(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄層（ＣＩＧＳ、Ｍｏ）を含む光電池セル（Ｃ１、Ｃ２）の接続を形成する観点から薄層を取り扱う方法であって、
前記薄層は少なくとも、
第２層（Ｍｏ）に堆積された光電池特性を有する第１層（ＣＩＧＳ）と、
基板（ＳＵＢ）に堆積された金属接触層である前記第２層とを備え、
前記方法は、
前記第２層（Ｍｏ）を露出させるように、第１の幅（Ｌ１）を有する少なくとも１つの第１のトレンチを前記第１層（ＣＩＧＳ）にエッチングにより形成するステップと、
前記基板を露出させるように、前記第１の幅（Ｌ１）より小さい第２の幅（Ｌ２）を有する第２のトレンチを前記第１のトレンチにエッチングにより形成するステップとを有し、
前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチのエッチングによる形成は、一つのエッチングステップにおいて複数回のレーザ照射を繰り返して行うことによりなされ、
前記第１のトレンチにおける前記複数回のレーザ照射を繰り返して行うエッチングステップとして、
前記第１のトレンチの範囲を定めるように意図された第１の面および第２の面（ＦＲ１、ＦＲ２）に近接する領域において行われる微細エッチング作業と、
前記第１の面と前記第２の面に近接する領域で行われた前記微細エッチングの間の領域において行われる概略エッチング作業と、
を有し、
前記微細エッチング作業は、前記複数のレーザ照射を長手方向の複数列にわたって前記トレンチの幅方向および長手方向に重なるようにして行うエッチング作業であり、
前記概略エッチング作業は、前記複数のレーザ照射を前記トレンチの長手方向にのみ重なるようにして行うエッチング作業である、
ことを特徴とする、薄膜を取り扱う方法。
【請求項２】
薄層（ＣＩＧＳ、Ｍｏ）を含む光電池セル（Ｃ１、Ｃ２）の接続を形成する観点から薄層を取り扱う方法であって、
前記薄層は少なくとも、
第２層（Ｍｏ）に堆積された光電池特性を有する第１層（ＣＩＧＳ）と、
基板（ＳＵＢ）に堆積された金属接触層である前記第２層とを備え、
前記方法は、
前記第２層（Ｍｏ）を露出させるように、第１の幅（Ｌ１）を有する少なくとも１つの第１のトレンチを前記第１層（ＣＩＧＳ）にエッチングにより形成するステップと、
前記基板を露出させるように、前記第１の幅（Ｌ１）より小さい第２の幅（Ｌ２）を有する第２のトレンチを前記第１のトレンチにエッチングにより形成するステップとを有し、
前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチのエッチングによる形成は、一つのエッチングステップにおいて複数回のレーザ照射を繰り返して行うことによりなされ、
前記第１のトレンチにおける前記複数回のレーザ照射を繰り返して行うエッチングステップとして、
前記第１のトレンチの範囲を定めるように意図された第１の面および第２の面（ＦＲ１、ＦＲ２）に近接する領域において行われる微細エッチング作業と、
前記第１の面と前記第２の面に近接する領域で行われた前記微細エッチングの間の領域において行われる概略エッチング作業と、
を有し、
前記微細エッチング作業は、長手方向に並んで重なる複数回のレーザ照射をそれぞれ一列のみ行うエッチング作業であり、
前記概略エッチング作業は、長手方向に一列に並んだ前記複数のレーザ照射を複数列について行うエッチング作業であり、各列のエッチング作業が長手方向および幅方向に重なる複数のレーザ照射により行われ、
前記微細エッチング作業におけるレーザ照射の長手方向の重なりが、前記概略エッチング作業におけるレーザ照射の長手方向の重なりより大きく、
前記微細エッチング作業において行われる一列のレーザ照射と、これに隣接する前記概略エッチング作業において行われる一列のレーザ照射とが幅方向に重なる、
ことを特徴とする、薄膜を取り扱う方法。
【請求項３】
薄層（ＣＩＧＳ、Ｍｏ）を含む光電池セル（Ｃ１、Ｃ２）の接続を形成する観点から薄層を取り扱う方法であって、
前記薄層は少なくとも、
第２層（Ｍｏ）に堆積された光電池特性を有する第１層（ＣＩＧＳ）と、
基板（ＳＵＢ）に堆積された金属接触層である前記第２層とを備え、
前記方法は、
前記第２層（Ｍｏ）を露出させるように、第１の幅（Ｌ１）を有する少なくとも１つの第１のトレンチを前記第１層（ＣＩＧＳ）にエッチングにより形成するステップと、
前記基板を露出させるように、前記第１の幅（Ｌ１）より小さい第２の幅（Ｌ２）を有する第２のトレンチを前記第１のトレンチにエッチングにより形成するステップとを有し、
前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチのエッチングによる形成は、一つのエッチングステップにおいて複数回のレーザ照射を繰り返して行うことによりなされ、
前記第１のトレンチにおける前記複数回のレーザ照射を繰り返して行うエッチングステップとして、
前記第１のトレンチの範囲を定めるように意図された第１の面および第２の面（ＦＲ１、ＦＲ２）に近接する領域において行われる微細エッチング作業と、
前記第１の面と前記第２の面に近接する領域で行われた前記微細エッチングの間の領域において行われる概略エッチング作業と、
を有し、
前記微細エッチング作業は、長手方向に並んで重なる複数回のレーザ照射をそれぞれ一列のみ行うエッチング作業であり、
