TWI548105B - 刻劃碲化鎘太陽能電池的薄膜層之方法及設備 - Google Patents

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Description

刻劃碲化鎘太陽能電池的薄膜層之方法及設備 相關申請案之交叉引用
本申請案為於2010年9月24日申請之美國專利申請案第12/889,435號，題為「使用具有有益脈衝形狀之雷射脈衝叢發刻畫薄膜材料中之線之方法及設備(Method and Apparatus to Scribe a Line in a Thin Film Material Using a Burst of Laser Pulses With Beneficial Pulse Shape)」的部分接續申請案，該案主張於2009年9月24日申請之美國臨時專利申請案第61/245,582號，題為「使用具有有益脈衝形狀之雷射脈衝叢發在薄膜材料中刻畫線之方法及設備(Method and Apparatus to Scribe a Line in a Thin Film Material Using a Burst of Laser Pulses With Beneficial Pulse Shape)」之優先權，該等案之揭示內容為一切目的特此以引用之方式全部併入。
本發明大體上係關於材料之雷射處理。更特定言之，本發明係關於使用已特定地成形之一系列雷射脈衝以在雷射處理應用中提供較好處理品質及較高處理量的方法及設備。本發明亦係關於基板上之薄膜材料之刻畫。然而，本發明具有更廣之適用性且可應用於其他應用及材料。
諸如Nd：YAG雷射之脈衝雷射源已用以執行用於諸如 標記、雕刻、微加工、切割及刻畫之應用的基於雷射之材料處理。一個常使用雷射之此種程序為在較厚基板上之薄膜材料中刻畫線。薄膜係按非常通用之術語界定為厚度僅為數個分子之材料層。實務上，薄膜之厚度通常介於25 nm與2微米之間。基板為薄膜沉積於其上之材料，且通常基板比薄膜厚得多。存在在諸如電子裝置、電光裝置、光學裝置及腐蝕保護之領域使用薄膜之許多實例。舉例而言，光伏或太陽能電池可具有非晶矽、碲化鎘、銅銦聯硒化合物、銅銦鎵聯硒化合物或鉬之薄膜及使用諸如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)及諸如鋁或鉬之其他金屬之氧化物的透明導電氧化物(TCO)材料之薄膜製成的電極。此等及其他材料之薄膜亦用於平板顯示器及數位顯示器中。
在較厚基板上之薄膜材料中刻畫線意謂向下移除所有薄膜材料直至基板且沿一條線進行此處理。對於相對粗之線，可使用刀，但刀常導致毛邊及薄膜材料之不完全移除。電子裝置中所需的線的寬度可為極細的。因為雷射可用以切割極細之線且乾淨地燒蝕薄膜材料，因此將雷射用於在薄膜材料中刻畫線之應用。
在刻畫TCO時，所監測之一個參數為跨越刻畫線而達成之電阻率。電阻率受在刻畫程序中移除之TCO材料之量影響，且因此目的在於移除所切割之凹槽中的所有TCO材料。一個問題可為在切割程序中產生之殘留物及碎屑的量。燒蝕之TCO材料可隨著刻畫而落在凹槽中， 且藉此降低電阻率。即使此情形不會立即發生，但若碎屑被掃入凹槽中，則一段時間後碎屑之存在亦可導致電阻率之降低。制程之目的在於最小化殘留物及碎屑之量。為此，雷射刻畫常在波束穿過玻璃基板之情況下發生，因此雷射刻畫為「第二表面」程序；儘管此處理有助於減少黏至表面之殘留物及碎屑之量，但一些殘留物及碎屑仍保留。儘管理想值取決於應用，但電阻率之典型可接受值為200兆歐姆。
影響雷射刻畫程序之品質的另一問題為在玻璃基板中或刻畫凹槽中之TCO材料之壁中產生微裂痕。微裂痕可隨時間傳播且變得更大，以致機械缺陷可出現在刻畫凹槽處或跨越刻畫凹槽。因為此等事件可導致裝置在標準「早期失效」測試階段之後的某個時候發生故障且因此難以抵消，故要避免此等事件。必須最小化雷射脈衝對薄膜或基板造成的任何實體劣化。若存在，則微裂痕及殘留物以及碎屑可使用高倍率光學顯微鏡來觀測。
取決於應用及待處理之材料，能夠選擇雷射脈衝之適合於特定應用的各種特性(包括脈衝能量、脈衝寬度、脈衝重複率、峰值功率或能量，及脈衝形狀)可為有利的。存在謹慎控制脈衝能量及功率以最佳化各種材料處理應用的許多實例。
許多現有高功率脈衝雷射(以大於0.5 mJ/脈衝之脈衝能量為特徵)依賴於諸如Q切換及鎖模的技術來產生光脈衝。然而，此等雷射產生特性由腔穴幾何形狀、鏡面 反射率及類似者預定的光脈衝。使用此等雷射時大體上難以對於面臨之應用達成最佳脈衝形狀，且因此在許多情況下，雷射處理具有一些缺點。
因此，所需要的是可改良薄膜刻畫程序之品質及良率之用於刻畫材料之薄膜的系統及方法。
本發明係關於一種使用示意性地圖示於圖1a中且由具有有益地形成之時間脈衝形狀的個別脈衝組成之雷射脈衝叢發在基板上之材料之薄膜層中刻畫或切割線的方法，使用該脈衝形狀而非由雷射發射之習知時間脈衝形狀具有改良薄膜刻畫程序之品質及良率的多種優勢。在一個實施例中，有益地成形之脈衝大體上可描述為座椅形功率時間輪廓：初始功率尖峰繼之以顯著較長但較低功率平臺，如圖1b中示意性地圖示。在跨越薄膜材料掃描多個聚焦雷射脈衝束光點的刻畫程序中(其中一些光點重疊)，若使用此一般形式之有益地成形之脈衝而非先前使用之習知時間脈衝形狀，則可達成刻畫程序之品質的顯著改良。更具體而言，脈衝叢發中之每一脈衝的脈衝長度(FWHM半高寬)介於1 ns與200 ns之間，且尖峰之脈衝長度FWHM為大於0.3 ns但小於全脈衝之脈衝長度的30%。尖峰之峰值功率介於總脈衝之平均峰值功率的1.5倍與10倍之間。
