(57)【要約】【課題】刃先部分の損傷を抑制して使用寿命を長くするとともに、コストを抑えて容易に加工することができる集積型薄膜太陽基板用の溝加工ツールを提供する。【解決手段】棒状のボディ８１と、ボディ８１の先端部に形成された細径の円柱部８３と、この円柱部８３の先端部に形成された刃先領域８４とからなり、刃先領域８４は、互いに平行な平面状の左、右側面部８５と、左右側面部８５、８５の間に挟まれた前、後面部８７と、円柱部８３の下面に形成された平らな底面部８６とからなり、この底面部８６と円柱部の前、後面部８７とによって形成される角部が刃先８８を形成し、底面部８６の中央には溝部８９が形成されるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽電池基板の薄膜を剥離させて溝を形成する溝加工ツールであって、
棒状のボディと、当該ボディの先端部に形成されたボディより細径の円柱部と、この円柱部の先端部に形成された刃先領域とからなり、
前記刃先領域は、前記円柱部の直径よりも狭い間隔で形成された互いに平行な平面状の左側面部および右側面部と、前記左側面部および前記右側面部の間に挟まれた前面部および後面部と、前記円柱部の下面に形成された平らな底面部とからなり、この底面部と前面部とが成す角部並びに底面部と後面部とが成す角部が刃先を形成しており、
さらに、前記底面部の中央には前記左側面部から右側面部に渡って延在する溝部が形成されている溝加工ツール。
【請求項２】
前記前面部および後面部が、前記細径の円柱部の側面を延長した曲面により形成されている請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項３】
前記ボディ並びに円柱部が断面真円形で形成され、前記ボディの軸心と前記円柱部の軸心とが同軸的に形成されている請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項４】
上記請求項１〜３に記載の溝加工ツールをホルダを介して保持するスクライブヘッドと、前記薄膜太陽電池基板を載置するテーブルとを備え、前記スクライブヘッドを前記薄膜太陽電池基板に対して相対的に移動させることにより前記溝加工ツールの刃先で前記薄膜太陽電池基板の表面に溝を加工するようにしたスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト化合物やテルル化カドミウムなどを用いた化合物系等の集積型薄膜太陽電池を製造する際に用いられる溝加工ツール並びにこの溝加工ツールを取り付けたスクライブ装置に関する。
ここで、カルコパイライト化合物とは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）の他に、ＣＩＧＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を光吸収層として用いる薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的である。
【０００３】
従来のカルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図６は、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。まず、図６（ａ）に示すように、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）等からなる絶縁基板２１上に、プラス側の下部電極となるＭｏ電極層２２をスパッタリング法によって形成した後、スクライブ加工により下部電極分離用の溝Ｓを形成する。
【０００４】
その後、図６（ｂ）に示すように、Ｍｏ電極層２２上に、化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層２３を積層して、その上に、ヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜等からなるバッファ層２４を形成し、さらにその上に、ＺｎＯ薄膜からなる絶縁層２５を形成する。そして、下部電極分離用の溝Ｓから横方向に所定距離離隔した位置に、スクライブ加工によりＭｏ電極層２２にまで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する。
【０００５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁層２５の上からＺｎＯ：ＡＩ薄膜からなる上部電極としての透明電極層２６を形成し、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２２にまで到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する。
【０００６】
上述した集積型薄膜太陽電池を製造する工程において、電極分離用の溝Ｍ１およびＭ２をスクライブにより溝加工する技術として、レーザスクライブ法とメカニカルスクライブ法が用いられてきた。
【０００７】