前記概略エッチング作業は、長手方向に重なることなく並んだ前記複数のレーザ照射を複数列について行うエッチング作業であり、各列のエッチング作業が幅方向に重なることのない複数のレーザ照射により行われ、
前記微細エッチング作業において行われるレーザ照射と、これに隣接する前記概略エッチング作業において行われる二列のレーザ照射とが幅方向に重なることがない、
ことを特徴とする、薄膜を取り扱う方法。
【請求項４】
前記概略エッチング作業は、前記微細エッチング作業に用いられるビームよりも幅の広いビームを有するレーザを用いて行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記微細エッチング作業はフェムト秒レーザを用いて行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記フェムト秒レーザの波長は４００ｎｍ〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記微細エッチング作業に用いられるビームは円形ビームであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記概略エッチング作業はピコ秒レーザまたはナノ秒レーザを用いて行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記概略エッチング作業は楕円形ビームレーザを用いて行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記微細エッチング作業は、前記第１の面および前記第２の面のそれぞれの近傍で、レーザ照射が長手方向の単一の列に沿うように、および前記照射が前記第１の面および前記第２の面のそれぞれに沿った前記列の方向において部分的に重なるように、行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
レーザ照射の前記単一の列は、それぞれの経路が前記列を更にくりぬくような複数のレーザエッチング経路によって得られることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記概略エッチング作業は、単一のレーザエッチング経路により得られたレーザ照射の１または複数の列に沿って行われることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記微細エッチング作業は、前記第１の面から前記第２の面を隔てている幅の５％〜２０％に渡って広がることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記微細エッチング作業は、前記第１および前記第２の面のそれぞれに沿って一次元的に部分的に重なるような照射を形成するレーザ照射を用いて行われ、
前記概略エッチング作業は、前記第１および前記第２の面のそれぞれに沿って同じ一次元的に部分的に重なるような照射を形成するレーザ照射を用いて行われ、
前記微細エッチング作業の際の照射の部分的な重なりが、前記概略エッチング作業の際の照射の部分的な重なりよりも大きいことを特徴とする請求項１−１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記微細エッチング作業は、前記第１層および／または前記第２層の表面に２次元的に部分的に重なる照射（Imp1、Imp2）を形成するレーザ照射を用いて行われ、
前記概略エッチング作業は、前記第１層および／または前記第２層の表面に１次元的に部分的に重なる照射（Imp1、Imp2）を形成するレーザ照射を用いて行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記微細エッチング作業は、前記第１の面から前記第２の面を隔てている幅（Ｌ１）の２０％〜４０％に渡って広がることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のトレンチは、ガウスビームレーザ（Ｆ２）を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のトレンチは、１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長のフェムト秒レーザを用いて形成されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１層（ＣＩＧＳ）は、少なくとも１つの第３の透明層（ＺｎＯ、ＣｄＳ）に覆われており、前記方法は、さらに前記第１層（ＣＩＧＳ）を露出させるために前記第３の透明層（ＺｎＯ、ＣｄＳ）にエッチングにより形成された第３のトレンチを有し、
前記第３のトレンチ（Ｔ３）のエッチングは、フェムト秒レーザを用いて行われ、
前記第１のトレンチのエッチングは、ナノ秒レーザを用いて行われることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
