(57)【要約】【課題】レーザ加工により安定かつ高速に微細な縞状の加工をするレーザ加工装置を得ること。【解決手段】加工対象の被加工面に対してパルスレーザビームを照射して縞状のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、前記被加工面を上にした状態で前記加工対象を保持するとともに搬送する加工対象搬送手段と、前記加工対象上での前記パルスレーザビームの位置を第１の方向に相対的に移動させるレーザビーム移動手段と、パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記パルスレーザビームを、隣接する分岐されたレーザビーム同士が前記第１の方向において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへ分岐する回折光学素子と、前記回折光学素子で分岐されたパルスレーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、を備え、前記分岐されたパルスレーザビームと加工対象とを相対的に移動させて前記被加工面に対して縞状のレーザ加工を行う。【選択図】図２
2010279972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象の被加工面に対してパルスレーザビームを照射して縞状のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
前記被加工面を上にした状態で前記加工対象を保持するとともに前記加工対象を搬送する加工対象搬送手段と、
前記加工対象上での前記パルスレーザビームの位置を第１の方向に相対的に移動させるレーザビーム移動手段と、
パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記パルスレーザビームを、隣接する分岐されたレーザビーム同士が前記第１の方向において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへ分岐する回折光学素子と、
前記回折光学素子で分岐されたパルスレーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、
を備え、
前記分岐されたパルスレーザビームと加工対象とを相対的に移動させて前記被加工面に対して縞状のレーザ加工を行うこと、
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記分岐パターンが、前記分岐されたレーザビームが前記第１の方向と略直角方向に延在する２列以上の列状に配置された分岐パターンであること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
被加工面を上にした状態で加工対象を第１の方向に移動させながら加工対象の被加工面に対してパルスレーザビームを照射して縞状のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
パルスレーザビームを、隣接するパルスレーザビーム同士が前記第１の方向において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへ分岐する工程と、
前記分岐した前記パルスレーザビームを、前記第１の方向に移動する前記加工対象の前記被加工面上に集光して照射する工程と、
を含むこと、
を特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記分岐パターンが、前記分岐されたレーザビームが前記第１の方向と略直角方向に延在する２列以上の列状に配置された分岐パターンであること、
を特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
加工対象であるシリコン基板の被加工面にウェットエッチングに対する耐性を有する耐エッチング膜を形成し、請求項３または４に記載のレーザ加工方法により前記耐エッチング膜に開口部を形成した後、前記開口部を介して前記加工対象に対してウェットエッチングを行うことにより前記シリコン基板の表面に凹凸を形成する工程を含むこと、
を特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象にレーザビームを照射することで加工対象を加工するためのレーザ加工装置、レーザ加工方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法に関し、特に、数μｍ〜数十μｍレベルの微細なピッチの縞状の加工を実施するためのレーザ加工装置、レーザ加工方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工対象にレーザを照射することで加工対象を加工するレーザ加工装置が広く用いられている。