JP2001150161A - 膜体のレーザ加工装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は基板に設けられた膜体をレーザ加
工する際に、基板を透過したレーザ光によって不要な加
工が行われるのを防止したレーザ加工装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】 透光性の基板に設けられた膜体をレーザ
光によって加工する膜体のレーザ加工装置において、Ｙ
テーブル１６と、このＹテーブルに設けられ上記基板を
Ｙテーブルの板面から所定間隔離間した状態で保持する
保持部材３２ａ〜３２ｄと、上記膜体をレーザ加工する
レーザ光を出力するレーザ発振器１１と、上記保持手段
によって上記載置テーブルに保持された基板の膜体に対
して上記レーザ発振器から出力されたレーザ光を相対的
に走査させる駆動源１９，２１とを具備したことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は透光性の基板に設
けられた膜体をレーザ光によって加工する膜体のレーザ
加工装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、太陽電池モジュールは、図５に
示すようにガラス製の基板１の一方の板面のほぼ全体に
わたってＳＩＯ_２ 膜２が設けられ、このＳＩＯ_２ 膜
２に膜体としての透明導電膜３、半導体層４及び裏面電
極層５が順次積層形成される。

【０００３】透明導電膜３、半導体層４及び裏面電極層
５はそれぞれレーザ光によって帯状にスクライブされ
る。つまり、透明導電膜３は第１の分断溝６によって帯
状に分断され、半導体層４は第２の分断溝７によって帯
状に分断される。さらに、半導体層４と裏面電極層５と
は第３の分断溝８によって分断される。

【０００４】それによって、上記基板１には透明導電膜
３と裏面電極層５とによって帯状に分割された半導体層
４が電気的に直列に接続された複数のセル９が形成され
る。なお、図示しないがセル９は封止部材によって液密
に封止される。

【０００５】従来、上記構成の太陽電池モジュールにお
いて、第１乃至第３の分断溝６〜８によって各膜体をレ
ーザ光で分断する場合、膜体が設けられた基板を載置テ
ーブルの板面上に載置し、この載置テーブルを所定方向
に駆動することで、上記レーザ光を基板上で走査させて
膜体にレーザ加工するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして膜体をレーザ加工すると、膜体が透明導電膜の
場合には、膜体で吸収されなかったレーザ光が載置テー
ブルを照射してこの載置テーブルを加工してしまった
り、載置テーブルの板面で乱反射して透明導電膜の不要
な箇所を加工してしまうなどのことがある。

【０００７】とくに、透明導電膜をレーザ加工する場合
には、出力の高いレーザ光が用いられるから、基板を透
過したレーザ光や載置テーブルの板面で反射したレーザ
光による不要な加工が発生し易い。そして、不要なレー
ザ加工が発生すると、そのときに飛散する溶融物によっ
て基板が汚染され、不良品の発生原因になることもあ
る。

【０００８】この発明は、基板に形成された膜体をレー
ザ加工する際に、載置テーブルや基板の膜体に不要な加
工がなされることがないようにした膜体のレーザ加工装
置及びその方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、透光性の基板に設けられた膜体をレーザ光によって
加工する膜体のレーザ加工装置において、載置テーブル
と、この載置テーブルに設けられ上記基板を載置テーブ
ルの板面から所定間隔離間した状態で保持する保持手段
と、上記膜体をレーザ加工するレーザ光を出力するレー
ザ発振器と、上記保持手段によって上記載置テーブルに
保持された基板の膜体に対して上記レーザ発振器から出
力されたレーザ光を相対的に走査させる走査手段とを具
備したことを特徴とする膜体のレーザ加工装置にある。

【００１０】請求項２の発明は、上記基板は、膜体が形
成された面を上側にして上記保持手段に保持されること
を特徴とする請求項１記載の膜体のレーザ加工装置にあ
る。

【００１１】請求項３の発明は上記保持手段により保持
された基板と載置テーブルの板面との間隔は、上記レー
ザ光の光軸方向に沿う加工可能な距離よりも大きいこと
を特徴とする請求項１記載の膜体のレーザ加工装置にあ
る。

【００１２】請求項４の発明は、透光性の基板を載置テ
ーブルに保持してこの基板に設けられた膜体をレーザ光
によって加工する膜体のレーザ加工方法において、上記
基板を上記載置テーブルに、載置テーブルの板面から所
定間隔離間させて保持する工程と、載置テーブルに保持
された基板に対してレーザ光を相対的に走査させて上記
膜体をレーザ加工する工程とを具備したことを特徴とす
る膜体のレーザ加工方法にある。