レーザスクライブ法は、例えば特許文献１で開示されているように、アークランプ等の連続放電ランプによって、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を励起して発信したレーザ光を照射することにより電極分離用の溝を形成するものであるが、スクライブ時にレーザ光の熱によって光吸収層２３の光電変換特性が劣化するおそれがあった。
【０００８】
また、メカニカルスクライブ法は、例えば特許文献２および３で開示されているように、先端が先細り状となった溝加工ツールの刃先を、所定の圧力をかけて基板に押しつけながら移動させることによって、電極間コンタクト用の溝や電極分離用の溝を加工する技術である。現在ではこのメカニカルスクライブ法が多く行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１２８１５号公報
【特許文献２】特開２００２−０９４０８９号公報
【特許文献３】特開２００４−１１５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
メカニカルスクライブ法で用いられる溝加工ツールは、一般的には特許文献２および３に開示されているような、安いコストで、かつ高精度に仕上げることのできる旋盤を使用した丸断面形状のものが多い。このような丸断面形状の溝加工ツールは、特許文献２および３では刃先の形状を先細り状とし、その先端を水平にカットして平らな面としたものが示されているが、実際には、加工される溝の左右側壁の平行度を精密に仕上げるために、図７に示すように先端部２７を円柱体で形成し、その先端角部を刃先２８としたものが多く用いられている。なお、ツール先端の平らな面は、溝加工の際の溝底面への面接触によってＭｏ電極層を傷つけないために設けられたものである。
【００１１】
この溝加工ツールを、薄膜太陽電池から離れないように一定の圧力で押しつけながら、スクライブ予定ラインに沿って相対的に移動させて溝加工を行うものであるが、被加工面の凹凸で溝加工ツールは慣性力による上下方向の力を受けてバウンドするため、それを抑えるためには一定の押圧力、例えば０．５Ｎ以上の力が必要となる。
しかし、溝加工ツールを上記の押圧力で薄膜太陽電池に押しつけながら使用していると、図８（ａ）の側面図並びに図８（ｂ）の底面図で示すように、溝加工ツールの先端部２７の刃先２８がツールの進行方向側（矢印方向）および左右側面側で削られることとなり、さらに使用し続けていると、図９に示すように損傷が進行して左右幅が小さくなり、切れ味が劣化する。特に、一本の溝加工ツールで往復加工する場合には、当然ながら図１０に示すようにツールの刃先２８が受ける損傷は前者の場合の２倍以上となる。
刃先先端部の損傷によって刃先の左右幅が小さくなると、加工される溝幅が狭くなって規定された寸法の溝を精度よく加工することができない。また、刃先部分の左右幅や前後幅が削られることによって刃先下面の接触面が小さくなると、同じ押しつけ力であっても単位面積あたりの負荷が大きくなってＭｏ電極層やその下のガラス層を傷つけてしまうおそれがある。さらに、刃先の切れ味が劣化すると、溝をきれいに加工することができないだけでなく、一部の薄膜が不規則に大きく剥がれて必要以上に除去してしまうことがあり、太陽電池の特性および歩留まりが低下するといった問題点があった。
【００１２】
そこで本発明は、反復使用による刃先部分の損傷を抑制して長期に渡って使用することができるとともに、旋盤などの比較的安価な工作機械で容易に加工することができる溝加工ツール並びにこれを取り付けたスクライブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の薄膜太陽電池用の溝加工ツールは、薄膜太陽電池基板の薄膜を剥離させて溝を形成する溝加工ツールであって、棒状のボディと、当該ボディの先端部に形成されたボディより細径の円柱部と、この円柱部の先端部に形成された刃先領域とからなり、前記刃先領域は、前記円柱部の直径よりも狭い間隔で形成された互いに平行な平面状の左側面部および右側面部と、前記左側面部および前記右側面部の間に挟まれた前面部および後面部と、前記円柱部の下面に形成された平らな底面部とからなり、この底面部と前面部とが成す角部並びに底面部と後面部とが成す角部が刃先を形成しており、さらに、前記底面部の中央には前記左側面部から右側面部に渡って延在する溝部が形成されている構成とした。
上記溝加工ツールは、スクライブ装置に組み込まれているスクライブヘッドのホルダに取り付けて使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の溝加工ツールでは、刃先領域の底面部と前面部および後面部との角部に形成された刃先の何れか一方を、スクライブ方向に向けてスクライブすることで溝加工を行うものであるが、この加工の際、刃先領域に形成した平らな左、右側面部がツールの移動方向に平行となる姿勢で進行するので、スクライブ時の左右側面部にかかる負荷が軽減され、左右側面部の幅寸法が摩耗により小さくなるような現象は著しく抑制される。これにより、加工される溝幅を一定に保持して高精度の溝を加工することができると共に、ツールの使用寿命を延ばすことができる。
