JP2004170455A - Laser processing apparatus, laser processing system and solar cell - Google Patents

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JP2004170455A JP2002332679A JP2002332679A JP2004170455A JP 2004170455 A JP2004170455 A JP 2004170455A JP 2002332679 A JP2002332679 A JP 2002332679A JP 2002332679 A JP2002332679 A JP 2002332679A JP 2004170455 A JP2004170455 A JP 2004170455A
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laser processing
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solar cell
scanning
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Satoshi Tawara
諭 田原
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing apparatus and a laser processing system to minimize the spacing of lines processed by laser on a thin film of a solar cell or the like, and to provide a solar cell. <P>SOLUTION: The laser processing apparatus 10 is equipped with: an X-axis driving motor (table driving mechanism as the scanning mechanism) 20 to drive an X-axis stage 16; a Y-axis driving motor (table driving mechanism as the scanning mechanism) 22 to drive a Y-axis stage 18; table driving controlling mechanism (scanning and position correction mechanism) 24 to control driving of these; and a length measuring system 25 to irradiate the object with laser light and to detect the reflected light to measure the positional error in the X-axis direction and the Y-axis direction of the X-axis stage 16 and the Y-axis stage 18, respectively. Further, the apparatus is equipped with: a laser oscillator 26 to emit the laser light for processing a solar cell 12 with the laser light; and a plurality of laser optics 27 to disperse the laser light emitting from the laser oscillator 26 into a plurality of beams and to adjust the irradiation positions and directions of the laser beams onto a solar cell 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば太陽電池を構成する基板上の膜体をレーザ光によって加工するレーザ加工装置、レーザ加工システム及び太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池等の基板上の薄膜に分離溝を形成するために、従来、レーザ加工装置を用いている。
【0003】
上記従来のレーザ加工装置は、膜体である薄膜が形成された基板を保持する載置テーブルと、この薄膜をレーザ加工するレーザ光を出射するレーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されたレーザ光を前記薄膜上に走査させる走査機構とを備えている。
このレーザ加工装置は、レーザ光の照射位置が固定され、載置テーブルを水平方向(X軸及びY軸方向)に自在に移動させることによってレーザ光を走査して、薄膜の一部をレーザ光の熱で昇華させて分離溝を形成している。
【0004】
太陽電池の場合、ガラス基板上に透明電極層が成膜され、透明電極層上に太陽電池層が成膜され、太陽電池層上に裏面電極層が成膜される。各層間の絶縁処理のため、これら薄膜のそれぞれの成膜後に上記のレーザ加工装置によって膜上に分離溝の加工ラインが形成される(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−150161(第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ加工装置では、載置テーブルの位置決め誤差を考慮して、互いの加工ライン(L1、L2、L3)が交差しないよう図6に示すように各加工ラインの間隔A(=略60〜100μm)を確保しなければならないが、太陽電池の発電効率から見るとこのエリアは太陽電池の発電面積に対して無駄なエリアとなるため、発電効率の向上のためには上記の各加工ラインの間隔を小さくする必要があった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、太陽電池等の各薄膜上にレーザ加工される加工ラインの間隔を最小化するレーザ加工装置、レーザ加工システム及び太陽電池を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明のレーザ加工装置は、膜体が形成された基板を保持する載置テーブルと、前記膜体をレーザ加工するレーザ光を出射するレーザ発振器と、該レーザ発振器から出射されたレーザ光を前記膜体上に走査させる走査機構とを備えたレーザ加工装置であって、前記走査機構を制御して前記走査時の加工位置の誤差を補正する走査位置補正機構を備えていることを特徴とする。
【0009】
このレーザ加工装置は、レーザ光走査時の加工位置の誤差を補正する走査位置補正機構が備えられているので、高い位置決め精度をもってレーザ光を走査させることができる。
【0010】
本発明のレーザ加工装置は、請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記走査位置補正機構は、事前に測定した前記載置テーブルの移動誤差データに基づいて前記補正を行うことを特徴とする。
