专利名称：：用于雷射雕刻装置的雷射光学头及一种雷射雕刻装置的制作方法
技术领域：
：用于雷射雕刻装置的雷射光学头及一种雷射雕刻装置
技术领域：
[0001]本实用新型涉及用于雷射雕刻装置(laserscribingdevice)的雷射光学头(laseroptichead)，且特别涉及一种包括雷射光学头的雷射雕刻装置。
背景技术：
：[0002]多年来，已知可利用雷射形成沟槽以雕刻薄膜太阳能电池区段，如US4，292,092及JP89172274(US1985/4542578)所述。[0003]在已知文献中，通过调整用以控制光学头的位置的机械系统，使光学头的方向与主要沟槽方向正交，现存的雷射雕刻工具的光学头可用于各种宽度的电池区段。利用校正程序(calibrationprocedure)来比较及修正区段中沟槽的理想位置及实际位置。上述校正可根据反复的程序(iterativeprocedure)或修正检查表(look-upcorrectiontable)进行。在制造环境中进行所谓P1-P2-P3雕刻制程的各个工具，例如在各个复合光学头中的各激光束必须分别进行其校正程序。此外，每当电池区段宽度改变时上述校正程序就必须重复进行。[0004]为了维持在区段内连遮蔽区(deadarea)上的允许误差，以及避免雕刻图案的重叠，上述校正是必要的。校正程序的困难度会随着区段沟槽位置准确度的需求而增加，其本身是遮蔽区的函数例如，当欲得的遮蔽区宽度为400微米时，校正准确度仅须达20微米，然而当遮蔽区宽度为200微米时，校正准确度须高于10微米，通常须达3微米。光学头位置的准确度要足以符合10微米或10微米以下的光束位置校正准确度变得非常困难。[0005]一般而言，为了达到这样高的准确度，校正程序必须更深入且耗时，且必须更频繁的重复。此外，在制造环境中，一般进行各P1-P2-P3制程时不同工具可具有多种可能的组合，因而导致区段沟槽位置错误的累积，使得在整个制造线中，各雷射雕刻工具的遮蔽区的安全限制(safelimit)必须远大于性能限制(performancelimit)。
实用新型内容[0006]本实用新型的目的之一是提供一种用于雷射雕刻装置的光学头，其提供一种非常准确且可靠的雕刻薄膜太阳能电池的方式，并减小遮蔽区的宽度。[0007]特别地，本实用新型一实施例提供用于雷射雕刻装置的雷射光学头，包括绕射(diffractive)光学组件、聚焦物镜(focusingobjective)及调整组件，其中绕射光学组件及聚焦物镜设置在共同(common)光学轴上且彼此分开，而调整组件则配置于与光学轴正交的第三平面上以旋转绕射光学组件。作为一种选择，绕射光学组件及聚焦物镜在共同光学轴上彼此间隔设置。[0008]绕射光学组件(diffractiveopticalelement；DOE)较佳为单一、小型(compact)的光学组件，其可将一入射光束，例如为激光束，分为在特定平面上的许多光束。由单绕射光学组件所产生的所有光束具有几乎相同的强度，且彼此间具有固定的间隔角度(angularinterval)并以光学头的光学轴为中心。而后，由绕射光学组件而来的多重光束入射至聚焦物镜，其较佳地将光束向太阳能电池传输并聚焦，以制造太阳能电池层堆栈。聚焦物镜的光学性能较佳与绕射光学组件特定的光束间隔角度及光学头与太阳能电池的距离相配。[0009]因此，上述光学头可用于将太阳能电池图案化为不同区段。聚焦物镜可包括已知可用于将光聚焦的任何工具，例如透镜、场透镜(fieldlenses)、修复透镜(reimagelenses)、条状镜(stripmirror)、和/或其它工具。在其它实施例中，光学头包括扩大望远镜光学工具(expansiontelescopeopticalmeans)以形成较大的入射直径和/或下降(falling-out)光束。[0010]绕射光学组件及聚焦物镜较佳设置在共同光学轴中，使得进入绕射光学组件的入射光，由聚焦物镜光学传输至如基板和/或太阳能电池上。绕射光学组件较佳作为相光栅(phasegrating)组件，以将入射光束分为多个分割的光束。上述光束较佳为激光束，且大体为高斯强度分布(Gaussianintensitydistribution)。多个分割的光束较佳以沿着轴旋转，该轴与光束分布方向平行和/或与第三平面正交。因此，根据本实用新型所述可知光学头可用于在基板表面制造沟槽，其中，通过沿着光学轴旋转绕射光学组件，即在第三平面上与光学轴正交，从而可轻易且准确地调整相邻光束间的所得节距(Pitch)。[0011]根据本实用新型的包括绕射光学组件的光学头，其制造可非常微小且准确，因此由绕射光学组件而来的光束分裂(bean-splitting)的稳定性，可视为所形成多重光束(multiplebeams)的性质的稳定性，例如，其能量分布及位置的准确度，使得在遮蔽区减小和/或最小化的情况下，与现有技术相比其性能非常稳定。此外，本实用新型所提供的光学头，通过沿光学轴旋转绕射光学组件，可轻易调整电池区段宽度，且仍可维持复合光束位置及性质的稳定性。与现有技术相反的是，为了连结绕射光学组件的旋转角度及电池区段宽度，只需要单一校正程序，因此减少工具设置及调整所需的时间。本实用新型的光学头特别适用于图案化太阳能电池的隔离的沟槽。通过利用绕射光学组件可提升产能(throughput)，即利用多重光束及绕射光学组件以接近或等于0°或90°的角度旋转图案化隔离沟槽，而能够同时雕刻多重沟槽，从而准确且良好地控制图案化沟槽，其具有很近的间隔和/或在单一制程路线(singleprocessingpass)中重叠，基板较佳地随光学头而移动。