TW201401532A - 薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法，其適用於大面積薄膜太陽能電池面板，該薄膜太陽能電池之雷射切割裝置包括：一基座，該基座上端面設有一凹槽，該凹槽上設置一工作臺，該基座上端面二側邊接設有一定位導向柱；至少一雷射頭，該雷射頭係設置於該定位導向柱前端面，用以將雷射光束射出至薄膜太陽能電池面板上特定位置處進行切割；至少一探針掃描器，其亦設置於該定位導向柱前端面，於雷射製程後用作深度剖面量測；本發明另提供一種於雷射切割製程後之測量方法，可進行即時且全區域性的深度剖面量測。

Description

薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法

　　本發明係有關一種薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法，尤指一種將探針掃描步階量測（α－ｓｔｅｐ）與雷射切割裝置整合，以應用於大面積薄膜太陽能電池面板雷射製程後，可以即時且全區域進行深度剖面量測。

　　按，一般薄膜太陽能電池，是以不同導電性質的Ｐ型（正型）、Ｉ型（本質）和Ｎ型（負型）半導體層接面作為光吸收及能量轉換的主體結構；當太陽光照射在Ｐ／Ｉ／Ｎ接面，部份電子因而擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生電洞，透過Ｐ型半導體層及Ｎ型半導體層分別吸引電洞與電子，把正電和負電分開，在接面外側兩端因而產生電位差，在導電層接上外部電路，使電子得以通過，並與在Ｐ／Ｉ／Ｎ接面另一端的電洞再次結合，電路中便產生電流，再經由導線傳輸至負載，所以在光照下，電池片能產生電能。

　　一般來說，薄膜太陽能電池製程中須透過適當的微加工（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）工具，達到更好的切割和邊緣隔離（Ｅｄｇｅ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）效果；傳統上太陽能電池常用的切割方式是畫線（Ｓｃｒｉｂｅ）和裂片（Ｂｒｅａｋ），利用Ｖ字形研磨刀具在電池片上畫Ｖ形切口，再用人工把截面斷開；但此方法只能畫直線，而且減小了電池片的實際接觸面積，浪費材料。
　　一般在邊緣隔離作法上，係使用電漿蝕刻（Ｐｌａｓｍａ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）的方法，也就是將中性氣體（例如氧氣）***成離子和電子，且須使用電壓源（射頻或微波）在材料表面產生電場；雖然電漿蝕刻的效果不錯，設備價格也相對較低，但對人員的要求非常高，而且蝕刻加工會對電池片表面造成一定的損傷，若傷及Ｐ／Ｎ的接面，也將降低其有效面積；另一種邊緣隔離的作法，係使用傳統噴砂處理的方法，也就是要先使用遮罩（ＭＡＳＫ）將不需要噴的地方遮蔽，以高速噴濺的粒子進行矽薄膜材料的去除，進而達到邊緣隔離的效果，　然而，這個方法會殘留噴砂粉末，因此需要進行額外清洗的步驟；再者，噴砂過程所造成的機械應力對於太陽能電池的使用可靠度會產生不良的影響。

　　現有另一微加工工具，可達到更好的切割和邊緣隔離效果，其係利用雷射切割方式，令雷射光束被聚焦到物件上，形成圓錐狀的外形，使其能量能集中在很小的表面上，讓物件吸收雷射光束，待其能量加熱材料直至材料熔化和汽化；雷射的切割精度以及重複精度較高，切割速度亦相對較快，切割線很細也較光滑。

　　再者，現有薄膜太陽能電池之製程中，需經過三次雷射切割，其製程步驟包括：第一步驟，先在玻璃或金屬基板上生成一層透明導電層（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｏｘｉｄｅ，ＴＣＯ）；第二步驟，利用雷射將要留下凹槽的透明導電層剝除；第三步驟，則以濺鍍或電漿輔助化學氣相沉積法（Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）於透明導電層上鍍矽薄膜；第四步驟，再用雷射將要留下凹槽的矽薄膜剝除；第五步驟，進行金屬鍍膜；第六步驟，再用雷射將要留下凹槽的金屬鍍膜剝除。

　　然，於現有薄膜太陽能電池之雷射切割製程後，所使用的切割線量測方法，係有光學顯微鏡檢視法、探針掃描步階量測法以及電子顯微鏡檢視法，惟，這些方法仍存在些許缺點，如：

1. 光學顯微鏡檢視法可看出切割線寬度，但不易看出其深度。
2. 探針掃描步階量測法僅能做局部量測，且需作後續試片處理，而操作上費時、較不精準以及易破片。
3. 電子顯微鏡檢視法亦僅能做局部量測，且檢視過程需抽真空，使用的費用昂貴、操作費時也較易破片。

