(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００ｎｓ未満のパルス継続時間及び０．１Ｊ／ｃｍ２から１０Ｊ／ｃｍ２のパルスエネルギー密度を有する、光パルスからなる処理光線の発生のためのレーザー共振器と、
モード結合のための光導波路（４０；５０）及び加工物の処理すべき表面上への光導波路の出口の結像のための光学的結像部材（３４；５４）を含み、出力分布が、処理すべき表面の平面において、１ｍｍ２から１ｃｍ２の面積範囲で均一であるように構成されている、処理光線中に配置された光学系と、
相対運動の際に処理すべき表面上に当てられるエネルギー量が単位面積当たりに一定であるように、処理光線に対して相対的に加工物を調節するための、制御ユニットによって制御可能な調整装置（３３）と
を有する、加工物の支持体の前面電極および吸収層からなるか、あるいは前面電極、吸収層、および裏面電極からなる薄膜ソーラーセルの薄膜層の剥離のための装置。
【請求項２】
薄層ソーラーセルのエッジ層の剥離のための、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
レーザー共振器が、励起出力の変調によって光パルスを発生させる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
レーザー共振器が、Ｑ値変調によって光パルスを発生させる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
レーザー共振器によって発生させた光パルスが、２５ｎｓのパルス継続時間を有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
調整装置（３３）の相対的送り速度が、１ｃｍ／ｓであり、レーザー共振器が、５０Ｈｚのパルス繰返数を有する光パルスを発生させる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
調整装置（３３）の相対的送り速度及び処理光線中のパルス列を、加工物の処理すべき表面の単位面積当たりに、１つ又は若干の光パルスが当てられるように互いに調整してある、請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
レーザー共振器によって発生させられた処理光線が、加工物の剥離すべき層によって主として吸収され、加工物の担体材料によっては主として吸収されない波長を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
レーザー共振器が１．０６４μｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧタイプのものである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
光学的結像部材（３４；５４）が、その光軸（４６）の角度の変動のために、加工物の処理すべき表面の平面に対して相対的に調節可能である、請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
処理光線の作用領域付近で吸引装置（３６、３８）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
処理光線の作用領域付近に、保護ガスの供給のためのノズル装置（３７）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
加工物の支持体の前面電極および吸収層からなるか、あるいは前面電極、吸収層、および裏面電極からなる薄膜ソーラーセルの薄膜層の剥離のための
方法において、以下の工程：
１００ｎｓ未満のパルス持続時間及び０．１Ｊ／ｃｍ２〜１０Ｊ／ｃｍ２のパルスエネルギー密度を有する光パルスからなる処理光線の発生、
モード結合のための光導波路による処理光線の誘導及び、処理すべき表面の平面において、１ｍｍ２〜１ｃｍ２の面積領域における出力分布が均一であるようにする加工物の処理すべき表面上への該光導波路の出口の結像及び
相対運動の際に処理すべき表面上に当てられるエネルギー量が、単位面積当たり一定であるようにする処理光線に対して相対的な加工物の調整
