DE102016210844A1 - Device and method for removing a layer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Abtragen einer Schicht eines Schichtkörpers 1, insbesondere eine CIGS-Solarzelle, wobei der Schichtkörper 1 eine insbesondere transparente Substratschicht 10, eine auf der Substratschicht 10 haftende vorzugsweise metallische und/oder leitende erste Schicht 11 und eine auf der ersten Schicht 11 haftende vorzugsweise halbleitende zweite Schicht 12 aufweist, wobei mit Hilfe eines von der ersten Schicht 11 absorbierten Laserstrahls 9a die erste Schicht 11 für ein Verringern einer Haftung zwischen der zweiten Schicht 12 und der ersten Schicht 11 behandelt wird, und ein weiterer Laserstrahl 9b mit einer höheren Fluenz als der Laserstrahl 9a einen Teil 21 der ersten Schicht 11 von der Substratschicht 10 entfernt und einen Teil 22 der zweiten Schicht 12 von einem auf der Substratschicht 10 verbleibenden Teil 23 der ersten Schicht 11 ablöst. Ein zuverlässiges Entschichten kann so ermöglicht werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Schichtkörper und eine Vorrichtung zum Abtragen.The invention relates to a method for removing a layer of a layered body 1, in particular a CIGS solar cell, wherein the layered body 1 a particular transparent substrate layer 10, a preferably metallic and / or conductive first layer 11 adhering to the substrate layer 10 and one on the first Layer 11 having adhered preferably semiconducting second layer 12, wherein by means of a laser beam 9a absorbed by the first layer 11, the first layer 11 for reducing adhesion between the second layer 12 and the first layer 11 is treated, and another laser beam 9b with a higher fluence than the laser beam 9a removes a portion 21 of the first layer 11 from the substrate layer 10 and a part 22 of the second layer 12 from a remaining on the substrate layer 10 portion 23 of the first layer 11 detaches. Reliable stripping can thus be made possible. The invention also relates to a laminated body and a device for ablation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen einer Schicht eines Schichtkörpers, insbesondere einer CIGS-Solarzelle, sowie einen Schichtkörper und eine Vorrichtung für ein Abtragen einer Schicht eines Schichtkörpers.The invention relates to a method for removing a layer of a laminated body, in particular a CIGS solar cell, as well as a laminated body and a device for removing a layer of a laminated body.
Bei einer CIGS-Solarzelle erfolgt eine Beschichtung eines Glassubstrates zunächst flächig mit den leitfähigen und halbleitenden Schichten, dem sogenannten Stack. Diese flächige Beschichtung muss nachträglich strukturiert, also schichtspezifisch abgetragen oder entschichtet werden.In a CIGS solar cell, a coating of a glass substrate initially takes place in a planar manner with the conductive and semiconductive layers, the so-called stack. This laminar coating must be subsequently structured, ie removed or stratified layer-specifically.
Zur Herstellung eines CIGS-Solarmoduls werden üblicherweise alle auf der Substratschicht abgeschiedenen Schichten der CIGS-Solarzelle am Rand des Glassubstrates entschichtet bzw. freigelegt, damit das Substrat mit einem zweiten Glas elektrisch isoliert und feuchtigkeitsgeschützt laminiert werden kann.To produce a CIGS solar module, usually all layers of the CIGS solar cell deposited on the substrate layer are stripped or exposed at the edge of the glass substrate, so that the substrate can be electrically insulated and laminated with moisture protection using a second glass.
Ein weiterer Anwendungsfall für die Strukturierung von CIGS-Solarzelle ist der Einsatz zur Gebäudeverglasung, wo in bestimmten Bereichen der Solarzelle des Solarmoduls Licht durch die Solarzelle fallen soll, um einen größeren Lichteinfall in einen Raum des Gebäudes zu ermöglichen.Another application for the structuring of CIGS solar cells is the use for building glazing, where in certain areas of the solar cell of the solar module light is to fall through the solar cell to allow greater light into a room of the building.
Die Druckschrift
In dem Solarzellenmodul umfassend ein Glassubstrat, eine erste Schicht gebildet auf dem Glassubstrat und eine zweite Schicht gebildet auf der ersten Schicht wird die erste Schicht durch ein erstes Entfernungsmittel mit einer ersten Energiemenge entfernt, und zwar unter Erhalt eines ersten Kantenraumes, worin die erste Schicht nicht zwischen einem Endteil der ersten Schicht und einem Endteil des Glassubstrates gebildet ist, und die zweite Schicht durch ein zweites Entfernungsmittel mit einer zweiten Energiemenge entfernt wird, unter Erhalt eines zweiten Kantenraumes, bei dem die zweite Schicht nicht zwischen einem Endteil der zweiten Schicht und dem Endteil des Glassubstrates gebildet ist.In the solar cell module comprising a glass substrate, a first layer formed on the glass substrate and a second layer formed on the first layer, the first layer is removed by a first removing means with a first amount of energy, thereby obtaining a first edge space, wherein the first layer is not is formed between an end part of the first layer and an end part of the glass substrate, and the second layer is removed by a second removing means with a second amount of energy, thereby obtaining a second edge space, wherein the second layer is not interposed between an end part of the second layer and the end part of the glass substrate is formed.
