TW201210731A - Laser processing with multiple beams and respective suitable laser optics head - Google Patents

Description

201210731 from each other on one common optical axis (16)， and the adjusting means (21) is configured for rotating the diffractive optical element (11) in a third plane orthogonal to the optical axis (16). The invention provides for a reduction in leakage current of thin film solar cells. 四、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2)圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 11〜繞射光學元件； 13〜聚焦物鏡； 15〜第二平面； 17~節距； 19~直徑； 22〜距離。 10〜光學頭； 12〜多重雷射光束； 14〜入射雷射光束； 16〜光學軸； 18〜繞射光學元件分割； 21〜調整元件； 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無0 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於用於雷射雕刻裝置（l aser k · ^crlblng device)的雷射光學頭（laser optic head)，且特別是有 201210731 於一種包括雷射光學頭的雷射雕刻裝置。本發明更有關於 一種在基板表面上進行雷射製程的方法，以及關於製造薄 膜太陽能電池的方法。此外，本發明關於利用雷射雕刻裝 置將基板切割成為附設個區段的方法。 【先前技術】 多年來，e知可利用雷射形成溝槽以_薄膜太陽能 電池區段，如 US 4,292,092，及评 891 72274(此 1985/ 4542578)所述。 在已知文獻中，藉由調整用以控制光學頭的位置之機 械系統，使光學頭的方向與主要溝槽方向垂直，現存的雷 射雕刻工具的光學頭可用於各種寬度的電池區段。利用校 正程序（calibration procedure)來比較及修正區段中溝 槽的理想位置及f際位£。上述校正可根據&覆的程序 (iterative Procedure)或修正檢查表（1〇〇卜叩 correction table)。在製造環境中進行所謂ρι_ρ2_ρ3雕 刻製程的各個工具，例如在各個複合光學頭中的各雷射光 束必須個別進行其校正程序。此外，每當電池區段寬度改 變時上述校正程序就必須重複進行。 為了維持在區段内連遮蔽區（dead area)上的允許誤 差，以及避免雕刻圖案的重疊，上述校正是必要的。校正 程序的困難度會隨著區段溝槽位置準確度的需求而增加， 其本身係遮蔽區的函數··例如，當欲得遮蔽區寬度為4〇〇 微米時，校正準確度僅須達2〇微米，然而當遮蔽區寬度為 201210731 200微米時，妨-ς、准^ 準確度須高於10微米，通常須達3微来。 光學頭位置的進破# ^確度要足以符合1G微米或1G微米以下的 光束位置校正準確度變得非常困難。 -般而言’為了達到這樣高的準確度，校正程序必須 更深入且耗時，且必須更頻繁的重複。此外，在製造環境 般進行各P卜P2_P3製程時不同工具可具有許多種可 能的組合’因而導致區段溝槽位置錯誤㈣積，使得在整 個製造線中，各雷酿办丨 .雷射雕刻具的遮蔽區的安全限制（safe limit)必須遠大於性能限制（perf〇rmance 。 【發明内容】 本發明的目的之一是提供一種用於雷射雕刻裝置的光 學頭，其提供一種非常準確且可靠的雕刻薄膜太陽能電池 的方法’並減小遮蔽區的寬度。 本發明之上述目的可藉由獨立項達成。較佳實施例可 藉由附屬項達成。 特別地，本發明一實施例提供用於雷射雕刻裝置的雷 射光學頭’包括繞射（diffractive)光學元件、聚焦物鏡 (focusing objective)及調整元件，其中繞射光學元件及 聚焦物鏡係設置在一共同（common)光學軸上且彼此分開， 而調整元件則配置於與光學軸正交的第三平面上以旋轉繞 射光學元件。 繞射光學元件（diffractive optical element; D0E) 較佳為單一、小型（compact)的光學元件，其可將一入射光

S 4 201210731 束，例如為雷射光束，分為在特定平面上的許多光束。由 單一繞射光學元件所產生的所有光束具有幾乎相同的強 度，且彼此間具有固定的間隔角度（angular intervai)並 以光學頭的光學軸為中心。而後，由繞射光學元件而來的 多重光束入射至聚焦物鏡，其較佳將光束向太陽能電池傳 輸並聚焦，以製造太陽能電池層堆疊。聚焦物鏡的光學性 能較佳與繞射光學元件特定的光束間隔角纟及光學頭與太 陽能電池的距離相配。 因此，上述光學頭可用於將太陽能電池圖案化為不同 區段。聚焦物鏡可包括已知可用於將光聚焦的任何工具， 例如：透鏡、場透鏡（field lenses)、修復透鏡（以啸 lenses)、條狀鏡（strip mirr〇r)、及/或其他工具。在其 他實施例中，光學頭包括擴大望遠鏡光學工具— telescope optical means)以形成較大的入射直徑及/或下 降（fal 1 ing-out)光束。 繞射光學tl件及聚焦物鏡較佳設置在共同光學軸中 使得進入繞射光學元件的入射光，由聚焦物鏡光學傳輸至 如基板及/或太陽能電池上。繞射光學元件較佳作為相光拇 (Phasegrating)元件，以將入射光束分為複數個分割的光 束。上述光束較佳為雷射光束，纟包括大體為高斯強度分 佈（Gaussian intensity distributiQn)。複數個分割的光 束較佳以沿著一轴旋轉’該軸與光束分佈方向平行及/或盘 第三平面正交…’根據本發明所述知光學頭可用於在 基板表面製造溝槽，其中’ #由沿著光學轴旋轉繞射光學 201210731 元件，亦即在第三平面上與光學轴正交，使得相鄰光束間 的所得節距（pitch)可輕易且準確的調整。