を含む、加工物の支持体の前面電極および吸収層からなるか、あるいは前面電極、吸収層、および裏面電極からなる薄膜ソーラーセルの薄膜層の剥離のための方法。
【請求項１４】
薄層ソーラーセルのエッジ層の剥離のための、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理光線の光パルスを、レーザー共振器の励起出力の変調によって発生させる、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
処理光線の光パルスを、Ｑ値変調によって発生させる、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１７】
処理光線の光パルスが、２５ｎｓのパルス継続時間を有する、請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
加工物と処理光線との間の相対速度が１ｃｍ／ｓであり、光パルスのパルス繰返数が５０Ｈｚである、請求項１３から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
加工物と処理光線との間の相対速度及び処理光線中のパルス列を、加工物の処理すべき表面の単位面積当たりに１つ又は若干の光パルスが当たるように互いに調整する、請求項１３から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
処理光線の波長が、加工物の剥離すべき層によって主として吸収され、加工物の担体材料によっては主として吸収されないようにする、請求項１３から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
処理光線の発生のために、１．０６４μｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧタイプのレーザー共振器を使用する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
処理光線の角度が、加工物の処理すべき表面の平面に対して相対的に調整可能である、請求項１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
ラミネート層（２）で封止するために支持体上に薄層が被覆されているソーラーセルの形成のための、請求項１３から２２までのいずれか１項に記載の方法により処理され、少なくとも１つの薄層（３）で被覆された支持体（４）の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、担体材料上の薄層の剥離のための装置及び方法に関するっものである。例えばこの場合、被覆されたセラミック又はガラスから層を除去することであってもよい。殊に、本発明は、薄層ソーラーセルのエッジ層の剥離に関するものである。その上更に、本発明は、薄層で被覆された支持体からなる薄層ソーラーモジュールの封止のための方法に関するものである。
【０００２】
従来の結晶シリコンからなるソーラーモジュールは、ウェーハ製造と、引き続く電気的配線を基礎としている。これらからは、約１Ｗのシリコンウェーハの相対的に小さな出力単位が生じるので、通常、５０〜１００Ｗのモジュールを接続しなければならない。
【０００３】
従来のこれらのソーラーモジュールに対する選択肢としては、マイクロメートル領域の層厚を基礎とする薄膜ソーラーセルが知られるようになっている。薄膜ソーラーセルの本質的な素子は、図２中に示されており、吸収層とウィンドウ層との間のｐ／ｎ接合からなる。
【０００４】
シリコンウェーハの従来の配線とは異なり、薄膜セルは、集積して接続することができる：平面全体での個々の被覆工程に関しては、ａ）裏面電極、ｂ）中間に存在するセル及びｃ）前面電極に縦走線で区分される。３つの断面は相対的に互いに横に移動させられる場合には、隣接したセルの前面電極と裏面電極との間の電気的結合が形成される。各断面には、機械的リッツ法又はレーザーを用いる方法を使用することができる。こうして、安価に、例えば約０．５×０．５ｍ２の拡がりを有する１２Ｖ用の標準ソーラーモジュールを製造することができる。
【０００５】
