(57)【要約】      （修正有）【課題】素子特性を劣化させない光電変換効率の優れた太陽電池モジュールの製造方法の提供。【解決手段】透明基板上に、導電性透明電極膜を形成するステップと、前記導電性透明電極膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第１分割ステップと、前記透明基板上に、シリコン系薄膜半導体膜層を形成するステップと、前記シリコン薄膜系半導体層膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第２分割ステップと、前記透明基板上に、金属電極膜を形成するステップと、前記金属電極膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第３分割ステップと、を具備し、前記第１、第２、及第３の分割ステップの少なくとも１つは、溝を形成するレーザービーム照射ステップを含み前記ビーム照射ステップは、溝に直交する方向の両端部となる部分を、カットオフするカットオフステップと、カットオフされた後の前記レーザービームを、分離すべき膜に照射する照射ステップと、を有する。【選択図】図１
2007184421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、導電性透明電極膜を形成するステップと、
前記導電性透明電極膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第１分割ステップと、
前記透明基板上に、複数の領域に分割された前記導電性透明電極膜を覆うように、シリコン系薄膜半導体膜層を形成するステップと、
前記シリコン薄膜系半導体層膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第２分割ステップと、
前記透明基板上に、複数の領域に分割された前記シリコン薄膜系半導体層膜を覆うように、金属電極膜を形成するステップと、
前記金属電極膜に溝を形成して、複数の領域に分割する第３分割ステップと、
を具備し、
前記第１分割ステップ、前記第２分割ステップ、及び前記３分割ステップの少なくとも１つは、前記透明基板に対して相対的にレーザービームを移動させながら照射して溝を形成するレーザービーム照射ステップを含み
前記レーザービーム照射ステップは、レーザービームをパルス状に発振するステップと、
発振された前記レーザービームを楕円状に成形する楕円成形ステップと、
前記レーザービームにおける、溝に直交する方向の両端部となる部分を、カットオフするカットオフステップと、
カットオフされた後の前記レーザービームを、分離すべき膜に照射し、前後パルスによる照射位置が部分的に重なるようにする照射ステップと、を有する
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記照射ステップにおいて、前記レーザービームは前記透明基板側から照射される
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記カットオフステップにおいて、前記レーザービームは、加工方向に直交する方向の幅が加工形成方向側で狭くなるか、又は広くなるように、前記両端部がカットオフされ、前後パルスで同一形状の照射パターンが部分的に重なるように照射される
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記カットオフステップにおいて、前記レーザービームは、加工方向に直交する方向の幅が加工形成方向側で狭くなるように、前記両端部がカットオフされ、前後パルスで同一形状の照射パターンが部分的に重なるように照射される
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記スリットは台形である
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された太陽電池モジュールの製造方法太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記スリットによって成形された前記レーザービームの前記加工形成方向に直交する方向の幅は、加工形成方向側よりも、前記加工形成方向側と反対側が１．０５〜１．５倍ほど長い太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記カットオフステップにおいて、前記レーザービームは、加工方向に直交する方向の幅が加工形成方向側で広くなるように、前記両端部がカットオフされ、前後パルスで同一形状の照射パターンが部分的に重なるように照射される
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記スリットは台形である
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された太陽電池モジュールの製造方法太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記スリットによって成形された前記レーザービームの前記加工形成方向に直交する方向の幅は、加工形成方向側よりも、前記加工形成方向側と反対側が１／１．０５〜１／１．５倍ほど短い
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記楕円成形ステップにおいて、前記レーザービームは、照射時のレーザービームパターンの長軸が加工方向中心線に一致するような楕円状に成形される
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第２分割ステップは、前記レーザービーム照射ステップを含む、
太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に、レーザーを用いてパターンニングを行い直列接合して集積化する薄膜系太陽電池モジュール及び薄膜系太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に、電極膜、シリコン薄膜系半導体層、及び金属電極膜を積層した構造を有するシリコン薄膜系太陽電池が知られている。そのシリコン薄膜系半導体層としては、比較的膜厚の薄い非晶質シリコン系、非晶質シリコン系と比較して厚膜である微結晶シリコン系、及び非晶質シリコン系と少なくとも１つの微結晶シリコン系とが厚み方向に積層した構造を有する多接合型（タンデム型）のものが挙げられる。このようなシリコン薄膜系太陽電池において、その基板上で単位の光電変換素子を分離し、且つ基板上で直列に接続するために、電極膜、シリコン薄膜系半導体層に分離溝を形成させることがある。近年ではこの分離溝を形成する加工方法は細密加工性に優れたレーザーエッチング法を用いることにより、溝幅を狭めて見かけの電池面積あたりにおける実質の光電変換面積を高め、総合的な変換効率を高める工夫がなされている。
【０００３】
例えばこの方法は、透明電極膜においては波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、またシリコン薄膜と裏面電極膜においては波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、溝幅が５０μｍ程度になるようなビーム径として、加工部分に照射し、被加工膜を加工方向に相対的に移動して該レーザービームでエッチングして溝形成部分の被加工膜を除去する。
【０００４】
かかる加工法において、レーザー発振器より射出されるビームの光路に垂直な断面のパターンは円形を呈しており、その直径上のレーザー強度の分布はガウス分布形状であり、中心が最も強く円周辺に向って裾野を引く釣鐘型の分布をしている。従って、分離溝の幅に合わせてこのビームをレンズで集光するなどして計画の径の円形状となるビームを加工面に結像するようにしても、このレーザー強度分布の形状は変らない。この様子を図３に示した。
【０００５】
