(57)【要約】  フロント接点、バック接点及びフロント接点とバック接点との間に位置づけられた光起電活性領域とを含むセルが直列に接続され、基板上のフロント接点、光起電活性層及びバック接点をスクライブすることによって形成された直列接続セルを含む薄膜光起電モジュールを製作する方法であって、層の上方を迅速に走査するレーザーを用いて、フロント接点層、光起電活性層又はバック接点層の少なくともひとつをレーザースクライブして、レーザースクライブを形成することを含む方法。
2005515639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列セルを含む薄膜光起電モジュールの製造方法であって、
該セルはフロント接点、バック接点並びにフロント接点及びバック接点の間に位置づけられた光起電活性領域を含み、
該直列セルは、基板上のフロント接点層、光起電活性層及びバック接点層をスクライブすることにより形成されており、
該方法は、層全体にわたって急速に走査されたレーザービームを用いてレーザースクライブを形成するために、該フロント接点層、該光起電活性層又は該バック接点層の少なくともひとつをレーザースクライブすることを含む製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記フロント接点層、前記光起電活性層及び前記バック接点層は、層全体にわたって走査されたレーザービームを用いてスクライブされている方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域は、ＣｄＳ／ＣｄＴｅを含む方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記レーザービームは、前記スクライブを形成するために約1.0〜約50m/secの速度で走査される方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、レーザースクライブを行うために用いられる装置は、レーザー、ビーム拡大器、自動集束ユニット、及びスキャナーを含む方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記スキャナーは、ガルバノメーターによって操作されるＸ−Ｙミラーを含む方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、さらに線形レーザービーム形状を形成する光学部品を含む方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記レーザーがエキシマレーザーである方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、層全体にわたって走査されるレーザービームの形状が線形である方法。
【請求項１１】
フロント接点層は低出力レーザーで走査されて、前記フロント接点層におけるスクライブにより引き起こされる低出力レーザービームの透過、反射又は散乱のひとつもしくはそれ以上における差を測定することにより及び測定された差を用いて光起電活性及びバック接点層の一方又は両方におけるスクライブを位置決めすることにより、フロント接点層におけるスクライブの位置を位置決めする、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
基板上光起電デバイスの製造方法であって、
(ａ)基板上に、透明導電性フィルムをデポジットして、フロント接点層を形成する工程と；
(ｂ)レーザービームで迅速に走査することによって、該フロント接点層内に第１の溝をレーザースクライブして、基板上にフロント接点セグメントを形成する工程と；
(ｃ)該フロント電極セグメント上に、一層もしくは複数層の半導体物質層をデポジットして形成し、該半導体物質で該第１の溝を充填する工程と；
(ｄ)該第１の溝に近接する位置で、迅速にレーザービームを走査することで、該一層もしくは複数層の半導体物質層内に第２の溝をレーザースクライブする工程と；
(ｅ)該一層もしくは複数層の半導体物質層上に金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、該第２の溝を該金属で充填して、該フロント電極セグメントと該バック接点層とを接続させる直列接続を形成する工程と；
(ｆ)該第２の溝に近接する位置で、レーザービームを迅速に走査することで、該バック接点層内に第３の溝をレーザースクライブする工程と；
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、前記半導体材料はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法であって、前記溝のスクライブは、約１．０〜約５０m/secにて行われる方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームの形状は線形である方法。
【請求項１６】
薄膜光起電デバイスの製造の間中に1又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、
レーザーと、ビーム拡大器と、レーザービーム集束手段と、スキャナーと、光起電デバイスを観察するカメラと、を含む装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置であって、前記スキャナーは、Ｘ-Ｙミラーを含む装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の装置であって、さらにレーザースクライブを形成する線形ビーム形状を形成するための筒状光学部品を含む装置。
【請求項１９】
請求項１記載の方法により製造される光起電モジュール。
【請求項２０】
少なくとも約10平方フィートのサイズである請求項１９記載の光起電モジュール。
【請求項２１】
アモルファスシリコンを含む請求項２０記載の光起電モジュール。
【請求項２２】
請求項１記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームが固体レーザーの２次高調波である方法。
【請求項２３】
請求項１６記載の方法であって、前記レーザービーム集束手段が、自動集束ユニットである装置。
【請求項２４】
薄膜光起電デバイスの製造の間中に1又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、レーザー、ビーム拡大器、レーザー集束手段、スキャナー及びレーザービームの線形ビーム形状を形成する光学部品を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電セル及びモジュール、及びこれらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えばモジュール内に個々の直列連結セルを製造するために用いられるスクライブ又は溝が、モジュールの表面上にわたって走査するレーザービームを利用する高速プロセスにより形成されたものである、アモルファスシリコン、CdS/CdTe、CIS及び他の薄膜をベースとする光起電セル及びモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
慣用の薄膜光起電モジュールは、典型的には、基板上に配設された、例えば錫酸化物又は酸化亜鉛などの金属酸化物製のフロント接点と、p-n（又はPN）、p-i-n（又はPIN）接合などの光起電活性領域又は層と、例えばアルミニウムなどの金属製のバックもしくはリア接点と、を含む。最も単純なp-i-n又はPIN接合は、ｐ−型ドーパントでドープされてｐ−層を形成する半導体物質の一層と、真性層又はｉ−層を形成する半導体物質の未ドープ層と、ｎ−型ドーパントでドープされてｎ−層を形成する半導体物質の一層と、を含む。光起電活性領域は、フロント接点とバック接点との間に位置づけられている。基板上の入射光は、基板と、フロント接点と、p-i-n接合を通過する。光は、リア接点により反射されて、p-i-n接合に戻される。
【０００３】
このような光起電モジュールを製造する典型的な方法は、1種又は複数のレーザーを用いて、ほぼ平行な溝又はスクライブの一列をモジュールの上述の金属酸化物層、半導体層及び金属層に形成して、モジュールを個々の直列連結セルの集合体に分割又はセグメント化する。本明細書に参照として組み込まれる米国特許U. S. Patent No. 4,532,371号明細書は、光起電デバイスの製造方法を開示する。従来のプロセスにおいては、これらのスクライブラインは、半導体及び金属層を含む基板をレーザー光ビームの下方で、例えば空気ベアリングテーブルを用いて基板を移動させることにより形成されていた。このようなプロセスは、ゆっくりで、費用がかかる設備を必要とし、より大きな基板をレーザービームの下方で移動させるために必要となる移動テーブル又は他の装置のサイズゆえに、現存の標準的な０．６５×１．２ｍモジュールよりも実質的に大きい光起電モジュールの製造には特に不適切である。しかし、より大きなサイズのモジュールは、ビルディング又は他の構造物の面に用いられていたガラスを光起電モジュールで置換して、構造及び審美的機能と光起電力発生能を一体化する場合のような建築用途には好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、薄膜光起電デバイスの個々のセルを形成するために用いられるレーザースクライブを製造するためのより迅速で、より効率的な方法が必要である。本発明は、このような方法及びこのような方法により製造された光起電モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基板上光起電デバイスを製造する方法である。本方法は、