【0011】
このレーザ加工装置は、事前に測定した載置テーブルの移動誤差データに基づいて補正を行うので、走査位置の誤差が適確に補正でき、高精度な加工が可能となる。
【0012】
本発明のレーザ加工装置は、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、前記走査位置補正機構は、前記レーザ加工した加工痕の位置を測定する加工痕検出器を備え、該測定した加工痕の位置の誤差に基づいて前記補正を行うことを特徴とする。
【0013】
このレーザ加工装置は、加工痕検出器を備え、走査位置補正機構は、この検出器によるレーザ加工痕位置データに基づいて走査機構の走査位置を補正するので、実際の加工痕から得られた誤差データにより、より高精度な補正が可能となる。
【0014】
本発明のレーザ加工装置は、請求項1から3の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記走査機構は、前記載置テーブルの移動を駆動するテーブル駆動機構を備え、前記走査位置補正機構は、前記テーブル駆動機構を制御して前記補正を行うことを特徴とする。
【0015】
このレーザ加工装置は、走査位置補正機構がテーブル駆動機構を制御して補正を行うので、比較的簡易な制御で高精度な補正が可能になる。
【0016】
本発明のレーザ加工装置は、請求項1から3の何れかに記載のレーザ加工装置であって、前記走査機構は、前記レーザ光の走査位置及び方向を調整するレーザ光学系を備え、前記走査位置補正機構は、前記レーザ光学系を制御して前記補正を行うことを特徴とする。
【0017】
このレーザ加工装置は、走査位置補正機構がレーザ光学系を制御して補正を行うので、載置テーブル側を制御する場合に比べて、応答性が高いとともに、載置テーブル側で高精度に制御できない領域でも高精度に補正することができる。
【0018】
本発明のレーザ加工装置は、請求項5に記載のレーザ加工装置であって、同時に前記レーザ加工を行う複数の前記レーザ光学系を備え、一つの前記走査位置補正機構により全ての前記レーザ光学系を同時に制御して前記補正を行うことを特徴とする。
【0019】
このレーザ加工装置は、同時に補正する1つの走査位置補正機構が備えられているので、同時に複数本の加工ラインを同様に補正して形成することができる。
【0020】
本発明のレーザ加工システムは、基板と、該基板上に成膜された第1の電極層と、該第1の電極層上に半導体で成膜された太陽電池層と、該太陽電池層上に成膜された第2の電極層とを備える太陽電池の前記各層を別々にレーザ加工して分離溝を形成する複数のレーザ加工装置から構成されるレーザ加工システムであって、前記レーザ加工装置は、請求項1から6の何れかに記載のレーザ加工装置であることを特徴とする。
【0021】
このレーザ加工システムは、請求項1から6の何れかに記載のレーザ加工装置を備えているので、太陽電池の成膜毎に分離溝(加工ライン)を個別にかつ適切に補正して加工することができる。
【0022】
本発明のレーザ加工システムは、前記太陽電池層及び前記第2の電極層の少なくとも一方をレーザ加工する前記レーザ加工装置は、請求項3に記載のレーザ加工装置であり、前記加工痕検出器で検出する加工痕は、前記第1の電極層又は前記太陽電池層の分離溝であることを特徴とする。
【0023】
このレーザ加工システムは、加工痕検出器で検出する加工痕が第1の電極層又は太陽電池層の分離溝(加工ライン)であるので、事前に加工された第1の電極層又は太陽電池層の加工ラインの実測誤差に基づいて太陽電池層又は第2の電極層の高精度な加工が可能となる。
【0024】
本発明の太陽電池は、請求項1から8の何れかに記載のレーザ加工装置又はレーザ加工システムによりレーザ加工されたことを特徴とする。
【0025】
この太陽電池は、請求項1から8の何れかに記載のレーザ加工装置又はレーザ加工システムから製造されるので、各加工ラインの間隔が小さく、発電面積の向上により高い発電効率が得られる。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す。
図において、レーザ加工装置10は、太陽電池12のガラス基板(基板)14を保持し水平方向の一方向(以下X軸方向とする)へ走査するX軸ステージ(載置テーブル)16と、X軸ステージを水平方向のX軸と直行する方向(以下、Y軸方向とする)に走査するY軸ステージ(載置テーブル)18とを備えている。
【0027】
また、このレーザ加工装置10は、X軸ステージ16を駆動するX軸駆動モータ(走査機構:テーブル駆動機構)20と、Y軸ステージ18を駆動するY軸駆動モータ(走査機構:テーブル駆動機構)22と、これらの駆動を制御するテーブル駆動制御機構(走査位置補正機構)24と、X軸ステージ16及びY軸ステージ18のX軸方向及びY軸方向の位置の誤差を測定する測長システム25を備えている。
【0028】
レーザ加工装置10は、さらに、太陽電池12をレーザ加工するレーザ光を出射するレーザ発振器26と、レーザ発振器26から出射されたレーザ光を複数に分散して太陽電池12上への照射位置及び方向を調整する複数のレーザ光学系27とを備えている。
【0029】
レーザ光学系27は、レーザ発振器26から出射されたレーザ光の進行方向を変更するガルバノミラー28と、斜めになったレーザ光のビーム径円を修正するFθレンズ30と、ビーム径円を集束する集光レンズ32とから構成される。
各レーザ光学系27は、所定間隔を空けて一列にY軸方向に配設されている。
【0030】
太陽電池12は、図2に示すように、ガラス基板14上にTCO膜からなる透明電極層(膜体:第1の電極)34が形成され、透明電極層の上にアモルファスシリコンからなる太陽電池層(膜体)36が形成され、さらに太陽電池層36の上にAg(銀)からなる裏面電極層(膜体:第2の電極)38が形成されて構成されている。
【0031】
この太陽電池12は、ガラス基板14上に透明電極層34が形成されると、透明電極間を絶縁するために透明電極加工ライン(加工痕:分離溝)40が加工される。続いて、透明電極層34の上に太陽電池層36が形成されると、透明電極層34と裏面電極層38とを連通させるための太陽電池層加工ライン(加工痕:分離溝)42が加工される。その後、太陽電池層36の上に裏面電極層38が形成されると、裏面電極層間を絶縁するために裏面電極加工ライン(加工痕:分離溝)44がレーザ加工される。
【0032】
上述した一連の加工を行うレーザ加工装置10は、透明電極加工ライン40を加工する透明電極層用レーザ加工装置10A、太陽電池層加工ライン42を加工する太陽電池層用レーザ加工装置10B及び、裏面電極加工ライン44を加工する裏面電極層用レーザ加工装置10Cとして個別に設置され、これら3つのレーザ加工装置で太陽電池加工用のレーザ加工システムを構成している。
【0033】
次に、上記の構成からなるレーザ加工装置10による加工位置の補正方法及び太陽電池の製造方法について説明する。
最初に、図2の(a)に示すガラス基板14上に、図2(b)に示すように透明電極層34を成膜し、次に、図2(c)に示すように、透明電極層用レーザ加工装置10Aで透明電極加工ライン40をレーザ加工する。上記の加工ラインは、X軸ステージ16をレーザ光に対して相対的にX軸方向に移動することによって加工される。
