DE102007060658A1

DE102007060658A1 - Component i.e. thin layer solar module, producing method, involves separating glass substrate at parting lines with laser beam that is produced by neodymium-doped yttrium aluminum garnet solid state laser in continuous wave operation

Info

Publication number: DE102007060658A1
Application number: DE102007060658A
Authority: DE
Inventors: Michael Haase; Richard Hendel; Markus Rütering
Original assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-15
Filing date: 2007-12-15
Publication date: 2009-07-09

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Herstellen von Bauelementen (14) werden auf einem Glassubstrat (2) eine oder mehrere Funktionsschichten (4, 6, 8) aufgebracht. Die Bauelemente (14) werden anschließend durch einen Trennvorgang vereinzelt, bei dem die Funktionsschichten (4, 6, 8) bis zum Glassubstrat (2) im Bereich von zum Vereinzeln vorgesehenen Trennlinien (10) mit einem von einem gütegeschalteten Festkörperlaser (16) erzeugten gepulsten Laserstrahl (L1) abgetragen werden. Anschließend wird das Glassubstrat (2) an den Trennlinien (10) mit einem vom Festkörperlaser (16) im Dauerstrichbetrieb erzeugten kontinuierlichen Laserstrahl (L2) getrennt. Durch die Verwendung eines Festkörperlasers (16), der sowohl im gütegeschalteten Betrieb als auch im Dauerstrichbetrieb betrieben werden kann, ist die Herstellung vereinfacht.In a method and a device for producing components (14), one or more functional layers (4, 6, 8) are applied to a glass substrate (2). The components (14) are then separated by a separation process in which the functional layers (4, 6, 8) to the glass substrate (2) in the region of separating lines (10) provided with a pulsed generated by a Q-switched solid-state laser (16) Laser beam (L1) are removed. Subsequently, the glass substrate (2) is separated at the parting lines (10) with a continuous laser beam (L2) generated by the solid-state laser (16) in continuous wave mode. By using a solid-state laser (16), which can be operated both in Q-switched operation and in continuous wave operation, the production is simplified.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen, bei denen ein Glassubstrat Träger einer Mehrzahl von Funktionsschichten ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The The invention relates to a method for producing components, in which a glass substrate carries a plurality of functional layers is. In addition, the invention relates to a device for carrying out the method.

Bei Bauelementen, bei denen auf einem Glassubstrat eine oder mehrere Funktionsschichten angeordnet sind, beispielsweise sogenannte Dünnschichtsolarmodule, werden die Funktionsschichten in Dünnschicht-Technologie auf einem großflächigen Glassubstrat aufgebracht. Durch entsprechende Bearbeitung der Funktionsschichten können eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Bauelementen erzeugt werden, die nachträglich durch einen Trennvorgang vereinzelt werden müssen. Um ein Vereinzeln der Bauelemente zu ermöglichen, müssen in einem ersten Schritt die Funktionsschichten im Bereich der vorgesehenen Trennlinien abgetragen und anschließend das Glassubstrat entlang dieser Trennlinien aufgetrennt werden.at Components in which one or more on a glass substrate Functional layers are arranged, for example, so-called thin-film solar modules, become the functional layers in thin-film technology applied to a large glass substrate. By appropriate processing of the functional layers can generates a plurality of juxtaposed components be separated later by a separation process Need to become. In order to allow a separation of the components, In a first step, the functional layers must be in the range the proposed dividing lines removed and then the glass substrate are separated along these dividing lines.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem das Vereinzeln der Bauelemente insbesondere bei der Herstellung von Dünnschichtsolarmodulen in technisch hochwertiger Qualität besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zurunde, eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.Of the The invention is based on the object of specifying a method with the separation of the components, especially in the production of thin-film solar modules in technically high quality can be carried out particularly economically. Furthermore the invention is the object zurunde, a device for performing of the procedure.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei diesem Verfahren werden in einem ersten Schritt die Funktionsschichten bis zum Glassubstrat im Bereich von zum Vereinzeln vorgesehenen Trennlinien mit einem von einem gütegeschalteten Festkörperlaser erzeugten gepulsten Laserstrahl abgetragen. Anschließend wird in einem zweiten Schritt der Festkörperlaser im Dauerstrichbetrieb betrieben und das Glassubstrat wird an den Trennlinien mit dem vom Festkörperlaser im Dauerstrichbetrieb erzeugten kontinuierlichen Laserstrahl in einzelne Bauelemente aufgetrennt.The said object is achieved according to the invention with a method having the features of claim 1. Bei In this process, the functional layers are up to to the glass substrate in the area of separating lines intended for separation with one of a Q-switched solid-state laser ablated generated pulsed laser beam. Subsequently In a second step, the solid-state laser is in continuous wave operation operated and the glass substrate is at the dividing lines with the of Solid-state lasers in continuous wave operation produced continuous Laser beam separated into individual components.

Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass es möglich ist, sowohl das Entschichten als auch das Trennen mit Laserstrahlen durchzuführen, die dieselbe Wellenlänge aufweisen, die jedoch im Bezug auf andere Strahleigenschaften hinsichtlich des jeweiligen Bearbeitungsvorganges optimiert sind. Wenn nun, wie es gemäß der Erfindung vorgeschlagen ist, sowohl zum Erzeugen des gepulsten Laserstrahls als auch zum Erzeugen des cw-Laserstrahls derselbe Laser verwendet wird, ist eine besonders wirtschaftliche Vorgehensweise ermöglicht, da für beide Prozesse nur eine einzige Anlage bereitgestellt werden muss und ein Transport des großflächigen Glassubstrates von einer Laseranlage zu einer anderen Laseranlage entfällt.The Invention is based on the consideration that it is possible is, both the decoating and separating with laser beams perform the same wavelength, However, with respect to other beam properties in terms of respective machining process are optimized. If so, how it is proposed according to the invention, both for generating the pulsed laser beam as well as for generating the cw laser beam using the same laser is a special one economic approach allows, as for both processes only a single plant needs to be deployed and a transport of the large-area glass substrate from one laser system to another laser system is eliminated.

Die Wellenlänge der Laserstrahlen liegen dabei vorzugsweise im Nahinfrarotbereich, so dass die Verwendung eines kommerziell weit verbreiteten Nd:YAG-Lasers möglich ist.The Wavelength of the laser beams are preferably in the near infrared range, allowing the use of a commercial widely used Nd: YAG laser is possible.

Wenn das Tennen des Glassubstrats in einem Prozess erfolgt, bei dem durch Mehrstrahl- oder Mehrfachabsorption des Laserstrahls im Glassubstrat, d. h. durch eine bei mehrfacher Durch querung des Glassubstrates im Bereich der Trennlinie entstehende erhöhte Absorption in diesem Bereich. eine zum Bruch entlang der Trennlinie führende thermisch induzierte mechanische Spannung verwendet wird, ist ein splitterfreies Trennen des Glassubstrates in einem Prozessschritt möglich. Ein solches als MLBA-Prozess (MLBA = multiple laser beam absorption) bezeichnetes Verfahren ist beispielsweise aus der WO 02/48059 A1 bekannt.When the annealing of the glass substrate takes place in a process in which by Mehrstrahl- or multiple absorption of the laser beam in the glass substrate, ie by a cross-over of the glass substrate in the region of the dividing line resulting increased absorption in this area. a thermally induced mechanical stress is used to break along the dividing line, a splinter-free separation of the glass substrate in one process step is possible. Such as MLBA process (MLBA = multiple laser beam absorption) designated method is for example from WO 02/48059 A1 known.

Eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens umfasst demnach gemäß der Erfindung einen Festkörperlaser, der zwischen gütegeschaltetem Betrieb und Dauerstrichbetrieb umschaltbar ist, d. h. in beiden Betriebsarten betrieben werden kann.A Device for carrying out the method accordingly comprises according to the invention, a solid-state laser, between Q-switched operation and CW operation switchable, d. H. be operated in both modes can.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:to Further explanation of the invention is based on the embodiment referred to the drawing. Show it:

1 ein Glassubstrat mit einer Mehrzahl von darauf angeordneten Funktionsschichten als Ausgangsprodukt vor dem Vereinzeln, 1 a glass substrate having a plurality of functional layers disposed thereon as a starting product before separating,

2 das Glassubstrat nach dem Abtragen der Funktionsschichten an Stellen, an denen ein Vereinzeln erfolgen soll, 2 the glass substrate after removal of the functional layers at locations where a separation is to take place,

3 das Glassubstrat während eines darauf folgenden Prozesses, bei dem innerhalb des Glassubstrats mit Hilfe eines Laserstrahls Spannungen induziert werden. 3 the glass substrate during a subsequent process in which voltages are induced within the glass substrate by means of a laser beam.

Gemäß 1 umfasst ein Ausgangsprodukt für die Herstellung von funktionell identischen Bauelementen ein großflächiges Glassubstrat 2 auf dem eine Mehrzahl von Funktionsschichten, im Beispiel veranschaulicht durch drei Funktionsschichten 4, 6, 8, in Dünnschichttechnologie aufgebracht sind. Bei dem Glassubstrat 2 handelt es sich um ein Kalk-Natron-Glas, bei dem als Netzwerkbildner Kalziumoxid CaO und Natriumoxid Na₂O dienen.According to 1 For example, a starting product for the production of functionally identical components comprises a large-area glass substrate 2 on which a plurality of functional layers, illustrated in the example by three functional layers 4 . 6 . 8th , are applied in thin-film technology. At the glass substrate 2 is a soda-lime glass, in which serve as a network former calcium oxide CaO and sodium oxide Na ₂ O.