光電池特性を有する前記第１層（ＣＩＧＳ）は、I−III−VI2タイプの化学量論の材料に基づいていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１層（ＣＩＧＳ）は少なくとも１つの第３の透明層（ＺｎＯ、ＣｄＳ）に覆われており、少なくとも前記第１のトレンチ（Ｌ１）は前記第１層と前記第３層の透明層に形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に太陽電池パネルのための光電池セルの設計に関し、具体的にはI−III−VI2タイプの化学量論を有する活性層に基づく光電池セルの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池特性を有したこのような活性層は、一般には、銅、−インジウム、アルミニウム、および／またはガリウム、−セレンおよび／または硫黄の種類を含んでいる。結果として得られる材料は、以後「ＣＩＧＳ」として示す。接続されるセルにおいて、前記材料の薄層は通常、セルの正面電極を形成する透明導電層（しばしば酸化亜鉛ＺｎＯから作られている）、および光電池層と電極層との間のバッファを形成する透明層（しばしば硫化カドミウムＣｄＳから作られている）で覆われている。
【０００３】
P. Huberらの文献「ＣＩＳ太陽電池セルのモノリシック直列内部接続のためのピコ秒レーザ構造」２４回欧州太陽電池エネルギーカンファレンス、２００９年９月２１−２５日、ドイツ、ハンブルク（Picosecond Laser Structuring for the Monolithic Serial Interconnection of CIS Solar Cells" (P. Huber et al.), 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 21-25 September 2009, Hamburg, Germany）には特に以下のように述べられている。
以下を備える太陽電池セルの構造（添付した図１を参照のこと）
−  特にガラスで作られた基板ＳＵＢ、
−  その上（基板上）に堆積されており、しばしばモリブデンＭｏから作られる接触層、
−  その上（接触層上）に堆積されている光電池特性を有するＣＩＧＳ層（断面図で示されるとき斜めのハッチングによって表されている）、
−  セルの完全な概念のためにその上（ＣＩＧＳ層上）に堆積される他の層（特に、硫化カドミウムＣｄＳ、および酸化亜鉛ＺｎＯ）を備える。
【０００４】
特に、そのようなスタッキングがもたらしたセルの接続を作り出すためにエッチングパターン、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が作られる。
【０００５】
より具体的には、図１に示されたパターンＰ１に関しては、
−  モリブデンＭｏ層は、局部的にエッチングされており、
−  ＣＩＧＳ層は、その後、モリブデンの局部的なエッチングに引き続いて露出した基板の上に堆積される。
【０００６】
さらに具体的には、ＣＩＧＳ層はガラス基板ＳＵＢの上に直接的に堆積されなければならないことに留意されたい。
【０００７】
今までのところ、ＣＩＧＳ層を堆積する方法では、ＣＩＧＳ層の少なくとも前駆物質の電解質があることが、工業的、および経済的に特に好ましいことが判明している（しばしばI族およびIII族の元素、VI族の元素は、後で熱処理の際に供給することができる）。
【０００８】
それにもかかわらず、電解質による堆積は、導電体支持物、通常はモリブデンＭｏの上で行なわなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、上記に示された先行技術によるパターンＰ１によるエッチングの従来技術は、電解質によって堆積を行うことと適合しないことが理解される。事実、モリブデンＭｏのエッチングに引き続いて露出された基板ＳＵＢ（絶縁ガラスから作られている）上に直接的に電解質を載せることは不可能である。
【００１０】
本発明は、この状況を改善する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、この目的を達成するために、薄層を備える光電池セルを形成するという観点から前記薄層を取り扱う方法を提案する。前記薄層は、少なくとも以下を備える。
−  第２層の上に堆積された光電池特性を有する第１層と、
−  基板の上に堆積された金属接触層である前記第２層とを備える。
【００１２】
この方法は、特に、以下のステップを有する。
−  第２層を露出するために、前記第１層に第１の幅を有する少なくとも１つの第１のトレンチをエッチングするステップと、
−  基板を露出するために、前記第１のトレンチに第１の幅より小さい第２の幅を有する第２のトレンチをエッチングするステップとを有する。
【００１３】
従って、本発明による方法は、接触層の上に電解質による第１層を堆積することを可能にし、その後、第１のトレンチをエッチングし、そして第１のトレンチの中の第２のトレンチをエッチングすることを可能にする。（それぞれ、これから詳細に述べる図２のＬ１およびＬ２を参照のこと。）
【００１４】
より総称すれば、例示的な実施形態においては前述の第１層の堆積は、そのとき、電解質（例えば第１層の前駆物質）による堆積の少なくとも１つのステップを有してもよく、これはガラス基板でも可能である。
【００１５】
優先的な実施形態においては、前述の第２のトレンチのエッチングは、少なくとも、レーザ衝撃によって行われる。このようなエッチング技術は第２のトレンチに対して（例えば３０〜５０μｍからなる幅の）微細エッチングを行うためには好ましい。
【００１６】