このようなレーザ加工装置には、縞状の加工をする際に、加工の高速化のために、使用するレーザビーム分岐用の回折光学素子を光軸中心に回転する機構を備えることにより、縞のピッチを調整する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６８１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のレーザ加工方法においては、レーザビームによる加工幅と縞のピッチとが近い値の時には、隣接するレーザビームの裾の部分が干渉し、縞のピッチが数十μｍ以下の微細な縞状加工を実施することが不可能である、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ加工により安定かつ高速に微細な縞状の加工をするレーザ加工装置、レーザ加工方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、加工対象の被加工面に対してパルスレーザビームを照射して縞状のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、前記被加工面を上にした状態で前記加工対象を保持するとともに前記加工対象を搬送する加工対象搬送手段と、前記加工対象上での前記パルスレーザビームの位置を第１の方向に相対的に移動させるレーザビーム移動手段と、パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記パルスレーザビームを、隣接する分岐されたレーザビーム同士が前記第１の方向において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへ分岐する回折光学素子と、前記回折光学素子で分岐されたパルスレーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、を備え、前記分岐されたパルスレーザビームと加工対象とを相対的に移動させて前記被加工面に対して縞状のレーザ加工を行うこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、隣接する分岐されたパルスレーザビーム同士が加工対象の移動方向（第１の方向）において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへパルスレーザビームを分岐して加工対象に照射するため、隣接するパルスレーザビーム同士が干渉することを防止して、安定かつ高速に微細な縞状のレーザ加工をすることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図２】図２は、本発明の本実施の形態にかかるレーザ加工装置でのレーザ加工により縞状の加工を実施する様子を説明するための模式図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態における単結晶シリコン太陽電池のテクスチャー構造の形成工程を説明するための模式図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態における単結晶シリコン太陽電池のテクスチャー構造の形成工程を説明するための模式図である。
【図３−３】図３−３は、本発明の実施の形態における単結晶シリコン太陽電池のテクスチャー構造の形成工程を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置におけるレーザビームの分岐パターンの一例を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により縞状のレーザ加工を実施する様子を説明するための模式図である。
【図６−１】図６−１は、本実施の形態にかかる単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板の表面におけるテクスチャー構造の加工領域を説明するための模式図である。
【図６−２】図６−２は、本実施の形態にかかる単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板の表面におけるテクスチャー構造の加工領域を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかるレーザ加工装置、レーザ加工方法および太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１０】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２と、レーザ発振器３と、レーザビーム偏向手段４と、ビーム形状調整手段５と、回折光学素子６と、集光手段７とを備える。
【００１１】
加工対象搬送手段２は、後述する分岐レーザビームＢ１と加工対象１とを相対的に移動させる手段であり、被加工面を上にした状態で加工対象１を保持するとともに加工対象１を例えば一定速度でレーザビームの光軸に略垂直な面内（一般的には水平な面内）で所定の第１の方向に移動させる。レーザ発振器３は、レーザビームＢを出射する。例えば、レーザ発振器３の代表的な例として繰り返し周波数２００ｋＨｚのＱスイッチＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの３倍波を使用することができる。
【００１２】
レーザビーム偏向手段４は、一枚または複数の反射ミラーで構成され、レーザ発振器３から出射されたレーザビームＢを被加工面の方向に屈曲させる。ビーム形状調整手段５は、一枚または複数のレンズから構成され、レーザビームＢのビーム形状を調整する。レーザビーム偏向手段４とビーム形状調整手段５の順序は、図１においてはレーザビーム偏向手段がレーザ発振器３に近く設置しているが、逆にビーム形状調整手段５がレーザ発振器３に近くても良い。
【００１３】