在另一實施例中，刻畫程序使用圖2a中示意性地圖示 之雷射脈衝叢發，藉此每一脈衝具有有益地成形之脈衝形狀，該有益地成形之脈衝形狀可描述為具有迅速上升的前邊緣的簡單方形頂(square-top)脈衝形狀，如圖2b中示意性地圖示。在跨越薄膜材料掃描多個聚焦雷射脈衝束光點的刻畫程序中(其中一些光點重疊)，若使用此方形頂形式之有益地成形之脈衝而非先前使用之習知時間脈衝形狀，則可達成刻畫程序之品質的改良。更具體而言，方形脈衝之脈衝長度(FWHM半高寬)介於1 ns與200 ns之間。
在薄膜刻畫程序中使用有益脈衝形狀具有許多優勢。舉例而言，對於雷射刻畫為太陽能電池板中之常用材料之玻璃基板上的氧化鋅薄膜，與在基板中產生顯著微裂痕的使用習知雷射時間脈衝形狀的情況相比，使用方形時間脈衝形狀導致在玻璃基板中不產生微裂痕。在同一材料上，與在玻璃基板中及在ZnO材料之刻畫邊緣上產生顯著微裂痕的使用習知雷射時間脈衝形狀的情況相比，使用尖峰/平臺座椅形雷射脈衝形狀導致在玻璃基板或ZnO材料之刻畫邊緣中不產生微裂痕。另外，使用尖峰/平臺座椅形雷射脈衝形狀亦導致在刻畫線處ZnO殘留物及碎屑之產生的顯著減少。有益脈衝形狀之使用提供藉此而產生之裝置之品質的顯著改良以及隨著對於前進至下一製造階段而言可接受之裝置的數目增加的良率之顯著改良。
大多數雷射經設計以提供最大平均功率或脈衝能量或 重複頻率，且很少考慮輸出脈衝之形狀。如圖3中示意性地圖示之自激、Q切換或鎖模雷射之習知時間脈衝形狀具有上升前邊緣、圓頂及逐漸下降之下降邊緣。此脈衝形狀主要由雷射增益介質、雷射泵構件及腔穴設計決定。然而，控制一些雷射系統之輸出脈衝形狀為可能的。藉由提供脈衝電子驅動信號，諸如二極體雷射之脈衝雷射源可按簡單方式產生脈衝。因此而產生之光學雷射脈衝之脈衝形狀可藉由選擇施加至二極體雷射之電子驅動信號之形狀來預定。來自此脈衝雷射源之成形信號接著可在諸如光纖雷射放大器之雷射放大器中放大。在本發明之一個實施例中，提供此設計之振盪放大器雷射系統以產生具有適合於刻畫薄膜材料之有益地成形之時間脈衝形狀的一系列雷射脈衝。
在另一實施例中，提供更複雜之雷射系統以產生具有有益地成形之時間脈衝形狀的一系列雷射脈衝。於2008年9月12日申請之美國專利申請案第12/210,028號，題為「用於發射成形光學波形之脈衝雷射源的方法及系統(Method and system for a Pulsed Laser Source Emitting Shaped Optical Waveforms)」描述可調諧脈衝雷射源之實例。脈衝雷射源包括適用於產生種子信號之種子源及具有第一埠、第二埠及第三埠的光學循環器，第一埠耦合至種子源。脈衝雷射源亦包括適用於產生成形電波形之調變器驅動器及耦合至調變器驅動器且適用於接收成形電波形的振幅調變器。振幅調變器以耦合至光學循環 器之第二埠的第一側及第二側為特徵。脈衝雷射源進一步包括以輸入端及反射端為特徵之第一光學放大器。輸入端耦合至振幅調變器之第二側。另外，脈衝雷射源包括耦合至光學循環器之第三埠的第二光學放大器。於2008年9月27日頒予之美國專利第7,428,253號，題為「用於具有成形光學波形之脈衝雷射源的方法及系統(Method and System for Pulsed Laser Source with Shaped Optical Waveforms)」亦描述可調諧脈衝雷射源之實例。
在又一實施例中，提供另一雷射設計以產生具有有益地成形之時間脈衝形狀之一系列雷射脈衝。美國臨時申請案第61/186,317號描述穩定脈衝雷射源之實例。脈衝雷射源包括適用於產生穩定光學輻射之穩定源及具有第一埠、第二埠及第三埠的光學循環器，第一埠耦合至穩定源。脈衝雷射源亦包括適用於產生所需形狀之信號脈衝的信號源，其中信號源耦合至光學循環器之第二埠。脈衝雷射源進一步包括耦合至光學循環器之第三埠的光學放大器。美國專利申請案第12/210,028號、美國專利第7,428,253號及美國臨時申請案第61/186,317號為一切目的特此以引用之方式全部併入。
存在可用以按需提供有益地成形之時間脈衝形狀的許多設計。在本發明之另一實施例中，揭示了一種在基板上之一或多個薄膜材料層中刻畫或切割線的材料處理系統。系統包括提供有益地成形之時間脈衝形狀以最佳地 處理薄膜材料以便達成以下效益中之一或多個效益的雷射：(1)減少或排除基板中之微裂痕的形成；(2)減少或排除沿薄膜切割區域之邊緣之微裂痕的形成；(3)減少碎屑形成；及(4)減少表面區域殘留物。除雷射之外，材料處理系統亦包括將雷射束聚焦、成像且在跨越薄膜材料之線中掃描以便執行刻畫程序的構件、調整掃描之雷射光點之重疊的構件及控制程序之電腦。在相關實施例中，材料處理系統亦可包括使用諧波產生程序改變雷射之波長的構件。
與習知技術相比，使用本發明達成許多效益。舉例而言，在根據本發明之實施例中，提供了適合於薄膜材料之雷射刻畫的高功率脈衝雷射，該等脈衝雷射使用與具有可比效能特性之雷射相比便宜的緊密架構。另外，在根據本發明之實施例中，提供了適合於薄膜材料之雷射刻畫的脈衝雷射以使得光脈衝可經成形以最佳化用於薄膜材料之該刻畫的雷射脈衝輪廓。取決於實施例，存在許多效益，包括(例如)所處理之物品之品質及良率的改良。此等及其他效益已在整個說明書中描述且將在下文更具體地描述。可參考以下詳細描述及附隨圖式更充分地理解本發明之各種其他目標、特徵及優勢。
在太陽能電池、平板顯示器及數位顯示器之制程中，沉積於玻璃基板上之透明導電氧化物(TCO)材料之薄 膜必須藉由在TCO材料中刻畫線來分段，藉此分段以提供位於線之一側的TCO區段與線之另一側的TCO區段之間的電隔離。使用脈衝雷射刻畫線為使用許多雷射脈衝之叢發的多脈衝程序，由此每一脈衝聚焦於薄膜上之光點，且沿待刻畫之所需線而掃描光點以使得在每一光點與上一個光點及下一個光點之間存在一些重疊。刻畫線之寬度主要藉由聚焦之雷射光點之大小來決定。在玻璃基板上之ZnO薄膜中刻畫之線的寬度在10微米至100微米範圍內變化，但可實現甚至更細之線。一定量之光點重疊用以適當地移除TCO材料以將乾淨的線留在基板上。因此，刻畫程序實質上為多脈衝程序而非單一脈衝程序。脈衝與脈衝之重疊量可用以控制刻畫程序。舉例而言，薄膜愈厚，則可使用愈多重疊。在一個實例中，脈衝重疊為30%，但取決於所處理之材料的性質，值可自最低10%至最高95%變化。