この種のソーラーモジュールの寿命は、薄層が天候の影響及び他の環境の影響から如何に良好に保護されているかによって決定的な影響を及ぼされる。３０年以上のできるだけ長い寿命を達成するためには、薄層は、太陽光線、水分及び空中の有害物質の極端な作用に持続的に持ちこたえなければならない。従って、耐水安定性及び耐電圧性に関する要求は、薄層ソーラーセルの十分な封止並びに薄層ソーラーセルの導電成分の十分な電気的絶縁が保証されている場合にのみ充足される。このためには、薄層ソーラーセルの導電成分がラミネートで封止されている。封止は、導電層を用いる支持体の被覆後に支持体のエッジ領域から再度層を除去し、その後、ラミネート層を、層全体の上に施与することによって達成される。これによって、エッジ領域において、ラミネート層と支持体との耐食性の粘着が達成される。従って、内部領域は、湿分による崩壊から確実に保護されている。
【０００６】
図１は、説明のために封止されたソーラーセルを通る断面の略図を示している。これによれば、支持体４の上には、パターン付与された層３が載置されており、この層は、エッジ領域５において除去され、ラミネート層２によって封止されている。他方で、ラミネート層２の上には、ウィンドウガラス１からなる層が載置されている。
【０００７】
薄層ソーラーセルのこの種の封止の際の問題は、エッジ領域における薄層の除去である。従来の層の除去法、例えば砂吹き処理又は研磨盤を用いる層の除去は、不可避的に、支持体エッジの損傷及び前記領域における微小亀裂の形成つながる。作動している薄層モジュール中の大きな温度差及びこれから生じる引張り応力に基づいて、破壊の危険が高まるので、エッジ領域における亀裂形成は、最終的に、ソーラーセルの損傷につながることがある。エッジ層の除去は、従って、通常数ミリメートルから数センチメートルの広いエッジ領域で特に入念に行わなければならない。
【０００８】
ソーラーセルの処理については、原則的に化学的な剥離法が公知であるが、これには、確かに、長い処理時間の欠点があり、高価な処理工程を招いてしまう。
【０００９】
従って、前記のエッジ領域の除去は、従来、機械的方法、例えば研磨又は砂吹き法を用いて材料損失の正確な計量が可能であるので、これらの方法で行われている。支持体エッジの既に望ましくない損傷及び微小亀裂の形成とともに、前記方法には、更に、減速の際に、通常では、除去された層の巻き上げによって、モジュールが望ましくないが汚れるので、超音波浴中での加工物の化学的清浄化が必要とされるという欠点がある。
【００１０】
更に、これによって形成される個々の縦走線を連続的に重ねて接続させるために、レーザー光による薄層ソーラーセルの集積された接続のための上記の工程を置くことは公知である。
【００１１】
例えば米国特許第４７３４５５０号明細書から、レーザーを用いる薄層の処理法が公知である。特別な用途としては、薄層技術を用いて生じさせた光電層の処理が挙げられる。この処理法は、できるだけ正確な刻み目を薄層中にもたらすことを目的としている。このため、処理光線は、瞬間的に正確に当てられた出力分布ができるだけ均一のままであるようにその都度の加工物の表面にもたらされる。これは、平らな集中した分布を有する長方形に焦点を合わせた光線によって達成されるが、この場合、光線の誘導は、付加的に、長方形に焦点を合わせた光線の部分的に重なる領域が、運動方向で、できるだけ均一な集中した分布が生じるよう制御されている。この方法を用いて、ソーラーセルの直列回路のための正確かつ一様に深い刻み目を製造することができるようになる。
【００１２】
ソーラーセルの直列回路にするための方法全体では、ソーラーモジュールの電気出力を損ねるのをできるだけ僅かにするために、できるだけ僅かなトレース幅を有していることを目標とする。米国特許第４７３４５５０号には、例えば５０μｍの範囲内のトレース幅が記載されている。
【００１３】
補足として、Ｓ．ナカノ他、「Ｌａｓｅｒ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｙｐｅ  ａ−Ｓｉ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｓｕｂｍｏｄｕｌｅｓ」、Ｊａｐ．Ｊ．ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第２５巻、第１２号、１９８６、第１９３６〜１９４３頁では、ソーラーモジュールを直列回路にするためにレーザー光を用いて処理する最適の出力密度が記載されている。適当な出力密度としては、ここでは、５０μｍのトレース幅で１・１０６Ｗ／ｃｍ２の範囲内の出力密度が上げられる。