回折光学素子６は、ビーム形状調整手段５で形状が調整されたレーザビームＢを、隣接する分岐されたレーザビーム同士が加工対象１の移動方向（第１の方向）において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへ分岐する。レーザビームＢを分岐することで、一度のレーザ照射により複数のパターンの加工が実施できるため、高速の加工が可能になる。集光手段７は、回折光学素子６で分岐されたレーザビームＢを加工対象１の被加工面上に集光する。集光手段７には、例えばＦθレンズが用いられる。
【００１４】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置の動作を説明する。まず、加工対象搬送手段２が、被加工面を上にした状態で加工対象１を保持するとともに、該加工対象１をレーザビームＢの光軸に略垂直な面内（一般的には水平な面内）で移動させる。この状態でレーザ発振器３からレーザビームＢを出射する。レーザ発振器３から出射されたレーザビームＢは、レーザビーム偏向手段４で被加工面の方向に屈曲され、ビーム形状調整手段５に入射してビーム形状が調整される。
【００１５】
図２は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置でのレーザ加工により縞状の加工を実施する様子の一例を説明するための模式図である。ビーム形状調整手段５で形状が調整されたレーザビームＢは、回折光学素子６に入射し、例えば図２の領域Ａに示されるように、分岐された分岐レーザビームＢ１が加工対象１の移動方向（第１の方向）と略直角方向に延在する２列以上の列状に配置された既定のレーザビーム分岐パターンへ分岐される。
【００１６】
図２においては、レーザビームＢの分岐パターンは、隣接する分岐レーザビームＢ１同士を加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送方向と略平行な方向にずらして、隣接する分岐レーザビームＢ１同士を互い違いに配置した分岐パターンとされている。なお、レーザビームＢの分岐パターンは、図２に示すような列状のパターンに限定されるものではない。
【００１７】
分岐された分岐レーザビームＢ１は、集光手段７により加工対象１に集光され、加工対象１を加工する。上記のようにして加工対象１を加工対象搬送手段２により移動させながら分岐レーザビームＢ１を加工対象１に照射することで、図２に示すように略平行な縞状の加工領域１ａに分岐レーザビームＢ１が照射され、縞状の加工を一度に行うことが可能である。
【００１８】
このような分岐パターンとすることにより、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送方向と略平行な方向において規定の距離だけ間隔を有することになり、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が干渉することを防止できる。これにより、隣接する分岐レーザビームＢ１間の領域が加工されることを防止することができる。したがって、本実施の形態にかかるレーザ加工装置においては、分岐レーザビームＢ１による加工幅と縞のピッチとが近い値の時、すなわち隣接する分岐レーザビームＢ１間の間隔が狭い場合でも、縞のピッチが数十μｍ以下の微細な縞状加工を精度良く、安定して歩留まり良く行うことができる。特に、隣接する分岐レーザビームＢ１同士の距離を加工幅（レーザ開口部１２の幅）の幅の２倍以上とすることで、隣接する分岐レーザビームＢ１の干渉によりビームの間が加工されることを確実に防止することができる。
【００１９】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置による加工を、光起電力装置である単結晶シリコン太陽電池の表面（太陽光の入射側の面）にＶ字溝状のテクスチャー構造を形成する場合を例に説明する。ここで、テクスチャー構造とは単結晶シリコン太陽電池の表面に設けた例えば数十μｍ以下の微細凹凸構造であり、反射光の抑制に効果的である。単結晶シリコン太陽電池の表面にテクスチャー構造を形成することで、表面での反射光を抑制でき、光電変換効率を向上することが可能である。以下では、単結晶シリコン太陽電池の製造プロセスのうち、単結晶シリコン太陽電池の表面にテクスチャー構造を形成する工程について図３−１〜図３−３を参照して説明する。図３−１〜図３−３は、単結晶シリコン太陽電池のテクスチャー構造の形成工程を説明するための模式図である。
【００２０】
単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板１０は、厚みが数十μｍ〜数百μｍ程度、一辺が１００ｍｍ程度の正方形に近い形状であり、正方形形状の面が［１００］、正方形形状の４辺が［１１１］面と平行となるようにカットされたものを使用する。単結晶シリコン基板１０へのテクスチャー構造形成においては、結晶方位に対するエッチングレートの違いを利用するので結晶方位が重要である。
【００２１】