他方では、第１のトレンチ（光電池層に形成されている）は、例えば約３００μｍの幅のように幅が広く、レーザ衝撃または単に機械的なスクライビングによって形成してもよいことを指摘しなければならない。このようなトレンチ、３００μｍ幅は、絶縁、内部接続、または他のパターンを配置するために十分なスペースを得ることができるので好ましい。
【００１７】
単一の全エッチングステップの際に、２つのエッチング（第１および第２のトレンチ）を、および優先的には双方をレーザ衝撃によって行うことは、それにもかかわらず好ましい。
【００１８】
従って１実施形態においては、第１および第２のトレンチのエッチングは、単一の全エッチングステップの際にレーザ衝撃によって行われる。
【００１９】
レーザエッチングは、特に正確さ、処理速度、機械的な取扱いが通常発生させるよりも少ない薄片を生じさせる（それはまた、スペースを節約することをもたらす）という観点においては、多くの利点をもたらす。
【００２０】
図面を参照した引き続く説明によって詳細が分かるように、全エッチングステップは以
下を有する。
−  （図４ａに示すように）衝撃が第１層および／または第２層の表面に２次元的に部分的に重なるように形成されるレーザ衝撃を有して、第１のトレンチの側面の端部に近接している微細エッチング作業、および、
−  （図４ｂに示すように）衝撃が第１層および／または第２層の表面に１次元的のみに部分的に重なるように形成されるレーザ衝撃を有して、第１のトレンチの中央部における概略エッチング作業、
例えば第１のトレンチにおいて、１０〜２０％は左側で１０〜２０％は右側のように、第１のトレンチの幅の２０〜４０％の幅全体に渡って広がっている微細エッチング作業。
従って、例えば第１のトレンチの幅Ｌ１が３００μｍであれば、微細エッチング作業は以下のように適用される。
−  例えば第１のトレンチの左端側から第１のトレンチの中央部に向かって３０〜５０μｍの幅に渡って、および、
−  例えば第１のトレンチの右端側から第１のトレンチの中央部に向かって３０〜５０μｍの幅に渡って行われる。
【００２１】
少なくとも微細エッチング作業は、好ましくは例えば３０〜５０μｍの直径のガウスビームレーザを用いて行われる。
【００２２】
満足できる結果が得られている試験によれば、少なくとも微細エッチング作業は、４００〜６００ｎｍの波長のフェムト秒レーザを用いて行われる。
【００２３】
概略エッチング作業は、例えば第１のトレンチの幅に相当する幅の楕円形状でより広いレーザビームを用いて行ってもよい。
【００２４】
加えて、少なくとも第２のトレンチは、もし第２のトレンチが典型的に３０〜１００μｍの幅を有するのであれば、優先的には例えば３０〜５０μｍの直径を有するガウスビームレーザを用いて形成される。
【００２５】
少なくとも第２のトレンチは、１０００〜１２００ｎｍの波長のフェムト秒レーザを用いて行われる。
【００２６】
以下に示す実施形態の例で分かるように、レーザ衝撃は０．２〜０．５Ｊ／ｃｍ2のフ
ルエンス（fluence）であってもよく、０．１５Ｊ／ｍｍ2〜０．３Ｊ／ｍｍ2を含む衝撃
あたりのエネルギーの量を堆積してもよい。
【００２７】
フェムト秒レーザは、特に第１のトレンチの範囲を定める面の状態に注意して上述のように前述の第１および第２のトレンチをエッチングするために用いられてもよい。とはいうものの、以下に詳細に示す図６に示した変形実施形態では、第１および第２のトレンチ（図６における幅Ｌ１およびＬ２）をエッチングするためにナノ秒レーザを用いることを可能にする。他方、この実施形態は、第１層（光電池層）を露出するために、第３のトレンチ（図６のＴ３を参照）をエッチングすることをもたらし、前記第３のトレンチのエッチングはフェムト秒レーザで行われることが好ましい。従って、このような実施形態は、通常、透明である少なくとも１つの第３層によって覆われている第１層（光電池層）があり、さらに、その第１層を露出するために第３層に前述の第３のトレンチをエッチングすることを有する方法であり、優先的には、
−  第３のトレンチのエッチングはフェムト秒レーザを用いて行われ、
−  これに対して、第１および第２のトレンチのエッチングはナノ秒レーザを用いて行われる方法である。
【００２８】
一般的に言えば、光電池特性を有する前述の第１層は１実施形態においてはI−III−VI2タイプの化学量論（stoichiometry）の材料に基づいており、例えば銅、−インジウム、アルミニウム、および／またはガリウム、−セレンおよび／または硫黄の合金に基づいている。
【００２９】
フェムト秒レーザは、それ自身がエッチング面の境界を巧妙かつきれいに定めながら（アブレーション（ablation）による）このような材料のドライエッチングに好ましいことが観察されている。
【００３０】
加えて、第１層は、少なくとも１つの第３の透明層（例えばＺｎＯの正面電極層および／または少なくとも１つのＣｄＳ透明バッファ層）によって覆われてもよい。エッチングステップは、好ましくは、少なくとも第１層および第３層の双方に形成されている前述の第１のトレンチにおいてである。この目的を達成するために、フェムト秒レーザが再び提供されてもよい。
【００３１】
この点において、当然のことながら、I−III−VI2タイプの化学量論の層のエッチング
に対してフェムト秒レーザを用いることは、オプション的には１またはそれ以上の透明層によって覆うことがそれ自身好ましく、および分離保護の対象になれることからも好ましい。
【００３２】
