NO803635L - Fremgangsmaate og anordninger for fremstilling av solceller - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av fotoelektromotoriske solceller og en exeimeriaser-genererende anordning for frembringelse av en pulset utgang med høy pulsfrekvens og raed uniform utgangseffekt over stråleåpningen for bru bruk ved herding eller varmebehandling av fotoelektromotoriske solceller.

Ved fremstilling av fotoelektromotoriske solceller må det lages en halvlederovergang som vil reagere på innfallende sol-stråling ved å frembringe en strøm av elektroner og en raot-strØm av "hull". Grunnstoffet silisium reagerer på denne måten når det er passende dopet for å danne et pn-overgangs-sjikt. Typiske dopingsmaterialer omfatter bor, fosfor og arsen. Den elektriske oraformningseffektiviteten eller virk-ningsgraden for konvensjonelle fotoelektromotoriske solceller er fra omkring 10 til 16 %. Det vil si at 10 til 16 % av den innfallende solenergi blir omformet til elektrisk energi ved å bruke dopede silisiumskiver som solceller. Andre fotoføl-somme halvledermaterialer kan brukes som substrat istedenfor silisium, for eksempel galliumarsenid, germanium, galliumfos-fid-, indiumfosfid, kadmiumtellurid, aluminiumantimonid, kad-miumsulfid, kobberoksyd, og andre.

Hovedproblemet som oppstår ved fremstilling av fotoelektromotoriske solceller i henhold til den nåværende teknologi, er at for å innføre eller implantere dopingsmaterialet, blir den underliggende krystallinske silisiumetrukturen skadet under innføringsprosessen. Det vil si at innføringsprosessen fjerner atomer fra et ordnet krystallinsk gitterverk ved inn-fØringsstedat og skaper delvise og feilorienterte gitterverk-områder. Denne skaden blir i henhold til teknikkens stand reparert ved forlenget opphetning av de dopede silisiumskivene i flere timer etter innføring av dopingsmaterialet ved tempera-turer på vanligvis over 200°C. Med den nåværende teknologi er bare monokrystallinsk silisium brukbart for fremstilling av fotoelektromotoriske solceller, siden ett enkelt krystallinsk gitternettverk er nødvendig for å oppnå en rettet strøm og dermed en strøm som kan leveres til eksterne kretser. Monokrystallinsk silisium er mye dyrere å fremstille enn polykrystallinsk eller amorf silisium»og mye vanskeligere å få tak i. De høye fremstillingsomkostningene har følgelig utelukket bruk av solceller som elektrisk energikilde, bortsett fra ved de mest eksotiske anvendelser. Til nå har bruken av fotoelektromotoriske solceller bare hatt kommersiell betydning ved lever-ing av energi til fartøyer og instrumenter som brukes utenfor jordens atmosfære, og i instrumenter som nødvendigvis må be-finne seg på fjerntliggende steder uten tilsyn.

Det er to vanlige typer dopingsteknikker som brukes ved fremstilling av fotoelektromotoriske solceller. Ved ione-implanteringsteknikken er dopingsmiddelet en energirik ione-stråle på noen kilovolt. Forurensningsionene av arsen, fosfor eller bor blir støtt inn i gitterstrukturen til silisiumskiven med denne høyenergistrålen. Dette skader- krystallgit-terstrukturen i den monokrystallinske silisiumskiven, hvilket gjør det nødvendig med etterfølgende varmebehandling eller herding. Ved den andre kommersielt betydelige dopingsteknikken blir dopingsmaterialet påført overflaten av en monokrystallinsk silisiumskive og diffunderer deretter termisk inn i skiven. Den termiske diffusjonsprosessen kompliserer fremstillingen av cellene og øker fremstillingsomkostningene til samme størrelse som herdeprosessen gjør.

Det er gjort forskjellige forsøk på å anvende laserstråler for herding av dopede silisiuraskiver etter innføringen av dopingsmaterialet. Denne herdingen er blitt forsøkt både for å gjenopprette en monokrystallinsk gitterstruktur, og også for å omdanne amorf eller polykrystallinsk silisium til en monokrystallinsk struktur etter ione-implantering av dopingsmateriale. Por eksempel US-patent nr. 4 151 008 beskriver en herdingsprosess med en pulset stråle fra en neodymium-YAG-laserstråle som bevirker herdingen eller varmebehandlingen.

En slik laser tilveiebringer en stråle som ikke direkte frembringer den ultrafiolette bølgelengden som så lett absorberes av silisium. Pulsfrekvensen som oppbås med en slik laser, er også forholdsvis lav (0-20 pulser per sekund), noe som begrenser laserens midlere utgangseffekt og dermed begrenser pro-duksjonskapasiteten for et slikt system, på grunn av den lave pulsfrekvensen og den infrarøde bølgelengden til YAG-laseren, krever herdeprosessen ved bruk av en slik laser en meget stor inngangseffekt levert over en lang tidsperiode. For å oppnå en ultrafiolett utmatning ble det anvendt en ultrafiolett lynlyslampe istedenfor laseren.Lysutgangen fra den ultrafiolette lynlyslampen er imidlertid ganske vanskelig å fokusere for å oppnå den nødvendige energitetthet for å bevirke halv-lederherding. I et system med slike ultrafiolette lynlyslam-per er både den energi per puls som oppnås i strålen, og strå-lens unifomitet dårlig. Selv om det kan være av interesse som et laboratorieverktøy, er et slikt system ikke egnet for bruk til kommersiell massefremstilling av solceller.

US-patent nr. 4 154 625Vedrører også bruk av en laser til herding av halvlederanordninger, og spesielt fremstilling av polykrystallinske solceller. Dette patentet antyder lasere i det optiske området, men en rubinlaser ble anvendt. Bølge-lengden til en rubinlaser er hovedsakelig i det røde synlige og det infrarøde området, og ikke det ultrafiolette hvor silisium absorberer energi godt. slike lasere som denne som utsender stråler i det infrarøde og synlige området, kan avgi høy toppeffekt, men deres stråleuniformitet har tidligere vært dårlig. Det energinivået som oppnås med rubinlaseren er ganske stort, men med den dårlige uniformiteten av strålen som oppnås, oppstår det store lokale temperaturvariasjoner i silisiumet. Silisiumet blir derfor smeltet og omdannes til en polykrystallinsk eller monokrystalinsk struktur ved noen innføringssteder, mens den tilførte energi er utilstrekkelig til å indusere epitaksial gjendyrking ved tilstøtende steder. US-patent nr. 4 147 563 anvender en lignende rubinlaser til å innføre uren-heter i silisium ved fremstilling av solceller istedenfor å herde silisiumet etter innføringen.