根據本發明之包括繞射光學元件的光學頭，其製造可 非常微小且準確’因此由繞射光學元件而來的光束分裂 (bean-Splltting)的穩定性，可視為所形成多重光束 (nmlUpie beams)之性質的穩定性，例如，其能量分佈及 位置的準確度，使得在遮蔽區減小及/或最小化的情況下， 其性能相較於傳統而言非㈣定。此外，本發明所提供的 光學頭，#由沿光學軸旋轉繞射光學元件，可輕易調整電 池區段寬度，且仍可維持複合光束位置及性質的穩定性。 與翫头相反的疋’ 4 了連結繞射光學元件的旋轉角度及電 池區段寬度’卩需要單—校正程序，因此減少卫具設置及 調整所需的時間。本發明的光學頭特別適用於圖案化太陽 能電池之隔離的溝槽。藉由利用繞射光學元件可提升產能 (throughput)，亦即利用多重光束及繞射光學元件以接近 或等於『或90。的角度旋轉圖案化隔離溝槽，而能夠同時 雕刻多重溝槽，藉此準確且良好的控制圖案化溝槽，其具 有很近的間隔及/或在單—製程路線（singU pass)中重疊，基板較佳隨光學頭而移動。因此，本發明提 供-種光束分裂的較佳方法’其可應用於如太陽能電池的 區段寬度的簡單變化，且可快速製造整體電池上的區段溝 槽及平行或正交於主要區段溝槽方向的隔離溝槽，例如在 太陽能電池的邊緣。本發明的光學頭及/或雕刻裝置的額外 優點是可減少薄膜太陽能電池的漏電流。 201210731 在本發明較佳實施例中，調整元件包括機動台 (m〇t〇riSed Stage)及 /或步進馬達（stepper m〇tor),以沿 著光學軸旋轉繞射光學元件。在其他較佳實施例中，雷射 光學頭包括控制器，且控制器係用以將繞射光學元件放置 在光學軸的-定義角度位置。在此，調整元件較佳用以將 繞射光學元件放置在角度位置的準確度^ 較佳各 0.1 mrad’且更佳".（π mrad。在上述實施例中，繞射光 學元件沿著光學軸的精確的旋轉，因此，使多重光束在這 目標上’例如在基板及/或太陽能電池上，在非常準確的對 位。當利用前述工具時，光束位置的準確度較佳心微米， 更加=3微米。因此’上述實施例可形成寬度小於_微 米的遮蔽區。 h在本發明其他較佳實施例中，在接合外殼（joint 〇USing)中至少包含繞射光學元件及聚焦物鏡，且接合外 ^包括:材料’其係用以降低接合外殼由於環境改變所造 、的熱膨服（thennai expansiQn)的敏感度。因此，上述材 二更佳包括低膨脹材料，較佳為溶… 這些都有㈣提升繞射光學元件及/或由繞射光 二進ί的多重光束的旋轉的準確度，特別是經過-段 ' 度，因此基板的雷射雕刻非常準確。 此相實㈣巾’繞射光學元件及聚焦物鏡彼 毫米且以〇毫米，較。25毫米且㈣毫 。：、射先學兀件的間隔角度範圍較佳介於^i 5m5 更佳"於至蕊5。。聚焦物鏡適當的光學直徑較佳$ 201210731 15毫米且$ 70毫米’且較佳$ 25毫米且$ 50毫米β 本發月之目的更提出用於在基板的表面上進行雷射製 f的雷射雕刻裝置’包括定位元件(p〇siti〇ning _小 前述雷射光學頭、及移動元件，其中定位元件係用以放置 第平面上待進行製程的基板表面，雷射光學頭係藉由 分裂入射雷射光束以產生多重雷射光束，使得多重雷射光 束彼此間具有固定的預設距離，且使得多重雷射光束平行 並定義第二平面，聚焦物鏡係用以在基板上聚焦多重雷射 光束，以在表面上製造平行溝槽，使得第一平面及第二平 面形成相交的線（intersec1：ing i ine)，且使得由各雷射光 束入射至基板上所形成在表面中的溝槽，其彼此間隔有節 距（pitch)，且移動元件係用以相對於基板的一移動方向移 動雷射光學頭。 上述雷射雕刻裝置提供基板非常準確且可靠的雕刻， 較佳為太陽能電池雕刻。上述基板可為本領域技藝人士所 知的任何基板《較佳可為太陽能電池中的基板，例如為薄 膜太陽能電池。薄膜太陽能電池通常包括玻璃基板，在玻 璃基板上設置透明或半透明電極層，而後再形成光電轉換 半導體（photoelectric conversion semiconductor)及背 電極層’上述光電轉換半導體係由具有PIN或NIP結構（N 係負摻雜石夕；I係本質石夕（i ntr i ns i c s i 1 i con) ; P係正摻 雜石夕）的非晶（amorphous)或微晶（microcrystal 1 ine)石夕薄 臈所形成。背電極可再次包括透明導電層加上反射層、導 電及反射金屬層、或相似的技術。光電轉換半導體可形成

S 8 201210731 為單一的（single)、串聯的（tandem)、多重的（multiple) 接面；各接面又可具有PIN或NIP結構。因此，電極層包 括利用雷射雕刻裝置進行製程的表面。 玻璃基板可為本領域技藝人士所知任何適用於所製造 的薄膜裝置中的任何玻璃基板。在一較佳實施例中，玻璃 基板為浮動玻璃（float glass)、安全玻璃（security glass)、及/或石英玻璃。浮動玻璃，其尺寸較佳大於一般 用於製造太陽能電池的尺寸’通常在形成槽（f〇rming chamber)中，藉由輸送熔融玻璃，較佳為持續輸送，至延 伸的錫浴（extended tin bath)。而後，熔融玻璃分佈在錫 表面及/或以適當的工具往至少一個方向拉長熔融玻璃，而 作為平坦連續玻璃膜或層。藉由小心的控制冷卻及拉長的 製程’可調整所形成的玻璃薄膜的形狀及厚度。 根據本發明所述的薄膜層的沉積可藉由本領域技藝人 士所知的各種沉積技術《在本發明一較佳實施例中，薄膜 層的沉積係藉由化學氣相沉積或物理氣相沉積如真空濺鍍 製程。氣相沉積製程更佳為電漿化學氣相沉積（pECVD)、常 壓化學氣相沉積（APCVD)、及/或有機金屬化帛氣相沉積 (M0CVD)製程。 沉積在玻璃基板上的透明電極可包括任何已知的適當 材料。其較佳包括透明導電氧化㈣咖― c-uctive 0xlde ; TC0)，更佳為氧化鋅或銦錫氧化物 (no)。上電極(front electrode)的沉積較佳利用真空/ 磁控管（VaCuum/magnetron)濺鍍、蒸發、或化學氣相沉積， 201210731 更佳為利用低壓化學氣相沉積（LPCVD)，且最佳係以二乙基 鋅（diethyl zinc)作為前驅物進行低壓化學氣相沉積以形 成氧化鋅薄膜層。 本領域技藝人士可提供任何適當的工具作為定位元 件’較佳為平坦桌面及/或支持基板設置於其上。相同的， 本領域技藝人士可提供雷射工具以入射雷射光束至繞射光 學元件上，例如參照US 4,292,092及/或Us 1 985/ 4542578。雷射工具較佳在光譜的紅外光區中操作在第二 諧波波長（2nd harmonic wavelength ; 532nm)及 / 或第三諧 波波長（3rd harmonic wavelength ; 532nm)，雷射工具脈 衝之脈波長（pulse length)的範圍在〇 〇1至5〇奈米秒之 間，且其操作脈衝重複頻率範圍在1kHz至40MHz之間，較 佳在40MHz。在基板中的溝槽製程藉由雷射雕刻裝置例如 :為所謂# P卜P2及/或p3圖案，也可係、為了邊緣及/或 橫向隔離（transverse is〇lati〇n)的單一雷射雕刻圖案 P4。