加えて、光電池セル間の接続のための、「大きな」トレンチＬ１の中の「微細な」トレンチＬ２に相当するエッチングパターンは、図１を参照して前述された先行技術のパターンＰ１に比較して好ましい。本発明はまた、このような接続パターンを備えている光電池セルに関し、より具体的には、
−  光電池特性を有して第２層に堆積された少なくとも１つの第１層、
−  基板に堆積された金属接触層である第２層を備えている。
【００３３】
そのセルは、特に以下を有する接続パターンを備えている。
−  第１層に第１の幅を有してエッチングされて第２層を露出している第１のトレンチと、
−  第１のトレンチにエッチングされて基板を露出している第２のトレンチを有する。なお、第２のトレンチは第１の幅より小さい第２の幅を有する。
【００３４】
例えば、第１のトレンチは２００〜５００μｍの幅であり、第２のトレンチは３０〜１００μｍの幅であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の他の利点や特徴は、これから詳細に述べる実施形態の例を読みながら添付図面を観察することにより、明らかになるであろう。
【図１】先行技術によるエッチングパターン（Ｐ１）を示す説明図である。
【図２】幅Ｌ１およびＬ２をそれぞれ有する２つのトレンチを有する本発明による内部セル接続のためのエッチングパターンを示す説明図である。
【図３】本発明によるエッチングの実現のためのレーザビームの可能な形状の例を示す説明図である。
【図４ａ】本発明の第１の実施形態における第１のトレンチのトレンチ面ＦＲ１およびＦＲ２の近傍のレーザ衝撃の衝撃を示す説明図である。
【図４ｂ】本発明の第１の実施形態における第１のトレンチの中央部（面ＦＲ１およびＦＲ２から距離のある場所）のレーザ衝撃の衝撃を示す説明図である。
【図５ａ】本発明によって可能な実施形態における、全エッチングステップのうちの２つの連続的な作業を示す説明図である。
【図５ｂ】本発明によって可能な実施形態における、全エッチングステップのうちの２つの連続的な作業を示す説明図である。
【図６】１実施形態の変形例におけるエッチングの連続的な作業、その後の接続を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるレーザ衝撃の衝撃を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるレーザ衝撃の衝撃を示す説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態によるレーザ衝撃の衝撃を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は２つの光電池セル間の接続を作ることを目的として、先行技術である図１に示された前述のパターンＰ１とは別のタイプのエッチングパターンを提案する。
【００３７】
１例として、異なるパターンが図２に示されており、これは以下を有する。
−  全幅Ｌ１に渡るＣＩＧＳ層のエッチングと、
−  同様に、ＣＩＧＳ層のエッチングから得られたトレンチに形成された、より小さい幅Ｌ２を有する、下方の金属層（例えばモリブデン）Ｍｏのエッチングとを有する
【００３８】
Ｍｏ接触層における幅Ｌ２のエッチングは、光電池セル（図２に示されるＣ１およびＣ２）を互いに電気的に分離することを可能にする。導電性フィルムＡｇ（しばしば銀から作られている）は、その後、セルＣ２のＣＩＧＳ層の上に配置された集電グリッドＧＣを、隣接したセルＣ１のＣＩＧＳ層の下方のＭｏ接触層に電気的に接続するように用いられている。図２の参照記号Ｉｓは、セルＣ２のＣＩＧＳ層とセルＣ１のＭｏ接触層との電気的な分離を確実にするための絶縁フィルム（図２における断面において黒で表されている）を示している。
【００３９】
特に好ましい方法においては、幅Ｌ１およびＬ２のそれぞれのトレンチはレーザエッチングによって形成されている。この実施形態は、後で分かるように２つのトレンチを同時に、または少なくとも直ちに順々に形成することを可能にする。
【００４０】
これから図３に示されるように、第１のビームＦ１は、幅Ｌ１（ＣＩＧＳ層における）のトレンチを形成するレーザエッチングを行う一方で、第２のレーザビームＦ２は、Ｍｏ接触層における幅Ｌ２のトレンチを形成するためのレーザエッチングを行う。
【００４１】
これは明らかに実施形態の例である。変形例においては、全表面の幅Ｌ１のトレンチを単一のビームスキャンニングでもたらし、その後、このビームを幅Ｌ２のトレンチを形成するためにＭｏ接触層に用いることも可能である。
【００４２】
エッチングされる表面に複数の連続的なレーザ衝撃を与えることが望ましく、特に、図４ｂに示すように少なくとも長さが部分的に重なるＩｍｐ１およびＩｍｐ２のレーザ衝撃の衝撃を与えることが望ましい。
【００４３】
行われた試験によれば、より具体的には面ＦＲ１（図３における幅Ｌ１のトレンチの左側）および面ＦＲ２（図３における幅Ｌ１のトレンチの右側）に接近して、図４ａに示すように長さおよび幅の双方で重なるＩｍｐ１およびＩｍｐ２のレーザ衝撃を形成するレーザ衝撃が与えられるのが好ましい。特に、ＣＩＧＳ層の面ＦＲ１およびＦＲ２によって境界を定められるトレンチのエッチングを行うことに関し、面ＦＲ１およびＦＲ２の近くに用いられる図４ａに従った衝撃パターンによって２つのセルの電気的特性が改善されることが観察されている。これらのより良い性能は、衝撃のパターンが図４ａに従うときの、きれいに境界を定められたＣＩＧＳ層の急こう配の面によって説明することができる。
