(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板の片面に積層した薄膜を、その薄膜形成面の反対側から透光性絶縁基板に入射するレーザビームでパターニングして薄膜太陽電池を得る製造装置において、
透光性絶縁基板の周縁部のみを支持するステージと、このステージに置かれた透光性絶縁基板を平坦な状態に保持する保持機構とを備え、
前記ステージは、くり抜き凹部を設けて透光性絶縁基板の周縁部に対応させた基板周縁支持部を備え、
前記保持機構は、前記くり抜き凹部に設けられた脚部と、該脚部に組み合わされ透光性絶縁基板を支持する基板支持部とを備え、
前記脚部および前記基板支持部は、前記脚部の底面から前記基板支持部の上端までの高さを調整して透光性絶縁基板を保持する高さを調整する高さ調整機構を介して組み合わされていること
を特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項２】
前記基板支持部は、軟質材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項３】
前記ステージ上に置かれた透光性絶縁基板の前記基板周縁支持部に対応する上面側周縁部に、レーザビームを遮断するためのマスクが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項４】
透光性絶縁基板の周縁部を前記マスクで保持するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項５】
レーザビームのパターニングにより発生する加工残滓を前記くり抜き凹部の底部中央に連通する集塵ダクトに接続した集塵機によって集塵する集塵システムを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の薄膜太陽電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積型の薄膜太陽電池の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜太陽電池は、一般に、ガラス等の透光性絶縁基板上に、透明導電膜、非晶質半導体光電変換層（以下、光電変換層という）、及び裏面電極を順に積層して構成されており、その各層（薄膜）はそれぞれ熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等の方法で形成されている。
【０００３】
また、集積型の薄膜太陽電池は、レーザビームを用いて直列接続パターンを形成するのが一般的である。その集積構造は、透光性絶縁基板上に透明導電膜を短冊状に形成し、その上に光電変換層及び裏面電極を順に積層した後、１つの透明導電膜、光電変換層、裏面電極からなる単位太陽電池（ユニットセル）の透明導電膜が、隣接する単位太陽電池の裏面電極と接触する構造となるように、その両電極及び光電変換層のパターンを形成するという手順で作製される。
【０００４】
そして、以上のような集積型薄膜太陽電池の製造において、透光性絶縁基板上に形成した透明導電膜のパターニング（短冊状に分割）は、ＹＡＧ基本波レーザ装置からのレーザビームを透光性絶縁基板に薄膜形成面の反対側から入射させて行っており、また、光電変換層及び裏面電極のパターニングは、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ装置からのレーザビームを、同様に透光性絶縁基板に入射させて行っている。このように、光電変換層及び裏面電極のパターニングにＹＡＧ−ＳＨＧレーザビームを用いている理由は、ＹＡＧ基本波レーザの第２高調波であるＹＡＧ−ＳＨＧレーザビーム（波長：０．５３２μｍ）は、光電変換層の下地にある透明導電膜を透過し、その透明導電膜に損傷を与えずに加工を行える点にある。
【０００５】
なお、ＹＡＧ基本波レーザ装置と、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ装置とは、発振器並びに光学系がそれぞれＹＡＧ基本波用、ＹＡＧ−ＳＨＧ用であること以外は、ほぼ同じ装置構成である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、薄膜太陽電池の製造において、レーザビームによるパターニングを安定した状態で行うには、レーザビームの加工焦点を常に適正に保つことが望ましい。しかし、実際の場合、ガラス基板等の透光性絶縁基板は、厚みのばらつきと反りがあり、さらに、透光性絶縁基板の大面積化を進めるほど基板の撓みが大きくなるため、レーザビームの加工焦点を適正値に保つことは簡単でない。
【０００７】