移動元件較佳包括運送機（conveyer)及/或帶狀物，且 係適用於以固定速度移動基板，且其移動方向較佳平行於 溝槽製&方向°在另—較佳實施例中，移動元件係用於移 動光學頭，使得基板在複數個路徑上被雷射雕刻。 因此，根據本發明，較佳分別利用由繞射光學元件 生多重分裂的雷射光束以在基板中形成溝槽，且各雷射 束彼匕門存在有—預定距離，其係與繞射光學元件的間 角度有關’而在基板中產生的溝槽彼此相隔有節距的 離。备以調整元件旋轉繞射光學元件時’節距的尺寸較 10 201210731 隨著角度的位置來改變。在此，根據 整元株兹山 < 权《 Τ施例’調 由改變移動方向及相交線的角度而調 距亦即，藉由旋轉繞射光學元件可調整節距的: 此改變移動太士血妨·’ 八了因 的角度 、第一平面及第二平面所形成的相交線間 =度。移動方向較佳與溝槽方向相^節 更佳係為兩個相鄰溝槽間的最近距離，其係正 相鄰溝槽測量而得。 、 π在又-較佳實施例中’角度η。及錢。及/或該角度 :吏得至少相鄰二溝槽至少部分重疊。由於至少相鄰二溝： 部分重疊’可精準的確定例如在連續區中的太陽能電池的 所有材料層都被移除。當角度為。。時，較佳為由多"射 光束形成”單一”溝槽’而當角度為90。時，較佳為節距 等於雷射光束的距離。 在本發明另一較佳實施例中，第二平面大體上與第一 平面正乂及/或光學軸大體與第一平面正交。雷射光學頭 更佳產生S3及$9的雷射光束，較佳產生4雷射光束，其 中多重光朿較佳彼此平行。在又一實施例中，調整元件形 成2 4毫米及$ 1 〇. 8毫米的節距，較佳為& 5. 5毫米及$ 8.5毫米，更佳為$〇.i毫米。雷射光學頭更佳可達到 微米的溝槽位置準確度，較佳為$ 3微米。在另一實施例 中’設置多重雷射光束以將溝槽形成於沉積在表面的薄膜 材料中。薄膜材料可包括非晶及/或微晶矽薄膜，其設置有 PIN或NIP接面結構平行於薄膜表面。piN/NIp結構可夾置 於透明薄膜電極間’其可在基板的一主要表面上的各個複 11 201210731 數個區域中持續延伸，例如透光基板或覆板 (superstrate) ° 本發明之目的更包括達成在基板的表面上進行雷射製 程的方法，包括以下步驟： (a) 设置該基板之該表面在一第一平面進行製程， (b) 藉由一繞射光學元件分裂一單一雷射光以產生多 重雷射光束，使得該多重雷射光束彼此間具有一預設的固 定距離，以及使得該多重雷射光束平行設置已定義一第二 平面， (c) 將該多重雷射光束聚焦至該基板上以在該表面形 成平行溝槽’使得該第一表面及該第二表面形成一交叉 線’且藉由該個別雷射光束入射至該基板以在表面中形成 該溝槽，使得該溝槽藉由一節距彼此間隔，且該節距藉由 改變該欲得移動方向及該交叉線間的角度來調整，以及 (d) 在一移動方向上相對於該基板移動該多重雷射光 束。 在更佳實施例中，設置第二平面以大體正交於第一平 面。較佳地，改變欲得移動方向及交叉線間的角度係被旋 轉繞射光學元件所影響。更佳為旋轉該繞射光學元件係由 一移動台所影響，該移動台能夠沿一光學軸的一旋轉，在 該光學軸上該繞射光學元件及用以聚焦該多重雷射光束的 一聚焦物鏡彼此間隔設置。在另一實施例中，繞射光學元 件在一第三平面上旋轉，且第三平面大體與入射單一雷射 光束正交，及/或大體與第二平面正交。在又一實施例中， 12 201210731 上述方法包括校正在該移動方向及該交叉線之間的角度。 在又f施例中，角度係^ 〇。及S 9。。，及/或設置該角度 使得至/ —相鄰溝槽至少部分重疊。在—更佳實施例中， 步驟（e)係可選擇的以—角度進行以形成至少部分重疊的 溝槽在t佳實施例中，設置該繞射光學元件以產生^ 3 且S 9個雷射光束，較佳為4個雷射光束。較佳地，調整 移動方向及父又線之間的角度使得節距係“關且^ 10.8關，較佳g5.5職且5顧，且更佳$〇1態。在一 更佳實施例巾，設置該繞射光學元件以在該基板上聚焦該 多重雷射光束’因此達到一溝槽定位準確度$1〇”。 本領域之技藝人士可根據之前所述雷射光學頭及/或 雷射雕刻裝置衍生出更多實施例及/或在基板表面進行雷 射製程的方法之優點。 本發明另一目的更達成一種製造一薄膜太陽能電池的 方法’包括以下步驟： (1) 在一基板上沉積一薄膜材料，以及 (2) 利用如申請專利範圍第16_26項任一項所述之方 法對該基板進行雷射製程，纟中該薄膜材料包括對該表面 進行處理，或 (2’ ）利用如申請專利範圍第8_15項任一項所述之雷 射雕刻裝置對該基板⑺進行雷射製程，其中該薄臈材料包 括對該表面進行處理。 在一較佳實施例中’步驟（2)或步驟（2，）包括對該基 板至少2 0 %的該表面面積進行雷射製程。較佳地，表面在 13 201210731 焊條（ribbon)與區段溝槽垂直方向上進行製程。上述步驟 較佳重複進行，例如在數千的重疊橫向溝槽中以有效的增 加太陽能電池中的光穿透。 本發明又一目的在於達成利用所述之雷射雕刻裝置以 將該基板切割成為複數個區段，包括一薄膜太陽能電池， 該薄膜太陽能電池包括該基板及一薄膜材料沉積在該積板 上，且該薄膜材料包括藉由該雷射雕刻裝置處理的該表面。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂’下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 【實施方式】 第1圖為傳統薄膜太陽能電池1的一部分的剖面圖。 在透明絕緣基板2上設置透明上電極層3，在透明上電極 層3上形成光電轉換半導體4，以及在光電轉換半導體4 上再形成透明背電極5。光電轉換半導體4包括非晶及/或 微晶碎薄膜堆疊。 第1圖更顯示溝槽6、7、8。上述結構的目的在於建 立由電性串聯連接的多重太陽能區段所組成的單片光伏模 組。因此’透明電極層3由第一隔離溝槽6所分割，其決 定電池區段的寬度。光電轉換半導體層4填入上述溝槽， 在製造的製程中，其整體層狀堆疊的順序依次為：層3、 溝槽6、層4、溝槽7、層5、溝槽8。以透明背電極層5 的材料填入的溝槽7，使得相鄰的電池丨電性接觸。事實 14 201210731 ^電池1的背電極5與另一相鄰電幻的上電極3接觸。 寺表面電極層5及光電轉換半導體4由第二隔離溝層8分 割。上述結構的製程較佳利用雷射光等方法。 薄膜太陽能電池【的製造方法例如如下：首先在透明 絕緣基板2上沉積透明電㈣3,例如利用低壓化學氣相 沉瞻叫透明電極層3,也稱為透明導電氧化物(⑽ 包括如氧化鋅(Zn〇)、氧化錫(Sn〇2)及/或銦錫氧化物 (_。而後’以雷射雕刻移除部份透明電極層3 ,而形成 第-隔離溝槽6’其將透明電㈣3分割為複數個隔離、 相鄰層。 接著，在透明電極層3上，進行電衆化學氣相沉積以 沉積光電轉換堆疊層4。