【００４４】
他方、これらの面ＦＲ１、ＦＲ２からかなり離れているところで幅Ｌ１のトレンチを形成するために、図４ｂによる衝撃のパターン（長さ方向における衝撃の単純な重なりを有する）がＣＩＧＳ層のレーザエッチング処理を加速するために用いられてもよい。
【００４５】
実施形態の１例においては、レーザ衝撃のレートは、満足できる電気的特性を得るために１００ｋｈｚ〜３００ｋｈｚが含まれてもよい。加えて、６００ｍｍの長さに対して、幅Ｌ１は３００μｍ（または、より一般的には２００〜５００μｍ）であり、幅Ｌ２は、５０μｍ（または、より一般的には３０〜１００μｍ）であることが指摘される。
【００４６】
優先的には、使用されるレーザは、ピコ秒タイプ（例えば紫外線を放射する）の、またはより優先的には、フェムト秒パルスレーザ（近赤外線または可視光線を放射することが可能な）の、非常に短いパルス幅を有している。
【００４７】
レーザアブレーションによる「ドライ」エッチングが何かは知られている。
【００４８】
接触層のエッチングに対して用いられる波長は１０００〜１２００ｎｍの範囲にあり、例えば１０３０ｎｍである。ＣＩＧＳ層のエッチングに対して用いられる波長は４００〜６００ｎｍの範囲にあり、例えば５１５ｎｍである。とはいうものの、試験は１０００〜１２００ｎｍの範囲、例えば１０３０ｎｍで行われたが、ＣＩＧＳ層のエッチングに対しても満足できる結果が得られている。
【００４９】
幅Ｌ１およびＬ２をそれぞれ有する２つのトレンチのエッチングの１実施形態の説明が図５ａ、５ｂを参照して今からなされる。これは以下のような３つのレーザビームを使用することが可能である。
−  例えば５１５ｎｍの波長を有し、トレンチの端部（図３に示す、面ＦＲ１およびＦＲ２の近傍）に適用される第１のビームＦ１、および、
−  １０３０ｎｍの波長を有し、ＣＩＧＳ層をエッチングし、その後、Ｍｏ接触層をエッチングするビームＦ２。
【００５０】
このビームＦ１は、例えば３０〜５０μｍの直径を有するガウスビーム（集束ビーム）である。それは図４ａに示すような（長さ方向および幅方向の双方に重なりを有する）衝撃を作り出すために１００ｋｈｚの衝撃周波数を有して適用される。５ａに示されている２つのビームＦ１は、一緒に作動されてもよく、相前後して作動されてもよく、光学的分離が適用されている（例えば半反射ブレード）共通のレーザ源から得られてもよい。行われた試験によれば以下に示す表のように、異なるＣＩＧＳ層の構成および基板ＳＵＢの異なるタイプに対して堆積されるエネルギー量がフルエンス（Ｊ／ｃｍ2で示す）で与えら
れる。
【００５１】
0006375290.tif 000002
【００５２】
ＣＩＧＳ層に（同時に、または、直ちに連続的な）ビームＦ１を適用することによって、線が３０〜５０μｍの幅を有してＣＩＧＳ層にエッチングされる。
【００５３】
第２のビームＦ２は、また、第一にＣＩＧＳ層へ適用され、その後、幅Ｌ２の第２のトレンチを形成するためにＭｏ接触層へ適用される。ビームＦ２の直径（例えばガウスビーム）は、３０〜５０μｍ（集束ビーム）である。長さ方向にのみ衝撃が重なる図４ｂに従う衝撃を形成する（１００ｋｈｚのレートの）パルス衝撃を提供することができる。そして、ＣＩＧＳ層のみならず、その下の接触層にも、面ＦＲ１およびＦＲ２から離れてそれらの衝撃が行なわれる。
【００５４】
衝撃のパルス当たりのエネルギーは、約２０μＪである。
【００５５】
同時に（例えば２つのレーザ源を用いて）ビームＦ１によるエッチングが行えること、しかしまた、ビームＦ１によるエッチングと同時にビームＦ２を用いるエッチングが行えることに留意されたい。
【００５６】
分離されたレーザ源を用いる変形実施形態では、例えば並列の複数のビームに分かれた（例えば「半反射ブレード（semi-reflective blade）」のようなビーム分割器（beam splitter）を用いて）単一のレーザ源を用いることができることが示唆される。
【００５７】
そのとき、エッチング方法は波長５１５ｎｍまたは１０３０ｎｍで幅Ｌ１の全体を覆う、３００μｍに近い幅のワイドビームＦ３（だ円ビーム）の適用を含む。衝撃頻度は図４ｂに示されたパターン（衝撃は長さ方向にのみ重なる）に従っている。事実、面ＦＲ１およびＦＲ２に近いＧＩＧＳエッチングだけが、満足できる電気的特性を得るのにとりわけクリテカルであった。他方、トレンチＬ１の中央部に近いところのエッチングは、あまりクリテカルではない。ＣＩＧＳや、オプション的には他の下方の層（特に、ＣＩＧＳ層を生産するための所定の条件を自発的に形成することができるＭｏＳｅ2の層）を排出する
ことが必要であっても、Ｍｏ層の満足できる表面状態は残したままにできる。
【００５８】
従って、図５ｂに示されたエッチングでは、トレンチの幅における複数の移動を有するガウスビームを使用することに比べてエッチング時間を節約することができる。
【００５９】
この方法は、その後、特に図２に示すような幅Ｌ２のトレンチに堆積される絶縁物Ｉｓの追加によって続けることができ、その後、幅Ｌ１のトレンチにおいて、絶縁物の上に堆積されるＡｇの接触（例えば銀から作られている）を続けることができる。
【００６０】