US-patent nr. 4 059 461 antyder bruken av en bølgekonti-nuerlig NdtYAG-laser med det formål å herde silisium ved fremstilling av fotoelektromotoriske solceller. Den antydede laseren arbeider imidlertid bare med en effekt på 6 eller 7 watt, selv om lasere med større effektutgang, slik som CO eller COjsom har en effektutgang på 100 watt, er diskutert. Slike lasere arbeider imidlertid primært i det infrarøde området, på grunn av silisiums lave absorbsjon i dette området, er det nød-vendig med en høyere midlere effekt for å oppnå herding. Denne store effekten tilveiebringer for stor opphetning av hele silisiumskiven, noe som kan ødelegge eller skade hele skiven.Laseravsøkning blir anvendt for polykrystallinsk halvlederma-teriale ved herding. De lasersystemene som anvendes i henhold til det nevnte patentet leverer imidlertid ikke tilstrekkelig effekt og oppnår ikke en akseptabel gjennomgangshastighet. En fullstendig oppvarmnings- og avkjølingssyklus for dopet silisium tok omkring 10 minutter. Ved kontinuerlig bølgeav-søkning må strålen, fokuseres til et meget lite punkt. Dette gjør det nødvendig med innviklet mekanisk apparatur for å

styre avsøkingsmønateret. Ved herding med en kontinuerlig bølge blir også epitaksial gjendyrking indusert i faststoff-fasen, ikke i den flytende fasen som ved pulsede herdeproses-ser. Følgelig er ikke reparasjonskvaliteten av de skadde git-terstedene så god ved herding med kontinuerlig bølge som ved pulset herding. Følgelig er det vanskelig å forstørre en slik innretning for kommersiell fremstilling av fotoelektromotoriske solceller.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveie-brakt et excimer gasslasersystem som overvinner de ulemper som finnes ved tidligere kjente lasere som brukes til herding av silisium éller andre brukbare halvledermaterialer for fremstilling av fotoelektromotoriske solceller. Laseren i henhold til den foreliggende oppfinnelse har en høy energiutgang per puls, typisk på fra 2 til 5 joule per puls.Laseren i henhold til oppfinnelsen arbeider dessuten med en høy pulsfrekvens. Frekvenser i området minst en kilohertz blir lett oppnådd.

Denne pulsfrekvensen sammen med den høye energiutmatningen per puls gir en høy midlere effektutgang under drift an anordningen.Laseren i henhold til oppfinnelsen produserer en midlere effekt på flere hundre watt, typisk fra 200 til 500 watt, under drift.

Den pulsede excimerlaseren i henhold til oppfinnelsen gir videre en høy grad av uniformitet av effektutgangen over stråleåpningen og en bølgelengde i det ultrafiolette området. Amplityden for avgitt effekt over stråleåpningen er uhyre jevn, og varierer ikke mer enn fra 2 til 5 %.

Alle de forannevnte trekk ved excimerlaseren i henhold til oppfinnelsen gjør anordningen spesielt egnet for laserherding av dopet silisium ved kommersiell fremstilling av fotoelektromotoriske solceller. Den ultrafiolette bølgelengden somffrem-bringes av laseren ifølge oppfinnelsen, blir lett absorbert av silisium og andre halvledermaterialer som brukes i solceller,

og den uniforme strålen forhindrer store diskontinuiteter i krystallgjendyrkningen fra å oppstå under herdeprosessen.

Laseren i henhold til oppfinnelsen er i stand til å sti- mulers epitaksial gjendyrkning i flytende fase i monokrystallinsk silisium for hurtig å reparere skader som inntreffer under im planteringsprosessen. Det er velkjent at monokrystallinsk silisium selv med skadet brystallgitter, kan gjendyrkes fritt for krystalldefekter ved passende herding. Den pulsede excimerlaseren i henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnår denne gjendyrkning med større uniformitet og langfe hurtigere enn lasere som tidligere er anvendt for herding av monokrystallinsk eller storkornet polykrystallinsk silisium ved fremstilling av fotoelektromotoriske solceller.

Laseren i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan dessuten anvendes til å omdanne polykrystallinsk eller amorf silisium til en monokrystallinsk struktur ved fremstillingen av fotoelektromotoriske solceller. Med den uniforme tilførsel av energi til en polykrystallinsk silisiumstruktur kan de små krystallene i strukturen gjendyrkes og omformes til en stor monokrystallinsk struktur. Selv amorf silisium kan videre herdes med 3en laseren i henhold til den foreliggende oppfinnelse for å frembringe en monokrystallinsk eller storkornet polykrystallinsk silisiumstruktur. For eksempel kan SiCl4dampavsettes på safir eller grafitt.Laserstrålen til excimerlaseren i henhold til oppfinnelsen omdanner, når den anvendes på denne strukturen, det tilstedeværende silisium til en enkelt, monokrystallinsk struktur dyrket fra safir- eller grafitt-under-laget .