堆疊層4包括至少一 p摻雜層、 1-本質層& η摻雜層在例如薄膜非晶石夕中。可重複進形上 述步驟已形成多接面非晶矽薄膜太陽能電池卜因此，ρ+η 接面可由微晶（mierQeystaU ine)材料或非晶及微晶的混 合材料所形成，以建立光電轉換層4。 而後雷射雕刻光電轉換半導體層4以移除部份光電 轉換半導體層4’而形成將光電轉換半導體層4分割微複 數個隔離層4的溝槽7。 接著，沉積背表面電極層5以填入溝槽7中，因此形 成接觸線，並覆蓋光電轉換半導體層4。背表面電極層5 也可為透明導電氧化物（TC0)，例如氧化鋅（Zn〇)、氧化錫 (Sn〇2)、銦錫氧化物（ίΤ〇)、或金屬層如鋁、或前述之組合。 最後’雷射雕刻光電轉換半導體層4及背表面電極層 15 201210731 ，以形成第二隔離溝槽8，其將光電轉換半導體層4分割 為電性串聯連接的複數個光主動（photoactive)層4或區 段因此製造出第1圖所顯示的薄膜太陽能電池1 ^ 本發明一實施例揭示藉由大體為5-1 0毫米的間隔之 雷射雕刻溝槽’在太陽能電、池1並延伸至其整體長度間， 將TC0層3分成複數個電性隔離區。在沉積後，利用雷射 雕刻光電轉換半導體層4。在此層中雕刻的溝槽7應與起 初在TC0層3中的溝槽平行，其整體長度一般在5-30毫米 之内，且盡量靠近初始溝槽6，一般距離介於10至150毫 米。 在沉積背表面電極層5之後，利用雷射形成溝槽8， 其同時分割背表面電極層5及光電轉換半導體層4，以完 成區段的電性串聯内連線。雕刻的溝槽8與TC0層中初始 溝槽6平行，其整體長度一般在5_3〇毫米之内，且盡量靠 近光電轉換半導體層的溝槽7，一般距離介於10至150毫 米。 所形成具有串聯内連線太陽能電池區段的太陽能電池 1，可減少薄膜太陽能電池的漏電流，且整體面板所產生的 電壓係由在各電池及多重電池中所形成的電位所產生。一 般而言，1.4m2的面板被分為50-200個電池，使得整體面 板的輸出電壓在30-200V的範圍内。 除了在 US 4, 292, 092 及 JP 591 72274(US 1985/4542578) 所述的材料之外’可利用許多其他的材料製造薄膜太陽能 電池1°在其他等效的裝置中’光電轉換半導體層4係以 16 201210731 蹄化錫（CdTe)、砸化銅銦（copper-indium-diselenide ; CIS)、石西化銅銦鎵（copper-indium-gallium-diselenide ; CIGS)、結晶石夕玻璃（crustalline silicon on glass ; CSG) 等。一般利用雷射來雕刻層3、4、5中部分或全部的溝槽 6、7、8’以在這些裝置中形成具有串聯内連線的複數個太 陽能電池1。 分別在層3、4、5中雕刻溝槽6、7、8有時候係從玻 璃板塗佈的一側施加雷射光束，但其也可從相反側施加雷 射光束’此時光束在與薄膜反應之前先通過玻璃。所使用 的雷射一般在光譜的紅外光（IR)範圍操作，但也可用在例 如在 532nm 的第二错波波長（2nd harmonic wavelength) 及在 532nm 的第二 s皆波波長（3rd harmoni c wave 1 ength)。 一般而言雷射脈衝之脈波長（pUlse length)的範圍在〇 〇1 至50奈米秒之間，且其操作脈衝重複頻率範圍在lkHz至 1 MHz之間，但也可尚至4〇MHz。利用一般稱為光學頭的光 機械系統，將雷射光束導向層堆疊3、4、5上進行習知製 矛王’上述光學頭係、设計為提供有效率的材才斗製程所需空間 上的強度分佈。 薄膜太陽能電池也可製作在如金屬板的非透明基板 上。在此實施例中’則不可能透過基板2進行光照，因此 所有的雕刻製程的光束都必須由塗佈的—側人射。在一些 其他實施例中’太陽能面板製造在彈性基板2±，例如薄 金屬或聚合物板。在前述的例子中，只能從塗佈的一側進 行先照1而在後述的例子中，從塗佈的一側或是穿過基 17 201210731 板2的光照都有可能β 在太陽此電池1上的溝槽6的位置決定了區段的寬 度區#又寬度的選擇，結合電池的尺寸，係取決於欲得太 IW能電池1的電性，例如，妒臂从广a a 較寬的區^又會增加漏電流I sc(sc 係短路），較窄（亦即較多）的區段會增加開路電壓（open circuit voltage)。其他可能影響區段溝槽6、7、8的寬 度的因素包括.電池的設置為申聯連接、並聯連接、或其 他電池連接的組合，藉此使被上電極層3及背電極層5的 材料層電阻所影響產生電池内的漏電流達最佳化。 為了達到太陽能電池1區段間有效的串聯連接，各溝 槽6(也稱為圖案1或P1)應與溝槽7(也稱為圖案2或p2) -起建造’而後在建造溝槽8(也稱為圖案3或p3)，如習 知所述。在電池1由P1溝槽6的最外緣至相鄰p3溝槽7 的最外緣所定義的狹窄區域無法用來收集光伏電流，為有 效率的失去或遮蔽(dead)區9。在電池i中的各區段複製 此區域，且其數量可為電池！可用的主動區的數百分比。 因此’必須縮小遮蔽區9的數量’以獲得較大的電池效率。 可藉由檢小η至P2溝槽6、7間的距離’及P2"3溝槽 7、8間的距離來縮小遮蔽區。然而，若任何圖案交疊（ ） 則會造成區段間内連線的失效。亦即若溝槽順序ρι_ρ2_ρ3 被破壞’將會造成太陽能電池i功率的降低。縮小溝槽間 的距離必須在各製程步驟中設置有準確的雷射光束\^得 遮蔽區可縮小，但可避免溝槽圖案的交疊。 在雕刻製程開始之前’設定各製程P1_P2_P3w雷射雕

S 18 201210731 刻工具在正確的距離設置 知技術中此步驟有賴…二冓槽6、7、8的位置。在習 、权正程序，其係藉由光學頭10的位 置來比較欲得溝槽6、7、β Μ , 8的位置及溝槽6、7、8的實際 位置’並根據需要修正氺 "先學頭10的位置。此步驟在太陽能 >上需要圖案排列元件或基準點（fiducials)，且其進 行的：：可改變，當所選的區段寬度為初次形成，則僅需 =仃-次’而一直到每—次利用上述工具形成太陽能電池 基板2時都需進行。明顯地’在習知技術 及/或各光學頭必須進行—次校正程序，且校正程序必須進 订的頻率越高’雷射製程步驟的整體週期時間就越長。若 排列X件測量系統或光學頭位置系統的準確度與穩定度遠 小於欲付區段溝槽6、7、8的位置準確度時，校正的頻率 則需增加。 雷射製心步驟的整體週期時間影響太陽能電池製造的 整體產犯，因此縮短時間可改善太陽能電池1的經營成 本縮紐雷射週期時間的數個方法包括操作多重光學頭1 〇 而將多重雷射光束12射至太陽能電幻，以在太陽:：池 2的長邊上同時製造許多平行的區段溝槽6、？、8。上述方 法需要光學頭10或基板2的通過次數較少。如前述，在習 、統中必須校正各雷射光束及各光學頭1 〇以將區段溝 槽6、7、8準確的設置於太陽能電池1上。 