在圖4中圖示薄膜之雷射刻畫的圖解表示。儘管刻畫程序普遍為第二表面程序(在該程序中雷射束首先穿過基板以接近薄膜)，但將雷射直接用以刻畫薄膜而不穿過基板亦為可能的。薄膜之雷射刻畫為需要包括至少10個脈衝之雷射脈衝叢發的多脈衝程序。將每一脈衝在薄膜材料處聚焦或成像於光點。引導叢發中之第一脈衝31以使得第一光點位於待刻畫之線的開始位置。將叢發中之每一後續脈衝引導至鄰近於前一個光點但具有10%與95%之間的某一重疊值OL%的光點。圖4中所圖示之光 點重疊的值約為30%。因此，脈衝叢發中之每一脈衝被引導至沿待刻畫之線的位置，且引導最末脈衝32以使得來自最末脈衝之光點處於待刻畫之線的末端。若N為叢發中之脈衝的數目，d為薄膜處的聚焦光點的直徑，且OL%為以百分比表示之重疊值，則刻畫之線的長度L由以下公式給出：L=dN-d(N-1)(OL%)/100。
經刻畫線之寬度為聚焦光點大小、光點重疊及與薄膜之相互作用的函數；理想情況下，經刻畫線之寬度近似於與聚焦光點之直徑一樣。光點重疊之選擇為經改變以最佳化程序之處理參數。對於薄材料，常可使用極低的光點重疊，諸如10%，從而提供高達(例如)1公尺/秒之快刻畫速度。對於較厚材料，通常選擇較大重疊以便乾淨地移除薄膜材料。
圖5a為圖示沉積於基板36上且凹槽35刻畫於薄膜中之單一薄膜材料37之側視圖的示意圖。亦圖示了基板之微裂痕40、經切割薄膜之邊緣的微裂痕39及可黏附於表面之來自經燒蝕薄膜材料的殘留物及碎屑38。此微裂痕及殘留物以及碎屑通常為在雷射刻畫薄膜材料時使用習知雷射脈衝形狀(諸如圖3中示意性地圖示之形狀)的結果。本發明之目的在於提供藉由減少或消除微裂痕及殘留物及碎屑形成而改良薄膜刻畫之品質的方法及設備。
圖1a及圖2b圖示根據本發明之實施例之分別具有各 種有益脈衝形狀之脈衝叢發11及21，與使用如圖3中所圖示之具有習知脈衝形狀之雷射脈衝叢發來進行同一程序所獲得的低品質相比，具有各種有益脈衝形狀之脈衝叢發11及21已改良在玻璃基板上之薄膜中刻畫線的品質。每一叢發含有至少10個脈衝。詳言之，圖2a圖示根據本發明之一個實施例之脈衝叢發。圖2b圖示根據本發明之一個實施例之有益脈衝形狀，且脈衝長度FWHM為T1，前邊緣上升時間(10%至90%)為RT1，且後邊緣下降時間(90%至10%)為FT1。平頂之峰值功率為H1。與使用具有習知脈衝形狀之脈衝叢發刻畫的線(圖示如圖5a中所圖示之玻璃基板及ZnO刻畫之邊緣的顯著微裂痕)相比，使用圖2b之方形脈衝形狀之脈衝叢發所刻畫的線圖示玻璃基板中無微裂痕及ZnO刻畫區域之邊緣中的微裂痕減少，如圖5b中示意性地圖示。在本發明之一個實施例中，使用來自波長為1064 nm之雷射之脈衝叢發在厚度為6 mm之玻璃基板上之厚度為450 nm之ZnO膜中刻畫寬度為54微米的線圖示基板中無微裂痕，此脈衝叢發具有圖2b之脈衝形狀、135微焦耳之脈衝能量、50微米之光點大小、50 ns之脈衝長度、1 ns之RT1及FT1之值、36000脈衝每秒之重複率及各種光點重疊值(包括10%、25%及50%之重疊)。另外，刻畫程序之效率隨所移除之材料寬度自使用習知脈衝形狀時之44微米增加至具有同一脈衝能量之方形脈衝形狀時的54微米而增加。將脈衝形狀改變為方形脈衝形狀 確實提供刻畫線之寬度的明確增加且亦有效地防止在玻璃基板中形成微裂痕。然而，根據本發明之實施例之特定參數不限於此等值。在一個實施例中，方形脈衝之脈衝長度T1將介於1 ns與200 ns之間。方形脈衝之上升時間RT1將大於0.3 ns但小於脈衝長度T1之10%。下降時間FT1將小於脈衝長度T1之30%。即使方形脈衝形狀具有如圖2c中所圖示之一些下傾，但只要下傾使得H1-H2小於H1之50%，便亦將實現類似改良。
使用光點大小及刻畫速度之不同值將實現類似改良。舉例而言，使用聚焦於25微米之光點大小的以72000脈衝每秒操作之具有42微焦耳的脈衝能量之雷射(具有各種光點重疊值(包括10%、25%及50%之重疊))，在刻畫寬度為25微米之線時可觀測到品質的類似改良。同樣，使用聚焦於10微米之光點的以260,000脈衝每秒操作之具有7微焦耳的脈衝能量之雷射及各種光點重疊值(包括10%、25%及50%之重疊)，可觀測到ZnO刻畫之品質的類似改良。在所有情況下，使用如本文中所描述之方頂脈衝導致刻畫品質之上述改良。
對於極薄之膜，小重疊可用以移除每一聚焦光點處之材料，但隨著材料之厚度增加，最好是增加光點重疊而非增加脈衝能量。與在光點重疊較高的情況下的經刻畫線之邊緣中的調變相比，低光點重疊可導致在光點重疊於之經刻畫線之邊緣中的更多調變。然而，每一光點重疊之邊緣處的此尖銳點與在薄膜邊緣處所見之微裂痕並 不一樣。因此，在一個實施例中，藉由增加光點重疊，對於該等脈衝形狀中之任一形狀而言，減少了光點重疊處之尖銳邊緣，而不影響微裂痕。