【００１４】
前記のように直列回路のための層の除去法は、できるだけ僅かなトレース幅を目的としており、その使用のために、エッジ条痕は、数ミリメートルの範囲内で層を除去されなければならないので、この方法は、ソーラーモジュールのエッジ層の除去には不適当である。従って、エッジ層を除去するためには、前後に、同様に記載した欠点を伴う上記の機械的方法が用いられる。
【００１５】
米国特許第５１５１１３５号明細書は、ソーラーセルの表面の清浄化のための装置及び０．１Ｊ／ｃｍ２から１０Ｊ／ｃｍ２の範囲内のパルスエネルギー密度を有し、光パルスからなる処理光線を発生させるためのレーザー共振器と、レーザー共振器によって発生させられた処理光線を、清浄化すべき表面の上で、１ｍｍ２から数ｃｍ２の面積領域に亘って本質的に均一な出力分布で結像する光学系と、清浄化すべき表面と処理光線との間の所定の相対運動のための第１の調整装置と、第１の調整装置を、各単位面積に本質的に一定のエネルギー量が当たるように制御する制御ユニットとを有する別の装置を開示している。特開平１０−５２７８０号公報は、光パルスからなる処理光線の発生のためのレーザー共振器と、制御ディスク及び打ち抜き網隔壁とからなり、レーザー共振器によって発生させた処理光線を処理すべき表面上で１ｍｍ２から１ｃｍ２の面積範囲に亘り本質的に均一な出力分布で結像する光学系と、材料と処理光線との間の所定の相対運動のための第１の調整装置と、材料の各単位面積に、本質的に一定のエネルギー量を当てるよう第１の調整装置を制御する制御ユニットとを有する、薄層ソーラーセル上の薄層の剥離のための装置を開示している。
【００１６】
本発明には、剥離すべき層の下に存在する支持体を損傷させずに、条痕から数ミリメートルの幅の安価な剥離可能にする、ソーラーセルの薄層の剥離のための装置及び方法を提供するという課題が課されている。
【００１７】
更に、本発明による装置は、有利に、請求項２３に記載の薄層ソーラーモジュールの封止のための方法に使用することができる。
【００１８】
本発明は、従来公知の用途とは異なり、レーザー剥離法を、驚異的なことにミリメートルの領域での剥離幅にも使用できるという知識に基づいている。ソーラーモジュールの直列回路にするための方法とは異なり、レーザー光の処理面積は、適当な光学系により、約１ｍｍ２から１ｃｍ２の領域で（勿論、若干の大きくともよいが）拡大されている。驚異的なことに、この場合には、処理光線のこの種の大きな拡大の際であっても、１００ｎｓ未満のパルス持続時間及び０．１Ｊ／ｃｍ２〜１０Ｊ／ｃｍ２の範囲内のパルスエネルギー密度を有する処理光線の光パルスが生じる場合には、担体材料上の薄層の確実な層の除去が可能であると判明した。おそらく、これまでは、処理光線のこの種の拡大の際に、放出されたエネルギーは、もはや十分に吸収できないと想定されていた。つまり、剥離プロセスは、使用したトレース幅であっても、直列回路にとっては完全に明らかにされてはいない。おそらく、光パルスは、薄層の最上の数ミクロメートルでプラズマを生じ、その拡がりが、衝撃波を引き寄せている。従って、加熱された材料は、内圧が高く、プラズマ粒子は、照射された領域から外に跳ね飛ばされるのである。この場合、より大きな程度での処理光線の拡大の際には、残りのエッジパラメータが、適当な領域で選択されている場合に、同様の良好な効果がなおも達成できるとは期待できなかった。その上更に、本質的に均一な出力分布を有する処理光線が、写し取られることが決定的である。通常、処理光線の場合、ガウスによる出力分布を想定することができるが、但し、本発明は、光学系が、広い領域で、処理面積上に均一な出力分布が生じるように形成されていなければならないことを教示している。その他の点では、処理光線の本発明による拡大の際に、満足のいく剥離結果を達成することができなかった。
【００１９】
本発明による剥離結果を達成するために、本発明の他の認識は、専ら、加工物の剥離すべき各単位面積に、本質的に一定のエネルギー量が当たるように、処理光線を加工物に対して移動させることにある。