因此，本实用新型提供了一种光束分裂的较佳方式，其可应用于如太阳能电池的区段宽度的简单变化，且可快速制造整体电池上的区段沟槽及平行或正交于主要区段沟槽方向的隔离沟槽，例如在太阳能电池的边缘。本实用新型的光学头和/或雕刻装置的额外优点是可减少薄膜太阳能电池的漏电流。[0012]在本实用新型较佳实施例中，调整组件包括机动台(motorisedstage)和/或步进马达(st印permotor)，以沿着光学轴旋转绕射光学组件。在其它较佳实施例中，雷射光学头包括控制器，且控制器用以将绕射光学组件放置在光学轴的定义角度位置。作为一种选择，控制器将绕射光学组件定位在光学轴定义角度位置。在此，调整组件较佳用以将绕射光学组件放置在角度位置的准确度<lmrad，较佳地<0.lmrad，且更佳地<0.Olmrad0作为一种选择，调整组件将绕射光学组件设置于角度位置且其准确度lmrad。在上述实施例中，绕射光学组件沿着光学轴精确地旋转，因此，使多重光束在这目标上，例如在基板和/或太阳能电池上，非常准确的对位。当利用前述工具时，光束位置的准确度较佳10微米，更佳3微米。因此，上述实施例可形成宽度小于200微米的遮蔽区。[0013]在本实用新型其它较佳实施例中，在接合外壳(jointhousing)中至少包含绕射光学组件及聚焦物镜，且接合外壳包括一材料，其用以降低接合外壳由于环境改变所造成的热膨胀(thermalexpansion)的敏感度。因此，上述材料更佳地包括低膨胀材料，较佳地为熔融硅石(fusedsilica)。这些都有助于提升绕射光学组件和/或由绕射光学组件产生的多重光束的旋转的准确度，特别是经过一段时间的准确度，因此基板的雷射雕刻非常准确。[0014]在本实用新型又一实施例中，绕射光学组件及聚焦物镜彼此相隔>70毫米且(150毫米，较佳地>25毫米且<50毫米。绕射光学组件的间隔角度范围较佳地介于彡1.5°至<6.5°，更佳地介于彡3°至。聚焦物镜适当的光学直径较佳地为彡15毫米且<70毫米，且较佳地为>25毫米且<50毫米。[0015]本实用新型的目的还提出用于在基板的表面上进行雷射制程的雷射雕刻装置，包括定位组件(positioningmeans)、前述雷射光学头、及移动组件，其中定位组件用以放置在第一平面上待进行制程的基板表面，雷射光学头通过分裂入射激光束以产生多重激光束，使得多重激光束彼此间具有固定的预设距离，且使得多重激光束平行并定义第二平面，聚焦物镜用以在基板上聚焦多重激光束，以在表面上制造平行沟槽，使得第一平面及第二平面形成相交的线(intersectingline)，且使得由各激光束入射至基板上所形成在表面中的沟槽，其彼此间隔有节距(Pitch)，且移动组件用以相对于基板的移动方向移动雷射光学头。作为一种选择，定位组件设置基板的表面以在第一平面上进行处理。[0016]上述雷射雕刻装置为基板提供非常准确且可靠的雕刻，较佳地为太阳能电池雕刻。上述基板可为本领域技术人员所知的任何基板。较佳地可为太阳能电池中的基板，例如为薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池通常包括玻璃基板，在玻璃基板上设置透明或半透明电极层，而后再形成光电转换半导体(photoelectricconversionsemiconductor)及背电极层，上述光电转换半导体由具有PIN或NIP结构(N系负掺杂硅；I系本质硅(intrinsicsilicon)；P系正掺杂硅)的非晶(amorphous)或微晶(microcrystalline)硅薄膜所形成。背电极可再次包括透明导电层加上反射层、导电及反射金属层、或相似的技术。光电转换半导体可形成为单一的(single)、串联的(tandem)、多重的(multiple)接面；各接面又可具有PIN或OTP结构。因此，电极层包括利用雷射雕刻装置进行制程的表面。[0017]玻璃基板可为本领域技术人员所知的任何适用于所制造的薄膜装置中的任何玻璃基板。在一较佳实施例中，玻璃基板为浮动玻璃(floatglass)、安全玻璃(securityglass)、和/或石英玻璃。浮动玻璃，其尺寸较佳地大于一般用于制造太阳能电池的尺寸，通常在形成槽(formingchamber)中，通过输送熔融玻璃，较佳地为持续输送，至延伸的锡浴(extendedtinbath)。而后，熔融玻璃分布在锡表面和/或以适当的工具往至少一个方向拉长熔融玻璃，而作为平坦连续玻璃膜或层。通过小心的控制冷却及拉长的制程，可调整所形成的玻璃薄膜的形状及厚度。[0018]根据本实用新型所述的薄膜层的沉积可利用本领域技术人员所知的各种沉积技术。在本实用新型一较佳实施例中，薄膜层的沉积利用化学气相沉积或物理气相沉积如真空溅镀制程。气相沉积制程更佳地为电浆化学气相沉积(PECVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、和/或有机金属化学气相沉积(MOCVD)制程。[0019]沉积在玻璃基板上的透明电极可包括任何已知的适当材料。其较佳地包括透明导6电氧化物(transparentconductiveoxide；TC0)，更佳地为氧化锌或铟锡氧化物(ITO)。上电极(frontelectrode)的沉积较佳利用真空/磁控管(vacuum/magnetron)溅镀、蒸发、或化学气相沉积，更佳地为利用低压化学气相沉积(LPCVD)，且最佳地是以二乙基锌(diethylzinc)作为前驱物进行低压化学气相沉积以形成氧化锌薄膜层。[0020]本领域技术人员可提供任何适当的工具作为定位组件，较佳地为平坦桌面和/或支持基板设置于其上。相同的，本领域技术人员可提供雷射工具以入射激光束至绕射光学组件上，例如参照US4，292,092和/或US1985/4542578。