En selvunderholdende volumutladning igangsatt av et homo-gent elektronskred er en hensiktsmessig metode for gasslaser-eksitasjon. Metoden medfører plutselig påtrykning av et sterkt elektrisk felt som ligger betydelig over sammenbrudds-terskelen, over lasergassen. Dette forårsaker at det opprinne-lige lave ioniseringsnivået i utladningsgapet vokser eksponen-sielt via elektronlavine-prosessen inntil plasmaimpedansen blir begrenset av utgangsimpedansen til den elektriske driykretsen. Drivkretsimpedansen må derfor velges slikat elektrisk eksita-sjon av lasergassblandingen kan foregå vad den Ønskede hastig-het under hoveddelen av strømpulsen. Denne eksitasjonsmetoden er med godt resultat blitt anvendt i mange transversalt eksiterte atmosfæretrykk-lasere (TEA-lasere) slik som C02*N2'HF og i de senere edelgasshalid- og metallhalid-excimerer slik som KrF, XeF, XeCl, ArF, HgCl, HgBr, Hgl osv. Disse laserne har vist seg som kraftige kilder for infrarød, synlig, og ultrafiolett koherent stråling på grunn av den høye tettheten ;(densiteten) og dermed den høye energihåndteringskapasiteten til hØytrykksgassen. ;Høytrykksgasselasere basert på den nettopp beskrevne pulsede eksitasjonsutladningsmetoden blir vanligvis kalt "hurtig-utladningslasere" : Denne benevnelsen blir brukt siden erfar-ingen viser at den høyspente elektriske pulsen som skaper elek-trofflmultipliseringen i lasergassen, må ha en maget hurtig sti-get id og også en forholdsvis kort varighet (i størrelsesorden 10~<®>sekunder) for å unngå dannelse av glødende lysbuer inne i utladningsvolumet. Effektiv laserpumping ved nærvær av sterk lysbuedannelse er selvsagt umulig på grunn av de utilstrekke-lige eksiteringshastighetene i områder med lav strømtetthet og den for raske termiske likevektshastigheten (som tenderer mot å ødelegge populasjonsinversjon) i områder med meget høy strøm-tetthet. I tillegg vanskeliggjør også de resulterende ikke-uniforme fordelingene av brytningsindeksen i det inhomogent eksiterte volumet dannelse av laserstråler med høy optisk kva-litet. Et annet problem i tilknytning til forekomsten av sterkt lysbuedannelse i utladningspumpede lasere, er den meget lave plasraamotstanden i de konsentrerte lysbuene. Den plutse-lige minskningen i plasmamotstanden med hurtig Økende lokale strømtettheter kan få den totale belastningsmotstanden over utladningsgapet til å falle sammen forbigående til verdier langt under verdien av drivkretsimpedansen. Når dette inntreffer vil enten utladningen opphøre av seg selv eller gå inn i en ustabil oscillerende lysbue-utladningstilstand, av-hengig av karakteristikkene til drivkretsen og av graden av impedans-mistilpasning. Slik for tidlig opphør eller av-brytelse av utladningen sammen med ineffektiv eksitering på grunn av ikke-uniform strømfordeling ved nærvær av sterk lysbuedannelse, er tilbøyelig til å begrense den totale energiut-gangen til laseren. Dette lysbueproblemet har vist seg særlig brysomt ved den generasjon av edelgasshalid- og metallhalid-lasere hvor effektiv dannelse av excimerene vanligvis krever en høy uniform frekvens av elektronstØteksitasjon. Selve nærværet av de elektrofile halogenmolekylene og de eksiterte metastabile edelgassatomene er tilbøyelig til å gjøre elektronmultiplika-sjonen og forsvinningshastighetene til meget følsomme funk- sjoner av den lokale elektriske feltstyrken og strømtettheten. Med unntak av noen av de aller siste, arbeider har følgelig det effektive utladningsvolum, pulsvarighet og maksimal laserener-giutmatning alle vært meget lave (typisk i størrelsesorden, henholdsvis 0,1 liter, IO nanosekunder og 0,1 joule per puls). ;De nevnte vanskeligheter ved høytrykksutladning har utvil-somt forbindelse med fravær av sterke elektroniske og ioniske diffusjonseffekter som besørger homogenisering og stabilisering av lavtrykks "glødeutladninger". For å omgå disse vanskelig-hetene er energirike elektronstråler med godt resultat blitt brukt både som en direkte pumpekilde og som en stabiliserende ioniserlngskilde for homogen eksitering av høytrykks gasslasere over utvidede volum. Ved mange praktiske anvendelser (for eksempel anvendelser som krever høye pulsfrekvenser) har imidlertid den selvunderholdende lavineutladningsmetoden den fordel at den er forholdsvis enkel sammenlignet med både den elektron-strålepumpede og den elektronstråleunderholdende utladningsme-toden.Enkelheten ved dan selvunderholderholdende lavineutladningsmetoden er hovedsakelig et resultat av de lavere spennings-behov og fraværet av skjøre folievinduer som trenges for utsen-delse av de energirike elektronstrålene ved høye strømtettheter. ;Den fysiske oppbygningen av den laserstrålegenererende anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er ganske forskjellig fra tidligere laserkonstruksjoner. Det skyldes hovedsakelig det enestående prinsipp ved hjelp av hvilket det oppnås homogenitet i gassplasmaet i det lasergenererende kammeret. I mange konvensjonelle lavineutladningslasere blir det benyttet en gnistgapbryter for syklisk å bringe katoden og anoden i et laserstrålegenererende kammer til en tilstrekkelig differensiell spenning til å tilføre effekt til en gass i dette. Effekt blir tilført ved hjelp av en elektrisk utladning inn i gassen mellom anoden og katoden for å heve energinivået til elektroner i elektronskall i gassen til en høyere tilstand. Hvis denne energien er tilstrekkelig til å oppnå en laserter-skel, vil noe av den elektriske energien bli omformet til el-ektromagnetisk energi i form av laserstråling. ;Som anført av Levatter og Lin, "Criteria for Maintaining;a Uniform Formative Phase During a High Pressure AvalancheDischarge", Gaseous Elektronics Conference, Buffalo, NY, 1979, ;er det flere kriterier som må oppfylles for å oppnå en uniform lavineutladning over et stort volum uten dannelse av lysbuer. Disse kriteriene er3(1) det elektriske feltet mellom utladningselektrodene må være uniformt, (2) utladningsvolumet må være forhåndskondisjonert ved å skape et rommessig uniformt nivå for elektrontetthet (forionisering) på mellom 10 4 til IO 8 em —3, idet den nøyaktige verdien avhenger av beskaffenheten til gassblandingen og gasstrykket; og (3) hastighetsforandringen av spenningen (DV/dt) som påtrykkes utladningselektrodene, må være minst 10<12>volt per sekund. ;Til nå har det bare vært to transversale elektriske (TE) utladningslasere som fullt ut har tilfredsstilt de ovennevnte kriterier. Dett første er den ultrafiolette forioniserte H20 Blumlein-laseren som er beskrevet i en artikkel av Levatter og Bradford, "Water Blumlein Driven Fast Electric Discharge KrF Laser", Applied PhysicsLtrs., Vol. 33, sidene 742-744, 1978, og den andre er den rØntgenstråle-forioniserte doble transmi-sjonslinje-laseren til Lin og Levatter "x-ray<p>reionization for Electric Discharge Lasers",AppliedPhysicsLetters, Vol. 34, sidene 505-508, 1979. ;Blumlein-laseren med vanndielektrisk transraisjonslinje-bryter blir operert ved hjelp av et selvutløst skinnegnistgap maken til det som er beskrevet av J.C. Martin i "Multichannel Gaps", Switching Note Nuraber 10, SSWA/JCM/703/27, Atomic Wea-pons Research Establishment, Aldermaston, England. Skinnegapet i denne laseren blir pulsladet til en spenning over dets naturlige overslags- eller sammenbruddslikespenning V. Hår overspenningen over gapet er tilstrekkelig stor, bryter gapet sammen i mange parallelle lysbuekanaler. Den pulsede spenningen kan overskride V^, kortvarig fordi det opprinnelig ikke er noen elektroner i gapet som kan starte lavinen eller skredet, og fordi det tar en endelig tid fØr den innledende gnistkana-len vokser til en lysbue. Selv om denne type bryter ikke oppviser den nødvendige dV/dt, er den statistiske beskaffenhet av sammenbruddsprosessen i et ikke forionisert gap slik at ampli tyden og dirringstidan for sammenbruddet er meget stor. Dette gjør dette spesielle vanndielektriske Blumlein-drevne lasersystemet uegnet for fremstilling av fotoelektromotoriske solceller. Den røntgenforioniserte elektriske utladningslaseren til Lin og Levatter bruker en lignende bryter, og har den samme begrensning. ;For å oppnå en homogen vo1umlavineutladning passende for lasereksitasjon, er det nødvendig å forionisere utladningsvolumet uniformt. I den vanndielektriske Blumleindrevne utladningslaseren ble ultrafiolett stråling fra mange gnister generert innenfor laserkaviteten, brukt til å frembringe den nød-vendige forionisering. I den røntgenforioniserte elektriske utladningslaseren ble røntgenstråler generert av en ekstern elektronstråle brukt for samme formål. I begge disse system-ene ble forioniseringskilden energisert av en separat pulsdannende krets og energilagringsanordning, noe som gjør hele systemet mindre effektivt og krever kritiske tidsforsinkelseskretser for å regulere tidsinnstillingen mellom forionisering og hovedutladningen. ;Gasslasersystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse er en transversal elektrisk utladningslaser med en puls-utløst, flerkanals lysbuebryter og med høy pulsfrekvens og uniformt volum. Dette lasersystemet skaper en homogen elektrisk 1avineutladning over et stort volum i nesten enhver gassblan-ding med et meget høyt forhold mellom elektrisk felt og gass-densitet.Lasersystemet i henhold til oppfinnelsen innbefat-ter en foldet væske-blumlein pulsdannende krets som den elektriske drivkretsen, sammen med en enestående hurtig ultrafiolett utladnings-forioniseringskilde med parallelle lysbuekana-ier som ikke krever noen ytterligere drivkretser eller energi-forsyning. ;Den laserpulsdannende kretsen blir koblet av og på av et stavgap av enestående konstruksjon som muliggjør meget store spennings- og strømvariasjonshastigheter. strømforandrings-hastigheten er større enn 10 ampere per sekund og spennings-forandringshastigheten er større enn 10 13 volt per sekund. ;Den pulsutløste innretningen tillater bryteren å operere med flere hundre lysbuekanaler per meter gapbredde, men er like-vel ikke utsatt for utløsererosjon eller transient elektrisk k kobling som kan begrense brukstiden for vanlige utløste gnist-gap. Laserkaviteten og det flerkanals gnistgapet i henhold til oppfinnelsen er også helt kompatible med hurtig gass-strøm med høy volumhastighet som tillater hele systemet å arbeide med høye pulsfrekvenser og dermed høy midlere effekt for lange tidsperioder uten vedlikehold. ;Lasersystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse overvinner problemet med tids- og amplityde-dirringskarakteri-stikken til vanndielektriske Blumlein-drevne og røntgenforioni-serte lasere ved å føre en puls av ultrafiolett stråling og elektroner direkte inn i utladningsbryteren ved valgte punkter. Dette bringer bryteren til sammenbrudd i et stort antall separate lysbuekanaler samtidig. I motsetning til en konvensjonell trigatronbryter i hvilken den påtrykte spenningen aldri over-skrider det naturlige sammenbrudds-likespenningspotensialet for gapet, blir spenningspulsen i gnistgapet i henhold til oppfinnelsen påtrykt som en kort puls på mindre enn ett mikrosekund til et potensial større enn sammenbruddslikespenningsnivået Vj^,. Hvis gapet ikke blir trigget, vil det bryte sammen ved ;et punkt over sammenbrudds-iikespenningsnivået. Dette høyere selvutløsende eller selvtriggende nivået vil imidlertid vari-ere. Por å trigge bryteren i henhold til den foreliggende oppfinnelse blir elektroner injisert direkte i skinnegapet ved hjelp av en gnist som skapes mellom triggarnåle-elektrodene og en a*z skinnegapelektrodene etter at spenningen har overskredet sammenbruddslikespenningen. Etter hvert som den spenning ved hvilken triggeroperasjonen blir besørget, blir beveget nærmere selvsammenbrudds-spenningen, vil gapet brytes ned hurtigere,