【0034】
すなわち、まず、加工前に、別途用意する精密な計測手段である測長システム25によって、X軸ステージ16の移動に伴うX軸方向及びY軸方向の位置の誤差データをあらかじめ測定し、データをテーブル駆動制御機構24に記憶させる。
なお、上記誤差データが、自動的にテーブル駆動制御機構24に記憶されるようにしても構わない。
【0035】
透明電極加工ライン40を形成させる際、レーザ光学系27によって、レーザ発振器26から出射したレーザ光を透明電極層34上に照射するように調整する。これにより、レーザ光の照射方向が固定される。
続けて、テーブル駆動制御機構24によってX軸駆動モータ20を駆動し、X軸ステージ16を太陽電池12を保持した状態でX軸方向に移動する。
【0036】
この際、テーブル駆動制御機構24は、その位置における上記誤差データに記録されたX軸方向及びY軸方向の位置の誤差を補正すべき方向及び距離を算出するとともに、X軸駆動モータ20及びY軸駆動モータ22を駆動・制御して、X軸ステージ16及びY軸ステージ18を移動させる。
【0037】
このようにして、透明電極加工ライン40が形成されると、Y軸ステージ18をY軸方向に所定距離移動して、新たな透明電極層34上の場所に上述の方法によって引き続き透明電極加工ラインが加工される。
【0038】
透明電極層34の加工が終了した後は、図2(d)に示すように、太陽電池層36を成膜し、図2(e)に示すように、上述と同様の加工方法によって、太陽電池層用レーザ加工装置10Bで太陽電池層加工ライン42を形成する。
さらに、図2(f)に示すように、裏面電極層38を成膜すると、図2(g)に示すように、上述と同様の加工方法によって、裏面電極層用レーザ加工装置10Cで裏面電極加工ライン44を形成する。
このようにして、モジュール化された太陽電池12が作製される。
【0039】
このレーザ加工装置10によれば、X軸ステージ16の真直度誤差が加工ラインの加工時に補正されるので、隣接する加工ラインの間隔を小さくすることができる。このとき、各レーザ光学系を同時に補正するので、同時に複数本の加工ラインを同様に補正して形成することができる。
また、各ライン毎のレーザ加工装置それぞれで同様に補正が行われるため、互いに高精度ライン位置を確保することができ、これにより製造された太陽電池は、発電面積の向上により高い発電効率が得られる。
【0040】
次に、本発明に係る第2の実施形態について、図3を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0041】
第2の実施形態と上記第1の実施形態との異なる点は、レーザ光学系50を備えるレーザ加工装置52に、ガルバノミラー28と、Fθレンズ30の代わりにビーム径円の調整し、かつレーザ光をY軸方向に微動させるAOM(アコースティックオプティックモジュレータ)を用いた複数の揺動機構(走査機構)54と、これらの揺動機構54の駆動を制御するレーザ光学系制御機構(走査位置補正機構)58が備えられている点である。
レーザ加工装置52のX軸駆動モータ20及びY軸駆動モータ22を駆動・制御するテーブル制御機構59は、X軸ステージ16及びY軸ステージ18の位置の誤差を考慮しない構成とされている。
なお、第1の実施形態と同様にテーブル制御機構24によって同様の補正方法を併用してもよい。
【0042】
上記の構成からなるレーザ加工装置52による加工位置の補正方法及び太陽電池の製造方法について、第1の実施形態と異なる点について説明する。
透明電極加工ライン40を形成させる際、レーザ光学系制御機構58は、その位置における上記の誤差データに記録されたX軸ステージ16及びY軸ステージ18におけるX軸方向及びY軸方向の位置の誤差を補正すべき方向及び距離を算出するとともに、揺動機構54を駆動・制御して、レーザ光の照射位置を揺動させる。
【0043】
このようにして、透明電極加工ライン40が形成されると、Y軸ステージ18をY軸方向に所定距離移動して、新たな透明電極層34上の場所に上述の方法によって引き続き透明電極加工ラインが加工される。
さらに、上述と同様の加工方法によって、レーザ加工装置52である太陽電池層用レーザ加工装置52Bで太陽電池層加工ライン42を、裏面電極層用レーザ加工装置52Cで裏面電極加工ライン44を形成し、モジュール化された太陽電池12が作製される。
【0044】
このレーザ加工装置52によれば、レーザ光学系制御機構58によってレーザ光学系50を制御して補正を行うので、X軸ステージ16及びY軸ステージ18を制御する場合に比べて、応答性が高いとともに、高精度に補正することができる。
【0045】
次に、本発明に係る第3の実施形態について、図4を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0046】
第3の実施形態と上記実施形態との異なる点は、レーザ加工装置60が、上記実施形態によって加工された透明電極加工ライン40を検出する画像処理センサ(加工痕検出器)62を備えている点である。
この画像処理センサ62は、CCD等を備え、検出した画像の2値化等の処理を行って加工ラインの位置を測定するものである。
また、レーザ加工装置60には、画像処理センサ62によって検出されたデータに基づき、X軸駆動モータ20及びY軸駆動モータ22を駆動・制御するテーブル駆動制御機構64が設けられている。
【0047】
上記の構成からなるレーザ加工装置60による加工位置の補正方法及び太陽電池の製造方法について、第1及び第2の実施形態と異なる点について説明する。
まず、基準となる透明電極加工ライン(加工痕:分離溝)40aを透明電極層用レーザ加工装置10A或いは透明電極層用レーザ加工装置52Aで形成する。続いて、太陽電池層加工ライン42を形成する際、レーザ加工装置60である太陽電池層用レーザ加工装置60Bの画像処理センサ62によって、基準の透明電極加工ライン40aのX軸方向及びY軸方向の誤差であるうねり量を検出する。
【0048】
この際、テーブル駆動制御機構64は、その位置における前記うねり量を補正すべき方向及び距離を算出するとともに、X軸駆動モータ20及びY軸駆動モータ22を駆動・制御してX軸ステージ16及びY軸ステージ18を移動させる。これによって位置補正された高精度の太陽電池層加工ライン42が形成される。
なお、同様にして、裏面電極加工ライン44の加工の際は、透明電極加工ライン40a及び太陽電池層加工ライン42を画像処理センサ62で検出し、このときのうねり量に基づいて同様の補正を行いレーザ加工を行う。
【0049】
このレーザ加工装置60によれば、画像処理センサ62によって既存の加工ラインを検出しながら加工するので、より高精度な補正が可能となる。
【0050】
次に、本発明に係る第4の実施形態について、図5を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0051】
第4の実施形態と上記第3の実施形態との異なる点は、レーザ加工装置70が、レーザ光学系72を駆動して誤差を補正するとした点である。
すなわち、レーザ光学系72には、画像処理センサ62によって検出されたデータに基づき、揺動機構54を駆動・制御するレーザ光学系制御機構74とが設けられている。
