(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性導電膜、アモルファスシリコン及び結晶シリコンを含む発電層、裏面電極膜を積層した多重積層型の薄膜太陽電池に対し、その透明性導電膜、発電層、裏面電極膜を除去する加工を施すためのレーザ加工装置であって、
透明性導電膜が吸収する波長帯に属し透明性導電膜を除去できる第一のレーザ光を出力するレーザ光源、及び発電層が吸収する波長帯に属し発電層を除去できる前記第一のレーザ光よりも波長の短い第二のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記薄膜太陽電池を支持する支持体と、
前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光をそれぞれ導いて前記支持体に支持させた薄膜太陽電池に向けて照射させる光学系とを具備し、
前記第二のレーザ光は、透明性導電膜、発電層及び裏面電極膜を除去すべき領域の巾である加工巾に適した投影寸法に成形した上で照射する一方、
前記第一のレーザ光は、前記加工巾よりも投影形状を細径に絞った上、レーザ光軸を振り動かすことのできるガルバノスキャナを介して前記加工巾の領域を走査するように照射するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第一のレーザ光は、９８０ｎｍ以上の波長のレーザ光である請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第二のレーザ光は、９００ｎｍ以下の波長のレーザ光である請求項１または２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第二のレーザ光は、結晶シリコンが吸収する波長帯に属するレーザ光である請求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記薄膜太陽電池は、透明性基板に透明性導電膜、発電層、裏面電極膜をこの順に積層したものであり、
前記光学系は、前記第二のレーザ光を前記透明性基板側から当該透明性基板及び透明性導電膜を透過させて発電層に照射し、かつ前記第一のレーザ光を透明性基板側から当該透明性基板を透過させて透明性導電膜に照射する請求項１、２、３または４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記光学系は、先に前記第二のレーザ光を発電層に照射して発電層及び裏面電極膜を除去し、その後に前記第一のレーザ光を発電層及び裏面電極膜を除去した箇所の透明性導電膜に照射して透明性導電膜を除去する請求項１、２、３、４または５記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
透明性導電膜、アモルファスシリコン及び結晶シリコンを含む発電層、裏面電極膜を積層した多重積層型の薄膜太陽電池に対し、その透明性導電膜、発電層、裏面電極膜を除去する加工を施すレーザ加工方法であって、
透明性導電膜が吸収する波長帯に属する第一のレーザ光を透明性導電膜に照射することで透明性導電膜を除去するとともに、
発電層が吸収する波長帯に属し前記第一のレーザ光よりも波長の短い第二のレーザ光を発電層に照射することで発電層及び裏面電極膜を除去するものであり、
前記第二のレーザ光は、透明性導電膜、発電層及び裏面電極膜を除去すべき領域の巾である加工巾に適した投影寸法に成形した上で照射する一方、
前記第一のレーザ光は、前記加工巾よりも投影形状を細径に絞った上、レーザ光軸を振り動かすことのできるガルバノスキャナを介して前記加工巾の領域を走査するように照射することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池の製造過程におけるＬＥＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｅｄｇｅ  Ｄｅｌｅｔｉｏｎ）の方法、及びそのための加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日主流となっている薄膜太陽電池は、基板に透明性導電膜、シリコン系発電層（吸収層）及び裏面電極膜を製膜、積層して作製される。図２に示すように、これら積層膜７、８、９は、裏面側からラミネートフィルム１１が貼着されることで密封されるが、そのラミネート工程に先んじて、基板１０の外周縁部に位置する積層膜７、８、９を除去する必要がある（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
レーザスクライブによって行うこの積層膜の除去処理が、ＬＥＤである。ＬＥＤでは、通常、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧといった固体レーザを使用する。この種の固体レーザ光は、波長が１０３０ｎｍないし１１００ｎｍの範疇にあり、透明性導電膜として用いられるＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ）膜を除去するのに向いている。