men høyere er også sannsynligheten for selvtrigging av gapet, noe som skaper tidsdirring i den totale sammenbruddsprosessen. Det optimale triggepunktet er derfor like over 1ikespennings-nivået Vjjj, for sammenbrudd slik at det oppnås et fast sammen-bruddspenningsnivå.

Forionisering i lasersystemet i henhold til oppfinnelsen

er automatisk, og det er ikke nødvendig med aktive tidsforsinkelseskretser mellom forionisering og hovedutladningen. Føl-gelig er det ikke nødvendig med tidsforsinkelseskretser mellom tilførselen av effekt til forioniseringselektrodene og tilfør-selen av effekt til laserkatoden. Forionisering oppnås ved flere, parallelle ultrafiolette gnister bak en gasspermeabel

katode.

Levatters og Bradfords vanndielektriske Blumlein-drevne utladningslaser anvendte en gruppe på 120 forioniseringsnåle-elektroder som dannet lysbuer til et blad montert mellom en skjerrakatode og dens bærering. Det var imidlertid nødvendig med en forsinkelseskrets for å synkronisere påtrykningen av spenning på forioniseringsnålene og påtrykningen av utladnings-spenningspulsen på katoden. I et annet system ble forionisering oppnådd ved hjelp av flere seriegnistgap kjent som gnist-kanter (spark boards) anordnet bak en katode. En slik anordning er beskrevet av H.J. Sequin et al., IEEE Journal of Quantum Electronics QE-11, sidene 774 og følgende, 1975.

Denne anordningen frembringer gnister som inntreffer sekvensielt og dermed medfører tidsforsinkelses- og uniformitets-prob-lemer i hovedlaserutladningen. Denne anordningenhkrever også et separat pulsdannende nettverk for forioniseringsladningen og for hovedutladningen.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse blir det frembrakt flere parallelle gnister som virker i serie med den hovedlaserpulsdannende kretsen. Når stanggapet i laseren er koblet på, ankommer en raskt stigende (mindre enn 10 nanosekunder) høyspenningspuls ved forionissringselektrodene, og får dermed forioniseringsnåle-elektrodene til å bryte sammen (slå over) til laserkatoden i form av flere parallelle gnister. Fordi spenningsstigetiden er meget hurtig, inntreffer alle disse gnistene samtidig og med en forsinkelse bestemt kun av verdien av den kåpasitansen som er koblet mellom anoden og katoden og som tjener til å holde katoden på jordpotensial for de første par nanosekunder. Etter denne faste og automatiske forsinkelsen utvikles det en hurtig stigende og høy spehnings-differense over anoden og katoden i lasergapet, noe som resulterer i en uniform volumutladning i det lasergenererende kammeret. Fordi de parallelle ultrafiolette forioniseringsgnist-ene er i serie med den laserpulsdannende kretsen, kreves det ingen ytterligere energi for å drive dem, og ukorrekt tidsinn-stilling av forionisering3utladningene og hovedutladningen kan ikke inntreffe.

På grunn av den enestående triggerelektrodekomfigurasjonen og sammenkoblingen av elektrodene i henhold til oppfinnelsen, oppnås det en pulset laserutgang med en stråleuniformitet og en pulsfrekvens som har vært uoppnåelig med tidligere kjente lasersystemer. Den utgangseffekten som oppnås med excimerlaseren i henhold til oppfinnelsen er dessuten meget høyere i det ultrafiolette området enn hva som tidligere er oppnådd. Disse trekk gjør laseren i henhold til oppfinnelsen meget godt egnet for laserherding av fotoelektromotoriske solceller og for kommersiell massefremstilling av slike celler.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet klarere og mer detaljert under henvisning til tegningene ders

Figur 1 er en perspektivskisse av laseren i henhold til oppf inn eisen; Figur 2 er et skjematisk diagram over konstruksjonen av laseren ifølge oppfinnelsen; Figur 3 er et tverrsnitt gjennom en del av den lasergenererende anordningen og viser form og anbringelse av elektrodene; Figur 4 er et diagram som viser påtrykningen av pulslad-ningsspenning i laseren; Figur 5 er et grunnriss som skjematisk illustrerer fremstillingen av solceller i henhold til oppfinnelsen; Figru 6 er et oppriss som skjematisk illustrerer fremstillingen av solceller i henhold til oppfinnelsen; og

figur 7 er et perspektivriss som skjematisk illustrerer fremstillingen av solceller i henhold til oppfinnelsen.

En excimergasslaser 10 i henhold tii den foreliggende oppfinnelse er illustrert i perspektiv på figur 1. Den lasergcn-ererende anordningen 10 omfatter et laserstrålegenererende kara-raerhus 12 i hvilket det er avgrenset et langsstrakt lasergenererende kammer 14, som skissert på figurene 2 og 3, og fra hvilket en pulset laserstråle blir utsendt, som antydet ved 15 på figur 1. En transversal gassledning 16 er formet som en resirkulerende sløyfe og avgrenser en gasskanal 18, vist på figurene 2 og 3. Inne i det laserstrålegenererende kammeret 14, er der en langstrakt gasspermeabel anode 20 og en gasspermeabel katode 22 som begge er langstrakte maskeskjermer, per-forerte strimler, bikakekonstruksjoner eller andre gassgjen-nomtrsngelige konstruksjoner med en lengde på omkring 1 meter og en bredde på omkring 2 cm over gasstrømningskanalen 18. Både anoden 20 og katoden 22 er konstruert av metall som er forenlig med den gassblandingen som anvendes i gasstrØmnings-kammeret 18. Por eksempel kan både anoden 20 og katoden 22 være laget av aluminium, nikkel eller rustfritt stål.

