導入
ギガワット規模のペロブスカイト太陽光発電への移行は、精密レーザー加工にかかっており、ビーム分割技術が極めて重要な役割を果たします。単一のレーザー光源を複数のビームに分割することで、P1-P3パターンとエッジアイソレーション（P4）の同時スクライビングが可能になり、スループット、デッドゾーン制御、そして生産コストに直接的な影響を与えます。現在の産業的アプローチは、主に機械式ビーム分割と回折光学素子（DOE）であり、それぞれペロブスカイトの熱感度と拡張性要件に対して独自の利点を持っています。
機械ビーム分割：大面積加工における安定性
機械式ビーム分割は、精密に調整されたミラーと光学系を用いてレーザーを同期したサブビームに分割します。ドイツの装置リーダーであるLPKFは、アレグロ BK24などのシステムにこの手法を採用し、±10μmの精度で12～24本のビームを生成します。この技術の堅牢性は、最小限の電力損失と熱ドリフトへの耐性に由来し、メートルサイズの基板（例：1.2m×2.4mのパネル）全体にわたって一貫したアブレーション深度を維持するために不可欠です。LPKFは、機械式システムがDOE関連のアライメント脆弱性を回避しているため、GW規模のファブで98%の稼働率を達成していると報告しています。
中国のメーカーであるLecheng Intelligentも12パスの機械分割を採用し、2m/秒の速度でカーフの均一性を維持するためにリアルタイムの焦点追跡を重視しています。
DOEベースの分割：スケーラビリティと柔軟性
DOEシステムは、マイクログレーティングを用いてビームを分割することで、ハードウェアコストを抑えながら、より高い多重度（例えば36パス）を実現します。これは、レーザーパラメータ（波長、パルス幅）を頻繁に調整する必要がある多品種生産に適しています。しかし、DOEは15～20%の電力損失を招き、ペロブスカイトの感湿層における発散を防ぐため、厳格なキャリブレーションが必要です。最近の進歩により、アニール後の基板変形を補正するアダプティブオプティクスが統合され、リアルタイムの軌道追跡が必要となる一般的な問題となっています。
パフォーマンスメトリクス: スループットと精度
機械分割は安定性に優れ、同期モーション制御により130μm以下のデッドゾーンを実現しています。同期モーション制御では、ガラス基板は固定されたままレーザーヘッドが移動するため、振動による誤差を低減できます。一方、DOE駆動システムは速度を重視しています。36ビーム構成では2,500mm/sのスクライビング速度を達成できますが、材料の収縮によるP1-P3のずれを回避するため、後工程でデッドゾーンのモニタリングが必要になります。
GW生産の場合、機械システムにより、標準的な8ビームセットアップと比較して必要な機械数が75％削減され、設置面積とエネルギー使用量が大幅に削減されます。
将来の方向性：ハイブリッドシステムとAI最適化
次世代ソリューションは、両方の技術を融合することを目指しています。P1/P3ベースラインパターニングには機械式ビーム分割を使用し、P4エッジクリーニングにはDOE変調ビームを使用します。AI駆動型ビジョンシステムは、ライン間隔をリアルタイムで追跡し、ビーム位置を自動調整することで±5μm未満の許容誤差を維持するため、導入が進められています。Lecheng社のGWスケールのプロトタイプが示すように、適応型ビーム分割は、100μm未満のデッドゾーンを実現しながら、装置あたり500MWを超えるスループットをサポートする鍵となります。
結論
ビーム分割技術は、ペロブスカイト太陽光発電の産業化において、速度と精度のバランスをとる上で極めて重要な技術です。機械的な分割は基礎的なパターニングにおいて信頼性を提供しますが、DOEベースの手法は拡張性を提供します。インテリジェントなハイブリッドシステムへの進化は、次世代太陽光発電製造におけるコストと効率のベンチマークを最終的に決定づけるでしょう。