【０００４】
だが、一方で、発電層であるシリコン膜を除去するのには向いていない。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の吸収波長帯は３００ｎｍないし７００ｎｍ、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）の吸収波長帯は５００ｎｍないし９００ｎｍであり、何れも上記の固体レーザ光を吸収し難いためである。
【０００５】
それ故、積層膜を十分に除去しきれず、仕上がりにおいて外観を明らかに乱すことがあった。
【０００６】
積層膜の除去を確実ならしめるべく、固体レーザの出力を大幅に高めることも考えられるものの、コストの騰貴を招くことから、決して好ましいとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０７４０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、薄膜太陽電池のＬＥＤにおいて、積層膜を確実に除去して仕上がりを美麗にすることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、透明性導電膜、アモルファスシリコン及び結晶シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンを包括する概念である）を含む発電層、裏面電極膜を積層した多重積層型の薄膜太陽電池に対し、その透明性導電膜、発電層、裏面電極膜を除去する加工を施すＬＥＤにおいて、透明性導電膜が吸収する波長帯に属する第一のレーザ光を透明性導電膜に照射することで透明性導電膜を除去するとともに、発電層が吸収する波長帯に属し前記第一のレーザ光よりも波長の短い第二のレーザ光を発電層に照射することで発電層及び裏面電極膜を除去することとした。前記第二のレーザ光は、透明性導電膜、発電層及び裏面電極膜を除去すべき領域の巾である加工巾に適した投影寸法に成形した上で照射する一方、前記第一のレーザ光は、前記加工巾よりも投影形状を細径に絞った上、レーザ光軸を振り動かすことのできるガルバノスキャナを介して前記加工巾の領域を走査するように照射する。
【００１０】
本発明に係るＬＥＤを実施するためのレーザ加工装置は、透明性導電膜が吸収する波長帯に属し透明性導電膜を除去できる第一のレーザ光を出力するレーザ光源、及び発電層が吸収する波長帯に属し発電層を除去できる前記第一のレーザ光よりも波長の短い第二のレーザ光を出力するレーザ光源と、前記薄膜太陽電池を支持する支持体と、前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光をそれぞれ導いて前記支持体に支持させた薄膜太陽電池に向けて照射させる光学系とを具備するものとする。
【００１１】
前記第一のレーザ光は、透明性導電膜の除去を重視した、９８０ｎｍ以上の波長のレーザ光とすることが望ましい。
【００１２】
前記第二のレーザ光は、発電層の除去を重視した、９００ｎｍ以下の波長のレーザ光とすることが望ましい。このとき、前記第二のレーザ光として、結晶シリコンが吸収する波長帯に属するレーザ光を採用し、これを結晶シリコンに照射することで、アモルファスシリコン諸共発電層を除去するようにしてもよい。
【００１３】
前記薄膜太陽電池が、透明性基板に透明性導電膜、発電層、裏面電極膜をこの順に積層したものである場合には、前記第二のレーザ光を前記透明性基板側から当該透明性基板及び透明性導電膜を透過させて発電層に照射し、かつ前記第一のレーザ光を透明性基板側から当該透明性基板を透過させて透明性導電膜に照射することができる。
【００１４】
先に前記第二のレーザ光を発電層に照射して発電層及び裏面電極膜を除去し、その後に前記第一のレーザ光を発電層及び裏面電極膜を除去した箇所の透明性導電膜に照射して透明性導電膜を除去するようにすれば、発電層及び裏面電極膜、並びに透明性導電膜を十分に除去して残渣の少ない加工を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、薄膜太陽電池のＬＥＤにおいて、積層膜を確実に除去して仕上がりを美麗にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】同レーザ加工装置による加工の対象となる薄膜太陽電池を示す斜視図。
【図３】同レーザ加工装置による加工の対象となる薄膜太陽電池を示す側断面図。
【図４】本発明の変形例の概略構成を示す斜視図。
【図５】本発明に関連した参考例の概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態のレーザ加工装置は、基板１０に透明性導電膜７、発電層８、裏面電極膜９を積層した多重積層型の薄膜太陽電池に対して、その基板１０の外周縁部に位置する、換言すれば基板１０の四辺に臨む帯状の領域にある積層膜７、８、９を除去するＬＥＤを実施するものである。