図３（ａ）において、４０は計画した分離溝、４１は従来の円形状のレーザービームでエッチングされた分離溝の両岸の蒸発不良部分を示した平面図、４２は従来のビーム形状での加工面における照射パターン、図３（ｂ）において、Ｒはビーム径、ＤはＡＡ’面でみた従来のレーザーの強度分布曲線、Ｉｍは強度の最高値、Ｉは強度の平均値（∫Ｄ／Ｒ）、図３（ｃ）において４３は従来の分離溝加工断面、４０は計画した目標とする加工断面、Ｆ１は被加工膜、Ｆ２は被加工膜の隣接層膜を示す。
【０００６】
即ち、溝幅の目標（計画）値に応じてビーム径Ｒを設定し、材質及び溝深さに応じてレーザーの強度を例えば平均値Ｉで設定して加工した時、ビームは図３（ｂ）のような強度分布Ｄを持っているので、計画した分離溝幅となるように分離溝の両岸までエッチングする場合には、加工された分離溝は（ｃ）４３のような断面に加工され、目標通りの断面をもつ分離溝４０には加工されない。また加工方向中心線部分は強度の最高値Ｉｍにさらされるので、被加工膜Ｆ１の計画分離溝の底面を突き抜け加工される。
【０００７】
これは隣接層膜Ｆ２を熱で溶融変質させ、またその溶融変質物が一部蒸発・凝縮して溝周辺に付着させ残渣となる。この現象は次の工程で加工部分で露出した隣接層膜Ｆ２へさらに別の皮膜を積層するとき、溝周辺に付着した残渣のために密着性を悪くする。このため後で溝付近の膜剥離を生じる場合がある。
【０００８】
また分離溝の断面（ｃ）の両岸付近の４３部分は強度分布の裾野部分のレーザーに曝されたわけだから、被加工膜Ｆ１のが気化して蒸散するに足る十分なエネルギーが与えられない。その被加溝膜Ｆ１が半導体膜の場合は、このエネルギー的には不足部分が、蒸散せずに溶融若しくはアニールの経過をとり、溝壁面が均質にドープされた部分単結晶のごとき状態になって残る。即ち、ＰＩＮジャンクションが短絡されたような姿となり、素子特性を著しく劣化させる場合がある。よって、素子特性が悪化しない太陽電池モジュールの製造方法の提供が望まれる。
また、レーザーはパルスごとに照射を繰り返して分離溝をエッチングしてゆく際に、パルスの照射位置を一部重ねながら移動させる。ここで重ね合わせ部分が少ないと被加工膜Ｆ１のが気化して蒸散するに足る十分なエネルギーが与えられず、分離溝が途切れる場合がある。逆に重ね合わせ部分が多いとエネルギーが強すぎる領域が発生して被加工膜Ｆ１の底面を突き抜け加工される場合がある。このため、照射位置の重ね合わせ量の選定も試行錯誤で適正値を選定する必要があり、加工条件選定の課題になっている。
【０００９】
このようなレーザーエネルギー分布によるエッチング時の分離溝形成に係わる課題発生の抑制は、被加工膜Ｆ１が厚くなるほどレーザー強度を強くする必要があるため困難となる。例えば、薄膜系太陽電池のアモルファスシリコン層の５〜１０倍の厚さを有する微結晶シリコン層などの厚膜の層をエッチングする際には、従来のレーザーエッチング手法では加工条件の選定が困難となる。よって、被加工膜が厚膜Ｆ１である場合についても、素子特性が悪化しない太陽電池モジュールの製造方法の提供が望まれる。
【００１０】
上記と関連して、特許文献１は、照射部のレーザービームパターンが楕円状で該楕円の長軸が加工方向中心線に一致したビームに成形した後、該光路に分離溝方向（ビーム移動方向）に直角な方向のビーム強度分布の裾野部分を分離溝幅に対応させてカットオフするカットオフ手段を配置し前記膜上の照射部のレーザービーム強度分布を分離溝形成方向とこれに直角方向で異ならせ、分離溝方向はガウス分布とし、分離溝形成方向に直角な方向は略矩形分布とすることを特徴とし、好ましくは前記カットオフ手段が長方形のスリットであって、該スリットの長辺方向中心線を該楕円の長軸と一致させるとともに、前記楕円状のレーザパターンに対し、スリットの長辺方向を前記レーザーパターンの長径より長く、短辺を前記レーザーパターンの短径より狭幅に設定した太陽電池モジュールの製造方法、を開示している。
【００１１】
また、特許文献２は、透光性基板の一主面における複数の領域に跨って被着された半導体膜の分断すべき隣接間隔部に対して、上記基板の他方の主面からエネルギービームを照射して該隣接間隔部に位置した半導体膜を除去して、上記半導体膜を複数の領域に分断することを特徴とした半導体装置の製造方法、を開示している。
【００１２】
また、特許文献３は、透明基板上に順次に積層された透明電極層、少なくとも１の非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニット層、少なくとも１の結晶質シリコン系薄膜光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のタンデム型光電変換セルを形成するように実質的に直線状で互いに平行な複数の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルはその分離溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする集積化されたタンデム型薄膜光電変換装置の製造方法において、その分離溝はその複数のタンデム型光電変換セル相互間でその透明電極層を分離するための透明電極分離溝とその裏面電極層を分離するための裏面電極分離溝を含み、これらの透明電極分離溝と裏面電極分離溝およびその接続用溝がガラス基板側から入射されるレーザビームによって形成されることを、を開示している。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−４３６０５号
【特許文献２】特開昭６１−１４７２７号
【特許文献３】特開平１１−１８６５８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、透明電極膜、シリコン薄膜系半導体膜もしくは金属電極膜にレーザービームを照射してその膜を平面において分離する方法において、従来のレーザーエッチング法が本質的に保有するエネルギー分布による分離溝形成時の欠点を克服して、素子特性の悪化を抑制して集積化を行い光電変換効率のすぐれた太陽電池モジュールを与える、太陽電池モジュールの製造方法の提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、加工速度の高いレーザーエッチング法を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、被加工膜が数μｍの厚膜である場合についても、素子特性が悪化しない太陽電池モジュールの製造方法の提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１８】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法は、透明基板（２）上に、導電性透明電極膜（３）を形成するステップ（ステップＳ１０）と、導電性透明電極膜（３）に溝を形成して、複数の領域に分割する第１分割ステップ（ステップＳ２０）と、透明基板（２）上に、複数の領域に分割された導電性透明電極膜（３）を覆うように、シリコン系薄膜半導体膜層（４）を形成するステップと、シリコン薄膜系半導体層膜（４）に溝を形成して、複数の領域に分割する第２分割ステップ（ステップＳ４０）と、透明基板（２）上に、複数の領域に分割されたシリコン薄膜系半導体層膜（４）を覆うように、金属電極膜（５）を形成するステップ（ステップＳ５０）と、金属電極膜（５）に溝を形成して、複数の領域に分割する第３分割ステップ（ステップＳ６０）と、を備える。第１分割ステップ（Ｓ１０）、第２分割ステップ（Ｓ４０）、及び３分割ステップ（Ｓ６０）の少なくとも１つは、レーザービーム（２２）を移動させながら照射して溝を形成するレーザービーム照射ステップ（ステップＳ１１０）を含む。そのレーザービーム照射ステップは、レーザービーム（２２）を発振するステップ（ステップＳ７０）と、発振されたレーザービーム（２２）を楕円状に成形する楕円成形ステップ（ステップＳ８０）と、レーザービーム（２２）における、溝に直交する方向（Ｙ方向）の両端部（６）となる部分を、カットオフするカットオフステップ（ステップＳ９０）と、カットオフされた後のレーザービーム（２２）を、分離すべき膜に照射する照射ステップ（ステップＳ１００）と、を有する。
【００１９】