在本發明之另一實施例中，將如圖1a中示意性地圖示之雷射脈衝叢發用以蝕刻薄膜材料。每一脈衝叢發包括至少10個脈衝。在實施例中，脈衝叢發中之每一脈衝具有被描述為尖峰/平臺座椅形脈衝形狀之圖1b中示意性地圖示的有益脈衝形狀。在圖1b中，脈衝形狀由兩個區域組成：具有峰值功率H3、上升時間RT3及寬度FWHM T3之初始尖峰，及具有峰值功率H4及下降時間FT4之平坦平臺。處於10%峰值功率之總脈衝長度為T4。與使用具有圖3之習知脈衝形狀之脈衝叢發在ZnO薄膜中刻畫的線(圖示如圖5a中所圖示之玻璃基板及ZnO刻畫之邊緣的顯著微裂痕)相比，使用具有圖1b之座椅形脈衝形狀之脈衝叢發所刻畫的線圖示在玻璃基板中無微裂痕及在ZnO刻畫區域之邊緣中無微裂痕，如圖5c中所圖示。另外以與先前對於方形脈衝形狀所描述之方式類似的方式，隨著刻畫線變寬，刻畫程序之效率提高。對於圖1b之座椅形脈衝形狀，在刻畫程序中產生之ZnO殘留物及碎屑亦存在顯著減少(與在使用圖3之習知脈衝形狀時所觀測到的相比)。使用根據本發明之實施例之具有圖1b之脈衝形狀之雷射脈衝叢發在厚度為6 mm之玻璃基板上之厚度為450 nm之薄膜ZnO層中刻畫寬度為54微米之線的特定參數為雷射波長1064 nm、脈衝能 量135微焦耳、重複率36000脈衝每秒、光點大小50微米、50 ns之脈衝長度T4、1 ns之上升時間RT3、1 ns之下降時間FT3、10 ns之尖峰脈衝長度T3、3：1之H3/H4功率比，及各種光點重疊值(包括10%、25%及50%之重疊)。可達成高於1公尺/秒之刻畫速度。然而，根據本發明之實施例之特定參數不限於此等值。在一個實施例中，脈衝長度T4將介於1 ns與200 ns之間，且尖峰之脈衝長度T3將大於0.3 ns且小於T4之30%。上升時間RT3將大於0.1 ns且小於T3之30%，且H3/H4之比將大於1.5但小於10。光點重疊將介於10%與95%。
使用光點大小及刻畫速度之不同值將實現類似改良。舉例而言，使用聚焦於25微米之光點大小的以72,000脈衝每秒操作之具有34微焦耳的脈衝能量之雷射(具有各種光點重疊值(包括10%、25%及50%之重疊))，可觀測到ZnO刻畫之品質的類似改良。同樣，使用聚焦於10微米之光點的以260,000脈衝每秒操作之具有4微焦耳的脈衝能量且具有各種光點重疊值(包括10%、25%及50%)之雷射，可觀測到ZnO刻畫之品質的類似改良。在所有情況下，使用如本文中所描述之座椅形脈衝導致刻畫品質之上述改良。
如圖1中所圖示，存在座椅形脈衝形狀之其他變體，該等變體將提供薄膜刻畫程序之品質的一些效益。舉例而言，只要H6-H7小於H6之50%，便可預期如圖1c中所圖示之具有下傾之尖峰/平臺型脈衝提供顯著效益。亦 可能使用如圖1d中所圖示之在平臺中間具有尖峰之脈衝形狀或如圖1e中所圖示之具有自平臺位移時間T12的尖峰之脈衝形狀。在一個實施例中，在玻璃基板上之ZnO薄膜中刻畫線時使用小於5 ns之值T12。本申請案中所描述之實施例不一定涵蓋形成雷射脈衝叢發中之有益脈衝形狀以便最佳化ZnO薄膜中之線的刻畫藉此改良程序之品質及良率(與使用具有習知脈衝形狀之雷射可達成之品質及良率相比)的所有可能性。一般熟習此項技術者將認識到許多變化、修改及替代物。
本發明之實施例之應用不限於ZnO薄膜或TCO薄膜。使用根據本發明所揭示之實施例的有益脈衝形狀將有益於刻畫許多材料之薄膜。而且，在此應用中有益脈衝形狀之使用將得益於使用適用於待刻畫之薄膜材料的除1064 nm外之其他波長。雷射波長之選擇部分地由待燒蝕之材料的吸收來決定。除1064 nm外，有包括1032 nm、1.3微米、1.5微米、2微米及其他的許多其他波長的雷射可用。另外，有可能使用諸如諧波產生之非線性程序根據需要達成其他波長；在此情況下，於1064 nm處操作之雷射可具有變為532 nm(綠光)、354 nm(近紫外光)、266 nm(紫外光)等等之波長。在一些情況下，若在諸如綠光或紫外光之較短波長下吸收較高，則如本文中所描述之極薄膜的刻畫程序可得益於使用諧波波長。
薄膜材料之基板不限於玻璃。另一常用基板材料為聚 合物或塑膠。在雷射束必須穿過基板的刻畫在基板的第二表面上的膜的情況下，雷射波長之選擇限於一種波長，基板對於此波長應為實質上透明的。然而，根據本發明中所揭示之實施例的有益脈衝形狀的使用不限於薄膜之第二表面刻畫。在不穿過基板之情況下直接刻畫薄膜時，有益脈衝形狀之應用將具有同等效益。
參看圖6，圖示能夠產生在本申請案中所揭示之類型的有益脈衝形狀的雷射系統。此雷射系統包括藉由電子驅動器53供電之振盪器51且包括放大器52。藉由提供脈衝電子驅動信號，諸如二極體雷射之脈衝雷射源可按簡單方式來產生脈衝。可藉由選擇由電子驅動器53發送至振盪器51之電子驅動信號55之形狀來預定在所產生之脈衝叢發56中之每一光學雷射脈衝之脈衝形狀。來自此脈衝雷射振盪器之成形信號接著在諸如固態二極體泵棒雷射(diode-pumped solid state rod laser)或光纖雷射放大器之雷射放大器中按以下方式放大：輸出脈衝叢發57中之每一脈衝之脈衝形狀實質上維持與由振盪器提供之脈衝形狀相同。
振盪器雷射可由半導體雷射、光纖雷射、二極體雷射或分散式回饋二極體雷射組成。在特定實施例中，脈衝信號源為於波長1064 nm處操作之具有一瓦特峰值脈衝功率、高達500 KHz(千赫)之重複率變數、具有次奈秒級脈衝上升時間之脈衝寬度為100奈秒的半導體二極體雷射。在替代實施例中，脈衝信號源之峰值光學功率 可低於或高於一瓦特。舉例而言，峰值光學功率可為500 mW、1瓦特、2瓦特、3瓦特、4瓦特、5瓦特或更高。又，脈衝寬度可小於或大於100奈秒。舉例而言，脈衝寬度可為1 ns(奈秒)、2 ns、10 ns、20 ns、50 ns、200 ns、500 ns或更多。在替代實施例中，光脈衝可更為複雜且可包含諸如圖4之方形脈衝或圖5之座椅型脈衝之有益地成形的脈衝。振盪器雷射由電子驅動器驅動以使得振盪器雷射輸出脈衝形狀之形狀模擬由電子驅動器提供之電流脈衝之形狀。