また、薄膜太陽電池の製造においては、透過性絶縁基板を支持するステージがレーザビーム照射により損傷することを避けるために、透過性絶縁基板の周縁部のみを支持する構造のステージが用いられているが、このようなステージを用いても、透過性絶縁基板の周縁部を支持する部分にレーザビームが当たって損傷してしまい、その支持部分の機械的精度を維持できなくなるため、加工焦点に関する問題は依然として残る。また、透過性絶縁基板の周縁部のみを支持する場合、透過性絶縁基板が大型化すると、透過性絶縁基板が撓むか、あるいは反ってしまい、適正なレーザビームの加工焦点が得られなくなる。
【０００８】
ここで、薄膜太陽電池の製造において、レーザビームでパターニングされた薄膜は加工残渣となって飛散する。この加工残滓は、非常に微細な粉塵であり、これをそのまま放置することは作業環境を悪化させる上に、加工残滓はレーザ装置の光学系をはじめとする設備や製品に悪影響を与える。
【０００９】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたもので、レーザビームの加工焦点を常に適正に保つことのできる機構を備えた薄膜太陽電池の製造装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造装置は、透光性絶縁基板の片面に積層した薄膜を、その薄膜形成面の反対側から透光性絶縁基板に入射するレーザビームでパターニングして薄膜太陽電池を得る製造装置において、透光性絶縁基板の周縁部のみを支持するステージと、このステージに置かれた透光性絶縁基板を平坦な状態に保持する保持機構とを備え、前記ステージは、くり抜き凹部を設けて透光性絶縁基板の周縁部に対応させた基板周縁支持部を備え、前記保持機構は、前記くり抜き凹部に設けられた脚部と、該脚部に組み合わされ透光性絶縁基板を支持する基板支持部とを備え、前記脚部および前記基板支持部は、前記脚部の底面から前記基板支持部の上端までの高さを調整して透光性絶縁基板を保持する高さを調整する高さ調整機構を介して組み合わされていることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明の製造装置によれば、透光性絶縁基板が置かれるステージを、基板周縁部を支持する構造としているので、レーザビーム照射によりステージ表面が損傷することを防止することができる。また、透光性絶縁基板を平坦な状態に保持する保持機構を設けているので、ステージ上に置いた透光性絶縁基板の撓み・反りを矯正することができ、常に適正な加工焦点を得ることができる。また、脚部および基板支持部は、脚部の底面から基板支持部の上端までの高さを調整して透光性絶縁基板を保持する高さを調整する高さ調整機構を介して組み合わされていることから、簡単な構成で微調整が可能となり、精度の高い加工焦点を得ることができる。
【００１２】
ここで、本発明の製造装置に用いる前記基板支持部は、軟質材料で構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記ステージ上に置かれた透光性絶縁基板の前記基板周縁支持部に対応する上面側周縁部に、レーザビームを遮断するためのマスクが設けられていることから、レーザビームの照射が避けられない部分つまりステージの基板周縁支持部の損傷を防止することができる。
【００１４】
また、透光性絶縁基板の周縁部を前記マスクで保持するように構成されていることから、設備の簡略化をはかることができる。
【００１５】
本発明の製造装置において、レーザビームのパターニングにより発生する加工残滓を前記くり抜き凹部の底部中央に連通する集塵ダクトに接続した集塵機によって集塵する集塵システムを備えていることから、作業領域での加工残滓の飛散を減少させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は集積型の薄膜太陽電池の外観図、図２はその薄膜太陽電池の模式的断面図であり、以下、この図１及び図２を参照しつつ、薄膜太陽電池の製造方法の一例を説明する。
【００１８】
まず、ガラス基板（透光性絶縁基板）１として、透明導電膜があらかじめ形成されたものを用いる。このガラス基板１には、透明導電膜２がガラス板の片側表面と周端面の全面に形成されており、その透明導電膜２を、ＹＡＧ基本波レーザビームを用いてパターンニングすることにより、第１の開溝７を形成（スクライブ）して、透明導電膜２を複数の短冊１０・・１０に分離する。この後、ガラス基板１を純水で洗浄して光電変換層３を形成する。この光電変換層３は、Ｈｐ層、Ｈｉ層、Ｈｎ層からなり、合計の厚みは１００ｎｍから６００ｎｍ程度である。
【００１９】
次に、レーザビームを用いて光電変換層３のパターニングを行って第２の開溝８を形成する。この第２の開溝８は、第１の開溝７から所定距離だけ離れた位置に、５０μｍ〜１００μｍ程度の幅で形成する。なお、この第２の開溝８の形成に用いるレーザビームは、透明導電膜２への影響を避けるため、透明導電膜２に対する透過性が良好なＳＨＧ−ＹＡＧレーザビーム等を使用する。