【００１８】
図３に、多重積層型薄膜太陽電池の構造を例示している。この薄膜太陽電池は、透明性基板１０たるガラス基板１０に、透明性導電膜たるＴＣＯ膜７、発電層８たるアモルファスシリコン（ｐ型ａ−Ｓｉ、真性ａ−Ｓｉ、ｎ型ａ−Ｓｉ）８１及び微結晶シリコン（ｐ型μｃ−Ｓｉ、真性μｃ−Ｓｉ、ｎ型μｃ−Ｓｉ）８２、並びに裏面電極膜たるメタル膜９をこの順に製膜、積層してなる。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置は、第一のレーザ光を出力するレーザ光源１及び第二のレーザ光を出力するレーザ光源３と、薄膜太陽電池を支持する支持体５と、第一のレーザ光及び第二のレーザ光をそれぞれ導いて支持体５に支持させた薄膜太陽電池に向けて照射させる光学系２、４とを具備する。因みに、支持体５に支持させた基板１０の搬送方向、または加工ノズル２１、４１の基板１０に対する移動の方向を、図中白抜き矢印にて示している。
【００２０】
第一のレーザ光は、９８０ｎｍ以上の波長帯に属し、ＴＣＯ膜７を除去できるものとする。その光源１としては、Ｎｄ：ＹＡＧ（波長１０６４ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＶＯ4（波長１０６４ｎｍ）、Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ（波長１０３０ないし１１００ｎｍ）、Ｙｂ：ＹＡＧ（波長１０３０ｎｍ）等の固体レーザ（ディスクレーザやファイバレーザであることがある）を挙げることができる。これらの固体レーザ光源１は、市場に多く流通しており、また、ＴＣＯ膜７のスクライブのために必要十分な程度の高出力を確保することが容易である。
【００２１】
翻って、第二のレーザ光は、第一のレーザ光よりも短い９００ｎｍ以下の波長帯に属し、アモルファスシリコン８１及び微結晶シリコン８２を含むシリコン膜の発電層８を除去できるものとする。その光源３としては、各種の半導体レーザ（ダイオードレーザ）、または、上に述べた波長１０００ｎｍ以上の固体レーザの第二高調波等を挙げることができる。本実施形態では、第二のレーザ光として、波長８００ｎｍの半導体レーザを採用している。因みに、第一のレーザ光となる固体レーザの励起光源を、第二のレーザ光の光源３としても用いることを妨げない。
【００２２】
光学系２、４は、レーザ光を加工対象となる基板１０の薄膜７、８、９に向けて出射する加工ノズル２１、４１と、レーザ光源１、３が出力するレーザ光を加工ノズル２１、４１まで導く各種光学要素（光ファイバ、ミラー、レンズ等）２２、４２とを包含する。本実施形態では、第一のレーザ光を出射する加工ノズル２１と第二のレーザ光を出射する加工ノズル４２とを別体とし、さらに、第一のレーザ光の照射位置と第二のレーザ光の照射位置とを離間させている。
【００２３】
加工ノズル２１は、投影形状を細径に絞ってパワー密度を上げた近赤外レーザ光を以てＴＣＯ膜７を除去する都合上、レーザ光軸を振り動かすことのできるガルバノスキャナを付設し、基板１０の外周縁部のＴＣＯ膜７を帯状に除去できるようにしている。
【００２４】
加工ノズル４１は、投影形状が細長い方形（１ｃｍ×１５０μｍ程度）状をなす半導体レーザ光を出射する。このレーザ光を、種々のレンズやミラー等の光学要素を用いて基板１０の外周縁部の加工巾（発電層８のシリコン膜を除去する巾）に適した投影寸法に成形した上で、発電層８に照射する。加工ノズル４１の側では、ガルバノスキャナは必要ではない。
【００２５】
光学系２２、４２は、典型的には、レーザ光源１、３と加工ノズル２１、４１とを接続する光ファイバである。無論、レーザ光源１、３から加工ノズル２１、４１へと至る光路上にどのような光学要素を配するかは任意であり、一意には限定されない。
【００２６】
ＬＥＤ処理の際には、基板１０を加工ノズル２１、４１に対して相対的に変位させる。そのために、例えば、支持体５として、基板１０を平面的に（Ｘ−Ｙ両方向に）移動させることのできるＸ−Ｙステージを採用する。但し、Ｘ−Ｙステージ以外の態様の可動機構を支持体５に実装してもよいし、支持体５を不動としてその替わりに加工ノズル２１、４１を支持体５に対して移動させるようにしても構わない。
【００２７】
図１に示しているように、各加工ノズル２１、４１はそれぞれ、積層膜７、８、９を製膜した面を上に向けた状態で支持させた基板１０の下方から、上向きにレーザ光を発射する。但し、これとは逆に、積層膜７、８、９を製膜した面を下に向けた状態で基板１０を支持し、かつ各加工ノズル２１、４１を基板１０の上方に配設して、下向きにレーザ光を発射する態様をとることも考えられる。
【００２８】
