(57)【要約】【課題】薄膜をカットするスクライブ処理により生じた粉体を容易に除去することを目的とする。【解決手段】基板２に形成された薄膜に対してレーザ光を照射して、薄膜をカットするためにレーザ光を発振するレーザ光源１１と、薄膜をカットしたときに飛散する薄膜の粉体に対して紫外光を照射して、この紫外光を前記粉体に作用させるためのＵＶランプ１５とを備えている。薄膜をレーザ光によりカットするときに薄膜から上方に向けて飛散した粉体に対して紫外光を照射することにより、粉体を改質して薄膜とは異質の素材にする。薄膜に落下した改質済みの粉体はエアダクト１７により吸引除去されて容易に薄膜から除去することが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された薄膜に対してレーザ光を照射して、前記薄膜をカットするレーザ光照射手段と、
前記薄膜をカットしたときに飛散する前記薄膜の粉体に対して紫外光を照射して、この紫外光を前記粉体に作用させるドライ洗浄手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ処理装置。
【請求項２】
前記ドライ洗浄手段は、
前記粉体に紫外光を照射する紫外光照射手段と、
前記紫外光が作用した粉体を吸引除去する吸引除去手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ処理装置。
【請求項３】
前記レーザ光源と前記基板とを相対移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ処理装置を備えたことを特徴とする太陽電池パネルの製造装置。
【請求項５】
請求項４記載の太陽電池パネルの製造装置により製造されたことを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項６】
基板上に形成された薄膜に対してレーザ光を照射してカットを行い、前記薄膜を複数の領域に分割する薄膜カット工程と、
前記薄膜カット工程において飛散した前記薄膜の粉体に対して紫外光を照射して、この紫外光を前記粉体に作用させる紫外光照射工程と、
前記紫外光の作用後の前記粉体を吸引除去する吸引除去工程と、
を有することを特徴とするレーザ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された薄膜に対してレーザ処理を施すレーザ処理装置、太陽電池パネルの製造装置、太陽電池パネルおよびレーザ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルの１種であるアモルファスシリコン太陽電池パネルは、透明基板上に透明電極層と光電変換層と背面電極層とを薄膜として積層している。透明電極層および背面電極層の薄膜としては、ＳｎＯ（酸化スズ）等の金属酸化物が用いられ、光電変換層の薄膜としてはアモルファス（非結晶）状態のシリコンが用いられる。各薄膜は、ＣＶＤ（気相成長法）法等の蒸着法により基板上に順次蒸着されて形成される。一般的な太陽電池パネルは光電変換層を複数のセルに分割した構造を採用しており、各セルを直列接続するようにしている。各セルの段数を変更することにより、太陽電池パネルとしての電圧を任意に設定することが可能になる。
【０００３】
太陽電池パネルを複数のセルに分割するために、各層の薄膜を複数の領域に分割するためにカットして溝部を形成するスクライブ処理（またはレーザエッチング処理）を行う。このスクライブ処理を行っているものとして、例えば特許文献１や特許文献２のような技術がある。特許文献１では、透明なステージに基板を搭載してステージ側からレーザ光を照射して薄膜をカットしており、特許文献２ではガスを吹き付けながらレーザ光を照射して薄膜をカットしている。
【特許文献１】特開平６−３２６３３７号公報
