(57)【要約】【課題】  集積型薄膜太陽電池の溝加工において、加工すべき薄膜が厚くても一定した線幅のきれいなスクライブラインを直線的に形成できる溝加工ツールを提供する。【解決手段】  棒状のボディ１０と、ボディ１０の先端に形成された刃先領域１１とからなり、刃先領域１１は長方形の底面１２と、底面１２の長手方向の辺から底面１２に対して直角に立ち上がる互いに平行な左側面１３および右側面１４と、底面１２の幅方向の辺に沿って刃先領域１１の前面側もしくは後面側の少なくともいずれか一方側に形成された刃先部１６とからなり、刃先部１６は、底面１２の端縁にて斜め上方に向かって傾斜する第１刃面１８と、第１刃面１８に対して鋭角に交わる第２刃面１９とから刃先が形成されている構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のボディと、ボディの先端に形成された刃先領域とからなり、
刃先領域は長方形の底面と、底面の長手方向の辺から底面に対して直角に立ち上がる互いに平行な左側面および右側面と、底面の幅方向の辺に沿って刃先領域の前面側もしくは後面側の少なくともいずれか一方側に形成された刃先部とからなり、
前記刃先部は、底面の端縁にて斜め上方に向かって傾斜する第１刃面と、第１刃面に対して鋭角に交わる第２刃面とから形成されている溝加工ツール。
【請求項２】
前記第１刃面と第２刃面とによって形成される刃先の角度が３０〜８５度である請求項１に記載の溝加工用ツール。
【請求項３】
前記第１刃面の底面に対する傾斜角度が１〜３０度である請求項１または請求項２に記載の溝加工ツール。
【請求項４】
前記刃先領域の底面並びに刃先部の幅が３０〜５０００μｍであり、第１刃面の長さが５〜４０μｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の溝加工ツール。
【請求項５】
前記請求項１〜４に記載された溝加工ツールを用い、
前記溝加工ツールの第１刃面を加工対象の薄膜の表面に接触させた状態で、前記溝加工ツールを薄膜の表面に沿って移動させる溝加工方法。
【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系太陽電池やアモルファスＳｉ太陽電池等の集積型薄膜太陽電池を製造する際の溝加工に用いる溝加工ツール、および、当該溝加工ツールを用いた溝加工方法に関する。
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】
カルコパイライト化合物半導体等を光吸収層として用いる薄膜太陽電池では、基板上に複数のユニットセルを形成し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１上に、プラス側の下部電極となるＭｏ電極層２をスパッタリング法によって形成した後、光吸収層形成前の薄膜太陽電池基板に対して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（Ｐ１工程）。
【０００４】
その後、図６（ｂ）に示すように、Ｍｏ電極層２上に、化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層３を蒸着法、スパッタリング法等によって形成し、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４をＣＢＤ法（ケミカルバスデポジション法）により形成し、その上に、ＺｎＯ薄膜からなる絶縁層５を形成する。そして、透明電極層形成前の薄膜太陽電池基板に対して、下部電極分離用の溝Ｓから横方向に所定距離はなれた位置に、スクライブ加工によりＭｏ電極層２にまで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する（Ｐ２工程）。
【０００５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜からなる上部電極としての透明電極層６を形成し、光電変換を利用した発電に必要な各機能層を備えた太陽電池基板とし、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２にまで到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する（Ｐ３工程）。
【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、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、メカニカルスクライブ法が用いられている。
【０００７】
メカニカルスクライブ法は、例えば特許文献１および２で開示されているように、先端が先細り状となった金属針（ニードル）等の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、電極分離用の溝を加工する技術である。