在由(例如)光纖雷射放大器或固態二極體泵棒雷射放大器組成之雷射放大器模組52中放大來自振盪器51之輸出。在本發明之一個實施例中，放大器為光學放大器，包括經由光耦合器耦合至稀土摻雜光纖迴路之泵。一般而言，將半導體泵雷射用作泵，但光學放大器之泵浦可由將對熟習此項技術者顯而易見的其他構件達成。在特定實施例中，光學放大器包括5公尺長度之稀土摻雜光纖，稀土摻雜光纖具有約為4.8微米之核心直徑且藉由鐿摻雜達到約6x1024離子/m3之摻雜密度。放大器亦包括泵，該泵為在976 nm之波長處操作且具有500 mW之輸出功率之FBG穩定半導體雷射二極體。在另一特定實施例中，光學放大器160包括2公尺長度之稀土摻雜光纖，稀土摻雜光纖具有約為10微米之核心直徑且藉由鐿摻雜達到約1x1026離子/m3之摻雜密度。放大器亦可包括為具有5 W之輸出功率之半導體雷射二極體的 泵。
儘管給出了摻鐿光纖放大器及1064 nm之雷射波長的實例，但可在本發明之其他實施例中使用在1064 nm處操作或在其他波長處操作的二極體雷射、固態雷射及經摻雜光纖的其他實例。此等實例包括(例如)在1550 nm之波長區域中的摻鉺光纖及在2至3微米之波長區域中的摻銩光纖。在替代性實施例中，在光學循環器120之下游使用適用於特定應用之多個光學放大器。
參看圖7，在本發明之實施例中，提供了產生具有有益脈衝形狀之脈衝叢發的脈衝雷射源。脈衝雷射源包括適用於產生種子信號之種子源110及具有第一埠114、第二埠122及第三埠116之光學循環器120，第一埠114耦合至種子源。脈衝雷射源亦包括以第一側132及第二側134為特徵之振幅調變器130，第一側132耦合至光學循環器之第二埠122。脈衝雷射源進一步包括以輸入端136及反射端146為特徵之第一光學放大器150。輸入端耦合至振幅調變器之第二側134。另外，脈衝雷射源包括耦合至光學循環器之第三埠116的第二光學放大器160。儘管圖7說明耦合至光學循環器之第三埠之一個光學放大器160的使用，但此並非本發明之一些實施例所需要的。在替代性實施例中，在光學循環器之下游使用適用於特定應用之多個光學放大器。在2008年9月12日申請之共同讓渡的美國專利申請案第12/210,028號，題為「用於脈衝雷射源發射成形光學波形之方法及 系統(Method and system for a Pulsed Laser Source Emitting Shaped Optical Waveforms)」中能找到關於本發明之實施例的額外描述，美國專利申請案第12/210,028號為於2008年9月27日頒予之美國專利第7,428,253號，題為「用於具有成形光學波形之脈衝雷射源的方法及系統(Method and System for Pulsed Laser Source with Shaped Optical Waveforms)」之部分接續申請案(該等案為一切目的特此以引用之方式全部併入)。
參看圖8，在本發明之另一實施例中，提供了產生具有有益脈衝形狀之脈衝叢發的脈衝雷射源。脈衝雷射源包括適用於產生穩定光學輻射216之穩定源210及具有第一埠214、第二埠216及第三埠218之光學循環器220，第一埠214耦合至穩定源。脈衝雷射源亦包括適用於產生所需形狀之信號脈衝之信號源230，其中信號源耦合至光學循環器之第二埠216。脈衝雷射源進一步包括耦合至光學循環器之第三埠218的光學放大器260。在共同讓渡的美國臨時申請案第61/186,317號中能找到關於本發明之實施例的額外描述(該案為一切目的特此以引用之方式全部併入)。
根據本發明之一個特定實施例，圖9圖示能夠使用產生具有有益脈衝形狀之脈衝叢發的雷射來在薄膜材料工件304中刻畫線的例示性雷射處理系統。系統包括雷射源300、波長轉換器301、光學系統302、控制器305及定位於工件固持器303之頂部的工件304。雷射源300 提供具有諸如波長、脈衝長度、脈衝形狀及脈衝重複率之某些特性的雷射脈衝。波長可由控制器選擇。波長亦可經由波長轉換器調整。可根據本發明之實施例調整脈衝長度及脈衝形狀以使用具有有益脈衝形狀之脈衝叢發在薄膜材料工件中刻畫線。
由雷射源300產生之波長可藉由波長轉換器301轉換成基諧波長之諧波，諸如第二、第三或第三諧波波長。儘管一些系統使用不同雷射，但使用在非線性晶體中產生諧波之熟知程序自一個雷射獲得不同波長為可能的。舉例而言，藉由使用非線性晶體中之三倍諧波，可自具有1.06 μm之波長的紅外線雷射獲得具有約353 nm之波長的紫外光。波長轉換器可包括波束引導裝置，諸如電流計安裝型鏡面。鏡面可迅速使來自雷射源之雷射束之路徑繞過可用以調整波束之光點大小的波長轉換器302。光學系統可包括用於將雷射束聚焦於工件上的透鏡及鏡面，以及用於將波束引導至工件上之各個位置之組件。在特定實施例中，用於引導波束之組件可為安裝於電流計上之鏡面。控制器可用以控制光學系統及用於引導波束之組件的移動。舉例而言，當在薄膜工件304中刻畫線時，可藉由控制器來控制光學系統302以沿工件之表面在線中掃描波束以使得每一聚焦雷射光點被引導至鄰近於上一個聚焦雷射光點但具有重疊之位置。在另一實施例中，光學系統可將雷射束聚焦於工件之表面處，且可藉由控制器控制工件固持器以在線中移動工件 以使得每一聚焦雷射脈衝照射鄰近於雷射脈衝叢發中之上一個聚焦雷射脈衝但具有一些光點重疊之位置。
圖10為圖示一種根據本發明之實施例之用於使用具有有益脈衝形狀之脈衝叢發在薄膜材料中刻畫圖案的方法的流程圖。在一個實施例中，圖案可為線，且在另一實施例中，圖案可為曲線。在操作1005中，選擇有益雷射脈衝時間脈衝形狀。在操作1010中，提供各自具有有益雷射脈衝時間脈衝形狀之一系列雷射脈衝。在操作1015中，將第一雷射脈衝之光點置於薄膜材料上。在操作1020中，將以下脈衝中之每一脈衝的雷射光點沿可為線或曲線之圖案連續地置於薄膜上以使得每一光點鄰近於上一個脈衝之光點但有一些光點區域重疊。