また、刃先領域の底面部は、当該底面部を前後に分断する溝部によって太陽電池基板に対する接触面積が小さくなるように形成されているので、スクライブ加工時の摩擦抵抗を小さくしてスムーズに摺動させることができると共に、前後に分断された底面部により太陽電池基板の表面に一定した力でバランスよく押しつけることができる。これにより、スクライブ加工中でのバウンドなどの現象を緩和して不規則な薄膜の剥離をなくし、直線状できれいな溝を加工することができる。
【００１５】
また、溝加工ツールの刃先は、刃先領域の前後の角部に２カ所形成されているので、一方が摩耗や破損した場合でも、ツールの取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できるとともに、溝加工ツールの往復動によるスクライブ加工も可能となって作業効率を高めることができる。また、溝部のエッジ（縁部）は補助的な第二の刃先として作動し、ツールの切れ味を高めることができるといった効果も有している。
【００１６】
上記発明において、前面部および後面部が、細径の円柱部の側面を延長した曲面によって形成されているようにしてもよい。
また、上記発明において、ボディ並びに円柱部が断面真円形で形成され、ボディの軸心と円柱部の軸心とが同軸的に形成されている構成としてもよい。
これにより、溝加工ツールのボディを旋盤などの加工機械のチャックで掴んで回転させ、バイトでボディの先端部分を研削することにより、容易かつ精密に、しかも低コストで刃先領域の一部となる円柱部を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の溝加工ツールを用いたスクライブ装置の一実施形態を示す概略的正面図。
【図２】本発明に係る溝加工ツールの全体的な斜視図。
【図３】図２の溝加工ツールの刃先領域部分を示す斜視図並びに底面図。
【図４】溝加工ツールの別実施例を示す要部の斜視図。
【図５】溝加工ツールのさらなる別実施例を示す図３同様の斜視図並びに底面図。
【図６】一般的なＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図。
【図７】従来の溝加工ツールの一例を示す斜視図。
【図８】従来の溝加工ツールの刃先の損傷を示す説明図。
【図９】図８の溝加工ツールの刃先損傷がさらに進行した状態を示す説明図。
【図１０】従来の溝加工ツールを用いて往復動のスクライブを行った場合の刃先損傷を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下において、本発明の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る溝加工ツールを用いた集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置の実施形態を示す概略的な正面図である。
スクライブ装置Ａは、太陽電池基板Ｗを載置して保持するテーブル１を備えている。テーブル１は、水平なレール２に沿ってＹ方向（図１の前後方向）に移動できるようになっており、モータ（図示略）によって回転するネジ軸３により駆動される。さらに、テーブル１はモータを内蔵する回転駆動部４により水平面内で回動できるようになっている。
【００１９】
テーブル１を挟んで設けてある両側の支持柱５、５と、Ｘ方向に水平に延びるビーム（横桟）６とを備えたブリッジ７が、テーブル１上を跨ぐようにして設けられている。
ビーム６には、Ｘ方向に水平に延びるガイド９が設けられ、このガイド９にはスクライブヘッド１０がモータＭによってＸ方向に移動できるように取り付けられている。
【００２０】
スクライブヘッド１０の下部には、テーブル１上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する溝加工ツール８を保持するホルダ１１が設けられている。ホルダ１１は、流体シリンダ１２によって溝加工ツール８と共に昇降できるように形成されている。
【００２１】
図２並びに図３は、本発明において用いる溝加工ツール８を示す。図２は全体を示す斜視図であり、図３（ａ）は刃先部分の拡大斜視図、図３（ｂ）は刃先部分の底面図である。この溝加工ツール８は、鋼材や超硬合金などの工具特性に優れた材料で作製される。
溝加工ツール８は、実質的にホルダ１１への取付部となる断面円形の棒状のボディ８１と、このボディ８１の先端部に一体的に形成された先細り状のテーパ部８２と、テーパ部８２の細くなった先端部で一体的に形成された断面円形の細径の円柱部８３と、この円柱部８３の先端部分に形成された刃先領域８４とからなる。ボディ８１並びに細径の円柱部８３は、断面真円形でそれぞれの軸心が同軸となるように形成するのがよい。これにより、ボディ８１を旋盤などの加工機械のチャックで掴んで回転させ、バイトでボディ８１の先端部分を研削することにより、容易かつ精密にテーパ部８２並びに円柱部８３を加工することができる。
【００２２】
溝加工ツール８の刃先領域８４は、円柱部８３の左右側面を研削機械などでカットすることにより形成された一対の平行な左右の側面部８５、８５と、刃先領域８４の下面に形成された平らな底面部８６と、左右の側面部８５、８５で挟まれ、円柱部８３の円柱の側面を延長した前、後面８７、８７からなり、この底面部８６と前、後面８７、８７とによって形成される角部が刃先８８、８８を形成している。