雷射工具较佳在光谱的红外光区中操作，在第二谐波波长Ondharmonicwavelength；532nm)和/或第三谐波波长(3rdharmonicwavelength;532nm)，雷射工具脉冲之脉波长(pulselength)的范围在0.01至50奈米秒之间，且其操作脉冲重复频率范围在IkHz至40MHz之间，较佳在40MHz。在基板中的沟槽制程利用雷射雕刻装置例如可为所谓的P1、P2和/或P3图案，也可为了边缘和/或横向隔离(transverseisolation)的单一雷射雕刻图案P4。移动组件较佳地包括运送机(conveyer)和/或带状物，且适用于以固定速度移动基板，且其移动方向较佳平行于沟槽制程方向。在另一较佳实施例中，移动组件用于移动光学头，使得基板在多个路径上被雷射雕刻。[0021]因此，根据本实用新型，较佳地分别利用由绕射光学组件产生多重分裂的激光束以在基板中形成沟槽，且各激光束彼此间存在有一预定距离，其与绕射光学组件的间隔角度有关，而在基板中产生的沟槽彼此相隔有节距的距离。当以调整组件旋转绕射光学组件时，节距的尺寸较佳随着角度的位置来改变。在此，根据另一较佳实施例，调整组件通过改变移动方向及相交线的角度而调整沟槽的节距。即，通过旋转绕射光学组件可调整节距的尺寸，因此改变移动方向与第一平面及第二平面所形成的相交线间的角度。移动方向较佳地与沟槽方向相同。节距，即雕刻距离，更佳地为两个相邻沟槽间的最近距离，其正交于相邻沟槽测量而得。[0022]在又一较佳实施例中，角度>0°及<90°和/或该角度使得至少相邻二沟槽至少部分重叠。由于至少相邻二沟槽部分重叠，可精准的确定例如在连续区中的太阳能电池的所有材料层都被移除。当角度为0°时，较佳地为由多重激光束形成“单一”沟槽，而当角度为90°时，较佳地为节距等于激光束的距离。[0023]在本实用新型另一较佳实施例中，第二平面大体上与第一平面正交，和/或光学轴大体与第一平面正交。雷射光学头更佳地产生>3及<9的激光束，较佳产生4激光束，其中较佳地多重光束彼此平行。在又一实施例中，调整组件形成>4毫米及<10.8毫米的节距，较佳为彡5.5毫米及<8.5毫米，更佳为<0.1毫米。雷射光学头更佳可达到<10微米的沟槽位置准确度，较佳为<3微米。在另一实施例中，设置多重激光束以将沟槽形成于沉积在表面的薄膜材料中。薄膜材料可包括非晶和/或微晶硅薄膜，其设置有PIN或NIP接面结构平行于薄膜表面。PIN/NIP结构可夹置于透明薄膜电极间，其可在基板的主要表面上的各个区域中持续延伸，例如透光基板或覆板(superstrate)。[0024]为让本实用新型的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。[0025]图1显示了现有技术包括以雕刻线分割太阳能电池的薄膜太阳能电池的原理；[0026]图2根据本实用新型一较佳实施例，显示了雷射光学头的绕射光学组件及聚焦物镜间的光学关系；[0027]图3A-3C为根据本实用新型一较佳实施例的光学头的侧视或剖面图；[0028]图4A、4B、5A、5B根据本实用新型一较佳实施例，显示了在各应用中利用雷射光学头，其相邻激光束的节距，以及旋转绕射光学组件所产生的附设个激光束。[0029]主要组件符号说明[0030]1-薄膜太阳能电池[0031]2-基板[0032]3-上电极层[0033]4〃光电转换半导体[0034]5〃背电极层[0035]6〃第一隔离沟槽[0036]7々勾槽[0037]8〃第二隔离沟槽[0038]9-遮蔽区[0039]10光学头[0040]11绕射光学组件[0041]12多重激光束[0042]13聚焦物镜[0043]14入射激光束[0044]15第二平面[0045]16光学轴[0046]17节距[0047]18绕射光学组件分割[0048]19直径[0049]20中心设置区[0050]21调整组件[0051]22距离[0052]23第一平面[0053]24区段沟槽方向/移[0054]25交叉线具体实施方式[0055]图1为传统薄膜太阳能电池1的一部分的剖面图。在透明绝缘基板2上设置透明上电极层3，在透明上电极层3上形成光电转换半导体4，以及在光电转换半导体4上再形成透明背电极5。光电转换半导体4包括非晶和/或微晶硅薄膜堆栈。[0056]图1还显示了沟槽6、7、8。上述结构的目的在于建立由电性串联连接的多重太阳能区段所组成的单片光伏模块。因此，透明电极层3由第一隔离沟槽6所分割，其决定电池区段的宽度。光电转换半导体层4填入上述沟槽，在制造的制程中，其整体层状堆栈的顺序依次为层3、沟槽6、层4、沟槽7、层5、沟槽8。以透明背电极层5的材料填入的沟槽7，使得相邻的电池1电性接触。事实上。电池1的背电极5与另一相邻电池1的上电极3接触。背表面电极层5及光电转换半导体4由第二隔离沟层8分割。上述结构的制程较佳地利用了雷射光等方法。[0057]薄膜太阳能电池1的制造方法例如如下首先在透明绝缘基板2上沉积透明电极层3，例如利用低压化学气相沉积(LPCVD)。透明电极层3，也称为透明导电氧化物(TCO)包括如氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)和/或铟锡氧化物(ITO)。而后，以雷射雕刻移除部份透明电极层3，而形成第一隔离沟槽6，其将透明电极层3分割为多个隔离、相邻层。[0058]接着，在透明电极层3上，进行电浆化学气相沉积以沉积光电转换堆栈层4。堆栈层4包括至少ρ掺杂层、i_本质层及η掺杂层在例如薄膜非晶硅中。可重复进形上述步骤已形成多接面非晶硅薄膜太阳能电池1。