（ａ）基板上に、透明で電気導電性の膜をデポジットして、フロント接点層を形成する工程と、
（ｂ）該フロント接点層に、レーザービームを走査することによって実質的に平行な複数の第1の溝をレーザースクライブして、モノリシック基板上に複数のフロント接点セグメントを形成する工程と、
（ｃ）該フロント電極セグメント上に半導体物質の一層又は複数層をデポジットし且つ形成して、該半導体物質で該第1の溝を充填する工程と、
（ｄ）該半導体物質の一層又は複数層に、該第1の溝に隣接する位置にてレーザービームを走査することによって、第２の溝をレーザースクライブする工程と、
（ｅ）該半導体物質の一層又は複数層上に、金属を含むバック接点層をデポジットし且つ形成して、金属で該第２の溝を充填して、フロント電極セグメントとバック接点層とを接続する一列の接続部を形成する工程と、
（ｆ）第２の溝に隣接する位置にてレーザービームを走査することで、該バック接点層に第３の溝をレーザースクライブする工程と、
を含む。
【０００６】
また本発明は、フロント接点層と、光起電活性半導体物質の一層又は複数層と、金属を含むバック接点層とを含み、フロント接点層と、半導体層と、バック接点層とは、直列連結された複数のセルを形成するために、レーザーを走査することにより形成されたスクライブを有する、担持基板上に直列連結された光起電セルを含む光起電モジュールでもある。
【０００７】
［発明の詳細な説明］
放射線及び特に太陽放射線を有用な電気エネルギーに変換する光起電セルは、例えば、本願明細書に参照として組み込まれる米国特許U. S. Patent No. 4.064,521号明細書に開示されているアモルファスシリコンPIN構造又は硫化カドミウム／カドミウムテルライド（CdS/CdTe）構造などのある種の半導体構造を2個の電極の間にサンドウィッチすることにより製作することができる。CdS/CdTe光起電デバイスの製作方法は、例えば、N. R. Pavaskar, et al., J. Electrochemical Soc. 124 (1967) p. 743；I. Kaur, et al., J. Electrochem Soc. 127 (1981) p. 943；Panicker, et al., "Cathodic Deposition of CdTe from Aqueous Electolytes" J. Electrochem Soc. 125, No. 4, 1978, pp. 556-572；米国特許U. S. Patent No. 4,400,244明細書；欧州特許EP Patent 244963；米国特許U. S. Patent No. 4,458,681明細書；欧州特許EP Patent 0538041；米国特許U. S. Patent No. 4,388,483；米国特許U. S. Patent No. 4,735,662明細書；米国特許U. S. Patent No. 4,456,630明細書；米国特許U. S. Patent No. 5,472,910明細書；米国特許U. S. Patent No. 4,243,432明細書；米国特許U. S. Patent No. 4,383,022明細書、"Large Area Apollo(登録商標) Module Performance and Reliability" 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Anchorage, Alaska, September 2000(以上はすべて本明細書に参照として組み込まれる)に開示されている。
【０００８】
電極のひとつは典型的には、透明で太陽放射線が半導体物質に到達できるようになされている。この「フロント」電極（又は接点）は、酸化錫や酸化亜鉛などの透明導電性酸化物物質の薄膜、例えば厚みが１０マイクロメーター未満の薄膜で構成することができ、通常はガラス製又はプラスチック製の透明担体と光起電半導体物質との間に形成される。フロント電極とは反対側の半導体物質の表面上に形成される「バック」又は「リア」電極(又は接点)は、一般に、例えばアルミニウムもしくは銀などの少なくとも1種の金属の薄膜、又は半導体物質と金属薄膜との間に金属の薄膜及び酸化亜鉛などの金属酸化物の薄膜を含む。金属酸化物は、臭素もしくはアルミニウムでドープされてもよく、典型的には、低圧化学蒸着により蒸着される。
【０００９】
図1は、例えばガラスである透明基板１４上に形成され、基板１４を通過する太陽放射線もしくは他の光１６に晒される複数の直列接続光起電セル１２から構成される薄膜光起電モジュール１０を示す。（１列の光起電セルはモジュールである）。各光起電セル１２は、透明な導電性酸化物のフロント電極１８と、例えば水素化アモルファスシリコンなどの半導体物質から作られた透明な光起電要素２０と、アルミニウムなどの金属のバック又はリア電極２２と、を含む。光起電要素２０は、例えば、PINもしくはPN構造を含み得る。隣接するフロント電極１８は、光起電要素２０の半導体物質で充填されている第1の溝２４により分離されている。第1の溝２４内の誘電性半導体物質は、隣接するフロント電極１８とは電気的に絶縁されている。隣接する光起電要素２０は、1個のセルのフロント電極及び隣接するセルのバック電極の間の直列接続を与えるためにバック電極２２の金属で充填されている第２の溝２６により分離されている。これらの接続を本明細書において「インターコネクト（相互接続）」という。隣接するバック電極２２は、第３の溝２８によって互いに電気的に絶縁されている。本発明の方法において、このようなフロント電極をセグメントに分離するスクライブ又は溝の1個以上、このようなインターコネクトを形成するために用いられるスクライブ又は溝、及びこのような電気的に絶縁された電極を形成するバック電極内のスクライブ又は溝は、モジュール製作工程中に、モジュール上にわたって走査するレーザービームによって形成される。好ましくは、走査プロセスにおいて、レーザーは、定置に固定され、レーザービームはスキャナーを通過し、ここで、X-Yミラーは好ましくはガルバノメーターにより操作されてレーザービームを反射してモジュール上の適切な位置に方向付けて、所望のレーザースクライブ又は溝を形成する。適切には、レーザービームは、スキャナデバイスに入る前に、ビーム拡大器を通過して、次いで自動集束光学機器ユニット（dynamic focusing optical unit）を通過する。よって、本発明の方法においては、レーザースクライブを形成するために、スクライビング方向に沿って、種々の金属酸化物、半導体及び金属層を含む基板を移動させる必要はない。むしろ、レーザービームは、好ましくはスキャナーの操作により、基板上全体を走査して、所望のスクライブを形成する。この方法によって、迅速且つ効果的な態様で、大型モジュールを含む広範囲の寸法を有する光起電モジュール上に、所望のスクライブを形成することが可能である。
【００１０】
図1に示したような薄膜光起電モジュールは、典型的には、デポジッション（堆積）・パターンニング方法によって製作される。基板上に、アモルファスシリコン半導体物質をデポジット（堆積）させる適切な技術の一例は、例えば米国特許U. S. Patent No. 4,064,521明細書に記載されているように、シラン中グロー放電を用いることである。数種類のパターンニング技術は、上述のように隣接する光起電セルを分離する溝を形成するために慣用的に知られており、レジストマスクでのシルクスクリーニング方法、ポジ又はネガのフォトレジストでのエッチング方法、機械的スクライビング方法、放電スクライビング方法、及びレーザースクライビング方法を含む。レーザースクライビング方法は、薄膜アモルファスシリコン光起電モジュールを含む薄膜半導体デバイスの実用的で、費用効果的で、大容量の製作プロセスとして出現してきたものである。レーザースクライビング方法は、例えば典型的なシルクスクリーン方法による約３００〜５００マイクロメーターの幅の溝と比較して、２５マイクロメーター未満の幅を有する分離溝を形成することによって、マルチセルデバイス内の隣接するセルを分離することができるので、有利である。よって、レーザースクライビング方法で製作された光起電モジュールは、電力の発生に能動的に関与する表面の比率が大きく、したがって、例えばシルクスクリーニング方法により製作されたモジュールよりも高効率を有する。光起電モジュールの層をレーザースクライブする従来の方法は、米国特許U. S. Patent No. 4,292,092明細書（本明細書中に参照として組み入れる）に開示されている。
【００１１】
