(57)【要約】      （修正有）【課題】光起電モジュールの酸化亜鉛製の前側電極層をパターン加工するための方法を提供する。【解決手段】光起電モジュールの製造時に透明な電気絶縁性の基板２上に成膜された酸化亜鉛製の前側電極層３をパターン加工するために、赤外放射を発する短いパルス幅のパルス状固体レーザ１３が使用される。特に、５００ｎｓ未満の短いパルス幅を有するパルス状のレーザであって、赤外放射を発するレーザ１３が使用される。好ましくは、前記レーザ１３のパルス幅が、２００ｎｓ未満である。また、好ましくは、前記レーザが、ＣＷポンプ式であり、パルスの生成が、クオリティ・スイッチ・モードで行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な電気絶縁性の基板（２）上に成膜された酸化亜鉛製の前側電極層（３）上に半導体層（４）および後ろ側電極層（５）を有しており、パターン加工された前側電極層（３）を備える直列接続のセル（Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎ、Ｃｎ＋１）を形成すべく半導体層（４）および後ろ側電極層（５）がパターン加工されている光起電モジュール（１）を製造するために、前側電極層（３）を固体レーザ（１３）でパターン加工するための方法であって、
５００ｎｓ未満の短いパルス幅を有するパルス状のレーザであって、赤外放射を発するレーザ（１３）が、前記前側電極層（３）のパターン加工に使用されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記レーザ（１３）のパルス幅が、２００ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パルス幅が、５０ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ（１３）のパルス幅が、２０ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザが、ＣＷポンプ式であり、パルスの生成が、クオリティ・スイッチ・モードで行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１０６４ｎｍの波長を有するネオジムドープの固体レーザが使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ネオジムドープのイットリウム・バナデート・ガーネット・レーザまたはイットリウム・アルミニウム・ガーネット・レーザが使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
レーザビーム（１２）が、前記前側電極層（３）をパターン加工するために、前記透明な基板（２）を通って前記前側電極層（３）へと集束させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
レーザビーム（１２）が、前記前側電極層（３）をパターン加工するために、層側から前記前側電極層（３）へと集束させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記前側電極層（３）のパターン加工の際に除去される酸化亜鉛の過剰材料が、抽出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の冒頭部分に記載の光起電モジュールの製造において透明な電気絶縁性の基板上に成膜された酸化亜鉛製の前側電極層を固体レーザでパターン加工するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電モジュールの製造においては、透明な電気絶縁性の基板（例えば、ガラス板）上の大きな面積を覆って３つの機能層、すなわち透明な前側電極層、半導体薄膜層、および後ろ側電極層が成膜される。
【０００３】
これらの一枚岩の層から直列接続されたセルを形成するために、これらの層が、例えばレーザ、機械的な方法、または化学的な手段による分割線によってパターン加工される。
【０００４】
前側電極層をパターン加工するための分割線または溝は、一般にレーザ照射によって形成される。その結果、当初の一枚岩の前側電極層が、互いに電気的に隔離された個々の帯へと分割される。
【０００５】
前側電極層は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化すず（ＳｎＯ２）など、透明な導電性の金属酸化物からなっている。
【０００６】
酸化すずは赤外範囲のレーザ光を吸収するため、酸化すず製の前側電極層は、典型的には、１０６４ｎｍの波長の赤外放射を発するネオジムドープのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）固体レーザまたはネオジムドープのイットリウム・バナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ４）固体レーザでパターン加工される。
【０００７】
酸化亜鉛は紫外範囲のレーザ光を吸収するため、酸化亜鉛製の前側電極層のパターン加工に使用されるレーザは、典型的には、３５５ｎｍの波長の第３高調波周波数を有するＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザである。