平行且3又置在靠近太陽能電池1邊緣的邊緣隔離溝槽 ...... 的，因此在區段的一端與其他區段間、或與太陽能 電池1上用於收集電流的接觸區間不會產生電流短路。短 19 201210731 路’亦即分流（shunt)，可降低太陽能電池的功率效能。 與區段溝槽正交的橫向隔離溝槽，其可橫跨太陽能電 池1，一般用於限制可流過電池1的最大電流，其中避免 太陽光照而避免電池上述區域的損害及太陽能電池丨整體 效能的降低。 邊緣及橫向隔離溝槽的形成皆可利用在區段製程 P1-P2-P3之後進行單一雷射雕刻製程，或利用與溝槽雕刻 成為P1及P3的一部分之製程。在上述兩者中皆需基板2 上太陽能電池1的所有材料層，並在隔離溝槽間提供足夠 的電阻。 -般而言’多次利用基板2或光學元件通過而形成多 重距離非常近或重疊的隔離溝槽6、7、8，此時相鄰溝槽6、 7、8的中心距離小於各溝槽的寬度。多重隔離溝槽6、了、 8降低隔離分流、或其他失效的可能性，導致會造成電池 性能降低的電流短路。 然而，隔離溝槽6、7、8的數量及距離越大，太陽能 電池1無法產生電流的區域也越大。在_般結合ρι及 以形成隔離溝槽6、8的製程中，P1及後續的P3溝槽6、丨 f此必須準確的重疊，以確保移除在連續區中太陽能電池 的所有材料層3、4、5。在製造環境中，為了在不同雕刻 =中實際上達到準確設置’必須多重、距離相近或重疊 1及P3組溝槽6、8,以確保兩製程重疊在太陽能電池 上’且形成有效的隔離溝槽。 形成隔離溝槽所需雷射雕刻溝槽6、？、8的數目以及 20 201210731 其彼此間距離的情況，會相當程度的影響製程時間，且可 佔雷射製程步驟的整體週期時間很大的一部分。 這些薄膜太陽能電池裝置的主要特性在於雕刻數個溝 槽6 7、8，各溝槽長度達一或多公尺，以在面板上形成 複數個區段。因此，每一層的整體雷射溝槽長度必須達1〇〇 公尺或超過1〇〇公尺。上述雷射溝槽必須在可接受的面板 製程週期時間内利用工業雷射雕刻工具所形成。其一般為 小於2分鐘，因此雷射雕刻速率必須達到每秒數公尺。 在雷射雕刻工具中，當雷射光束入射至太陽能電池1 或基板2上，利用雷射光照的太陽能電池丨的區段係倚賴 光干頭10的移動，其將雷射光束射至太陽能電池1及基板 2,其一可為固定或相對於參考的機械框架而移動使得持 續的溝槽6、7' 8形成在太陽能電池層中。 一種習知方法係利用單一光束雕刻所有的線，但利用 電流計驅動鏡掃描系統（galvan〇meter叶“印 SCanner ”以㈣）使光束高速移動。例如在美國專利公開號 US2003/0209527A1所述。利用掃描系統在全寬6〇〇毫 米的寬面板上移動雷射先束’其移動速度達4 metres/sec，且面板以正交方向通過掃描單元。前述習知 技術的缺點在於為了覆蓋面板的整體寬度，必須利用具有 較大掃描場範圍的掃描鏡。這通常表示掃描鏡具有相當長 的“、、距此匕外，在每次掃描時，通常也必須利用具有第三 軸的掃描系統以動態調整光束尺寸的延伸，以維持聚焦在 整體面板寬度。

21 S 201210731 因此在控制系統上增加了複雜性，掃描鏡所需要的長 焦距導致所形成的焦點最小尺寸受到限制，因此所製造的 溝槽寬度不如欲得寬度㈣。i當具有鏡焦距的掃描系統 尺度造成位置设置的錯誤，也造成準確設置溝槽的困難。 上述困難都會造成問題，因理想的溝槽6、7、8的寬度應 該儘可能的狹窄，且相鄰溝槽應儘可能靠近以縮減溝槽6、 7、8之間的遮蔽區。此外，由於光學系統要達到線掃描（i n e scan)的限制，此方法一般限於雕刻與面板較短方向平行的 面板，一般長度達600豪米。上述系統無法形成與面板長 軸平行的溝槽6、7、8。 在一些習知的例子中的工具在雕刻時具有固定的光學 το件’亦即面版必須非常快速的移動。為了避免過大的面 板速度，常利用多重光學系統以產生平行的雷射光束來製 造溝槽6、7、8。在-例子中，尺寸約llm χ丨&的面 板需要100個分別的溝槽6、7、8，其可在6〇秒内有8個 平行的雷射光束，且面板以少於的最大速度移 動。在許多雷射工具結構中具有多重光束方法。 習知的另一個方法係利用由功率相對低的單一雷射所 且成的光學系統’例如其功率在355nm或532nm時少於5W， 或在l〇64nm時少於i〇w。此低功率雷射耦接至將雷射傳送 至工作件的單一光學頭。複數個上述的光學系統組裝在工 八中以增加淨處理速度。在德國專利申請號N〇. DE 1〇 2〇〇6 〇33 296. 2及美國專利中請號ν〇· US 2008/0263877中有 上述系統的描述。 22 201210731 上述方法的缺點在於其面板或所有的光學系統必須以 與溝槽方向正交的方向進入’以在整個面板上都覆蓋有溝 槽6、7、8。Φ即，其定位系統必須非常準確，否則在光 學頭10的所有位置都必須進行每個雷射光束位置的校 正二以達模組需求的必要準確度。具有多重雷射來源的系 統花費通常很高，且會負面影響太陽能電池的經營成本。 此外，大量的雷射光源需要常規的保養服務且整體而言失 效的機率較高，因此降低可正常運作的時間且增加經營成 本。 習知另一個方法係利用由相對高功率的單一雷射所組 成的光學系統，例如在355nm的功率高於low，或在532nm 尚於5W ’或在i〇64nm高於20W。高功率雷射光束而後藉由 偏光分裂（polarization division)或強度分裂 (intensity division)以將多重雷射光束傳至複數個光學 頭10，般為2-4個。在此例子中，單一雷射工具可裝置 有許多上述光學系統。在德國專利申請號N〇. DE 2〇〇6 033 296. 2中有上述系統的描述。上述工具結構的優點在 於母個工具僅需要一個，或一般為二個，雷射光源，因此 減少母個工具之雷射光源的停工時間（d〇wnt丨me )。 然而’在上述光學系統中的校對、偏光控制及光束功 率的平衡在實際運用上複雜且耗時。光學系統中雷射光束 性質的任何改變，例如光束位置、功率、強度輪廓 (profile)，可造成面板的上在製程區域的各光束間的重大 改變。光束間的功率改變及輪廓改變會影響溝槽6、7、8 23 201210731 的品質’而光束間位置的改變可造成需要頻繁的校正操 作。因此，由於必須有頻繁校正的常態工作且進行校對確 認，而造成工具可正常運作時間的縮短。 上述所有的習知雷射工具的光束位置一般為在工具中 直線雷射陣列中，#具有與溝槽方向正交的直線轴。為了 在工具上使雷射在兩個正交的方向上雕刻面板例如形成 邊緣隔離及橫向隔離溝槽6、7、8，可以只利用_個雷射 光束雕刻面板的所有路徑，或在工具中選轉面板以形成正 交溝槽6、7、8。在上述第-個方法的例子中，此單一光 束的製程沒有效率且通常佔卫具週期時間报大的_個因 素。在上述第二個方法的例子中，面板旋轉時間增加了工 具的周期時間。