【特許文献２】特開２００１−３２００７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および２のように、レーザ光を照射して行われる薄膜のカットは、カット時に薄膜が部分的に除去され、この除去した薄膜が塵のような微小な粉体となって上方に飛散し、飛散した粉体が落下して薄膜に再付着する。この落下した粉体により薄膜の表面の平滑度が低下するために、品質向上の観点から薄膜に落下した粉体を除去しなければならない。ただし、基板に落下した粉体は、もともと薄膜と同質の素材であるため、落下した粉体と薄膜とが固着ないしは癒着して除去することが困難になる。このため、薄膜から粉体を確実に除去するためには、専用の洗浄液等を用いて洗浄を行うようにしなければならなくなり、洗浄工程および洗浄機構を要し、生産性の低下および機構の複雑化を招来する。
【０００５】
前述したように基板上には複数層の薄膜が積層され、複数領域に分割するために各薄膜に対してスクライブ処理が施される。このため、スクライブ処理がされた薄膜に対して次に積層される薄膜を蒸着するときには粉体を確実に除去した後に、蒸着するようにしなければならない。従って、スクライブ処理と洗浄処理とを交互に繰り返して行わなければならず、大幅に生産性が低下する。また、特許文献２では、スクライブ処理により生じた粉体に対して気体を吹きつけて除去しているが、粉体は極めて微小な粒径を有するものであるため、気体を吹きつけるだけで完全に粉体を除去することはできない。このため、残存した粉体を除去するために、やはり洗浄を行なわなければならず、生産性が低下し、機構は複雑化する。
【０００６】
そこで、本発明は、薄膜をカットするスクライブ処理により生じた粉体を容易に除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１のレーザ処理装置は、基板上に形成された薄膜に対してレーザ光を照射して、前記薄膜をカットするレーザ光照射手段と、前記薄膜をカットしたときに飛散する前記薄膜の粉体に対して紫外光を照射して、この紫外光を前記粉体に作用させるドライ洗浄手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このレーザ処理装置によれば、スクライブ処理により飛散した粉体に紫外光が作用して改質し、粉体は薄膜とは異質の素材になる。紫外光が作用した粉体が薄膜に落下したとしても、粉体と薄膜との親和性が低下ないしは喪失しており、容易に分離可能になっている。これにより、粉体が簡単に除去される。飛散した粉体は薄膜に落下する前に紫外光を照射しなければならないことから、レーザ光を照射して薄膜のカットを行うのと並行して、紫外光を照射してドライ洗浄を行うことが望ましい。レーザ光照射とドライ洗浄とを並行して行うことで、粉体が落下する前に紫外光を作用させることができ、粉体を容易に分離可能にすることができるとともに、薄膜のカットとドライ洗浄とを同時に行うことで処理時間の短縮化を図ることができる。
【０００９】
本発明の請求項２のレーザ処理装置は、請求項１記載のレーザ処理装置において、前記ドライ洗浄手段は、前記粉体に紫外光を照射する紫外光照射手段と、前記紫外光が作用した粉体を吸引除去する吸引除去手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このレーザ処理装置によれば、紫外光が作用した粉体は薄膜への親和性が低下ないしは喪失しており、吸引除去手段による吸引除去を行うだけで容易に薄膜から除去される。
【００１１】
本発明の請求項３のレーザ処理装置は、請求項１記載のレーザ処理装置において、前記レーザ光源と前記基板とを相対移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このレーザ処理装置によれば、基板とレーザ光源とを相対移動させることができるため、薄膜を所望のパターンにカットすることができるようになる。薄膜のカットは基本的には１方向に対して行われるため相対移動の方向も１方向でよいが、相互に直交する２方向に移動可能にすると、所望のパターンのカットを施すことができるようになる。
【００１３】
本発明の請求項４の太陽電池パネルの製造装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ処理装置を備えたことを特徴とする。また、本発明の請求項５の太陽電池パネルは、請求項４記載の太陽電池パネルの製造装置により製造されたことを特徴とする。