【００２０】
本発明による装置を用いると、殊に、薄層で被覆された支持体からなる薄層ソーラーモジュールを経済的に封止することが可能である。この場合、この支持体は、まず、全面的に、薄層で数μｍの範囲内で被覆されている。本発明による装置を用いると、更に、第１工程で、支持体から、エッジ領域中で効果的に層を除去できる。この場合、第１の調整装置は、担体材料上の処理光線が、往復運動において、軽く覆われた平行な層条痕を除去するよう制御できる。つまり、通常では、処理光線の横断面幅は、実際に剥離すべき領域の幅よりも小さくなっていくので、第１の調整装置のこの種の制御によって、効果的に、数センチメートルの幅を有するエッジ層も剥離することができるのである。処理光線の往復運動とともに、軽く覆われた平行な層条痕を剥離させる準回転運動も考えられる。長方形又は正方形の薄層ソーラーモジュールの場合、例えば処理光線が円運動して、それぞれ層条痕を処理光線の横断面幅の領域で剥離することも考えられる。こうして、より大きな領域の層の除去が可能であり、第１の調整装置が、急な速度変化を実施せずに済む。
【００２１】
支持体が、薄層ソーラーセルの場合に、処理光線に関して光透過性の材料からなる限り、層の側からだけでなく、特に有利に支持体の側からも層の除去が可能であることが明らかになった。時として、支持体は、こうして更に入念に層の除去ができるが、しかし、このために、場合によっては適当な切り込みを有する特殊な工作台を用いて、全ての所望の領域から層を除去できるようにする。
【００２２】
薄層ソーラーモジュールの場合、他の用途としては、専ら、パターン付与された層の平行な層の除去であることが判明した。パターン付与された層は、通常、前面電極、吸収層及び裏面電極からなるが、この場合、裏面電極は、特定の領域における接触のために露出させておかなければならない。裏面電極の露出後に、該裏面電極は、金属リボンによって接触させることができる。この場合、支持体は、完全に層を除去されている必要はないので、ここでは、支持体面の処理の可能性がなく、層側から常に層が除去されねばならない。
【００２３】
この場合、１つの特別な実施態様によれば、第２の調整装置が、処理光線の光軸と垂線との間一定の処理角度の調整のために剥離すべき各単位面積に設けられていることが予定されている。費用のかかる一連の試験において、処理角度の調整は、薄層ソーラーモジュールの場合に、２つの効果を有することがあると判明した：１つには、処理角度の調整によって剥離速度もしくは剥離の有効性を最適化を達成できる。その上更に、支持体が、複数の層で被覆されている限り、処理角度の調整によって、剥離すべき層のある程度の選択性を達成できる。殊に、図２に記載の薄層構造の場合、これまでなお完全には明らかになっていない方法で、前面電極の層及び吸収層を剥離することができ、他方で、裏面電極を傷つけずにいる処理角度を見出すことができた。
【００２４】
一連の試験から算出された処理角度を再現可能に調整できるようにするために、１つの有利な実施態様により、第２の調整装置が、制御ユニットによって同様に制御可能できるよう設計されている。制御ユニットが記憶ユニット及び入力ユニットを有するが、この場合、記憶ユニット中には、層除去プロセスの各タイプのための最適な処理角度が記憶されており、入力ユニットへの層除去プロセスの１つのタイプの入力の際に、最適な処理角度のための相応する制御信号が、制御ユニットから第２の調整装置に転送される。
【００２５】
薄層ソーラーセルの裏面電極の露出の際に、有利に０゜よりも大きな角度、殊に５゜〜１０゜が選択されなければならないことが判明した。おそらく、入射垂線に対する光軸の斜位は、剥離すべき層の下に存在する層がレーザー光の吸収の傾向が少ないので、これらの層は、完全には損傷されずに残っている。
【００２６】
すべての層の完全な剥離のためには、殊に処理光線の適当な分極の場合に、正接が、剥離すべき層の指数にに匹敵するいわゆるブルースター角を選択できることが判明した。
【００２７】