本發明之實施例提供適合於包括工業應用之許多應用的新穎雷射微加工程序。如本文中所描述，本發明之實施例提供在不需要設計新雷射之情況下產生脈衝持續時間、重複率及/或脈衝能量之新組合的雷射系統。在一些習知系統中，很少關注單一雷射脈衝內之能量的時間分佈之微妙之處。本文中所描述之光纖雷射架構克服習知限制且允許實現單一雷射平臺，藉由此單一雷射平臺可處理廣泛的應用。如下文所描述，本發明之實施例顯示出藉由按適宜於特定應用需要而定制每一雷射脈衝在時間上之時間能量分佈來達成之優勢。
在一些實施中，使用25瓦特1064 nm之脈衝可程式化光纖雷射。不同於習知雷射，本文中所描述之雷射系統 允許實現在較廣之脈衝寬度範圍下脈衝持續時間之變化。作為實例，獨立於亦可變之雷射重複率，脈衝持續時間可在自約2至幾百奈秒的預定範圍中變化。作為實例，雷射重複率之變化可自單一脈衝變化至頻率高達500kHz。在一些實施中，頻率超過500kHz。除脈衝持續時間及重複率之變化外，每一脈衝可經任意地程式化以提供瞬時雷射功率之預定(亦稱為有益)時間輪廓。可在高重複率下將包括此等成形脈衝之脈衝串應用於微加工程序。
本發明之實施例適用於CdTe太陽能電池刻畫應用。如將對熟習此項技術者顯而易見，CdTe被用作薄膜光伏(PV)模組之材料系統。對於CdTe之雷射刻畫，P1步驟通常導致鹼石灰玻璃(SLG)基板之曝露。接下來，來自玻璃之Na擴散對CdTe膜之效能有害。為了緩和此問題，習知程序在CdTe沉積之後實施P1刻畫，且接著所得凹槽藉由光阻回填以充當Na擴散障壁、充當上覆導電層之機械支撐且防止隨後的電分流。此光阻塗覆程序占CdTe模組生產線中之資本設備之大部分成本。
若非Na擴散問題，P1刻畫可在活性CdTe層之沉積之前執行，從而消除光阻塗覆步驟。常用於CdTe太陽能電池之玻璃基板為商業生產的用於建築工業之TEC系列玻璃。此等玻璃之顯著特徵為給予表面高電導率之塗覆於一側上的多層透明導電氧化物(TCO)。圖11為根據本發明之實施例之適用於處理之多層堆疊薄膜結構 的簡化示意圖。圖11中說明之結構為用於TEC15玻璃之多層堆疊，但其他玻璃基板適用於與本發明之實施例一起使用。結構包括約3mm厚之SLG基板、約30nm厚之本質SnO2層、約20nm厚之SiO2層及約300nm厚之SnO2：F層。SnO2：F層為結構提供高電導率。本發明之實施例適用於其他薄膜堆疊結構，例如，具有類似結構但包括更厚之SnO2：F層的TEC10玻璃。
儘管圖11表示適用於使用本發明之實施例處理的特定材料，但本發明不限於此等特定材料。在其他實施例中，說明為本質SnO2之第一層可為提供對鈉或在下伏基板(例如，鹼石灰玻璃)中存在之其他元素的擴散障壁之一或多層。另外，說明為本質SnO2之第一層可提供黏著增進。說明為SiO2之第二層可防止氟或其他適合之摻雜劑擴散至第一層或下伏基板中。因此，第一層及第二層兩者皆可提供擴散障壁功能性。在一些實施例中，說明為本質SnO2之第一層提供透射譜控制功能以對傳輸穿過結構或自結構反射之光進行色彩平衡。因此，可在使用色彩控制之實施中使用除SnO2外之材料。另外，可為絕緣性的第二層在P1刻畫後提供太陽能電池之各部分之間的隔離。在圖11中說明SiO2，但本發明不限於此特定材料，且諸如其他基於氧化物之介電質及基於氮化物之介電質(例如，Si3N4)之其他絕緣層可用於需要電隔離之應用中。
基於習知雷射刻畫之CdTe P1程序移除所有三個已說 明之層，潛在地將CdTe膜曝露於來自玻璃基板之有害Na。本發明之一些實施例僅移除SnO2：F層且終止於SiO2層，藉此保留玻璃基板與CdTe膜之間的障壁。因此，本文中所描述之方法減少或消除上文所論述之Na擴散問題。
發明者已確定於1064 nm處之膜燒蝕產生有趣的雷射相互作用現象。詳言之，發明者已確定單一脈衝燒蝕凹洞之深度實質上僅為脈衝持續時間之函數。亦即，脈衝能量及峰值功率對燒蝕凹洞之所得深度具有相對小之影響。此外，發明者已確定可產生燒蝕凹洞之實質上平坦之底部。在不限制本發明之實施例的情況下，發明者相信SnO2：F層之化學解離在燒蝕期間發生，且因此反應速率調節凹洞深度增加的迅速程度。基於SnO2形成之焓的計算指示在單一25 μm直徑之凹洞中存在之某體積的SnO2的解離在單一脈衝相互作用中使用約4 μJ的能量。鑒於此計算不包括熱容量、熔解熱及汽化熱，此結果與15 μJ之雷射脈衝中所提供之實際能量相比仍為有利的。此外，反應為吸熱的，此情形導致在移除熱源時(亦即在停止雷射脈衝時)反應停止。在一些實施例中，反應與移除熱源實質上同時地停止。
圖12為說明根據本發明之實施例之隨時間而變的雷射脈衝形狀及蝕刻深度的簡化曲線圖。參考圖12，藉由實線說明雷射脈衝形狀(時間輪廓)，且藉由菱形說明蝕刻深度。雷射脈衝形狀可被稱為「座椅形脈衝」，自約4 ns至約25ns之時間表示座椅之座位。蝕刻深度表示由單一脈衝燒蝕事件造成之蝕刻凹洞之深度。在約360nm之深度處的隨時間而變的蝕刻深度輪廓之斜率變化與在SnO2：F層與SiO2層之間的界面處發生之蝕刻速率變化對應。如本文中所論述，「末尾持續時間」包括初始高峰值功率尖峰(在圖12中為2ns長)。因此，術語「末尾持續時間」包括自脈衝開始至脈衝結束之時間。儘管圖12中說明之雷射脈衝形狀包括2ns長之第一部分及23ns長之第二部分，此情形並非本發明所需要。在其他實施例中，第一部分在約0.1ns至約5ns之範圍內，且第二部分在約5ns至約50ns(例如，約10ns至約25ns)之範圍內。