レーザービーム（２２）が加工される膜に照射される際に、加工方向に対して直角な方向（Ｙ方向）の両端部（６）がカットオフていることで、その直角な方向（Ｙ方向）のビームパターンの強度分布を、Ｙ方向側の両岸（７）において急峻に下降する矩形状とすることができる。ここでＹ方向の平均エネルギーが分布の最高値に近い分布形にしておけば、ビームパターン強度分布ｍａｘ部分（中央）における突き抜け加工現象や両岸（７）における未蒸散変質部分の残存現象を有効に防ぐことができる。
【００２０】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法において、照射ステップ（Ｓ１００）において、そのレーザービーム（２２）は透明基板（２）側から照射される。
【００２１】
シリコン薄膜系半導体膜（３）は膜構造中に水素を含む特性があるため、レーザーを透明基板（２）側から照射することにより、レーザーエネルギーが被加工膜Ｆ１の底部（透明基板側）で吸収されて、高いガス蒸気圧を発生する。この高いガス状気圧によって、被加工膜の上側部分は蒸発する前に爆裂により除去される。よって、被加工膜の上部までを完全に蒸散させるだけのレーザーエネルギーは必要としない。比較的低エネルギー密度を用いて厚膜の層をエッチングすることができる。よって、従来のアモルファスシリコン単層型のエッチングに用いるエネルギー密度と同レベルのエネルギー密度を用いて、比較的厚膜である微結晶シリコン型やタンデム型のシリコン薄膜系半導体膜層をエッチングすることが可能である。
【００２２】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法では、カットオフステップ（Ｓ９０）
において、レーザービーム（２２）は、加工方向に直交する方向の幅が加工形成方向側（＋Ｘ方向側）で狭くなるか、又は広くなるように、両端部（６）がカットオフされる。また、前後パルスで同一形状の照射パターンが部分的に重なるように照射される。
【００２３】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法は、カットオフステップ（Ｓ９０）において、そのレーザービーム（２２）が、加工方向（＋Ｘ）に直交する方向（Ｙ）の幅が加工形成方向側（＋Ｘ方向側）で狭くなる形状となるように、その両端部（６）となる部分がカットオフされる。
【００２４】
周知のように、かかる加工では、利用するレーザーは時間軸に関してパルス状に照射を繰り返し、１パルスごとに移動ストロークとタイミングを制御して、加工形成方向（＋Ｘ方向）にビームを相対的に移動していく。前後パルスで同一形状の照射パターンを持ち、パルス毎に、レーザービームの照射位置は、加工方向（±Ｘ方向）で前後のパルスによる照射位置と部分的に重なりながら、移動していく。本発明に依れば、レーザービーム（２２）が、照射時に溝方向に直交する方向（Ｙ方向）における幅が、溝形成方向側（＋Ｘ方向）で狭くなる形状に成形されるので、ビームパターンの頭尾を若干重ね合わせる部分（８）においては、前後のパルスで照射された幅の方が前後のパルスの幅が違い、幅が狭いものと広いものとが重なるようになる。これにより、前後のパルスの照射の重なり部分において、残渣の発生を有効に抑制することができる。
【００２５】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法において、スリット（９）は台形であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法において、
スリット（９）によって成形されたレーザービーム（２２）の加工形成方向に直交する方向（Ｙ方向）の幅は、加工形成方向側（＋Ｘ側）よりも、加工形成方向側と反対側（−Ｘ側）が１．０５〜１．５倍ほど長いことが好ましい。
【００２７】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法では、カットオフステップ（Ｓ９０）において、レーザービーム（２）は、加工方向に直交する方向の幅が加工形成方向側（＋Ｘ方向側）で広くなるように、その両端部がカットオフされる。更に、前後パルスで同一形状の照射パターンが部分的に重なるように照射される。
【００２８】
また、スリット（９）は台形であることが好ましい。
【００２９】
また、スリット（９）によって成形されたレーザービーム（２２）の加工形成方向に直交する方向（Ｙ方向）の幅は、加工形成方向側（＋Ｘ方向側）よりも、加工形成方向側と反対側（−Ｘ方向側）が１／１．０５〜１／１．５倍ほど短いことが好ましい。
【００３０】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法は、楕円成形ステップ（ステップＳ８０）において、そのレーザービーム（２２）は、照射時のレーザービームパターンの長軸が分離方向中心線（１０）に一致するような楕円状に成形される。
【００３１】
本発明者等はかかるレーザーエッチング法におけるレーザービームの照射パターンを楕円とする方法を特開２００２−４３６０５号に提案している。これによると、同一エネルギー密度でありながら加工方向（Ｘ方向）のビームの照射描画長が長くなって、加工速度が速くなるというものである。本発明においてもこの方法を採用し、更に、直角方向（Ｙ方向）のレーザー強度分布をその楕円の長径を弦とする弧の部分を両岸（７）で切断することにより、レーザーエッチングの加工速度を速めた上で、加工方向に直角な方向（Ｙ方向）のビーム強度を矩形とすることができる。
【００３２】
本発明に係る太陽電池モジュール（１）の製造方法において、第２分割ステップ（ステップＳ４０）は、そのレーザービーム照射ステップ（Ｓ１１０）を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に依れば、被加工膜が数μｍの厚膜である場合についても、素子特性が悪化しない太陽電池モジュール１の製造方法が提供される。
【００３４】
本発明に依れば、更に、加工速度の高い太陽電池モジュール（１）の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施の形態）
以下に本発明の第１の実施の形態について詳述する。尚、本実施の形態を説明するにあたり、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称であり、微結晶シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、多結晶シリコン系や非晶質を含んだ結晶質シリコン系も含む。また薄膜シリコン系とは、このアモルファスシリコン系、微結晶シリコン系、アモルファスシリコン系と微結晶シリコン系とを積層させた多接合型（タンデム型）を含む。
【００３６】
本発明の太陽電池モジュール１の製造方法に用いるレーザーエッチング装置８０の構成について説明する。図２は本実施の形態に用いたレーザーエッチング装置８０である。２１はＹＡＧレーザー発振器、２２はレーザービーム、２３はシリンドリカル凹レンズ、２４はシリンドリカル凸レンズ、２５はミラー、２６は対物レンズ、２７は基板、９はスリット、２９はＸＹステージである。
【００３７】
ＹＡＧレーザー発振器２１からは被加工膜の材質に適した波長で、被加工膜材質および分離の深さ、分離の幅に適した出力のレーザー、例えば１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ周波数のパルス波が取り出され、レーザービーム２２が出力される。
【００３８】
シリンドリカル凹レンズ２３によって、ＹＡＧレーザー発振器２１より出力されたレーザービーム２２が楕円状に成形される。即ち、シリンドリカル凹レンズ２３は、レーザービーム２２を、その一方向についてのみ拡大するが、それと直角方向については拡大しない。その結果として、レーザービーム２２の形状は長軸と短軸を有する楕円となる。尚、楕円状は真円状であってもよいが、長軸と短軸を有する楕円状であることが更に好ましい。長軸と短軸を有する楕円状であることにより、加工方向の１パルスビームあたりの加工長さが長くなるので、レーザーによる加工速度を向上させることができる。
【００３９】
シリンドリカル凸レンズ２４は、楕円形状のレーザービーム２２の長径と短径との比が３以下となる位置に置かれている。レーザービーム２２は、シリンドリカル凸レンズ２４を通過して、長径と短径との比が一定のビーム断面楕円状の平行ビームに成形される。
