(57)【要約】  製造中の太陽電池（１０５）から材料を除去するための多重レーザパルスによるレーザシステム（１００）。レーザシステム（１００）は、単一パルスレーザ光源（１０２）及び多重パルス発生器（１０６）を含む。多重パルス発生器（１０６）は、単一パルスレーザ光源（１０２）から単一パルスレーザ光線（１０３）を受光し、この単一パルスレーザ光線（１０３）を多重パルスレーザ光線（１０７）に変換する。レーザスキャナ（１０４）が多重パルスレーザ光線（１０７）を太陽電池（１０５）上に走査することにより、太陽電池（１０５）から材料が除去される。
2015507365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造中の太陽電池から材料を除去する方法であって、
単一パルスレーザ光源から単一パルスレーザ光線を発射する段階と、
前記単一パルスレーザ光線を第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割する段階と、
前記第１のレーザ光線を第１の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第２のレーザ光線を、前記第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを、あるレーザパルス遅延時間隔たりのある第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを含む多重パルスレーザ光線に再合成する段階と、
前記多重パルスレーザ光線を太陽電池の材料に当てることによって前記材料の複数の部分を除去する段階と、
を含む、方法。
【請求項２】
第１の波長板を通して前記単一パルスレーザ光線を方向づける段階と、
前記第１の波長板を通して前記単一パルスレーザ光線を方向付けた後、前記単一パルスレーザ光線を、第１のビームスプリッタを使用して前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とに分割する段階と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のレーザ光線を、前記第１のビームスプリッタから前記第２の光路上の第１の回転ミラーへと反射する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のレーザ光線を、前記第１の回転ミラーから、前記第２の光路上の第２の回転ミラーに反射する段階と、
前記第２のレーザ光線を、前記第２の回転ミラーから、第２の波長板を通して、第２のビームスプリッタへと方向付ける段階と、
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のレーザ光線を、前記第１のビームスプリッタを通し、第２の波長板を通し、前記第２のビームスプリッタへと透過させる段階を、更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のビームスプリッタは、前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを前記多重パルスレーザ光線に再合成する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の波長板を回転させて前記第２のレーザ光線の強度を調整する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の光路の距離に対する前記第２の光路の距離を調整することによって前記第１のレーザパルスと前記第２のレーザパルスとの間の前記レーザパルス遅延時間を調整する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
製造中の太陽電池から材料を除去するためのレーザシステムであって、
単一パルスレーザ光線を発生させる単一パルスレーザ光源と、
前記単一パルスレーザ光線を多重パルスレーザ光線に変換する、前記単一パルスレーザ光源のハウジングの外部の多重パルス発生器と、
前記多重パルスレーザ光線を太陽電池基板全体にわたって走査するレーザスキャナと、
前記太陽電池基板を支持するステージと、
を有する、レーザシステム。
【請求項１０】
前記多重パルス発生器は、
前記単一パルスレーザ光線と同一線上の第１の１／２波長板と、
前記第１の１／２波長板からの前記単一パルスレーザ光線を受光する第１の偏光ビームスプリッタと、を更に備え、前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記単一パルスレーザ光線を、第１の光路上に方向付けられる第１のレーザ光線と第２の光路上に方向付けられる第２のレーザ光線とに分割する、
請求項９に記載のレーザシステム。
【請求項１１】
前記多重パルス発生器は、前記第２の光路の距離を調整する搬送アセンブリを更に備える、請求項１０に記載のレーザシステム。
【請求項１２】
前記多重パルス発生器は、
前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを前記多重パルスレーザ光線に再合成する第２の偏光ビームスプリッタを更に備える、請求項１０に記載のレーザシステム。
【請求項１３】
前記多重パルス発生器は、
前記第１の偏光ビームスプリッタからの前記第１のレーザ光線を受光する第２の１／２波長板であって、前記第１のレーザ光線と同一線上でかつ前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間に位置する第２の１／２波長板を更に備える、請求項１２に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
前記多重パルス発生器は、
前記第２のレーザ光線を受光し、前記第２のレーザ光線及び前記第２の偏光ビームスプリッタと同一線上に位置する第３の１／２波長板を更に備える、請求項１３に記載のレーザシステム。
【請求項１５】
前記第２のレーザ光線を第２の回転ミラーへと反射する第１の回転ミラーと、
前記第２の回転ミラーと、
を更に備える、請求項１４に記載のレーザシステム。