En rekke adskilte par med forioniseringsnåle-elektroder

24 er anbrakt i det laserstrålegenererende kammeret 14 og er koblet til en felles metallplate 26 som utgjør en vegg i huset 12. Elektrodenålene 24 er bøyd tilbake mot seg selv slik at de peker mot strømmen og vekk fra kanalens 18 midtlinje. For-ioniseringsnålsne 24 er laget av rustfritt tantalstål, eller av nikkel eller renium. Forioniseringsnålene 24 og anoden 20 og katoden 22 er forbundet for først å påtrykke et ioniseringspotensial mellom forioniseringselektrodene 24 og katoden 22, og for deretter å frembringe en roramessig uniform laserutladning mellom katoden 22 og anoden 20.

En pulstrigget flerkanals stanggapbryter er antydet generelt ved 28 på figurene 2 og 3. Stanggapbryteran 28 er koblet til forioniseringselektrodene 24 og til anoden 20 ved hjelp av enBlumlein-pulsdannende krets, antydet generelt ved 30. Den Blumleinpulsdannende kretsen 20 blir energisert av en konvensjonell pulskraftkilde på leder 32. Kraftkilden på leder 32 pulser den Blumlein-pulsdannende kretsen 30 med en pulsladning på fra 50 til 60 kilovolt i fem mikrosekunder eller mindre og ved en frekvens på minst 100 Hz.Pulskilden er koblet til stanggapbryteren 28 over leder 34 ved hjelp av et koblingsar-rangement med forutbestemt forsinkelse som reagerer på pulsene på l^der 32. Stanggapbryteren 28 skaper flerkanalgnister bare etter at spenningen som påtrykkes på ledar 34 har overskredet det» ioniserende sammanbruddspennlngen til et gassformig medium som strømmer i en andre gasstrømningskanal 41. Den Blumlein-pulsdannende kretsen 30 omfatter en flerhet av parallelle elsk-trodeplater 42, 44 og 46, som er rommet inn©i et dielektrisk væskekammer 48. Det dielektriske væskekammeret 48 er konstruert hovedsakelig i form av et rektangulært prisme med vegger

50, et tak 52 og et gulv 54 konstruert av et dielektrisk mater-iale, som for eksempel fenolharpiks, pleksiglass, alumina, eller et annet dielektrikum. Det dielektriske kammeret 48 inneholder et flytende dielektrikum, som kan være destillert vann eller alkohol, og som er antydet generelt ved 56 på figur 3.

Man vil forstå at det dielektriske væskekammeret 48 er ganske langt sammenlignet med de vertikale elektrodedimensjonene, som vist på figur 3, og av denne grunn er det midtre vertikale partiet av det dielektriske kammeret 48 blitt utelatt fra figur 3 for å muliggjøre en tydelig illustrasjon av elektrodene i laseren eller den lasergenererende anordningen 10.

En gasstrømningskanal 40 er utformet til en resirkulerende sløyfe som illustrert på figur 1, for å tilveiebringe gasstrømningskanalen 41. Stanggapbryteren 28 er anordnet i kanalen 41 like under gulvet 54 i det dielektriske kammeret 48, som illustrert på figur 3.

Gasstrømningskanalen 16 er forbundet med det laserstrålegenererende kammerhuset 12 som illustrert på figur 1, og er konstruert i en lukket sløyfe og omfatter en vifte eller gass-pumpe 60 for å tvinge en blanding av hellium, en edelgass og et halogen eller gasshalid gjennom den første gasskanalen 18 og gjennom det laserstrålegenererende kammeret 14. Hastig-heten av gasstrømmen i kanalen 18 er tilstrekkelig til å fjerne gass fra området i nærheten av anoden 20, katoden 22 og forio-niseringsélektrodene 24 for hver påfølgende i den Blumlein-pulsdannende kretsen 30. Hvis avstanden mellom anoden 20 og katoden 22 er to centimeter og avstanden mellom katoden 22 og forioniseringselektrodene 24 er en centimeter, og hvis pulsfrekvensen på leder 32 er lOO Hz, må gassvolumet mellom anoden 20 og forioniseringselektrodene 24 fjernes for hvert hundredels sekund.

Gassledningen 40 er likeledes anordnet i en resirkulerende sløyfe med gass drevet av en pumpe 62, som illustrert på figur 1. Elektrodeplåtene 42, 44 og 46 i den Blumlein-pulsdannende kretsen 30, og elektrodeplaten 64 for triggerlederen strekker seg gjennom gulvet 54 i det dielektriske væskekammeret 48 inn i gass-strømningskanalen 40, som skissert på figurene 1 og 3.

Den gass-sammensetningen som strømmer gjennom kanalen 40 er vanligvis nitrogen, luft eller en blanding av svovelhexa-fluorid i nitrogen.Gassblandingen i kanalen 16 er på den annen side en blanding av helium med en edelgass og et halogen eller gasshalid. Xenon, argon eller krypton kan anvendes som edelgassen, méns fluor, klor, iod, brom eller hydrogenklorid kan brukes som halogenkomponenten. En passende blanding kan være 94,8 % helium, 5 % xenon og 0,2 % hydrogenklorid. Tryk-ket i kanalen 41 blir holdt på fra 1 til 5 atmosfærer psia.

Alle elektrodeplatene 42, 44, 46 og 64 i det dielektriske væskekammeret 48 må være motstandsdyktige mot angrep eller ødeleggelse av det flytende dielektrikum 56 i dette. Hvis dielektrikuraet er vann, kan elektrodeplatene vatre av rustfritt stål eller nikkelbelagt aluminium. Alternativt kan platene være av rent nikkel.

Elektrodeplaten 64 for triggerlederen strekker seg inn i gasstrømningskanalen 41 som utgjøres av ledningen 40 og ender i en flerhet av L-formede triggernåler 68, som strekker seg på figurene 1 og 3. Vanligvis er ett hundre separate triggerelektrodenåler 68 anordnet på denne måten. Triggernålene 68 er vanligvis konstruert av messing eller wolfram, men kan også være laget av rustfritt stål.

Elektrodeplatene 30 ender i et par skinne-elektroder 70 og 72 anordnet i gasstrømningskanalen 41 i ledningen 40.Skinne-elektroden 70 er en elektrisk ledende langstrakt stang laget av for eksempel wolfram, molybden, messing eller kobber. Stangelektroden 70 har en avrundet forkant omkring en meter lang og er utformet for å avgrense adskilte åpninger 74 på den oppstrømvendende flaten som vender mot den andre skinne-elektroden som er en bladelektrode<:>72. De adskilte åpningene 74 møter korresponderende adskilte forstørrede konkaviteter 76 utformet i den motsatte eller bakre eller nedstrøms-siden av stangelektroden 70 overfor bladelektroden 72. Triggernåle-elektrodene 68 er innbakt i disse konkavitetene 76 i avstand fra disse og strekker seg omtrent til åpningen 74 som skissert på figur 3.