因此，p-i-n接面可由微晶(microcystalline)材料或非晶及微晶的混合材料所形成，以建立光电转换层4。[0059]而后，雷射雕刻光电转换半导体层4以移除部份光电转换半导体层4，而形成将光电转换半导体层4分割微多个隔离层4的沟槽7。[0060]接着，沉积背表面电极层5以填入沟槽7中，因此形成接触线，并覆盖光电转换半导体层4。背表面电极层5也可为透明导电氧化物(TCO)，例如氧化锌(SiO)、氧化锡(SnO2)、铟锡氧化物(ITO)、或金属层如铝、或前述的组合。[0061]最后，雷射雕刻光电转换半导体层4及背表面电极层5，以形成第二隔离沟槽8，其将光电转换半导体层4分割为电性串联连接的多个光主动(photoactive)层4或区段。因此制造出图1所显示的薄膜太阳能电池1。[0062]本实用新型一实施例公开了大体为5-10毫米的间隔的雷射雕刻沟槽，在太阳能电池1并延伸至其整体长度间，将TCO层3分成多个电性隔离区。在沉积后，利用雷射雕刻光电转换半导体层4。在此层中雕刻的沟槽7应与起初在TCO层3中的沟槽平行，其整体长度一般在5-30毫米之内，且尽量靠近初始沟槽6，一般距离介于10至150毫米。[0063]在沉积背表面电极层5之后，利用雷射形成沟槽8，其同时分割背表面电极层5及光电转换半导体层4，以完成区段的电性串联内联机。雕刻的沟槽8与TCO层中初始沟槽6平行，其整体长度一般在5-30毫米之内，且尽量靠近光电转换半导体层的沟槽7，一般距离介于10至150毫米。[0064]所形成具有串联内联机太阳能电池区段的太阳能电池1，可减少薄膜太阳能电池的漏电流，且整体面板所产生的电压由在各电池及多重电池中所形成的电位所产生。一般而言，1.4m2的面板被分为50-200个电池，使得整体面板的输出电压在30-200V的范围内。[0065]除了在US4，292，092及JP59172274(US1985/4542578)所述的材料之外，可利用许多其它的材料制造薄膜太阳能电池1。在其它等效的装置中，光电转换半导体层4以碲化镉(CdTe)、硒化铜铟(copper-indium-diselenide；CIS)、硒化铜铟镓(copper-indium-gallium-diselenide;CIGS)、结晶娃玻璃(crustallinesilicononglass；CSG)等。一般利用雷射来雕刻层3、4、5中的部分或全部沟槽6、7、8，以在这些装置中形成具有串联内联机的多个太阳能电池1。[0066]分别在层3、4、5中雕刻沟槽6、7、8有时候从玻璃板涂布的一侧施加激光束，但其也可从相反侧施加激光束，此时光束在与薄膜反应之前先通过玻璃。所使用的雷射一般在光谱的红外光(IR)范围操作，但也可用在例如在532nm的第二谐波波长Qndharmonicwavelength)及在532nm的第三谐波波长(3rdharmonicwavelength)。一般而言激光脉冲的脉波长(pulselength)的范围在0.01至50奈米秒之间，且其操作脉冲重复频率范围在IkHz至IMHz之间，但也可高至40MHz。利用一般称为光学头的光机械系统，将激光束导向层堆栈3、4、5上进行已知的制程，上述光学头系设计为提供有效率的材料制程所需空间上的强度分布。[0067]薄膜太阳能电池也可制作在如金属板的非透明基板上。在此实施例中，则不可能透过基板2进行光照，因此所有的雕刻制程的光束都必须由涂布的一侧入射。在一些其它实施例中，太阳能面板制造在弹性基板2上，例如薄金属或聚合物板。在前述的例子中，只能从涂布的一侧进行光照。然而在后述的例子中，从涂布的一侧或是穿过基板2的光照都有可能。[0068]在太阳能电池1上的沟槽6的位置决定了区段的宽度。区段宽度的选择，结合电池的尺寸，取决于欲得太阳能电池1的电性，例如，较宽的区段会增加漏电流ISC(SC短路)，较窄(即较多)的区段会增加开路电压(openCircuitvoltage)0其它可能影响区段沟槽6、7、8的宽度的因素包括电池的设置为串联连接、并联连接、或其它电池连接的组合，从而使被上电极层3及背电极层5的材料层电阻所影响产生电池内的漏电流达最佳化。[0069]为了达到太阳能电池1区段间有效的串联连接，各沟槽6(也称为图案1或Pl)应与沟槽7(也称为图案2或P2)—起建造，而后在建造沟槽8(也称为图案3或P3)，如现有技术所述。在电池1由Pl沟槽6的最外缘至相邻P3沟槽7的最外缘所定义的狭窄区域无法用来收集光伏电流，为有效率的失去或遮蔽(dead)区9。在电池1中的各区段复制此区域，且其数量可为电池1可用的主动区的数百分比。因此，必须缩小遮蔽区9的数量，以获得较大的电池效率。可通过减小Pl至P2沟槽6、7间的距离，及P2至P3沟槽7、8间的距离来缩小遮蔽区。然而，若任何图案交叠(cross)则会造成区段间内联机的失效。即若沟槽顺序P1-P2-P3被破坏，将会造成太阳能电池1功率的降低。缩小沟槽间的距离必须在各制程步骤中设置有准确的激光束，使得遮蔽区可缩小，但可避免沟槽图案的交叠。[0070]在雕刻制程开始之前，设定各制程P1-P2-P3的雷射雕刻工具在正确的距离设置区段沟槽6、7、8的位置。在现有技术中此步骤有赖于校正程序，其通过光学头10的位置来比较欲得沟槽6、7、8的位置及沟槽6、7、8的实际位置，并根据需要修正光学头10的位置。此步骤在太阳能电池1上需要图案排列组件或基准点(fiducials)，且其进行的频率可改变，当所选的区段宽度为初次形成，则仅需进行一次，而一直到每一次利用上述工具形成太阳能电池基板2时都需进行。明显地，在现有技术中，各激光束和/或各光学头必须进行一次校正程序，且校正程序必须进行的频率越高，雷射制程步骤的整体周期时间就越长。