【００４０】
スリット９は遮光板に台形の開口部を設けたものである。スリット９はレーザービーム２２の光路上に配置されている。スリット９によって、レーザービーム２２は開口部に対応する部分のみが通過し、その他の部分はカットオフされる。
【００４１】
ミラー２５は、レーザービーム２２の方向を９０度、変更する。また、レーザービーム２２はミラー２５において、ハーフミラー等を用いて同一強度を持つ複数ビームに分割して一度に複数溝を加工し、加工速度を向上できるようにしてもよい。
【００４２】
対物レンズ２６は、レーザービーム２２を集光する。レーザービーム２２は、楕円の短径が分離の幅５０〜１００μｍ程度になるよう、長軸が加工方向と一致し且つその長さ（長径）が短径の約１．１〜３倍程度になるように、レーザービーム２２を基板２７に積層された被加工膜に結像する。被加工膜に到達した楕円形状のレーザービーム２２は、その形状で被加工膜のレーザ照射入り口部で被加工膜の一部を蒸発させ、そのガス圧力で被加工膜を爆裂させて除去する。
【００４３】
Ｘ−Ｙステージ２９は、基板２７を保持している。ここで、基板２７は、被加工膜面側が下向きとなり、透明基板２側からレーザービーム２２が照射されるように保持されている。基板２７は被加工膜面の膜除去を容易にするために、基板周囲をＸＹステージ２９に基板２７の自重によるたわみが少なくなるように固定してある基板２７中央部分はＸＹステージ２９との間に隙間があることが望ましい。これにより、エッチング時の加工屑などは下方向へ落下し、被加工膜面に付着しない。ＸＹステージ２９は加工形成方向（以下、＋Ｘ方向）にビームが進行するように相対的に、パルス周波数とパターン重畳度に応じた速度と移動距離で移動し、分離溝形成加工が達成される。尚、加工形成方向は基板２７上での方向である。
【００４４】
なお、レーザーエッチング装置８０は、同様な加工特性があれば、図２に記載のものに限定されない。例えば、レーザーとして、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーだけではなく、ＹＶＯ４レーザーなどを使用することも可能である。
【００４５】
続いて、本実施の形態において成形されるレーザービーム２２の形状について説明する。図４は、レーザービーム２２の成形について説明する図である。
【００４６】
図４Ａはレーザービーム２２のパターンに対応させて、光路上に配置された台形スリット９の形状を示している。また、加工形成方向（＋Ｘ方向）も、レーザービーム２２のパターンに対応づけて示されている。楕円状のレーザービーム２２は、シリンドリカル凹レンズ２３及びシリンドリカル凸レンズ２４で成形して得られる。その楕円状のパターンは、長軸が加工方向中心線１０に一致するように成形される。このような楕円状とすることで、その楕円と同一面積の円形のレーザービームに比べて、パルス一発当たりの加工長さが長くなる。それにより、加工速度を増加させることが可能となる。すなわち、同一面積の円形のレーザービームと比較して、同等のエネルギーを有する楕円のレーザービーム２２を用いることで、レーザーの出力を高めることなくレーザー加工の速度を速めることができる。
【００４７】
スリット９のパターンは遮光板に図示のような台形の開口部を設けたものである。台形のスリット９は、長さの長い下底１３側が加工形成方向側（＋Ｘ方向側）に対応するように配置されている。また、台形のスリット９の上底１２及び下底１３は、レーザービーム２２のパターンの外側に配置されている。さらに、スリット９は中央部において、＋Ｘ方向に対して直角な方向（以下、Ｙ方向）の幅が、楕円状のレーザービームのパターンよりも狭くなっている。台形スリット９と楕円状のレーザービーム２２とは、４つの交点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で交わっている。後述する説明の便宜上、交点Ａと交点Ｂ間の直線距離をＷb、交点Ｃと交点Ｃ間の直線距離をＷaとする。このようなスリット９によって、レーザービーム２２は、Ｙ方向側の両端部６がカットオフされる。更に、カットオフされなかった部分は、＋Ｘ方向側で広くなる形状となる。
【００４８】
図４Ｂは、レーザービーム２２のＹ方向に対するエネルギー密度分布を示している。図４Ｂでは、−Ｘ方向側であるＡＢ部分のエネルギー密度分布ＥＡＢと、＋Ｘ方向側であるＣＤ部分ののエネルギー密度分布ＥＣＤと、を示している。スリット９により両端部６がカットオフされることで、どちらのエネルギー密度分布も、分布強度曲線中央部分には未だガウス曲線が残るが、両岸７では殆ど垂直に急峻な強度下降をしており、略矩形分布となる。従って望ましい強度である平均値内外の強度を保つので、計画する分離溝幅をＷａからＷｂの間に設定することで、図３（ｃ）に示されるような下地の隣接層膜への突き抜け加工現象が発生しない。
【００４９】
一方、スリット９によりカットオフされたレーザービームのＸ方向に対するエネルギー密度分布は、ガウス分布となる。ビームの断面もしくは照射面は楕円状の外周をもっているので、溝方向（＋Ｘ方向）のエッチングを加工深さが均一でしかも設定深さまで行うには、溝方向（±Ｘ方向）でビームパターンの頭尾を若干重ね合わせて移動させる必要がある。この重ね合わせ部分（８）のレーザー強度は前後のビームエネルギーの合成値付近になるので強くなる。重ね合わせ部分（８）のにおけるエネルギー合成値が、限度以上に強いことはやはり突き抜け加工現象につながり、隣接層膜への熱ダメージが発生して分離溝部分の残渣発生の課題となる。逆に重ね合わせ部分（８）のビームエネルギーの合成値が低いと加工溝両岸（７）の加工性状が悪い課題となる。本実施の形態において、溝方向（±Ｘ方向）のパターン輪郭近傍は輪郭近傍に向かって減衰する強度分布即ち通常のガウス分布を有しているので、そのエネルギー合成値を突き抜け加工現象が発生しない程度に抑制することが重要となる。ここで、レーザービームの前後も台形のスリット９の形状を変更したものを用いて上底１２及び下底１３の位置にてカットオフする場合も考えられるが、パルス状のビーム間の隙間を設けないためには重ね合わせが必要で、この重ね合わせ部分は互いに減衰しない強度分布であることからエネルギー密度が大きくなり、下地の隣接層膜への熱ダメージが大きくなるので好ましくない。上記のビームの重ねあわせについては、通常溝方向（±Ｘ方向）のビーム長さの１０〜３０％で照射を行なうことが好ましい。このような範囲で図４Ａで示すような台形の開口部で形成されたレーザービーム形状を重ね合わせることで、最初に弱い強度のビーム部分が照射され、次に加工中心線付近が重ねて照射されるため、エネルギー密度が高い領域が加工中心線付近となるので、隣接層膜である下地膜への影響が小さくて済む。
【００５０】
しかしながら、従来の円形ビームを用いてアモルファスシリコン層の５〜１０倍の厚さを有する微結晶シリコン層などの厚膜の層をエッチングする際には、溝形成方向（±Ｘ方向）でビームパターンの頭尾を若干重ね合わせた部分のレーザー強度を適正に調節することは難しい。重ね合わせ部分における前後パルス照射が同様なエネルギー分布を保有するために、重ね合わせ部分においても加工溝両岸付近はレーザー強度が弱い領域が発生して蒸発や爆裂した微粒子が加工溝周辺に残渣として付着する。本実施の形態では、被加工膜が厚膜である場合においても残渣の発生が抑制されるように、レーザービーム２２の形状を、＋Ｘ方向側で広くなる形状に成形させて、重ね合わせた部分は幅が広いものと狭いものを重ねて照射させている。このように、重ね合わせ部分８において、Ｙ方向側の幅が異なるパルスを重ねることは、シャープなエッチングを行うにあたり、以下に述べるエネルギー密度の観点から有利である。
【００５１】
図４Ｈは両端部６がカットオフされたレーザービーム２２を用いて、被加工膜をエッチングしいるところを示している。即ち、パルス的に被加工膜に照射されるレーザービーム２２の形状を示す図である。矢印はそのレーザービーム２２が相対的に移動する方向、すなわち加工形成方向（＋Ｘ方向）を示す。図にはそのレーザービーム２２の４パルス分しか図示してないが、各パルスにおいて、レーザービーム２２の前後を１０％から３０％ずつ重ねて加工形成方向（＋Ｘ方向）に移動させる。