【００２３】
さらに、底面部８６の中央には、当該底面部８６の太陽電池基板Ｗに対する接触面積を小さくする溝部８９が、底面部８６を前後に分断する方向、すなわち、底面部８６の幅方向に沿って設けられている。図３で示した実施例では、溝部８９は直線状で、かつ、左右の側面部８５から見て半円形に窪むように形成されている。なお、この溝部８９は、図４に示すようなにコの字状の窪みとして形成してもよい。また、これに代えて、図５に示すように、溝部８９の相対する溝壁８９ａ、８９ａが、円柱部８３の外周円のＲと同芯円の円弧面Ｒ’となるように形成してもよい。
【００２４】
ボディ８１の直径は、数ｍｍ程度が好ましく、円柱部８３の直径は０．１〜２ｍｍとするのがよい。また、図３の底面部８６の左右幅Ｌ１は０．０４〜０．５ｍｍが好ましいが、要求されるスクライブの溝幅に合わせて０．０２〜１ｍｍとすることができる。また、刃先領域８４の有効高さ、すなわち刃先領域８４の左右側面部８５、８５の高さＨは０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい。さらに、図３並びに図４で示した溝部８９の幅Ｌ２は０．０５〜１ｍｍとするのがよい。また、図５で示した溝部８９の円弧面の直径Ｒ’は０．０５〜０．５ｍｍ程度がよい。
【００２５】
上述した溝加工ツール８を用いてスクライブ加工を行う場合は、刃先領域８４の何れか一方の刃先８８をツールの移動方向に向けた状態、すなわち、左右の側面部８５、８５が移動方向に平行した姿勢でスクライブヘッド１０のホルダ１１に取り付ける。そして、テーブル１をＹ方向に移動させて太陽電池基板Ｗのスクライブ予定ラインが溝加工ツール８の直下になるよう位置決めをした後に、溝加工ツール８を下動させてその刃先を流体シリンダ１２により太陽電池基板Ｗの表面に押しつけた状態でＸ方向に移動させてＸ方向のスクライブ加工を行う。また、太陽電池基板Ｗの表面にＹ方向のスクライブ加工を行う場合には、テーブル１を９０度回転させて、上記と同様の動作を行う。
【００２６】
上記のスクライブ加工の際、溝加工ツール８の刃先領域８４には平らな左、右側面部８５、８５が設けられており、この左、右側面部８５、８５が溝加工ツール８の移動方向に平行した姿勢で進行するので、スクライブ時に左、右側面部８５、８５にかかる負荷が軽減され、左右側面部８５、８５の幅寸法が摩耗により小さくなるような現象は著しく抑制される。これにより、加工される溝幅を一定に保持して高精度の溝加工を行うことができると共に、ツール寿命を延ばすことができる。
また、底面部８６は、当該底面部８６を前後に分断する溝部８９によって太陽電池基板Ｗに対する接触面積が小さくなるように形成されているので、スクライブ加工時の摩擦抵抗を小さくしてスムーズに摺動させることができると共に、前後に分断された底面部８６により太陽電池基板Ｗの表面に一定した力でバランスよく押しつけることができる。これにより、スクライブ加工中におけるバウンドなどの現象を緩和して不規則な薄膜の剥離をなくし、直線状のきれいなスクライブラインを形成することができる。
【００２７】
また、溝加工ツール８の刃先８８、８８は、刃先領域８４の前後の角部に２カ所形成されているので、一方が摩耗や破損した場合でも、ツール８の取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できるとともに、溝加工ツール８の往復動によるスクライブ加工も可能となって作業効率を高めることができる。また、溝部８９のエッジ（縁部）は補助的な第二の刃先として作動し、ツールの切れ味を高めることができるといった効果もある。
【００２８】
以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例構造のみに特定されるものでない。例えば上記した刃先領域における円柱部８３の前、後面８７、８７を平らな面にカットして、この平らな面と底面部８６との角部を刃先８８とすることができる。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、カルコパイライト化合物やテルル化カドミウムなどの化合物系半導体膜を用いた集積型薄膜太陽電池の製造に用いられる溝加工ツールに適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  スクライブ装置
Ｗ  太陽電池基板
７  スクライブヘッド
８  溝加工ツール
８１  ボディ
８３  円柱部
８４  刃先領域
８５  左右の側面部
８６  底面図
８８  刃先
８９  溝部
【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】
2015126204.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015126204.tif 000011
【図１０】
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