若排列组件测量系统或光学头位置系统的准确度与稳定度远小于欲得区段沟槽6、7、8的位置准确度时，校正的频率则需增加。[0071]雷射制程步骤的整体周期时间影响太阳能电池制造的整体产能，因此缩短时间可改善太阳能电池1的经营成本。缩短雷射周期时间的数个方法包括操作多重光学头10而将多重激光束12射至太阳能电池1，以在太阳能电池2的长边上同时制造许多平行的区段沟槽6、7、8。上述方法需要光学头10或基板2的通过次数较少。如前述，在现有系统中，必须校正各激光束及各光学头10以将区段沟槽6、7、8准确的设置于太阳能电池1上。[0072]平行且设置在靠近太阳能电池1边缘的边缘隔离沟槽为必要的，因此在区段的一端与其它区段间、或与太阳能电池1上用于收集电流的接触区间不会产生电流短路。短路，即分流(shunt)，可降低太阳能电池的功率效能。[0073]与区段沟槽正交的横向隔离沟槽，其可横跨太阳能电池1，一般用于限制可流过电池1的最大电流，其中避免太阳光照而避免电池上述区域的损害及太阳能电池1整体效能的降低。[0074]边缘及横向隔离沟槽的形成皆可利用在区段制程P1-P2-P3之后进行单一雷射雕刻制程，或利用与沟槽雕刻成为Pl及P3的一部分的制程。在上述两者中皆需基板2上太阳能电池1的所有材料层，并在隔离沟槽间提供足够的电阻。[0075]—般而言，多次利用基板2或光学组件通过而形成多重距离非常近或重叠的隔离沟槽6、7、8，此时相邻沟槽6、7、8的中心距离小于各沟槽的宽度。多重隔离沟槽6、7、8降低隔离分流、或其它失效的可能性，导致会造成电池性能降低的电流短路。[0076]然而，隔离沟槽6、7、8的数量及距离越大，太阳能电池1无法产生电流的区域也越大。在一般结合Pl及P3以形成隔离沟槽6、8的制程中，Pl及后续的P3沟槽6、8彼此必须准确的重叠，以确保移除在连续区中太阳能电池1的所有材料层3、4、5。在制造环境中，为了在不同雕刻制程中实际上达到准确设置，必须多重、距离相近或重叠的Pl及P3组沟槽6、8，以确保两制程重叠在太阳能电池1上，且形成有效的隔离沟槽。[0077]形成隔离沟槽所需雷射雕刻沟槽6、7、8的数目以及其彼此间距离的情况，会相当程度的影响制程时间，且可占雷射制程步骤的整体周期时间很大的一部分。[0078]这些薄膜太阳能电池装置的主要特性在于雕刻数个沟槽6、7、8，各沟槽长度达一公尺或多公尺，以在面板上形成多个区段。因此，每一层的整体雷射沟槽长度必须达100公尺或超过100公尺。上述雷射沟槽必须在可接受的面板制程周期时间内利用工业雷射雕刻工具所形成。其一般小于2分钟，因此雷射雕刻速率必须达到每秒数公尺。[0079]在雷射雕刻工具中，当激光束入射至太阳能电池1或基板2上，利用雷射光照的太阳能电池1的区段倚赖光学头10的移动，其将激光束射至太阳能电池1及基板2，其可为固定或相对于参考的机械框架而移动，使得持续的沟槽6、7、8形成在太阳能电池层中。[0080]一种现有方法是利用单一光束雕刻所有的线，但利用电流计驱动镜扫描系统(galvanometerdrivenmirrorscannersystem)使光束高速移动。例如在美国专禾1J公开号No.US2003/0209527A1所述。利用扫描系统在全宽600毫米的宽面板上移动激光束，其移动速度达4米/秒(metres/sec)，且面板以正交方向通过扫描单元。前述现有技术的缺点在于为了覆盖面板的整体宽度，必须利用具有较大扫描场范围的扫描镜。这通常表示扫描镜具有相当长的焦距。此外，在每次扫描时，通常也必须利用具有第三轴的扫描系统以动态调整光束尺寸的延伸，以维持聚焦在整体面板宽度。[0081]因此在控制系统上增加了复杂性，扫描镜所需要的长焦距导致所形成的焦点最小尺寸受到限制，因此所制造的沟槽宽度不如欲得宽度狭窄。且当具有镜焦距的扫描系统尺度造成位置设置的错误，也造成准确设置沟槽的困难。上述困难都会造成问题，因理想的沟槽6、7、8的宽度应该尽可能的狭窄，且相邻沟槽应尽可能靠近以缩减沟槽6、7、8之间的遮蔽区。此外，由于光学系统要达到线扫描(inescan)的限制，此方法一般限于雕刻与面板较短方向平行的面板，一般长度达600毫米。上述系统无法形成与面板长轴平行的沟槽6、7、8。[0082]在一些已知的例子中的工具在雕刻时具有固定的光学组件，即面版必须非常快速的移动。为了避免过大的面板速度，常利用多重光学系统以产生平行的激光束来制造沟槽6、7、8。在一例子中，尺寸约1.ImX1.:的面板需要100个分别的沟槽6、7、8，其可在60秒内有8个平行的激光束，且面板以少于300毫米/秒(mm/sec)的最大速度移动。在许多雷射工具结构中具有多重光束方法。[0083]现有的另一个方法是利用由功率相对低的单一雷射所组成的光学系统，例如其功率在355nm或532nm时少于5W，或在1064nm时少于10W。此低功率雷射耦接至将雷射传送至工作件的单一光学头。多个上述的光学系统组装在工具中以增加净处理速度。在德国专利申请号No.DE102006033四6.2及美国专利申请号No.US2008/(^63877中有上述系统的描述。[0084]上述方法的缺点在于其面板或所有的光学系统必须以与沟槽方向正交的方向进入，以在整个面板上都覆盖有沟槽6、7、8。亦即，其定位系统必须非常准确，否则在光学头10的所有位置都必须进行每个激光束位置的校正，以达模块需求的必要准确度。具有多重雷射来源的系统花费通常很高，且会负面影响太阳能电池的经营成本。此外，大量的雷射光源需要常规的保养服务且整体而言失效的机率较高，因此降低可正常运作的时间且增加经营成本。[0085]现有的另一个方法是利用由相对高功率的单一雷射所组成的光学系统，例如在355nm的功率高于10W，或在532nm高于5W，或在1064nm高于20W。