【請求項１６】
前記第１の回転ミラー及び前記第２の回転ミラーがレール上に可動支持された、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
製造中の太陽電池から材料を除去する方法であって、
単一パルスレーザ光源から、あるパルス繰り返し率で発射される単一レーザパルスを含む単一パルスレーザ光線を発射する段階と、
前記単一パルスレーザ光線を、複数のレーザパルスのバーストのそれぞれが複数のレーザパルスを含む、複数のレーザパルスの複数のバーストを、あるバースト繰り返し率で含む多重パルスレーザ光線に変換する段階と、
前記多重パルスレーザ光線を太陽電池上に走査する段階と、
前記多重パルスレーザ光線を前記太陽電池上の材料上に当て、前記材料の複数の部分を除去する段階と、
を含む方法。
【請求項１８】
前記単一パルスレーザ光線を前記多重パルスレーザ光線に変換する段階は、
前記単一パルスレーザ光線を第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割する段階と、
前記第１のレーザ光線を第１の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第２のレーザ光線を、前記第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを前記多重パルスレーザ光線に再合成する段階と、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１のビームスプリッタは、前記単一パルスレーザ光線を前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とに分割する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第２のビームスプリッタは、前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを前記多重パルスレーザ光線に再合成する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に述べられる主題の実施形態は、概して太陽電池の製造に関する。より詳細には、主題の実施形態は、太陽電池を製造するための装置及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽放射光を電気エネルギーに変換するための周知の装置である。こうした電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハー上に作製することができる。太陽電池は、Ｐ型及びＮ型拡散領域を有する。太陽電池に当たる太陽放射光によって電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電位差が生じる。バックコンタクト方式の太陽電池においては、拡散領域、及び拡散領域と結合した金属製のコンタクトフィンガーが両方とも太陽電池の裏面に設けられる。コンタクトフィンガーは、外部電気回路を太陽電池に結合し、太陽電池により電力供給することを可能にするものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
太陽電池のコンタクトフィンガーは、拡散領域が露出したコンタクトホールを通って形成される。本発明の実施形態は、例えば材料を貫通したコンタクトホールを形成するように、太陽電池上の材料を除去するための多重パルスレーザ光線を発生させる設定可能なレーザシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、製造中の太陽電池から材料を除去する方法は、単一パルスレーザ光源から単一パルスレーザ光線を発射する段階を含む。単一パルスレーザ光線は、第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割される。第１のレーザ光線は第１の光路に沿って方向付けられ、第２のレーザ光線は、第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付けられる。第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とは、あるレーザパルス遅延時間隔たりのある第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを含む多重パルスレーザ光線に再合成される。多重パルスレーザ光線は、太陽電池の材料に当てられることによって材料の複数の部分を除去する。
【０００５】
一実施形態では、製造中の太陽電池から材料を除去するためのレーザシステムは、単一パルスレーザ光線を発生させる単一パルスレーザ光源と、単一パルスレーザ光源の単一パルスレーザ光線を多重パルスレーザ光線に変換する、単一パルスレーザ光源のハウジングの外部の多重パルス発生器と、多重パルスレーザ光線を太陽電池基板全体にわたって走査するレーザスキャナと、太陽電池基板を支持するステージと、を備える。
【０００６】
一実施形態では、製造中の太陽電池から材料を除去する方法は、単一パルスレーザ光源から、あるパルス繰り返し率で発射される単一レーザパルスを含む単一パルスレーザ光線を発射する段階を含む。単一パルスレーザ光線は、複数のレーザパルスのバーストのそれぞれが複数のレーザパルスを含む、複数のレーザパルスの複数のバーストを、あるバースト繰り返し率で含む多重パルスレーザ光線に変換される。多重パルスレーザ光線は太陽電池上に走査される。多重パルスレーザ光線は、太陽電池上の材料上に当てられて材料の複数の部分が除去される。
【０００７】
本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことで、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、同様の参照番号がその全体を通じて同様の要素を指し示す以下の図面と併せて考察し、参照することによって、本主題のより完全な理解を得ることができる。図の縮尺は正確ではない。