【００１４】
前記のレーザ処理装置は太陽電池パネルの製造装置に適用できる。基板上に薄膜を積層した太陽電池パネルにおいては、薄膜を複数セルに分割するためのスクライブ処理を施すため、スクライブ処理により生じる粉体を除去するために前記のレーザ処理装置を適用できる。
【００１５】
本発明の請求項６のレーザ処理方法は、基板上に形成された薄膜に対してレーザ光を照射してカットを行い、前記薄膜を複数の領域に分割する薄膜カット工程と、前記薄膜カット工程において飛散した前記薄膜の粉体に対して紫外光を照射して、この紫外光を前記粉体に作用させる紫外光照射工程と、前記紫外光の作用後の前記粉体を吸引除去する吸引除去工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、薄膜のスクライブ処理を行うときに生じる薄膜の粉体に対して紫外光を作用させているため、紫外光作用後の粉体が薄膜に落下したとしても薄膜に固着ないしは癒着することがなくなり、容易に粉体を除去できる。これにより、洗浄工程および洗浄機構を必要としなくなるため、生産性の向上および機構の簡略化を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、太陽電池パネルを適用した場合について説明するが、薄膜に対してレーザ光を照射して部分的に薄膜を除去する処理を行うものであれば、太陽電池パネル以外に対しても適用してもよい。
【００１８】
図１は、本発明のレーザ処理装置１の概略構成図である。レーザ処理装置１は、主に被処理体２と搭載ステージ３とステージ移動部４と加工ユニット５とを備えて概略構成している。被処理体２は、レーザ処理装置１により処理される対象物であり、基板６を基本構成としている。基板６は透明性のガラス基板であり、この基板６に太陽電池パネルの機能を発揮するための各種薄膜が蒸着されていく。従って、被処理体２は、薄膜が蒸着されていない状態であれば基板６になり、薄膜が蒸着されている状態であれば基板６と蒸着されている薄膜とを含むものになる。
【００１９】
搭載ステージ３は被処理体２のうち基板６を搭載して保持するためのステージである。また、ステージ移動部４は搭載ステージ３を１方向に移動可能になっており、搭載ステージ３と加工ユニット５とを相対移動するための移動手段である。図１の例では、加工ユニット５を固定して搭載ステージ３を移動させているが、搭載ステージ３を固定して加工ユニット５を移動させるものであってもよい。また、両者を相対移動させるために、加工ユニット５と搭載ステージ３との両方を移動させるものであってもよい。また、搭載ステージ３を１方向に移動可能にしているが、平面上の相互に直交する２方向に移動可能にしてもよい。
【００２０】
加工ユニット５は、レーザ光源１１とビームエキスパンダ１２とＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１３と対物レンズ１４とＵＶ（Ultra Violet）ランプ１５とエアノズル１６とエアダクト１７とを備えて概略構成しており、各部は一体となってユニットを構成している。前述したように、加工ユニット５に移動手段を設ける場合には、移動手段により加工ユニット５の各部が一体となって搭載ステージ３に対して相対移動される。
【００２１】
レーザ光源１１は所定波長のレーザ光を発振する光源であり、このレーザ光により薄膜のスクライブ処理（または、レーザエッチング処理）が行われる。薄膜は、その材質により反応する波長域が異なるため、レーザ光源１１はスクライブ処理される薄膜に応じた波長のレーザ光を発振するようにする。ビームエキスパンダ１２はレーザ光源１１から射出したレーザ光のビーム径を広げるために設けた光学部品である。ＰＢＳ１３はレーザ光の光路に対して４５度の角度で配置され、相互に直交する２方向の偏光光のうち１方向の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する光学部品である。対物レンズ１４はＰＢＳ１３で反射したレーザ光をスクライブ処理される薄膜に集光するためのレンズである。ビームエキスパンダ１２とＰＢＳ１３と対物レンズ１４とは任意的な構成要素であり、レーザ光を薄膜に対して照射してスクライブ処理を行うことができれば、他の光学部品を用いるものであってもよい。