【００５２】
図４Ｆはレーザービーム２２の形状と加工中心線方向のエネルギー密度分布を示す図である。図４Ｇは、Ｙ方向のエネルギー密度分布を示す図である。
【００５３】
図４Ｆを参照する。加工中心線方向のエネルギー密度分布は、一のパルスのレーザービームではガウス分布となる。即ち、加工中心線方向の頭尾では、図中点線で示されるように、「良好なエッチングが行われるエネルギー密度の下限値（Ｅ１）」以上のエネルギー密度が得られない。これに対し、重ね合わせ部分８で前後パルスを重ね合わせることで、合計されたエネルギー密度は、図中実線で示されるように、Ｅ1を越える値となっている。よって、加工中心線付近では、重ね合わせ部分８でも良好なエッチングが行われる。
【００５４】
次に、図４Ｇを参照して、重ね合わせ部分８のＹ方向側の状態について説明する。図４Ｇでは、重ね合わせ部分８におけるＹ方向のエネルギー密度分布を、前パルス、後パルス、及びその合計、の夫々について示している。尚、（a）は従来法である前後パルスでＹ方向側の幅が同じ場合、（ｂ）は本実施の形態、におけるエネルギー密度分布である。また、図中、一のレーザービームパターンのＸ方向中央部（台形開口部）でのエネルギー密度分布も重ねて示している。図中、Ｅ２は残さ等の発生するエネルギー密度の下限値を示している。エネルギー密度がＥ２より小さい場合には、被加工膜にダメージを与えられるだけのエネルギーすら照射されないので、残渣等の悪影響は及ぼさない。即ち、Ｅ２からＥ１までの範囲におけるエネルギー密度が与えられると、残渣等の悪影響が発生する。
【００５５】
（a）に示される従来例では、Ｙ方向側の幅が同じである２つのパルスが重なることで、エネルギー密度分布は一のパルスの分布を２倍にしたものとなる。これに対し、（ｂ）で示される本実施の形態においては、広幅のパルスに狭幅のパルスが重なることで、重ね合わせのエネルギー密度分布は、広幅のパルスにおける中央部が選択的に嵩上げされた分布となっている。中央部が選択的に嵩上げされることによって、残渣等の悪影響が発生する領域（Ｅ２〜Ｅ１）では、エネルギー密度分布が急峻な勾配となる。従来法（a）と比較して、本実施の形態（ｂ）では、（Ｅ２〜Ｅ1）のエネルギー密度が照射される部分のＹ方向側の幅（図中、熱影響部発生域）が、極めて狭くなっている。重ね合わせ部分８の被加工膜（β）部分において溝に残留したり付着した残渣は、幅の違いのある次のパルスで加工中心線付近の急峻に高くなるエネルギー密度により除去されるので、シャープなエッチングができる。良好なエッチングが行われるエネルギー密度の下限値を越えて照射された部分の幅は、従来例と比較して広くなる。即ち、分離溝の両岸はエネルギー密度が十分に低くなるのでアニールによるＰＩＮジャンクション短絡などの不適合現象の発生を抑制できる。
【００５６】
尚且つ、重ね合わせ部分以外のパルス照射領域は、Ｙ方向のビーム強度分布は略矩形であるために、加工溝中央部においても突き抜け加工は発生せず隣接層膜となる下地膜には影響が及ばない。
【００５７】
以上のように、レーザービーム２２が、両端部６をカットオフされ、且つ、＋Ｘ方向側の両端部の幅が狭くなる形状に成形されることで、隣接層膜となる下地膜の欠陥部分をなくし、且つ、被加工膜の溶融残渣の付着も抑制することができる。この事象は、＋Ｘ方向側で両端部の幅が狭くなる形状にカットオフ成形されたものに限らず、−Ｘ方向側で両端部の幅が狭くなる形状にカットオフ成形されたものでも同様な効果が得られる。すなわち、レーザービーム２２が、両端部６をカットオフされ、且つ、±Ｘ方向側の両端部の幅が異なる形状に成形されることで、隣接層膜となる下地膜の欠陥部分をなくし、且つ、被加工膜の溶融残渣の付着も抑制することができる。よって、その後の工程で形成する膜の密着度が良好とし、剥離する事象をなくすことができる。これによりレーザービーム２２は被加工膜に対して加工形成の往復工程（±Ｘ方向）において、良好なエッチング加工が行われる。
【００５８】
このようなレーザービーム２２の成形によって、アモルファスシリコン太陽電池のみならず、シリコン薄膜系半導体膜層（４）の膜厚がアモルファスシリコン太陽電池の５〜１０倍と厚い、微結晶シリコン太陽電池や微結晶シリコン層を含む多接合型（タンデム型）太陽電池に対しても、突き抜け加工現象や未蒸散変質部分の残存現象を防ぐことが可能である。
【００５９】
再び図４Ａを参照する。楕円状のレーザービーム２２とスリット９との４つの交点のうちの上底１２側における２点（Ａ−Ｂ）間の距離Ｗｂと、下底１３側の２点（Ｃ−Ｄ）間の距離Ｗaとの長さの比は、（Ｗb／Ｗa）が１．０５倍〜１．５倍の間にあるように選定されている。その比が１．０５倍より小さいと、Ｗｂ≒Ｗａとなり分離溝の両岸に中途半端に高いエネルギー密度が照射されて熱影響が残り、残渣を有効に除外できなることがある。一方、１．５倍より大きいと、加工の幅が広がるとともに、エネルギー密度が比較的均一な領域である台形開口部が少なくなりビーム前後のエネルギー密度が減衰した領域が増すことがある。即ち、分離溝の両岸部分に熱影響部分や残渣が発生し始めることになる。
【００６０】
尚、スリット９の形状は、レーザービーム２２を、加工方向に直交する方向（Ｙ方向）の幅が加工形成方向側（＋Ｘ方向側）で狭くなる形状もしくは広くなる形状に加工できる形状であれば、スリット９の形状は必ずしも台形ではなくともよい。例えば、図４Ａにおいて、点Ａ−Ｃ間や点Ｂ−Ｃ間の形状が直線ではなく曲線となっているスリット９を用いてもよい。
【００６１】
（太陽電池モジュール１の構成）
続いて、本実施の形態によって製造される太陽電池モジュール１の構成について説明する。図５に太陽電池モジュール１の概略構造を示す。透明基板２は、ガラスや樹脂に例示される。複数のセル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・）は、透明基板２上に形成され、互いに直列に接続されている。複数のセル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・）の各々は、導電性透明電極膜３（３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・）、シリコン薄膜系半導体膜層４（４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・）、金属電極膜５（５ａ、５ｂ、５ｃ、・・・）を備える。導電性透明電極膜３は、透明基板２上に分離溝１５で分離形成されている。導電性透明電極膜３は、酸化錫などの透明導電膜である。シリコン薄膜系半導体膜層４は、各導電性透明電極膜３上に分離溝１６で分離形成されている。シリコン薄膜系半導体膜層４は、アモルファスシリコン膜（ｐ層、ｉ層、ｎ層）と少なくとも１つ以上の微結晶シリコン膜（ｐ層、ｉ層、ｎ層）との積層膜による半導体膜である。シリコン薄膜系半導体膜層４としては、この他に微結晶シリコン膜（ｐ層、ｉ層、ｎ層）やアモルファスシリコン膜（ｐ層、ｉ層、ｎ層）が挙げられる。金属電極膜５は、各シリコン薄膜系半導体膜層４上に分離溝１７で分離形成され、且つ、各右隣の導電性透明電極膜３に部分的に重畳されている。金属電極膜５は、銀やアルミニウムなどの金属膜である。シリコン薄膜系半導体膜層４は、その内部に平行なＰＩＮ接合を含む。透明基板２および導電性透明電極膜３を順次介して光入射があると光起電力を生じる。各シリコン薄膜系半導体膜層４ａ、４ｂ、４ｃ内で発生した光起電力は金属電極膜５ａ、５ｂ、５ｃ・・・による接続により直列的に相加されて実用的な出力電圧を得ることができる。
【００６２】
次に、本発明の太陽電池モジュール１の製造方法について、添付図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法のフローチャートを示し、図６及び図７は、本発明の太陽電池モジュール１の製造方法を説明する断面図である。
【００６３】