【０００８】
特許文献１および２に開示されているようなメカニカルスクライブ法では、溝加工ツールの刃先の形状を先細りの針状にしてあるが、厳密には、薄膜太陽電池に圧接される部分は接触面積を広くするために平らとなるように先端が略水平にカットされている。すなわち、図７に示すように、先端部分７１を円錐台状にし、底面７２を平らにしてある。このような形状の溝加工ツール７を、薄膜太陽電池基板の溝を形成すべき薄膜に押しつけながら、スクライブ予定ラインに沿って移動させることで、溝加工を行うようにしている。
【０００９】
先端部分が円錐台状の溝加工ツールを用いた場合、溝の近傍の薄膜が不規則に大きく剥がれてしまい、不必要な部分まで除去してしまうことがあり、太陽電池の性能および歩留まりが低下するといった問題点があった。また、溝加工ツールの使用に伴って刃先が摩耗すると、先端部分が円錐台状であるため刃先の径が大きくなり、その結果、スクライブされる溝幅が次第に広くなってしまうことになる。そのため、同じ刃先を長期間使用しつづけることや、研磨して繰り返し使用することができなかった。
【００１０】
そこで、このような問題点に鑑み、本出願人は先に特許文献３で示すような溝加工ツールを提案した。
図８は、上記特許文献３で開示されている溝加工ツールを示す斜視図である。この溝形成ツール８はスクライブ装置への取付部となる円柱状のボディ８１と、その先端部分に一体的に形成された刃先領域８２とからなり、超硬合金または焼結ダイヤモンド等の硬質材料で造られている。刃先領域８２は、長方形の底面８３と、底面８３の短手方向の端辺から直角に立ち上がった前面８４並びに後面８５と、底面８３の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに平行な面をなす左、右側面８８、８９とからなる。底面８３と前、後面８４、８５とによって形成される角部がそれぞれ刃先８６、８７となる。
【００１１】
このような溝加工ツール８によれば、刃先部分の左右側面が平行な面になるようにしてあるので、刃の左右幅の寸法に変化が生じることがなく、摩耗した後であっても刃の左右幅は一定であり、スクライブされる溝幅を維持することができる。
また、溝加工ツールの前面８４または後面８５を太陽電池基板の表面に対して進行方向側に傾斜させることにより、前面８４または後面８５と、底面８３とによって形成される角部、すなわち刃先８６または刃先８７が点接触に近い線接触で太陽電池基板に接触して薄膜の剥離をスムーズに行うことができ、直線状できれいなスクライブラインを形成することができるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−０９４０８９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１５３５６号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１０／０９８３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の一般的なカルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池では、図６におけるＣＩＧＳ光吸収層３の厚みがＺｎＳ薄膜バッファ層４並びにＺｎＯ絶縁層５を含めて約２μｍ程度であり、その上層のＺｎＯ：Ａｌ透明電極層６の厚みが約１μｍ程度であった。最近のカルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池では、光電変換効率向上の観点から膜厚の最適化等の検討がなされ、光電変換層の厚みや透明電極層の厚みを従来よりも厚くしたものが製造されるようになっている。例えば透明電極層６の厚みが２μｍ、あるいはそれ以上のものも多くなっている。透明電極層６の厚みが約１μｍ程度であるときには、図８に示した溝加工ツールで溝部分の剥離を問題なく行うことができていたが、透明電極層６の厚みが２μｍあるいはそれ以上になって剥離すべき溝部分の膜厚が厚くなるにつれて、図８の溝加工ツールでも、溝の近傍の薄膜が剥離してしまうという問題点があった。
【００１４】
例えば図６（ｃ）に示したＰ３工程で溝Ｍ２を形成するときに剥離範囲が広がると、隣接する溝Ｍ１との間の透明電極層６が剥離してしまうことになった。このような不具合を防止するためには、溝Ｍ１と溝Ｍ２との距離を十分に長くとって、溝Ｍ２の加工時に剥離範囲が溝Ｍ１まで達しないようにすればよいが、その場合には実質的に発電に利用できる領域（発電用面積）が減少することになり、太陽電池としての光電変換効率の向上がはかれない。
このことは、Ｐ３工程以外の溝加工の工程でも同じであり、要するにパターニングの溝幅を小さくすることができ、剥離の少ない溝加工を行うことが望ましい。
【００１５】