Vor dem Vereinzeln der Bauelemente werden nun gemäß 2 in einem ersten Schritt die Funktionsschichten 4, 6, 8, in der Umgebung von zum Vereinzeln vorgesehenen Trennlinien 10, d. h. auf beiden Seiten der Trennlinien 10, bis zum Glassubstrat 2 mit einem gepulsten Laserstrahl L1 abgetragen, so dass im Bereich der Trennlinien 10 Ausnehmungen 12 entstehen, die die Funktionsschichten 4, 6, 8 benachbarter Bauelemente 14 voneinander trennen. Die Wellenlänge des Laserstrahls L1 liegt im Nahinfrarotbereich, und wird beispielsweise von einem Nd:YAG-Festkörperlaser 16 erzeugt, der gütegeschaltet ist. Beim Entschichten der Funktionsschichten einer Dünnschichtsolarzelle werden typisch Laserpulse verwendet, deren Pulsbreiten zwischen 30 und 50 ns liegen und, eine Pulsenergie von etwa 40 mJ bei einer Wiederholfrequenz von 6 bis 30 kHz aufweisen.Before the separation of the components are now according to 2 in a first step, the functional layers 4 . 6 . 8th , in the vicinity of dividing lines intended for separation 10 ie on both sides of the dividing lines 10 , to the glass substrate 2 ablated with a pulsed laser beam L1, so that in the region of the dividing lines 10 cutouts 12 arise, which are the functional layers 4 . 6 . 8th neighboring components 14 separate each other. The wavelength of the laser beam L1 is in the near-infrared region, and is for example from a Nd: YAG solid-state laser 16 generated, which is Q-switched. When stripping the functional layers of a thin-film solar cell, laser pulses are typically used whose pulse widths are between 30 and 50 ns and have a pulse energy of about 40 mJ at a repetition frequency of 6 to 30 kHz.

Nach Abtragen der Funktionsschichten 4, 6, 8 entlang der zum Vereinzeln der Bauelemente vorgesehenen Trennlinien 10 wird der Festkörperlaser 12 zum Separieren der Bauelemente im Dauerstrichbetrieb betrieben und das Glassubstrat 2 im Bereich der durch den vorangehenden Prozess gebildeten Ausnehmungen 12 mit einem MLBA-Verfahren gemäß 3 mit einem cw-Laserstrahl L2 aufgetrennt und die Bauelemente werden vereinzelt. Der cw-Laserstrahl L2 trifft hierzu unter einem spitzen Winkel α zur Normalen 18 auf die Oberfläche des Glassubstrates 2 auf. Durch Mehrfachreflektion an, vor und hinter dem Glassubstrat 2 angeordneten Spiegeln 20, 22 transmittiert der Laserstrahl L2 das Glassubstrat 2 im Bereich der Trennlinie 10 mehrfach. Auf diese Weise wird der Energieeintrag im Glassubstrat erhöht, und es entstehen thermisch induzierte Spannungen entlang der Trennlinie 10, die, ausgehend von einem Initialriss, zu einem selbsttätigen Aufbrechen des Glassubstrates 2 führen.After removal of the functional layers 4 . 6 . 8th along the dividing lines provided for separating the components 10 becomes the solid-state laser 12 operated to separate the components in continuous wave mode and the glass substrate 2 in the region of the recesses formed by the preceding process 12 with an MLBA method according to 3 separated with a cw laser beam L2 and the components are separated. The cw laser beam L2 impinges at an acute angle α to the normal 18 on the surface of the glass substrate 2 on. Through multiple reflection on, in front of and behind the glass substrate 2 arranged mirrors 20 . 22 The laser beam L2 transmits the glass substrate 2 in the area of the dividing line 10 multiple. In this way, the energy input in the glass substrate is increased, and there are thermally induced stresses along the dividing line 10 , which, starting from an initial crack, to an automatic breaking of the glass substrate 2 to lead.

Der Spiegel 20 ist mit einer Öffnung 24 versehen, durch die der Laserstrahl L2 hindurchtritt. Die beiden Spiegel 20, 22 können abweichend von der schematischen Darstellung der 3 auch konkav gekrümmt sein.The mirror 20 is with an opening 24 provided, through which the laser beam L2 passes. The two mirrors 20 . 22 may deviate from the schematic representation of 3 also be concavely curved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 02/48059 A1 [0007]

Claims

Method for producing components ( 14 ), in which on a glass substrate ( 2 ) one or more functional layers ( 4 . 6 . 8th ) are applied, and then the components ( 14 ) are separated by a separation process, comprising the following process steps: a) ablation of the functional layers ( 4 . 6 . 8th ) to the glass substrate ( 2 ) in the region of dividing lines ( 10 ) with one of a Q-switched solid-state laser ( 16 ) produced pulsed laser beam (L1), b) subsequent operation of the solid-state laser ( 16 ) in continuous wave mode and separating the glass substrate ( 2 ) at the dividing lines ( 10 ) with one of the solid-state lasers ( 16 ) generated in continuous wave mode continuous laser beam (L2).

The method of claim 1, wherein the wavelength the laser beams (L1, L2) is in the near-infrared region.

Method according to claim 1 or 2, in which the separation takes place in a process in which by multiple absorption of the laser beam (L2) in the glass substrate ( 2 ) one to break along the dividing line ( 10 ) leading mechanical, thermally induced voltage is used.

Device for carrying out a method according to the preceding claims, with a switchable between Q-switched operation and continuous wave operation solid-state laser ( 16 ).