光電池ＣＩＧＳ層は、通常それ自体が透明な他の層に覆われているのは明らかであり、特に導電性を有する透明層、しばしば光電池セルの正面表面電極を形成する酸化亜鉛ＺｎＯに覆われているのみならず、光電池層のインタフェースでのｐ−ｎ結合を形成するためのその部分を節約する硫化カドミウムＣｄＳの別の透明層に覆われている。これらの層は、図６に示されており、詳細は後述する。従って、前述の第１および第２のトレンチのエッチングは、光電池層、それらの透明層ＺｎＯおよびＣｄＳを含んで除去する効果があり、第１のトレンチにおけるモリブデンＭｏの層を露出したままにしておく、または、第２のトレンチにおける基板ＳＵＢを露出したままにしておくことができる。
【００６１】
ＣＩＧＳ層のエッチングに対する標準的な先行技術は、２つのセルの間の溝の中の材料を除去するために短針（needle）を用いることによって構成されていることに留意しなければならない。この方法は、接触層に第２のより微細なトレンチＬ２を形成するためには、やはり適してはいない。加えて、そのような先行技術の機械的な方法は、特に前述のような幅Ｌ１のトレンチのエッチングに対して破片を発生させる。
【００６２】
本発明の変形実施形態による方法を図６を参照して今から述べる。図６は、セルの効果的な絶縁をしながら接続の形成をより迅速に進めるための、特にＺｎＯ、ＣｄＳの透明層がエッチングされて、および光電池ＣＩＧＳ層が部分的にエッチングされて、形成された第３のトレンチＴ３を示す。ここでは、この第３のトレンチの形成のために、第１のトレンチのエッチングは、面ＦＲ１およびＦＲ２に近接して正確で精密である必要はなく、ナノ秒レーザを用いて行ってもよい。同じことは、幅Ｌ２の第２のトレンチに対しても当てはまる。他方、第３のトレンチのエッチングは、典型的にはフェムト秒レーザのようなより短いパルスレーザを用いて、注意しながらエッチングを行うことが好ましい。この実施形態は、従って、第３のトレンチと第１のトレンチの面ＦＲ２に近接した間で光電池材料の「犠牲的な」領域をもたらす。この領域は、優先的には５０μ以下の幅である。
【００６３】
本発明が図面を参照して上記のように述べた実施形態に限定されないのは明らかであり、本発明は他の変形にも及ぶ。
【００６４】
従って、ＣＩＧＳ層およびＭｏ接触層にレーザ衝撃を行うために単一の波長を用いることも可能であることが理解される。加えて、単一のビームも用いられてもよく、ＣＩＧＳ層に形成されるトレンチの幅Ｌ１が複数の移動で行われてもよい。
【００６５】
加えて、レーザのいくつかのタイプ（特に、フェムト秒の、またはピコ秒のタイプでもあっても）は、特にフルエンスの範囲が０．２Ｊ／ｃｍ2から０．５Ｊ／ｃｍ2まで、および、堆積されるエネルギー量が、０．１５Ｊ／ｍｍ2から０．３Ｊ／ｍｍ2までの範囲においては、セルの接続として測定される電気的特性の観点から良好な結果を得ることができる。
【００６６】
上述の試験においてはＣＩＧＳ層の厚さは１．５〜２．５μｍ（例えば２μｍ）であって、接触層の厚さは０．４μｍ〜０．８μｍ（例えば０．６μｍ）であった。そうはいうものの、他の厚さの範囲が想定されてもよい。
【００６７】
本明細書に述べられている本発明による方法は、前述の表に示されているように、ガラス基板のみならず、他のタイプの基板（例えば、オプション的には基板とモリブデン層の間に絶縁物を有する鉄製の基板）にも適用されることに留意しなければならない。事実、モリブデンは、特に電解質による堆積に対しては満足できる電気的導電材料である。従って、基板がガラス製でも金属製でも、電解質をモリブデン上に行える（堆積する）のに適している。従って、本発明による方法はガラス製または金属性の基板でも差別せずに、先
行技術のエッチングパターンＰ１（図１）に課せられた問題を解決するために用いられる。
【００６８】
より一般的には、ＣＩＧＳから形成された光電池特性を有する層を用いる実施形態は、上述のようである。とはいうものの、他のタイプの光電池層、例えば黄錫亜鉛鉱（kesterite）、テルル化カドミウム（cadmium telluride）または、その他に基づくものでも上述と同様な方法で扱ってもよい。
【００６９】
図７は、図４ａおよび４ｂに示す実施形態の代わりの第２実施形態によるレーザ衝撃の衝撃を示す。
【００７０】
この第２実施形態によれば、本発明による方法は、第１のトレンチの側面の端部（２つの線ＦＲ１およびＦＲ２によって概略的に示されている２つの端部）に近接した微細エッチング作業、および、この第１のトレンチの中央部における概略エッチング作業を有する。２つの線ＦＲ１およびＦＲ２は実質的に平行であり、トレンチの幅Ｌ１の垂線長さに沿ってまっすぐである。
【００７１】
微細エッチング作業は、優先的には、実質的に円形ビームで４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長のフェムト秒レーザを用いて行われる。
【００７２】
トレンチの幅の方向に連続的に配置されたレーザ衝撃の衝撃の複数個の列に沿って行われる図４ａの場合とは異なり、ここでは、微細エッチングはＦＲ１およびＦＲ２の面のそれぞれ（ＦＲ１の面の端部の列Ｒｆ１およびＦＲ２の面の端部の列Ｒｆ２）に近接したエッチングが単一の列に沿って行われる。列Ｒｆ１およびＲｆ２は、長さ方向に沿って、部分的に重複して配置された衝撃の連続をそれぞれ有する（それぞれ衝撃Ｒｆ１（ImpRf1）および衝撃Ｒｆ２（ImpRf2））。２つの連続的な衝撃は、実質的に衝撃の全表面の９０％〜９５％が重なっている。
【００７３】