本發明之實施例隨時間而變控制能量輸入以提供對燒蝕凹洞之深度的精密控制，同時降低或最小化總能量輸入，且因此，減少對下伏層之熱影響。參考圖12，使用上文所論述之脈衝定制來產生脈衝，該脈衝在預定時間段中以初始高峰值功率開始且接著將功率降低至足以維持SnO2：F解離反應(及/或昇華及蒸發)直至移除SnO2：F層的位準。作為實例，雷射峰值脈衝功率在前2ns中為6kW以起始解離反應且接著在後續之23ns中降低至300W以便維持且完成解離反應。在其他實施例中，在脈衝之第一部分(例如，前2ns)期間的雷射峰值功率在約500W至約20kW之範圍內，且在第二部分期間之雷射峰值功率在約100W至約1kW之範圍內。在一些 實施例中，使用單一脈衝程序以移除薄膜結構之預定區域。在其他實施例中，在移除程序中使用包括在單一雷射激發事件期間產生之複數個子脈衝的單一脈衝叢發。在此等實施例中，單一光脈衝或脈衝叢發移除頂層，同時不移除下伏層的很大一部分。為了形成線性結構，波束成形可用以形成具有非高斯(non-Gaussian)預定橫截面之波束(例如，具有頂部帽形輪廓或其他均勻形狀之矩形波束)。成形雷射束接著可被順序引導至一系列鄰近預定區域，鄰近預定區域縫合在一起以形成由預定區域之鄰近定位形成之線性結構(一種類比可為一系列接觸地磚)。可在此等實施例中使用矩形波束橫截面以及其他幾何形狀。
如上文所描述，本發明之實施例在脈衝之第二部分期間維持解離反應。發明者相信(在不限制本發明之範疇之情況下)維持解離反應由提供隨時間而變之恆定溫度輪廓造成。圖14說明與雷射脈衝中之雷射峰值功率相關的隨時間而變之目標區域溫度的曲線圖。如圖14中所圖示，在脈衝之第二部分期間移除之區域的溫度實質上為恆定的。藉由調諧雷射脈衝之時間形狀，有可能匹配能量流入及流出以維持恆定溫度。在其他實施例中，產生仍提供解離程序之維持的溫度範圍。在此等實施例中，溫度可關於圖14中說明之恆定值變化(例如)約5%或約10%。
在一些實施例中，峰值功率可減少初始峰值功率之 95%以上，同時仍繼續所需反應。第二部分之持續時間經控制以提供薄膜層之達數十奈米之精度的可控移除。
圖13為圖示根據本發明之實施例之隨時間而變的蝕刻凹洞形態之改變的一系列光學影像。參考圖13，隨著脈衝末尾之持續時間增加，可使用光學顯微法追蹤蝕刻凹洞形態。在自光脈衝之開始的2 ns處(亦即，第一部分之末尾)(影像(a))直至自脈衝之開始的22 ns(影像(j))(影像(j)發生於第二部分之末尾附近)獲得影像(a)到(j)。前幾個影像(影像(a)到(e))說明隨著蝕刻凹洞深度增加的SnO2：F層之初始移除。在約12 ns(影像(f))處，將SnO2：F實質上移除，且在約18 ns(影像(i))處，穿透了圖11中說明之剩餘SiO2及SnO2層。圖13中圖示之環很可能由顯微影像中觀測之干擾造成。
儘管已有關CdTe太陽能電池應用中使用之薄膜層說明本發明之實施例，但本發明不限於此等特定層。其他適合結構包括非晶矽、可撓性電子結構、平板顯示器、使用薄膜的其他結構、基於ZnO之膜及以上結構之類似者。僅舉例而言，包括多層之薄膜材料(包括非晶矽、碲化鎘、銅銦聯硒化合物、銅銦鎵聯硒化合物、氧化鋅及鉬)包括在本發明之範疇內。熟習此項技術將瞭解許多變化、修改及替代物。
雖然已關於本發明之特定實施例及特定實例描述本發明，但應瞭解，其他實施例可屬本發明之精神與範疇內。 因此，應參考所附申請專利範圍及等效物之全部範疇來決定本發明之範疇。
11‧‧‧脈衝叢發
21‧‧‧脈衝叢發
31‧‧‧第一脈衝
32‧‧‧最末脈衝
35‧‧‧凹槽
36‧‧‧基板
130‧‧‧振幅调變器
132‧‧‧第一侧
134‧‧‧第二侧
136‧‧‧輸入端
146‧‧‧反射端
150‧‧‧第一光學放大器
37‧‧‧單一薄膜材料
38‧‧‧残留物及碎屑
39‧‧‧微裂痕
40‧‧‧微裂痕
51‧‧‧振盪器
52‧‧‧放大器
53‧‧‧電子驅動器
55‧‧‧電子驅動信號
56‧‧‧脈衝叢發
57‧‧‧輸出脈衝叢發
110‧‧‧種子源
114‧‧‧第一埠
116‧‧‧第三埠
120‧‧‧光學循環器
122‧‧‧第二埠
160‧‧‧第二光學放大器
210‧‧‧穩定源
214‧‧‧第一埠
216‧‧‧第二埠
218‧‧‧第三埠
220‧‧‧光學循環器
230‧‧‧信號源
260‧‧‧第二光學放大器
300‧‧‧雷射源
301‧‧‧波長轉換器
302‧‧‧光學系统
303‧‧‧工件固持器
304‧‧‧工件
305‧‧‧控制器
1005-1020‧‧‧操作
圖1A為圖示適合於在基板上之薄膜材料中刻畫線之具有座椅形脈衝格式之有益地成形之脈衝形狀的脈衝叢發的實施例之示意圖。在此圖中，水平軸代表時間且垂直軸代表功率；圖1B圖示尖峰/平臺座椅形脈衝形狀之實施例；圖1C圖示具有下傾之尖峰/平臺座椅形脈衝之實施例；圖1D圖示座椅形脈衝形狀之另一實施例；圖1E圖示座椅形脈衝形狀之另一實施例；圖2A為圖示適合於在基板上之薄膜材料中刻畫線之具有方形脈衝格式之有益地成形之脈衝形狀的脈衝叢發的實施例之示意圖；圖2B圖示平頂方形脈衝，其中水平軸代表時間且垂直軸代表功率；圖2C圖示具有下傾之方形脈衝，其中水平軸代表時間且垂直軸代表功率；圖3為圖示用於刻畫在基板上之薄膜材料之習知雷射脈衝之時間脈衝形狀的示意圖。在此圖中，水平軸代表時間且垂直軸代表功率；圖4為圖示在薄膜材料中的雷射刻畫程序的透過基板 的俯視圖的示意圖，該雷射刻畫程序使用多個雷射脈衝以使得每一脈衝之已處理區域重疊由上一個脈衝以及下一個脈衝處理之區域。在此特定圖中，光點重疊約為30%，但為程序所選擇之光點重疊值可介於10%與95%範圍之間；圖5A為圖示沉積於基板36上且凹槽35刻畫於薄膜中之單一薄膜材料37之橫截面側視圖的示意圖。亦圖示了基板之微裂痕40、經刻畫薄膜之邊緣的微裂痕39及可黏附於表面之來自經燒蝕薄膜材料的殘留物及碎屑38。