図１を参照する。本実施の形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法は、透明基板２上に導電性透明電極膜３を形成するステップ（Ｓ１０）、導電性透明電極膜３を分割する第１分割ステップ（Ｓ２０）、シリコン薄膜系半導体膜層４を形成するステップ（Ｓ３０）、シリコン薄膜系半導体膜層４を分割する第２分割ステップ（Ｓ４０）、金属電極膜５を形成するステップ（Ｓ５０）、及び金属電極膜５を分割する第３分割ステップ（ステップＳ６０）を有している。本実施の形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法においては、第２分割ステップ（Ｓ４０）において、本発明のレーザービーム２２の形状を工夫させたエッチング方法が用いられる。即ち、被加工膜としてシリコン薄膜系半導体層４をレーザーエッチングする際に工夫がされている。各ステップにおける詳細を以下に説明する。
【００６４】
ステップＳ１０；導電性透明電極膜を形成
図６（ａ）を参照して、透明基板２は、例えば、１．４ｍ×１．１ｍ、板厚４ｍｍのソーダフロートガラスである。その端面は、破損防止にコーナ面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。透明基板２は、その表面を覆うようにアルカリバリア膜（図示されず）を含んでいても良い。アルカリバリア膜は、例えば、膜厚５０〜１５０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。熱ＣＶＤ法を用い、約５００℃で形成することができる。次に、透明基板２又はアルカリバリア膜（図示されず）の表面を覆うように導電性透明電極膜３を形成する。導電性透明電極膜３は、例えば、膜厚５００〜８００ｎｍの酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜である。導電性透明電極膜３は、熱ＣＶＤ法を用いて約５００℃で形成される。
【００６５】
ステップＳ２０；第１分割ステップ
続いて、導電性透明電極膜３が分割される。図６（ａ）の状態において、Ｘ−Ｙテーブル２９上に透明基板２を設置する。そして、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、導電性透明電極膜３側から照射する。パルス発振：５〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーのエネルギー密度を調整する。このとき、導電性透明電極膜３の幅が約６〜１０ｍｍの短冊状に、分離溝１５の分離溝幅Ｌ１が２０〜５０μｍになるように、導電性透明電極膜３をレーザーエッチングする。それにより、導電性透明電極膜３に、導電性透明電極膜３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・と、その間の分離溝１５が形成される。分離溝１５は、導電性透明電極膜３を貫通している。この状態が、図６（ｂ）である。
【００６６】
ステップＳ３０；シリコン薄膜系半導体膜層の形成
続いて、シリコン薄膜系半導体膜層４が形成される。図６（ｂ）の状態において、導電性透明電極膜３の表面を覆い、且つ、分離溝１５の内面を覆う（又は内面を埋める）ように、シリコン薄膜系半導体膜層４を形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ装置により、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料として、減圧雰囲気、約２００℃にてシリコン薄膜系半導体膜層４としての多接合型（タンデム型）のシリコン薄膜系半導体膜層４を形成する。
【００６７】
ここで、タンデム型のシリコン薄膜系半導体膜層４について説明する。図８は、タンデム型のシリコン薄膜系半導体膜層４を含むタンデム型太陽電池の構成の一例を示す断面図である。タンデム型のシリコン薄膜系半導体膜層４は、アモルファスシリコン層３１と微結晶シリコン層３２とを備えている。アモルファスｐ層膜３１１とアモルファスｉ層膜３１２との間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。さらに、アモルファスシリコン層３１のｎ層３１３と、微結晶シリコン層３２の微結晶ｐ層３２１との間に、アモルファス層３１における光吸収の向上のために半反射膜となるＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ膜）などの中間層を膜厚：２０〜１００ｎｍでスパッタリング装置により製膜して設けても良い。
【００６８】
タンデム型のシリコン薄膜系半導体膜層４の製造では、アモルファスシリコン層３１として、アモルファスｐ層膜３１１／アモルファスｉ層膜３１２／微結晶ｎ層膜３１３がこの順に積層される。続いて、微結晶シリコン層３２として、微結晶ｐ層膜３２１／微結晶ｉ層膜３２２／微結晶ｎ層膜３２３がこの順に積層される。アモルファスｐ層膜３１１は、ＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とし、膜厚１０〜３０ｎｍである。アモルファスｉ層膜３１２は、アモルファスＳｉを主とし、膜厚２００〜３５０ｎｍである。アモルファスｎ層膜３１３は、ｐドープした微結晶Ｓｉを主とし、膜厚３０〜５０ｎｍである。微結晶ｐ層膜３２１は、Ｂドープした微結晶Ｓｉを主とし、膜厚１０〜５０ｎｍである。微結晶ｉ層膜３２２は、微結晶Ｓｉを主とし、膜厚１．５〜３ｎｍである。微結晶ｎ層膜３２３は、ｐドープした微結晶Ｓｉを主とし、膜厚２０〜５０ｎｍである。この状態が図６（ｃ）である。
【００６９】
ステップＳ４０；第２分割ステップ
図６（ｃ）の状態において、大気中のＸ-Ｙテーブル２９上に透明基板２を設置する。透明基板２は基板露出面（透明基板側）からレーザー照射ができるようシリコン薄膜系半導体膜層４がレーザー照射側と反対側となるよう設置される。
【００７０】
続いて、シリコン薄膜系半導体膜４が分割される。第２分割ステップ（Ｓ４０）は、レーザービーム照射ステップ（Ｓ１１０）を含んでいる。図９は、レーザービーム照射ステップ（Ｓ１１０）のフローチャートを示す。レーザービーム照射ステップ（Ｓ１１０）は、レーザービーム２２を発振するステップ（ステップＳ７０）、楕円状に成形するステップ（ステップＳ８０）、カットオフステップ（ステップＳ９０）、及び照射ステップを有している。以下に各ステップにおける動作について詳述する。
【００７１】
ステップＳ７０；発振ステップ
まず、ＹＡＧレーザー発振器２１からレーザービーム２２が出力される。尚、レーザービーム２２としては、レーザーダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）が、透明基板２の側から照射される。必要とされるレーザーのエネルギー密度は、０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ２である。このエネルギー密度は、アモルファスシリコン単層をエッチングする際のエネルギー密度と大差はない。これは、後述するが、レーザーエネルギーがシリコン薄膜系半導体膜層４に吸収されて、シリコン薄膜系半導体膜層４のレーザー照射側（透明基板側）において高いガス蒸気圧を発生して、シリコン薄膜系半導体膜層４の上層側の層を蒸発させる前に爆裂により除去するにあたり、爆裂に十分なガス圧が発生するために、シリコン薄膜系半導体膜層４が微結晶層を含んだ厚い層においても十分に爆裂除去されるためである。
【００７２】
ステップＳ８０；楕円成形ステップ
続いて、ＹＡＧレーザー発振器２１より出力されたレーザービーム２２が、シリンドリカル凹レンズ２３によって楕円状に成形される。なお、本発明において楕円状とは真円も含むものではあるが、本実施の形態においては、短軸と長軸の長さが異なる楕円状に成形される場合について説明する。短軸と長軸の長さが異なった楕円状とすることで、加工速度が向上できる。即ち、シリンドリカル凹レンズ２３は、レーザービーム２２を、その一方向についてのみ拡大するが、それと直角方向については拡大しない。その結果として、レーザービーム２２の形状は楕円となる。シリンドリカル凸レンズ２３は、楕円形状のレーザービーム２２の長径と短径との比が３以下となる位置に置かれている。更に、シリンドリカル凹レンズ２３を通過したレーザービーム２２は、シリンドリカル凸レンズ２４により、長径と短径との比が一定のビーム断面楕円状の平行ビームに成形される。
【００７３】
ステップＳ８０；カットオフステップ
