층 스택이 제조하는 동안 층(3)-그루브(6)-층(4)-그루브(7)-층(5)-그루브(8)의 순서로 구축될 때, 광전 변환 반도체층(4)은 그 그루브를 채운다.
1 further shows grooves 6, 7 and 8. The purpose of this structure is to construct a photovoltaic module 1 consisting of a plurality of solar cells electrically connected in series. Thus, the transparent electrode layer 3 is divided by a first isolation groove 6 which determines the width of the cell. When the entire layer stack is built in the order of layer (3) -groove (6) -layer (4) -groove (7) -layer (5) -groove (8) during manufacturing, the photoelectric conversion semiconductor layer (4) Fills the groove.

투명 후방 전극층(5)으로부터의 재료로 채워진 그루브(7)는 인접한 셀 사이의 전기 콘택을 허용한다. 사실, 하나의 전지의 후방 전극은 인접한 셀의 전방 전극을 접촉한다. 후방 표면 전극층(5) 및 광전 변환 반도체(4)는 제3 격리 그루브(8)에 의해 최종적으로 분할된다. 이러한 구조화 공정은 바람직하게는 레이저광 또는 이와 유사한 것을 이용함으로써 획득된다.
Grooves 7 filled with material from the transparent back electrode layer 5 allow for electrical contact between adjacent cells. In fact, the back electrode of one cell contacts the front electrode of an adjacent cell. The back surface electrode layer 5 and the photoelectric conversion semiconductor 4 are finally divided by the third isolation groove 8. This structuring process is preferably obtained by using a laser light or the like.

추가적인 공정 단계에서, 일반적으로 전기 콘택은 박막 태양 전지로 부착되고, 후방 반사층 및 캡슐화 수단이, 예를 들어 보호층 및 기판을 적층함으로써 제공된다.
In a further process step, the electrical contacts are generally attached to the thin film solar cell and a back reflecting layer and encapsulation means are provided, for example by laminating the protective layer and the substrate.

도 2는 도 1에서 설명한 바와 같은 박막 태양 전지(1)의 상면도이다. 직렬로 연결된 전지는 환경에 대한 전위(electric potential)를 구축한다. 따라서, 전지 환경에 대한 적합한 전기적 절연이 필요하며, 이는 기판 상에 형성된 박막 층 스택(3, 4, 5)을, 능동 반도체 기반의 박막 광전지 영역을 갖는 예를 들어 박막 스택(3, 4, 5)과 내부 영역(9)을 제거하여, 주변 영역(10)으로 분리함으로써 달성된다.
FIG. 2 is a top view of the thin film solar cell 1 as described in FIG. 1. Cells connected in series build up an electric potential for the environment. Thus, there is a need for suitable electrical isolation for the cell environment, which can lead to thin film layer stacks 3, 4, 5 formed on a substrate, for example thin film stacks 3, 4, 5 having active semiconductor based thin film photovoltaic regions. ) And the inner region 9 by separating it into a peripheral region 10.

도 3은 주변 영역(10) 및 내부 영역(9)을 도시하며, 내부 영역(9)은 모듈(1)의 에지를 따라 위치되고, 12.8 mm 내지 15 mm 사이의 일반적인 폭(11)을 갖는다. 개별 사양에 따라, 5 mm 내지 20 mm 사이의 폭(11)이 구현될 수 있다.
3 shows the peripheral region 10 and the inner region 9, which are located along the edge of the module 1 and have a general width 11 between 12.8 mm and 15 mm. Depending on the individual specifications, a width 11 between 5 mm and 20 mm can be realized.

주변 영역(10) 내의 박막 태양광 모듈(1)의 층 스택(3, 4, 5)을 제거하기 위하여, 레이저가 사용된다. 이러한 레이저 시스템은 100 ns보다 짧은 펄스 지속 시간과 0.1 J/cm2 내지 20 J/cm2 범위의 펄스 에너지 밀도를 갖는 광 펄스 가공 빔을 생성하기 위한 레이저 공진기를 포함한다.
A laser is used to remove the layer stacks 3, 4, 5 of the thin film solar module 1 in the peripheral region 10. Such a laser system includes a laser resonator for generating an optical pulsed processing beam having a pulse duration less than 100 ns and a pulse energy density in the range of 0.1 J / cm 2 to 20 J / cm 2 .