１つの有利な実施態様によれば、光パルスが励起出力の変調によって生じさせられることが予定される。レーザーの場合の活性媒体の励起出力の変調によって、１００ｎｓ足らずのパルス持続時間を有する本発明による処理パラメーターを更に準備することができる。より短い光パルス及びより高い出力は、勿論、Ｑ値変調の方法を用いて達成することができる。こうして、十分な出力を有する１０ｎｓの光パルスを、準備することができる。若干の用途のためには、２５ｎｓの範囲内のパルス持続時間も、特に有利であると判明した。更に短いパルス時間の実現のためには、いわゆるモード結合の方法を用いることができる。光ケーブル中でのモード結合によって、自体公知のガウスによる出力特性が菱形もしくは立体的に見て円錐台形の出力特性に変換される。
【００２８】
もう１つの有利な実施態様によれば、相対運動の送り速度及び光パルスのパルス繰返数が調整され、剥離すべき層が除去されると直ちに、単位面積にもはや処理光線が当てられないことが予定されている。例えば第１の調整装置は、相対運動の際に、１ｃｍ／ｓの範囲内の処理速度となり、その際、レーザー共振器のパルス繰返数は、５０Ｈｚの範囲内であるよう制御することができる。
【００２９】
単位面積が、本質的に光パルスのみ又は若干少ない光パルスのみが当てられることが特に有利であると判明した。１単位面積の剥離すべき材料は、従って、本質的に光パルスで「破壊」され、従って、その下に存在する支持体は、できるだけ少なく損傷される。
【００３０】
レーザー共振器の波長は、光パルスが剥離すべき層によって主として吸収され、担体材料によって吸収されないように、剥離すべき層に対して調整されなければならない。薄層ソーラーセルの層除去の際には、例えば１０６４μｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧタイプのレーザー共振器が有利であることが判明した。
【００３１】
もう１つの有利な実施態様によれば、生じたダスト及び蒸気の吸引のための吸引装置が設けられている。こうして、一方では、生じた蒸気及びダストからの操作者の保護が保証され、他方では、これによって、露出すべき層の表面品質を損なうことのある、加工物上での沈殿も回避できる。
【００３２】
１つの有利な実施態様によれば、第１の調整装置は、処理光線を光学系と一緒に加工物の上へ誘導する機械的誘導からなる。この場合、加工物は固定されたままであり、他方で、光学装置が敏捷に誘導される。このために、処理光線は、有利に光ケーブルを介して誘導される。また、第１の調整装置が調節可能な転向ミラーからなり、該転向ミラーを介して、処理光線を加工物の上に誘導することも考えられる。転向ミラーとしては、例えば互いに垂直に存在する回転軸を有する２つの転向ミラーを使用することもできるので、処理光線を簡単により大きな平面上に移動させることもできる。その上更に、光学系を固定しておき、他方で、加工物を、例えばｘｙ−テーブル上で固定した処理光線の向かいに誘導されている。最終的に、処理光線並びに加工物を敏捷に誘導する上記の原理の組合せも考えられる。
【００３３】
薄層ソーラーセルの層の除去のための使用とともに、本発明による装置は、勿論、薄層で被覆されている全てのガラス又はセラミックの層の除去に使用することもできる。従って、他の使用は、
−  ウィンドウガラス用の今日の絶縁ガラス、いわゆる「Ｋ−ガラス」は、熱線に対するウィンドウガラスの透過性を少なくするために、付加的に蒸着した層を有している。代表的な絶縁ガラスは、枠で二重ガラス板に貼り付ける少なくとも２つの別個のガラスからなるので、この場合にもエッジ層除去が必要とされる。
【００３４】
−  ディスプレイ技術全体では、同様に多岐にわたる層除去プロセスが発生する。
【００３５】
−  最終的には、被覆したガラスを更に処理しなければならない他の用途も該当する。１つの可能な例は、電場を当てるとその光透過性が変化するいわゆる「開閉可能な窓」である。
【００３６】
以下に、本発明を種々の実施例に基づき、添付の図面に関して詳細に説明する。
【００３７】
図１は、封止された薄層ソーラーセルを通る横断面を示している。このソーラーセルは、主として、支持体４、該支持体の上に載置されかつパターン付与された層３、ラミネート層２及び該ラミネート層の上に載置された層ウィンドウガラスからなる。電流の流れる層３は、０．１〜５μｍの厚さを有し、支持体４は、有利にフロートガラスからなる。電流の流れる層３への電流回路及び層自体の湿分による崩壊を回避するために、支持体４のエッジ領域５は、電流の流れる層を含んでいてはならない。従って、エッジ領域５は、本発明により層が除去されている。