此微裂痕及殘留物以及碎屑通常為在雷射刻畫薄膜材料時使用習知雷射脈衝形狀的結果；圖5B為圖示在圖5A中所圖示之結構之橫截面側視圖的示意圖，但使用本發明之另一實施例實現了基板中無微裂痕及經刻畫薄膜之邊緣的微裂痕減少；圖5C為圖示在圖5A中所圖示之結構之橫截面側視圖的示意圖，但使用本發明之另一實施例實現了基板及經刻畫薄膜之邊緣均無微裂痕以及殘留物及碎屑之量減少；圖6為根據本發明之實施例之具有可調諧脈衝特性之脈衝雷射的簡化圖解說明，該脈衝雷射提供具有有益脈衝形狀之輸出雷射脈衝叢發；圖7為根據本發明之實施例之具有可調諧脈衝特性之脈衝雷射的簡化圖解說明，該脈衝雷射提供具有有益脈衝形狀之輸出雷射脈衝叢發； 圖8為根據本發明之另一實施例之具有可調諧脈衝特性之脈衝雷射的簡化圖解說明，該脈衝雷射提供具有有益脈衝形狀之輸出雷射脈衝叢發；圖9為根據本發明之實施例之適於在基板上的薄膜中刻畫線的雷射處理系統的簡化圖解說明；圖10為圖示根據本發明之實施例之用於使用具有有益脈衝形狀之脈衝叢發在薄膜材料中刻畫線的方法的流程圖；圖11為適合用於根據本發明之實施例之處理的多層堆疊薄膜結構的簡化示意圖；圖12為說明根據本發明之實施例之隨時間而變的雷射脈衝形狀及蝕刻深度的簡化曲線圖；圖13為圖示根據本發明之實施例之隨時間而變的蝕刻凹洞形態之改變的一系列光學影像；及圖14說明與雷射脈衝之雷射峰值功率相關之隨時間而變的目標區域溫度的曲線圖。

Claims (20)

  1. 一種移除一薄膜結構之至少一部分之方法，該薄膜結構包括至少一第一層及與該第一層接觸之一第二層，該方法包含以下步驟：提供一雷射脈衝，該雷射脈衝以在一第一部分期間具有一第一峰值功率位準且在一第二部分期間具有一後續第二峰值功率位準之一時間脈衝形狀為特徵；引導該雷射脈衝照射該薄膜結構；藉由在該第一部分期間在該第一層中起始一解離反應，起始在該第一層中之一移除程序；在該第二部分期間維持在該第一層中的該解離反應，其中該第二峰值功率位準為在該第二部分期間足以維持該解離反應的一位準；及在該第二部分結束時終止該移除程序。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第一層包含一導電膜且該第二層包含一絕緣膜。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該導電膜包含一透明導電氧化物。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該透明導電氧化物包含SnO2：F。
  5. 如請求項2所述之方法，其中該絕緣膜包含一基於氧化物之介電質或基於氮化物之介電質中之至少一者。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該基於氧化物或氮化物之 介電質包含SiO2。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一部分中之該峰值功率為該第二部分中之該峰值功率的至少兩倍。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該第一部分中之該峰值功率為該第二部分中之該峰值功率的至少二十倍。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該第一部分與該第二部分之間的一下降時間小於該時間脈衝形狀之一持續時間的5%。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該下降時間小於2%。
  11. 如請求項1所述之方法，其中在該第二部分期間維持該解離反應包含在該第二部分期間將該第一層之一溫度維持於一實質上恆定之溫度。
  12. 一種雷射刻畫一CdTe太陽能電池結構之方法，該方法包含以下步驟：提供可操作以產生一光脈衝之一雷射，該光脈衝以在該光脈衝之一第一部分期間具有一第一功率位準且在該光脈衝之一第二部分期間具有小於該第一功率位準之一第二功率位準的一時間輪廓為特徵；引導該光脈衝照射該CdTe太陽能電池結構，其中該CdTe太陽能電池結構包含一基板、一導電層及介於該導電層與該基板之間的一障壁層；藉由起始一解離反應，起始該導電層之一移除程序，其中該第二功率位準為在該光脈衝之該第二部分期間足以維持該解離反應的一位準；及 在移除該障壁層之前終止該移除程序。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該時間輪廓包含介於約1ns與600ns之間的一脈衝長度。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該基板包含鹼石灰玻璃。
  15. 如請求項12所述之方法，包含介於該障壁層與該基板之間的一額外層，該額外層包含SnO2及用以對傳輸穿過結構或自結構反射之光進行色彩平衡的另一材料中之至少一者。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該障壁層包含SiO2或Si3N4中之至少一者。
  17. 如請求項12所述之方法，其中該導電層包含一透明導電氧化物。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該導電氧化物包含SnO2：F、In2O3、ZnO或CdSnOx中之至少一者。
  19. 如請求項12所述之方法，其中起始該導電層之該移除程序包含在該第二部分期間將該導電層之一溫度維持於一恆定溫度。
  20. 如請求項12所述之方法，其中該光脈衝以一非高斯(non-Gaussian)成形空間輪廓為特徵。
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