また、レーザ加工装置70には、第2の実施形態におけるテーブル駆動制御機構59が設けられている。
【0052】
上記の構成からなるレーザ加工装置70による加工位置の補正方法及び太陽電池の製造方法について、第1から第3の実施形態と異なる点について説明する。
まず、太陽電池層加工ライン42を形成する際、画像処理センサ62によって基準の透明電極加工ライン40aの加工痕のX軸方向及びY軸方向の位置の誤差であるうねり量を検出する。
【0053】
同時に、前記うねり量に基づいてレーザ光学系制御機構74によって揺動機構54を駆動・制御して、前記うねり量を補正すべき距離に対応してレーザ光の照射位置を揺動させる。
【0054】
このレーザ加工装置70によれば、事前に加工された透明電極層34又は太陽電池層36の加工ラインの実測誤差に基づいて太陽電池層36又は裏面電極層38の高精度な加工が高い応答性をもって可能となる。また、太陽電池の成膜毎に加工ラインを個別にかつ適切に補正して加工することができる。
【0055】
なお、第3及び第4の実施形態において、基準の加工ラインを形成させる際、第1及び第2の実施形態によって加工してもよい。
また、レーザ加工システム46を構成するレーザ加工装置は、上記のどの実施形態のものを組み合わせても構わない。
【0056】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光走査時の加工位置の誤差を補正する走査位置補正機構が備えられているので、高い位置決め精度をもってレーザ光を走査させることができ、発電効率の高い太陽電池を得ることができる。
【0057】
本発明のレーザ加工装置は、事前に測定した載置テーブルの移動誤差データに基づいて補正を行うので、予め移動誤差を考慮して走査位置の誤差が適確に補正でき、比較的簡易な制御で高精度な加工が可能となり、発電効率の高い太陽電池を得ることができる。
【0058】
本発明のレーザ加工装置は、加工痕検出器を備え、走査位置補正機構は、この検出器によるレーザ加工痕位置データに基づいて走査機構の走査位置を補正する走査位置補正機構を備えているので、実際の加工痕から得られた誤差データにより、より高精度な補正が可能となり、発電効率の高い太陽電池を得ることができる。
【0059】
本発明のレーザ加工システムは、上記本発明のレーザ加工装置が備えられているので、事前に加工された太陽電池の第1の電極層又は太陽電池層の分離溝(加工ライン)の実測誤差に基づいて太陽電池層又は第2の電極層の高精度な加工が可能となり、高い発電効率の太陽電池を得ることができる。
【0060】
本発明の太陽電池は、上記本発明のレーザ加工システムによって製造されるので、各加工ラインの間隔が小さいことによる発電面積の向上によって、高い発電効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるレーザ加工システムのレーザ加工装置を示す概略的な構成図である。
【図2】本発明の第1の実施形態における太陽電池の加工プロセスを工程順に説明する要部断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態におけるレーザ加工システムのレーザ加工装置を示す概略的な構成図である。
【図4】本発明の第3の実施形態におけるレーザ加工システムのレーザ加工装置を示す概略的な構成図である。
【図5】本発明の第4の実施形態におけるレーザ加工システムのレーザ加工装置を示す概略的な構成図である。
【図6】従来のレーザ加工装置による太陽電池の加工ラインの位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
10、52、60、70 レーザ加工装置
10A、52A、60A、70A 透明電極層用レーザ加工装置(レーザ加工装置)
10B、52B、60B、70B 太陽電池層用レーザ加工装置(レーザ加工装置)
10C、52C、60C、70C 裏面電極層用レーザ加工装置(レーザ加工装置)
12 太陽電池
14 ガラス基板(基板)
16 X軸ステージ(載置テーブル)
18 Y軸ステージ(載置テーブル)
20 X軸駆動モータ(走査機構:テーブル駆動機構)
22 Y軸駆動モータ(走査機構:テーブル駆動機構)
24、59、64 テーブル駆動制御機構(走査位置補正機構)
26 レーザ発振器
27、50、72 レーザ光学系
34 透明電極層(膜体:第1の電極層)
36 太陽電池層(膜体)
38 裏面電極層(膜体:第2の電極層)
40 透明電極加工ライン(加工痕:分離溝)
40a 基準の透明電極加工ライン(加工痕:分離溝)
42 太陽電池層加工ライン(加工痕:分離溝)
44 裏面電極加工ライン(加工痕:分離溝)
46 レーザ加工システム
54 揺動機構(走査機構)
58、74 レーザ光学系駆動制御機構(走査位置補正機構)
62 画像処理センサ(加工痕検出器)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus, a laser processing system, and a solar cell that process, for example, a film body on a substrate constituting the solar cell with a laser beam.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a laser processing apparatus is used to form a separation groove in a thin film on a substrate such as a solar cell.
[0003]
The conventional laser processing apparatus includes a mounting table that holds a substrate on which a thin film that is a film body is formed, a laser oscillator that emits laser light for laser processing the thin film, and a laser beam emitted from the laser oscillator. And a scanning mechanism for scanning the thin film on the thin film.
In this laser processing apparatus, the irradiation position of the laser beam is fixed, the laser beam is scanned by moving the mounting table freely in the horizontal direction (X-axis and Y-axis directions), and a part of the thin film is laser-beamed. The separation groove is formed by sublimation with the heat of.