Die Lehre der Druckschrift
Gemäß der Druckschrift
Die Druckschrift
Die Breite b ist dabei kleiner als die Breite a, sodass Strukturlinien
Gemäß der Lehre der Druckschrift
Die vorgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination mit einem der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Gegenstände kombiniert werden.The abovementioned features known from the prior art can be combined individually or in any desired combination with one of the objects according to the invention described below.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren nebst Vorrichtung und Produkt bereitzustellen. It is an object of the invention to provide a further developed method in addition to device and product.
Zur Lösung der Aufgabe dienen ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie eine Vorrichtung und ein Schichtkörper gemäß der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.To solve the problem, a method according to the main claim and a device and a laminated body according to the independent claims. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe dient ein Verfahren für ein Abtragen einer Schicht eines Schichtkörpers, insbesondere eine CIGS-Solarzelle, wobei der Schichtkörper eine insbesondere transparente Substratschicht, eine auf der Substratschicht haftende vorzugsweise metallische und/oder leitende erste Schicht und eine auf der ersten Schichthaftende vorzugsweise halbleitende zweite Schicht aufweist, wobei mit Hilfe eines von der ersten Schicht absorbierten Laserstrahls die erste Schicht für ein Verringern einer Haftung zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht behandelt wird, und ein weiterer Laserstrahl mit einer höheren Fluenz als der Laserstrahl einen Teil der ersten Schicht von der Substratschicht entfernt und einen Teil der zweiten Schicht von einem auf der Substratschicht verbleibenden Teil der ersten Schicht ablöst.To achieve the object, a method is used for removing a layer of a layered body, in particular a CIGS solar cell, where the layered body has a particularly transparent substrate layer, a preferably metallic and / or conductive first layer adhering to the substrate layer, and a semiconducting layer preferably on the first layer adhesion end second layer, wherein by means of a laser beam absorbed by the first layer the first layer for reducing adhesion between the second layer and the first layer is treated, and another laser beam having a higher fluence than the laser beam part of the first layer of removes the substrate layer and removes a portion of the second layer from a portion of the first layer remaining on the substrate layer.
Entfernen meint unter Dampfbildung ablösen. Ein entfernter Teil wird in der Regel nicht vollständig verdampft, sondern unter Dampfbildung in Flocken oder Partikel geteilt und fortbewegt.Removing means peel off steam formation. A removed part is not usually completely evaporated, but is divided into flocks or particles with steam formation and propagated.
Ein Ablösen ist ein Abheben oder Wegfliegen, welches gegebenfalls eine Resthaftung zu trennen vermag.A detachment is a take-off or fly-away, which if necessary can separate a residual liability.
Substratschicht bedeutet Substrat, also insbesondere ein Grundmaterial, das einen Boden bildet.Substrate layer means substrate, ie in particular a base material that forms a bottom.
Ein Schichtkörpers ist ein Körper mit mehreren Schichten.A laminated body is a multi-layered body.
Eine CIGS-Solarzelle ist eine Solarzelle mit einer CIGS-Schicht. Eine CIGS-Solarzelle ist insbesondere in eine Vielzahl von Zellen durch eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Unterteilungsfurchen
Transparente Substratschicht meint eine für den Laserstrahl und/oder weiteren Laserstrahl transparente Substratschicht. Insbesondere ist die Substratschicht für den das menschliche Auge sichtbaren Teil der elektromagnetischen Strahlung transparent.Transparent substrate layer means a substrate layer transparent to the laser beam and / or further laser beam. In particular, the substrate layer is transparent to the part of the electromagnetic radiation visible to the human eye.
Insbesondere können auch sämtliche Schichten des Schichtkörpers auf der Substratschicht für den Laserstrahl und/oder weiteren Laserstrahl transparent sein.In particular, all layers of the layered body on the substrate layer may be transparent to the laser beam and / or further laser beam.
Haften meint eine verbinden zwischen zwei Schichten, zwischen denen eine Adhäsionskraft wirkt. Eine haftende Schicht kann beispielsweise durch Beschichten wie z.B. durch Sputtern erzeugt werden.Sticking means a bond between two layers, between which acts an adhesion force. An adhesive layer may be coated, for example by coating such as e.g. be generated by sputtering.
Ein durch die Substratschicht hindurchführender Laserstrahl durchquert die Substratschicht.A laser beam passing through the substrate layer traverses the substrate layer.
Verringern einer Haftung zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht meint, dass die insbesondere flächige Kraft, die einem Lösen der zweiten Schicht von der ersten Schicht entgegenwirkt, reduziert wird.Reducing adhesion between the second layer and the first layer means that the particular areal force counteracting release of the second layer from the first layer is reduced.
Fluenz ist die Strahlungsenergie in J (Jule) pro Fläche (m2).Fluence is the radiant energy in J (Jule) per area (m 2 ).