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による、製造中の太陽電池から材料を除去するための太陽電池レーザシステムを示す概略図である。
【００１０】
【図２】本発明の一実施形態による図１のレーザシステムを使用する製造中の太陽電池の断面図を示す。
【図３】本発明の一実施形態による図１のレーザシステムを使用する製造中の太陽電池の断面図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による図１のレーザシステムを使用する製造中の太陽電池の断面図を示す。
【００１１】
【図５】本発明の一実施形態による多重パルス発生器の概略図である。
【００１２】
【図６】単一パルスレーザ光線の概略図を示す。
【００１３】
【図７】図６の単一パルスレーザ光線のレーザパルスの概略図を示す。
【００１４】
【図８】本発明の一実施形態による多重パルスレーザ光線の複数のレーザパルスの概略図を示す。
【００１５】
【図９】本発明の一実施形態による図８の多重パルスレーザ光線を示す。
【００１６】
【図１０】本発明の別の実施形態による多重パルスレーザ光線を示す。
【００１７】
【図１１】本発明の別の実施形態による多重パルス発生器の概略図である。
【００１８】
【図１２】本発明の一実施形態による、出力計を有する図１１の多重パルス発生器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示では、本発明の実施形態が充分理解されるために、装置、構成要素及び方法の例など、多くの具体的な詳細を提供している。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれらの具体的な詳細のうちの１つ以上を欠いても実施し得る点が理解されるであろう。その他の場合では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明していない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による、製造中の太陽電池から材料を除去するための太陽電池レーザシステム１００を示す概略図である。図１の例では、レーザシステム１００は、単一パルスレーザ光源１０２、多重パルス発生器１０６、レーザスキャナ１０４、及びステージ１０８を有する。レーザ光源１０２は、市販の単一パルスレーザ光源とすることができる。レーザ光源１０２は、バーストモードで多重レーザパルス（すなわち、あるバースト繰り返し率で互いに対して比較的接近して発射される多重レーザパルス）を発射することができないという点で単一パルスレーザ光源である。レーザ光源１０２は、パルス繰り返し率当たり単一のレーザパルスを有する、高度に直線偏光された（例えば非偏光光に対する偏光光の比が１００：１よりも大きい）単一パルスレーザ光線１０３を発生させる。
【００２１】
一部の太陽電池は、コンタクトホールが貫通して形成されている複数の層を有する。これらの層を貫通するコンタクトホールは、多重パルスレーザ光源を使用して形成されることが好ましい。その名が示すように、多重パルスレーザ光源は、あるバースト繰り返し率で複数のレーザパルスの複数のバーストを発射することが可能である。各バーストは、２つ以上のレーザパルスを含む。各バーストの複数のパルスは、バースト繰り返し周期と比較して極めて短い時間間隔を有する。残念なことに、多重パルスレーザ光源は、単一パルスレーザ光源と比較して一般的により高価であり、入手が困難である。多重パルス発生器１０６は、単一パルスレーザ光源１０２からの単一パルスレーザ光線１０３を多重パルスレーザ光線１０７に変換することによってこの問題に対処する。多重パルスレーザ光線１０７は、あくまで説明の目的で、１バースト当たり２つのレーザパルスを有するものとして示されている。多重パルス発生器１０６は、単一パルスレーザ光線１０３を１バースト当たり２つよりも多いレーザパルスを有する多重パルスレーザ光線１０７に変換するように構成することができる。
【００２２】
一実施形態では、多重パルス発生器１０６はレーザ光源１０２のハウジングの外部にある。これにより、レーザ光源１０２のアーキテクチャによって制限されることなく多重パルス発生器１０６を構成することが可能であり、有利である。更に、多重パルス発生器１０６をレーザ光源１０２の外部でかつレーザ光源１０２とは別個に有することにより、多重パルス発生器１０６を、特定の太陽電池製造プロセスの要求を満たすよう多重パルスレーザ光線１０７を調整するように容易に構成することが可能である。
【００２３】
レーザスキャナ１０４は、ドイツのＳｃａｎＬａｂ及びＣａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓより市販されるもののようなガルバノメータレーザスキャナを備え得る。ステージ１０８は、製造中の太陽電池１０５を支持するものである。ステージ１０８は、台座、チャック、又はその他の基板支持体を備えることができる。
【００２４】
動作時に、レーザ光源１０２は、多重パルス発生器１０６上に単一パルスレーザ光線１０３を発射する。多重パルス発生器１０６は、レーザスキャナ１０４による走査を行うために、単一パルスレーザ光線１０３を多重パルスレーザ光線１０７に変換する。レーザスキャナ１０４は、製造中の太陽電池１０５に当たるように多重パルスレーザ光線１０７を走査することによって、例えばコンタクトホールを形成するように太陽電池１０５から材料を除去する。レーザ光線１０７の複数のレーザパルスは、レーザアブレーション又はレーザアニーリングによって太陽電池１０５の材料を貫通するコンタクトホールを形成することができる。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態による、製造中の太陽電池１０５の断面図を示している。図２の例では、太陽電池１０５は、Ｎ型シリコンウェハを備える太陽電池基板２０１を備える。誘電体フィルム積層体２１０が層２０２上に形成されている。フィルム積層体２１０は多層の材料を備え、図２の例では、フィルム２１１、フィルム２１２、及びフィルム２１３などである。図２に示されるように、フィルム２１１をフィルム２１２上に形成し、それをフィルム２１３上に形成することができる。一実施形態では、フィルム２１１は窒化ケイ素の層を備え、フィルム２１２はアモルファスシリコンの層を備え、フィルム２１３は二酸化ケイ素を含む。