[0004]
In the case of a solar cell, a transparent electrode layer is formed on a glass substrate, a solar cell layer is formed on the transparent electrode layer, and a back electrode layer is formed on the solar cell layer. Due to the insulation treatment between the respective layers, a processing line for separation grooves is formed on the film by the above laser processing apparatus after the respective thin films are formed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-150161 (FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional laser processing apparatus, in consideration of the positioning error of the mounting table, the interval A (=) between the processing lines as shown in FIG. 6 so that the processing lines (L1, L2, L3) do not intersect each other. (Approximately 60 to 100 μm) must be ensured, but from the viewpoint of the power generation efficiency of the solar cell, this area is a useless area with respect to the power generation area of the solar cell. It was necessary to reduce the interval between the processing lines.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a laser processing apparatus, a laser processing system, and a solar cell that minimize the interval between processing lines laser processed on each thin film such as a solar cell. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The laser processing apparatus of the present invention includes a mounting table that holds a substrate on which a film body is formed, a laser oscillator that emits laser light for laser processing the film body, and a laser beam emitted from the laser oscillator. A laser processing apparatus including a scanning mechanism that scans on a film body, the laser processing apparatus including a scanning position correction mechanism that controls the scanning mechanism to correct an error in a processing position during the scanning. .
[0009]
Since this laser processing apparatus is provided with a scanning position correction mechanism that corrects an error in the processing position during laser beam scanning, the laser beam can be scanned with high positioning accuracy.
[0010]
The laser processing apparatus according to the present invention is the laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanning position correction mechanism performs the correction based on movement error data of the mounting table measured in advance. .
[0011]
Since this laser processing apparatus performs correction based on the movement error data of the mounting table measured in advance, the error of the scanning position can be corrected accurately, and high-precision processing is possible.
[0012]
The laser processing apparatus of the present invention is the laser processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the scanning position correction mechanism includes a processing mark detector for measuring a position of the laser-processed processing mark, and the measured processing. The correction is performed based on an error in the position of the mark.
[0013]
This laser processing apparatus includes a processing mark detector, and the scanning position correction mechanism corrects the scanning position of the scanning mechanism based on the laser processing mark position data by the detector, so that an error obtained from an actual processing mark is obtained. The data enables more accurate correction.
[0014]
The laser processing apparatus of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the scanning mechanism includes a table driving mechanism that drives movement of the mounting table, and the scanning position correction is performed. The mechanism controls the table driving mechanism to perform the correction.
[0015]
In this laser processing apparatus, since the scanning position correction mechanism controls the table driving mechanism to perform correction, high-precision correction can be performed with relatively simple control.
[0016]
The laser processing apparatus of the present invention is the laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanning mechanism includes a laser optical system that adjusts a scanning position and a direction of the laser light, and the scanning The position correction mechanism controls the laser optical system to perform the correction.
[0017]
In this laser processing apparatus, since the scanning position correction mechanism controls the laser optical system to perform correction, it has higher responsiveness than the case of controlling the mounting table side, and is controlled with high accuracy on the mounting table side. Even an area that cannot be corrected can be corrected with high accuracy.
[0018]
The laser processing apparatus of the present invention is the laser processing apparatus according to claim 5, comprising a plurality of the laser optical systems that simultaneously perform the laser processing, and all the laser optical systems by one scanning position correction mechanism. The correction is performed by controlling the above simultaneously.
[0019]
Since this laser processing apparatus is provided with one scanning position correction mechanism for correcting at the same time, a plurality of processing lines can be corrected and formed at the same time.
[0020]
The laser processing system of the present invention includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a solar cell layer formed of a semiconductor on the first electrode layer, and the solar cell layer. A laser processing system comprising a plurality of laser processing devices for separately processing each of the layers of a solar cell including a second electrode layer formed thereon to form a separation groove, the laser processing device Is a laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
[0021]
Since this laser processing system includes the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, the processing is performed by correcting the separation grooves (processing lines) individually and appropriately for each film formation of the solar cell. be able to.
[0022]
In the laser processing system of the present invention, the laser processing apparatus that performs laser processing on at least one of the solar cell layer and the second electrode layer is the laser processing apparatus according to claim 3, wherein the processing mark detector The processing trace to be detected is a separation groove of the first electrode layer or the solar cell layer.
[0023]
In this laser processing system, since the processing mark detected by the processing mark detector is the separation groove (processing line) of the first electrode layer or solar cell layer, the first electrode layer or solar cell layer processed in advance It is possible to process the solar cell layer or the second electrode layer with high accuracy based on the actual measurement error of the processing line.
[0024]
The solar cell of the present invention is characterized by being laser processed by the laser processing apparatus or the laser processing system according to any one of claims 1 to 8.
[0025]
Since this solar cell is manufactured from the laser processing apparatus or the laser processing system according to any one of claims 1 to 8, the interval between the processing lines is small, and high power generation efficiency is obtained by improving the power generation area.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
In the figure, a laser processing apparatus 10 includes an X-axis stage (mounting table) 16 that holds a glass substrate (substrate) 14 of a solar cell 12 and scans in one horizontal direction (hereinafter referred to as X-axis direction), and X A Y-axis stage (mounting table) 18 that scans the axis stage in a direction perpendicular to the horizontal X-axis (hereinafter referred to as the Y-axis direction) is provided.
[0027]
The laser processing apparatus 10 also includes an X-axis drive motor (scanning mechanism: table drive mechanism) 20 that drives the X-axis stage 16 and a Y-axis drive motor (scanning mechanism: table drive mechanism) that drives the Y-axis stage 18. 22, a table drive control mechanism (scanning position correction mechanism) 24 that controls these drives, and a length measuring system 25 that measures errors in the X-axis direction and the Y-axis direction of the X-axis stage 16 and the Y-axis stage 18. It has.