【００３８】
図２は、一連の層及び裏面電極の接触を有する封止された薄層ソーラーセルを通る横断面図を示している。支持体−薄層ソーラーセルの場合、層の順序は、裏面電極２４、吸収層２３及び前面電極２２に分類される。これらの層は、支持体２５の上に載置されており、前面電極２２の側で、ラミネート２１によって保護されている。該ラミネート２１は、層２０によってウィンドウガラスから隔てられている。
【００３９】
図２中には、２つの領域Ａ及びＢが表示されている、これらは、薄層ソーラーセルの場合の可能な層除去プロセスの種々の結果を示している。
【００４０】
領域Ａでは、支持体の完全な層除去を実施したが、この場合、支持体自体は、損傷のない表面を残している。領域Ｂでは、前面電極及び吸収層の選択的な層除去を実施したので、裏面電極は残っている。裏面電極の接触のために、裏面電極自体を本質的に損傷させずに、該裏面電極の上に存在する層を選択的に除去しなければならない。露出した領域を、次に、金属リボン２６と接触させる。
【００４１】
接触すべき領域の上の層の除去の際に、いずれにせよ、前面電極２２の層の側から光の入射を行わなければならない。
【００４２】
層除去プロセスの品質の評価のために、露出した裏面電極領域の上に、目下使用されている標準接触プロセスで金属リボンを載置した。リボンの良好な付着は、レーザー装置を用いる本発明による層除去が、裏面電極の接触すべき領域の露出にも適していることを示している。従って、機械的層除去を、裏面電極露出の際にも使用することができる。
【００４３】
図３は、ソーラーセルの層除去のための装置の第１の実施態様を示している。層除去は、Ｎｄ：ＹＡＧタイプのパルスレーザーを用いて行う。有利に、Ｑ値変調の方法を用いるレーザー共振器を２５ｎｓの範囲内のパルス持続時間で作動させる。処理光線を、光ケーブル４０を用いて、フォーカスレンズ３４を有する結像光学系に案内する。この場合、光ケーブル４０の出口３５は、フォーカスレンズ３４を介して、処理領域４１中の加工物の上に結像させる。
【００４４】
加工物上のパルスエネルギー密度は、この構造の場合には、レーザーのパルスエネルギー、光学的損失並びに使用した光学系の結像基準から明らかである。必要なパルスエネルギー密度並びに前記のパルス周波数の場合の層除去すべき加工物に対するレーザー光線の速度は、除去すべき層パケットに左右される。例えば、１Ｊ／ｃｍ２の程度のパルスエネルギー密度を有する薄層ソーラーモジュールの試験した層パケットは、１ｃｍ／ｓの程度の速度及び５０Ｈｚのパルス周波数で除去できた。
【００４５】
図２に記載の裏面電極の層除去の場合、必要なパルスエネルギー密度並びに層除去すべき加工物に対するレーザー光線の速度は、前記のパルス周波数の場合に、同様に層パケットに左右される。薄層ソーラーモジュールの裏面電極の成果に富む層除去は、例えば３ｃｍ／ｓの程度の速度及び５０Ｈｚのパルス周波数で１Ｊ／ｃｍ２の程度のパルスエネルギー密度を用いて達成された。
【００４６】
図３に記載してあるように、加工物３１は、この場合、例えば真空締め付け台（Ｖａｋｕｕｍｓｐａｎｎｔｉｓｃｈ）のことであってもよい相応する工具担体３２によって保持されている。この工具担体３２は、他方で、ＣＮＣ制御されたｘｙ−テーブル３３の上に取り付けられている。工具担体３２及び加工物３１を有するこのテーブル３３は、一定の速度で処理することができるので、処理領域４１は、ソーラーセル３１の層の除去のために、定義された区間に沿って移動させることができる。生じた蒸気及びダストは、吸引装置３６、３８によって吸引される。特別な用途の場合には、露出させるべき表面を、酸化又は大気との化学的プロセスから保護するために、ノズル３７、３９が設けられている。この場合、就中、窒素が、適当な保護ガスであることが判明した。ノズル３７、３９は、処理領域中で、保護ガスが加工物の表面上へ均一に流れるよう調節されている。
【００４７】
最適な処理結果は、結像光学系の光軸が、入射垂線４３に対して、各用途のために定めるべき最適処理角度に調節される場合に明らかである。薄層ソーラーセルの裏面電極の露出の場合には、例えば５゜〜１０゜の範囲内の傾斜角度が特に有用であると判明した。