【００２０】
以上の溝加工が完了した後、透明導電膜４及び裏面電極５を形成する。透明導電膜４には比抵抗が小さくて透光性が高いＺｎＯあるいはＩＴＯを用いており、また、裏面電極５には反射率の高い金属であるＡｌやＡｇを用いている。なお、透明導電膜４の膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度、裏面電極５の膜厚は５００ｎｍ〜１μｍ程度である。
【００２１】
そして、裏面電極５上にレジスト層６となる樹脂層を数μｍから数十μｍの厚さで塗布し、乾燥炉等において乾燥させる。そのレジスト層６の塗布には、スプレー方式、スピンコーターなどを採用する。次いで、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザビームを用いて、第３の開溝９を、第２の開溝８から所定距離だけ離れた位置に、５０μｍ〜１００μｍ程度の幅で形成することによって、図２に示す構造の集積型の薄膜太陽電池を得る。なお、このような構造において透明導電膜４及びレジスト膜６は省略しても構わない。
【００２２】
次に、本発明の製造装置の実施形態を図３〜図６を参照しつつ説明する。
この例の製造装置は、レーザ発振器１５、ガラス基板１が置かれるステージ１４、所定のスクライブを行うためにステージ１４を２次元方向に移動するＸテーブル１２及びＹテーブル１３、これらを支える架台１１などを主体として構成されており、ステージ１４にガラス基板１を、薄膜形成面を下に向けた姿勢で載せ、レーザ発振器１５からのレーザビーム１６をガラス基板１に照射しながら、Ｘテーブル１２及びＹテーブル１３を駆動することによって、ガラス基板１に積層した薄膜をパターニングすることができる。この例では、レーザ発振器１５として、ＹＡＧ基本波レーザ装置とＹＡＧ−ＳＨＧレーザ装置が用いられる。
【００２３】
なお、図３〜図６には、薄膜太陽電池の製造装置において、一般に取付けられているマスク機構等の記載は省略している。
【００２４】
さて、この実施形態の製造装置においては、ガラス基板１を支持する構造に特徴がある。その詳細を以下に説明する。
【００２５】
まず、この実施形態では、図４に示すように、ステージ１４に、くり抜き凹部１４ａを設けて、ガラス基板１の周縁部のみを支持する構造としている。このような構造を採用しているのは、ステージ１４の表面にレーザビームが照射された場合、そのビーム強度によってはステージ材料そのものに加工損傷が加わる点、及び、透明導電膜２あるいは光電変換層３（もしくは、それらに加えて裏面電極５等）をパターニングした際に発生する加工残滓が、ステージ１４の表面に付着して、そのステージ表面の平滑性が損なわれることを避けるためである。
【００２６】
ここで、ステージ１４を図４に示すような構造として、ガラス基板１の周縁部のみを支持するようにした場合、ガラス基板１が大型化すると、ガラス基板１に、図６の２点鎖線で示すような撓み２５が生じたり、あるいはガラス基板１が反ってしまうことがあり、このような状態になると、適正なレーザビーム加工焦点が得られなくなる。そこで、この実施形態では、ステージ１４のくり抜き凹部１４ａ内に２つの保持機構１００を設け、これら保持機構１００によって、ガラス基板１の撓み・反りを矯正し、ガラス基板１を平坦な状態に保持することにより、常に適正なレーザビーム加工焦点が得られるようにしている。
【００２７】
保持機構１００は、図６に示すように、脚部１８、基板支持部１９及び高さ調整ネジ２０を組み合わせたもので、高さ調整ネジ２０の操作により、脚部１８の底面から基板支持部１９の上端までの高さ、つまりガラス基板１の保持高さを微調整することができる。なお、保持機構１００は、レーザビームによるパターニング部分を避け、基板支持部１９にレーザビーム１６が照射されないような位置を選んで設置する。
【００２８】
以上の構造の保持機構１００において、基板支持部１９は、透明導電膜２あるいは裏面電極５の膜面に直接接触するので、基板支持部１９の材質に硬質の金属等を用いると、これらの薄膜面に損傷を与える恐れがある。薄膜面が損傷した場合、起電力が生じない等の電気的特性に悪影響を与え、また外観不良となる恐れがあるので、基板支持部１９には、薄膜面を損傷しないような軟質材料を用いる必要がある。具体的には、四弗化テフロン等の樹脂が挙げられる。なお、四弗化テフロン製の基板支持部１９を用いた場合、薄膜面に損傷を与えることなく加工を行えることが可能であった。
【００２９】
