(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を簡略化する。【解決手段】ステップＳ１において、レーザ加工装置は、SHGレーザ光および基本波レーザ光を用いて、薄膜太陽電池パネルの周縁の透明電極層、半導体層、裏面電極層を除去する。ステップＳ２において、レーザ加工装置は、SHGレーザ光を用いて、透明電極層、半導体層、裏面電極層を除去した領域の内周付近の領域の半導体層、裏面電極層を除去する。本発明は、例えば、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を行うレーザ加工装置に適用できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの加工を行うレーザ加工装置が、
前記薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層を除去し、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層を除去する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
第１の波長の第１のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長の第２のレーザ光を前記第１の領域に照射し、前記第１のレーザ光を前記第２の領域に照射する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とは、SHG（Second Harmonic Generation）波と基本波の関係にある
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層を除去し、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層を除去する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関し、特に、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を行う場合に用いて好適なレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜太陽電池パネル（以下、単にパネルとも称する）の製造工程は、一般的にＰ１工程、Ｐ２工程、Ｐ３工程、Ｐ４工程の順に行われている。Ｐ１工程では、ガラス製の透明基板の上に、例えば透明導電性酸化物（TCO）からなる透明電極層が形成され、レーザ光を用いて透明電極層のパターニングが行われる。Ｐ２工程では、透明電極層の上に、例えばアモスファスシリコン（a-Si）からなる半導体層が形成され、レーザ光を用いて半導体層のパターニングが行われる。Ｐ３工程では、半導体層の上に、例えばAg電極からなる裏面電極層が形成され、レーザ光を用いて裏面電極層のパターニングが行われる。以上の工程により、パネルの外周部の周縁領域を除く領域（以下、セル集積領域と称する）に、電気的に直列に接続された複数の光電変換セルが生成される。なお、周縁領域は、周囲（例えば、隣接する他の薄膜太陽電池パネル）との間の電気的な絶縁を確保したり、パネルをフレーム等に取付けたりするために確保される領域である。
【０００３】
Ｐ４工程では、レーザ光を用いて、セル集積領域の周囲に、透明電極層、半導体層、裏面電極層を貫通する外周分離溝を形成し、セル集積領域と周縁領域とを電気的に絶縁するエッジアイソレーションが行われる。そして、Ｐ４工程の後、基板洗浄、配線加工、特性検査、フィルムなどでパネルを密閉する封止工程などが行われる。さらに、近年、電気絶縁性をより強化するために、Ｐ４工程の後にエッジデリーションが行われる場合がある。
【０００４】
ここで、図１乃至図３を参照して、エッジアイソレーション工程およびエッジデリーション工程について簡単に説明する。なお、図１は、エッジアイソレーションおよびエッジデリーションにより薄膜太陽電池パネル１が加工される領域を示す図である。図２および図３は、薄膜太陽電池パネル１の外周付近（図１の薄膜太陽電池パネル１の左端付近）の同じ位置における断面の模式図であり、図２は、エッジアイソレーションを行った後の断面を示し、図３は、エッジデリーションを行った後の断面を示している。
【０００５】
エッジアイソレーション工程では、薄膜太陽電池パネル１の透明基板１Ａから透明電極層１Ｂ乃至裏面電極層１Ｄが除去され、図１において細長い長方形で示される複数の光電変換セルが集積するセル集積領域１１を囲むように、分離溝１３が形成される。この分離溝１３により、セル集積領域１１と、それ以外の周縁領域１２とが電気的に絶縁される。
【０００６】
このとき、図２に示されるように、透明電極層１Ｂの溝の幅より、半導体層１Ｃおよび裏面電極層１Ｄの溝の幅が広くなるように、分離溝１３を階段状に加工する場合がある。これにより、透明電極層１Ｂを除去するときに発生するスパッタが、分離溝１３の内壁に付着し、透明電極層１Ｂと裏面電極層１Ｄが短絡されることが防止される（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００７】