【００２２】
ＵＶランプ１５は紫外光を照射するためのランプである。このＵＶランプ１５は、被処理体２に形成されている薄膜のスクライブ処理を行う部位の上部位置に向けて紫外光を照射するように配置されており、エアノズル１６の上部位置から斜め下方に向けて紫外光を照射している。図１ではＵＶランプ１５を適用しているが、紫外光を照射する任意の光源を適用できる。例えば、紫外光領域（波長３５５ｎｍ近傍）のレーザ光を照射するレーザ光源を適用してもよい。
【００２３】
エアノズル１６は空気を吐出する吐出手段であり、エアダクト１７は空気を吸引することにより後述する改質後の粉体を除去する吸引除去手段である。エアノズル１６はエアを吐出するエア吐出口１６Ａを斜め下方の被処理体２のスクライブ処理される部位に向けて設けており、またエアダクト１７はエアを吸引するエア吸引口１７Ａを斜め下方の被処理体２のスクライブ処理される部位に向けて設けている。従って、エアノズル１６から被処理体２のスクライブ処理される部位を経由してエアダクト１７に向かう空気流が発生する。ここでは、エアノズル１６とエアダクト１７とを用いているが、空気流を形成するものであれば、任意の手段を用いてもよい。また、エアダクト１７だけで空気流を作り出せることができるのであればエアノズル１６を設けなくてもよいが、エアノズル１６とエアダクト１７との両者を用いてある程度強い空気流を作り出すことが望ましい。
【００２４】
以上の構成を用いたレーザ処理について説明する。太陽電池パネルは透明電極層、光電変換層、背面電極層を順次薄膜として積層した構成となっており、最初に透明電極層としての薄膜（ここでは、ＳｎＯ膜７）が蒸着される。このときの被処理体２は薄膜が形成されていない基板６になり、この基板６の全面に透明電極層としてのＳｎＯ膜７がＣＶＤ法等により蒸着される。そして、ＳｎＯ膜７が蒸着された被処理体２を加工ユニット５の下部に位置させてスクライブ処理を開始する。レーザ光源１１からは波長１０６４ｎｍのレーザ光が発振されるようにする。これは、ＳｎＯは波長１０６４ｎｍ近傍の光に対して反応し、他の波長域の光に対しては反応をしないためである。レーザ光源１１から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１２とＰＢＳ１３と対物レンズ１４とを経由して、被処理体２のＳｎＯ膜７に対して照射される。
【００２５】
照射されたレーザ光はＳｎＯ膜７と反応して、図２に示すように、ＳｎＯ膜７のレーザ光を照射した部位が除去される。レーザ光の照射により基板６の面が露出するように、且つステージ移動部４により搭載ステージ３を１方向に移動させながらレーザ光を照射することによりＳｎＯ膜７が１方向にカットされて、溝部７Ａが形成される。この溝部７ＡをＳｎＯ膜７の複数箇所に形成することにより、ＳｎＯ膜７は複数の領域に分割され、各領域に接続されている部分はなくなる。
【００２６】
レーザ光が照射されることによりＳｎＯ膜７は部分的に除去されるが、除去されたＳｎＯ膜７は非常に微小な粒径を有する粉体Ｄとなって上方に向かって飛散する。ここで、図２にも示しているように、エアノズル１６とエアダクト１７とにより空気流を発生させており、この空気流はエアノズル１６から溝部７Ａ近傍に向けて、そして溝部７Ａ近傍からエアダクト１７に向けて流れが生じている。従って、スクライブ処理されて上方に向けて飛散する粉体Ｄは、この空気流によりエアダクト１７に向けて回収されていく。ただし、極めて微小な塵状の粉体Ｄは、スクライブ処理時に上方に向かって膨大な数が舞い上がるため、全てをエアダクト１７に回収することはできず、回収されなかった粉体ＤはＳｎＯ膜７に落下する。
【００２７】