En flerhet av åpninger 78 er anordnet i den del av elektrodeplaten 42 som strekker seg inn i gasstrømningskanalen 41 for å lette gasstrømningen gjennom denne og for å forhindre turbulens i det gassformige medium i kanalen 41 i ledningen 40.

Den andre skinne-elektroden, bladelektroden 72, har en plan eller bladlignende form med god ledningsevne og med et høyt smeltepunkt. Bladelektroden 72 kan være laget av wolfram, molybden eller tantal. Bladelektroden 72 kan være utskiftbar og blir låst i stilling parallelt med retningen av gasstrømmen og innrettet i et plan som passerer gjennom åpningene 74 i stangelektroden 70 ved hjelp av en låseskrué 80 som sikrer den bladlignende elektroden 72 i en elektrisk ledende torpedofor- met montering 82. Den torpedoformede monteringen 82 er så festet til ytterkanten av elektrodeplaten 44 som rager inn i gasstrømningskanalen 41, ved hjelp av en rekke låseskruer 84.

En flerhet av åpninger 86 er anordnet i elektrodeplaten 44 for

å lette gasstrømningen gjennom kanalen 41 og forhindre turbulens i denne. Dette sikrer at restloner vil bli feid vekk fra området i nærheten av skinnegåpbryteren 28 etter hver puls.

Ved den nedre enden av elektrodeplaten 42 og ved den øvre enden av elektrodeplaten 44 i den Blumlein-pulsdannende kretsen 30 i det dielektriske kammeret 48 er der triangelformede anordninger 88 som tjener som flukshindre. Flukshindrene 88

er festet til elektrodeplatene som antydet ved hjelp av festeskruer 90. Formålet med flukshindrene 88 er å opprettholde den effektive avstand mellom elektrodeplatene 42 og 44. under drift av den lasergenerende anordningen 10 vil impedansen per lengdeenhet mellom elektrodeplatene 42 og 44 forbli konstant medmindre avstanden mellom den forandres. På grunn av at det er nødvendig å gi elektrodeplatene en form som passer til elektrodene i den pulstriggede flerbuekanalbryteren 28, og også til elektrodene i det laserstrålegenererende kammeret 14, må avstanden mellom elektrodeplatene forandres mellom platene 42 og 44 som antydet på figur 3. For å hindre at induktansen i gapet mellom elektrodene 42 og 44 øker, er flukshindrene 88 til-veiebrakt. Uten dem ville det oppstå en induktansmistilpas-ning, og den elektriske energien ville bli delvis reflektert av impedansdiskontinuiteten i platene 42 og 44. Resultatet vilée være at effektiviteten i energioverføringen fra denBlumlein-pulsdannende kretsen 30 til forioniseringselektrodene 24 ville bli svekket.

Det laserstrålegenererende huset 12 er utformet med metal-liske, ledende vegger 26 og 92. Elektrodeplaten 42 i dsn Blumlein-pulsdannende kretsen 30 er elektrisk koblet til platen 26 ved hjelp av en kontaktgrenseflate umiddelbart over taket 52 av det dielektriske kammerhuset 48. Elektrodeplaten 42 er festet til platen 26 ved hjelp av metallskrusr 94.Likeledes passerer elektrodeplaten 46 i den pulsdannende kretsen 30 gjennom taket 52 i det dielektriske kammerhuset 48 og er elektrisk koblet til platen 92 ved hjelp av festeskruer 94 i en overflate-mot-overflate kontaktflate.

Som illustrert på figur 3 blir en posisjoneringsplate 98 brukt til å anbringe det laserstrålegenererende kammerhuset 12 på toppen av det dielektriske kammerhuset 48. Over posisjo-neringsplaten 98 er der et antall isolerende avstandstaver 102 til hvilke de elektrisk ledende platene 26 og 92 er festet ved hjelp av skruer 104. Veggene i det laserstrålegenererende kammeret 14 utgjøres av motstående elektrisk isolerende kanal-formede anordninger som strekker seg i lengderetningen og som også tjener som katodeholdere. Kanalanordningene 106 og 108 er vanligvis laget av teflon eller kynar, og er anordnet i forhold til de elektrisk ledende platene 26 og 92 og tettet ved hjelp av O-ringpakninger 110, som antydet. En ringformet elektrisk isolerende avstandsring 112 er anordnet innenfor metall-platen 26 nedstrøms fra kanalanordningene 106 og 108 ved det laserstrålegenererende kammeret 14 og omgir forioniseringselektrodene 24. En katodeholderring 114 av metall er anordnet umiddelbart oppstrøms for denne og blir brukt for elektrisk å koble katoden 22 gjennom en elektrisk forbindelsesstav 116

til adskilte kondensatorer 118 gjennom gjengede koblingsnipler 120 som er gjengeforbundet med en langsgående topp-plate 122 for det laserstrålegenererende kammerhuset 12. Den totale kapasitansen til kondensatorene 118 er lik omkring 5 000 pico-farad. Øvre isolerende avstandastaver 124 blir brukt til å adskille de opprettstående elektrisk ledende platene 26 bg 92 og er festet til disse ved hjelp av skruer 104. Flenser 126 på gasskanalledningen 16 er festet til metallplatene 26 og 92 ved hjelp av festeskruer 90 for å opprettholde en gasstett tetning omkring kanalen 18.

Som vist på figur 2 er anoden 20 og forioniseringselektrodene 24 koblet sammen ved hjelp av en induktor 130 som typisk har en verdi på fra 0,1 til 1 mikrohenry. Induktoren 130 utgjør en meget liten induktiv impedans under ladning av den Blumlein-pulsdannende kretsen 30 med pulsladningen på leder 32, som opptrer over en periode på omkring ett mikrosekund. Pulsladningen på leder 32 lader derved effektivt begge sider av den Blumlein-pulsdannende kretsen 30 samtidig ved hjelp av dat spenningspotensialet som eksisterer på elektrodeplaten 34 i forhold til platene 42 og 46. Når imidlertid skinnegapbryteren 28 tenner, gjør den det med en meget hurtig stigende puls. Ut-løsning av den elektriske triggerplaten ved hjelp av leder 34 resulterer i en meget hurtig stigande 10 nanosekunders puls. Med en puls av denne typen er impedansen til induktoren 130 meget stor, slik at det oppstår en betydelig spenningsdifferan-se mellom elektrodeplatene 42 og 46 på dette tidspunkt.

Som illustrert på figur 2 forbinder motstander 132 også forioniseringselektrodene 24 og katoden 22. Motstandene 132 fjerner derved eventuell statisk restladning som er tilbake på katoden 22 etter den sist foregående pulsen. Verdien av hver av motstandene 132 kan være mellom 100 og 10 OOO ohm. Verdien av motstandene 132 og verdien av kondensatorene står i et slikt forhold til hverandre at RC-tidskonstanten må være mindre enn pulsfrekvensen. Det vil i en utfØreisesform som beskrevet, si at RC-tidskonstanten må være mindre enn ett millisekund, fortrinnsvis mellom et millisekund og ett mikrosekund.

Det laserstrålegenererende kammerhuset 12 har et delvis stråletransparent vindu 13 ved en ende, og et speil (ikke synlig) ved den motsatte enden. Gasstrømningskanalen 18 skjærer det strålegenererende kammeret 14 på tvers, som illustrert på figurene 1 og 3.