【００１３】請求項１と請求項４の発明によれば、基板
を載置テーブルの板面から所定間隔離間させて保持する
ため、基板を透過して載置テーブルを照射するレーザ光
は単位面積当たりの強度が低下する。そのため、レーザ
光が載置テーブルに不要な加工をしたり、載置テーブル
で乱反射して基板の膜体に不要な加工をするなどのこと
がない。

【００１４】請求項２の発明によれば、基板を膜体が形
成された面を上側にして保持手段により保持するように
したので、加工時に発生する溶融物を除去し易くなる。

【００１５】請求項３の発明によれば、基板と載置テー
ブルとの間隔を、レーザ光の光軸方向に沿う加工可能な
範囲よりも大きくしたことで、基板を透過して載置テー
ブルを照射するレーザ光の単位面積当たりのエネルギ密
度が十分に低下し、不要な加工をすることがなくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１７】図１乃至図３はこの発明の一実施の形態を
示す。図１はレーザ光によって膜体をスクライブするた
めのレーザ加工装置の概略的構成を示し、このレーザ加
工装置はレーザ発振器１１を備えている。このレーザ発
振器１１から水平方向に出力されたレーザ光１２の光路
には３枚の半透鏡１３及び１枚の全反射鏡１４が４５度
の角度で光軸方向に沿って一列に配置されている。

【００１８】レーザ発振器１１からのレーザ光１２は、
各半透鏡１３で順次分割されるとともに、進行方向最後
の半透鏡１３を透過したレーザ光１２は上記全反射鏡１
４で反射する。それによって、レーザ光１２は４本のレ
ーザ光１２ａに分割されて進行方向が水平方向から垂直
方向へ変換される。

【００１９】光路が変換されたレーザ光１２ａは、それ
ぞれ集光レンズ１５によって集束されて後述する載置テ
ーブルとしてのＹテーブル１６上に保持された基板１を
照射するようになっている。

【００２０】上記Ｙテーブル１６はＸＹ駆動装置１７に
よってＸＹ方向に駆動されるようになっている。このＸ
Ｙ駆動装置１７は、ベース１８を有し、このベース１８
上にはＸ駆動源１９によってＸ方向に駆動されるＸテー
ブル２０及びこのＸテーブル２０上にＹ駆動源２１によ
ってＸ方向と直交するＹ方向に駆動される上記Ｙテーブ
ル１６が配置されている。

【００２１】上記各駆動源１９，２１は制御装置２２に
よって予め設定されたプログラムに基づいて駆動が制御
されるようになっている。つまり、上記Ｙテーブル１６
はベース１８上でＸ方向とＹ方向とに駆動されることに
なる。

【００２２】上記Ｙテーブル１６上には透光性を備えた
太陽電池モジュールのガラス製の基板１が後述する保持
手段３１によって保持される。この基板１には、たとえ
ば図５に示すＳＩＯ_２ 膜２上に膜体としての透明導電
膜３だけが全面にわたって形成されていて、この透明導
電膜３が分割された各レーザ光１２ａによって後述する
ようにスクライブされる。

【００２３】上記保持手段３１は、図２に示すように矩
形状のＹテーブル１６の上面の四辺に沿って立設された
所定の高さ寸法の帯板状の４つの保持部材３２ａ〜３２
ｄを有する。Ｙテーブル１６の長手方向一側に設けられ
た保持部材３２ａを除く３つの保持部材３２ｂ〜３２ｄ
の上端面には、直径寸法がこれら保持部材３２ｂ〜３２
ｄの厚さ寸法の半分以下に設定された係止ピン３３が厚
さ方向外側に位置するよう突設されている。なお、保持
部材３２ｃには２本の係止ピン３３が立設されている。

【００２４】そして、Ｙテーブル１６上に、たとえば図
示しないロボットなどによって供給される基板１は、周
辺部の下面を各保持部材３２ａ〜３２ｄの厚さ方向内側
の上端面に接合させるとともに、周辺の三側面を保持部
材３２ｂ〜３２ｄに突設された係止ピン３３に当接させ
ることで、Ｘ方向とＹ方向とに位置決めされて保持され
るようになっている。基板１を保持手段３１に供給する
場合、基板１はその一方の板面に形成された透明導電膜
３を上側にして載置される。