투영 부재는 가공될 태양광 모듈(1)의 표면 상에 정사각형 형상 또는 원 형상의 섬유 케이블 출력을 투영한다. 아래에서 레이저 스팟(laser spot)이라 하는 표면 상에서 섬유 케이블의 이미지의 영역이 주변 영역보다 실질적으로 더 작기 때문에, 레이저 스팟은 모듈(1) 표면 상에서 주변 영역(10) 내에 스캐너 광학 기기에 의해 이동된다. 스캐너 광학 기기는, 예를 들어, 이동가능한 미러(mirror)로 실현될 수 있다. 필요에 따라 또는 가요성 섬유를 통해 레이저 광을 제공하는 동안 x-y 방향으로 투영 부재를 이동함으로써 미러는 피봇팅된다.
The projection member projects a square or circular fiber cable output on the surface of the solar module 1 to be processed. Since the area of the image of the fiber cable on the surface called laser spot below is substantially smaller than the peripheral area, the laser spot is moved by the scanner optics in the peripheral area 10 on the module 1 surface. . Scanner optics can be realized, for example, with a movable mirror. The mirror is pivoted as needed or by moving the projection member in the xy direction while providing laser light through the flexible fiber.

양호한 전기적 절연을 획득하기 위하여, 태양광 모듈(1)의 반도체(4) 및 전극층(3, 5)의 본질적으로 모든 재료(3, 4, 5)의 균일한 제거가 요구된다. 여기에서, 스캐닝 패턴(12)은 중대한 역할을 한다: 본 발명에 따르면, 기판(2)에 대한 레이저 스팟의 이동을 설명하는 스캐닝 패턴(12)은 2개의 구별되는 방향으로 즉 모듈(1)의 해당하는 에지에 수직이고 평행한 2개의 방향으로 갈보(galvo) 스캐너 헤드의 사인파 타입의 고조파 진동에 의해 구축된다. 갈보 스캐너 헤더의 2개의 미러의 2개의 고조파 진동이 가공될 표면 상에 중첩되어, 다음의 다양한 스캐닝 패턴(12)이 실현될 수 있다:
In order to obtain good electrical insulation, uniform removal of essentially all of the material 3, 4, 5 of the semiconductor 4 and the electrode layers 3, 5 of the solar module 1 is required. Here, the scanning pattern 12 plays a significant role: According to the invention, the scanning pattern 12 describing the movement of the laser spot with respect to the substrate 2 is in two distinct directions, namely the It is built by a sine wave type harmonic oscillation of the galvo scanner head in two directions perpendicular to and parallel to the corresponding edge. Two harmonic vibrations of the two mirrors of the galvo scanner header are superimposed on the surface to be machined, so that the following various scanning patterns 12 can be realized:

양 미러와 동일한 피봇팅 주파수와 90°의 2개의 헤더의 진동 사이의 위상 시프트를 갖는 원, 양 미러와 동일한 피봇팅 주파수와 0° 또는 180°의 2개의 헤더의 진동 사이의 위상 시프트를 갖는 선, 또는 다른 위상 시프트와 2개의 헤드의 진동 사이의 상이한 주파수로부터 발생하는 리사주 도형(Lissajous-figure).
Circle with phase shift between the same pivoting frequency with both mirrors and vibration of two headers, 90 ° Line with phase shift between the pivoting frequency with both mirrors and vibration of two headers of 0 ° or 180 ° Or Lissajous-figure resulting from different frequencies between different phase shifts and vibrations of the two heads.