I den hendelsesrekkefølgen som inntreffer under gjentatt pulsing av den Blumlein-pulsdannende kretsen 30, blir den pulsede spenningen påtrykket på leder 32 for å heve potensialet på elektrodeplaten 44 i forhold til begge elektrodeplatene 42

og 46. Gjennom det tidligere beskrevne koblingsarrangementet utløser pulsen på leder 32 en kort, hurtig stigende puls på leder 34. Denne pulsen har en varighet mindre enn 100 nanosekunder. Induktoren 130 oppviser en høy impedans på dette tidspunkt og triggernåle-elektrodene 68 frembringer et sammenbrudd (gjennomslag) i gasstrømmen i kanalen 41 i forhold til skinne-elektrodene 70.

Den spenning ved hvilken lederen 34 blir trigget, er på figur 4 indikert som v^. Denne spenningen er større enn det naturlige likespenningspotensialet for sammenbrudd i gapet mellom skinnegapelektrodene 70 og 72, indikert ved V^ på figur 4. imidlertid er triggerspenningen V^mindre enn den spenning Vg ved hvilken sammenbrudd vil inntreffe mellom elektrodene 70 og 7 2 uten en triggepuls. Fordi den nøyaktige spenning Vg ikke inntreffer med konsekvent jevnhet, sørger den lavere spenningen V^over den naturlige sammanbruddspenningen for den jevnhet i utladningsspenning som kreves i systemet. Når den spenning ved hvilken bryteren blir tent, VT, blir flyttet nærmere selvten-ningsspenningen vg, vil gapet bryte sammen hurtigere, men sannsynligheten for selvtrigging av gapet blir høyere. Derfor er den optimale triggerspenning V_ et sted like over den naturlige sammenbruddspenn ingen V^.

Siden triggernålene 68 er innbakt dypt inne i stangelektroden 70, blir de ikke påvirket av det elektriske feltet som oppstår i skinnegnistgapbryteren 28. Derfor er det liten eller ingen erosjon av triggernåle-elektrbdene 68. I tidligere kjente systemer med triggsrnåle-elektroder blir derimot nåle-elektrodene vanligvis utsatt for alvorlig ionéborabardering og dermed stor erosjon. Triggernålene 68 i henhold til den foreliggende oppfinnelse er beskyttet av sin utformning og plassering i konkavitetene 76 i baksiden av stangelektroden 70. Selv om elektroner og ultrafiolett stråling er i stand til å passere fritt fra triggernålene 68 gjennom åpningene 74 til bladelektroden 72, er triggernålene 68 skjermet fra ioner under utladning ved hjelp av den beskyttende utformningen av stangelektroden 70.

Straks det oppstår overslag fra triggernåle-elektrodene 68 til skinne-elektroden 70, strømmer ultrafiolette fotoner og elektroner gjennom åpningene 74 og får skinnegapelektrodene 70 og 72 til å danne lysbuer ved hver åpning 74. Dette skaper en hurtig stigende høy spenningspuls som kobler det potensial som er tilstede på elektrodeplaten 44 til elektrodeplaten 42. Resultatet er at forioniseringselektrodene 24 frembringer en flerhet av lysbuer fra nålene 24 til katoden 22. Dette inntreffer innenfor et tidsrom på omkring 5 nanosekunder. I løpet av denne tiden blir katoden 22 holdt ved potensialet til anoden 20 på grunn av den kapasitansen som tilbeiebringes av kondensatorene 118. Hår forioniseringsenergien blir matet fra forioni-seringselektroden 24 til katoden 22, blir kondensatorene ladet i en periode på omkring 5 nanosekunder. straks kondensatorene 118 er ladet, stiger spenningen på katoden 22. Når den stiger over den naturlige sammenbruddsspenningen v^, så blir det skapt en lavine av elektroner i gassen i det laserstrålegenererende kammeret 14. En energiutmatning i laserstrålen 15 i omp rådet fra 2 til 5 joule blir frembrakt i hver puls. De pulsede laserutmatningene inntreffer med en frekvens på minst 100 Hz, og mer vanlig 1 kHz. Resultatet er at en midlere effekt på flere hundre watt (fra 200 til 500 watt) hlir utsendt med laserstrålen 15. på grunn av den uniforme trigging ved spenningen VTer dessuten ampiitydevariasjonen i stråleutgangen uhyre liten, på grunn av den hurtig stigende spenningspulsen som frembringes av skinnegnistgapet 28 og på grunn av den uniforme volumforioniseringen som induseres av de mange forioni-seringslysbuer fra elektrodenålene 24 til katoden 22, varierer uniformiteten til strålen over strålevinduet 13 bare mellom omkring 2 % og 5

Anvendelsen av den laserstrålegenererende anordningen 10 til fremstilling av fotoelektromotoriske solceller er illustrert på figurene 5, 6 og 7. I dette systemet blir transportbåndet 120 drevet i en skrittvis bevegelse med spesielle mell-omrom for å transportere skiveformede brikker 122 av silisium forbi en herdestasjon ved hvilken den lasergenererende anordningen 10 avsøker skivene 122 med laserstrålen 15. skivene 122 kan typisk være omkring 8 cm i diameter og av variabel tykkelse. FØr de ankommer til herdestasjonen ved hvilken de blir behandlet ved hjelp av laserstrålen 15 fra den lasergenererende anordningen 10, blir skivene 122 først dopet med et passende dopingsmateriale, vanligvis bor, fosfor eller arsen. Dopingsmaterialet kan avsettes ved hjelp av en av flere konvensjonelle teknikker. Vanlige $&pingsteknikker er beskrevet og referert til i US-patent nr. 4 147 563.

Figurene 5 og 7 illustrerer en konvensjonell implanter-ings enhet 124 for dopingsmateriale som blir brukt til å avsette bor eller et annet dopingsmateriale på skivene 112 etter hvert som transportbåndet 120 beveger seg fra venstre mot høyre som antydet. Etter implantering av dopingsmateriale føres silisiumskivene 122 inn i laserstrålen 15. Laserstrålen 15 blir pro-jisert gjennom en sylindrisk linse 128 som omformer strålen fra tverrsnittet av vinduet 13 i den lasergenererende anordningen 48 til en skårformet stråle 130 (swath) med en tykkelse på omkring fire millimeter og en lengde på omkring 8 centimeter innrettet i bevegelsesretningen til transportbåndet 120»som illustrert på figur 5. Den lasergenererende anordningen 10 er vanligvis anordnet til siden for transportbåndet 120 og sender

strålen 15 gjennom den sylindriske linsen 128 som den omformede strålen 130, sideveis til et skråttstilt speil 132 som reflek-terer strålen 130 ned på skivene 122 etter hvert som de passer-

1

er under på transportbåndet 120. Som vist på figur 6 kan spei-let 132 vippes frem og tilbake for å sveipe den rektangulære strålen 130 over hele skiven 122.

Strålen 15 leverer energi ved 1 til 2 joåle per cm<2>ved en laserpulsfrekvens på 100 Hz. To cm<2>av skiven blir derfor behandlet med hver laserpuls slik at det kreves 50 pulser fra den lasergenererende anordningen 10 for å herde en hel skive 122. Dette tar omkring 1/2 sekund ved en laserpulsfrekvens på 100 pulser per sekund. Med denne pulsfrekvensen kan følgelig 2 skiver herdes hvert sekund. En gjennommatning av omkring 7.000 skiver per time er derfor lett å oppnå. Denne gjennommatningen kan økes med en størrelsesorden på 10 bare ved å drive den lasergenererende anordningen 10 med en pulsfrekvens på 1 kHz, en frekvens som lett oppnås med anordningen i henhold til oppfinnelsen.