本発明では、レーザ光源１１からのレーザ光の照射とＵＶランプ１５からの紫外光の照射とを並行して行っている。これにより、スクライブ処理されて飛散した粉体ＤはＳｎＯ膜７に落下する前に紫外光が照射される。紫外光が照射されると粉体Ｄ（ＳｎＯ）が活性化して改質（または焼結）し、スズと酸素との間の結合が切れて金属としてのスズと酸素とが生成される。これにより、改質された粉体Ｄは金属のスズになり、ＳｎＯとは異質の素材になる。従って、改質された粉体ＤがＳｎＯ膜７に落下したとしても、ＳｎＯとＳｎとは異質であるため、親和性が低下ないしは喪失して、粉体ＤとＳｎＯ膜７との間には密着性が殆ど作用せず、容易に取り除くことができるようになっている。
【００２８】
前述したように、レーザ光を照射してＳｎＯ膜７をカットするスクライブ処理とスクライブ処理により生じる粉体Ｄに紫外光を作用させる紫外光照射処理とを並行して行っている。つまり、スクライブ処理されて飛散した粉体Ｄが浮遊状態になっている間に紫外光を照射して作用させるようにしている。このために、ＳｎＯ膜７に対して直交する方向から入射するレーザ光の光路に影響を与えないように、ＵＶランプ１５は斜め上方から紫外光を照射するようにしている。これにより、粉体Ｄが落下する前に紫外光を作用させてＳｎＯ膜７とは異質にさせることができ、浮遊状態の粉体Ｄが空気流により回収されずにＳｎＯ膜７に落下したとしても容易に除去することが可能になる。なお、この場合、レーザ光の光路と紫外光の光路とは相互に重複する部位が生じるが、レーザ光と紫外光との波長域はそれぞれ異なっていることから、相互に影響を生じることはない。
【００２９】
スクライブ処理により飛散する粉体Ｄは上方に向けて飛散するため、空気流により回収されなかった粉体Ｄはそれほど広範囲には拡散せず、溝部７Ａの周辺に落下する。この溝部７Ａは、エアノズル１６とエアダクト１７とによる空気流の経路であるため、落下した粉体Ｄは空気流に捕捉されようとする。粉体ＤはＳｎＯ膜７との親和性が殆ど失われていることから、空気流によりＳｎＯ膜７から容易に取り除かれて、エアダクト１７に回収される。これにより、別途の洗浄工程および洗浄機構を要することなく、粉体Ｄを容易に且つ完全に取り除き、次の薄膜を形成できる状態にすることができる。
【００３０】
ここで、ＵＶランプ１５の紫外光の照射エネルギーは低く設定しておく。粉体Ｄのサイズは極めて微小であるため、エネルギーが低くても十分に紫外光を粉体Ｄに作用させることができ、また紫外光の照射エネルギーを高く設定すると、ＳｎＯ膜７に対して影響を与えるおそれがあるためである。
【００３１】
次に、被処理体２のＳｎＯ膜７に対して光電変換層としてのα―Ｓｉ膜８を全面に蒸着する。ＳｎＯ膜７には溝部７Ａが複数箇所に形成されており、各溝部７Ａを含むＳｎＯ膜７の全面にα―Ｓｉ膜８が蒸着される。そして、図３に示すように、α―Ｓｉ膜８に対してもＳｎＯ膜７と同様にスクライブ処理によりカットを行い、溝部８Ａを複数箇所に形成する。このとき、レーザ光源１１からは、５３２ｎｍの波長のレーザ光を発振するようにする。α―Ｓｉ膜８が反応する波長域は５３２ｎｍ近傍であるためである。α―Ｓｉ膜８に紫外光を照射してもα―Ｓｉ膜８自身を異なる性質の素材に変化させることはないが、紫外光を照射することによりα―Ｓｉ膜８の表面にはナノオーダーの酸化膜が形成される。これにより、改質と同等の効果が得られ、粉体Ｄ（酸化膜が形成されたα―Ｓｉ膜）とα―Ｓｉ膜８との間には殆ど親和性がなくなる。よって、容易に空気流により除去可能になる。そして、溝部８Ａは、被処理体２の厚み方向において溝部７Ａと同じ位置ではなく、異なる位置に形成するようにする。溝部８Ａを形成するスクライブ処理においても粉体Ｄが飛散するため、粉体Ｄに対して紫外光を照射して改質を行い、エアノズル１６とエアダクト１７とにより生じる空気流により、確実に改質した粉体Ｄの除去を行う。
【００３２】
次に、被処理体２（基板６とＳｎＯ膜７とα―Ｓｉ膜８とを含む）のα―Ｓｉ膜８に対して背面電極層としてのＳｎＯ膜９を全面に蒸着する。α−Ｓｉ膜８には溝部８Ａが複数箇所に形成されており、各溝部８Ａを含むα―Ｓｉ膜８の全面にＳｎＯ膜９が蒸着される。そして、図４に示すように、スクライブ処理によりカットを行うが、このときにはＳｎＯ膜９だけではなくα―Ｓｉ膜８の除去も行って溝部９Ａを形成する。つまり、表面からの２層に対してスクライブ処理が行われる。