まず、単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板１０の表面の全面に、アルカリエッチングに対して耐性を有する耐エッチング膜１１としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成する（図３−１）。なお、耐エッチング膜１１としては、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）の他にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）なども使用可能である。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置により、耐エッチング膜１１に縞状のレーザ開口部１２を形成する（図３−２）。この時に使用するレーザ発振器３は、耐エッチング膜１１に比較的高い吸収係数を持ち、シリコンへの侵入長の短い６００ｎｍ以下の波長のレーザを使用することが好ましい。レーザ加工時にレーザ照射部付近の単結晶シリコン基板１０が高熱となり、電気特性が劣化するのを抑制するため、数十ｎｓｅｃ程度以下のパルス幅を持つパルスレーザを使用する。パルスレーザによりライン状の加工を実施する際には、パルスレーザのパルス繰り返し周波数を高くすることで、加工対象の移動速度を上げることができ、加工速度を上げることが可能である。例えば、レーザ発振器３の代表的な例として繰り返し周波数２００ｋＨｚのＱスイッチＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの３倍波を使用することができる。
【００２３】
レーザ照射により耐エッチング膜１１に縞状のレーザ開口部１２を形成し、レーザ照射部周辺の単結晶シリコン基板１０が加熱されると、レーザ開口部１２に露出した単結晶シリコン基板１０の表面にはごく薄い酸化膜が形成される。この薄い酸化膜を除去するために、レーザ加工後にフッ酸などで微量のエッチングを実施する。
【００２４】
続いて、単結晶シリコン基板１０上に残留している耐エッチング膜１１をエッチングマスクとして、レーザ開口部１２を通じて単結晶シリコン基板１０に対して水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液などのアルカリ溶液によりアルカリエッチングを行う。アルカリエッチングにおいては、［１１１］面のエッチングレートが著しく遅いため、レーザ開口部１２の下部領域およびその近傍領域において、［１１１］面が析出する方向でエッチングが進み、Ｖ字溝状のテクスチャー構造１３が形成される（図３−３）。このウェットエッチングは、該エッチングによりレーザ開口部１２の下部領域に形成された隣接する凹部が接した時点で停止する。この時点で耐エッチング膜１１は剥離するが、更にフッ酸などでエッチングして耐エッチング膜１１を完全に剥離する工程を実施しても良い。
【００２５】
以上のプロセスにより、単結晶シリコン基板１０の表面に、Ｖ字溝状のテクスチャー構造１３を形成することができる。Ｖ字溝状のテクスチャー構造１３の特徴として、反射率低減効果に加えて、単結晶シリコン基板１０の裏面に面内方向において表面と略垂直な方向でＶ字溝のテクスチャー構造を形成することで、単結晶シリコン基板１０内への光の閉じ込め効率が高くなることがある。裏面へのＶ字溝状のテクスチャー構造も表面と同様のプロセスで形成可能である。
【００２６】
また、加工対象が単結晶シリコン基板１０である場合は、上記のようなパルスレーザを使用しても、レーザ照射によりレーザ照射部付近の単結晶シリコン基板１０が高熱となり、単結晶シリコン基板１０の電気的特性が劣化する領域が生じる。そして、単結晶シリコン基板１０を用いて単結晶シリコン太陽電池を製造した際に、該単結晶シリコン太陽電池の電気的特性が劣化する。しかしながら、本実施の形態のように、この劣化した領域をアルカリエッチングにより除去することで、加工を経て光起電力装置を製造した際の電気的特性の劣化を防止することができる。
【００２７】
単結晶シリコン太陽電池の単結晶シリコン基板１０の厚みは、先に述べたように数百μｍ以下程度である。テクスチャー構造を形成することにより単結晶シリコン基板１０の厚みが薄くなると、光と単結晶シリコン基板１０との相互作用距離が短くなるため光電変換効率が低下する、基板の破損が発生する、などの問題が生じる。したがって、単結晶シリコン太陽電池の表面に形成する反射防止用のテクスチャー構造は、凹部サイズ（凹部の最上部と底面との距離）は、数十μｍ程度以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２８】
レーザ開口部１２のピッチも同様に１０μｍ以下であることが求められる。本実施の形態では、レーザ開口部１２のピッチとして、１０μｍを代表的な値とする。レーザ開口部１２の幅は、レーザビームＢの加工対象上での集光径を小さくすることで小さくできる。しかし、レーザビームＢの集光径を小さくするとビームの広がり角度が大きくなり、単結晶シリコン基板１０の厚みや加工対象搬送手段２の平面度の影響で、加工面上でのレーザビームＢ径が変動するため、加工形状が不安定になる。したがって、レーザ開口部１２の幅は数μｍ以上とする必要がある。
【００２９】
本実施例においては、レーザ開口部１２の幅が８μｍとなるように設定した。レーザ開口部１２のピッチは１０μｍ、レーザ開口部の幅が８μｍであるので、隣接するレーザ開口部１２の間の非加工領域の幅は２μｍである。以下、この値の場合を例に用いてレーザ加工について説明する。
【００３０】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置で縞状のレーザ加工を実施する際に、回折光学素子６によりレーザビームＢを分岐して一回の加工対象の移動で複数の縞を加工することで、加工の高速化が可能である。太陽電池の製造で求められる高い生産性を満たすためには、レーザビームＢを分岐して加工を実施することが必須である。本実施の形態では、レーザビームＢによって直接単結晶シリコン基板１０にテクスチャー構造を形成するのではなく、上記のように耐エッチング膜１１にレーザ開口部１２を形成した後にアルカリエッチングによって単結晶シリコン基板１０の表面にテクスチャー構造を形成する。