エッジデリーション工程では、図３に示されるように、周縁領域１２のうちパネルの外周から所定の範囲（例えば、10mm〜15mm）の領域１２Ａの透明電極層１Ｂ乃至裏面電極層１Ｄが、レーザ光により除去される。これにより、周縁領域１２のうち透明電極層１Ｂ乃至裏面電極層１Ｄが除去されなかった領域１２Ｂの外周とパネルの外周との距離が確保され、薄膜太陽電池パネル１と周囲との電気的な絶縁が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６２６９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来、薄膜太陽電池パネルの単価を下げるために、製造工程を簡略化し、製造コストを下げることが望まれている。当然、上述したエッジアイソレーションおよびエッジデリーションなどの絶縁加工の簡略化も望まれている。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を簡略化できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面のレーザ加工方法は、透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの加工を行うレーザ加工装置が、前記薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層を除去し、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層を除去する。
【００１２】
本発明の一側面のレーザ加工方法においては、透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層が除去され、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層が除去される。
【００１３】
従って、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を簡略化することができる。また、薄膜太陽電池パネルの発電有効面積をより広くすることができる。
【００１４】
このレーザ加工装置は、例えば、LDを励起光源に用い、Nd:YAGをレーザ媒体に用いたQ-SWレーザ発振器を備えるレーザ加工装置により構成される。
【００１５】
このレーザ加工装置には、第１の波長の第１のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長の第２のレーザ光を前記第１の領域に照射させ、前記第１のレーザ光を前記第２の領域に照射させることができる。
【００１６】
これにより、よりきれいに薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を行うことができる。
【００１７】
第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、SHG（Second Harmonic Generation）波と基本波の関係にあるようにすることができる。
【００１８】
これにより、レーザ光を発生するために用いる光源を共通化することができる。
【００１９】
本発明の一側面のレーザ加工装置は、透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層を除去し、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層を除去する。
【００２０】
本発明の一側面のレーザ加工装置においては、透明基板と裏面電極層との間に前記透明基板に隣接する透明電極層と前記透明電極層に隣接する半導体層が少なくとも形成されている薄膜太陽電池パネルの周縁の所定の範囲内の第１の領域において、前記透明電極層、前記半導体層および前記裏面電極層が除去され、前記第１の領域の内周を外周とする所定の範囲内の第２の領域において、前記半導体層および前記裏面電極層が除去される。
【００２１】
従って、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を簡略化することができる。また、薄膜太陽電池パネルの発電有効面積をより広くすることができる。
【００２２】
このレーザ加工装置は、例えば、LDを励起光源に用い、Nd:YAGをレーザ媒体に用いたQ-SWレーザ発振器を備えるレーザ加工装置により構成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一側面によれば、薄膜太陽電池パネルの絶縁加工を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のエッジアイソレーションおよびエッジデリーションにより薄膜太陽電池パネルが加工される領域を示す図である。
【図２】従来のエッジアイソレーションを行った後の薄膜太陽電池パネルの外周付近の断面の模式図である。
【図３】従来のエッジデリーションを行った後の薄膜太陽電池パネルの外周付近の断面の模式図である。
【図４】本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図５】絶縁加工処理について説明するためのフローチャートである。
【図６】薄膜太陽電池パネルの絶縁加工が行われる領域を示す図である。
【図７】図５のステップＳ１の処理を行った後の薄膜太陽電池パネルの外周付近の断面の模式図である。