특히, 다음의 이유 때문에, 원이 가장 선호된다:
In particular, circles are most preferred for the following reasons:

1) 단위 표면적당 레이저 스팟의 밀도는 주변 영역(10)의 에지에서 가장 높다. 도 3에도 도시된 바와 같이, 에지 중 하나는 가공될 기판(2)의 외부 에지이고, 다른 하나는 모듈 내부 영역(9)과 주변 영역(10) 사이의 경계이다.
1) The density of laser spots per unit surface area is highest at the edge of the peripheral region 10. As also shown in FIG. 3, one of the edges is the outer edge of the substrate 2 to be processed and the other is the boundary between the module inner region 9 and the peripheral region 10.

따라서, 원 형태의 스캐닝 패턴(12)은 내부 영역(9)에 스무드한 경계와 외부 기판(2) 에지 근처에 부착된 모든 재료(3, 4, 5)의 안전한 제거를 보장한다. 이것은, 기판(2) 에지 근처에서, 광전지 층 스택(3, 4, 5)를 지지하는 표면의 반대측의 기판(2)의 표면에서, 일부 재료(3, 4, 5)가 우연히 부착되는 경우에도 유효하다.
Thus, the circular scanning pattern 12 ensures the safe removal of all the materials 3, 4, 5 attached near the edges of the outer substrate 2 and the smooth boundary to the inner region 9. This is true even when some materials 3, 4, 5 are accidentally attached on the surface of the substrate 2 opposite the surface supporting the photovoltaic layer stacks 3, 4, 5, near the edge of the substrate 2. Valid.

2) 스캐너 미러의 고조파 진동은 미러의 높은 진동 주파수를 가능하게 하고, 따라서, 가공될 표면 상에서의 스캐닝 패턴(12)의 연속하는 이동에 기초한 스캐닝 전략을 가능하게 한다. 에지를 따른 원형 스캐닝 패턴 자체의 이동과의 레이저 스팟의 원 이동의 중첩은 에지 근처의 영역에 대한 레이저 처리의 증가된 영향을 가져다준다.
2) Harmonic oscillations of the scanner mirrors enable high oscillation frequencies of the mirrors, thus enabling a scanning strategy based on the continuous movement of the scanning pattern 12 on the surface to be machined. Overlap of the circular movement of the laser spot with the movement of the circular scanning pattern itself along the edge results in an increased effect of laser processing on the area near the edge.

3) 전체 주변 영역(10)이 2개의 독립적인 예를 들어 연속하는 레이저 어블레이션 이벤트에 의해 처리되는 2중 스캐닝 전략은 박막 태양광 모듈(1)의 반도체층(4) 및 전극층(3, 5)으로부터 모든 재료를 제거하는데 가장 성공적이라는 것이 밝혀졌다. 이러한 2중 스캔 전략은 원 형태의 스캐닝 패턴에 의해 가장 효율적으로 획득된다.
3) The dual scanning strategy in which the entire peripheral region 10 is processed by two independent, for example, successive laser ablation events is the semiconductor layer 4 and the electrode layers 3, 5 of the thin film solar module 1. Has been found to be most successful in removing all materials from This double scan strategy is most efficiently obtained by the circular scanning pattern.