Ein Laserstrahl und ein weiterer Laserstrahl können separat durch verschiedene Strahlquellen oder Abschnitte eines einzigen Laserstrahls einer einzigen Strahlquelle sein.A laser beam and another laser beam may be separate by different beam sources or portions of a single laser beam from a single beam source.
Ein Teil der ersten Schicht, der von der Substratschicht durch den weiteren Laserstrahl entfernt wird, kann auch als Erst-Schicht-Entfern-Teil bezeichnet werden. Ein Teil der ersten Schicht, der von der Substratschicht nichtentfernt wird, d.h. auf der Substratschicht verbleibt, kann auch als Erst-Schicht-Nicht-Entfern-Teil bezeichnet werden. Ein von der ersten Schicht ablösender Teil der zweiten Schicht kann auch als Zweit-Schicht-Ablöse-Teil bezeichnet werden. Ein von der ersten Schicht nicht ablösender Teil der zweiten Schicht kann auch als Zweit-Nicht-Schicht-Ablöse-Teil bezeichnet werden.A portion of the first layer removed from the substrate layer by the further laser beam may also be referred to as the first-layer removal portion. A portion of the first layer not removed from the substrate layer, i. remaining on the substrate layer may also be referred to as first-layer non-removal part. A first layer release part of the second layer may also be referred to as a second layer release part. A part of the second layer that does not detach from the first layer may also be referred to as a second non-layer release part.
Insbesondere wird ein abgelöster Teil von dem Schichtkörper beim Ablösen von dem Schichtkörper wegbewegt und bleibt grundsätzlich nicht beispielsweise lose liegen.In particular, a detached part is moved away from the layered body during detachment from the layered body and, in principle, does not remain loose, for example.
Dadurch, dass durch den Laserstrahl die Haftung zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht verringert wird und der weitere Laserstrahl beim Entfernen der ersten Schicht von der Substratschicht auch einen Teil der zweiten Schicht von der ersten Schicht ablöst, kann besonders zuverlässig eine Randzone der zweiten Schicht freigelegt werden, die sonst infolge der Hitzeeinbringung beim Entfernen der ersten Schicht von der Substratschicht beschädigt worden wäre oder werden könnte, wodurch die Leistungsfähigkeit des Schichtkörpers reduziert würde. Eine kurzschlussfreie Herstellung von freigelegten Flächen kann so ermöglicht werden.The fact that the adhesion between the second layer and the first layer is reduced by the laser beam, and that the further laser beam also removes a part of the second layer from the first layer when the first layer is removed from the substrate layer, can particularly reliably produce a marginal zone of the second layer which otherwise would or could be damaged by the heat input when removing the first layer from the substrate layer, which would reduce the performance of the laminate. A short-circuit-free production of exposed surfaces can thus be made possible.
Im Unterschied zu den Verfahren der
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem ein Abtragen quer zur Richtung einer bestehenden Strukturierung (P1, P2, P3).The method according to the invention also makes it possible to ablate transversely to the direction of existing structuring (P1, P2, P3).
Insbesondere eine Laserablation mit einer Pulslänge von 30ns wie in der
Zudem kann durch das Behandeln durch einen Laserstrahl und das Ablösen der zweiten Schicht von der ersten Schicht durch einen weiteren Laserstrahl zum Entfernen der ersten Schicht der Energieaufwand gesenkt werden.In addition, by the treatment by a laser beam and the detachment of the second layer from the first layer by a further laser beam to remove the first layer, the energy consumption can be reduced.
Dass ein Ablösen des Teils der zweiten Schicht von dem auf der Substratschicht verbleibenden Teil der ersten Schicht durch das erfindungsgemäße Verfahren mit der Behandlung für eine Verringerung der Haftung erfolgte, lässt sich insbesondere daran erkennen, dass die Oberfläche der ersten Schicht flächig sichtbar wird und/oder ob der Teil der zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht nach Durchführung des Verfahrens verblieb, eine gezähnte Randkontur aufweist, wie in
Eine gezähnt Kontur weist zwischen Zähnen liegen abgerundete Einschnitte auf. Die gezähnte Kontur ist auf dem Gebiet der Blätterkunde von Pflanzen definiert (dentat).A toothed contour points between teeth lying on rounded incisions. The toothed contour is defined (dentate) in the field of foliage of plants.
Eine gezähnte Kontur sieht aus wie in einer Reihe aneinandergereihte „U“-Formen oder überlappende Kreise, die einen Rand ausschneiden.A serrated outline looks like a series of "U" shapes or overlapping circles that cut out a border.
Die komplementäre Kontur zur gezähnten Kontur ist die gekerbte Kontur (crenat), d.h. zwischen den abgerundeten Vorsprüngen (Kerbzähnen) liegen spitze Einschnitte. Anders ausgedrückt, die gekerbte Kontur weist runde Vorsprünge auf, wobei korrespondierenden Einschnitte spitz zulaufen.The complementary contour to the serrated contour is the notched contour (crenat), i. between the rounded projections (serrations) are acute cuts. In other words, the notched contour has round protrusions, with corresponding incisions tapering.