【０００８】
例えばシリコン薄膜である半導体層のパターン加工は、やはり、典型的には、レーザ技術によって行われる。使用されるレーザは、５３２ｎｍの波長の第２高調波周波数を有するＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザであり、その理由は、シリコン薄膜が、透明な前側電極層に比べ、この波長において高い光学的吸収を有するからである。
【０００９】
後ろ側電極層のパターン加工には、機械的な方法（リフトオフ技法）およびレーザプロセスが使用される。機械的な方法においては、例えば後の後ろ側電極層の成膜時に半導体層をマスクする媒体が、半導体層へと塗布される。続くリフトオフプロセスにおいて、マスキング媒体が、例えば水ジェットによって機械的に、上方の後ろ側電極層と一緒に取り除かれる。その結果、後ろ側電極層が、個々の帯へと分離される。しかしながら、後ろ側電極層のパターン加工をレーザで行うことも可能である。後ろ側電極層のパターン加工に典型的に使用されるレーザは、第２高調波周波数（５３２ｎｍ）を有するＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザである。
【００１０】
第３高調波周波数のネオジムドープの固体レーザは、１０６４ｎｍの基本波長を有するネオジムドープの固体レーザと比べてコストが大幅に高いため、酸化亜鉛製の前側電極層のレーザによるパターン加工は、酸化すず製の前側電極層のレーザによるパターン加工よりも何倍も高価である。さらに、第３高調波周波数を有する固体レーザは、経時劣化する第３高調波周波数生成用の結晶をずらすことによって定期的に保守を行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】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、光起電モジュールの工業生産において、酸化亜鉛で製作された前側電極層のパターン加工のコストを大幅に削減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、本発明によれば、赤外放射を発するレーザであって、５００ｎｓ未満の短いパルス幅を有するパルス状のレーザを用いて酸化亜鉛製の前側電極層をパターン加工することによって達成される。
【００１３】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、赤外範囲のレーザ光を吸収しないが、透明な基板（例えば、ガラス板）上に成膜された酸化亜鉛の層を、驚くべきことに、とくには前側電極層をパターン加工すべくレーザビームを透明な基板を通して前側電極層に集束させた場合に、赤外発光レーザの短いレーザパルスによってパターン加工することができる。レーザパルスの短いパルス幅ゆえに、最初にレーザパワーが透明な基板と酸化亜鉛層との間の界面に投入される。この界面の酸化亜鉛材料の或る割合が、レーザパワーによって気化する一方で、レーザパワーの残りの部分が、酸化亜鉛を部分的に融解させる。その結果、レーザの焦点において加熱された酸化亜鉛材料が、蒸気圧によって基板の表面から吹き飛ばされ、いずれにせよ熱機械的に除去される。
【００１４】
前側電極層のパターン加工の際に除去される酸化亜鉛の過剰材料は、好ましくは、酸化亜鉛の過剰材料をフィルタ設備へと運ぶレーザダスト抽出装置によって抽出される。このようにして、レーザによって形成される分割線または溝の酸化亜鉛が除去または融除され、元の一枚岩の酸化亜鉛層が、機械的および電気的に分離された個々の帯へと分割される。
【００１５】
ここで、酸化亜鉛製の前側電極層を、赤外放射を発するレーザであって、５００ｎｓ未満のパルス幅を有する短パルスレーザを用いてパターン加工する必要があることが、明らかになっている。すなわち、最大で９００ｎｓのより大きなパルス幅を有するＮｄ：ＹＡＧレーザは、酸化亜鉛材料を部分的に溶かすが、酸化亜鉛材料を残留物を残すことなく分割線から取り除くことはできない。
【００１６】
本発明に従って使用されるレーザは、赤外放射を発し、すなわち少なくとも８００ｎｍ、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長を有する放射を発し、とくには近赤外範囲で発光する固体レーザが使用される。固体レーザは、ファイバレーザまたはディスクレーザであってもよい。
【００１７】
固体レーザは、好ましくはイットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）レーザである。代わりに、ホスト結晶が、例えばＹＡＧであってもよい。ネオジムをドーピングに使用することが好ましく、すなわち１０６４ｎｍの波長の固体レーザを使用することが好ましい。また、レーザのドーピングに、エルビウム、イッテルビウム、または他の元素を使用することも可能である。ネオジムドープのイットリウム・バナデート・レーザ（Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ）またはネオジムドープのＹＡＧレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）が、とくに好ましい。