続いて、楕円に成形されたレーザービーム２２の両端部６がスリット９によってカットオフされる。この際、レーザービーム２２は前述したように、加工方向両端部において異なる幅を持つパターンでシリコン薄膜系半導体膜層４に入射するような形状に成形される。
【００７４】
ステップＳ９０；照射ステップ
更に、カットオフされたレーザービーム２２は、ミラー２５によって方向を変更され、対物レンズによって基板２７上のシリコン薄膜系半導体膜層４に集光される。これにより、シリコン系薄膜半導体層におけるレーザー入射側部分、即ち主としてアモルファスシリコン膜３１部分、が蒸発して水素を発生する。この水素発生による高いガス圧力によって、シリコン系薄膜半導体層４における上層側部分、即ち主として微結晶シリコン膜３２部分、が爆裂除去される。
【００７５】
第２分割ステップにおいては、以上のレーザービーム照射ステップ（Ｓ１１０）を繰り返して、パルス的にレーザービーム２２を照射させる。パルス発振は、１０〜２０ｋＨｚである。これにより、パルス的にレーザービーム２２をシリコン薄膜系半導体膜層４に前後パルスで照射位置を部分的に重ねるように照射させ、シリコン薄膜系半導体膜層４に分離溝１５が形成されて分割される。
【００７６】
第２分割ステップ（ステップＳ４０）においては、図６（ｃ）の状態において、分離溝１５（レーザーエッチングライン）の約１００〜１５０μｍ横側において、シリコン薄膜系半導体膜層４の幅が約６〜１０ｍｍの短冊状に、分離溝１６の分離溝幅Ｌ２が５０〜１００ｍｍになるように、シリコン薄膜系半導体膜層４をレーザーエッチングする。この波長では、各導電性透明電極膜３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・の吸収率が小さいので、その殆どが透過する。そのため、レーザービーム２２がシリコン薄膜系半導体膜層４で吸収されて、シリコン薄膜系半導体膜層４が蒸発、爆裂してエッチングされる。それにより、シリコン薄膜系半導体膜層４に、シリコン薄膜系半導体膜層４ａ、シリコン薄膜系半導体膜層４ｂ、シリコン薄膜系半導体膜層４ｃ、・・・と、その間の分離溝１６が形成される。分離溝１６は、シリコン薄膜系半導体膜層４を貫通している。この状態が図７（ａ）である。
【００７７】
この第２分割ステップによって、矩形状の基板の短辺又は長辺に対して平行に、複数本の分離溝１６が形成される。通常、複数の分離溝１６は、レーザービーム照射の移動方向を往復させる事で形成される。一の分離溝１６がある方向で形成されると、次の分離溝は逆方向に向かって形成される事になる。従って、一の分離溝１６を形成する加工形成方向を＋Ｘ方向とすると、次の分離溝１６を形成する時の加工形成方向は−Ｘ方向となる。レーザービーム２２は加工方向の両端で異なる幅を持つので、加工形成方向が±Ｘ方向において良好なエッチングが行われる。
【００７８】
本製造方法では、分離溝幅Ｌ２を小さく保ち、かつレーザーの出力は従来のアモルファスシリコン単層と同等レベルでありながら、楕円ビームをもとにして加工速度を向上し、レーザービーム強度分布の裾野部分（両端部６）をカットオフするカットオフ形状を台形として、シリコン薄膜系半導体膜層４の分離溝１６の両岸の熱影響を低減し、残渣を残さないことが可能となる。すなわち、太陽電池モジュール１の光電変換効率を低下させることなく、かつレーザーのコストを上げることなく、量産に必要な加工速度を達成することができる。
【００７９】
ステップＳ５０；裏面電極層の形成
図７（ａ）の状態において、シリコン薄膜系半導体膜層４の表面及び分離溝１６を覆い、且つ、分離溝１６の内面を覆う（又は内面を埋める）ように、金属電極膜５を形成する。本実施の形態では、銀（Ａｇ）及びチタン（Ｔｉ）の積層膜を、この順にスパッタ法で減圧雰囲気、約１５０℃にて形成する。Ｔｉ膜は主としてＡｇ膜の環境からの防食のために設ける。各膜の膜厚は、それぞれＡｇ膜厚：２００〜５００／Ｔｉ膜厚：１０〜２０ｎｍである。本実施の形態では３００ｎｍ／１５ｎｍとしている。これにより、分離溝１６において、金属電極膜５と、隣り合う他のセル１４の導電性透明電極膜３とが電気的に接続される。この状態が図７（ｂ）である。微結晶シリコン層の微結晶ｎ層と金属電極膜５との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、シリコン薄膜系半導体膜層４と金属電極膜５との間に第２透明導電膜を設けても良い。第２透明導電膜としては、例えば、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ膜）を膜厚５０〜１００ｎｍでスパッタリング装置で製膜する。
【００８０】
ステップＳ６０；第３分割ステップ
図７（ｂ）の状態において、大気中のＸ-Ｙテーブル２９（図２を参照）上に透明基板２を設置する。そして、レーザーダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、透明基板２の側から照射する。パルス発振：１〜１０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーのエネルギー密度を調整する。このとき、分離溝１５の約２５０μｍ〜４００μｍの横側において、金属電極膜５の幅が約６〜１０ｍｍの短冊状に、分離溝１７の分離溝幅Ｌ３が５０〜１００μｍで、長軸がレーザー加工方向と一致し、かつ、長径が短径の約１．５〜３倍程度となるように、金属電極膜５をレーザーエッチングする。この波長では、透明基板２の表面から照射されたレーザービーム２２が導電性透明電極膜１３を透過し、シリコン薄膜系半導体膜層４で吸収されて高いガス蒸気圧を発生し、金属電極膜５が爆裂する。それにより、シリコン薄膜系半導体膜層４及び金属電極膜５がエッチングされて、個別の金属電極膜５ａ、５ｂ、５ｃ、・・・が形成される。分離溝１７は、シリコン薄膜系半導体膜層４及び導電性透明電極膜３を貫通している。上記各工程により、セル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・）が形成され、太陽電池モジュール１が製造される。この状態が図７（ｃ）である。
【００８１】
ただし、図７（ｃ）のセル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・）、導電性透明電極膜３（３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・）、シリコン薄膜系半導体膜層４（４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・）、金属電極膜５（５ａ、５ｂ、５ｃ、・・・）、分離溝１５、分離溝１６、分離溝１７は、それぞれ、図５のセル１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・）、導電性透明電極膜３（３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・）、シリコン薄膜系半導体膜層４（４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・）、金属電極膜５（５ａ、５ｂ、５ｃ、・・・）、分離溝１５、分離溝１６、分離溝１７に対応する。
【００８２】
これにより製作された多接合型（タンデム型）太陽電池は、開放電圧：Ｖｏｃ＝１．４０Ｖ、短絡電流密度：Ｉｓｃ＝１１．４Ａ／ｃｍ２、極性因子：Ｆ．Ｆ．＝０．６８を得た。これは、セルベースの出力特性の９５％を得ており、これにより本実施の形態によるレーザーエッチングによる集積化が適切に行われたと判断することが出来る。
【００８３】
（作用・効果）
本実施の形態によれば、レーザービームを楕円状とすることで、によってシリコン薄膜系半導体層膜をエッチングするにあたり、加工速度を速めてエッチングを行うことが可能である。また、本実施の形態に依れば、台形のようなスリット９を用いて、照射時に分離方向に直交する方向の幅が加工形成方向の両端部において異なる幅を持つパターン形状にレーザービームが成形されるので、加工形成方向端部において、分離溝の両岸の熱影響部分や残渣の発生が抑制される。更に、レーザービームが基板側が入射されるので、シリコン薄膜系半導体膜層４を上部まで完全に蒸散させるだけのレーザーエネルギーは必要とせず、比較的低エネルギー密度を用いて厚膜の層をエッチングすることができる。