Som nevnt kan skiver 122 av monokrystallinsk silisium herdes på denne måten. Også polykrystallinske silisiumskiver 122 kan hver bli omdyrket til en monokrystallinsk struktur ved herding med den lasergenererende anordningen 10. Videre kan som nevnt amorf slisium avsettes som silisiumtetraklorid ved damp-avsetning på safir eller grafitt. Med den lasergenererende anordningen 10, i henhold til oppfinnelsen, kan monokrystallinsk silisium dyrkes på et skiveformet safir- eller grafitt-underlag ved den her beskrevne herde- eller varmebehiandlings-prosessen.

De kritiske trekk ved behandling av silisiumskivene 122 for å skape en pn-overgang for bruk som fotoelektromotoriske solceller, omfatter herding av silisiumet med en pulslaser-stråle som har en dominerende bølgelengde i det ultrafiolette området, en stråleenergi på minst 2 joule per puls, en pulsfrekvens på minst omkring 100 Hz og en strålepulsutgang, hvis uniformitet ikke varierer med mer enn 5 % over arealet for stråleutgangen. Fortrinnsvis blir implantering av dopingsmateriale og herding i henhold til oppfinnelsen ved hjelp av den laserstrålegenererende anordningen 10 utført ved atmosfæretrykk og i luft. Fortrinnsvis er laserstråleenergien per puls på fra omkring 2 til omkring 5 joule og den midlere oppnådde effekt er flere hundre watt, typisk fra omkring 200 til 500 watt. En laseruniformitet bedre enn fem prosent kan oppnås med den laserstrålegenererende anordningen 10 i henhold til oppfinnelsen, og en uniformitet på fra 2 til 5 % er typisk.

Utan tvil vil fagfolk på området kunne finne utallige andre anvendelser av laseren i henhold til oppfinnelsen. Følgelig er ikke rammen for den foreliggende oppfinnelsebeg^enseit til den spesielle lasergenererende anordning, som er skissert på tegningene eller til den spesielle fremstillingen av fotoelektromotoriske solceller, som her er skissert og beskrevet. For eksempel kan et silisiumbånd behandles som beskrevet i stedet for de viste skivene 122. Følgelig er ikke den foreliggende oppfinnelse begrenset til den spesielle utførelsesform og de anvendelser som her er illustrert og beskrevet, men som defi-nert i de vedføyde krav.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av fotoelektromotoriske solceller, karakterisert ved implantering av et dopingsmateriale i et fotofølsomt halvledersubstrat for å skape en pn-overgang og en herding eller varmebehandling av substratet med en pulset laserstråle som har en dominerende bølgelengde i det ultrafiolette området, en stråleenergi på minst to joule per puls, en pulsfrekvens på minst 100 pulser per sekund og en strålepulsutgang med en uniformitet som ikke varierer med mer enn fem prosent over stråleutgangens areal.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert veé dt at substratet er silisium i polykrystallinsk form før herding med laserstrålen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at substratet er silisium i amorf form før herding med laserstrålen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert at implanteringen og herdingen av substratet blir utført ved atmosfæretrykk i luft.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst omkring to kvadratcentimeter av det dopede substratet blir utsatt for hver puls av laserstrålen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav karakterisert ved at uniformiteten til laserstrålen er fra to til fem prosent.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at pulsfrekvensen til laserstrålepulsene minst er omkring en kilohertz.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den midlere effekt i laserstråleutmatningen er fra to hundre til fem hundre watt.

9. Excimergasslaser, karakterisert ved et langsatrakt laserstrålegenererende kammer og en første transversal gasstrømningskanal, en anodeanordning, en katodSanord- rting og en forioniseringsaleotrodeanordning anordnet i det laserstrålegenererende kammer og koblet for først å påtrykke et ioniseringspotensial mellom forioniseringselektrodeanordningen og katodeanordningen, og for deretter å frembringe en rommessig uniform laserutladning mellom katodeanordningen og anodeanordningen, en pulstrigget flerkanals stanggapbryteran-ordning koblet til forioniseringselektrodeanordningen og anodeanordningen og anordnet i en annen gasstrømningskanal, samt en pulset spenningsanordning koblet til den pulstriggede flerkanals-stanggapbryteranordningen for gjentatt å påtrykke korte, hurtig stigende pulser på denne for å skape flerkanalgnister bare etter at den påtrykte spenning har overskredet den ioniserende sammenbruddspenningen for et gassformig medium som strømmen i den andre gasstrømningskanalen.

10. Anordning for frembringelse av en pulset excimerlaser-stråle hovedsakelig i det ultrafiolette området, karakterisert ved en anordning som avgrenser et langstrakt strålegenererende kammer med et stråletransparent vindu i det minste ved en ande, og som avgrenser en første transversal sal ioniseringsgasstrømningskanal som skjærer det strålegenererende kammer, en anordning som avgrenser et dielektrisk væskekammer i nærheten av det strålegenererende kammer, en anordning som avgrenser et langstrakt gnistgenererende kammer med en andre transversal inoiseringsgasstrømningskanal i nærheten av det dielektriske væskekammer, idet det dielektriske væskekammer er innskutt mellom det strålegenererende kammer og den andre transversale ioniseringsgasstrømningskanal, en foldetB lumlein-pulsdannende krets omfattende en mellomliggende elektrodeplate og første og andre parallelle elektrode-plater anordnet på hver sin side av den mellomliggende platen og i avstand fra denne i det dielektriske væskekammer, skinne-gapelektroder anordnet i det gnistgenererende kammer og omfattende en plan elektrode som er elektrisk koblet til den mellomliggende elektrodeplaten og orientert parallelt med gasstrøm-ningskanalen, og en stangelektrode parallell med den plane elektroden og forbundet med den første av elektrodeplatene og utformet for å definere adskilte åpninger i en side av denne som vender mot den plane elektroden, idet åpningene munner ut i utvidede, adskilte konkaviteter utformet i dennes bakside motsatt den plane elektroden, en triggerelektrodeplate anordnet i det dielektriske kammer i avstand fra den første elektrodeplaten, og en flerhet av triggerelektrodenåler elektrisk forbundet med triggerelektrodeplaten og hver innbakt i hver av konkavitetene i skinneelek-troden og adskilt fra denne direkte bak hver åpning i denne, en flerhet av forioniseringsnåleelektroder elektrisk koblet til den første elektrodeplaten nedstrøms i det strålegenererende kammer i forhold til den første ioniseringsgasstrømnings-kanal, en gasspermeabel anode ved oppstrømssiden i det strålegenerer ende kammer og elektrisk koblet til den andre elektrodeplaten, en gasspermeabel katode anordnet mellom anoden og forioniser-ingsnåleelektrodene og elektrisk koblet til anoden gjennom kondensatoranordninger og til forioniseringsnålelektrodene gjennom motstandsanordninger, og induktoranordninger som forbinder forioniseringselektrodene og anorden, og en spenningsforsyningsanordning koblet til den mellomliggende elektrodeplaten og triggerelektrodeplaten for å virke på disse i et sekvensielt tidsstyrt forhold for å påtrykke spennings-pulser på disse.