(57)【要約】【課題】位置精度の向上と工程サイクルの短縮の同時実現。【解決手段】発電層５を形成する発電層形成工程の後のレーザースクライビング加工対象の太陽電池用加工対象基板３を支持する基板支持台１の下面の側に熱気空間８が形成される。熱気空間８の中の気体に熱を供給しその気体の温度は規定される規定保持温度に加熱される。基板支持台１は、太陽電池用加工対象基板３の下面に熱気空間８から気体を供給する供給穴１２を有している。制御器７は、太陽電池用加工対象基板３を規定保持温度に保持する。その規定保持温度は、太陽電池用加工対象基板３の前工程の温度より低く、且つ、室温より高い。積極的に高温側で一定温度に保持することにより、位置精度と工程短縮を同時に実現する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電層を形成する発電層形成工程の後のレーザースクライビング加工対象の太陽電池用加工対象基板を支持する基板支持台と、
前記基板支持台の下面の側に熱気空間を形成する熱気空間形成器と、
前記熱気空間形成器の中の気体に熱を供給し前記気体の温度を規定される規定保持温度に加熱する電気加熱器と、
前記電気加熱器に供給する電力を制御する制御器とを構成し、
前記基板支持台は、前記太陽電池用加工対象基板の下面に前記熱気空間から前記気体を供給する供給穴を有し、
前記制御器は、前記太陽電池用加工対象基板を前記規定保持温度に保持するための電力を前記電気加熱器に供給し、
前記規定保持温度は、前記発電層形成工程により加熱される前記太陽電池用加工対象基板の温度より低く、且つ、室温より高い
薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項２】
前記供給穴は、前記熱気空間の前記気体を前記太陽電池用加工対象基板の下面に前記熱気空間から前記気体を供給する多数の熱気通し孔を形成する
請求項１の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項３】
前記熱気通し孔は、前記太陽電池用加工対象基板と前記基板支持台の間の隙間に対して開口する多数の開口を有し、前記開口は前記太陽電池用加工対象基板の下面に対して分散的に配置されている
請求項２の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項４】
前記熱気空間に前記気体を還流的に送り込むポンプと、
前記基板支持台に形成され前記隙間の前記気体を吸引する熱気吸引口と前記ポンプの間を還流的に接続する熱気戻し管
とを更に形成する
請求項３の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項５】
前記熱気吸引口は前記隙間の周域に複数に配置されている
請求項４の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項６】
前記太陽電池用加工対象基板の下面と前記基板支持台の間の境界層の温度を計測する温度センサを更に構成し、
前記制御器は、前記規定保持温度と前記温度センサが計測する計測温度の差分に対応して前記電力を制御する
請求項１の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項７】
前記温度センサの計測面は、前記境界層に含まれる
請求項６の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項８】
前記太陽電池用加工対象基板に第１発電層を形成する工程と、
太陽電池用加工対象基板を基板支持台に位置合わせして設置する工程と、
前記太陽電池用加工対象基板の下面に熱気を供給することにより、前記第１発電層形成により加熱された前記太陽電池用加工対象基板の第１温度より低く室温より高い規定保持温度に保持する工程と、
前記規定保持温度を規定許容範囲内で一定温度に積極的に制御する工程と、
前記規定保持温度に保持される前記前記太陽電池用加工対象基板にレーザー加工を実行する工程
とを構成する薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記保持する工程は、
前記熱気を循環させる工程と、
前記太陽電池用加工対象基板の下面の近傍の温度を計測する工程と、
前記計測する工程で計測する計測温度と前記規定保持温度の差分に対応して前記循環させる工程の前記熱気の温度を制御する工程を形成する