기판(2)의 에지 영역으로부터의 재료의 제거는 주변으로부터 내부 영역(9)으로서 기판(2) 상에 형성된 능동 박막 스택의 한계를 정하게 한다. 이러한 분리는 예를 들어 모래 분사에 의해 또는 레이저를 이용하여 박막 코팅된 기판(2)의 주변 영역(10)에서 반도체층(4) 및 전극층(3, 5)을 제거함으로써 달성될 수 있다.
The removal of material from the edge region of the substrate 2 allows to limit the active thin film stack formed on the substrate 2 as the inner region 9 from the periphery. This separation can be achieved, for example, by removing the semiconductor layer 4 and the electrode layers 3, 5 in the peripheral region 10 of the thin film coated substrate 2 by sand blasting or using a laser.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 레이저 처리 시스템에서, 1064 및 1030 nm의 파장을 각각 갖는 광을 각각 제공하는 Nd:YAG 또는 Yt:YAG형 레이저 공진기가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 레이저는 100 ns보다 더 짧은 펄스 지속 시간과 0.1 J/m2 내지 20 J/cm2 범위의 펄스 에너지 밀도를 보인다. 가공 빔(machining beam)의 경로 내에 배치된 광학 시스템은 정사각형 형상 또는 원형의 섬유 케이블과 가공될 태양광 모듈(1)의 표면 상의 광학 섬유 케이블의 출력을 투영하는 광학 투영 부재를 구비한다. 스캐너 광학 기기는 가공될 표면의 평면 내에서 레이저 스폿을 이동시키는 것을 허용한다. 스캐너 광학 기기의 상대적인 스캐닝 속도는 가공될 표면 상에서 바람직하게는 7 m/s 내지 20 m/s 사이에서 선택되고, 위치 설정기는 100 mm/s 내지 400 mm/s 사이의 상대 진행 속도로 모듈을 이동시킨다. 이러한 레이저 처리 시스템은 처리될 기판(2)에 대한 지지부를 더 포함할 수 있다.
In a laser processing system for carrying out the method according to the invention, an Nd: YAG or Yt: YAG type laser resonator can be used which provides light with wavelengths of 1064 and 1030 nm, respectively. Preferably, the laser has a pulse duration shorter than 100 ns and a pulse energy density in the range of 0.1 J / m 2 to 20 J / cm 2 . The optical system disposed in the path of the machining beam has an optical projection member for projecting the output of a square or circular fiber cable and the optical fiber cable on the surface of the solar module 1 to be processed. Scanner optics allow for moving the laser spot within the plane of the surface to be machined. The relative scanning speed of the scanner optics is preferably chosen between 7 m / s and 20 m / s on the surface to be machined and the positioner moves the module at a relative traveling speed between 100 mm / s and 400 mm / s. Let's do it. Such a laser processing system may further comprise a support for the substrate 2 to be processed.

가동될 표면 상의 레이저 스팟의 바람직한 스캐닝 전략은 모듈의 주변 영역(10)의 폭(11)과 동일하거나 실질적으로 동일한 직경을 갖는 원이다. 리사주 도형과 같은 레이저 스팟을 위한 다른 경로는, 주변 영역(10)의 폭(11)을 걸치고, 레이저 처리 시스템의 일부인 갈보 스캐너 광학 기기의 미러의 2개의 고조파 진동을 중첩함으로써 형성되며, 레이저 스팟은 7 m/s 내지 20 m/s 사이의 상대 접선 속도를 갖는 원 또는 다른 리사주 도형 상에서 이동하고, 원 또는 다른 리사주 도형은 100 mm/s 내지 400 mm/s의 상대 속도로 가공될 모듈(1)의 에지를 따라 이동하고 후자는 기계 광학 시스템에 비하여 100 mm/s 내지 400 mm/s의 속도로 위치 설정기에 의해 기판(2)을 이동시켜 획득된다.
The preferred scanning strategy of the laser spot on the surface to be activated is a circle having a diameter equal to or substantially the same as the width 11 of the peripheral region 10 of the module. Another path for a laser spot, such as a Lissajous figure, is formed by overlapping two harmonic vibrations of the mirror of the galvo scanner optics that are part of the laser processing system, spanning the width 11 of the peripheral region 10, and the laser spot. Moves on a circle or other Lissajous figure with a relative tangential velocity between 7 m / s and 20 m / s, and the circle or other Lissajous figure is to be machined at a relative speed of 100 mm / s to 400 mm / s. Moving along the edge of (1) and the latter is obtained by moving the substrate 2 by the positioner at a speed of 100 mm / s to 400 mm / s as compared to the mechanical optical system.

본 발명이 도면 및 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 예시되고 설명되었지만. 이러한 예시 및 설명은 도시적이거나 예시적이고 한정적이지 않다; 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다.
Although the invention has been illustrated and described in the drawings and detailed description for carrying out the foregoing invention. Such examples and descriptions are illustrative or not limiting; The invention is not limited to the disclosed embodiments.