高功率激光束而后通过偏光分裂(polarizationdivision)或强度分裂(intensitydivision)以将多重激光束传至多个光学头10，一般为2-4个。在此例子中，单一雷射工具可装置有许多上述光学系统。在德国专利申请号No.DE102006033四6.2中有上述系统的描述。上述工具结构的优点在于每个工具仅需要一个，或一般为二个，雷射光源，因此减少每个工具之雷射光源的停工时间(downtime)。[0086]然而，在上述光学系统中的校对、偏光控制及光束功率的平衡在实际运用上复杂且耗时。光学系统中激光束性质的任何改变，例如光束位置、功率、强度轮廓(profile)，可造成面板的上在制程区域的各光束间的重大改变。光束间的功率改变及轮廓改变会影响沟槽6、7、8的品质，而光束间位置的改变可造成需要频繁的校正操作。因此，由于必须有频繁校正的常态工作且进行校对确认，而造成工具可正常运作时间的缩短。[0087]上述所有的现有雷射工具的光束位置一般为在工具中直线雷射数组中，其具有与沟槽方向正交的直线轴。为了在工具上使雷射在两个正交的方向上雕刻面板，例如形成边缘隔离及横向隔离沟槽6、7、8，可以只利用一个激光束雕刻面板的所有路径，或在工具中选转面板以形成正交沟槽6、7、8。在上述第一个方法的例子中，此单一光束的制程没有效率且通常占工具周期时间很大的一个因素。在上述第二个方法的例子中，面板旋转时间增加了工具的周期时间。一般而言，面板尺寸为非对称的，且工具结构通常由于缺乏包含面板长边的空间而造成面板无法旋转，该面板的长边在主要沟槽方向的正交方向。[0088]可设置具有多重光学头10的雷射雕刻工具，使得多重激光束可射向太阳能电池1，其多重激光束的方向正交于区段沟槽方向，因此在太阳能电池1的长边上可同时产生数个平行的区段沟槽6、7、8。[0089]然而，上述方法不适用于设置与主要区段沟槽6、7、8方向正交的边缘隔离沟槽及横向隔离沟槽。在设置需要高准确度多重重叠或距离相近的边缘隔离沟槽及横向隔离沟槽时，其方向与区段沟槽6、7、8的方向平行，然而必须在与区段沟槽6、7、8正交的方向准确定位才可以准确设置区段沟槽6、7、8。机械系统的光学头10在两个方向上都必须准确设置沟槽，因此相当复杂。一般而言，较简单的方法为只留下一个光学头10及激光束，而机械上或光学上的关闭其它所有的光学头10及激光束，使得一次只有设置一个隔离沟槽6、7、8。没有多重平行光束的制程，完成图案化6、7、8所需时间变得占据雷射制程整体周期时间的一大部分，且影响模块的经营成本。[0090]能够简单地调整电池区段宽度、并在区段及隔离沟槽多重图案化及沟槽位置校正的耗减少的方法，将有利于雷射制程时间，且因此利于制造太阳能电池的经营成本。[0091]根据本实用新型所提供的解决方法设置有光学头10，其利用绕射光学组件(DOE)11以提供多重激光束12。在光学头10中，绕射光学组件11与聚焦物镜13组合。绕射光学组件11为单一、小型的光学构件，其可将入射激光束14分裂成在特定的第二平面15中的多重激光束12。由单一DOEll所产生的光束12具有几乎相等的强度，且彼此间具有固定的间隔角度(angularinterval)α并光学头10的光学轴16为中心。[0092]而后，由DOEll而来的多重光束12入射至聚焦物镜13，其将激光束12射入并聚焦在太阳能电池1上，以进行太阳能电池堆栈3、4、5的制程。聚焦物镜13的光学效能，与DOE11特定的光束分裂间隔角度χ以及光学头10与太阳能电池基板2的距离相配。由光学头10的DOE11所图案化所得的电池区段宽17，由DOE11的分裂角度α及光学头10及DOE11间的距离18所决定。[0093]在图2中，显示太阳能电池制程中，入射激光束14通过光学头10可能的路径以及所行成的多重聚焦激光束12。在此实施例中，设置DOE11，使得单一入射光束14分裂为四个分开的光束12，其而后聚焦在太阳能电池堆栈层3、4、5上，而能够同时在太阳能电池1中形成四个区段沟槽6、7、8。通过在光学雷射头10中旋转DOE11，所形成在相邻激光束12间正交于主要沟槽方向M的节距(Pitch)11，即电池区段宽17，可依照不同制程需要调整，因此提供了基板2的雷射处理的弹性，例如用以雕刻太阳能电池堆栈层3、4、5。[0094]根据本实用新型一实施例，一般的电池区段宽度17，即节距17，介于5.5至8.5mm之间，但也可大到10.8mm。如图2所示，其是由DOE11至聚焦物镜13的距离18，以及DOE11的分裂角度间隔α所决定，然而，其通常被聚焦物镜13的最大光学直径19所限制。在一实施例中，DOE11的角度间隔α—般可介于1.5度至5度，但也可大到6.5度，而DOE11与聚焦物镜13的距离18—般在70至150mm的范围内。聚焦物镜13适当的光学直径19可在25至50mm的范围内。[0095]在第3A至3C图显示在一可能的实施例中光学头的工程示意图。其包括中心设置区(centralmountingblock)设置有其它组件，包括聚焦物镜13、DOE11、及用于沿着光学轴16旋转DOE11的调整组件21，例如机动台21。图中其它额外的组件使光学头10在雷射雕刻工具中可正确运作的必要组件，包括校对及位置控制系统、光束光闸(beamshuttering)、以及定及维护ilil(setupandmaintenanceaccess)。然而，^；^并与巨*实用新型的目的，因此并未近一步详述，但为本领域技术人员可应用和/或了解。整体组装过程分别进行转换及评估阶段，其可准确的设置用于进行太阳能电池堆栈层3、4、5制程的光学头10及多重激光束12。[0096]如此紧密的组件排列，使得低重量的组件在需要快速制程时可以高速移动，且可设计为具有高位置稳定性。