【００３１】
これにより、レーザ加工の対象を耐エッチング膜１１のみとすることができる。すなわち、単結晶シリコン基板１０をレーザで加工するのではなく、耐エッチング膜１１のレーザ加工と単結晶シリコン基板１０のウェットエッチングとを組み合わせることで、１本の分岐レーザビームＢ１の必要エネルギーを低減できるため、レーザビーム分岐数を多くすることができる。これにより、レーザ加工の時間を短縮することができ、高速の加工が可能となる。
【００３２】
しかし、上記のピッチ１０μｍの縞状のレーザ加工を実施する際に、回折光学素子６を使用すると、隣接する分岐レーザビーム間の間隔が狭いために隣接する分岐レーザビームＢ１同士が干渉し、縞状の加工ができないという問題が生じる。以下この問題について説明する。
【００３３】
加工対象にはレーザビームの波長やパルス幅などに依存する加工閾値が存在する。ガウス分布に近い強度分布のレーザビームによるレーザ加工においては、強度が加工閾値を超える領域で加工されると考えられる。実際に加工領域の外側にも、加工閾値よりも弱いながらも強度分布を有する。あるレーザ出力およびレーザ集光径でレーザ開口部１２の幅８μｍが得られたとき、レーザ開口部１２のピッチを１０μｍとするためのレーザビームＢの分岐パターンにおいて、隣接する分岐レーザビームＢ１間の距離は１０μｍとなる。
【００３４】
レーザビームは上に述べたように加工閾値の外側にも強度分布を持ち、この場合は隣接するレーザビーム間の本来なら非加工領域となるはずの幅２μｍの領域においても、レーザの強度分布は存在する。そして、この領域でレーザビームが干渉して加工閾値を超えるレーザ強度となると加工対象は加工される。このため、加工幅（レーザ開口部１２の幅）：８μｍ、非加工幅：２μｍ、レーザ開口部１２のピッチ：１０μｍの縞状の加工は不可能であった。
【００３５】
図４は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置におけるレーザビームＢの分岐パターンの一例を示す模式図であり、上記の従来の問題を回避するためのレーザビームＢの分岐パターンの一例を示す模式図である。図４においては、レーザビームＢの分岐パターン内において、隣接する分岐レーザビームＢ１同士を、加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送方向と略平行な方向にずらして、隣接する分岐レーザビームＢ１同士を互い違いに配置している。ここでは、加工ピッチ：２０μｍ、分岐数：１００列のレーザビームＢの分岐パターンを示している。
【００３６】
このような分岐パターンとすることにより、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送方向と略平行な方向において規定の距離だけ間隔を有することになり、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が干渉することを防止できる。これにより、隣接する分岐レーザビームＢ１間の領域が加工されることを防止することができる。したがって、本実施の形態にかかるレーザ加工装置においては、分岐レーザビームＢ１による加工幅と縞のピッチとが近い値の時、すなわち隣接する分岐レーザビームＢ１間の間隔が狭い場合でも、縞のピッチが数十μｍ以下の微細な縞状加工を精度良く行うことができる。特に、隣接する分岐レーザビームＢ１同士の距離を加工幅（レーザ開口部１２の幅）の幅の２倍以上とすることで、隣接する分岐レーザビームＢ１の干渉によりビームの間が加工されることを確実に防止することができる。
【００３７】
図５は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により縞状のレーザ加工を実施する様子を説明するための模式図である。加工対象１を加工対象搬送手段２により移動しつつ、加工対象１の表面に対して分岐レーザビームＢ１を照射することで、図５に示すように、縞状の加工が可能である。図５においては、レーザ開口部１２のピッチ（加工ピッチ）が１０μｍ、隣接するレーザ開口部１２の間の非加工領域の幅は２μｍである。
【００３８】
耐エッチング膜１１は１回のレーザ照射により加工されるので、分岐レーザビームＢ１が重なって図示されている領域では分岐レーザビームＢ１が直接単結晶シリコン基板１０の表面に照射されることになる。しかし、分岐レーザビームＢ１は単結晶シリコン基板１０を開口するほどの強度を持たないように設定される。このため、分岐レーザビームＢ１が複数回照射される部分でも、特に単結晶シリコン基板１０が深掘りされることはない。
【００３９】
加工対象搬送手段２による１回の加工対象１の移動によって加工される加工領域は、ほぼ長方形の領域となる。ただし、加工対象１の面内のレーザ加工機による加工領域において、加工対象１の搬送方向と略直角な方向の端部は、図５に示すようにピッチ２０μｍ、凹凸の大きさ１２．５μｍの微細なノコギリ状の形状となる。
【００４０】
単結晶シリコン太陽電池の表面において、光入射側電極と接合する部分の周囲のみにテクスチャーを形成しないことにより、フィルファクターを向上させて多結晶シリコン太陽電池の特性を向上させることができる上、良好な抵抗性接合を得るために光入射側面の電極と接合する部分の拡散層に選択的に不純物高濃度拡散を行う際のパターニングの手段とすることが可能である。
【００４１】