[0028]
The laser processing apparatus 10 further includes a laser oscillator 26 that emits laser light for laser processing the solar cell 12, and an irradiation position and direction on the solar cell 12 by dispersing a plurality of laser beams emitted from the laser oscillator 26. And a plurality of laser optical systems 27 for adjusting.
[0029]
The laser optical system 27 converges the beam diameter circle, a galvanometer mirror 28 that changes the traveling direction of the laser light emitted from the laser oscillator 26, an Fθ lens 30 that corrects a beam diameter circle of the inclined laser light, and the beam diameter circle. Condensing lens 32 is comprised.
The laser optical systems 27 are arranged in a line in the Y axis direction at a predetermined interval.
[0030]
As shown in FIG. 2, in the solar cell 12, a transparent electrode layer (film body: first electrode) 34 made of a TCO film is formed on a glass substrate 14, and the solar cell made of amorphous silicon is formed on the transparent electrode layer. A layer (film body) 36 is formed, and a back electrode layer (film body: second electrode) 38 made of Ag (silver) is formed on the solar cell layer 36.
[0031]
In the solar cell 12, when the transparent electrode layer 34 is formed on the glass substrate 14, a transparent electrode processing line (processing trace: separation groove) 40 is processed to insulate the transparent electrodes. Subsequently, when the solar cell layer 36 is formed on the transparent electrode layer 34, a solar cell layer processing line (processing trace: separation groove) 42 for communicating the transparent electrode layer 34 and the back electrode layer 38 is processed. Is done. Thereafter, when the back electrode layer 38 is formed on the solar cell layer 36, the back electrode processing line (processing mark: separation groove) 44 is laser processed to insulate the back electrode layers.
[0032]
The laser processing apparatus 10 that performs the series of processes described above includes a transparent electrode layer laser processing apparatus 10A that processes the transparent electrode processing line 40, a solar cell layer laser processing apparatus 10B that processes the solar cell layer processing line 42, and a back surface. The back surface electrode layer laser processing apparatus 10C for processing the electrode processing line 44 is individually installed, and a laser processing system for solar cell processing is configured by these three laser processing apparatuses.
[0033]
Next, a method for correcting a processing position and a method for manufacturing a solar cell by the laser processing apparatus 10 having the above configuration will be described.
First, a transparent electrode layer 34 is formed on the glass substrate 14 shown in FIG. 2 (a) as shown in FIG. 2 (b). Next, as shown in FIG. The transparent electrode processing line 40 is laser processed by the layer laser processing apparatus 10A. The processing line is processed by moving the X-axis stage 16 in the X-axis direction relative to the laser beam.
[0034]
That is, first, before machining, the length measuring system 25, which is a precise measuring means prepared separately, measures in advance the error data of the position in the X-axis direction and the Y-axis direction along with the movement of the X-axis stage 16, and obtains the data. It is stored in the table drive control mechanism 24.
The error data may be automatically stored in the table drive control mechanism 24.
[0035]
When forming the transparent electrode processing line 40, the laser optical system 27 is adjusted so that the laser light emitted from the laser oscillator 26 is irradiated onto the transparent electrode layer 34. Thereby, the irradiation direction of the laser beam is fixed.
Subsequently, the X-axis drive motor 20 is driven by the table drive control mechanism 24 to move the X-axis stage 16 in the X-axis direction while holding the solar cell 12.
[0036]
At this time, the table drive control mechanism 24 calculates the direction and distance in which the position error in the X-axis direction and the Y-axis direction recorded in the error data at that position is to be corrected, and the X-axis drive motor 20 and the Y-axis. The axis drive motor 22 is driven and controlled to move the X axis stage 16 and the Y axis stage 18.
[0037]
Thus, when the transparent electrode processing line 40 is formed, the Y-axis stage 18 is moved by a predetermined distance in the Y-axis direction, and the transparent electrode processing line is continuously moved to a new location on the transparent electrode layer 34 by the above-described method. Is processed.
[0038]
After the processing of the transparent electrode layer 34 is completed, the solar cell layer 36 is formed as shown in FIG. 2D, and the solar cell layer 36 is formed by the same processing method as described above as shown in FIG. The solar cell layer processing line 42 is formed by the battery layer laser processing apparatus 10B.
Further, when the back electrode layer 38 is formed as shown in FIG. 2 (f), the back electrode is formed by the back electrode layer laser processing apparatus 10C by the same processing method as described above, as shown in FIG. 2 (g). A processing line 44 is formed.
In this way, a modularized solar cell 12 is produced.
[0039]
According to the laser processing apparatus 10, since the straightness error of the X-axis stage 16 is corrected when processing the processing line, the interval between adjacent processing lines can be reduced. At this time, since each laser optical system is corrected simultaneously, a plurality of processing lines can be simultaneously corrected and formed in the same manner.
In addition, since the correction is performed in the same manner in each laser processing apparatus for each line, it is possible to secure high-accuracy line positions with each other, and the solar cells manufactured thereby obtain high power generation efficiency by improving the power generation area. It is done.
[0040]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
[0041]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that a laser processing apparatus 52 including a laser optical system 50 is adjusted to a beam diameter circle in place of the galvano mirror 28 and the Fθ lens 30, and a laser is used. A plurality of oscillating mechanisms (scanning mechanisms) 54 using an AOM (acoustic optic modulator) that finely moves light in the Y-axis direction, and a laser optical system control mechanism (scanning position correction mechanism) that controls driving of these oscillating mechanisms 54 ) 58 is provided.
The table control mechanism 59 that drives and controls the X-axis drive motor 20 and the Y-axis drive motor 22 of the laser processing apparatus 52 is configured not to take into account positional errors of the X-axis stage 16 and the Y-axis stage 18.
Note that the same correction method may be used in combination by the table control mechanism 24 as in the first embodiment.