【００２５】上記保持部材３２ａ〜３２ｄの高さ寸法
は、集光レンズ１５によって集束される各レーザ光１２
ａの光軸方向に沿う加工可能な範囲の寸法よりも大きく
設定されている。

【００２６】すなわち、図３に示すように集光レンズ１
５によって集束されたレーザ光１２の焦点位置をｆと
し、この焦点位置ｆを基板１の上面に一致させたとき、
基板１を透過してＹテーブル１６の上面を照射するレー
ザ光１２ａのスポットＳの単位面積当たりのエネルギが
Ｙテーブル１６を加工することのない強度になるよう、
基板１とＹテーブル１６との間隔Ｄが設定されている。

【００２７】たとえば、実験によると、集光レンズ１５
の焦点距離が７５ｍｍ、レーザ発振器１１がＮｄ−ＹＡ
Ｇレーザで、その出力が３．５Ｗの場合、集光レンズ１
５の焦点位置から光軸方向に±５ｍｍ以内の範囲ではレ
ーザ光１２ａが加工可能なエネルギを持つことが確認さ
れた。

【００２８】つまり、この場合には、集光レンズ１５の
焦点位置から光軸方向に±５ｍｍ以内の範囲では、基板
１を透過したレーザ光１２ａによってＹテーブル１６が
加工されたり、Ｙテーブル１６で乱反射したレーザ光１
２ａが基板１の透明導電膜３に不要な加工を行う可能性
がある。

【００２９】したがって、集光レンズ１５の焦点位置
を、保持手段３１に保持された基板１の上面に一致させ
て透明導電膜３を加工する場合、基板１の上面とＹテー
ブル１６の上面との間隔を５ｍｍ以上、好ましくは１５
ｍｍ以上、さらに好ましくは３０ｍｍ以上となるよう、
保持部材３２ａ〜３２ｄの高さ寸法を設定することで、
基板１を透過したレーザ光１２ａにより不要な加工が行
われるのを防止できることになる。

【００３０】このような構成のレーザ加工装置によって
基板１に形成された膜体である、透明導電膜３をレーザ
光１２（１２ａ）によって所定方向に沿ってスクライブ
する場合、まず、Ｙテーブル１６上に基板１を、図示し
ないロボットなどによって図２に矢印で示すように保持
手段３１の係止ピン３３が設けられていない保持部材３
２ａ側から透明導電膜３が形成された面を上にして供給
する。そして、基板１の周辺部下面を４つの保持部材３
２ａ〜３２ｄの上面に載置し、係止ピン３３に側面を当
接させてＸ，Ｙ方向の位置決めをする。

【００３１】基板１をＹテーブル１６上に供給したなら
ば、このＹテーブル１６を位置決めし、ついでレーザ発
振器１１を作動させてレーザ光１２を出力する。レーザ
発振器１１から出力されて分割された４つのレーザ光１
２ａは集光レンズ１５によって上記基板１に形成された
透明導電膜３上に集束される。そのため、上記Ｙテーブ
ル１６を所定方向に駆動してレーザ光１２ａを透明導電
膜３上で走査させれば、この透明導電膜３がスクライブ
されることになる。

【００３２】透明導電膜３を加工して基板１を透過した
レーザ光１２ａはＹテーブル１６の上面を照射すること
になる。このレーザ光１２ａのＹテーブル１６の上面に
おける単位面積当たりのエネルギ密度は、基板１が保持
手段３１によってＹテーブル１６の上面から所定間隔離
間した状態で保持されているため、低下しいている。

【００３３】したがって、基板１を透過したレーザ光１
２ａは、Ｙテーブル１６の上面を加工することがないば
かりか、Ｙテーブル１６の上面で乱反射して基板１を照
射しても、この基板１の透明導電膜３に不要な加工をす
るということもない。

【００３４】基板１は、レーザ光１２ａによってスクラ
イブする透明導電膜３が形成された面を上にしてＹテー
ブル１６に保持されている。そのため、たとえば基板１
の上面の加工部位に向けて気体を噴射すれば、スクライ
ブによって発生する溶融物を確実かつ容易に飛散させて
除去することができる。つまり、レーザ光１２ａによる
加工で発生する溶融物が基板１に付着するのを確実に防
止することが可能となる。