Der abgelöste Teil der zweiten Schicht von dem Teil der ersten Schicht, der auf der Substratschicht verbleibt, weist grundsätzlich entsprechend eine gekerbte Kontur auf. Eine gekerbte Kontur und eine gezähnte Kontur passen wie zwei Puzzleteile zusammen.The detached part of the second layer from the part of the first layer which remains on the substrate layer basically has a notched contour correspondingly. A notched contour and a serrated contour fit together like two puzzle pieces.
Durch die Behandlung für ein Verringern der Haftung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann sich die Oberfläche der ersten Schicht, welche den Laserstrahl absorbiert hat, sichtbar dunkel einfärben oder dunkler färben als ein Innenbereich, der von dem Randabschlussbereich beabstandet ist und nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem Laserstrahl gekommen ist.By the treatment for reducing the adhesion between the first layer and the second layer, the surface of the first layer which has absorbed the laser beam can visibly darken or darken color than an inner region that is spaced from the edge termination region, rather than immediately Contact with the laser beam has come.
Alternativ oder zusätzlich kann man insbesondere durch die transparente Substratschicht hindurch mit dem menschlichen Auge eine schlierenartige Oberflächenstruktur der ersten Schicht, auf welcher die Laserstrahlung absorbiert wurde, erkennen, also eine Oberfläche mit geschlängelten Strukturen ähnlich wie bei einer leicht oder kurzzeitig angeschmolzenen Metalloberfläche.Alternatively or additionally, a streak-like surface structure of the first layer, on which the laser radiation was absorbed, can be seen, in particular through the transparent substrate layer, with the human eye, ie a surface with meandering structures, similar to a metal melted on for a short or short time.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass beim Entfernen der ersten Schicht von der Substratschicht ein weiterer Laserstrahlmit solch hoher Energie oder Fluenz eingesetzt werden muss, dass bei einer CIGS-Solarzelle als Schichtkörper in einer Randzone der zweiten Schicht als CIGS-Schicht infolge des Wärmeeinflusses die zweite Schicht nicht mehr halbleitend, sondern elektrisch leitend wird. Dies kann in dem späteren CIGS-Solarmodul Kurzschlüsse verursachen und den Wirkungsgrad des CIGS-Solarmoduls reduzieren. Ein Abtragen der zweiten Schicht kann in bekannter Weise mit einem Laserstrahl mit geringerer Energie oder Fluenz verglichen mit dem weiteren Laserstrahl erreicht werden, wobei keine Wärmeeinflusszone entsteht, die ein verändern der halbleitenden Eigenschaft der zweiten Schicht zur Folge hätte. Durch ein Verringern der Haftung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann ein Ablösen des Teils der zweiten Schicht von dem auf der Substratschicht verbleibenden Teil der ersten Schicht durch einen Mechanismus erhalten werden, der kein verdampfen ist, sondern vielmehr ein mitreißen des abgelösten Teils der zweiten Schicht durch das Entfernen des Teils der ersten Schicht, der mit dem abgelösten Teil der zweiten Schicht verbunden ist (siehe
Diese unterschiedliche Weise des Ablösens, die sich insbesondere in der gezähnten Kontur wiederspiegelt, die in der Regel das Ergebnis von einem Herausreißen von flockenartigen Teilen der zweiten Schicht resultiert, und nicht auf einem Verdampfen der zweiten Schicht beruht, führt zu der zuverlässigen Abtragung und der Energieeinsparung. Vor allem jedoch wird auf diese Weise auch ein Abtragen im Bereich der P1 bis P3-Strukturen ermöglicht, ohne den Schichtkörper so zu beeinträchtigen, dass etwa in einer späteren CIGS-Solarzelle dadurch Kurzschlüsse entstehen.This different way of detachment, which is reflected in particular in the toothed contour, which usually results from the tearing out of flake-like parts of the second layer, and is not due to evaporation of the second layer, leads to reliable removal and energy saving , Above all, however, in this way it is also possible to ablate in the region of the P1 to P3 structures without impairing the layered body in such a way that short circuits occur in a later CIGS solar cell, for example.