一般而t，面板尺寸為非對稱的，且工具 結構通常由於缺乏包含面板長邊的空間而造成面板無法旋 轉，該面板的長邊係在主要溝槽方向的正交方向。 可設置具有多重光學頭10的雷射雕刻工具使得多重 雷射光束可射向太陽能電池i，其多重雷射光束的方向正 交於區段溝槽方向，因此在太陽能電幻的長邊上可同時 產生數個平行的區段溝槽6、7、8。 然而，上述方法不適用於設置與主要區段溝槽6、了、 8方向正交的邊緣隔離溝槽及橫向隔離溝槽。在設置需 高準確度多重重疊或距離相近的邊緣隔離溝槽及橫向隔: 溝槽時，其方向與區段溝槽6、7、8的方向平行然而、 須在與區段溝槽6、7、8正交的方向準確定位才可以準与 設置區段溝槽6、7、8。機械系統的光學頭ig在兩個 24 201210731 準確設置溝槽因此相當複雜。—般而t，較簡單 -上二、留下一個光學頭1〇及雷射光束’而機械上或光 子上的關閉其他所有的光學頭1〇及雷射光束，使得一次口 :設置一個隔離溝槽6、7、8。沒有多重平行光束的製程， 元成圖案化6、7、8所需時間變得佔據雷射製程整體周期 時間的一大部分’且影響模組的經營成本。 能夠簡單的調整電池區段寬度、並在區段及隔離溝槽 多重圖案化及溝槽位置校正的耗減少的方法，冑有利於雷 射製程時間，且因此利於製造太陽能電池的經營成本。 根據本發明所提供的解決方法設置有光學頭1 〇，其利 用繞設光學元件（D0E)n以提供多重雷射光束12。在光學 頭10中，繞設光學元件u與聚焦物鏡13組合。繞設光學 π件11係單一、小型的光學構件，其可將入射雷射光束 14分裂成在特定的第二平面15中的多重雷射光束12。由 早一 D0EU所產生的光束12具有幾乎相等的強度，且彼此 門具有固疋的間隔角度（angular 並光學頭1〇 的光學轴16為中心。 而後’由DOE 11而來的多重光束12入射至聚焦物鏡 13，其將雷射光束12射入並聚焦在太陽能電池i上，以進 行太陽能電池堆疊3、4、5的製程。聚焦物鏡13的光學效 此’與DOE 11特定的光束分裂間隔角度X以及光學頭丄〇 與太陽能電池基板2的距離相配。由光學頭1〇的d〇E 11 所圖案化所得的電池區段寬17，係由d〇e 11的分裂角度 α及光學頭10及D0E 11間的距離18所決定。 25 201210731 在第2圖中，顯示太陽能電池製程中，入射雷射光束 14通過光學頭10可能的路徑以及所行成的多重聚焦雷射 光束1 2。在此實施例中，設置DOE 11，使得單一入射光束 14分裂為四個分開的光束12，其而後聚焦在太陽能電池堆 疊層3、4、5上，而能夠同時在太陽能電池1中形成四個 區段溝槽6、7、8。藉由在光學雷射頭10中旋轉DOE 11， 所形成在相鄰雷射光束12間正交於主要溝槽方向24的節 距（pitch)ll，亦即電池區段寬17，可依照不同製程需要 調整’因此提供了基板2的雷射處理的彈性，例如用以雕 刻太陽能電池堆盤層3、4、5。 根據本發明一實施例’ 一般的電池區段寬度1 7，即節 距17 ’介於5. 5至8. 5mm之間，但也可大到1〇 8随。如第 2圖所示’其係由d〇E 11至聚焦物鏡13的距離18，以及 DOE 11的分裂角度間隔α所決定，然而，其通常被聚焦 物鏡13的最大光學直徑1 9所限制。在一實施例中，D〇E工i 的角度間隔α —般可藉於1 · 5度至5度，但也可大到6. 5 度，而DOE 11與聚焦物鏡13的距離18 —般係在7〇至15〇mm 的範圍内。聚焦物鏡13適當的光學直徑19可在25至5〇隨 的範圍内。 在第3A至3C圖顯示在一可能的實施例中光學頭的工 程繪示圖。其包括中心設置區（central m〇unting bi〇ck) 设置有其他組件，包括聚焦物鏡13、DOE 11、及用於沿著 光學轴16旋轉D0E 11的調整元件21，例如機動台21。圖 中其他額外的元件係使光學頭1 〇在雷射雕刻工具中可正 26 .201210731 確運作的必要元件，包括：校對及位置控制系統、光束光 閘（beam shuttering)、以及設定及維護通道（setup and maintenance access)。然而，這些並非本發明之標的，因 此並未近一步詳述，但為本領域技藝人士可應用及/或了 解。整體組裝過程分別進行轉換及評估階段，其可準確的 叹置用於進行太陽能電池堆疊層3、4、5製程的光學頭 及多重雷射光束12。 如此緊密的組件排列，使得低重量的組件在需要快速 製程時可以高速移動’且可設計為具有高位置穩定性。此 外’在光學軸16的材料長度很短，因此組件對於環境改變 而產生的熱膨脹的容忍度更高。藉由選擇適當的D0E 11及 聚焦物鏡13,可利用一個光學頭1〇來提供3至7個的多 重光束12。 在_後方的多重光束12中的分裂角度間隔。的 準確-般小於0.1 mrad，且結合光學頭i。至_ U間隔 18約為100随，造成區段溝槽6、7、8的位置準確度大於 10毫米。然而’相較於其他形式的傳統光束分裂光學元件 上述光束間隔的穩定性已大幅提升，傳統的光學元件的職 11系統仰賴整合至doe 11紝糂认、田《 匕11 4的週期性精密標度元件 (periodic fine scale features)。 DOE n係利用適當的光學材料所製作，例如_石 (fused S1llca)，其預期經過一段 町间设具穩定性且在環 境糾（如溫度）下不改變。光學頭1〇的_u緊密設置 以單一光學件提供多重區段溝 0 7、8 ’並具有高度 27 201210731 位置準確性及良好的穩定性。 克服穎的利用光學頭10的D〇Eu，而能夠 ::备電池區&寬17改變時在機械定位上光學頭i。重複 進扞…从4由於疋位系統其他改變或偏移所必須 進订的杈正的複雜性。此光 + 子碩的D0E U之新穎的使 用方法也使得雷射雕刻工具 圖案化邊緣隔離及橫向隔離 溝槽6、7、8，並維持利用多 更元束12因此減少整體雷 程的週期時間。這些特徵在第4A及4B圖中將更進一 步的說明。 ，如上述，D0E 11在特定平面15中提供了多重光束12 ^的角度間隔°參照第4U4B圖’在第-製程平面23 的夕重光束12的距離22決定電池區段寬度17。平面22 的方向對應於週期性精密標度元件在D〇E丨丨結構中的方 向。 ,藉由沿著光學頭10的光學軸16旋轉D0E 11，可旋轉 涌面17，且其中具有分裂的多重光纟12。當多重光束12 、過聚焦物鏡1 3 ’且考慮到在區段溝槽方向24的正交方 的這些光束12的間隔或距離22’其係在多重光束12 、又25及太陽能電池1基板2間所繪直線的角度，這些 多重朵 的“束所雕刻的有效電池區段寬度17將直接隨著產物 、餘弦（cosine)角0及多重光束12的距離22而改變。 ^在實際應用中’沿著光學頭10的光學轴16旋轉的d〇E 箸*可藉由設置DOE 11的高準確度移動台21，因此可沿 光學轴16準確的旋轉，且其移動角度θ至少9〇。且準