図１を参照する。レーザースクライビング方法を用いるマルチセル光起電モジュールの製作方法は、透明基板１４上に透明導電性酸化物の連続膜をデポジットさせる工程と、第１の溝２４をレーザークスライブして透明導電性酸化物膜をフロント電極１８に分離する工程と、フロント電極１８の頂部及び第１の溝２４内に半導体物質の連続膜を製造する工程と、第１の溝２４に平行に且つ隣接して第２の溝２６をレーザースクライブして半導体物質を個々の光起電要素２０（又はセグメント）に分離し、第２の溝の底部にてフロント電極１８の部分を露出させる工程と、金属がフロント電極１８との電気的接続、すなわちインターコネクトを形成するようにセグメント２０上及び第２の溝２６内に金属の連続膜を形成する工程と、次いで、第２の溝２６に平行に且つ隣接して第３の溝２８をレーザースクライブして隣接するバック電極２２を分離して電気的に絶縁させる工程と、を含む。図１に示すように、第３の溝２８は、バック接点側すなわち光起電セルの面側から金属のバック電極内にスクライブされる。しかし、本明細書に記載するように、バック電極のスクライビングは、モジュールの他の側から生じてもよい。本発明の方法において、スクライブ又は溝は、迅速且つ制御された態様で製作工程中にレーザーを基板上全体に走査して所望のスクライブを形成する高速高効率レーザー走査プロセスにより形成される。
【００１２】
モジュールの最初と最後のセルは、一般に、モジュールとワイヤ又は他の導電性要素とを接続する手段を提供する母線を有する。母線は、一般に、最初と最後のセルの外側の長い部分の長さ方向に沿って走る。
【実施形態の説明】
【００１３】
添付図面は、本発明の原理を説明する記載とともに本発明の少なくとも１の実施形態を説明する。添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図２（ｇ）は、概して符号１１０で示されるマルチセル薄膜光起電モジュールの概略断面図である。光起電モジュール１１０は、平坦な透明基板１１４上に形成された複数の直列接続光起電セル１１２から構成される。運転時には、光起電モジュール１１０は、好ましくはガラスで形成される基板１１４を通過する光１１６、特に太陽放射線に応答して、電力を発生する。各光起電セル１１２は、透明導電性酸化物を含むフロント電極セグメント１１８、例えば水素化アモルファスシリコンなどの半導体物質を含む光起電要素１２０、及び好ましくはアルミニウム、場合によっては酸化亜鉛などの金属酸化物である金属を含むバック電極１２２を含む。隣接するフロント電極セグメント１１８は、光起電要素１２０の半導体物質で充填されている第１の溝１２４によって分離される。隣接する光起電要素１２０は、第２の溝１２６によって、及び第３の溝１２８によって分離される。半導体物質の不活性部分１３０は、第２の溝１２６及び第３の溝１２８の間に位置づけられる。部分１３０は、光１１６を電力に変換可能ではないという意味において不活性である。第２の溝１２６は、バック電極１２２の物質で充填されて、１個のセルのフロント電極及び隣接するセルのバック電極の間に直列接続を与える。これらの接続は、インターコネクトといわれる。第３の溝１２８の頂部に位置づけられているギャップ１２９は、隣接するバック電極１２２を分離して電気的に絶縁する。図２（ｇ）に示されるように、光起電セル１１２の列は、モジュールを構成する。モジュールは、個々のセルを多数個有し得る。２個以上のモジュールは、平行に接続されて、光起電デバイスの電流を増加させることができる。１個の光起電セル１１２の列を用いる場合には、モジュールによって発生する電流を使用するデバイス又はシステムにモジュールを接続させるために、ワイヤ又は他の導電性要素に取り付けるべく最初と最後のセルの接点を用いることができるに違いない。一般に、導電性ストリップすなわち「母線」は、モジュールの最初と最後のセルの外側に（すなわち溝に平行に）追加される。これらの母線を用いて、モジュールが光に晒されたときに発生する電流を利用するデバイスへの電気的接続を作ることができる。母線を塗布する方法及び高電流を有するモジュールを達成するために平行にサブモジュールを接続させる方法は、米国特許U. S. Patent No. 5,593,901明細書（本明細書に参照として組み入れる）に開示されている。
【００１４】
光起電モジュール１１０を形成する方法を図２（ａ）〜２（ｇ）を参照しながら説明する。しかし、以下の記載はアモルファスシリコン含有薄膜光起電モジュールに関するものであるが、本発明はこれらに限定されず、光起電活性要素として、CdS/CdTe、銅−インジウムセレナイド（CIS）、有機染料及び他の物質を含む薄膜光起電デバイスなどの他の光起電デバイスを製作するためにも用いることができることは理解されるべきである。
【００１５】
例えば、インジウム−錫−酸化物、亜鉛酸化物、錫酸カドミウム（cadmium stannate）、又は錫酸化物、好ましくはフッ化錫酸化物の１種以上などの導電性透明酸化物（CTO）は、ガラスなどの基板上に堆積して、フロント接点層１３２を形成する。又は、ガラス上にすでに堆積している錫酸化物などの導電性酸化物を有するガラスを適切なガラス供給者より得ることができる。CTO層は、好ましくは約１０，０００Å未満の厚みを有する。CTO層は、滑らかな表面又はテクスチャード表面を有するものでもよい。テクスチャード表面は、最大の電力発生効率が望ましい本発明の光起電デバイスの用途に好ましい。次に、導電性物質、好ましくは銀（Ag）含有物質のビーズもしくはストリップをCTO層１３２の２つの反対側の外側縁部に堆積させて、母線を形成する。
【００１６】
必要に応じて、導電性物質のビーズもしくはストリップの熱硬化に続いて、フロント接点層１３２をレーザースクライブして、スクライブライン１２４を形成する。
これらのスクライブは、例えば、約１０マイクロメーターないし約１５０マイクロメーターの幅であってもよく、好ましくは約１５マイクロメーターないし約８０マイクロメーターの幅であり、適切には約０．５cmないし約２．５cm互いに離隔しており、より好ましくは約０．８cmないし約１．２cm互いに離隔している。これらのスクライブの離間は、光起電モジュール上の個々のセルの最大幅を決定するであろう。典型的にはフロント接点内のこれらのレーザースクライブは、基板の一方の縁部近くから反対側の縁部まで、例えば基板の縁部から約０．５cmないし約２．０cm、走る。しかし、スクライブは、基板の縁部あるいは縁部近くまで延びてもよい。スクライブは、典型的には、互いに平行であり、典型的には直線であり、典型的には基板の縁部に平行である。基板が矩形である場合には、これらのスクライブは基板の長いほうの縁部に平行に走ることが好ましい。
【００１７】
フロント接点内にこれらのスクライブを形成するために、１種以上のレーザービームが基板に向けられ、フロント接点物質の表面を横断して走査し、こうして所望のパターンでフロント接点物質を取り除く。基板がスクライブを形成するために用いられるレーザー波長にて透過性である物質から作られている限り、スクライブは基板のいずれかの側、すなわち基板上に堆積されたフロント接点を有する側から、もしくはレーザービームを基板に通過させることによって反対側から、なされてもよい。選択されたレーザー、並びに、レーザー光の波長、レーザーのパルス幅、レーザービーム形状及び反復速度は、フロント接点を効果的に取り除くように選択される。本発明の方法においてフロント接点内にスクライブを形成するために用いられるレーザーは、好ましくは、エキシマレーザーであり、例えば、ArF（１９３nm）、KrF（２４８nm）、XeCl（３０８nm）、XeF（３５１nm）レーザーであり、あるいは固体レーザーであり、例えば、Nd:YAG、Nd:YLFもしくはNd:YVO4レーザーである。固体レーザーとしては、２次高調波が好ましく用いられる。フロント接点内にスクライブを形成するために用いられるレーザーは、好ましくは、約１９０ナノメーター（nm）ないし約１，２００nmの波長にて、適切には約１ナノ秒（ns）ないし約５００nsのパルス幅、より好ましくは約５nsないし約１００nsのパルス幅にて、適切には約１００ヘルツ（Hz）ないし約４００Hzの繰り返し速度（反復（reprate）又はパルス周波数）、より好ましくは約１kＨｚないし約２００kＨｚの繰り返し速度にて、適切にはトップハットデルタ関数（top hat, delta function）又はガウス形（Gauusian）であるビーム形状にて、作用する。好ましくは、ガウス形（Gauusian）である。商業的に入手可能な光学部品を用いて、所望のビーム形状又はプロファイルにレーザービームを形作ることもできる。スクライブを形成するために、約０．１m/secないし約５０m/secである速度にて、より好ましくは約０．５m/secないし約２０m/secである速度にて、フロント接点を走査することが好ましい。１m/sec以上、又は５m/sec以上、又は１０m/sec以上の速度もまた用いることができる。スクライブライン１２４のレーザースクライビングに続いて、図２（ｃ）〜２（ｇ）に示すような光起電モジュールの製造の残りの工程を以下のように行う。
【００１８】
図２（ａ）〜２（ｇ）において、フロント接点層１３２は示されているが母線は示されていないことに留意すべきである。しかし、母線は、典型的には、上述の態様にて、フロント接点層１３２上に堆積された後、図２（ｃ）〜２（ｇ）に示した工程が行われる。
【００１９】