請求項８の薄膜太陽電池の製造方法。
【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装置、及び、薄膜太陽電池の製造方法に関し、特に、アモルファスシリコン型発電層形成工程の位置精度が高く求められる薄膜太陽電池の製造装置、及び、薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギー活用のために、太陽電池モジュールの量産化と高効率化がすすめられている。太陽電池モジュールの発電要素は、ガラス基板上に形成される多数のセルから構成されている。そのセルは、多重発電層としてガラス基板面に形成されている。多重発電層は、表面側透明電極層と光電気変換層と裏面側電極層とから形成されている。このような３層を積層する積層過程で、各層に多様にレーザースクライビング加工が施される。レーザー加工には、配線のような線状加工が各層に存在している。上層の加工線の平面内位置と下層の加工線の平面内位置は適正幅で離隔していて、上層の加工線の平面内位置と下層の加工線の平面内位置との間の離隔幅が不適正に狭く、又は、上層の加工線の平面内位置と下層の加工線の平面内位置とが垂直方向に重なって、上層の加工線と下層の加工線とが電気的に短絡して不良品が発生することが防止されている。
【０００３】
電子回路用の半導体基板の薄膜層とは異なり、太陽電池用薄膜層の面積は、受光面積に強く関係し、１つの対応発電パネルの受光面積当たりの発電効率に強く影響する因子である。受光面積に相当する発電層の面積の拡大のためには、上層加工線と下層加工線の平面方向内密度を高くし、且つ、既述の重なりを回避することが求められる。
【０００４】
発電層形成工程は、多段階の薄膜形成工程とその薄膜形成工程の間の多段階のレーザースクライビング工程から形成されている。その薄膜形成工程は、基板に固有の温度を与える。基板温度の変化は、基板面に形成される座標系の２次元座標点間の距離の変化を招く。加工用レーザー光は、基板面に設定される機械的原点が基準点とされて基板面上に照射される。温度変化は、加工用レーザー光が基板面上の絶対的２次元点に照射される精度を劣化させる。発電有効面積を最大化するためには、そのような温度変化が極力に抑えられることが重要である。
【０００５】
後掲特許文献１は、温度変化を設定値に対して正負１０゜Ｃ以内に抑える技術を開示している。温度変化を抑えること重要な発見である。同文献は、各工程の基準温度の変化に対応して正負１０゜Ｃ以内に温度を調整する調整技術については開示していない。室温のような温度が基準温度に設定される場合には、各工程で高温化した基板が冷却されてその基準温度に下がるまでに相当の時間がかかる。そのような冷却としては、自然冷却又はフアン冷却が行われている。そのような冷却時間の存在は、製造ラインの製造時間の短縮化を妨害する。
【０００６】
積極的な温度調整の技術の確立が求められる。その温度調節は冷却に限られず、基板にとって適正である適正温度に積極的に基板を保持することが重要である。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３５３８１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、積極的な温度調整の技術を確立する薄膜太陽電池の製造装置、及び、薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、位置精度の向上と工程サイクルの短縮を同時に実現する薄膜太陽電池の製造装置、及び、薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による薄膜太陽電池の製造装置は、発電層（５）を形成する発電層形成工程の後のレーザースクライビング加工対象の太陽電池用加工対象基板（３）を支持する基板支持台（１）と、基板支持台（１）の下面の側に熱気空間（８）を形成する熱気空間形成器（２）と、熱気空間形成器（２）の中の気体に熱を供給しその気体の温度を規定される規定保持温度に加熱する電気加熱器（９）と、電気加熱器（９）に供給する電力を制御する制御器（７）とから構成しされている。基板支持台（１）は、太陽電池用加工対象基板（３）の下面に熱気空間（８）から気体を供給する供給穴（１２）を有している。制御器（７）は、太陽電池用加工対象基板（３）を規定保持温度に保持するための電力を電気加熱器（９）に供給する。その規定保持温度は、発電層形成工程により加熱される太陽電池用加工対象基板（３）の温度より低く、且つ、室温より高い。