개시된 실시예에 대한 다른 변형은 청구된 발명을 실시하는데 있어서 도면, 개시 내용 및 첨부된 도면을 연구하는 것으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되고 수행될 수 있다. 특허청구범위에서, "포함하는"이라는 문구는 다른 구성 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수로 기재된 것은 복수를 배제하지 않는다. 소정의 기준이 상호 상이한 종속항에서 언급된다는 단순한 사실은 이러한 기준의 조합이 이점으로 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 특허청구범위에서의 임의의 도면 부호는 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다.Other variations to the disclosed embodiments can be understood and carried out by those of ordinary skill in the art from studying the drawings, the disclosure and the appended drawings in practicing the claimed invention. In the claims, the phrase "comprising" does not exclude other components or steps, and the singular description does not exclude a plurality. The simple fact that certain criteria are mentioned in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these criteria cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims should not be considered as limiting the scope.

1 박막 태양 전지
2 기판
3 제1 전극층
4 광전 변환층
5 제2 전극층
6 그루브
7 그루브
8 그루브
9 내부 영역
10 주변 영역
11 폭
12 스캐닝 패턴
13 이동
1 thin film solar cell
2 boards
3 first electrode layer
4 photoelectric conversion layer
5 second electrode layer
6 groove
7 groove
8 groove
9 internal zones
10 surrounding areas
11 width
12 scanning patterns
13 moves

Claims (15)