半導体物質の実質的に連続の薄膜１３４から構成される光起電領域は、図２（ｃ）に示すように、フロント電極１１８及び第１の溝１２４の上全体に作られる。第１の溝１２４を充填する半導体物質は、隣接するフロント電極１１８の間に電気的な絶縁を提供する。好ましくは、光起電領域は、慣用的なPIN構造（図示せず）内に水素化されたアモルファスシリコンを含み、適切には約３０Å〜約２５０Åの厚み、好ましくは約１５０Å未満の厚み、典型的には約１００Åの厚みを有するp-層と、約２，０００〜４，５００Åの厚みのi-層と、約２００Å〜約４００Åの厚みのn-層とを典型的に含む典型的には約５，０００Å以下の厚みである。堆積は、好ましくはシランもしくはシランと水素との混合物中でのグロー放電により、例えば米国特許U. S. Patent No. 4,064,521に記載されているように、なされる。あるいは、半導体物質は、CdS/CuInSe2、CdS/CdTeもしくは光起電的に活性な物質であってもよい。CdS/CdTeを作る方法は上述した。半導体層は、単独のPIN型層を含み得る。しかし、本発明の光起電デバイスは、追加の半導体層を有していてもよく、例えばタンデムもしくはトリプル接合構造でもよい。本発明の光起電デバイスに有用な適切な半導体層及びその製造方法は、例えば、英国特許出願U. K. Patent Application No. 9916531.8（公開No.2339963、２０００年２月９日）（参照として本明細書に組み入れる）に記載されている。
【００２０】
次いで、半導体層又は膜１３４は、レーザーでスクライブされて、第２の所定のラインパターンに沿って半導体物質が溶融除去されて、第２の溝１２６が形成され、半導体膜１３４を図２（ｄ）に示すように複数の光起電要素１２０に分割する。フロント電極１１８は、第２の溝１２６の底部にて露出している。スクライビングは、フロント電極１１８の導電性酸化物に影響を与えずに、半導体物質を溶融除去するレベルまで出力密度を典型的には低下させる点を除いて、透明な導電性酸化物層１３２をスクライブするために用いたレーザーと同じレーザーで行うことができる。半導体膜１３４のレーザースクライビングは、基板１１４のいずれの側から行ってもよい。第２の溝１２６は、好ましくは、第１の溝１２４に隣接して且つ平行に、約１０〜約１，０００マイクロメーター幅、好ましくは約３０マイクロメーター〜約１５０マイクロメーター幅、好ましくは約４０マイクロメーター〜約８０マイクロメーター幅にて、フロント接点内のスクライブから適切には約２５マイクロメーター〜約１５０マイクロメーター離間して、より好ましくは約２５マイクロメーター〜約１００マイクロメーター離間して、スクライブされる。
【００２１】
本発明の方法によって、アモルファスシリコン層又は他の光起電活性層にスクライブを形成するために、１種以上のレーザービームをアモルファスシリコン層に向けて、所望のパターンにてアモルファスシリコン層の表面を横断するように走査して、アモルファスシリコン層を除去するが、このようなスクライブの下方に位置づけられているフロント接点層の導電性酸化物を除去しない。選択されたレーザー、並びに、レーザー光の波長、レーザーのパルス幅、レーザービーム形状及び繰り返し速度は、スクライブを形成するため所望領域でアモルファスシリコン層を効果的に除去するように選択される。例えば、レーザーは、約５３２nmの波長にて作用するNd:YAGレーザーでもよい。レーザーは、Nd:YLFレーザーもしくはNd:YVO4ベースのレーザーでもよい。１０６４nmにおける基本波長及び５３２nm及び３３５nmにおける高調波の両者を用いることができる。エキシマレーザー、例えば、ArF（１９３nm）、KrF（２４８nm）、XeCl（３０８nm）及びXeF（３５１nm）レーザーもまた、半導体層内にスクライブを形成するために用いることができる。用いられるレーザーは、適切には、約１ns〜約５００nsのパルス幅、より好ましくは約５ns〜約１００nsのパルス幅を有し、約１０kＨｚ〜約４００kＨｚの反復速度、より好ましくは約３０ｋHz〜約２００kＨｚの反復速度を有し、適切にはガウス形、トップハットデルタ関数であるビーム形状を有する。好ましくは、インターコネクトスクライブを形成するためにアモルファスシリコン層をスクライブするビーム形状は、ガウス形である。インターコネクトスクライブを形成するために、約０．１m/sec〜約５０m/secの速度にて、より好ましくは約０．８m/sec〜約２０m/secの速度にて、半導体層を走査することが好ましい。１m/sec以上の速度、又は５m/sec以上の速度、又は１０m/sec以上の速度もまた用いることができる。半導体層内のインターコネクトスクライブとして、スクライブは断続的であってもよい。つまり、スクライブは、その長さ全体を横断して連続していなくてもよい。例えば、半導体層が除去されなかったスペースによって分離される円形状もしくは直線形状のホールなどの一連の離間したホールであってもよい。
【００２２】
銀、モリブデン、白金、銅、金、スチール、鉄、ニオブ、チタン、クロム、ビスマス、アンチモン、金属合金好ましくはアルミニウムの１種以上などの金属の薄膜１３６は、図２（ｅ）に示すように、光起電要素１２０の上及び第２の溝１２６内全体に作られる。第２の溝１２６を充填する導電性物質は、膜１３６及び第２の溝１２６の底部にて露出したフロント電極１１８の部分の間に電気的接続を提供する。導電性膜１３６は、例えば、スパッタリング又は他の周知の技術によって形成される。膜１３６の厚みは、モジュールの意図された用途に依存する。例として、１２ボルト容量の電池を充電するために十分な出力を発生させることを目的とするモジュールについては、金属膜１３６は典型的にはアルミニウムで作られ、約２，０００〜６，０００Åの厚みを有し得る。
【００２３】
次の工程は、金属膜１３６をレーザーでスクライブして、ラインのパターンに沿って金属を溶融除去して、金属膜１３６を複数のバック電極に分割する一連のスクライブを形成することである。本発明の方法によって、バック接点金属層内にスクライブを形成するために、１種以上のレーザービームを金属層に向けて、所望のパターンにて金属層表面を走査して、金属層を除去する。
【００２４】
レーザーによりバック接点を直接、溶融又は除去するために、レーザーをバック接点の頂部に向けることもできる。好ましい技術において、特に光起電活性領域が１種以上のアモルファスシリコン含有層を含む場合、レーザービームは透明基板及び透明アモルファスシリコン含有層を通過して向けられ、リア接点を溶融・除去（アブレート）する。したがって、金属膜１３６の形成後、金属膜１３６の下層にある光起電領域１２０は、好ましくは第２の溝１２６に平行で且つ隣接する第３のラインの所定パターンに沿って半導体物質を溶融するために十分な出力密度であるが、フロント電極１１８の導電性酸化物又は膜１３６の金属を溶融するには不十分な出力密度にて運転されるレーザーでスクライブされることが好ましい。特に、レーザーは、第３のラインに沿って位置づけられた金属膜の部分を貫通するように半導体物質を溶融して、構造的に脆弱で破裂する微粒子を生成して、第３のラインに沿って金属膜内に実質的に連続するギャップを形成し、金属膜を複数のバック電極に分離する出力レベルにて運転されることが好ましい。図２（ｅ）に示されるように、レーザービームは符号１３８で概略的に示され、下層にある半導体物質の溶融による金属膜１３６のレーザーパターンニングは、基板１１４を貫通して行われる。運転の好ましい方法において、高いレーザービームエネルギーの短いパルスを用いることによって、レーザーは衝撃波を発生させるために用いられる。これは、バック接点の除去を強化して、短絡化（シャンティング）を減少させる。
【００２５】
バック接点の所望の区域を除去するために用いられるレーザーは、好ましくは連続波レーザーであり、より好ましくはパルスレーザーである。レーザーは、エキシマレーザー、例えばArF（１９３nm）、KrF（２４８nm）、XeCl（３０８nm）もしくはXeF（３５１nm）レーザーなどの紫外線レーザーであってもよく、Nd:YAGレーザー、Nd:YLFレーザー又はNd:YVO4レーザーの３次高調波もしくは４次高調波であってもよい。レーザーは、さらに、可視光レーザーでも赤外線レーザーでもよい。最も好ましくは、用いられるレーザーは、可視光レーザーであり、好ましくは緑色レーザー、例えば、周波数が２倍になった（frequency doubled）Nd-YAG、Nd-YLFレーザーもしくはNd:YVO4レーザーである。Nd:YVO4レーザーなどの高い反復速度、高出力レーザーを用いることが好ましい。好ましくは、用いられるレーザーは、例えば０．１〜約０．２mmのスポットサイズで、約２０kＨｚ〜１００ｋHzにて、例えば約１〜２０m/secの迅速なスクライブ速度にて、運転する。
【００２６】
用いられるレーザーは、適切には約１０ns〜約１００nsのパルス幅、より好ましくは約１０ns〜約３０nsのパルス幅を有し、適切には約１kＨｚ〜約２００kＨｚの反復速度、より好ましくは約１０kＨｚ〜約３０kＨｚの反復速度を有し、適切にはガウス形、トップハットデルタ関数であるビーム形状を有する。あるスクライブに対して、ガウス形ビーム形状は、レーザーエネルギーをスポットの中心に濃縮する傾向にあるから、不利であるかもしれない。したがって、トップハットレーザープロファイルが好ましいかもしれない。トップハットレーザープロファイルは、一般にレーザースポット内に、より均一なエネルギー分布を提供するからである。本発明の方法におけるバック接点をレーザースクライブするために、このようなトップハットレーザープロファイルが好ましい。バック接点内に所望のスクライブを形成するために、約０．１m/sec〜約５０m/secの速度、より好ましくは約０．８m/sec〜約２０m/secの速度で、アモルファスシリコン層を走査することが好ましい。１m/sec以上のスクライブ速度、又は５m/sec以上のスクライブ速度、又は１０m/sec以上のスクライブ速度もまた用いることができる。
【００２７】