【００１０】
発電層形成工程により加熱される太陽電池用加工対象基板（３）の温度より低く、且つ、室温より高い温度に太陽電池用加工対象基板（３）を保持することにより、位置精度を保持したままで、高精度位置制御の次の工程を開始することができ、冷却時間を短縮することにより、工程サイクルを短縮することができる。１００度から４０度に温度降下させる時間は、１００度から２５度（室温）に温度降下させる時間に比べて、移行させる温度差が少ないので短い。加工対象物体の温度より低く室温より高い規定温度で次の工程を開始することは、工程サイクルを確実に短縮する。この場合に、規定保持温度に保持することは、位置精度を劣化させない。積極的な温度制御は、規定温度に加工対象物体を到達させる時間が短く、且つ、位置精度を劣化させない。
【００１１】
供給穴は、熱気空間（８）の気体を太陽電池用加工対象基板（３）の下面に熱気空間（８）から気体を供給する多数の熱気通し孔（１２）を形成している。熱気通し孔（１２）は、太陽電池用加工対象基板（３）と基板支持台（１）の間の隙間（１３）に対して開口する多数の開口を有している。その開口は太陽電池用加工対象基板（３）の下面に対して分散的に配置されている。このような分散配置は、太陽電池用加工対象基板（３）の温度分布を全面に均一化し、太陽電池用加工対象基板（３）の局所的な膨張収縮を回避し、レーザー加工時の位置精度を更に向上させることができる。
【００１２】
熱気空間（８）に気体を還流的に送り込むポンプ（１７）と、基板支持台（１）に形成され隙間（１３）の気体を吸引する熱気吸引口（１４）とポンプ（１７）の間を還流的に接続する熱気戻し管（１５）が追加される。熱気吸引口（１４）は隙間（１３）の周域に複数に配置されている。温度分布の均一化により、更に位置精度が向上する。
【００１３】
太陽電池用加工対象基板（３）の下面と基板支持台（１）の間の境界層（１３）の温度を計測する温度センサ（６）の追加は有効である。制御器（７）は、規定保持温度と温度センサ（６）が計測する計測温度の差分に対応して電力を制御する。温度センサ（６）の計測面は、境界層（１３）に含まれることが重要である。面内方向の膨張収縮は、太陽電池用加工対象基板（３）の面の温度に強く依存する。太陽電池用加工対象基板（３）の面又はその近傍領域の計測温度が温度制御のフィードバック制御値として用いられることにより、位置精度が更に向上する。
【００１４】
本発明による薄膜太陽電池の製造方法は、太陽電池用加工対象基板（３）に第１発電層を形成する工程と、太陽電池用加工対象基板（３）を基板支持台（１）に位置合わせして設置する工程と、太陽電池用加工対象基板（３）の下面に熱気を供給することにより、第１発電層形成により加熱された太陽電池用加工対象基板（３）の温度より低く室温より高い規定保持温度に保持する工程と、規定保持温度を規定許容範囲内で一定温度に積極的に制御する工程と。規定保持温度に保持される太陽電池用加工対象基板（３）にレーザー加工を実行する工程とをから構成されている。位置精度の向上と工程短縮の２大効果は、既述の通りである。
【００１５】
その保持する工程は、熱気を循環させる工程と、太陽電池用加工対象基板（３）の下面の近傍の温度を計測する工程と、計測する工程で計測する計測温度と規定保持温度の差分に対応して循環させる工程の熱気の温度を制御する工程を形成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による薄膜太陽電池の製造装置、及び、薄膜太陽電池の製造方法は、積極的な温度調整により、位置精度の向上と工程サイクルの短縮を同時に実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による薄膜太陽電池の製造装置の実現態は、図に対応して、詳細に記述される。基板支持台１は、図１示されるように、積極的温度調整器２とともに設けられている。基板支持台１には、加工対象基板３が規定位置に位置づけられて固定される。加工対象基板３と基板支持台１との固定には、ピン４が用いられる。ピン４は、基板支持台１に一体に垂直に立ち上がっている。加工対象基板３又は加工対象基板３と同体の他の同体物体には、ピン４が挿入される穴が形成されている。加工対象基板３は、段階的に基板面に形成される多重発電層５を含む。多重発電層は、基板（ガラス）の裏面に形成される透明電極層と、光電気変換層と、他の電極層とから形成されている。