S 28 201210731 確到一般優於10"m。因此，在太陽能電池i中的多重雷 射光束12可平行或正交於區段溝槽方向24，或在任何介 於此二極限的角度。 區段溝槽距離的最大值，亦即電池區段寬度17的最大 值，在Θ=(Γ時達到，亦即光束分裂方向正交於溝槽方向 24由D0E11所提供光學光束分裂的穩定特性，結合旋_ 台21的準確度，可麵各光學頭1〇只需要-次電池區段 寬1 7對D0E 11旋轉角唐a & 狀符月度0的杈正，而不需要針對各分裂 光束校正。 一旦在雷射雕刻工具中對各光學頭1G進行校正，可輕 易的依據後續製程設定^的區段寬度17，或者根據太陽 能電池1電性最佳化的雲亚视» j. G旳需要微小的調整區段寬17,或者在 電池寬度的基礎下校正並#尤於1 八他不欲得因素所造去區段寬17 的改變。校正程库一An. Ά 1 λ — 叹程序t化費1〇至2〇秒㈣㈣ 化在太陽能電池1未使用的區域， 琢而後注5己其位置並將校 正因素(correction fac十nr、

Ct〇r)施加在各製程光束的位置 上。在製造過程中，僅需不頻繁的 & 两莱的進仃廷些步驟以確定校 正工具並未偏移，或當佈局改變睥 雙吟利用不同的電池區段寬 度。 當旋轉角度0接近90。或〇。時， 人υ - ’如第5Α及5Β圖所示， 可將多重光束12的距離減小，其 乃句0又置為在區段溝槽方 向24,或在正交方向，使得由光束12 厅元成的各個溝槽6、 7、8彼此間非常靠近或甚至部分 豐以有效率的形承擔 一寬度溝槽6、7、8。複合溝槽卩“ ρ 複 口溝槽（composite” _e)6、 29 201210731 ?、8受益於D〇E U光束分裂的相同特徵在於準確 定的控制整體寬度17,而在其結構中 w 僻^个罵建立額外的校正。 .這些多重隔離溝槽結構可在基板2對光學頭1()進行 對移動的單—製程過程中形成。上述複合溝槽6、7、8適 合用於邊緣隔離或橫向隔離溝槽6、7、8，因為這些元= 一般受益於由多重溝槽所提供額外的隔離。一般而+，利 用4至9個個別的溝槽6、7、8以形成邊緣隔離或：向隔 離溝槽6、7、8,且在一個全尺寸太陽能電池模組中，一 般會具有至少4個的各種型態的隔離溝槽6、7、8。相較 於以雷射製程光學頭之雷射製程步驟，其需利用單一雷射 光束的多重步驟以圖案化邊緣及橫向隔離溝槽6、7、8, 利用本發明所述新穎的技術所需週期時間可縮短託至Μ 秒0 此外，在關於建築整合太陽能（Building Integrated

Ph0t0V0ltaics; BIPV)的應用中，較佳移除焊條（ribb〇n) 中矽層在區段溝槽6、7、8的正交方向行進的面積至2〇%。 這一般需要在數千個重疊的橫向溝槽6、7、8中重複進行 P3的圖案化8，以有效的增加模組的光穿透率。 在上述描述的本發明中，D〇E u的旋轉角度0接近 90時，可同時雕刻多重重疊的橫向溝槽6、7、8，因此可 有效的降低雷射製程的週期時間，其影響大約等同於用以 圖案化的多重光束12的數目。 雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上’然其並非 用以限定本發明’任何所屬技術領域中具有通常知識者， 30 201210731 在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作任意之更動與潤 飾’因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界 定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示習知技術包括以雕刻線分割太陽能電池的 薄膜太陽能電池的原理。 第2圖根據本發明一較佳實施例，顯示雷射光學頭之 繞射光學元件及聚焦物鏡間的光學關係。 第3A-3C圖根據本發明一較佳實施例之光學頭的側視 或剖面圖。 第4 A 4 B、5 A、5 B圖根據本發明一較佳實施例，顯示 在各應用中利用雷射光學頭，其相鄰雷射光束的節距，以 及旋轉繞射光學元件所產生的附設個雷射光束。 【主要元件符號說明】 1〜薄膜太陽能電池；2〜基板； 3〜上電極層； [光電轉換半導體； 5〜背電極層； 7〜溝槽； 9〜遮蔽區； 11〜繞射光學元件 13〜聚焦物鏡； 15〜第二平面； 6〜第一隔離溝槽； 8〜第二隔離溝槽； 1〇~光學頭； 12〜多重雷射光束； 14〜入射雷射光束； 16〜光學軸； 31 201210731 1 7 ~節距； 19〜直徑； 21〜調整元件； 23〜第一平面； 2 5 ~交叉線。 18〜繞射光學元件分割； 2 〇 ~中心設置區； 2 2 ~距離； 24〜區段溝槽方向/移動方向；

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Claims (1)

1. 201210731 七、申請專利範圍： 1. 一種用於雷射雕刻裝置的雷射光學頭（10)，包括一 繞射光學元件（11)，一聚焦物鏡（13)，以及一調整元件 (21)，其中 該繞射光學元件（11)及該聚焦物鏡（13)在一共同光學 軸（16)上彼此間隔設置，以及 該調整元件（21)用於在正交於該光學軸（16)的一第三 平面上旋轉該繞射光學元件（11)。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之用於雷射雕刻裝置的 雷射光學頭（10)，其中該調整元件（21)包括一機動台（2}) 及/或一步進馬達，以沿著該光學軸（1 6)旋轉該繞射光學元 件（11)。 3,如前述任一申請專利範圍所述之用於雷射雕刻裝置 的雷射光學頭(1〇)，包括一控制器，且該控制器用於將該 繞射光學元件（11)定位在該光學軸（16) 一定義角度位置 (0 ) ° 4. 如前述任一申請專利筋圖m J乾圍所述之用於雷射雕刻裝置 的雷射光學頭（10)，JL中嗜嘴 叫”干該調整兀*件（21)用於將該繞射光 學元件（11)設置於一角度位置、 1 )且其準確度S〇lmrad。 5. 如前述任一申請專利範圚祕、+、> 觀圍所述之用於雷射雕刻裝置 的雷射光學頭（10)，其中至少 ^这繞射光學元件（Π)及該聚 焦物鏡（13)包含在一接合外殼中，且該接合外殼包括-材 料’該材料係用以降低該接合外殼對環境改變所造成的熱 膨脹的敏感度。 33 201210731 6. 如别述任一申請專利範圍所述之用於雷射雕刻裝置 的雷射光學頭(1〇)’其中該材料包括一低膨脹材料，較佳 為熔融梦石。 7. 