레이저로 재료(3, 4, 5)를 기판(2)으로부터 어블레이션하는 방법에 있어서,
2개의 구별되는 방향으로 기판(2) 표면에 대하여 상기 레이저의 레이저 스팟을 안내하는 지시 수단을 구비하고,
a) 상기 레이저 스팟에 대하여 상기 기판(2)을 이동(13)시키는 단계; 및
b) 상기 2개의 구별되는 방향의 각각으로, 사인파 타입의 고조파 진동으로 상기 지시 수단을 충돌시켜 폐쇄 루프 패턴으로 상기 기판(2) 표면 상에 상기 레이저 스팟을 이동시키는 단계
를 포함하는,
재료 어블레이션 방법.
In the method of ablating the materials 3, 4, 5 from the substrate 2 with a laser,
And indicating means for guiding a laser spot of the laser with respect to the surface of the substrate 2 in two distinct directions,
a) moving (13) the substrate (2) with respect to the laser spot; And
b) in each of said two distinct directions, moving said laser spot on said substrate 2 surface in a closed loop pattern by impinging said indicating means with sinusoidal harmonic vibrations;
/ RTI >
Material ablation method.
제1항에 있어서,
상기 지시 수단은, 상기 2개의 구별되는 방향으로 상기 레이저 스팟을 안내하는 2개의 피봇가능한 미러를 갖는 스캐너 광학 기기를 포함하는,
재료 어블레이션 방법.
The method of claim 1,
Said indicating means comprises scanner optics having two pivotable mirrors for guiding said laser spots in said two distinct directions,
Material ablation method.
제1항 또는 제2항에 있어서,
c) 동일한 주파수 및 0°, 90° 또는 180°의 진동 위상 시프트로 상기 미러를 피봇팅하는 단계; 또는
d) 상이한 주파수 및 0°보다 큰 진동 위상 시프트로 상기 미러를 피봇팅하는 단계
를 포함하는,
재료 어블레이션 방법.
The method according to claim 1 or 2,
c) pivoting the mirror at the same frequency and oscillating phase shift of 0 °, 90 ° or 180 °; or
d) pivoting the mirror at different frequencies and oscillating phase shifts greater than 0 °
/ RTI >
Material ablation method.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2개의 구별되는 방향은 서로 수직이고, 상기 기판의 에지에 각각 평행하게 직교하여 연장되는,
재료 어블레이션 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The two distinct directions are perpendicular to each other and extend orthogonal to each other parallel to the edge of the substrate,
Material ablation method.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 b)를 반복하는 단계를 포함하는,
재료 어블레이션 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Repeating step b) above;
Material ablation method.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(2)은 박막 태양 전지(1) 내에 제공되고, 상기 재료(3, 4, 5)는 제1 전극층(3), 광전 변환층(4) 및 제2 전극층(5)을 포함하고, 상기 재료(3, 4, 5)는 상기 제2 전극층(5)이 상기 기판(2) 표면으로서 제공되도록 상기 기판(2) 상에 언급 순서대로 부착되는,
재료 어블레이션 방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The substrate 2 is provided in the thin film solar cell 1, the material 3, 4, 5 comprises a first electrode layer 3, a photoelectric conversion layer 4 and a second electrode layer 5, The materials 3, 4, 5 are attached on the substrate 2 in the order mentioned so that the second electrode layer 5 is provided as a surface of the substrate 2.
Material ablation method.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(2) 표면은 내부 영역(9)과, 상기 내부 영역(9)을 둘러싸는 주변 영역(10)으로 분할되고,
상기 단계 b) 대신에,
b') 상기 2개의 구별되는 방향의 각각으로, 사인파 타입의 고조파 진동으로 상기 지시 수단을 충돌시켜, 폐쇄 루프 패턴으로 상기 기판(2)의 상기 주변 영역(10)의 표면 상에만 상기 레이저 스팟을 이동시키는 단계를 포함하는,
재료 어블레이션 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The substrate 2 surface is divided into an inner region 9 and a peripheral region 10 surrounding the inner region 9,
Instead of step b) above,
b ') in each of said two distinct directions, impinging said indicating means with a harmonic oscillation of the sinusoidal type, causing said laser spot only on the surface of said peripheral region 10 of said substrate 2 in a closed loop pattern; Including moving,
Material ablation method.
제7항에 있어서,
상기 기판(2) 상의 상기 폐쇄 루프 패턴(12)의 최대 폭은, 상기 기판(2)의 상기 내부 영역(10)과 에지 사이에 제공된 상기 주변 영역(10)의 폭보다 같거나 작은,
재료 어블레이션 방법.
The method of claim 7, wherein
The maximum width of the closed loop pattern 12 on the substrate 2 is equal to or less than the width of the peripheral region 10 provided between the inner region 10 and an edge of the substrate 2,
Material ablation method.
처리될 기판(2)을 위한 지지부;
가공 레이저 빔을 제공하는 레이저 공진기;
상기 지지부 상에 배치될 상기 기판(2) 표면 상에 레이저 스팟으로서 레이저 가공 빔을 투영하는 상기 가공 레이저 빔의 경로 내에 배치된 광학 시스템;
상기 기판(2) 표면의 평면 내에 상기 레이저 스팟을 이동시키는 스캐너 광학 기기; 및