【００１８】
加工対象基板３の温度は、温度制御系により制御される。その温度制御系は、既述の積極的温度調整器２と、温度センサ６と、電力制御器７とから構成されている。積極的温度調整器２と基板支持台１との間に、熱風発生空間８が形成されている。熱風発生空間８には、電熱ヒータ、プラズマ管のような電気制御発熱体９が配置されている。温度センサ６は、基板支持台１の周辺部位、積極的温度調整器２の周辺部位、特には、積極的温度調整器２と加工対象基板３との対向面部位に配置されている。温度センサ６のうちのいくつかは、基板支持台１と加工対象基板３とが対向する対向面のいずれかを共有する温度計測面１１を有している。今の場合、温度計測面１１は基板支持台１の対向面に一致している。加工対象基板３の下側面である対向面は、温度計測面１１に接触し、又は、近接して対向している。温度計測面１１を有する温度センサ６は、加工対象基板３の下側面から放射される熱線（例示：熱赤外線）のスペクトルを鋭敏に検出して加工対象基板３の平均的温度を高精度に検出することができる放射温度計として提供されることが好ましい。温度センサは、既述の公知文献で既知であるように、基準温度に対して正負１０゜Ｃ、好ましくは、正負２゜Ｃの許容誤差範囲、特には、正負２゜Ｃ以下特には０．５゜Ｃ程度の許容誤差範囲の計測精度を有することが好ましい。
【００１９】
温度センサ６が出力する温度信号は、電力制御器７に入力されるフィードバック信号として用いられる。電力制御器７は、温度計測面１１が加工対象基板３の設定温度に適正に対応する温度に対応するフィードバック制御回路（図示されず）を備えている。温度計測面１１を出力する温度センサ６としては、既述の温度計測面１１を有する温度センサの出力信号が特に重要である。その他の温度センサ６の出力信号は、室温と加工対象基板３の内部の有効温度との間の落差を確認するために参考的に用いられる。
【００２０】
加工対象基板３に働く浮力又は熱風の微弱な圧力で僅かに浮き上がる加工対象基板３と基板支持台１との２つの対向面の間には、図２に示されるように、基板支持台１に多数点で開けられ垂直方向に貫通する多数の熱風通し孔１２を介して、２つの対向面の間の熱風吹込み隙間１３に熱風が送り込まれる。図２に示されるように、熱風吹込み隙間１３の中の熱風は、基板支持台１の側壁にその周囲の複数点で開けられている熱風吸引孔１４から熱風戻し管１５の中に吸引され、積極的温度調整器２の底面に結合している共通の戻し口１６を介して吸引器１７で吸引されて熱風発生空間８に還流的に戻される。加工対象基板３の側面と基板支持台１の側壁の内周面との間の隙間の熱風は上方に放出され得る。
【００２１】
熱風通し孔１２は、図２に拡大的に示されるように、熱風吹込み隙間１３で開放される側が上方に向かって（熱風吹込み隙間１３に向かって）滑らかに拡径されていて、熱風通し孔１２の中を上方に流れる熱風流は、中心線対称に拡散流化する。多数の熱風通し孔１２のうちこのような拡径状に形成される熱風通し孔１２は、基板支持台１の全領域に分散的に配置されることが好ましい。そのような分散配置は、熱風発生空間８の中の上昇気流を熱風吹込み隙間１３の中で均一に分散させ、加工対象基板３を全体的に均一に等温化することができる。
【００２２】
本発明による薄膜太陽電池の製造方法は、下記の工程で実行される。
ステップＳ０：
ガラス基板に対して第１番目の加工である第１発電層形成加工が実行される。
ステップＳ１：
多重発電層５の第１発電層形成加工が終了し温度が第１温度Ｔ１である温度Ｔ１加工対象基板３は、そのままに又は別工程位置の基板支持台１に載置される。
【００２３】
ステップＳ２：
その第１温度Ｔ１は、計測なしに予め予想されている。その第１温度Ｔ１に対応するＴ１対応温度Ｔ１’が電力制御器７に設定され、Ｔ１対応温度Ｔ１’に対応する第１供給電力Ｐ１が電力制御器７から出力されて電気制御発熱体９に入力される。第１供給電力Ｐ１は、熱風吹込み隙間１３の熱風温度がＴ１対応温度Ｔ１’になるように予め予定されている電力に調整されている。その予定は、装置運転前のテストにより経験的に知られ得る。温度センサ６が測定する温度とＴ１対応温度Ｔ１’との間の差分ΔＴ１’の正負に対応して電力制御器７が出力する電力差分ΔＰ１がフィードバック制御される。
【００２４】