[0042]
The processing position correction method and the solar cell manufacturing method by the laser processing apparatus 52 having the above-described configuration will be described with respect to differences from the first embodiment.
When the transparent electrode processing line 40 is formed, the laser optical system control mechanism 58 causes the position error in the X-axis direction and the Y-axis direction of the X-axis stage 16 and the Y-axis stage 18 recorded in the error data at the position. The direction and distance to be corrected are calculated, and the swing mechanism 54 is driven and controlled to swing the irradiation position of the laser beam.
[0043]
Thus, when the transparent electrode processing line 40 is formed, the Y-axis stage 18 is moved by a predetermined distance in the Y-axis direction, and the transparent electrode processing line is continuously moved to a new location on the transparent electrode layer 34 by the above-described method. Is processed.
Further, by the same processing method as described above, the solar cell layer laser processing device 52B, which is the laser processing device 52, forms the solar cell layer processing line 42, and the back electrode layer laser processing device 52C forms the back electrode processing line 44. A modularized solar cell 12 is produced.
[0044]
According to this laser processing apparatus 52, since the laser optical system 50 is controlled by the laser optical system control mechanism 58 to perform correction, the responsiveness is higher than when the X-axis stage 16 and the Y-axis stage 18 are controlled. At the same time, it can be corrected with high accuracy.
[0045]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
[0046]
The difference between the third embodiment and the above embodiment is that the laser processing apparatus 60 includes an image processing sensor (processing mark detector) 62 that detects the transparent electrode processing line 40 processed by the above embodiment. Is a point.
The image processing sensor 62 includes a CCD or the like, and performs processing such as binarization of the detected image to measure the position of the processing line.
Further, the laser processing device 60 is provided with a table drive control mechanism 64 that drives and controls the X-axis drive motor 20 and the Y-axis drive motor 22 based on the data detected by the image processing sensor 62.
[0047]
The processing position correction method and solar cell manufacturing method by the laser processing apparatus 60 having the above-described configuration will be described with respect to differences from the first and second embodiments.
First, a reference transparent electrode processing line (processing trace: separation groove) 40a is formed by the transparent electrode layer laser processing apparatus 10A or the transparent electrode layer laser processing apparatus 52A. Subsequently, when forming the solar cell layer processing line 42, the X-axis direction and the Y-axis direction of the reference transparent electrode processing line 40 a are detected by the image processing sensor 62 of the solar cell layer laser processing device 60 B which is the laser processing device 60. The amount of swell, which is the error of, is detected.
[0048]
At this time, the table drive control mechanism 64 calculates the direction and distance in which the swell amount at the position is to be corrected, and drives and controls the X-axis drive motor 20 and the Y-axis drive motor 22 to control the X-axis stage 16 and The Y axis stage 18 is moved. Thus, a highly accurate solar cell layer processing line 42 whose position is corrected is formed.
Similarly, when processing the back electrode processing line 44, the transparent electrode processing line 40a and the solar cell layer processing line 42 are detected by the image processing sensor 62, and the same correction is performed based on the amount of waviness at this time. Perform laser processing.
[0049]
According to the laser processing apparatus 60, the image processing sensor 62 performs processing while detecting an existing processing line, so that correction with higher accuracy is possible.
[0050]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
[0051]
The difference between the fourth embodiment and the third embodiment is that the laser processing apparatus 70 drives the laser optical system 72 to correct the error.
In other words, the laser optical system 72 is provided with a laser optical system control mechanism 74 that drives and controls the swing mechanism 54 based on data detected by the image processing sensor 62.
Further, the laser processing apparatus 70 is provided with the table drive control mechanism 59 in the second embodiment.
[0052]
The processing position correction method and the solar cell manufacturing method by the laser processing apparatus 70 having the above-described configuration will be described with respect to differences from the first to third embodiments.
First, when forming the solar cell layer processing line 42, the image processing sensor 62 detects the amount of undulation, which is an error in the position of the processing trace of the reference transparent electrode processing line 40a in the X-axis direction and the Y-axis direction.
[0053]
At the same time, the laser optical system control mechanism 74 drives and controls the rocking mechanism 54 based on the amount of waviness, and rocks the irradiation position of the laser light in accordance with the distance for which the amount of waviness is to be corrected.
[0054]
According to this laser processing apparatus 70, high-accuracy processing of the solar cell layer 36 or the back electrode layer 38 is highly responsive based on the measurement error of the processing line of the transparent electrode layer 34 or the solar cell layer 36 processed in advance. It becomes possible with. Further, the processing line can be corrected individually and appropriately for each solar cell film formation.
[0055]
In the third and fourth embodiments, when forming a reference processing line, processing may be performed according to the first and second embodiments.
Further, the laser processing apparatus constituting the laser processing system 46 may be combined with any of the above embodiments.
[0056]
【The invention's effect】
The present invention described above has the following effects.
Since the laser processing apparatus of the present invention is equipped with a scanning position correction mechanism that corrects an error in the processing position during laser beam scanning, the laser beam can be scanned with high positioning accuracy, and the solar cell has high power generation efficiency. Can be obtained.
[0057]
Since the laser processing apparatus of the present invention performs correction based on the movement error data of the mounting table measured in advance, it is possible to accurately correct the scanning position error in consideration of the movement error in advance, and relatively simple control. Thus, high-precision processing becomes possible, and a solar cell with high power generation efficiency can be obtained.
[0058]
The laser processing apparatus of the present invention includes a processing mark detector, and the scanning position correction mechanism includes a scanning position correction mechanism that corrects the scanning position of the scanning mechanism based on the laser processing mark position data by the detector. The error data obtained from the actual processing trace enables correction with higher accuracy, and a solar cell with high power generation efficiency can be obtained.