Die Lehren der Druckschriften
Die im Zusammenhang mit den nachfolgenden Aspekten der Erfindung, also den Schichtkörper und die Vorrichtung, beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen betreffen auch das erfindungsgemäße Verfahren und können daher mit dem Verfahren kombiniert werden. Dies betrifft insbesondere die Spezifikationen und den Aufbau des Schichtkörpers.The features and embodiments described in connection with the following aspects of the invention, ie the laminated body and the device, also relate to the method according to the invention and can therefore be combined with the method. This concerns in particular the specifications and the structure of the laminated body.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Schichtkörper, insbesondere eine CIGS-Solarzelle, insbesondere hergestellt nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen oben beschriebenen Verfahrens, wobei der Schichtkörper eine insbesondere transparente Substratschicht, eine auf der Substratschicht haftende vorzugsweise metallische und/oder leitende erste Schicht und eine auf der ersten Schicht haftende vorzugsweise halbleitende zweite Schichtaufweist, wobei ein stufenartiger Randabschlussbereich der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine gezähnte Kontur entlang des stufenartigen Randabschlussbereiches aufweist, und/oder ein Randbereich einer an der Substratschichthaftenden unteren Oberfläche der ersten Schicht, die im Unterschied zu einem Innenbereich der unteren Oberfläche eine sichtbar dunklere Einfärbung und/oder eine schlierenartige Oberflächenstruktur aufweist.Another aspect of the invention relates to a laminated body, in particular a CIGS solar cell, in particular produced according to an embodiment of the inventive method described above, wherein the laminated body a particular transparent substrate layer, adhering to the substrate layer preferably metallic and / or conductive first layer and on the first layer adhering preferably semiconducting second layer, wherein a step-like edge termination region of the first layer and the second layer has a serrated contour along the step-like edge termination region, and / or an edge region of a lower layer adhering to the substrate layer of the first layer, as distinguished from an interior region the lower surface has a visibly darker coloring and / or a schlieren-like surface structure.
Insbesondere kann sich der Randabschlussbereich und/oder Randbereich quer zu einer Unterteilungsfurche
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen betreffen auch den Schichtkörper und können daher mit diesem Aspekt der Erfindung kombiniert werden.The features and embodiments described in connection with the method according to the invention also relate to the laminated body and can therefore be combined with this aspect of the invention.
An dem stufenartigen Randabschlussbereich endet sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht, nicht jedoch zwangsläufig auch die Substratschicht.At the step-like edge termination region, both the first layer and the second layer end, but not necessarily also the substrate layer.
Das Ende der ersten Schicht des Randabschlussbereiches ist der Randbereich der ersten Schicht.The end of the first layer of the edge termination region is the edge region of the first layer.
Die Bedeutung einer gezähnte Kontur wurde bereits oben näher erläutert.The meaning of a toothed contour has already been explained in more detail above.
Entlang des stufenartigen Randabschlussbereiches meint längs der Kante des Endes der ersten Schicht oder Stufen des stufenartigen Randabschlussbereiches, also insbesondere parallel zum Rand des Schichtkörpers, bevorzugt parallel zum Rand der langen Seite (
Sichtbar dunklere Einfärbung meint, dass eine auffällig dunklere Einfärbung insbesondere durch die transparente Substratschicht hindurch mit dem menschlichen Auge zu erkennen ist. Innenbereich meint dabei einen von dem Randabschlussbereich beabstandeter Bereich, der nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem Laserstrahl gekommen ist.Visibly darker coloration means that a noticeably darker coloration can be seen in particular through the transparent substrate layer with the human eye. In this case, interior area means a region which is at a distance from the edge termination area and has not come into direct contact with the laser beam.
Schlierenartige Oberflächenstruktur meint eine Oberfläche mit geschlängelten Strukturen ähnlich wie bei einer leicht oder kurzzeitig angeschmolzenen Metalloberfläche.Schlieren-like surface structure refers to a surface with meandering structures, similar to a metal melt that has been fused on for a short or a short time.
Eine Solarzelle mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und hoher Qualität kann so erhalten werden.A solar cell with a particularly high efficiency and high quality can be obtained.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Abtragen einer Schicht eines Schichtkörpers, insbesondere einer CIGS-Solarzelle, insbesondere zur Durchführung einer Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens, umfassend ein Laserquelle nebst einer Einrichtung zum Laserstrahlteilen oder alternativ zwei Laserquellen sowie eine Halterung zum Fixieren eines Schichtkörper, der insbesondere mindestens 2 µm und/oder höchstens 5 µm dick ist.A further aspect of the invention relates to a device for removing a layer of a laminated body, in particular a CIGS solar cell, in particular for carrying out an embodiment of the method described above, comprising a laser source together with a device for laser beam splitting or alternatively two laser sources and a holder for fixing a Laminated body, in particular at least 2 microns and / or at most 5 microns thick.
Die Vorrichtung ist so beschaffen, dass wenigstens ein Laserstrahl und ein weiterer Laserstrahl auf einen fixierten Schichtkörper geführt werden und eine Relativbewegung in einer Vorschubrichtung zwischen dem Schichtkörper und dem Laserstrahl und/oder dem weiteren Laserstrahl erzeugt werden kann, wobei der wenigstens eine Laserstrahl eine niedrigere Fluenz als der weiterer Laserstrahl aufweist und quer zur Vorschubrichtung – und/oder in Vorschubrichtung – versetzt ist, wobei der Versatz mindestens 40 µm und/oder höchstens 60 µm beträgt und/oder mindestens 20% bevorzugt 50%, besonders bevorzugt 80%, und/oder höchstens 300%, bevorzugt höchstens 120%, besonders bevorzugt 100% eines Spotradius des weiteren Laserstrahls auf den Schichtkörperbeträgt.The device is designed such that at least one laser beam and another laser beam are guided onto a fixed layered body and a relative movement in a feed direction between the layered body and the laser beam and / or the further laser beam can be generated, the at least one laser beam having a lower fluence as the further laser beam and is transversely to the feed direction - and / or in the feed direction - offset, wherein the offset is at least 40 microns and / or at most 60 microns and / or at least 20% preferably 50%, more preferably 80%, and / or at most 300%, preferably at most 120%, particularly preferably 100% a spot radius of the further laser beam on the laminated body.