この単一の列は、優先的に、列を斬進的にくりぬくために、複数のレーザエッチング経路によって作られて得られることに留意されたい。換言すれば、材料を斬進的に除去するために複数のレーザ衝撃の連続（例えば、経路あたり数百ｎｍ）が行われる（それぞれの連続は同じ部分の衝撃である、衝撃ImpRf1およびImpRf2を有している）。複数の経路におけるこの材料の除去の連続は、ＣＩＧＳダイオードに与える熱影響を最小にすることができる。
【００７４】
微細エッチング作業は、第１のトレンチの幅の５〜２０％を有する全幅に渡って広がる。例えば、第１のトレンチにおいて左側が１０〜２０％、右側が１０〜２０％である。
【００７５】
トレンチの幅Ｌ１は、例えば４００μｍであり、微細エッチング作業は以下のように適用される。
−  例えばトレンチの右端ＦＲ１からトレンチの中央部に向かって２０〜３０μｍの幅Ｌ３に渡って、および、
−  例えばトレンチの左端ＦＲ２からトレンチの中央部に向かって２０〜３０μｍの幅Ｌ４に渡って。
【００７６】
概略エッチング作業は、優先的には微細エッチングに対して用いられるレーザよりも高いエネルギーのレーザを用いて行われ、それはピコ秒またはナノ秒のレーザであってもよい。このレーザのビームは、ここでは実質的に円形であるが、他の形状（例えば楕円形）のレーザを使用できることが後で分かる。微細エッチングおよび概略エッチングに対してそれぞれ用いられるビームが図７に示すような形状で同じ直径であっても、概略エッチン
グの場合には、より大きな直径のレーザビームを用いれば、有用である。
【００７７】
概略エッチングは、ここでは、端部ＦＲ１とＦＲ２の間の全幅Ｌ１のトレンチから複数の列Ｒｇを有して行われる。各列Ｒｇは、長さ方向に沿っておよび幅方向に沿ってそれぞれ衝撃の連続（例えば列Ｒｆ２の前に最終列Ｒｇの衝撃ImpRg）を有する。衝撃の全表面
の５０〜７０％に渡る同一の列Ｒｇの２つの連続的な衝撃は、実質的に重なっている。長さ方向におけるこの重なりは、微細エッチング作業の際に用いられる重なりよりも少ないことに留意しなければならない。
【００７８】
図７の実施形態によれば、幅の方向に沿った２つの連続的な衝撃（即ち、連続的な列Ｒｇに属する２つの対向する衝撃）は、実質的に衝撃の全表面の２０〜３０％に重なる。この重なりは、また、それぞれ列Ｒｆ１またはＲｆ２に属する２つの対向する衝撃と引き続くまたはその前に来る列Ｒｇとの間でも適用されることに留意されたい。この実施形態によれば、ビームのエネルギーＦＡＧは、ビームの端部Ｂで（トレンチの幅Ｌ１に平行な方向に沿って）エネルギーがＣＩＧＳを完全に除去するのに十分でないようなガウス形状を有する。とはいうものの、このトレンチのＣＩＧＳの除去という目的を達成する程度には、Ｍｏ領域の上に電気的接触物を堆積するためにＭｏ領域を露出させており、完全にエッチングされたスペースの間に残されている若干の残差ＲＥはじゃまではない。（少なくとも上述の２０〜３０％の重なりに相当するレベルより上である）
【００７９】
図８に示す代替手段によれば、同じ列Ｒｇの２つの連続する衝撃は重ならない。同様に、列Ｒｆ１およびＲｆ２に属する２つの対向する衝撃と、引き続くまたはその前の列Ｒｇとは重ならない。図７の場合と異なり、図８においては、ビームは、非ガウスエネルギー分布ＦＡＲを取るように変更されており、より矩形形状を有している（また「トップハット（top-hat）」に意図されている）。この場合においては、ビームの端部でエネルギー
の低下はなく、従って、エッチングされていない残差はより少ない。他の特徴は、図７のそれと同一である。
【００８０】
優先的には、概略エッチングのためにより高いエネルギーのレーザを用いることによって、列Ｒｇは単一のレーザエッチング経路で形成してもよい。「単一の経路」は、概略エッチングのために用いられるレーザのビームが、それぞれの衝撃ImpRgのレベルで単一の
経路でトレンチを形成するために必要な材料を除去するに十分なエネルギーを有している事実を意味する。
【００８１】
図９に示す代替手段によれば、本発明による方法は、それぞれ微細エッチングおよび概略エッチングを行うために２つの異なるビームサイズを用いる。この場合、この点において、微細エッチングに用いられるビームは円形形状であり、概略エッチングに用いられるビームは楕円形状である。この場合、概略エッチング作業は、微細エッチングに用いられるビームよりもより幅の広いビームが用いられる。（即ち、概略エッチングのビームに対応する大きな楕円の径は、微細エッチングに用いられるビームの円形の径よりも大きい。）楕円の大きな径はトレンチの幅の方向に向かっているのは、明らかである。概略エッチングに対しても微細エッチングのビームよりも大きな径の円形のビームを用いてもよいことに留意されたい。より大きなビームの使用によって、トレンチをより迅速にエッチングすることができる。この目的を達成するために、概略エッチングを行うためのピコ秒レーザの使用は、より大きなパワーを得ることを可能にし、従ってより広いビームを得ることを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
0006375290.tif 000009
【図６】
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【図７】
0006375290.tif 000011
【図８】
0006375290.tif 000012
【図９】
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