【００２６】
一実施形態では、層２０２は、ポリシリコンを含む。Ｐ型拡散領域２０３及びＮ型拡散領域２０４が層２０２に形成される。太陽電池には複数の拡散領域があるが、説明を分かりやすくするため、図２には各導電性のタイプの１つのみを示している。太陽電池１０５は、拡散領域２０３及び２０４が、これらの領域と電気的に結合した金属コンタクト２２１（図４参照）を含めて、太陽電池の裏面に基板２０１の裏面を覆って形成されている点で、バックコンタクト方式の太陽電池の１つの例である。通常の動作時に太陽放射光を集めるために太陽に面する太陽電池１０５の前面は、裏面の反対側にある。図２の例では、基板２０１の前面の表面は、ランダムな角錐体２３０によって非平滑化されている。この前面の非平滑化面上には、窒化ケイ素を含む反射防止層２３１が形成されている。
【００２７】
図３に示されるように、レーザシステム１００を使用することによって、誘電体フィルム積層体２１０を貫通するコンタクトホール２２０を形成して拡散領域２０３及び２０４を露出させることができる。例えば、多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルスのバースト内の第１のレーザパルスがフィルム２１１及び２１２の複数の部分を除去し、複数のレーザパルスの同じバースト内の第２のレーザパルスがフィルム２１３の複数の部分を除去することで、これらのフィルムを貫通したコンタクトホール２２０を形成することができる。図４に示されるように、金属コンタクト２２１は、コンタクトホール２２０内に形成されることによって、拡散領域２０３及び２０４に電気的に接続される。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態による多重パルス発生器１０６の概略図である。図５の例では、多重パルス発生器１０６は、複数の１／２波長板５１１（すなわち５１１−１、５１１−２、及び５１１−３）、複数の偏光ビームスプリッタ５１２（すなわち５１２−１及び５１２−２）、及び複数の回転ミラー５１３（すなわち５１３−１及び５１３−２）を備える。多重パルス発生器１０６の上記に述べた構成要素は、市販の光学要素であってよい。例えば、偏光ビームスプリッタ５１２は、市販の偏光ビームスプリッターキューブを備え得る。
【００２９】
多重パルス発生器１０６は、単一パルスレーザ光源１０２からの高度に直線偏光された単一パルスレーザ光線１０３を受光する。単一パルスレーザ光線１０３は、その非偏光成分に対する直線偏光成分の比が１００：１より大きいという点で、高度に直線偏光されている。
【００３０】
図６は、単一パルスレーザ光線１０３の概略図を示している。レーザ光線１０３は、１／ｔ０に等しいパルス繰り返し率でレーザ光源１０２により発射される複数のレーザパルス６０１を含む。すなわち、レーザ光源１０２は、ｔ０秒（例えば５マイクロ秒）ごとに１つのレーザパルス６０１を発射する。レーザ光源１０２のパルス繰り返し周期は、通常は可変ではないか、又は多重パルスレーザ光線の複数のレーザパルスのバースト内の複数のレーザパルス間の時間間隔と比較して少なくとも相対的に長い。図７は、レーザパルス６０１の概略図を示している。レーザパルス６０１は、ピーク強度Ｉ０及びパルス幅Ｗ０（例えば１０ｐｓ又は１５ｐｓ未満）を有する。
【００３１】
１／２波長板５１１は、波長の半分だけ入射レーザ光線の偏光を回転させる。１／２波長板５１１は、回転ステージ上に取り付けて、１／２波長板５１１の結晶光学軸の回転を可能とし、これにより偏光角度を調節することができる。これにより、下流の偏光ビームスプリッタ５１２によって透過される（すなわち入射レーザ光線と平行に通す）光の量に対する反射される光の量を制御することが可能となる。
【００３２】
図５の例では、偏光ビームスプリッタ５１２−１は、レーザ光線１０３をレーザ光線１２１とレーザ光線１２２とに分割する。レーザ光線１２１が、ビームスプリッタ５１２−１によって反射されるレーザ光線１０３の第１の偏光成分（例えばｓ偏光成分）を含み得るのに対して、レーザ光線１２２は、ビームスプリッタ５１２−１によって透過される、第１の偏光成分と直交するレーザビーム１０３の第２の偏光成分（例えばｐ偏光成分）を含み得る。実際には、ビームスプリッタ５１２−１は、距離Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を有する延長光路に沿ってレーザ光線１２１を方向付け、距離Ｌ２を有する正規光路に沿ってレーザ光線１２２を透過する。透過されるレーザ光線１０３の量に対する反射されるレーザ光線の量の割合は、１／２波長板５１１−１を回転させることによって調節することができる。詳細には、１／２波長板５１１−１の結晶光学軸を回転させることにより、正規光路に沿ってビームスプリッタ５１２−１により透過されるレーザ光線１２２に対する延長光路に沿ってビームスプリッタ５１２−１により反射されるレーザ光線１２１の量、したがって強度を調整することが可能となる。
【００３３】
ビームスプリッタ５１２−１は回転ミラー５１３−１に向けてレーザ光線１２１を方向付け、回転ミラー５１３−１は、レーザ光線１２１を回転ミラー５１３−２に向け、１／２波長板５１１−３を通し、ビームスプリッタ５１２−２上へと反射する。ビームスプリッタ５１２−２に入射するスループットが最適となるような適正な偏光をレーザ光線１２１が確実に有するように、１／２波長板５１１−３の結晶光学軸を回転させることができる。このようにして、１／２波長板５１１−３は、延長光路から入射するレーザ光線１２１の大部分がビームスプリッタ５１２−２により反射されて、正規光路からビームスプリッタ５１２−２に入射するレーザ光線１２２と再合成されるように、微調整を行うことを可能にする。
【００３４】