【００４８】
図４は、ソーラーセルの層の除去のための第２の実施態様を示している。ソーラーセル３１の固定のための構造は、第１の実施例とは異なり、保持され、同じ符号が付されている。第１の実施態様に対する図４に記載の第２の実施態様の本質的な相違点は、図４に記載の層の除去が、下方の支持体層の領域で行われていることにある。
【００４９】
この用途は、ソーラーセルの全ての層除去プロセスの場合に該当するが、その際、光透過性の支持体が存在し、該支持体は、特定の領域で完全に露出させられていなければならない。層側の入射の際に微細なひびが層除去領域中に発生したのに対して、ガラス支持体は、光の入射の際に、支持体側から層を除去することができたが、支持体の損傷は、光学顕微鏡で確認できなかった。
【００５０】
光学的構造は、その他の点では、第１の実施態様に記載された光学的構造と等しいので、相応して同様に、処理光線を、光導波路５０を用いて、フォーカスレンズ５４を有する結像光学系に接近させる。該フォーカスレンズは、他方で、処理領域５１における加工物３１の上への光導波路５０の出口領域５５を形成している。
【００５１】
第２の実施態様による層除去法の場合、例えば、光軸５６の処理角度が入射垂線に対して調節された場合に良好な結果が達成された。
【００５２】
レーザープロセスの際に生じたダスト及び蒸気は、第２の実施態様でも吸引される。例えば従来使用された層除去法の場合のような後精製は、支持体側の変法も、層側の変法も必要としていない。従って、新規のレーザー層除去法の２つの変法は、従来の機械的方法より有利である。
【００５３】
特に、図４による第２の実施態様の際には、確かに、支持体側からのソーラーセルの完全な処理のために、ｘｙ−テーブル３３及び工具担体３２における場合により相応する切り込みを備えていなければならないし、それによって、処理光線が、妨げられることなくソーラーセル３１の層除去すべき全ての領域に達することができることを顧慮すべきである。
【００５４】
従って、殊に、極めて微小な亀裂が支持体中に生じることが疑われる生成物のためにも、支持体側の光の入射を用いる変法を使用すべきであった。支持体又は別の支持体タイプの微小亀裂に関するさして重要でない用途の場合、加工物保持に関連して、層側の光の入射を用いるより簡単な層除去が可能である。実施態様における方法を適当に組み合わせる場合にも特に有利である。従って、例えば第２の実施態様による支持体の破壊されやすいエッジ領域を、該エッジ領域が、この場合にも簡単に入手可能であり、従って、相応する切り込みが工具担体及び締め付け台において必要とされないので、支持体側から層除去することもできる。これとは異なり、特殊な用途のために層除去すべき真ん中の領域は、再度第１の実施態様により層側から層を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、封止された薄層ソーラーセルを通る横断面図である。
【図２】  図２は、一連の層と裏面電極の接触を有する封止された薄層ソーラーセルを通る横断面図である。
【図３】  図３は、ソーラーセルの層除去のための装置の第１の実施形を示す図である。
【図４】  図４は、ソーラーセルの層除去のための装置の第２の実施形を示す図である。
【符号の説明】
１  ウィンドウガラス、  ２  ラミネート層、  ３  パターン付与された層、  ４  支持体、  ５  エッジ領域、  ２０  層、  ２１  ラミネート、  ２２  前面電極、  ２３  吸収層、  ２４裏面電極、  ２５  支持体、  ２６  金属リボン、  ３１  加工物、  ３２  工具担体、  ３３  ｘｙ−テーブル、  ３４  フォーカスレンズ  、  ３５  出口、  ３６  吸引装置、  ３７  ノズル、  ３８  吸引装置、  ３９  ノズル、  ４０  光ケーブル、  ４１  処理領域、  ４３  入射垂線、  ５０  光導波路、  ５１  処理領域、  ５４  フォーカスレンズ、  ５５  出口領域、  ５６  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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