상기 가공 레이저 빔에 대하여 상기 기판을 이동시키는 위치 설정기
를 포함하고,
상기 스캐너 광학 기기는 상기 기판 표면 상에 폐쇄 루프 패턴을 형성하는 2개의 구별되는 방향의 각각으로, 사인파 타입의 고조파 진동을 이용하여 2개의 구별되는 방향으로 상기 레이저 스팟을 이동시키는,
레이저 처리 시스템.
A support for the substrate 2 to be processed;
A laser resonator providing a processed laser beam;
An optical system disposed in the path of the processed laser beam that projects the laser processed beam as a laser spot on the surface of the substrate to be disposed on the support;
Scanner optics for moving the laser spot within the plane of the substrate (2) surface; And
Positioner for moving the substrate relative to the processing laser beam
Including,
The scanner optics moves the laser spot in two distinct directions using sinusoidal harmonic vibrations in each of two distinct directions forming a closed loop pattern on the substrate surface.
Laser processing system.
제9항에 있어서,
상기 스캐너 광학 기기는 상기 2개의 구별되는 방향으로 상기 레이저 스팟을 안내하는 2개의 피봇가능한 미러를 포함하는,
레이저 처리 시스템.
10. The method of claim 9,
The scanner optics comprising two pivotable mirrors guiding the laser spot in the two distinct directions,
Laser processing system.
제10항에 있어서,
상기 피봇가능한 미러는 동일한 주파수 및 0°, 90° 또는 180°의 진동 위상 시프트로 상기 미러를 피봇팅하거나, 또는 상이한 주파수 및 0°보다 큰 진동 위상 시프트로 상기 미러를 피봇팅하는,
레이저 처리 시스템.
The method of claim 10,
The pivotable mirror pivots the mirror at the same frequency and oscillating phase shift of 0 °, 90 ° or 180 °, or pivots the mirror at a different frequency and oscillation phase shift greater than 0 °,
Laser processing system.
제9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 스팟은 7 m/s 내지 10 m/s, 바람직하게는 1 m/s 내지 4 m/s, 가장 바람직하게는 100 mm/s 내지 400 mm/s의 상기 기판(2)에 대한 상대 속도로 이동되고, 상기 기판(2)은 상기 위치 설정기에 의해 100 mm/s 내지 400 mm/s의 속도로 상기 가공 레이저 빔에 대하여 이동되는,
레이저 처리 시스템.
The method according to any one of claims 9 to 11,
The laser spot has a relative velocity with respect to the substrate 2 of 7 m / s to 10 m / s, preferably 1 m / s to 4 m / s, most preferably 100 mm / s to 400 mm / s. And the substrate 2 is moved relative to the processing laser beam at a speed of 100 mm / s to 400 mm / s by the positioner,
Laser processing system.
제9항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(2)은 박막 태양 전지(1) 내에 제공되고, 상기 박막 태양 전지(1)는 상기 가공 레이저 빔에 의해 처리될 재료(3, 4, 5)를 포함하고, 상기 재료(3, 4, 5)는 제1 전극층(3), 광전 변환층(4) 및 제2 전극층(5)을 포함하고, 상기 재료(3, 4, 5)는 상기 제2 전극층(5)이 상기 기판(2) 표면으로서 제공되도록 상기 기판(2) 상에 언급 순서대로 부착되는,
레이저 처리 시스템.
The method according to any one of claims 9 to 12,
The substrate 2 is provided in a thin film solar cell 1, wherein the thin film solar cell 1 comprises materials 3, 4, 5 to be processed by the processing laser beam, and the material 3, 4. 5 includes a first electrode layer 3, a photoelectric conversion layer 4, and a second electrode layer 5, wherein the materials 3, 4, and 5 are formed by the second electrode layer 5 being the substrate 2. Attached on the substrate 2 in order to be provided as a surface)
Laser processing system.
제9항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(2)은 내부 영역(9)과, 상기 내부 영역(9)을 둘러싸는 주변 영역(10)으로 분할되고,
상기 스캐너 광학 기기는 상기 기판(2) 표면의 상기 주변 영역(10) 상에만 폐쇄 루프 패턴을 생성하도록 2개의 방향의 각각으로 사인파 타입의 고조파 진동으로 상기 2개의 구별되는 방향으로 상기 레이저 스팟을 이동시키는,
레이저 처리 시스템.
The method according to any one of claims 9 to 13,
The substrate 2 is divided into an inner region 9 and a peripheral region 10 surrounding the inner region 9,
The scanner optics moves the laser spot in the two distinct directions with sinusoidal harmonic oscillations in each of two directions to create a closed loop pattern only on the peripheral region 10 of the surface of the substrate 2. Photography,
Laser processing system.
미세 가공, 표면 열처리, 레이저 유도 표면 개질 및/또는 기판(2)의 표면 경화를 위한 제9항 내지 14항 중 어느 한 항에 따른 레이저 처리 시스템의 용도.Use of a laser treatment system according to any of claims 9 to 14 for micromachining, surface heat treatment, laser induced surface modification and / or surface hardening of the substrate (2).
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