レーザ光線１２２は、ビームスプリッタ５１２−１をまっすぐ通り、１／２波長板５１１−２を通ってビームスプリッタ５１２−２へと伝播する。ビームスプリッタ５１２−２は、ビームスプリッタ５１２−１と同様に、入射レーザ光線の第１の偏光成分を透過し、第１の偏光成分と直交する入射レーザ光線の第２の偏光成分を反射する。図５の例では、ビームスプリッタ５１２−２は、延長光路から入射するレーザ光線１２１を反射し、正規光路から入射するレーザ光線１２２を透過する。実際には、ビームスプリッタ５１２−２は、レーザ光線１２１と１２２とを多重パルスレーザ光線１０７に再合成し、多重パルスレーザ光線１０７は、ビームスプリッタ５１２−２の前方の走査光路に沿って方向付けられる。ビームスプリッタ５１２−２を通るスループットが最適となるような適正な偏光をレーザ光線１２２が確実に有するように、１／２波長板５１１−２の結晶光学軸を回転させることができる。このようにして、１／２波長板５１１−２は、正規光路から入射するレーザ光線１２２の大部分がビームスプリッタ５１２−２によって透過されるように微調整を行うことを可能にする。１／２波長板５１１−２及び５１１−３は、微調整を必要としないシステムでは省略することができる。
【００３５】
レーザ光線１２１及び１２２のそれぞれはレーザパルスを含む。図５の例では、レーザ光線１２１は、ビームスプリッタ５１２−１から回転ミラー５１３−１までの距離Ｌ１、回転ミラー５１３−１から回転ミラー５１３−２までの距離Ｌ２、及び回転ミラー５１３−２からビームスプリッタ５１２−２までの距離Ｌ３を有する延長光路に沿って伝播する。これに対して、レーザ光線１２２は、ビームスプリッタ５１２−１からビームスプリッタ５１２−２までの距離Ｌ２を有する正規光路に沿って伝播する。レーザ光線１２１はより長い光路に沿って伝播するため、レーザ光線１２１のレーザパルスは、レーザ光線１２２のレーザパルスと比べて遅れる。したがって、レーザ光線１２１と１２２とをともに再合成することにより、式１により定義されるレーザパルス遅延Δｔだけ遅れた２つのレーザパルスを含む多重パルスレーザ光線１０７が生じる。
【数１】
2015507365.tif 000003
式中、
Δｄ＝延長光路の距離と正規光路の距離との間の差であり、
３．３ｎｓ／ｍ＝光の速度である。
【００３６】
図５の例において、
【数２】
2015507365.tif 000004
したがって、式１は、以下の式３のように書き換えることができる。
【数３】
2015507365.tif 000005
式中、
Ｌ１＝ビームスプリッタ５１２−１と回転ミラー５１３−１との間の距離であり、
Ｌ２＝回転ミラー５１３−２とビームスプリッタ５１２−２との間の距離であり、
３．３ｎｓ／ｍ＝光の速度である。  第１のパルスが正規光路に沿って伝播するレーザ光線のものであり、第２及びこれに続く複数のパルスが正規光路よりも長い延長光路に沿って伝播するレーザ光線のものである場合、一般的に、複数のレーザパルス間の時間間隔、すなわちレーザパルス遅延Δｔは、第２の（又は第３の）パルスが進む距離と第１のパルスが進む距離との差によって決まる。距離の差１ｍにつき、第２又はこれに続く複数のパルスは第１のパルスに対して３．３３ｎｓだけ遅れる。
【００３７】
表１は、異なるレーザパルス遅延Δｔ及び対応する光路距離差Δｄについて式１を用いた計算例を示す。
【表１】
2015507365.tif 000006
表１の例では、多重パルスレーザ光線１０７の第１のパルスと第２のパルスとの間の１ｎｓの遅延は、正規光路よりも０．３ｍだけ長い延長光路を必要とし、多重パルスレーザ光線１０７の第１のパルスと第２のパルスとの間の５ｎｓの遅延は、正規光路よりも１．５ｍだけ長い延長光路を必要とする、といった具合である。
【００３８】
認識されるように、多重パルス発生器１０６は、正規光路の距離に対する延長光路の距離を変えることにより、異なるレーザパルス遅延を有することができる。有利な点として、レーザ光源１０２のハウジングの外部に多重パルス発生器１０６を有することで、設計者は、特定のプロセス条件を満たすように延長光路及び正規光路の距離を自由に変えることができる。
【００３９】
図８は、本発明の一実施形態による多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルス６２１（すなわち６２１−１及び６２１−２）の概略図を示している。図８の例では、多重パルスレーザ光線１０７は、ピーク強度Ｉ１及びパルス幅Ｗ１を有するレーザパルス６２１−１、並びにピーク強度Ｉ２及びパルス幅Ｗ２を有するレーザパルス６２１−２を含む複数のレーザパルスのバーストを有する。一般的に、パルス幅Ｗ１及びＷ２のそれぞれは、単一パルスレーザ光線１０３の入力レーザパルス６０１のパルス幅Ｗ０に等しい。レーザパルス６２１−１はレーザ光線１２２からであり得、レーザパルス６２１−２（遅れたレーザパルス）はレーザ光線１２１からであり得る。上で述べたように、複数のレーザパルス６２１は、変更することができる、あるレーザパルス遅延Δｔだけ隔たりがある。
【００４０】
レーザ光線１０３のレーザパルス６０１の強度Ｉ０（図６を参照）によって、多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルス全体の強度が制限される。一般的に、
Ｉ０＝（Ｉ１＋Ｉ２＋...．ＩＮ）      （式４）
式中、
Ｉ０＝単一パルスレーザ光線１０３のレーザパルス６０１のピーク強度であり、
Ｉ１＝多重パルスレーザ光線１０７のレーザパルス６２１−１のピーク強度であり、
Ｉ２＝多重パルスレーザ光線１０７のレーザパルス６２１−２のピーク強度であり、
ＩＮ＝多重パルスレーザ光線１０７のｎ番目のレーザパルス６２１のピーク強度である。
【００４１】
式４は、理想条件についてのものであり、光学損失は考慮していない。多重パルスレーザ光線１０７が１バースト当たり２個のレーザパルス６２１を有する一実施形態では、
【数４】
2015507365.tif 000007
【００４２】
すなわち、生じる複数のレーザパルス６２１−１及び６２１−２のピーク強度のそれぞれは、単一パルスレーザ光線１０３のレーザパルス６０１のピーク強度の半分に等しくなり得る。レーザパルス６２１−２の強度に対するレーザパルス６２１−１の強度は、１／２波長板５１１−１の結晶光学軸を回転させることによって変えることができる点に留意されたい。例えば、１／２波長板５１１−１の結晶光学軸を回転させることによって、レーザパルス６２１−２の強度Ｉ２をレーザパルス６２１−１の強度Ｉ１よりも小さくするか、又はレーザパルス６２１−２の強度Ｉ２をレーザパルス６２１−１の強度Ｉ１よりも大きくすることができる。すなわち、１／２波長板５１１−１は、以下を満たすように調整することができる。