[0059]
Since the laser processing system of the present invention is equipped with the laser processing apparatus of the present invention, the measurement error of the first electrode layer of the solar cell processed in advance or the separation groove (processing line) of the solar cell layer is reduced. Based on this, high-precision processing of the solar cell layer or the second electrode layer is possible, and a solar cell with high power generation efficiency can be obtained.
[0060]
Since the solar cell of the present invention is manufactured by the laser processing system of the present invention, high power generation efficiency is obtained by improving the power generation area due to the small interval between the processing lines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus of a laser processing system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part for explaining the processing process of the solar cell in the first embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus of a laser processing system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus of a laser processing system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus of a laser processing system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the positional relationship of a solar cell processing line by a conventional laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
10, 52, 60, 70 Laser processing apparatus 10A, 52A, 60A, 70A Transparent electrode layer laser processing apparatus (laser processing apparatus)
10B, 52B, 60B, 70B Solar cell layer laser processing device (laser processing device)
10C, 52C, 60C, 70C Laser processing device for back electrode layer (laser processing device)
12 Solar cell 14 Glass substrate (substrate)
16 X-axis stage (mounting table)
18 Y-axis stage (mounting table)
20 X-axis drive motor (scanning mechanism: table drive mechanism)
22 Y-axis drive motor (scanning mechanism: table drive mechanism)
24, 59, 64 Table drive control mechanism (scanning position correction mechanism)
26 Laser oscillators 27, 50, 72 Laser optical system 34 Transparent electrode layer (film body: first electrode layer)
36 Solar cell layer (film body)
38 Back electrode layer (film body: second electrode layer)
40 Transparent electrode processing line (processing trace: separation groove)
40a Standard transparent electrode processing line (processing mark: separation groove)
42 Solar cell layer processing line (processing trace: separation groove)
44 Back electrode processing line (processing trace: separation groove)
46 Laser processing system 54 Oscillation mechanism (scanning mechanism)
58, 74 Laser optical system drive control mechanism (scanning position correction mechanism)
62 Image processing sensor (processing mark detector)

Claims (9)

膜体が形成された基板を保持する載置テーブルと、前記膜体をレーザ加工するレーザ光を出射するレーザ発振器と、該レーザ発振器から出射されたレーザ光を前記膜体上に走査させる走査機構とを備えたレーザ加工装置であって、
前記走査機構を制御して前記走査時の加工位置の誤差を補正する走査位置補正機構を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
A mounting table that holds a substrate on which a film body is formed, a laser oscillator that emits laser light for laser processing the film body, and a scanning mechanism that scans the laser light emitted from the laser oscillator onto the film body A laser processing apparatus comprising:
A laser processing apparatus comprising a scanning position correction mechanism that controls the scanning mechanism to correct an error in a processing position during the scanning.
前記走査位置補正機構は、事前に測定した前記載置テーブルの移動誤差データに基づいて前記補正を行うことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanning position correction mechanism performs the correction based on movement error data of the mounting table measured in advance. 前記走査位置補正機構は、前記レーザ加工した加工痕の位置を測定する加工痕検出器を備え、
該測定した加工痕の位置の誤差に基づいて前記補正を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
The scanning position correction mechanism includes a processing mark detector that measures the position of the laser processed processing mark,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the correction is performed based on an error in the position of the measured processing mark.
前記走査機構は、前記載置テーブルの移動を駆動するテーブル駆動機構を備え、
前記走査位置補正機構は、前記テーブル駆動機構を制御して前記補正を行うことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のレーザ加工装置。
The scanning mechanism includes a table driving mechanism that drives the movement of the table.
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanning position correction mechanism performs the correction by controlling the table driving mechanism.
前記走査機構は、前記レーザ光の走査位置及び方向を調整するレーザ光学系を備え、
前記走査位置補正機構は、前記レーザ光学系を制御して前記補正を行うことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のレーザ加工装置。
The scanning mechanism includes a laser optical system that adjusts the scanning position and direction of the laser light,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the scanning position correction mechanism performs the correction by controlling the laser optical system.
同時に前記レーザ加工を行う複数の前記レーザ光学系を備え、
一つの前記走査位置補正機構により全ての前記レーザ光学系を同時に制御して前記補正を行うことを特徴とする請求項5に記載のレーザ加工装置。
A plurality of the laser optical systems for performing the laser processing simultaneously,
6. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the correction is performed by simultaneously controlling all the laser optical systems by one scanning position correction mechanism.
基板と、該基板上に成膜された第1の電極層と、該第1の電極層上に半導体で成膜された太陽電池層と、該太陽電池層上に成膜された第2の電極層とを備える太陽電池の前記各層を別々にレーザ加工して分離溝を形成する複数のレーザ加工装置から構成されるレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工装置は、請求項1から6の何れかに記載のレーザ加工装置であることを特徴とするレーサ加工システム。
A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a solar cell layer formed of a semiconductor on the first electrode layer, and a second layer formed on the solar cell layer A laser processing system comprising a plurality of laser processing devices for separately processing each layer of a solar cell including an electrode layer to form separation grooves,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser processing apparatus is a laser processing apparatus according to claim 1.
前記太陽電池層及び前記第2の電極層の少なくとも一方をレーザ加工する前記レーザ加工装置は、請求項3に記載のレーザ加工装置であり、
前記加工痕検出器で検出する加工痕は、前記第1の電極層又は前記太陽電池層の分離溝であることを特徴とするレーザ加工システム。
The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the laser processing apparatus that performs laser processing on at least one of the solar cell layer and the second electrode layer is a laser processing apparatus according to claim 3.
The laser processing system, wherein the processing mark detected by the processing mark detector is a separation groove of the first electrode layer or the solar cell layer.
請求項1から8の何れかに記載のレーザ加工装置又はレーザ加工システムによりレーザ加工されたことを特徴とする太陽電池。A solar cell that is laser-processed by the laser processing apparatus or laser processing system according to claim 1.
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