バック接点金属内の第３の溝又はスクライブ１２８は、好ましくは約１０マイクロメーター〜約１５０マイクロメーター幅であり、好ましくは約４０マイクロメーター〜約８０マイクロメーター幅であり、半導体層内の溝１２６に平行で且つ適切には約２５マイクロメーター〜約１００マイクロメーター、好ましくは約４０マイクロメーター〜約８０マイクロメーターの間隔で半導体物質の不活性部分１３０によって第２の溝１２６から好ましくは適切に離隔している。
【００２８】
上述のように、第３の溝１２８内にあった半導体物質の溶融は、微粒子を生じさせる。例えば、アモルファスシリコンの溶融からは微粒子シリコンが生じる。この微粒子は、構造的に脆弱で、溶融した半導体物質の下層にある金属膜１３６の部分を貫通して破裂して、膜１３６を複数のバック電極１２２に分割するギャップ１２９を形成する。ギャップ１２９は、好ましくは、図２（ｆ）の平面に直交するラインに沿って示されるように、実質的に連続している。金属膜１３６内に連続ギャップ１２９を形成するために必要なレーザーパラメーターは、もちろん、金属膜の厚み及び材質、選択されたレーザーの特性波長、レーザーの出力密度、レーザーのパルス反復速度及びパルス持続時間、スクライビング供給速度などの多数の因子に依存する。バック接点の除去後、特にレーザー方法を用いる除去後、好ましくは超音波浴を用いて光起電セルを洗浄することが好ましい。洗浄プロセスは、汚染粒子及びスクライブパターンの縁部に沿って溶融した物質を除去するので、短絡化（シャンティング）を減少させる。本発明の光起電モジュールを形成するレーザースクライビングに続いて、モジュールをアニールすることが好ましい。モジュールのアニーリングは、例えば短絡化（シャンティング）損失を減少させることにより、モジュールの性能を改良する。例えば、スクライブされたモジュールは、空気中で、約１５０℃〜約１７５℃の温度にて、約０．５時間〜約１．０時間にわたり、アニールされてもよい。
【００２９】
上述のように、本発明のレーザースクライビング方法は、CdS/CdTeモジュールなどの薄膜光起電モジュールの製造中に、スクライブを形成するために用いられてもよい。CdS/CdTe光起電デバイスを製造する方法は、上述の参照文献に開示されている。好ましい方法において、CdS/CdTeモジュールの製造は、CTO層を含む基板上にCdSの一層を堆積させることによって始める。次に、CdTeの一層を堆積させる。CTO、CdS及びCdTe層を貫通してレーザースクライブする。これらのスクライブは、互いに離隔しており、好ましくは互いに平行である。得られるスクライブは、フォトレジストで充填され、フォトレジストは硬化される。カーボンの一層を塗布して、カーボン、CdS及びCdTeを貫通する第２のレーザースクライブが、CTO、CdS及びCdTe層を貫通するスクライブに平行にかつ離隔して加えられる。金属バック接点層を塗布して、好ましくは第２のスクライブに平行に且つ離隔している第３のレーザースクライブが、金属、カーボン、CdTe及びCdS層を貫通するがCTOを貫通せずに形成される。CdS/CdTeモジュールを形成するための上述のレーザースクライブの１種以上は、本発明の方法を用いて作られてもよい。
【００３０】
本発明の方法において、線形レーザービーム形状を用いて、上述のように、薄膜光起電デバイスの種々の層内に、所望のスクライブを形成することもできる。商業的に入手可能な筒状光学部品を用いて、レーザービームを線形ビーム形状に集束してもよい。筒状光学部品は、自動集束ユニット（dynamic focusing unit）などの集束ユニットの一部であってもよいし、自動集束ユニットの前段階に適切に位置づけられる別個のユニットであってもよい。線形ビームとは、基板表面上に当たるレーザービームが長さ及び幅を有するバンド形状であることを意味する。例えば、長さは約０．０１mm〜約１ｍであってもよく、より好ましくは約１０cm〜約１ｍであってもよく、幅は約５ミクロン〜約５００ミクロンであってもよく、より好ましくは約２０ミクロン〜約１００ミクロンであってもよい。このようなビームを用いて、シングルパルス内でビームの長さ及び幅を有する所望のスクライブを形成することができる。線形ビーム形状が望ましい場合には、上述のエキシマレーザーなどのエキシマレーザー、好ましくは２４８nmで作動するKrFエキシマレーザーが好ましい。なぜなら、このようなエキシマレーザーは、非常に高いピーク出力、短い波長、高いパルスエネルギー、及び短いパルス持続時間を典型的に有するからである。線形形状を用いることは、ビームの長い方向がスクライビング方向と同じである場合に、スクライビングをスピードアップさせることができるので有利である。さらに、線形ビーム形状を用いて、スクライブ幅を狭小化することができるので、最終的なモジュールにおいて、電気エネルギーを発生させるために光起電的により活性な表面を得ることができる。
【００３１】
本発明の方法において、スクライブの幅は、好ましくは、おおよそスクライブを形成するために用いられたレーザーの幅である。しかし、スクライブ幅は、スクライブを作るために１回以上の走査を用いた場合には、より大きくすることができる。本発明の方法において、種々の層にスクライブを形成するために基板上に集束され且つ基板上を走査するビームの平均出力は、フロント接点もしくはCTO層をスクライブするために適切には約２０W〜約１，０００Wであり、半導体及び金属バック接点層をスクライブするために適切には約１０W〜約２０Wである。しかし、所望のスクライブを完了するために必要なレーザーの出力は、スクライビング速度、選択されたレーザー、基板プレート上の層に集束されたレーザースポットの寸法、及びスクライブされる物質などの複数の因子の関数であることは理解されるであろう。
【００３２】
フロント接点、１層又は複数層の半導体層、及びバック接点内に溝を形成するために、光起電モジュールを横断してレーザービームを走査させるために適切な装置を図４に示す。図４において、例えば、ArF（１９３nm）、KrF（２４８nm）、XeCl（３０８nm）、XeF（３５１nm）などのエキシマレーザー又は例えばNd:YAG、Nd:YLFもしくはNd:YVO4レーザーなどの固体レーザーであるレーザー１は、所望の波長及びビーム形状を有するレーザービーム５を生じさせる。
【００３３】
レーザービーム５は、ビーム拡大器１０に入射して、拡幅されたレーザービーム１２を生じさせる。適切なビーム拡大器は、例えば、CVI、Special Optics、OptoSigma、Coherentその他のソースから入手可能である。ビーム拡大器は、レーザービーム発散を低下させ、一般にビームクオリティを改良する。拡幅されたビーム１２は、自動集束ユニット１５に入射する。非常に大きな基板、例えば約１０平方フィートもしくは約１５平方フィートよりも大きな面積を有する基板に対して、基板の加工表面とレーザー集束光学部品との間の距離は、プレートのレーザービーム位置の関数として変動する。自動集束光学部品又は他の集束手段を用いて、基板上のビームの位置にかかわらず、走査中に、レーザービームを基板プレート上に集束させる。適切な自動集束ユニットは、例えば、Scanlab又はGeneral Scanningから入手することができる。自動集束ユニットを用いて、レーザービームは加工表面にて集束される。ビームが集束されない場合には、エネルギー密度はより小さい。ビームが適切な寸法のスポットに集束されると、エネルギー密度は除去されるべき物質の溶融閾値を越えるので、レーザースクライビングを効果的に行うことができる。集束されたビーム１８は、自動集束ユニット１５を出て、スキャナーユニット２０に入る。スキャナーユニット２０にて、レーザービームは、所望のパターンにて光起電基板３０に向けられて、上述のように、フロント接点内、半導体層、バック金属接点内にスクライブを形成する。スキャナーは、適切には、ガルバノメーターで制御されたX-Y座標走査ミラーを利用する。ガルバノメーターは、好ましくはコンピュータボートでありX-Yミラー及び自動集束ユニットを制御するスキャナーコントローラに電気的に接続されていることが好ましい。スキャナーコントロールは、Xミラー及びYミラーを方向付けて、基板３０上に所望のパターンにてビームを反射させる。よって、スキャナーを出たレーザービーム２５が迅速に基板の表面上全体を走査して所望の溝又はスクライブを形成する間、基板３０は動かないままである。直交形状に２個のミラー（X及びY）を有するガルバノメータースキャナーは、本発明の方法によりレーザースクライブを行うために用いることができる単純で、迅速で経済的な装置である。本発明の方法に用いることができるレーザースキャナーは、General Scanning及びScanlabなどのいくつかの企業から入手可能である。好ましくは、本発明の方法を行うための装置において、レーザー、自動集束ユニット及びX-Yスキャナーは、レーザーを切り替える（ゲートコントロール）時、及び所望の集束条件にてビームを向ける場所を決定する共通のコンピュータで制御される。例えば、市販されているHewlett Packard製などの標準的なPentium（登録商標）タイプPCコンピュータ、あるいはMicrosoft Visual Basic又は同等の制御ソフトウェアを用いる同等のコンピュータなどが、本発明の方法によりコンピュータ制御された運転を行うための適切なシステムである。
【００３４】