Ｉ１＞Ｉ２                              （式６）
又は
Ｉ１＜Ｉ２                              （式７）
【００４３】
図９は、本発明の一実施形態による多重パルスレーザ光線１０７を示す。図９の例では、複数のレーザパルス６２１−１及び６２１−２は、レーザパルスバースト６２０の一部である。各バースト６２０において、レーザパルス６２１−１と６２１−２との時間間隔は、上記に述べたようなレーザパルス遅延Δｔに対応する。バースト６２０は、１／ｔ３に等しいバースト繰り返し率で繰り返され得る。すなわち、複数のバースト６２０は、ｔ３秒ごとに多重パルス発生器１０６により生成される。一実施形態では、バースト繰り返し周期ｔ３は、単一パルスレーザ光線１０３のパルス周期ｔ０に等しい。レーザパルス遅延Δｔは、バースト繰り返し周期ｔ３よりも大幅に小さい。例えば、レーザパルス遅延Δｔが２、２．５又は５マイクロ秒であり得るのに対して、バースト繰り返し周期ｔ３は、１０ｎｓであり得る。
【００４４】
上記を考慮することで、多重パルス発生器１０６は、更なる１／２波長板５１１、回転ミラー５１３、及びビームスプリッタ５１２などの更なる構成要素を組み込むことによって、単一レーザパルスから１バースト当たり２つを超えるレーザパルスを出力することが可能である点が、当業者であれば認識されるところであろう。例えば、図１０に示されるように、多重パルスレーザ光線１０７は、それぞれがレーザパルス６３１−１、６３１−２、６３１−３などを含むバースト６３０をｔ３秒ごとに発生することができる。複数のレーザパルス６３１間のレーザパルス遅延Δｔは、複数のレーザパルス６３１が進む光路距離を変えることによって変化させることができる。
【００４５】
図１１は、本発明の別の実施形態による多重パルス発生器１０６Ａの概略図である。多重パルス発生器１０６Ａは、図５の多重パルス発生器１０６の特定の一実施形態である。図１１の例では、多重パルス発生器１０６Ａは、複数の１／２波長板５１１、複数のビームスプリッタ５１２、及び複数の回転ミラー５１３を備える。加えて、多重パルス発生器１０６Ａは、光学レール６４０及びスライダ６４１を備える搬送アセンブリを更に含む。回転ミラー５１３は、光学レール６４０上に可動載置されたスライダ６４１上に取り付けられ得る。スライダ６４１が光学レール６４０上を摺動することで各回転ミラー５１３を動かし、距離Ｌ１及びＬ３を変化させることによって、レーザ光線１２１が進む延長光路距離を変えることができる。上で説明したように、レーザ光線１２１が進む光路距離は、多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルス間のレーザパルス遅延Δｔに影響する。したがって、スライダ６４１を容易に調節して、太陽電池基板１０５から特定の材料を除去するようにレーザパルス遅延Δｔが調整された多重パルスレーザ光線１０７を発生させることができる。それ以外の点では、多重パルス発生器１０６Ａは多重パルス発生器１０６と同様に動作する。
【００４６】
上で説明したように、レーザ光線１２２に対するレーザ光線１２１の強度の割合は、１／２波長板５１１−１の結晶光学軸を回転させることによって調整することができる。更に、正規経路の距離に対する延長光路の距離を変えることによって、多重パルスレーザ光線１０７の複数のパルス間のレーザパルス遅延を調整することもできる。図１２は、出力計１３０及び１３１を備えた多重パルス発生器１０６Ａの概略図を示したものであり、本発明の一実施形態に基づいて、多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルスの強度及び複数のレーザパルス間の遅延がどのように調整されるかを示す。
【００４７】
図１２の例では、出力計１３０はレーザ光線１０３と同一線上に配置され、出力計１３１はレーザ光線１２１と同一線上に配置されている。出力計１３０及び１３１は、入射レーザ光線の出力の読み取り値を提供する。多重パルスレーザ光線１０７の複数のレーザパルス間のレーザパルス遅延が１０ｎｓで、５０／５０の強度の分割比を得るには、出力計１３０及び１３１が同じ出力読み取り値を提供するように１／２波長板５１１−１を調整する。次いで、スライダ６４１を、距離Ｌ１＋距離Ｌ３＝３ｍとなるように動かす。式３より、複数のレーザパルス間のレーザパルス遅延時間は１０ｎｓとなる。
【００４８】
別の例として、多重パルスレーザ光線１０７の第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとの間のレーザパルス遅延が１５ｎｓで、８０／２０の強度の分割比を得るためには、出力計１３１が、出力計１３０によって提供される出力読み取り値の２０％の出力読み取り値を提供するように、１／２波長板５１１−１を調整する。次いで、スライダ６４１を、距離Ｌ１＋距離Ｌ３＝４．５ｍとなるように動かす。式３より、第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとの間のレーザパルス遅延時間は１５ｎｓとなる。
【００４９】
以上、太陽電池の製造用の多重レーザパルスを有するレーザシステムについて開示してきた。以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであって、限定的なものでないことが理解されるべきである。多くの更なる実施形態が、本開示を読む当業者には明らかとなろう。
【図１】
2015507365.tif 000008
【図２】
2015507365.tif 000009
【図３】
2015507365.tif 000010
【図４】
2015507365.tif 000011
【図５】
2015507365.tif 000012
【図６】
2015507365.tif 000013
【図７】