【００１８】
パルス状のレーザのパルスのパルス幅は、通常は、２００ｎｓ未満である。このようにして、酸化亜鉛製の前側電極層を、例えば、１〜５０ｎｓ、とくには５〜２０ｎｓのパルス幅を有し、１０６４ｎｍの基本波長を有しているＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザを使用してパターン加工することができる。また、最大で約１００ｎｓのパルス幅を有しているいわゆる長パルスＹＶＯ４固体レーザを、パターン加工に使用することも可能である。１０６４ｎｍの基本波長を有しているＮｄ：ＹＶＯ４固体レーザのレーザ放射が、理想的には、透明な基板を通して酸化亜鉛層へと集束させられる。しかしながら、代案として、レーザ照射を酸化亜鉛製の前側電極層へと直接集束させてもよい。
【００１９】
このようにして、本発明によれば、一体に直列接続される電気的に分離した太陽電池を生成するために、例えば幅が１０〜１００μｍである狭い分割線を酸化亜鉛製の前側電極層に形成することができる。
【００２０】
例えばＮｄ：ＹＶＯ４レーザの基本波による酸化亜鉛製の前側電極層のパターン加工は、好ましくは、ＣＷ（連続波）ポンプ式のクオリティスイッチ（Ｑスイッチ）モードで行われる。酸化亜鉛層に投入されるレーザパワーを、例えばガラス板である基板を傷めることなく分割線の酸化亜鉛を除去することができるように制御することができる。
【００２１】
以下で、本発明を、図面を参照しつつ例としてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光起電モジュールの断面を概略的に示している。
【図２】図２ａおよび図２ｂは、モジュールのパターン加工された前側電極層の製造を、断面にて概略的に示している。
【図３】図１による個々のセルＣ１およびＣ２の直列接続を、断面にて概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１によれば、光起電モジュール１が、透明な基板２（例えば、ガラス板）を有しており、基板２上に３つの機能層、すなわち透明な前側電極層３、半導体薄膜層４、および後ろ側電極層５が、順に成膜されている。
【００２４】
モジュール１は、電流の流れの方向Ｆに対して垂直に延びる個々の帯状のセルＣ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎ、Ｃｎ＋１を直列に接続して備えている。この目的のため、前側電極層３が分割線６によって、半導体層４が分割線７によって、後ろ側電極層５が分割線８によって中断され、すなわちパターン加工されている。
【００２５】
したがって、図１によれば、１つのセルＣ１、Ｃｎの後ろ側電極層５が、半導体層４の分割線７によって隣のセルＣ２、Ｃｎ＋１の前側電極層３に接触しており、１つのセルＣ１、Ｃｎの負極を隣のセルＣ２、Ｃｎ＋１の正極に接続している。
【００２６】
光起電モジュール１によって生成される電流が、最も外側のセルＣ１、Ｃｎ＋１上のコンタクト９、１０によって集められる。コンタクト１１、１２を備えているモジュール１の後部には、プラスチックまたは他の電気絶縁性の材料で製作された後ろ保護（図示せず）が設けられる。
【００２７】
図３は、隣り合う２つのセルの直列接続を、図１によるセルＣ１およびＣ２の例によって示している。
【００２８】
直列接続されたセルＣ１およびＣ２は、以下のように製造される。
【００２９】
前側電極層３としての酸化亜鉛で覆われたガラス基板２から出発し、図２ａに従い、赤外放射を発するパルス状レーザ１３（とくには、１０６４ｎｍの波長および５〜２０ｎｓの間のパルス幅を有するＮｄ：ＶＯ４レーザ）のレーザビーム１２を集束させることによって、すなわちガラス基板２と酸化亜鉛層３との間の界面に投入されるレーザパワーで酸化亜鉛を融解および気化させることによって、図２ｂに従って前側電極層３をパターン加工するための分割線６が形成される。そのようにする際、レーザビーム１２は、ガラス基板２を通って前側電極層３へと集束させられる。これにより、例えば約５０μｍの幅を有する分割線６が形成される。前側電極層３をパターン加工するために、透明な基板２を通す代わりに、レーザビームを直接、すなわち前側電極層３の基板２に面している側、すなわち層側に集束させることも可能である。
【００３０】
次いで、このようにしてパターン加工された前側電極層３上に、例えば非晶質、ナノ結晶、マイクロ結晶、または多結晶シリコンで製作され、あるいは例えばテルル化カドミウムなどといった別の半導体材料で製作される半導体層４が成膜され、次いで半導体層４が分割線７によってパターン加工される。パターン加工後の半導体層４上に、好ましくは金属製の後ろ側電極層５が成膜され、次いで後ろ側電極層５が、分割線８によってパターン加工される。
【符号の説明】
【００３１】
１  光起電モジュール
２  ガラス基板
３  前側電極層（酸化亜鉛層）
４  半導体薄膜層
５  後ろ側電極層
６  分割線
７  分割線
８  分割線
９  コンタクト
１１  コンタクト
１２  レーザビーム
１３  パルス状レーザ
【図１】
2009239281.tif 000003
【図２】
2009239281.tif 000004
【図３】
2009239281.tif 000005