上記に詳述したように、フロント接点又は透明導電性酸化物（TCO）層が好ましくは最初にスクライブされる。スクライブは、好ましくは互いに平行である。アモルファスシリコン層などの光起電活性層は、フロント接点層の後に基板に塗布される。上述したように、別のレーザースクライブのセットは、好ましくはフロント接点層内のスクライブに平行に且つ該スクライブの次に作られる。スクライブは、好ましくは互いに交差しないから、スクライブの第２のセットは好ましくはフロント接点層内のスクライブを基準とする（the second set of scribes is preferably referenced to the scribes in the front contact layer）。本発明の方法にて、フロント接点層内のスクライブのセットを検出して、光起電活性層内のスクライブ（インターコネクトスクライブ）並びにバックもしくはリア接点層のスクライブの第３のセットの配置及び位置を設定するために、いくつかの方法を用いることができる。一方法において、スキャナーを用いて、低出力レーザービーム、例えばレーザーダイオード電流を低下させることによって生じさせたビームを走査する。好ましくは、低出力ビームもまた、非常に高い反復速度を有する。低出力と高反復速度とを用いて、レーザーピーク出力を減少させ、さもなければモジュールの表面を走査する際に走査レーザーによって引き起こされるかもしれないいかなる損傷をも最小化し好ましくは排斥する。好ましくは、レーザーの出力は、約１０mＷ以下であり、好ましくは約１〜約１０ｍＷである。好ましくは、反復速度は、少なくとも約１００kHzであり、好ましくは約１００ｋHz〜約１，０００kHzである。低出力レーザービームは、モジュールの表面を走査するにつれ、フロント接点内のスクライブを通過する際に、 このようなスクライブのないモジュール上での位置と比較して、より多くのレーザー出力がスクライブを通過するようになる。フロント接点内のスクライブは、スクライブのないモジュール上の領域と種々比較して、低出力レーザービームを反射し散乱させる。スクライブの縁部にて、レーザービームの反射及び散乱は、他の領域におけるものとは明瞭に異なる。スクライブ位置は、低出力レーザービームの透過差、反射又はスキャッタリングのいずれかを検出することにより、位置づけられる。好ましくは、CCD（電荷結合装置）などのカメラを用いて、全体の面積をモニターして、低出力レーザービームの透過がより大きな場所もしくはレーザービーム光が散乱又は反射する場所を識別する。望遠鏡をカメラに結合させて、プロセスをある距離にてモニターすることができるようにする。光ファイバベースのカメラを用いて、自由なハンドリングを行うことができる。カメラからのデータは、制御コンピュータ又は他のスキャナー制御手段に送られ、スキャナーを方向付けて所望のスクライブを形成するために用いられる。フロント接点内にスクライブを位置づけるこの方法は、赤外（IR）レーザービーム、例えば上述のNd:YAG又は他の固体レーザーの基本波長からのビームをフロント接点層内のスクライブを走査するために低出力ビームとして用いる場合に、アモルファスシリコンベースの光起電デバイスに特に有用である。なぜなら、IRレーザービームは、アモルファスシリコン層を通過して、フロント接点層��て反射するからである。走査されたビームがフロント接点層内のスクライブと出会うときに、ビーム出力のほとんどは層を貫通して透過し、ビームがスクライブされていないフロント接点層の一部上にある場合、ビームのほとんどは反射される。反射したビームと比較して透過したビーム内のこの差は、フロント接点層内のスクライブを位置づけるために用いられ、半導体層内及びバック接点層内のスクライブを位置づけるためにスキャナーを方向付ける指標として用いられ、その後、上述のように半導体層及びバック接点層内にスクライブを形成する。異なる出力レベルにて運転する同じレーザー及び同じスキャナーを用いて、フロント接点層内のスクライブを位置づけて、アモルファスシリコン光起電活性層内及びバック接点層内のスクライブを形成することができる。別の方法において、フロント接点層内のスクライブを位置づけるかもしくは照合するために、第２の別個のスキャナー及び場合によっては第２の別個のレーザーを用いることができる。
【００３５】
また別の方法において、CCDカメラなどのカメラシステムを用いて、フロント接点層におけるスクライブ位置を決定することができる。この方法の一実施形態において、中心に穴を有するミラーをレーザービームが自動集束ユニットに入る直前の場所に位置付けることもできる。ミラーは、レーザービームを穴に通過させて、フロント接点層におけるスクライブを含む基板の像をカメラに反射させる。走査されている基板の像は、カメラから制御コンピュータに送られる。自動集束ユニットを有する走査システムは望遠鏡に似た機能を奏するから、フロント接点層におけるスクライブの像は、自動集束光学機器を通してみる場合に現出する。この像及びそこから派生したデータは、半導体層及びバック接点におけるスクライブを位置づけるために用いられる。図５は、図４の装置を示す。ただし、図５は、レーザービーム１２が穴を通過することができるような穴を有するミラー４０をさらに含む。図５に示すようなカメラ４５は、プレート３０の像を検出して、データを制御コンピュータに送る。この制御コンピュータは、レーザー及びスキャナーの運転を制御する。こうして、基板３０上の層における所望のスクライブを正確な位置に作ることができる。図４及び図５における同じ符号が付された成分は、同じ成分を表す。
【００３６】
また別の方法において、CCDカメラなどのカメラは、自動集束ユニットの後方位置に配置されて、基板上のフロント接点層におけるスクライブを直接「見る」ためのX-Yミラー像を見るように位置づけられる。図６は、図４の装置を示す。ただし、図６は、さらに、ミラー４０及びカメラ４５を含み、カメラ及びミラーはX-Yミラー（図示せず）を見るようにスキャナー内に位置づけられている。この装置で、カメラ４５はプレート３０の像を検出し、データを制御コンピュータに送る。この制御コンピュータは、レーザー及びスキャナーの運転を制御する。こうして、基板３０上の層における所望のスクライブを正確な位置に作ることができる。図４及び図６における同じ符号が付された成分は、同じ成分を表す。別の実施形態において、ミラー４０は用いられず、カメラ４５はスキャナー内のX-Yミラーを直接、見る。スクライビングのために線形ビームが望ましい場合には、図４〜６における自動集束ユニット１５内に線形ビーム光学部品を含むものでもよく、あるいはこのような光学部品を分離して、図４〜６に示すように、ビーム拡大器１０及び集束ユニット１５の間に適切に位置づけてもよい。
【００３７】
本発明の方法において、単一のレーザー及び単一のスキャナーを用いて、本明細書に記載された１種以上の異なるタイプのスクライブを形成することができる。しかし、本発明は限定されるものではない。2種以上のレーザーを用いて、2種以上のスキャナーを用いて、所望のスクライブを形成してもよい。
【００３８】
光起電モジュールを作るために本発明の方法において用いられる基板は、任意の寸法及び形状でよい。しかし、本発明の方法は、より大きな寸法の光起電モジュールを作るために、特に建築用途において用いられる大きな寸法の光起電モジュールを作るために、特に望ましい。このような用途において、基板及び結果として得られる光起電モジュールは、ガラスで作られることが好ましく、約１０〜１５平方フィート乃至約２００平方フィートの寸法であり、矩形形状又は四角形のいずれかの形状であることが好ましいが、本発明はこれらに限定されない。本発明のプロセスのひとつの特徴は、処理装置を変えることなく、基板形状及び寸法の範囲または多様性を有する能力である。よって、本発明のプロセスは、例えば特定の建築用途に適切な光起電デバイスを製作するために用いることができる。基板の厚みもまた変動し得るし、一般に光起電デバイスの用途の観点で選択される。例えば、光起電デバイスが基板としてガラスを用いる場合には、ガラスの厚みは０．０８８インチ〜約０．５００インチの厚み範囲であり得て、より好ましくは約０．１２５インチ〜約０．２５０インチの範囲である。例えば、ガラスが少なくとも約６０平方フィート、又は少なくとも約２００平方フィートなどの大きな寸法で用いられる場合には、ガラスは、好ましくは少なくとも約０．１２５インチの厚みであり、より好ましくは少なくとも約０．１８７インチの厚みである。ガラス基板が少なくとも約０．１８７インチの厚みもしくは少なくとも約０．２５０インチの厚みを有する場合には、好ましくは低鉄ガラス（low iron glass）である。低鉄ガラスとは、好ましくは、鉄を約０．１wt％以下有するガラスを意味し、より好ましくは鉄を約０．１wt％未満有するガラスを意味する。好ましくは、本発明の方法において用いられる基板は、モノリシック、すなわち、一片の基板であり、こうしてモノリシックモジュールを形成する。
【００３９】
本明細書にて記載したように、種々の層の堆積及び該層のスクライビングの完了時に、形成された光起電デバイスは、一般に別の基板に対してシールされて、シールされたモジュールを形成する。シーリングは、モジュールの性能を低下させ得る水分及び他の環境要素への暴露から光起電要素を保護する。モジュールをシーリングする方法は、当業者には公知である。しかし、ひとつの方法は、薄膜光起電デバイスを含む基板と第２のガラスシートなどの第２の基板との間にポリエチレンビニルアセテート（EVA）などの重合性カプセル化物質のシートを置き、次いで、基板及び第２のガラスシートを一緒に加熱しプレスして光起電デバイスを基板と第２のガラスシートとの間にシーリングする。Tedlarタイププラスチック、Nuvasilタイププラスチック、Tefzelタイププラスチック、紫外線硬化コーティングなど及びこれらの組み合わせなどのEVA以外の他のカプセル化剤をEVAに代えて又はEVAと一緒に用いることもできる。