【００８４】
尚、本実施形態では、シリコン薄膜系半導体膜層４１２がアモルファスシリコン層３５と微結晶シリコン層４５によるタンデム型について記載したが、シリコン薄膜系半導体膜層４１２の膜厚による裏面電極膜１３の加工に対するエネルギー密度の影響が少ないので、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン・ゲルマニウム太陽電池、またアモルファスシリコン太陽電池と上記太陽電池を複数層に接合した多接合型（タンデム型）太陽電池において、レーザービームによる薄膜の加工についても同様に利用できる。
【００８５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、第１の実施形態と比較して、レーザービーム照射ステップＳ１１０においてレーザービーム２２加工形状と加工形成方向との相対的な位置関係が異なっている。その他の構成、製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、説明が省略される。
【００８６】
図４Ｃは、本実施の形態において、パルス的に照射されるレーザービーム２２のパターン形状を示す図である。即ち、両端部６がカットオフされたレーザービーム２２を用いて、被加工膜をエッチングしいるところを示している。本実施の形態においても、レーザービーム２２は台形のスリット９によって加工される。但し、加工方向（＋Ｘ）側における幅の方が狭くなるように加工される点で、第１の実施形態と異なっている。図中、矢印はそのレーザービーム２２が相対的に移動する方向、すなわち加工形成方向（＋Ｘ方向）を示す。図にはそのレーザービーム２２の４パルス分しか図示してないが、各パルスにおいて、レーザービーム２２の前後を１０％から３０％ずつ重ねて加工形成方向（＋Ｘ方向）に移動させる。即ち、レーザービーム２２は、加工形成方向（＋Ｘ方向側）で幅が狭くなるような形状に加工されて、被加工膜に照射されている。
【００８７】
図４Ｄ、Ｅは、前のパターンが次のパターンと重畳する重ね合わせ部分８における断面、即ち図４ＣにおけるＡＡ’断面、における被加工膜の状態を説明する図である。図４Ｄは時間的に前のパルスのレーザービーム２２が照射した後の状態、図４Ｅは時間的に後ろのパルスのレーザービーム２２が照射した後の状態を示している。既述のように、レーザービーム２２の加工方向（Ｘ方向）におけるビーム強度分布はガウス分布であるために、加工形成方向側（Ｘ方向側）の端部となる重ね合わせ部分８でのエネルギー密度は十分ではない。よって、図４Ｄに示されるように、時間的に前のパルスにおける照射によって、被加工膜の幅（α）部分は蒸散してエッチングされるが、幅（α）部分の外側（β）部分は被加工膜が蒸散しきれずに残渣となった状態となる。続いて、時間的に後ろのパルスのレーザービーム２２が照射される。図４Ｅに示されるように、レーザービーム２２は＋Ｘ方向で狭くなる形状に成形されているので、後のパルスでは、前のパルスよりもＹ方向側に広い幅で照射が行われる。重ね合わせ部分８の被加工膜（β）において、溝に残留したり付着した残渣は、広幅である次のパルスで溝周辺の膜とともに除去されるので、シャープなエッチングができる。
【００８８】
ここで、レーザービーム照射形状は、レーザービーム２２と透明基板２がＸ−Ｙテーブル２９で相対位置が±Ｘ方向に往復動作しながら形成される。このとき−Ｘ方向でレーザービーム２２の加工形状を反転させない限り、複数の分離溝１６の全てにおいて、第２の実施形態で既述したような加工形成方向（＋Ｘ）方向に対するレーザービーム２２形状の工夫を行うことはできない。
【００８９】
このような状態は、マスキング等によって、加工形成方向とレーザービーム２２との位置が揃わないライン（加工形成方向が−Ｘ方向になってしまうライン）をエッチングされないようにすることで回避することができる。複数の分離溝１６のうちの約半分を同一方向で加工形成した後に、マスキングする位置を変更し、残りの半分の分離溝１６も同一方向で加工形成する。こうすることにより、全ての分離溝１６を形成する際に、加工形成方向に対してレーザービームのパターンとの相対位置が工夫された本発明の方法を適用することができる。
【００９０】
マスキングの代わりにレーザービーム光をオン・オフさせてもよい。すなわち、エッチング加工は常に＋Ｘ方向のみに行い、レーザービーム２２と透明基板２の端部までエッチング加工後にレーザービーム光をカットしてＸ−Ｙテーブル２９で基板位置を移動させてレーザービーム光を再度照射してエッチング加工を継続してもよい。
【００９１】
また、レーザービームの照射系を調整して、各分離溝形成単位でレーザービームの照射位置と加工形成方向との位置関係を揃えてもよい。すなわち、−Ｘ方向のエッチング時はレーザービームの照射系にある台形スリット９の配置方向を反転させる機構を追加してレーザービーム２２の加工形状を反転してもよい。
【００９２】
本実施の形態に依れば、第１の実施形態と同様に、エネルギー密度分布の観点からシャープなエッチングを行う上で有利であるのに加え、重ね合わせ部分８において後パルスのレーザービームが広幅で照射されるので、前パルスで発生した残さや残留物を溝周辺の膜ごと除去して、更にシャープなエッチングを行う事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】太陽電池モジュール製造方法の全体のフローチャートを示す。
【図２】レーザーエッチング装置の概略構成図である。
【図３】従来のレーザーエッチング方法を説明する図である。
【図４Ａ】レーザービームのパターンとスリットとの配置関係を示す図である。
【図４Ｂ】レーザービームのエネルギー密度分布を示す図である。
【図４Ｃ】第１の実施の形態において、パルス的に照射されるレーザービームのパターン形状を示す図である。
【図４Ｄ】重ね合わせ部分における被加工膜の状態をしめす断面図である。
【図４Ｅ】重ね合わせ部分における被加工膜の状態をしめす断面図である。
【図４Ｆ】重ね合わせ部分におけるレーザービームのエネルギー密度分布を示す図である。
【図４Ｇ】重ね合わせ部分におけるレーザービームのエネルギー密度分布を示す図である。
【図４Ｈ】第２の実施の形態において、パルス的に照射されるレーザービームのパターン形状を示す図である。
【図５】太陽電池モジュールの断面を示す図である。
【図６】太陽電池モジュールの製造過程における断面図である。
【図７】太陽電池モジュールの製造過程における断面図である。
【図８】タンデム型の太陽電池モジュールの断面図である。
【図９】レーザービーム照射ステップの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１      太陽電池モジュール
２      透明基板
３      導電性透明電極膜
４      シリコン薄膜系半導体膜層
５      金属電極膜
６      両端部
７      両岸
８      重ね合わせ部分
９      スリット
１０    加工方向中心線
１２    上底
１３    下底
１４    セル
１５    分離溝
１６    分離溝
１７    分離溝
２２    レーザービーム
２３    シリンドリカル凹レンズ
２４    シリンドリカル凸レンズ
２５    ミラー
２６    対物レンズ
２７    基板
２９    ＸＹ−ステージ
【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４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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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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【図９】
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