【００３５】この発明は上記一実施の形態に限定され
ず、種々変形可能である。たとえば、基板１をＹテーブ
ル１６の上面に所定の間隔で離間させて保持する保持手
段は、帯板状の保持部材３２ａ〜３２ｄに限られず、図
４に示すようＹテーブル１６の上端面に段部４１が形成
された複数のピン４２を立設してもよい。

【００３６】このような構成によれば、基板１の周辺部
を上記段部４１に係合させることで、上記一実施の形態
と同様、基板１の保持及びＸ，Ｙ方向の位置決めをする
ことができる。

【００３７】なお、図示しないが、上記一実施の形態に
おいて、保持部材３２ａ〜３２ｄの上端面に係止ピン３
３を設ける代わりに段部を形成し、この段部によって基
板１の周辺部を係合保持するようにしてもよい。

【００３８】また、上記一実施の形態では透明導電膜３
をスクライブする場合について説明したが、この透明導
電膜３上に形成される半導体層４や裏面電極層５をスク
ライブする場合も、同様である。また、膜体のスクライ
ブ以外のレーザ加工にもこの発明を適用することができ
る。また、基板１上でレーザ光を走査させる手段は基板
１に代わりレーザ光をＸ、Ｙ方向に駆動して行うように
してもよい。

【００３９】

【発明の効果】請求項１と請求項４の発明によれば、透
光性の基板に設けられた膜体をレーザ光によって加工す
る場合、基板を載置テーブルの板面から所定間隔離間さ
せて保持するようにした。

【００４０】そのため、基板を透過して載置テーブルを
照射するレーザ光は単位面積当たりの強度が低下するた
め、載置テーブルに不要な加工をしたり、載置テーブル
で乱反射して基板の膜体に不要な加工をするのを防止す
ることができる。

【００４１】請求項２の発明によれば、基板を膜体が形
成された面を上側にして保持手段により保持するように
した。

【００４２】そのため、たとえば基板の上面の加工部位
に向けて気体を噴射すれば、加工時に発生する溶融物を
容易かつ確実に飛散させて除去することができるから、
溶融物が基板に付着して汚染原因となるのを防止するこ
とができる。

【００４３】請求項３の発明によれば、基板と載置テー
ブルとの間隔を、レーザ光の光軸方向に沿う加工可能な
距離よりも大きくした。

【００４４】そのため、基板を透過して載置テーブルを
照射するレーザ光の単位面積当たりのエネルギ密度を十
分に低下させることができるから、基板を透過したレー
ザ光によって載置テーブルに不要な加工をしたり、載置
テーブルで乱反射したレーザ光によって基板に不要な加
工をするのを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示すレーザ加工装置
の概略的構成図。

【図２】同じくＹテーブルの平面図。

【図３】同じくレーザ光が基板を照射する状態の説明
図。

【図４】この発明の他の実施の形態を示す保持手段の一
部分の側面図。

【図５】一般的な太陽電池モジュールの一部分を示す断
面図。

【符号の説明】

１…基板 １１…レーザ発振器 １６…Ｙテーブル（載置テーブル） １９…Ｘ駆動源（走査手段） ２１…Ｙ駆動源（走査手段） ３１…保持手段 ３２…保持部材 ３３…係止ピン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性の基板に設けられた膜体をレーザ
   光によって加工する膜体のレーザ加工装置において、 載置テーブルと、 この載置テーブルに設けられ上記基板を載置テーブルの
   板面から所定間隔離間した状態で保持する保持手段と、 上記膜体をレーザ加工するレーザ光を出力するレーザ発
   振器と、 上記保持手段によって上記載置テーブルに保持された基
   板の膜体に対して上記レーザ発振器から出力されたレー
   ザ光を相対的に走査させる走査手段とを具備したことを
   特徴とする膜体のレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 上記基板は、膜体が形成された面を上側
   にして上記保持手段に保持されることを特徴とする請求
   項１記載の膜体のレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 上記保持手段により保持された基板と載
   置テーブルの板面との間隔は、上記レーザ光の光軸方向
   に沿う加工可能な距離よりも大きいことを特徴とする請
   求項１記載の膜体のレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 透光性の基板を載置テーブルに保持して
   この基板に設けられた膜体をレーザ光によって加工する
   膜体のレーザ加工方法において、 上記基板を上記載置テーブルに、載置テーブルの板面か
   ら所定間隔離間させて保持する工程と、 載置テーブルに保持された基板に対してレーザ光を相対
   的に走査させて上記膜体をレーザ加工する工程とを具備
   したことを特徴とする膜体のレーザ加工方法。