【００４０】
本明細書において上述したように、本発明の方法は、所望のスクライブを形成するために、レーザービームの下方で基板の移動を必要としない。むしろ、レーザービームが基板の上方で迅速に走査される。しかし、基板を本発明の方法に従って、例えば、モジュールを製作する一連のプロセス工程に沿って基板を起動させるアセンブリライン内にて、移動させてもよい。
【００４１】
本発明のモジュールは、さらに、半透明性もしくは部分的に透明な薄膜モジュール、例えば、光を通過させてモジュールを通して像を見ることができるように金属接点の部分が除去された薄膜モジュールであってもよい。このようなモジュールは、発明の名称を「一部透明光起電モジュール（Partially Transparent Photovoltaic Modules）」とする2001年6月26日に出願された米国特許出願U. S. Patent Application No. 09/891,752（本明細書に参照として組み込まれる）に開示されている。
【００４２】
本発明の数種の実施形態だけを上記に記載した。上述の記載から別の実施形態及び種々の変形例が当業者には明らかであろう。これら及び他の変形例は、本発明の範囲と等価であり、本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００４３】
図５に示した装置を用いて、フッ素でドープされた酸化錫の０．６〜０．８マイクロメーターの層を有する４８インチ長さ×２６インチ幅の厚み１／８インチのガラス板をスクライブして、約１m/secの速度で酸化錫層上方を走査する平均レーザー出力５Wを繰り返し送る３２nm、３０kHzでのNd:YVO4レーザーを用いて、酸化錫を除去した。スクライブは、ガラス板の長さ方向に平行に且つ約９mmの距離で互いに離間させて、約５０マイクロメーターの幅で、セットした。このような走査の結果、ガラス基板の表面全体を横断する幅５０マイクロメーターのスクライブによって分離された約９mm幅の酸化錫層の一列のストリップを得た。銀含有フリットペーストのビーズを導電性酸化物の最初と最後のストリップの外側縁部に沿って置くことによって、母線を加えた。ビーズは、基板の一端の中心近傍のポイントまで延在し、モジュールに対する電気的接続を作るための正及び負のターミナルポイントとして機能する。フリットは、モジュールを約５５０℃にて約５分間加熱することによって硬化される。（母線は、酸化錫層のスクライブ前に加えられる。）化学蒸着技術を用いて、酸化錫層の上に、アモルファスシリコン製の光起電活性p-i-n接合を堆積させ、続いて酸化亜鉛の層を蒸着する。アモルファス層は約２０００Åの厚みである。アモルファス層は、導電性酸化錫内に作られたスクライブを充填する。スクライブの第２のセットは、５３２nm、５０kHz反復、約５W平均出力のNd:YVO4レーザーからのレーザービームを走査することによって、アモルファスシリコン及び酸化亜鉛層内に作られる。スクライビング速度は、約５m/secであり、スクライブ幅は１００マイクロメーターである。アモルファスシリコン及び酸化亜鉛層内のスクライブは、酸化錫層内のスクライブと平行で酸化錫層内のスクライブから約１５０マイクロメーター離間している。酸化亜鉛層上方をマグネトロンスパッタリングして、アモルファスシリコン層内のスクライブをアルミニウムで充填することによって、約４０００Åのアルミニウム層が堆積される。スクライブのダイ３のセットは、アルミニウム層内のスクライブが形成されるべきアルミニウム層の下方のアモルファスシリコン層に、５３２nm、５０kHz反復、約４W平均出力のNd:YVO4レーザーからのレーザービームを走査することによって、アルミニウム層内に作られる。スクライビング速度は、約４m/secであり、スクライブ幅は１５０マイクロメーターである。第３のスクライブは、第２のスクライブと平行で第２のスクライブから約１５０マイクロメーター離間している。酸化錫層を貫通する第１のスクライブに対する第２及び第３のスクライブの配置は、低出力（約５mW）で運転されるNd:YVO4レーザーで基板を走査することによって、且つ酸化錫層内のスクライブを横断する際の低出力レーザーの反射、散乱又は透過の差を検出することにより第１のスクライブの配置を記録するためのカメラを用いて、決定される。コンピュータは、カメラによって第１のスクライブの配置が決定されたならば、１５０マイクロメーターの距離だけ、第２及び第３のスクライブのために、ビームを自動的にオフセットする。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明により製作することができる典型的な薄膜光起電モジュールの概略斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜２（ｇ）は、本発明により製作することができる薄膜光起電モジュールの別のタイプを製作するための方法における工程を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図２（ｇ）のモジュールの概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の方法に有用なレーザー走査装置の概略図である。
【図５】図５は、本発明の方法に有用なレーザー走査装置の概略図である。
【図６】図６は、本発明の方法に有用なレーザー走査装置の概略図である。
【図１】
2005515639.tif 000003
【図２ａ】
2005515639.tif 000004
【図２ｂ】
2005515639.tif 000005
【図２ｃ】
2005515639.tif 000006
【図２ｄ】
2005515639.tif 000007
【図２ｅ】
2005515639.tif 000008
【図２ｆ】
2005515639.tif 000009
【図２ｇ】
2005515639.tif 000010
【図３】
2005515639.tif 000011
【図４】
2005515639.tif 000012
【図５】
2005515639.tif 000013
【図６】
2005515639.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月8日(2004.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列セルを含む薄膜光起電モジュールの製造方法であって、
該セルはフロント接点、バック接点並びにフロント接点及びバック接点の間に位置づけられた光起電活性領域を含み、
該直列セルは、基板上のフロント接点層、光起電活性層及びバック接点層をスクライブすることにより形成されており、
該方法は、層全体にわたって急速に走査されたレーザービームを用いてレーザースクライブを形成するために、該フロント接点層、該光起電活性層又は該バック接点層の少なくともひとつをレーザースクライブすることを含む製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記フロント接点層、前記光起電活性層及び前記バック接点層は、層全体にわたって走査されたレーザービームを用いてスクライブされている方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域は、ＣｄＳ／ＣｄＴｅを含む方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記レーザービームは、前記スクライブを形成するために約1.0〜約50m/secの速度で走査される方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、レーザースクライブを行うために用いられる装置は、レーザー、ビーム拡大器、自動集束ユニット、及びスキャナーを含む方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記スキャナーは、ガルバノメーターによって操作されるＸ−Ｙミラーを含む方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、さらに線形レーザービーム形状を形成する光学部品を含む方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記レーザーがエキシマレーザーである方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、層全体にわたって走査されるレーザービームの形状が線形である方法。
【請求項１１】
フロント接点層は低出力レーザーで走査されて、前記フロント接点層におけるスクライブにより引き起こされる低出力レーザービームの透過、反射又は散乱のひとつもしくはそれ以上における差を測定することにより及び測定された差を用いて光起電活性及びバック接点層の一方又は両方におけるスクライブを位置決めすることにより、フロント接点層におけるスクライブの位置を位置決めする、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
基板上光起電デバイスの製造方法であって、
(ａ)基板上に、透明導電性フィルムをデポジットして、フロント接点層を形成する工程と；
(ｂ)レーザービームで迅速に走査することによって、該フロント接点層内に第１の溝をレーザースクライブして、基板上にフロント接点セグメントを形成する工程と；