2015507365.tif 000014
【図８】
2015507365.tif 000015
【図９】
2015507365.tif 000016
【図１０】
2015507365.tif 000017
【図１１】
2015507365.tif 000018
【図１２】
2015507365.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月17日(2014.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造中の太陽電池から材料を除去する方法であって、
単一パルスレーザ光源から単一パルスレーザ光線を発射する段階と、
前記単一パルスレーザ光線を第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割する段階と、
前記第１のレーザ光線を第１の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第２のレーザ光線を、前記第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付ける段階と、
前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを、あるレーザパルス遅延時間隔たりのある第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを含む多重パルスレーザ光線に再合成する段階と、
前記多重パルスレーザ光線を太陽電池の材料に当てることによって前記材料の複数の部分を除去する段階と、
を含む、方法。
【請求項２】
第１の波長板を通して前記単一パルスレーザ光線を方向付ける段階と、
前記第１の波長板を通して前記単一パルスレーザ光線を方向付けた後、前記単一パルスレーザ光線を、第１のビームスプリッタを使用して前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とに分割する段階と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のレーザ光線を、前記第１のビームスプリッタから前記第２の光路上の第１の回転ミラーへと反射する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のレーザ光線を、前記第１の回転ミラーから、前記第２の光路上の第２の回転ミラーに反射する段階と、
前記第２のレーザ光線を、前記第２の回転ミラーから、第２の波長板を通して、第２のビームスプリッタへと方向付ける段階と、
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の波長板を回転させて前記第２のレーザ光線の強度を調整する段階を更に含む、請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の光路の距離に対する前記第２の光路の距離を調整することによって前記第１のレーザパルスと前記第２のレーザパルスとの間の前記レーザパルス遅延時間を調整する段階を更に含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
製造中の太陽電池から材料を除去するためのレーザシステムであって、
単一パルスレーザ光線を発生させる単一パルスレーザ光源と、
前記単一パルスレーザ光線を多重パルスレーザ光線に変換する、前記単一パルスレーザ光源のハウジングの外部の多重パルス発生器と、
前記多重パルスレーザ光線を太陽電池基板全体にわたって走査するレーザスキャナと、
前記太陽電池基板を支持するステージと、
を有する、レーザシステム。
【請求項８】
前記多重パルス発生器は、
前記単一パルスレーザ光線と同一線上の第１の１／２波長板と、
前記第１の１／２波長板からの前記単一パルスレーザ光線を受光する第１の偏光ビームスプリッタと、を更に備え、前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記単一パルスレーザ光線を、第１の光路上に方向付けられる第１のレーザ光線と第２の光路上に方向付けられる第２のレーザ光線とに分割する、
請求項７に記載のレーザシステム。
【請求項９】
前記多重パルス発生器は、
前記第１のレーザ光線と前記第２のレーザ光線とを前記多重パルスレーザ光線に再合成する第２の偏光ビームスプリッタを更に備える、請求項８に記載のレーザシステム。
【請求項１０】
前記多重パルス発生器は、
前記第１の偏光ビームスプリッタからの前記第１のレーザ光線を受光する第２の１／２波長板であって、前記第１のレーザ光線と同一線上でかつ前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間に位置する第２の１／２波長板を更に備える、請求項９に記載のレーザシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
以上、太陽電池の製造用の多重レーザパルスを有するレーザシステムについて開示してきた。以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであって、限定的なものでないことが理解されるべきである。多くの更なる実施形態が、本開示を読む当業者には明らかとなろう。
（項目１）
製造中の太陽電池から材料を除去する方法であって、
単一パルスレーザ光源から単一パルスレーザ光線を発射する段階と、
上記単一パルスレーザ光線を第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割する段階と、
上記第１のレーザ光線を第１の光路に沿って方向付ける段階と、
上記第２のレーザ光線を、上記第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付ける段階と、
上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とを、あるレーザパルス遅延時間隔たりのある第１のレーザパルスと第２のレーザパルスとを含む多重パルスレーザ光線に再合成する段階と、