図６−１は、本実施の形態にかかる単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板１０の表面におけるテクスチャー構造の加工領域を説明するための模式図である。図６−２は、本実施の形態にかかる単結晶シリコン太陽電池用の単結晶シリコン基板１０の表面におけるテクスチャー構造の加工領域を説明するための模式図であり、図６−１におけるテクスチャー構造の加工領域を拡大して示す図である。図６−１および図６−２に示すように、単結晶シリコン基板１０の表面において、テクスチャー形成プロセスの後に電極を形成する電極形成領域１５にはテクスチャーを形成せず、電極形成領域１５間のテクスチャー形成領域１４のみにテクスチャーを形成している。図６−１および図６−２に示すように、テクスチャー形成領域１４は一般的に長方形形状とされる。
【００４２】
電極形成領域１５は、例えば７０本のグリッド電極が形成される領域であって正方形形状の単結晶シリコン基板１０の一辺に平行なグリッド電極形成領域１５ａと、例えば２本のバス電極が形成される領域であってグリッド電極に直交するバス電極形成領域１５ｂと、からなる領域である。すなわち、電極形成領域１５にはレーザ開口部１２は形成せず、テクスチャー形成領域１４にのみレーザ開口部１２を形成し、ウェットエッチングによりテクスチャーを形成している。
【００４３】
本実施の形態にかかるレーザ加工機を用いたテクスチャー形成領域１４に対する加工において、加工対象１の搬送方向と略直角な方向の端部は、図５に示すようにピッチ２０μｍ、凹凸の大きさ１２．５μｍの微細なノコギリ状の形状となるが、レーザビームＢの分岐パターンは、全体としては略長方形形状となり、要求されるテクスチャー形成領域１４を効率良く加工することが可能である。テクスチャー形成領域１４の長辺は数十ｍｍである場合には、テクスチャー形成領域１４の端部領域におけるのこぎり形状（凹凸）の大きさはテクスチャー形成領域１４の長辺の長さの１％以下である。
【００４４】
上述したように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置によれば、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が加工対象１の移動方向（第１の方向）において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへレーザビームＢを分岐する回折光学素子６を備えるため、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が干渉することを防止できる。これにより、隣接する分岐レーザビームＢ１同士の干渉に起因して隣接する分岐レーザビームＢ１間の領域が加工されることを防止することができる。したがって、本実施の形態にかかるレーザ加工装置によれば、縞のピッチが数十μｍ以下の微細な縞状加工を精度良く安定して行うことができる。
【００４５】
また、レーザビームＢを分岐することで、一度のレーザ照射により複数のパターンの加工が実施できるため、高速の加工が可能になる。
【００４６】
また、本実施の形態にかかるレーザ加工方法においては、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が加工対象１の移動方向（第１の方向）において規定の距離だけ間隔を有するように配置された分岐パターンへレーザビームＢを分岐し、分岐した分岐レーザビームＢ１を加工対象１と相対的に移動させながら該加工対象１に照射するため、隣接する分岐レーザビームＢ１同士が干渉することを防止できる。これにより、隣接する分岐レーザビームＢ１同士の干渉に起因して隣接する分岐レーザビームＢ１間の領域が加工されることを防止することができる。したがって、本実施の形態にかかるレーザ加工方法によれば、縞のピッチが数十μｍ以下の微細な縞状加工を精度良く安定して行うことができる。
【００４７】
なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもない。また、上記の説明では、説明を容易にするために、レーザビームＢは固定し、加工対象搬送手段２によりレーザビームＢと加工対象１の位置を相対的に移動した。加工対象１を固定しておいて、加工対象１上でのレーザビームＢの位置を相対的に移動させるレーザビーム移動手段を用いてレーザビームＢを加工対象１に対して平行に移動することでも同様の効果が得られる。また、レーザビームＢと加工対象搬送手段２の両者を駆動することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、縞状の微細加工に有用であり、特に、太陽電池のテクスチャー構造に好適な微細な縞状の加工に適している。
【符号の説明】
【００４９】
１  加工対象
１ａ  加工領域
２  加工対象搬送手段
３  レーザ発振器
４  レーザビーム偏向手段
５  ビーム形状調整手段
６  回折光学素子
７  集光手段
１０  単結晶シリコン基板
１１  耐エッチング膜
１２  レーザ開口部
１３  テクスチャー構造
１４  テクスチャー形成領域
１５  電極形成領域
１５ａ  グリッド電極形成領域
１５ｂ  バス電極形成領域
Ｂ  レーザビーム
Ｂ１  分岐レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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