Relativbewegung meint, dass der Schichtkörper und/oder der Laserstrahl und/oder der weitere Laserstrahl bewegt werden oder positionsfest sind.Relative movement means that the layered body and / or the laser beam and / or the further laser beam are moved or are fixed in position.
Bei einem Versatz von größer 100% bleibt ein Zwischenbereich zwischen den Bahnen des Laserstrahls
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen betreffen auch die Vorrichtung und können daher mit diesem Aspekt der Erfindung kombiniert werden.The features and embodiments described in connection with the method according to the invention also relate to the device and can therefore be combined with this aspect of the invention.
Insbesondere hat der Laserstrahl mindestens 30% und/oder höchstens 40% der Fluenz des weiteren Laserstrahls.In particular, the laser beam has at least 30% and / or at most 40% of the fluence of the further laser beam.
Durch die beschriebene Vorrichtung kann besonders zeitökonomisch eine Schicht besonders zuverlässig abgetragen werden.By means of the described device, a layer can be removed particularly reliably in a time-saving manner.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der durch Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und mit Bezug zu den Zeichnungen die Ausführungsformen sowie zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen näher beschrieben.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments schematically illustrated by drawings and with reference to the drawings, the embodiments and additional advantageous embodiments described in more detail.
Es zeigt: It shows:
In einer Ausführungsform ist vor einem Behandeln mit dem Laserstrahl
Benachbart meint insbesondere aneinander angrenzend und/oder stoffschlüssig von derselben Schicht umfasst, d.h. lediglich geometrisch nebeneinander liegende Bereiche. Nebeneinander, benachbart und/oder angrenzend beziehen sich insbesondere auf eine Querschnittsebene, also quer zur Vorschubrichtung
Eine Schicht wird grundsätzlich durch eine Kohäsionskraft, die in Richtung der flächigen Ausdehnung der Schicht orientiert ist, zusammengehalten. Eine Adhäsionskraft wird grundsätzlich orthogonal zur Kohäsionskraft zwischen flächig aufeinander angeordneten Schichten.A layer is basically held together by a cohesive force, which is oriented in the direction of the planar extent of the layer. An adhesion force is basically orthogonal to the cohesive force between layers arranged on top of each other.
In einer Ausführungsform ist vor einem Behandeln mit dem Laserstrahl
In einer Ausführungsform wird durch das Behandeln der ersten Schicht
In einer Ausführungsform wird durch das Behandeln des Erst-Schicht-Nicht-Ablöse-Teils
In einer Ausführungsform wird durch das Entfernendes Erst-Schicht-Entfern-Teils
In einer Ausführungsform wird durch das Entfernen des Erst-Schicht-Entfern-Teils
Behandelter Zweit-Schicht-Ablöse-Teil
In einer Ausführungsform des Verfahrens reißt der durch den weiteren Laserstrahl
Der Teil
Die Oberfläche
Dem Abtragbereich
Schließlich bildet die Kontur
Durch das abreißen und/oder mitreißen wird die kinetische Energie des entfernten Teils
Das Entfernen des Teils
Entsprechend ist die freiwerdende kinetische Energie hoch. Die Bewegung des entfernten Teils
In einer Ausführungsform wird der Laserstrahl 9afür ein Verringern einer Haftung zwischen der zweiten Schicht
Querschnittsposition meint eine Ebene quer zu einer Vorschubrichtung
Dadurch, dass der weitere Laserstrahl
Dadurch, dass der weitere Laserstrahl
In einer Ausführungsform werden der Laserstrahl
Der Laserstrahl
Ein besonders präzises Abtragen und ein besonders einfaches Gestalten der Vorrichtung für das Abtragen kann so ermöglicht werden.A particularly precise removal and a particularly simple design of the device for the removal can be made possible.
Insbesondere ist der Laserstrahl
Alternativ können der Laserstrahl
Insbesondere werden der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist ein auf dem verbleibenden Teil
Die gezähnte Kontur
In einer Ausführungsform werden der Laserstrahl
Insbesondere wird dabei der Schichtkörper
Ein effizientes Abtragen kann so ermöglicht werden.Efficient removal can thus be made possible.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Relativbewegung des Laserstrahls
Relativbewegung meint, dass der Schichtkörper
Spotradius ist der Radius des Laserstrahls im Fokuspunkt. Insbesondere wird der Spotdurchmesser, also Strahldurchmesser im Fokus, im Liu-Plot ermittelt, und zwar vorzugsweise bei 1/e2.Spot radius is the radius of the laser beam in the focal point. In particular, the spot diameter, ie beam diameter in focus, is determined in the Liu plot, preferably at 1 / e 2 .