　　今，本發明人有鑑於現有薄膜太陽能電池之切割裝置及其測量方法之缺失再予以研究改良，提供一種薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法，以期達到更佳實用價值性之目的。

　　本發明之主要目的，旨在提供一種將探針掃描步階量測與雷射切割裝置整合，以應用於大面積薄膜太陽能電池面板雷射製程後，可以即時且全區域進行深度剖面量測。

　　為達本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置及其測量方法的主要目的與功效，該薄膜太陽能電池之雷射切割裝置包括：一基座，該基座上端面設有一凹槽，該凹槽上設置一工作臺，該基座上端面二側邊接設有一定位導向柱；至少一雷射頭，該雷射頭係設置於該定位導向柱前端面，用以將雷射光束射出至薄膜太陽能電池面板上的特定位置處，以進行切割；至少一探針掃描器，該探針掃描器設置於該定位導向柱前端面，位於該雷射頭之一側邊，於雷射製程後用作深度剖面量測。
　　如上所述，本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中，該凹槽與該工作臺之間設有一移動裝置，可令該工作臺相對該定位導向柱前後移動。

　　如上所述，本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中，該定位導向柱內設置有一直線馬達和推進器，以供該雷射頭以及該探針相對該定位導向柱左右移動。

　　如上所述，本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中，該探針掃描器進一步包含有一升降機構，以供該探針進行升降動作。

　　再者，本發明所提供一種薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法，其係於每次雷射切割後，該探針掃描器即藉由該升降機構，往下降至該探針尖端接觸到該薄膜太陽能電池面板表面後，該探針掃描器再藉由該定位導向柱內所設直線馬達以及推進器，往雷射切割線方向進行移動，該探針行經該雷射切割線時，即可獲得該雷射切割線之深度及寬度資料，之後再藉由該升降機構將該探針掃描器升起，以進行下一步鍍膜及雷射切割，故於薄膜太陽能電池之製程中，可獲得三種不同的雷射切割線之深度及寬度曲線資料。
　　綜上所述，本發明係將探針掃描步階量測與雷射切割裝置整合在一起，其於實施上所具優點為：

1. 可應用於大面積薄膜太陽能電池面板雷射製程後，進行深度剖面之量測。
2. 可以即時量測，無需等待雷射切割製程完全結束再量測。
3. 可以全區域任意進行深度剖面量測，改善現有需破片以進行局部量測。
4. 製程中，不需再額外處理破片去進行深度剖面量測，不僅省時又省成本。
5. 可以修正因子的模式來進行深度校正，例如於每次雷射切割不同材質之太陽能電池面板後，將探針掃描步階量測資料與電子顯微鏡量測資料之誤差作比對，定義出一修正因子，使探針掃描步階量測數值能對應成電子顯微鏡量測數值，以用來校正雷射切割線所量測出之深度數值。

　　

　　為令本發明之技術手段、發明目的及達成功效有更完整及清楚的揭露，茲詳細說明如下，並請一併參閱揭示之圖式及元件符號。
　　首先，請參閱第一圖所示，係本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置立體圖，該薄膜太陽能電池之雷射切割裝置係包括有：一基座（１），該基座（１）上端面設有一凹槽，該凹槽上設置一工作臺（２），該工作臺上可供置放大面積薄膜太陽能電池面板（７），該工作臺（２）與該凹槽之間組設有一移動裝置（６），可令該工作臺（２）相對該定位導向柱（３）上之雷射頭（４）前後移動（請參閱第二圖所示），以利該雷射頭（４）發出之雷射光束對該薄膜太陽能電池面板（７）進行切割，該基座（１）上端面二側邊接設有一定位導向柱（３），該定位導向柱（３）內設置有一直線馬達和推進器（圖中未顯示），以供該雷射頭（４）以及該探針掃描器（５）相對該定位導向柱（３）左右移動；至少一雷射頭（４），該雷射頭（４）係設置於該定位導向柱（３）前端面，用以將雷射光束射出至薄膜太陽能電池面板（７）上的特定位置處，以進行切割；至少一探針掃描器（５），該探針掃描器（５）設置於該定位導向柱（３）前端面，位於該雷射頭（４）之一側邊，於雷射製程後用作雷射切割線深度剖面量測。