ここで、レーザビームを用いた加工においては、レーザビームを安定して発振させるために、加工中においてレーザ発振器の発振を停止しないという加工法が一般的であり、本実施形態においても、同様にレーザビームを発振したままの状態を維持して加工を行う。このため、短冊１０から短冊１０への移動過程においてもレーザビームは発振状態にあり、ガラス基板１の周縁部にもレーザビーム１６が照射され、ステージ１４の基板周縁支持部１７（図４）の表面が損傷を受けることになる。これを防止するため、本実施形態では、図５及び図６に示すように、ガラス基板１の上面側周縁部を覆うマスク２１、２２を設けている。
【００３０】
このようにマスク２１、２２を設けておくことにより、ガラス基板１の周縁部に向けてレーザビームが進行しても、その進行がマスク２１、２２によって遮断されるので、ステージ１４の基板周縁支持部１７の表面が損傷を受けることがなく、レーザビーム加工焦点に影響が及ぶことがなくなる。
【００３１】
なお、この例では、マスク２１、２２にシリンダ２３を組み合わせて、それらマスク２１、２２が、ガラス基板１の周縁部を押さえるホルダとして機能するように構成している。
【００３２】
また、レーザビームを用いた加工において、レーザビームでパターニングされた薄膜は微粒子状の加工残滓２４となって飛散する（図６参照）。これを放置することは作業環境を悪化させる上に、光学系の汚染、製品の汚染の原因ともなり好ましくない。そこで、本実施形態では、図６に示すように、ステージ１４のくり抜き凹部１４ａの底部中央に連通する集塵ダクト２６を設置し、この集塵ダクト２６に集塵機２７を接続して、パターニング時に発生する加工残滓２４を回収するという方式を採用しており、このような集塵システムにより、作業領域におる加工残滓の飛散を減少させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄膜太陽電池の製造装置によれば、透光性絶縁基板が置かれるステージを、基板周縁部のみを支持する構造とするとともに、そのステージに置かれた透光性絶縁基板を平坦に保持する保持機構を設けているので、簡単の構成のもとに、レーザビームの加工焦点を適正値に保つことができ、常に安定したパターニングを実現できる。
【００３４】
本発明の薄膜太陽電池の製造装置において、保持機構には、透光性絶縁基板を支持する高さを調整するための高さ調整機構を設けておけば、精度の高い加工焦点を得ることができる。
【００３５】
本発明の薄膜太陽電池の製造装置において、ステージ上に置かれた透光性絶縁基板の上面側周縁部に、レーザビームを遮断するためのマスクを設けておけば、ステージの基板周縁支持部の損傷を防止することができる。また、この場合、マスクを用いて透光性絶縁基板の周縁部を保持するように構成すれば、設備の簡略化をはかることができる。
【００３６】
本発明の薄膜太陽電池の製造装置において、レーザビームのパターニングにより発生する加工残滓を、透光性絶縁基板の下方側から集塵するように構成しておけば、作業領域での加工残滓の飛散を減少させることができ、これにより作業環境を保全することができるとともに、設備・製品への加工残滓の付着による悪影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】集積型の薄膜太陽電池の外観を示す平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図２】集積型の薄膜太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態の要部構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に用いるステージの構造を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に適用するマスクを模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に用いるステージの構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板（透光性絶縁基板）
２  透明導電膜
３  光電変換層（非晶質半導体光電変換層）
４  透明導電膜
５  裏面電極
６  レジスト
７  開溝
８  開溝
９  開溝
１０  短冊
１１  架台
１２  Ｘテーブル
１３  Ｙテーブル
１４  ステージ
１５  レーザ発振器
１６  レーザビーム
１７  基板周縁支持部
１００  保持機構
１８  脚部
１９  基板支持部
２０  高さ調整ネジ
２１，２２  マスク
２３  シリンダ
２４  加工残滓
２５  撓み
２６  集塵ダクト
２７  集塵機
【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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