Der Spotdurchmesser entspricht dem Doppelten des Radius des Laserstrahls.The spot diameter is twice the radius of the laser beam.
Ein besonders effektives Behandeln für ein Verringern der Haftung zwischen der ersten Schicht
Bevorzugt beträgt der Versatz mindestens 40 µm und/oder höchstens 60 µm, besonders bevorzugt ist der Versatz ungefähr 55 µm.Preferably, the offset is at least 40 microns and / or at most 60 microns, more preferably, the offset is about 55 microns.
In einer Ausführungsform hat der Laserstrahl
Ein zuverlässiges Abtragen kann so ermöglicht werden.A reliable removal can be made possible.
In einer Ausführungsform hat der weitere Laserstrahl
Ein zuverlässiges Abtragen kann so ermöglicht werden.A reliable removal can be made possible.
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform kann der Spotradius, die Frequenz und/oder die Vorschubgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass mindestens ein, bevorzugt zwei, besonders bevorzugt fünf Pulse des Laserstrahls
Ein Punkt ist ein örtlich begrenzter Bereich der ersten Schichten
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der weitere Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der Laserstrahl
In einer Ausführungsform weist der weitere Laserstrahl
Insbesondere ist eine Fokuslage von mindestens –10mm, bevorzugt –3,5 mm, besonders bevorzugt –1,5 mm und/oder höchstens
Eine Fokuslage beschreibt die Entfernung des Strahlfokus relativ zum Schichtkörper
Eine Fokuslage < 0 meint, dass der Fokus in Strahlrichtung gesehen vor dem Schichtkörper bzw. der ersten Schicht
Insbesondere ist bei dem Laserstrahl
Insbesondere beträgt die Wellenlänge des Laserstrahls 1064 nm und/oder die Strahlquelle ist ein Nd:YAG-Laser, bevorzugt Tru Micro 5250C. Aber auch eine Wellenlänge von 532 nm kann grundsätzlich vorgesehen werden.In particular, the wavelength of the laser beam is 1064 nm and / or the beam source is an Nd: YAG laser, preferably Tru Micro 5250C. But also a wavelength of 532 nm can be provided in principle.
Die oben beschriebenen Parameterbereiche können jeweils ein zuverlässiges Behandeln der ersten Schicht
In einer Ausführungsform ist der Laserstrahl
Durch Erzeugung des Laserstrahl
Wenn der Laserstrahl
Ein stufenförmiges Abtragen an gleich beiden Seiten einer Strukturlinie kann so ermöglicht werden.A stepped removal on both sides of a structure line can thus be made possible.
In einer Ausführungsform beträgt die Randbreite c des Randbereichs
In einer Ausführungsform beträgt eine Abtragsbreite a der ersten Schicht
An einem Substratrand kann die Abtragsbreite a zwischen mindestens 0,1 mm und/oder höchstens 30 mm liegen, wofür ein Abgefahren mehrere nebeneinander angeordneter Bahnen mit dem weiteren Laserstrahl
Zur Erzeugung eines lichtdurchlässigen Bereiches
In einer Ausführungsform folgt der weitere Laserstrahl
Der Laserstrahl
Ein besonders zuverlässiges Abtragen kann so ermöglich werden.A particularly reliable removal can thus be made possible.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein optisches Element zur Strahlprofilformung eines einzigen Laserstrahls
Die
Auf einer Substratschicht
Insbesondere beträgt die Schichtdicke der ersten Schicht
Auf der ersten Schicht
Insbesondere ist die zweite Schicht
Insbesondere beträgt die Schichtdicke der zweiten Schicht
Die vierte Schicht
Insbesondere ist die vierte Schicht
Zwischen der zweiten Schicht
Insbesondere ist die dritte Schicht
Insbesondere kann die dritte Schicht
Die erste Schicht
Eine CIGS-Solarzelle ist eine Solarzelle mit einer CIGS-Schicht. Ein Solarmodul ist eine betriebsbereite Vorrichtung mit einer Solarzelle, die bereit ist, montiert zu werden und nach der Montage aus Sonnenlicht Strom zu erzeugen. A CIGS solar cell is a solar cell with a CIGS layer. A solar module is a ready-to-use solar cell device that is ready to be mounted and generate power after assembly from sunlight.
Für die Herstellung eines Solarmoduls oder CIGS-Solarmoduls muss diese flächige Beschichtung nachträglich strukturiert werden.For the production of a solar module or CIGS solar module, this laminar coating must be subsequently structured.