　　如上所述，於本發明之較佳實施例中，該移動裝置（６）可進一步包含為一直線馬達和推進器，其不同於前述設置在定位導向柱（３）內的直線馬達和推進器。

　　再請一併參閱第三、四圖所示，係本發明探針掃描器升降前視局部放大圖，其中，該探針掃描器（５）係進一步包含有一升降機構（５１），以供該探針掃描器（５）進行升降動作，以達到令探針接觸該面板表面，進行即時且全區域性的深度剖面量測，以獲得雷射切割線之深度及寬度曲線資料。

　　如上所述，本發明之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中，該升降機構（５１）為一升降馬達。

　　又請參閱第五圖所示，係本發明薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法流程圖，該薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法係於每次雷射切割後進行，其測量方法之步驟包括：

　　第一步驟（Ｓ１），該探針掃描器藉由該升降機構，往下降至該探針尖端接觸到該薄膜太陽能電池面板表面；

　　第二步驟（Ｓ２），該探針掃描器再藉由該定位導向柱內所設直線馬達以及推進器，往雷射切割線方向進行移動；

　　第三步驟（Ｓ３），該探針移動經過該雷射切割線時，因探針尖端會隨著切割線表面凹陷而下降，即可獲得該雷射切割線之深度及寬度之曲線資料；

　　之後再藉由該升降機構將該探針掃描器升起，以進行下一次鍍膜及雷射切割，故於薄膜太陽能電池之製程中，可獲得三種不同的雷射切割線之深度及寬度曲線資料。

　　再者，本發明薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法，可利用修正因子的模式來進行深度校正，例如於每次雷射切割不同材質之太陽能電池面板後，將探針掃描步階量測資料與電子顯微鏡量測資料之誤差作比對，定義出一修正因子，使探針掃描步階量測數值能對應成電子顯微鏡量測數值，以用來校正雷射切割線所量測出之深度數值。

　　藉此，本發明係為將探針掃描步階量測與雷射切割裝置整合，以應用於大面積薄膜太陽能電池面板雷射製程後，可以即時且全區域性進行深度剖面量測，不僅省時又省成本。

　　前述之實施例或圖式並非限定本發明之結構樣態或尺寸，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)．．．基座

(2)．．．工作臺

(3)．．．定位導向柱

(4)．．．雷射頭

(5)．．．探針掃描器

(51)．．．升降機構

(6)．．．移動裝置

(7)．．．薄膜太陽能電池面板

第一圖：係本發明薄膜太陽能電池之雷射切割裝置立體圖

第二圖：係本發明之工作臺移動狀態示意圖

第三圖：係本發明之探針掃描器升起示意圖

第四圖：係本發明之探針掃描器降下示意圖

第五圖：係本發明薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法流程圖

(1)．．．基座

(2)．．．工作臺

(3)．．．定位導向柱

(4)．．．雷射頭

(5)．．．探針掃描器

(51)．．．升降機構

(6)．．．移動裝置

(7)．．．薄膜太陽能電池面板

Claims (8)

1. 一種薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其係適用於大面積薄膜太陽能電池面板，該薄膜太陽能電池之雷射切割裝置包括：
   　　一基座，該基座上端面設有一凹槽，該凹槽上設置一工作臺，該基座上端面二側邊接設有一定位導向柱；
   　　至少一雷射頭，該雷射頭係設置於該定位導向柱前端面，用以將雷射光束射出至薄膜太陽能電池面板上的特定位置處，以進行切割；以及
   　　至少一探針掃描器，其係設置於該定位導向柱前端面，位於該雷射頭之一側邊，於雷射製程後用作深度剖面量測。
2. 如申請專利範圍第１項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中該凹槽與該工作臺之間設有一移動裝置。
3. 如申請專利範圍第１項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中該定位導向柱內設置有一直線馬達和推進器。
4. 如申請專利範圍第１項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中該探針掃描器進一步包含有一升降機構。
5. 如申請專利範圍第４項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割裝置，其中該升降機構為一升降馬達。
6. 一種薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法，其係適用於大面積薄膜太陽能電池面板雷射切割製程後，其測量方法之步驟包括：
   　　第一步驟，一探針掃描器藉由一升降機構，往下降至探針尖端接觸到一薄膜太陽能電池面板表面；
   　　第二步驟，該探針掃描器再藉由一定位導向柱協助，往雷射切割線方向進行移動；以及
   　　第三步驟，該探針移動經過該雷射切割線時，因探針尖端會隨著切割線表面凹陷而下降，即可獲得該雷射切割線之深度及寬度之曲線資料。
7. 如申請專利範圍第６項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法，其中該定位導向柱內設置有一直線馬達和推進器。
8. 如申請專利範圍第６項所述之薄膜太陽能電池之雷射切割測量方法，其中該升降機構為一升降馬達。