此外，在光学轴16的材料长度很短，因此组件对于环境改变而产生的热膨胀的容忍度更高。通过选择适当的DOE11及聚焦物镜13，可利用一个光学头10来提供3至7个的多重光束12。[0097]在DOE11后方的多重光束12中的分裂角度间隔α的准确一般小于0.lmrad，且结合光学头10至DOE11间隔18约为100mm，造成区段沟槽6、7、8的位置准确度大于10毫米。然而，相较于其它形式的传统光束分裂光学组件上述光束间隔的稳定性已大幅提升，传统的光学组件的DOE11系统仰赖整合至DOE11结构的周期性精密标度组件(periodicfinescalefeatures)。[0098]DOE11是利用适当的光学材料所制作的，例如熔融硅石(fusedsilica)，其预期经过一段时间后具稳定性且在环境条件(如温度)下不改变。光学头10的DOE11紧密设置以单一光学组件提供多重区段沟槽6、7、8，并具有高度位置准确性及良好的稳定性。[0099]在本实用新型中新颖地利用光学头10的DOE11，而能够克服当电池区段宽17改变时在机械定位上光学头10重复再校正的复杂性，或由于定位系统其它改变或偏移所必须进行的校正的复杂性。此光学头10的DOE11的新颖的使用方法也使得雷射雕刻工具可图案化边缘隔离及横向隔离沟槽6、7、8，并维持利用多重光束12，因此减少整体雷射制程的周期时间。这些特征在图4A及4B中将进一步说明。[0100]如上述，DOE11在特定平面15中提供了多重光束12规律的角度间隔。参照图4A及4B，在第一制程平面23的多重光束12的距离22决定电池区段宽度17。平面22的方向对应于周期性精密标度组件在DOE11结构中的方向。[0101]通过沿着光学头10的光学轴16旋转DOE11，可旋转平面17，且其中具有分裂的多重光束12。当多重光束12通过聚焦物镜13，且考虑到在区段沟槽方向M的正交方向上的这些光束12的间隔或距离22，其是在多重光束12的交叉25及太阳能电池1基板2间所绘直线的角度，这些多重光束所雕刻的有效电池区段宽度17将直接随着产物的余弦(cosine)角θ及多重光束12的距离22而改变。[0102]在实际应用中，沿着光学头10的光学轴16旋转的DOE11，可通过设置DOE11的高准确度移动台21，因此可沿着光学轴16准确的旋转，且其移动角度θ至少90°且准确到一般优于lOym。因此，在太阳能电池1中的多重激光束12可平行或正交于区段沟槽方向24，或在任何介于此二极限的角度。[0103]区段沟槽距离的最大值，亦即电池区段宽度17的最大值，在θ=0°时达到，亦即光束分裂方向正交于沟槽方向Μ。由DOEll所提供光学光束分裂的稳定特性，结合旋转台21的准确度，可确保各光学头10只需要一次电池区段宽17对DOE11旋转角度θ的校正，而不需要针对各分裂光束校正。[0104]一旦在雷射雕刻工具中对各光学头10进行校正，可轻易的依据后续制程设定固定的区段宽度17，或者根据太阳能电池1电性最佳化的需要微小的调整区段宽17，或者在电池宽度的基础下校正其它不欲得因素所造去区段宽17的改变。校正程序一般花费10至20秒以将校对标记图案化在太阳能电池1未使用的区域，而后注记其位置并将校正因素14(correctionfactor)施加在各制程光束的位置上。在制造过程中，仅需不频繁的进行这些步骤以确定校正工具并未偏移，或当布局改变时利用不同的电池区段宽度。[0105]当旋转角度θ接近90°或0°时，如图5Α及5Β所示，可将多重光束12的距离减小，其方向设置为在区段沟槽方向24，或在正交方向，使得由光束12所形成的各个沟槽6、7、8彼此间非常靠近或甚至部分重叠，以有效地形成单一宽度沟槽6、7、8。复合沟槽("compositeVoove)6,7,8受益于DOE11光束分裂的相同特征，在于准确且稳定的控制整体宽度17，而在其结构中不需建立额外的校正。[0106]这些多重隔离沟槽结构可在基板2对光学头10进行相对移动的单一制程过程中形成。上述复合沟槽6、7、8适合用于边缘隔离或横向隔离沟槽6、7、8，因为这些组件一般受益于由多重沟槽所提供额外的隔离。一般而言，利用4至9个分别的沟槽6、7、8以形成边缘隔离或横向隔离沟槽6、7、8，且在一个全尺寸太阳能电池模块中，一般会具有至少4个的各种型态的隔离沟槽6、7、8。相较于以雷射制程光学头之雷射制程步骤，其需利用单一激光束的多重步骤以图案化边缘及横向隔离沟槽6、7、8，利用本实用新型所述新颖的技术所需周期时间可缩短35至65秒。[0107]此外，在关于建筑整合太阳能(BuildingIntegratedPhotovoltaics；BIPV)的应用中，较佳地移除焊条(ribbon)中硅层在区段沟槽6、7、8的正交方向行进的面积至20%。这一般需要在数千个重叠的横向沟槽6、7、8中重复进行P3的图案化8，以有效的增加模块的光穿透率。[0108]在上述描述的本实用新型中，DOE11的旋转角度θ接近90时，可同时雕刻多重重叠的横向沟槽6、7、8，因此可有效的降低雷射制程的周期时间，其影响大约等同于用以图案化的多重光束12的数目。[0109]虽然本实用新型已公开上述多个较佳实施例，但本实用新型并不限于此，本领域技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可对本实用新型作任意的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求书所界定的保护范围为准。权利要求1.