(ｃ)該フロント電極セグメント上に、一層もしくは複数層の半導体物質層をデポジットして形成し、該半導体物質で該第１の溝を充填する工程と；
(ｄ)該第１の溝に近接する位置で、迅速にレーザービームを走査することで、該一層もしくは複数層の半導体物質層内に第２の溝をレーザースクライブする工程と；
(ｅ)該一層もしくは複数層の半導体物質層上に金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、該第２の溝を該金属で充填して、該フロント電極セグメントと該バック接点層とを接続させる直列接続を形成する工程と；
(ｆ)該第２の溝に近接する位置で、レーザービームを迅速に走査することで、該バック接点層内に第３の溝をレーザースクライブする工程と；
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、前記半導体材料はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法であって、前記溝のスクライブは、約１．０〜約５０m/secにて行われる方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームの形状は線形である方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法により製造される光起電モジュール。
【請求項１７】
少なくとも約10平方フィートのサイズである請求項１６記載の光起電モジュール。
【請求項１８】
アモルファスシリコンを含む請求項１７記載の光起電モジュール。
【請求項１９】
請求項１記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームが固体レーザーの２次高調波である方法。
【請求項２０】
1又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、
レーザーと、該レーザーにより発生したレーザービームを拡幅するビーム拡大器と、該レーザー拡大器を通過した後にレーザービームを集束させる手段と、該レーザービームを走査するスキャナーと、を含む装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の装置であって、前記スキャナーは、Ｘ-Ｙミラーを含む装置。
【請求項２２】
請求項２０記載の装置であって、さらに線形レーザービーム形状を形成するための筒状光学部品を含む装置。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法であって、前記レーザービームを集束させる手段が、自動集束ユニットである装置。
【請求項２４】
１又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、レーザー、該レーザーによって発生したレーザービームを拡幅するビーム拡大器、該レーザー拡大器を通過した後にレーザービームを集束させる手段、該レーザービームを走査するスキャナー及びレーザービーム用の線形ビーム形状を形成する光学部品を含む装置。
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月6日(2005.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロント接点、バック接点並びにフロント接点及びバック接点の間に位置づけられた光起電活性領域を含み、基板上のフロント接点層、光起電活性層及びバック接点層をスクライブすることにより形成される直列セルを含む薄膜光起電モジュールの製造方法であって、
層全体にわたって急速に走査されるレーザービームを用いて、該フロント接点層、該光起電活性層又は該バック接点層の少なくともひとつをレーザースクライブして、レーザースクライブを形成することを含む製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記フロント接点層、前記光起電活性層及び前記バック接点層は、層全体にわたって走査されるレーザービームを用いてスクライブされる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、前記光起電活性層及び前記光起電活性領域は、ＣｄＳ／ＣｄＴｅを含む方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記レーザービームは約1.0〜約50m/secの速度で走査されて、前記スクライブを形成する方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、レーザースクライブを行うために用いられる装置は、レーザー、ビーム拡大器、自動集束ユニット、及びスキャナーを含む方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記スキャナーは、ガルバノメーターによって操作されるＸ−Ｙミラーを含む方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、さらに線形レーザービーム形状を形成する光学部品を含む方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記レーザーはエキシマレーザーである方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、層全体にわたって走査されるレーザービームの形状は線形である方法。
【請求項１１】
フロント接点層は低出力レーザーで走査されて、前記フロント接点層におけるスクライブにより引き起こされる低出力レーザービームの透過、反射又は散乱のひとつもしくはそれ以上における差を測定することにより及び測定された差を用いて光起電活性層及びバック接点層の一方又は両方にスクライブを位置決めすることにより、フロント接点層におけるスクライブの位置を決める、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
基板上光起電デバイスの製造方法であって、
(ａ)基板上に、透明導電性フィルムをデポジットして、フロント接点層を形成する工程と；
(ｂ)レーザービームで迅速に走査することによって、該フロント接点層内に第１の溝をレーザースクライブして、基板上にフロント接点セグメントを形成する工程と；
(ｃ)該フロント接点セグメント上に、一層もしくは複数層の半導体物質層をデポジットして形成し、該半導体物質で該第１の溝を充填する工程と；
(ｄ)該第１の溝に近接する位置で、迅速にレーザービームを走査することで、該一層もしくは複数層の半導体物質層内に第２の溝をレーザースクライブする工程と；
(ｅ)該一層もしくは複数層の半導体物質層上に金属を含むバック接点層をデポジットして形成し、該第２の溝を該金属で充填して、該フロント接点セグメントと該バック接点層とを接続させる直列接続を形成する工程と；
(ｆ)該第２の溝に近接する位置で、レーザービームを迅速に走査することで、該バック接点層内に第３の溝をレーザースクライブする工程と；
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、前記半導体材料はアモルファスシリコンを含む方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法であって、前記溝のスクライブは、約１．０〜約５０m/secにて行われる方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームの形状は線形である方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法により製造される光起電モジュール。
【請求項１７】
少なくとも約10平方フィート（0.929m2）のサイズである請求項１６記載の光起電モジュール。
【請求項１８】
アモルファスシリコンを含む請求項１７記載の光起電モジュール。
【請求項１９】
請求項１記載の方法であって、スクライブ形成に用いられるレーザービームが固体レーザーの２次高調波である方法。
【請求項２０】
1又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、
レーザーと、該レーザーにより発生したレーザービームを拡幅するビーム拡大器と、該レーザー拡大器を通過した後にレーザービームを集束させる手段と、該レーザービームを走査するスキャナーと、を含む装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の装置であって、前記スキャナーは、Ｘ-Ｙミラーを含む装置。
【請求項２２】
請求項２０記載の装置であって、さらに線形レーザービーム形状を形成するための筒状光学部品を含む装置。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法であって、前記レーザービームを集束させる手段が、自動集束ユニットである装置。
【請求項２４】
１又はそれ以上のレーザースクライブを形成するための装置であって、レーザー、該レーザーによって発生したレーザービームを拡幅するビーム拡大器、該レーザー拡大器を通過した後にレーザービームを集束させる手段、該レーザービームを走査するスキャナー及びレーザービームを線形ビーム形状に形成する光学部品を含む装置。
【国際調査報告】
2005515639.tif 000015
2005515639.tif 000016