如前述任一申請專利範圍所述之用於雷射雕刻裝置 的雷射光學頭（10)，其中該繞射光學元件（11)及該聚焦物 鏡（13)彼此距離（i8)g 70mm且g 150mm，較佳2 25nm且g 50mm ° 8. —種雷射雕刻裝置，用於雷射處理一基板的一表 面，包括一定位元件，一根據前述任一申請專利範圍所述 之雷射光學頭（10)，以及一移動元件，其中 該定位元件用於設置該基板（2)的該表面以在一第一 平面（23)上進行製程， 該雷射光學頭（10)係藉由分裂一入射雷射光束（14)以 產生多重雷射光束（12)，使得該多重雷射光束（12)彼此間 存在有預定的固定距離（22)，使得該多重雷射光束（12)平 行設置而定義一第二平面（15)， 該聚焦物鏡（13)用於將該多重雷射光束（12)聚焦至該 基板（2)上’以在該表面製造平行溝槽（6、7、8)，使得該 第一表面（23)及該第二表面（15)形成一交又線（25)，且使 得藉由該各個雷射光束入射至該基板（2)上，而在該表面中 製造的該溝槽（6、7、8)彼此由一節距（17)間隔，以及 該移動元件用於以相對於該基板（2)的一移動方向（24) 上移動該雷射光學頭（10)。 9，如申請專利範圍第8項所述之雷射雕刻裝置，其中 、S 34 201210731 該調整元件係藉由改變該移動方向（24)及該交叉線（25)間 的該角度（9〇°-0)，以調整該溝槽（6、7、8)的該節距（17)。 1 〇·如申請專利範圍第8或9項所述之雷射雕刻裝置， 其中該角度（0)20°且S 90°，及/或設置該角度（0)使得 至少二個相鄰的溝槽（6、7、8)至少部分重疊。 11·如申請專利範圍第8-10項任一項所述之雷射雕刻 裝置，其中該第二平面（15)主要設置為正交於該第一平面 (23)及/或該光學轴（16)主要設置為正交該第一平面（23)。 12 ·如申請專利範圍第8 -11項任一項所述之雷射雕刻 裝置，其中該雷射光學頭（10)產生S3且$9個雷射光束 (12)’較佳為4個雷射光束（12)。 13.如申請專利範圍第8-12項任一項所述之雷射雕刻 裝置，其中該調整元件（21)用以產生g4mm且$10.8111111的 一節距（17)，較佳 2 5. 5mm 且 S 8· 5mm，且更佳 $ 〇. 。 14 ·如申睛專利範圍第8 -13項任—項所述之雷射雕列 裝置，其中該雷射光學頭（10)用以達到溝槽定位準確度$ 1 〇 m 〇 15.如申請專利範圍第8-14項任—項所述之雷射雕刻 裝置’其中該多重雷射光束（12)用以在該表面（2)沉積的1 薄骐材料中產生溝槽（6、7、8)。 包括以 16·—種雷射處理一基板（2)的一表面的方法 下步驟： 一平面（23)進行製 (a)設置該基板（2)之該表面在一第 程， 35 201210731 (b) 藉由一繞射光學元件（11)分裂一單一雷射光（η) 以產生多重雷射光束（12)，使得該多重雷射光束彼此間具 有一預設的固定距離（22)，以及使得該多重雷射光束（12) 平行設置已定義一第二平面（15)， (c) 將該多重雷射光束（12)聚焦至該基板（2)上以在該 表面形成平行溝槽（6、7、8)，使得該第一表面及該第二表 面形成一交又線（25)，且藉由該個別雷射光束入射至該基 板（2)以在表面中形成該溝槽（6、7、8)，使得該溝槽（6、7 “）藉由一節距（17)彼此間隔，且該節距（17)藉由改變該欲 得移動方向（24)及該交叉線（25)間的角度（90。- 0 )來調 整，以及 (d) 在一移動方向（24)上相對於該基板（2)移動該多重 雷射光束（12)。 17. 如申請專利範圍第16項所述之雷射處理一基板（2) 的一表面的方法’其中設置該第二平面（15)以大體正交於 該第一平面（23)。 18. 如申請專利範圍第16或17項所述之雷射處理一基 板（2)的一表面的方法，其中改變該欲得移動方向（24)及該 父叉線（25)間的角度（9〇。- Θ)係被旋轉該繞射光學元件 (11)所影響。 19. 如申請專利範圍第18項所述之雷射處理一基板（2) 的一表面的方法，其中旋轉該繞射光學元件（11)係由一移 動台（21)所影響’該移動台（21)能夠沿一光學軸（16)的一 旋轉’在該光學軸（16)上該繞射光學元件（11)及用以聚焦 36 201210731 該多重雷射光束（12)的一聚焦物鏡（13)彼此間隔設置。 20. 如申請專利範圍第18或19項所述之雷射處理一基 板（2)的一表面的方法，其中該繞射光學元件（ιι)在一第三 平面上旋轉’且該第三平面大體與該入射單-雷射光束(14) 正交，及/或大體與該第二平面正交。 21. 如申請專利範圍帛16_2()項任—項所述之雷射處 理基板（2)的-表面的方法，包括校正在該移動方向（24) 及該父叉線（25)之間的該角度（9〇。)。 22·如申請專利範㈣16_21項任—項所述之雷射處 理-基板（2)的-表面的方法，其中該角度⑽。七餘〇 。及$90°’及/或設置該备疮r〇n。 。 角度（9 0 - 0 )使得至少二相鄰溝槽 (6、7、8)至少部分重疊。 23. 如申請專利範圍第16_22項任—項所述之雷射處 理-基板⑵的-表面的方法，其中步驟（e)係可選擇的以 角度(9〇㈠進仃’以形成至少部分重疊的溝槽(6、7、 8) 〇 24. 如申請專利範圍第16，項任—項所述之雷射處 理一基板（2)的一表面的方沐，盆士< 的方去其+設置該繞射光學元件 (11)以產生23且$9個雷ji+出由广10、 雷射光束（12)，較佳為4個雷射光 束（12)。 25·如Μ㈣㈣第16_24項任—項所述之雷射處 理一基板（2)的—表面的方法，其中調整該移動方向（⑷ 及該父又線(25)之間的該角度(9(Γ_θ)，使得該節距(⑺ 係^…亀’較佳“ 5m…8 ，且更佳^ 37 201210731 0. lmm 〇 26. 如申請專利範圍第16_25項任一項所述之雷射處 理一基板（2)的-表面的方法，纟中設置該繞射光學元件 (11)以在該基板（2)上聚焦該多重雷射光束（12)，因此達到 一溝槽定位準確度S10#me 27. —種製造一薄膜太陽能電池的方法，包括以下步 驟： (1) 在基板（2)上沉積一薄膜材料（3、4、5)，以及 (2) 利用如申凊專利範圍第16-26項任一項所述之方 法對該基板（2)進行雷射製程，其中該薄膜材料（3、4、5) 包括對該表面進行處理，或 (2’ ）利用如申請專利範圍第8_15項任一項所述之雷 射雕刻裝置對該基板(2)進行雷射製程，纟中該薄膜材料 (3、4、5)包括對該表面進行處理。 28. 如申請專利範圍第27項所述之製造_薄膜 電池的方法，其中該步驟⑵或步驟（2,）包括對該基板⑺ 至少20%的該表面面積進行雷射製程。 29·利用申請專利範圍第8_15項任一項所述之雷射雕 刻裝置以將該基板⑵切割成為複數個區段，包括一薄膜太 陽能電池⑴，該薄膜太陽能電池⑴包括該基板⑺及」 膜材料〇、4、5)沉積在該基板⑺上’且該薄膜材料（3、4、 5)包括藉由該雷射雕刻裝置處理的該表面。 S 38