【図８】図５のステップＳ２の処理を行った後の薄膜太陽電池パネルの外周付近の断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図４は、本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。図４のレーザ加工装置１０１は、Ｐ３工程まで終了した薄膜太陽電池パネル１０２の絶縁加工を行うための装置である。レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１１１ａ，１１１ｂ、メカニカルシャッタ１１２ａ，１１２ｂ、電動式アッテネータ（ATT）１１３ａ，１１３ｂ、ミラー１１４、ダイクロイックミラー１１５、電動式エキスパンダ１１６、および、電動式ビームシフタ１１７を含むように構成される。
【００２７】
レーザ発振器１１１ａは、例えば、レーザダイオード（以下、LDと称する）を励起光源に用い、Nd:YAG（Yttrium Aluminium Garnet）をレーザ媒体に用いたQ-SW（Q-スイッチ）レーザ発振器により構成され、基本波（波長が1064nm）の１／２の波長（532nm）のSHG（Second harmonic generation）波のレーザ光（以下、SHGレーザ光と称する）を出射する。なお、レーザ発振器１１１ａから出射されるSHGレーザ光は、メカニカルシャッタ１１２ａを用いて、機械的に遮断することが可能である。
【００２８】
電動式アッテネータ１１３ａは、減衰量を電動で調整できるアッテネータであり、レーザ発振器１１１ａから入射されるSHGレーザ光を、設定された減衰量で減衰し、ミラー１１４の方向に出射する。電動式アッテネータ１１３ａから出射されたSHGレーザ光は、ミラー１１４により、ダイクロイックミラー１１５の方向に反射され、ダイクロイックミラー１１５を透過し、電動式エキスパンダ１１６に入射する。
【００２９】
レーザ発振器１１１ｂは、レーザ発振器１１１ａと同様のレーザ発振器により構成され、基本波のレーザ光（以下、基本波レーザ光と称する）を出射する。なお、レーザ発振器１１１ｂから出射される基本波レーザ光は、メカニカルシャッタ１１２ｂを用いて、機械的に遮断することが可能である。
【００３０】
電動式アッテネータ１１３ｂは、電動式アッテネータ１１３ａと同様のアッテネータにより構成され、レーザ発振器１１１ｂから入射される基本波レーザ光を、設定された減衰量で減衰し、ダイクロイックミラー１１５の方向に出射する。電動式アッテネータ１１３ｂから出射された基本波レーザ光は、ダイクロイックミラー１１５により電動式エキスパンダ１１６の方向に反射され、電動式エキスパンダ１１６に入射する。
【００３１】
電動式エキスパンダ１１６は、拡大倍率を電動で調整できるエキスパンダであり、入射したSHGレーザ光および基本波レーザ光のビーム径を、設定された倍率で拡大して、電動式ビームシフタ１１７の方向に出射する。
【００３２】
電動式ビームシフタ１１７は、入射したSHGレーザ光および基本波レーザ光を、加工対象となる薄膜太陽電池パネル１０２に照射するとともに、図示せぬ制御装置の制御の基に、その照射位置を移動させる。
【００３３】
薄膜太陽電池パネル１０２は、シングル型の薄膜太陽電池パネルであり、図内上から、ガラス製の透明基板１０２Ａ、TCOからなる透明電極層１０２Ｂ、a-Siからなる半導体層１０２Ｃ、Ag電極からなる裏面電極層１０２Ｄの順に積層されている。
【００３４】
次に、図５のフローチャートおよび図６乃至図８を参照して、レーザ加工装置１０１により実行される絶縁加工処理について説明する。なお、図６は、薄膜太陽電池パネル１０２の絶縁加工が行われる領域を示す図である。図７および図８は、薄膜太陽電池パネル１０２の外周付近（図６の薄膜太陽電池パネル１０２の左端付近）の同じ位置における断面の模式図であり、図７は、後述するステップＳ１の処理を行った後の断面を示し、図８は、後述するステップＳ２の処理を行った後の断面を示している。
【００３５】
なお、この絶縁加工処理は、例えば、Ｐ３工程まで終了した薄膜太陽電池パネル１０２を、レーザ加工装置１０１の図示せぬステージに設置し、レーザ加工装置１０１の図示せぬ制御装置に、絶縁加工処理の実行の指令を与えたときに開始される。
【００３６】
ステップＳ１において、レーザ加工装置１０１は、SHGレーザ光および基本波レーザ光を用いて、薄膜太陽電池パネル１０２の周縁の透明電極層１０２Ｂ、半導体層１０２Ｃ、裏面電極層１０２Ｄを除去する。
【００３７】
具体的には、まず、レーザ加工装置１０１の図示せぬ制御装置は、電動式アッテネータ１１３ａにより、SHGレーザ光を、薄膜太陽電池パネル１０２の透明電極層１０２Ｂから半導体層１０２Ｃを剥離するのに十分で、透明基板１０２Ａから透明電極層１０２Ｂを剥離するのに不十分なパワーに設定する。また、制御装置は、電動式アッテネータ１１３ｂにより、基本波レーザ光を、透明基板１０２Ａから透明電極層１０２Ｂを剥離するのに十分なパワーに設定する。なお、SHGレーザ光に対する半導体層１０２Ｃの吸収係数は、基本波レーザ光に対する透明電極層１０２Ｂの吸収係数と比較して非常に大きいので、SHGレーザ光のパワーは、基本波レーザ光のパワーより低く（例えば、１／１０程度に）設定することが可能である。
【００３８】
そして、制御装置は、メカニカルシャッタ１１２ａ，１１２ｂを開放し、SHGレーザ光および基本波レーザ光の両方が薄膜太陽電池パネル１０２に照射されるように制御する。また、制御装置は、ステージを水平方向に移動させたり、電動式ビームシフタ１１７を制御したりして、各レーザ光の照射位置を調整しながら、薄膜太陽電池パネル１０２の外周から所定の範囲（例えば、外周から10〜15mmの範囲）内の領域１５２Ａに、SHGレーザ光および基本波レーザ光を照射する。