そこで本発明は、集積型薄膜太陽電池等の表面に薄膜が形成された基板における電極膜や光吸収層等の薄膜に溝を加工する際に、加工すべき薄膜が厚くても一定した線幅のきれいなスクライブラインを直線的に形成することのできる溝加工ツール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】
【００１６】
上記課題を解決するためになされた本発明の薄膜の溝加工ツールは、棒状のボディと、ボディの先端に形成された刃先領域とからなり、刃先領域は長方形の底面と、底面の長手方向の辺から底面に対して直角に立ち上がる互いに平行な左側面および右側面と、底面の幅方向の辺に沿って刃先領域の前面側もしくは後面側の少なくともいずれか一方側に形成された刃先部とからなる。前記刃先部は、底面の端縁にて斜め上方に向かって傾斜する第１刃面と、第１刃面に対して鋭角に交わる第２刃面とから形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溝加工ツールによれば、刃先領域の前面側（あるいは後面側）に設けられた刃先部に鋭角の刃先が形成されているので、刃先を薄膜にスムーズに食い込ませることができるとともに、刃先の上面側にある第２刃面がすくい面となって剥離した部分を上方にすくい上げて逃がすことができる。これにより、加工すべき薄膜が厚くても、スクライブラインの断絶や、不規則な薄膜の剥離が生じることなく、一定した線幅のきれいなスクライブラインを形成することが可能となる。
【００１８】
また、刃先の第１刃面が、底面の一端縁から斜め上方に傾斜して形成されているので、溝加工時にこの第１刃面を太陽電池の表面に面接触するように溝加工ツールを傾斜させて行うことにより、被加工面に対する刃先の過度な食い込みを抑制することができる。すなわち、鋭利な刃先を線接触で被加工面に押しつけると、接触部位に加わる圧力の調整が困難であるが、上記のように第１刃面を被加工面に面接触させることにより、過度の食い込みを抑制するとともに、薄膜の性状にあわせて押しつけ圧力を容易に微調整することができる。また、第１刃面はその長さが短いため、上記したような過度の食い込みを抑制しつつ、適度な切れ味を確保することができる。
【００１９】
加えて、溝加工ツールの刃先領域の左右側面が、底面の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに略平行となるように形成されているので、刃先が摩耗しても刃先の左右幅の寸法に変化が生じることがない。これにより、刃先が摩耗してもスクライブされる溝幅を同じに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る溝加工ツールの一実施例を示す斜視図。
【図２】図１に示す溝形成ツールの刃先部の拡大側面図。
【図３】図１に示す溝加工ツールの溝加工時の姿勢を示す側面図。
【図４】図３における刃先部の拡大側面図。
【図５】本発明に係る溝加工ツールの他の実施例を示す斜視図。
【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他の例を示す斜視図。
【図９】３種類の溝加工ツールによる加工例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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説明する。
図１並びに図２は、本発明に係る溝加工ツールの一実施例を示す。図１は上方から見た斜視図であり、図２は溝加工ツールの刃先部を拡大した側面図である。この溝加工ツールＡは実質的にスクライブ装置（図示外）への取付部となる四角柱状のボディ１０と、その先端部で放電加工等により一体に加工された刃先領域１１とからなる。刃先領域１１は超硬合金または焼結ダイヤモンド等の硬質材料で造られる。刃先領域１１は、細長く延びる長方形の底面１２と、底面１２の長手方向の辺から直角に立ち上がって互いに平行な対をなす左、右側面１３、１４と、底面１２の幅方向の辺に沿って刃先領域１１の前面（溝加工ツールの移動方向に向いた面）１５側に形成された刃先部１６と、底面の後端縁から直角に立ち上がる後面１７とからなる。刃先部１６は図２で詳しく示すように、底面１２の端縁近傍で斜め上方に向かって傾斜する第１刃面１８と、第１刃面１８に対して鋭角に交わる第２刃面１９と、これら第１刃面１８と第２刃面１９とによって形成される刃先２０とから形成されている。
【００２２】
第１刃面１８の底面１２に対する傾斜角度α１は１〜３０度の範囲内、好ましくは１０度程度で形成されている。傾斜角度α１を１度より大きくするのは、第１刃面１８と底面１２とを異なる面とするためである。傾斜角度α１を３０度より小さくしているのは、後述する角度α２の最小角度３０度よりも傾斜角α１が大きくなると、刃先部１６から離れるほど底面１２と第２刃面１９とが接近するようになり、折れやすくなることを防ぐためである。
【００２３】
また、第１刃面１８と第２刃面１９とによって形成される刃先２０の角度α２は、３０〜８５度の範囲内で形成され、より好ましくは強度と切れ味とのバランスを考慮して６０度に近い角度に形成されている。