【００３３】
このとき、ＳｎＯ膜９を除去するために波長１０６４ｎｍのレーザ光を照射して、その後α―Ｓｉ膜８を除去するために波長５３２ｎｍのレーザ光を照射するようにしてもよいが、波長５３２ｎｍのレーザ光をα―Ｓｉ膜８に照射するだけでもよい。波長５３２ｎｍのレーザ光はＳｎＯ膜９には反応をしないため、当該レーザ光はＳｎＯ膜９を透過してα―Ｓｉ膜８に照射されて、照射された部位が除去される。これに伴い、α―Ｓｉ膜８と共にＳｎＯ膜９も除去されるため、図４に示されるような溝部９Ａが複数箇所に形成される。各溝部９Ａを形成するスクライブ処理を行うときにも粉体Ｄが飛散するため、紫外光を照射して改質を行い、空気流により改質した粉体Ｄを除去する。
【００３４】
溝部９Ａは溝部７Ａおよび溝部８Ａとは、被処理体２の厚み方向においてそれぞれ異なる位置に形成する。従って、溝部７Ａと溝部８Ａと溝部９Ａとはそれぞれ異なる位置に形成される。透明電極層としてのＳｎＯ膜７は溝部７Ａにより複数の領域に分割され、光電変換層としてのα―Ｓｉ膜８は溝部８Ａにより複数の領域に分割され、背面電極層としてのＳｎＯ膜９は溝部９Ａにより複数の領域に分割される。これにより、太陽電池パネルが複数のセルに分割される。また、透明電極層としてのＳｎＯ膜７と背面電極層としてのＳｎＯ膜９とは、溝部８Ａにより電気的に接続されているため、各セルは直列接続されることになる。
【００３５】
従って、各層の薄膜を蒸着するごとにスクライブ処理が行われ、薄膜の蒸着とスクライブ処理とが交互に行われる。このため、複数回のスクライブ処理を繰り返して行うことになるが、各スクライブ処理において、紫外光により粉体Ｄを改質することで薄膜に落下した粉体Ｄを容易に除去することが可能になるため、洗浄工程および洗浄機構を要しなくなる。従って、生産性の向上および機構の簡略化を図ることができるようになる。
【００３６】
本実施形態では、透明電極層と背面電極層とにＳｎＯ膜を適用したものを例示して説明したが、これに限定されず、ＺｎＯ（酸化亜鉛）やＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等を適用するものであってもよいし、金属酸化物以外の金属材料を適用するものであってもよい。また、透明電極層と背面電極層とで異なる物質を適用するものであってもよい。光電変換層としては、α―Ｓｉを適用したものを説明したが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン等を用いてもよいし、ＧａＡｓやＣＩＳ（カルコパイライト）等の加工物系の材料を用いるものであってもよい。基板６上に積層される各薄膜はＣＶＤ法による蒸着を説明したが、スパッタリング法やイオンプレーティング法等の任意の蒸着法を適用するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】レーザ処理装置の概略構成図である。
【図２】透明電極層に対してスクライブ処理を行っている状態を説明した図である。
【図３】光電変換層に対してスクライブ処理を行っている状態を説明した図である。
【図４】背面電極層に対してスクライブ処理を行っている状態を説明した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    レーザ処理装置            ２    被処理体
３    搭載ステージ                ４    ステージ移動部
５    加工ユニット                ６    基板
７    ＳｎＯ膜                ８    α―Ｓｉ膜
９    ＳｎＯ膜                １１    レーザ光源
１５    ＵＶランプ                １６    エアノズル
１７    エアダクト                Ｄ    粉体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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