【００３９】
ここで、SHGレーザ光に対する吸収係数は、透明電極層１０２Ｂが非常に低く、半導体層１０２Ｃが非常に高い。また、上述したように、SHGレーザ光は、透明電極層１０２Ｂから半導体層１０２Ｃを剥離するのに十分で、透明基板１０２Ａから透明電極層１０２Ｂを剥離するのに不十分なパワーに設定されている。従って、SHGレーザ光のほとんどが、透明基板１０２Ａおよび透明電極層１０２Ｂを透過し、半導体層１０２Ｃに吸収され、半導体層１０２Ｃが蒸発するときの爆発力により、領域１５２Ａの半導体層１０２Ｃ、および、半導体層１０２Ｃに付着している裏面電極層１０２Ｄが、透明電極層１０２Ｂから剥離される。
【００４０】
一方、基本波レーザ光は、SHGレーザ光と異なり、透明電極層１０２Ｂの吸収係数が高く、半導体層１０２Ｃの吸収係数が低い。また、上述したように、基本波レーザ光は、透明基板１０２Ａから透明電極層１０２Ｂを剥離するのに十分なパワーに設定されている。従って、基本波レーザ光の大部分が透明電極層１０２Ｂに吸収され、透明電極層１０２Ｂが蒸発するときの爆発力により、透明電極層１０２Ｂが透明基板１０２Ａから剥離される。
【００４１】
これにより、図７に示されるように、領域１５２Ａにおいて、透明電極層１０２Ｂ乃至裏面電極層１０２Ｄが除去され、透明基板１０２Ａのみが残る。
【００４２】
ステップＳ２において、レーザ加工装置１０１は、SHGレーザ光を用いて、透明電極層１０２Ｂ、半導体層１０２Ｃ、裏面電極層１０２Ｄを除去した領域１５２Ａの内周付近の領域１５２Ｂの半導体層１０２Ｃ、裏面電極層１０２Ｄを除去する。
【００４３】
具体的には、レーザ加工装置１０１の図示せぬ制御装置は、メカニカルシャッタ１１２ａを開放し、メカニカルシャッタ１１２ｂを閉じ、SHGレーザ光のみが薄膜太陽電池パネル１０２に照射されるように制御する。また、制御装置は、ステージを水平方向に移動させたり、電動式ビームシフタ１１７を制御したりして、領域１５２Ａの内周を外周とする所定の範囲内（例えば、領域１５２Ａの内周から100μmの範囲内）の領域１５２Ｂに、SHGレーザ光を照射する。これにより、図８に示されるように、領域１５２Ｂにおいて、半導体層１０２Ｃおよび裏面電極層１０２Ｄが除去され、透明基板１０２Ａおよび透明電極層１０２Ｂが残る。
【００４４】
その結果、図６に示されるように、薄膜太陽電池パネル１０２の周縁に、セル集積領域１５１を取り囲むように、周縁領域１５２が形成される。また、図８に示されるように、セル集積領域１５１と周縁領域１５２の境界付近において、透明電極層１０２Ｂと半導体層１０２Ｃおよび裏面電極層１０２Ｄとが階段状になるように加工される。なお、図６のセル集積領域１５１内の縦に細長い長方形は、それぞれ光電変換セルを表している。
【００４５】
その後、絶縁加工処理は終了する。
【００４６】
以上のようにして、エッジアイソレーション工程を省略し、エッジデリーション工程のみにより、薄膜太陽電池パネル１０２の絶縁加工を行うことができ、その結果、製造時間を短縮したり、製造コストを削減したりすることができる。
【００４７】
また、セル集積領域１５１と周縁領域１５２の境界付近が階段状に加工され、透明電極層１０２Ｂと裏面電極層１０２Ｄの短絡を防止することができる。
【００４８】
さらに、薄膜太陽電池パネル１０２に分離溝を設ける必要がないため、図１の薄膜太陽電池パネル１と比較して、セル集積領域１５１を広くすることができ、薄膜太陽電池パネルの１枚当たりの発電有効面積を大きくすることができる。
【００４９】
また、SHGレーザ光と基本波レーザ光の２種類のレーザ光を用いて加工することにより、透明電極層１０２Ｂ乃至裏面電極層１０２Ｄをよりきれいに除去することができる。
【００５０】
なお、以上の説明では、シングル型の薄膜太陽電池パネル１０２を絶縁加工する例を示したが、本発明は、タンデム型などその他の構成の薄膜太陽電池パネルを絶縁加工する場合にも適用できる。
【００５１】
また、薄膜太陽電池パネル１０２の周縁領域１５２の各層を除去する順番は、上述した例に限定されるものではなく、他の順番で各層を除去するようにしてもよい。
【００５２】
さらに、使用するレーザ光の波長は、上述した例に限定されるものではなく、例えば、薄膜太陽電池パネルを構成する物質により変えるようにしてもよい。
【００５３】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態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種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０１  レーザ加工装置
１０２  薄膜太陽電池パネル
１０２Ａ  透明基板
１０２Ｂ  透明電極層
１０２Ｃ  半導体層
１０２Ｄ  裏面電極層
１１１ａ，１１１ｂ  レーザ発振器
１１３ａ，１１３ｂ  電動式アッテネータ
１１６  電動式エキスパンダ
１１７  電動式ビームシフタ
１５１  セル集積領域
１５２  周縁領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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