Ｔ１対応温度Ｔ１’は、本工程が実施される工場内温度（室温）より高い。第１温度Ｔ１の温度的に絶縁性が高い絶縁体基板が室温まで自然冷却されて低下するまでには、長い時間が経過する。発電層形成工程であるプラズマＣＶＤ工程では、基板は室温より高い温度（例示：６０゜）に上昇している。第１温度Ｔ１の基板が温度４５゜まで低下する時間として５分が例示される。第１温度Ｔ１の基板が室温２５゜まで低下する時間として４５分が例示される。このような場合には、Ｔ１対応温度Ｔ１’は、４５゜に設定される。既述の温度調整により、５分後には基板を４５゜Ｃに保持することができる。
【００２５】
ステップＳ３：
図１に示されるように、レーザー光１８がｘｙ座標系レーザー照射点制御機構１９により多重発電層５の上面に描画的に照射される。ｘｙ座標系レーザー照射点制御機構１９の光学系とｘｙ移動機構は周知である。一定温度（例示：既述の４５゜Ｃ）に温度調整されている基板に対して、既述の第１発電層成形加工が終了して５分後には、第１レーザー加工が開始される。基板温度が知られているので、２５゜Ｃ又は他の基準温度で基板面に設定されている原点と基板面上の任意の座標位置の絶対的距離は、Ｔ１対応温度Ｔ１’（＝４５゜Ｃ）により計算により求められている。４５゜Ｃの基板に対して高精度に第１レーザー加工が実行される。
【００２６】
ステップＳ４：
第１レーザー加工が終了している加工対象基板３に対して、第２番目の加工である第２発電層形成加工が実行される。第２発電層形成加工が基板支持台１にそのままに載置されて実行される際には、温度計測面１１のの温度が第２発電層形成加工により加工対象基板３が到達する温度になるように、電力制御器７に目標温度が設定される。本ステップＳ４は、本発明では本質的ではないが、基板支持台１に対する加工対象基板３の移載なしに次の工程に移る場合には、重要なステップである。
【００２７】
ステップＳ５：
多重発電層５の第２発電層形成加工が終了し温度が第２温度Ｔ２である加工対象基板３は、そのままに又は別工程位置の基板支持台１に載置される。
【００２８】
ステップＳ６：
その第２温度Ｔ２は、計測なしに予め予想されている。その第２温度Ｔ２に対応するＴ２対応温度Ｔ２’が電力制御器７に設定され、Ｔ２対応温度Ｔ２’に対応する第２供給電力Ｐ２が電力制御器７から出力されて電気制御発熱体９に入力される。第２供給電力Ｐ２は、熱風吹込み隙間１３の熱風温度がＴ２対応温度Ｔ２’になるように予め予定されている電力に調整されている。その予定は、装置運転前のテストにより経験的に知られ得る。温度センサ６が測定する温度とＴ２対応温度Ｔ２’との間の差分ΔＴ２’の正負に対応して電力制御器７が出力する電力差分ΔＰ２がフィードバック制御される。
【００２９】
Ｔ２対応温度Ｔ２’は、本工程が実施される工場内温度より高い。温度的に絶縁性が高い絶縁体基板が室温まで自然冷却されて低下するまでには、長い時間が経過する。発電層形成工程であるプラズマＣＶＤ工程では、基板は高いプラズマ温度により高い温度（例示：６５゜）に上昇している。第２温度Ｔ２の基板が温度５０゜まで低下する時間として５分が例示される。第２温度Ｔ２の基板が室温２５゜まで低下する時間として１２０分が例示される。このような場合には、Ｔ２対応温度Ｔ２’は、５０゜に設定される。既述の温度調整により、５分後には基板を５０゜Ｃに保持することができる。
【００３０】
ステップＳ７：
ステップＳ４〜ステップＳ６に対応する３つのステップが同順に繰り返される。ステップＳ４〜ステップＳ６で、Ｔ２対応温度Ｔ２’はＴ３対応温度Ｔ３’に読み替えられ、第２供給電力Ｐ２は第３供給電力Ｐ３に読み替えられる。
【００３１】
温度低下を待たずに次の工程に進むことができるので、本発明に特有のプロセス時間の短縮効果を得ることができ、且つ、工程中の温度変化が少なく歪みの発生を効果的に抑制する付随的効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明による薄膜太陽電池の製造装置の実現態を示す斜軸投影断面図である。
【図２】図２は、図１の詳細を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…基板支持台
２…熱気空間形成器
３…太陽電池用加工対象基板
５…発電層
６…温度センサ
７…制御器
８…熱気空間
９…電気加熱器
１２…熱気通し孔
１３…隙間（境界層）
１４…熱気吸引口
１７…ポンプ
【図１】
2005203574.tif 000003
【図２】
2005203574.tif 000004