さらに、刃先領域１１の底面１２の左右幅Ｌ１は３０〜８０μｍが好ましいが、要求されるスクライブの溝幅に合わせて３０〜５０００μｍとすることができる。この底面の端縁に連なって形成される第１刃面１８の長さＬ２は５〜４０μｍが好ましい。なお、溝加工ツールＡのボディ１０は四角柱に限らず、円柱状や多角形で形成することも可能である。
【００２４】
上記した溝加工ツールＡを用いて加工を行う場合は、図３並びに図４に示すように、刃先部１６を移動方向に向けた状態で、かつ、太陽電池基板Ｗに対して刃先部１６の第１刃面１８が太陽電池基板Ｗの表面に面接触するように溝加工ツールＡを傾斜させた状態、すなわち、第１刃面の傾斜角度である１０度だけ溝加工ツールＡを移動方向側に傾斜させてスクライブ装置（図示外）に取り付ける。この後、溝加工ツールＡを太陽電池基板Ｗの表面に押しつけながら太陽電池基板Ｗに対して相対的に移動させることにより、先に述べた溝Ｍ１や溝Ｍ２を加工する。
【００２５】
この溝加工時において、加工される溝幅、すなわち、スクライブラインの線幅を一定に維持して製品としての設計上予定された品質（光電変換効率等）の実現および品質の均一性をよくするためには、薄膜の剥離度合を一定にする必要がある。
本発明の上記溝加工ツールＡでは、刃先領域１１の前面に設けられた刃先２０が鋭角で形成されているので、刃先２０の上面側にある第２刃面１９がすくい面となって剥離した部分を図４の矢印で示すように上方にすくい上げて逃がすことができる。これにより透明電極層６が２μｍ、あるいはそれ以上の厚みの溝加工であっても（それより薄い膜厚の溝加工であっても）、スクライブラインの断絶や、不規則な薄膜の剥離の発生を抑えて一定の線幅のきれいなスクライブラインを直線的に形成することが可能となる。
【００２６】
また、刃先部１６の第１刃面１８が、底面１２の一端縁から斜め上方に傾斜して形成されているので、溝加工時にこの第１刃面１８を太陽電池基板Ｗの表面に面接触するように溝加工ツールＡを傾斜させて行うことにより、第１刃面１８を被加工面に面接触させることになり、押しつけ圧力を容易に微調整することができ、過度な集中荷重が加わることを防止できる。また、第１刃面１８はその長さが５〜４０μｍと短いため、適度な圧力を加えて切れ味を確保することができる。
【００２７】
また、溝加工ツールＡの刃先領域の左、右側面１３、１４が、底面１２の長手方向の端縁から直角に立ち上がって互いに平行となるように形成されているので、刃先２０が摩耗しても刃先２０の左右幅の寸法に変化が生じることがない。これにより、刃先が摩耗したり研磨した後であっても、スクライブされる溝幅を同じに維持することができる。
【００２８】
図９は３種類の溝加工ツールによる図６（ｃ）に示したＰ３工程での加工例を示す図であり、図９（ａ）は図７に示した先細りの円錐台状の溝加工ツールによる加工状態、図９（ｂ）は図８に示した溝加工ツールによる加工状態、図９（ｃ）は図１に示した本発明の溝加工ツールＡによる加工状態を示す図である。図において黒い部分は透明電極層６、白い帯状部分がＭ２の溝部分、不規則な斑状の部分は透明電極層６が剥離した部分である。
不規則な斑状の剥離部分の最大幅を測定したところ、最大剥離幅は図９（ａ）で２０６μｍ、図９（ｂ）で１５７μｍ、図９（ｃ）で７９μｍであり、本発明の溝加工ツールＡによれば剥離を抑えることができた。
【００２９】
本発明において、上記実施例では、刃先部１６は刃先領域の前面（もしくは後面）に設けた例を示したが、図５に示すように刃先領域１１の前後両方に刃先部１６、１６を形成してもよい。これにより、一方が摩耗または破損すれば、溝加工ツール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することができる。
【００３０】
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の構造のみに特定されるものでなく、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】
【００３１】
本発明は、薄膜太陽電池や有機ＥＬパネル等の基板の表面に形成された薄膜の溝加工用のツールに適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
Ｗ  太陽電池基板
Ａ  溝加工ツール
１０  ボディ
１１  刃先領域
１２  刃先領域の底面
１３  刃先領域の左側面
１４  刃先領域の右側面
１５  刃先領域の前面
１６  刃先部
１８  第１刃面
１９  第２刃面
２０  刃先
【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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【図９】
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