加工ノズル４１から出射した第二のレーザ光は、ガラス基板１０及びＴＣＯ膜７を透過して、発電層８に照射される。特に、本実施形態では、アモルファスシリコン８１の上に微結晶シリコン８２を積層した多重積層型太陽電池を加工対象としており、この第二のレーザ光の焦点を、微結晶シリコン８２の層に近づけるようにしている。微結晶シリコン８２の吸収帯は５００ｎｍから９００ｎｍ、アモルファスシリコン８１の吸収帯は３００ｎｍから７００ｎｍであり、第二のレーザ光の波長はアモルファスシリコン８１の吸収帯にはない。しかしながら、第二のレーザ光を微結晶シリコン８２に吸収させることで、熱現象により、アモルファスシリコン８１、微結晶シリコン８２及びメタル膜９を諸共に吹き飛ばして除去することが可能である。
【００２９】
本実施形態によれば、透明性導電膜７が吸収する波長帯に属し透明性導電膜７を除去できる第一のレーザ光を出力するレーザ光源１、及び発電層８が吸収する波長帯に属し発電層８を除去できる前記第一のレーザ光よりも波長の短い第二のレーザ光を出力するレーザ光源２と、前記薄膜太陽電池を支持する支持体５と、前記第一のレーザ光及び前記第二のレーザ光をそれぞれ導いて前記支持体５に支持させた薄膜太陽電池に向けて照射させる光学系２、４とを具備するレーザ加工装置を構成し、発電層８に第二のレーザ光を照射してこれを除去し、透明性導電膜７に第一のレーザ光を照射してこれを除去することとしたため、積層膜７、８、９に固体レーザ光を照射する従来の手法と比較して積層膜７、８、９を十分に除去でき、仕上がりが美麗となる。さらには、従来の手法と比較してタクトアップを実現することが可能であり、消費電力の削減にも奏効する。
【００３０】
前記第一のレーザ光が９８０ｎｍ以上の波長のレーザ光であることから、高出力化が容易であり、透明性導電膜７を効果的に除去することができる。また、このような第一のレーザ光は、発電層８に悪影響を及ぼしにくい。
【００３１】
前記第二のレーザ光が９００ｎｍ以下の波長のレーザ光であることから、発電層８及び裏面電極膜９を効果的に除去することができる。
【００３２】
前記第二のレーザ光が、結晶シリコン８２が吸収する波長帯に属するレーザ光であることから、アモルファスシリコン８１がよく吸収する波長帯のレーザ（グリーンレーザ等）を用いる場合よりもコスト面で有利となる。
【００３３】
前記薄膜太陽電池が、透明性基板１０に透明性導電膜７、発電層８、裏面電極膜９をこの順に積層したものであり、前記光学系２、４が、前記第二のレーザ光を前記透明性基板１０側から当該透明性基板１０及び透明性導電膜７を透過させて発電層８に照射し、かつ前記第一のレーザ光を透明性基板１０側から当該透明性基板１０を透過させて透明性導電膜７に照射するものであるため、基板１０上の残渣や再付着物を減少させることができる。
【００３４】
前記光学系２、４が、先に前記第二のレーザ光を発電層８に照射して発電層８及び裏面電極膜９を除去し、その後に前記第一のレーザ光を発電層８及び裏面電極膜９を除去した箇所の透明性導電膜７に照射して透明性導電膜７を除去するものであるため、発電層８を除去して露出させた透明性導電膜７のみに第一のレーザ光を照射して、これを余さず確実に除くことが可能となっている。
【００３５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、第一のレーザ光と第二のレーザ光とを別々の加工ノズル２１、４１から出射するとともに、基板１０上の別々の照射位置に照射していた。即ち、第一のレーザ光を、基板１０における、既に第二のレーザ光の照射を受けて発電層８及びメタル膜９が除去された領域に照射していた。これに対し、図４に示すように、第一のレーザ光の基板１０に対する照射位置と、第二のレーザ光の基板１０に対する照射位置とを重ね合わせてもよい。
【００３６】
あるいは、図５に示すように、第一のレーザ光を導く光学系６と、第二のレーザ光を導く光学系とを一部共通化することも考えられる。即ち、加工ノズル６１を単一とし、レーザ光源１、２から当該加工ノズル６１までの光路上で（加工ノズル６１に接続している同一の光ファイバ６２に入射させる等して）第一のレーザ光と第二のレーザ光とを重畳してもよい。これにより、第一のレーザ光の基板１０に対する照射位置と、第二のレーザ光の基板１０に対する照射位置とが必然的に重なり合う。加工ノズル６１には、やはりガルバノスキャナを付設し、重畳したレーザ光が基板１０上の積層膜７、８、９を除去すべき帯状の領域を走査できるようにする。
【００３７】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、太陽電池パネルの製造工程における、薄膜のレーザスクライブまたはアブレーションを実施する加工装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…第一のレーザ光源
２、４、６…光学系
３…第二のレーザ光源
５…支持体
７…透明導電膜
８…発電層
９…裏面電極膜
１０…基板
【図１】
0005610912.tif 000002
【図２】
0005610912.tif 000003
【図３】
0005610912.tif 000004
【図４】
0005610912.tif 000005
【図５】
0005610912.tif 000006