一种用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，包括绕射光学组件(11)，聚焦物镜(13)，以及调整组件(21)，其特征在于，所述绕射光学组件(11)及所述聚焦物镜(1在共同光学轴(16)上彼此间隔设置，以及所述调整组件在正交于所述光学轴(16)的第三平面上旋转所述绕射光学组件(11)。2.如权利要求1所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，所述调整组件包括机动台和/或步进马达，以沿着所述光学轴(16)旋转所述绕射光学组件(11)。3.如权利要求1或2所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，所述用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)包括控制器，且所述控制器将所述绕射光学组件(11)定位在所述光学轴(16)定义角度位置(Θ)。4.如权利要求3所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，所述调整组件将所述绕射光学组件(11)设置于角度位置(θ)且其准确度彡0.lmrad。5.如权利要求3所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，至少所述绕射光学组件(11)及所述聚焦物镜(1包含在接合外壳中，且所述接合外壳包括用以降低所述接合外壳对环境改变所造成的热膨胀的敏感度的材料。6.如权利要求3所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，所述绕射光学组件(11)及所述聚焦物镜(1彼此距离(18)^70mm且<150mm。7.如权利要求3所述的用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，其特征在于，所述绕射光学组件(11)及所述聚焦物镜(1彼此距离(18)^25mm且<50mm。8.一种雷射雕刻装置，用于雷射处理基板O)的表面，包括定位组件，根据前述任意一项权利要求所述的雷射光学头(10)，以及移动组件，其特征在于，所述定位组件设置所述基板O)的表面以在第一平面上进行处理，所述雷射光学头(10)通过分裂入射激光束(14)以产生多重激光束(12)，使得所述多重激光束(1彼此间存在有预定的固定距离(22)，使得所述多重激光束(1平行设置而定义第二平面(15)，所述聚焦物镜(1将所述多重激光束(12)聚焦至所述基板(上，以在所述表面制造平行沟槽(6、7、8)，使得所述第一表面及所述第二表面(1形成交叉线(25)，且使得通过所述各个激光束入射至所述基板(上，而在所述表面中制造的所述沟槽(6、7、8)彼此由节距(17)间隔，以及所述移动组件用于以相对于所述基板O)的移动方向04)上移动所述雷射光学头(10)。9.如权利要求8所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述调整组件通过改变所述移动方向04)及所述交叉线05)间的所述角度(90°-Θ)，以调整所述沟槽(6、7、8)的所述节距(17)。10.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述角度(Θ)^O0且^90°，和/或设置所述角度(θ)使得至少二个相邻的沟槽(6、7、8)至少部分重叠。11.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述第二平面(15)设置为正交于所述第一平面03)和/或所述光学轴(16)主要设置为正交所述第一平面03)。12.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述雷射光学头(10)产生彡3且<9个激光束(12)。13.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述雷射光学头(10)产生4个激光束(12)。14.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述调整组件用以产生彡4mm且彡10.8mm的节距(17)。15.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述调整组件用以产生彡5.5mm且彡8.5mm的节距(17)。16.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述调整组件用以产生彡0.Imm的节距(17)。17.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述雷射光学头(10)用以达到沟槽定位准确度<10μm。18.如权利要求8或9所述的雷射雕刻装置，其特征在于，所述多重激光束(12)用以在所述表面(沉积的薄膜材料中产生沟槽(6、7、8)。专利摘要本实用新型公开了一种用于雷射雕刻装置的雷射光学头及一种雷射雕刻装置，其中用于雷射雕刻装置的雷射光学头(10)，包括绕射光学组件(11)、聚焦物镜(13)及调整组件(21)，其中绕射光学组件(11)及聚焦物镜(13)设置在共同光学轴(16)上且彼此分隔，且调整组件(21)用于在正交光学轴(16)的第三平面上旋转绕射光学组件(11)。本实用新型可减少薄膜太阳能电池的漏电。文档编号B23K26/067GK202278310SQ201120247650公开日2012年6月20日申请日期2011年7月8日优先权日2010年7月8日发明者希瑟·布思,朱利安·卡什莫尔申请人:欧瑞康太阳股份公司(特吕巴赫)