上記多重パルスレーザ光線を太陽電池の材料に当てることによって上記材料の複数の部分を除去する段階と、
を含む、方法。
（項目２）
第１の波長板を通して上記単一パルスレーザ光線を方向づける段階と、
上記第１の波長板を通して上記単一パルスレーザ光線を方向付けた後、上記単一パルスレーザ光線を、第１のビームスプリッタを使用して上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とに分割する段階と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
（項目３）
上記第２のレーザ光線を、上記第１のビームスプリッタから上記第２の光路上の第１の回転ミラーへと反射する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
（項目４）
上記第２のレーザ光線を、上記第１の回転ミラーから、上記第２の光路上の第２の回転ミラーに反射する段階と、
上記第２のレーザ光線を、上記第２の回転ミラーから、第２の波長板を通して、第２のビームスプリッタへと方向付ける段階と、
を更に含む、請求項３に記載の方法。
（項目５）
上記第１のレーザ光線を、上記第１のビームスプリッタを通し、第２の波長板を通し、上記第２のビームスプリッタへと透過させる段階を、更に含む、請求項４に記載の方法。
（項目６）
上記第２のビームスプリッタは、上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とを上記多重パルスレーザ光線に再合成する、請求項５に記載の方法。
（項目７）
上記第１の波長板を回転させて上記第２のレーザ光線の強度を調整する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
（項目８）
上記第１の光路の距離に対する上記第２の光路の距離を調整することによって上記第１のレーザパルスと上記第２のレーザパルスとの間の上記レーザパルス遅延時間を調整する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
（項目９）
製造中の太陽電池から材料を除去するためのレーザシステムであって、
単一パルスレーザ光線を発生させる単一パルスレーザ光源と、
上記単一パルスレーザ光線を多重パルスレーザ光線に変換する、上記単一パルスレーザ光源のハウジングの外部の多重パルス発生器と、
上記多重パルスレーザ光線を太陽電池基板全体にわたって走査するレーザスキャナと、
上記太陽電池基板を支持するステージと、
を有する、レーザシステム。
（項目１０）
上記多重パルス発生器は、
上記単一パルスレーザ光線と同一線上の第１の１／２波長板と、
上記第１の１／２波長板からの上記単一パルスレーザ光線を受光する第１の偏光ビームスプリッタと、を更に備え、上記第１の偏光ビームスプリッタは、上記単一パルスレーザ光線を、第１の光路上に方向付けられる第１のレーザ光線と第２の光路上に方向付けられる第２のレーザ光線とに分割する、
請求項９に記載のレーザシステム。
（項目１１）
上記多重パルス発生器は、上記第２の光路の距離を調整する搬送アセンブリを更に備える、請求項１０に記載のレーザシステム。
（項目１２）
上記多重パルス発生器は、
上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とを上記多重パルスレーザ光線に再合成する第２の偏光ビームスプリッタを更に備える、請求項１０に記載のレーザシステム。
（項目１３）
上記多重パルス発生器は、
上記第１の偏光ビームスプリッタからの上記第１のレーザ光線を受光する第２の１／２波長板であって、上記第１のレーザ光線と同一線上でかつ上記第１の偏光ビームスプリッタと上記第２の偏光ビームスプリッタとの間に位置する第２の１／２波長板を更に備える、請求項１２に記載のレーザシステム。
（項目１４）
上記多重パルス発生器は、
上記第２のレーザ光線を受光し、上記第２のレーザ光線及び上記第２の偏光ビームスプリッタと同一線上に位置する第３の１／２波長板を更に備える、請求項１３に記載のレーザシステム。
（項目１５）
上記第２のレーザ光線を第２の回転ミラーへと反射する第１の回転ミラーと、
上記第２の回転ミラーと、
を更に備える、請求項１４に記載のレーザシステム。
（項目１６）
上記第１の回転ミラー及び上記第２の回転ミラーがレール上に可動支持された、請求項１５に記載のレーザシステム。
（項目１７）
製造中の太陽電池から材料を除去する方法であって、
単一パルスレーザ光源から、あるパルス繰り返し率で発射される単一レーザパルスを含む単一パルスレーザ光線を発射する段階と、
上記単一パルスレーザ光線を、複数のレーザパルスのバーストのそれぞれが複数のレーザパルスを含む、複数のレーザパルスの複数のバーストを、あるバースト繰り返し率で含む多重パルスレーザ光線に変換する段階と、
上記多重パルスレーザ光線を太陽電池上に走査する段階と、
上記多重パルスレーザ光線を上記太陽電池上の材料上に当て、上記材料の複数の部分を除去する段階と、
を含む方法。
（項目１８）
上記単一パルスレーザ光線を上記多重パルスレーザ光線に変換する段階は、
上記単一パルスレーザ光線を第１のレーザ光線と第２のレーザ光線とに分割する段階と、
上記第１のレーザ光線を第１の光路に沿って方向付ける段階と、
上記第２のレーザ光線を、上記第１の光路よりも長い第２の光路に沿って方向付ける段階と、
上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とを上記多重パルスレーザ光線に再合成する段階と、
を含む、請求項１７に記載の方法。
（項目１９）
第１のビームスプリッタは、上記単一パルスレーザ光線を上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とに分割する、請求項１８に記載の方法。
（項目２０）
第２のビームスプリッタは、上記第１のレーザ光線と上記第２のレーザ光線とを上記多重パルスレーザ光線に再合成する、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2015507365.tif 000020