Strukturieren meint ein gezieltes Entschichten oder Freilegen einer oder mehrerer Schichten des Schichtkörper
Am Substratrand
Ist eine Solarzelle für ein Solarmodul für die Belegung von Dach- und/oder Fassadenflächen von Gebäuden mit den Solarmodulen vorgesehen, die gleichzeitig für den Eintritt von Tageslicht vorgesehen sind, müssen in lichtdurchlässigen Bereichen
Bevorzugt erfolgt ein Abtragen mittels Laserstrahlung
Insbesondere formt eine Optik den Laserstrahl
Insbesondere dient ein Scanner, vorzugsweise x-y-Scanner, der Bewegung des Laserstrahls
Bevorzugt ist die Oberfläche die untere Oberfläche
Eine Besonderheit des CIGS-Halbleitermaterials ist, dass es bei Temperaturen über 500°C seine halbleitenden Eigenschaften verliert und leitfähig wird. Das setzt dem Einsatz von Lasern zur Strukturierung Grenzen. Denn an einer Kante des Spots entsteht in der Regel eine Wärmeeinflusszone, an denen das Material zwar erhitzt wird, aber nicht mehr abgetragen wird (Zone IV der
Ab einem bestimmten Wärmeeintrag kippt das CIGS gewissermaßen und es entsteht eine leitfähige Randzone(Teil
Außerdem konnte durch die Anmelderin festgestellt werden, dass eine weitere Gegebenheit zu solchen Kurzschlüssen führen kann. Da die erste Schicht
Um Kurzschlüsse durch leitfähig gewordene Randzonen
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, einen einzigen Laserstrahl, der insbesondere ein gaußförmiges Strahlprofil aufweist, so einzustellen, dass beim Abtragen der Schichten von der Substratschicht
Das hierfür notwendige Prozessfenster ist jedoch vergleichsweise eng, so dass ein Teilen des einzigen Laserstrahls
Durch ein Teilen des einzigen Laserstrahls
Dies kann erreicht werden, indem der Strahl mittels Stahlteiler (
In der in
Eine vorteilhafte Alternative ist in den
Eine weitere Alternative ist die Verwendung eines Diffraktiven Optischen Elements (DOE), das ein Hauptmaxima mit zwei Nebenmaxima ausbildet.Another alternative is the use of a diffractive optical element (DOE), which forms a main maxima with two secondary maxima.
Bevorzugt kann ein Axiconoder DOE eingefügt werden, welches Nebenmaxima erzeugt. Alternativ oder ergänzend kann der abzutragende Randabschnittsbereich separat mit unterschiedlicher Leistungsintensität insbesondere mehrfach überfahren werden. Preferably, an axicon or DOE can be inserted, which generates secondary maxima. As an alternative or in addition, the edge section area to be removed can be driven over separately, in particular with multiple power intensities, in particular several times.
Eine weitere Ausführungsform ist die Kombination von mechanischen Scibing-Verfahren mit einer Nadel mit einem Laserprozess, wobei die Nadel zunächst die zweite Schicht
Dieser Prozess lässt sich auch umdrehen, indem zunächst der Laser den gesamten Stack abträgt und die folgende Nadel das leitfähig gewordene CIGS freilegt. This process can also be reversed by first removing the laser from the entire stack and then exposing the conductive CIGS to the next needle.
Bei der Schichtbearbeitung mit einem Gauß-förmigen gepulsten Laserstrahl
Im Bereich I, also In der Mitte eines Laserprofils, ist die Intensität am höchsten. Hier ist der Energieeintrag typischer Weise so groß, dass allgemein die Substratschicht beim Abtragen der ersten Schicht
Im Bereich II übersteigt die Lichtintensität die sog. Ablationsschwelle. Ab diesem Schwellwert wird genügend Energie absorbiert, um eine Bindung zwischen der ersten Schicht
Im Bereich III wird zwar noch genügend Energie pro Fläche pro Zeit eingebracht, um die erste Schicht
Im Bereich IV wird das Laserlicht von der ersten Schicht
Um eine kurzschlussfreie Trennlinie oder Kontur
Wenn die Adhäsionskraft zwischen den Schichten gering ist, wird die CIGS-Schicht von der hochklappenden ersten Schicht
Insbesondere bei starker Haftung zwischen der ersten Schicht
Die
In einer dritten und letzten Bahn wurde mit demselben Laser mit den unten angegebenen Parametern der Laserstahl
Die Bahnen der beiden Laserstrahlen
Einziger Unterschied zwischen dem den
Nach einem alternativen Aspekt der Erfindung kann ein Abtragen des Teils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 112010001893 T5 [0005, 0007, 0008, 0011, 0031, 0044] DE 112010001893 T5 [0005, 0007, 0008, 0011, 0031, 0044]
- DE 102012104230 A1 [0009, 0011, 0031, 0033, 0044, 0172] DE 102012104230 A1 [0009, 0011, 0031, 0033, 0044, 0172]
Claims (15)
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DE102016210844.1A DE102016210844A1 (en) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | Device and method for removing a layer |
Applications Claiming Priority (1)
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DE (1) | DE102016210844A1 (en) |
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- 2016-06-17 DE DE102016210844.1A patent/DE102016210844A1/en not_active Withdrawn
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Representative=s name: DILG, HAEUSLER, SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESE, DE Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELL, DE |
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