JP2007048835A - レーザ加工装置及びそれを用いた太陽電池基板のパターニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物である太陽電池基板を構成する各層上に極力狭い間隔で複数の加工ラインを精度良く形成することができるレーザ加工装置等を提供する。
【解決手段】 太陽電池基板４１上にレーザ光を照射することにより、当該太陽電池基板４１の透明電極層に複数の第１加工ライン４３を形成する。その後、複数の加工ライン４３が形成された透明電極層上に太陽電池層を成膜した後、透明電極層の第１加工ライン４３を撮像してその位置を測定しながら、前工程で形成された透明電極層の第１加工ライン４３を基準として次工程でペアとして形成される太陽電池層の第２加工ライン４４の予定位置を求め、この第２加工ライン４４の予定位置に基づいて、第２加工ライン４４をその対応する第１加工ライン４３に沿う形で形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置に係り、とりわけ、被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成するレーザ加工装置及びそれを用いた太陽電池基板のパターニング方法に関する。

この種の太陽電池基板は、基材上に透明電極層、太陽電池層及び裏面電極層が順に積層されてなり、各層には絶縁処理のために複数の分離溝（加工ライン）が形成されている。

このような複数の加工ラインは、各層にて所定の間隔をあけてライン状に形成されているが、これらの加工ライン同士の間隔は可能な限り狭くすることが望まれている。

このため、従来から、被加工物である太陽電池基板を構成する各層にて、隣接する加工ライン同士が交差しないように精度良く各加工ラインを形成するための手法が提案されている。具体的には、被加工物である太陽電池基板上の基準マークや基準となる加工ライン等に基づいて加工位置を補正しながら各層に加工ラインを形成する手法が提案されている（特許文献１）。
特開２００４−１７０４５５号公報

しかしながら、上述した従来の方法では、被加工物上の基準マークや基準となる加工ライン等に基づいて加工位置を補正しながら他の加工ラインを形成するので、被加工物上の基準位置から距離が離れれば離れるほど、形成される加工ラインのずれ量が大きくなってしまい、結果として、加工ライン間の間隔を必要以上に確保しなければならなくなるという問題があった。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被加工物である太陽電池基板を構成する各層に極力狭い間隔で複数の加工ラインを精度良く形成することができるレーザ加工装置及びそれを用いた太陽電池基板のパターニング方法を提供することを目的とする。

本発明は、その第１の解決手段として、被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成するレーザ加工装置において、被加工物を載置する載置テーブルと、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物へ導く加工光学系と、加工光学系により導かれたレーザ光と被加工物との相対的な位置関係を変化させる相対移動機構と、加工光学系により導かれたレーザ光が被加工物上の所望の位置に照射されるように相対移動機構を制御する制御装置と、被加工物に形成された加工ラインの位置を測定する加工ライン測定装置とを備え、制御装置は、被加工物である太陽電池基板を構成する第１層に複数の第１加工ラインが形成されるように相対移動機構を制御するとともに、加工ライン測定装置により第１層に形成された複数の第１加工ラインの位置を順次測定し、この測定された各第１加工ラインの位置に基づいて、第１層上に積層される第２層に、当該各第１加工ラインに対応する第２加工ラインが当該各第１加工ラインに沿う形で形成されるように、相対移動機構を制御することを特徴とするレーザ加工装置を提供する。

なお、本発明の第１の解決手段において、載置テーブルは、相対移動機構として、加工光学系に対して被加工物を相対的に移動させる移動機構を有し、制御装置は、移動機構による被加工物の移動を制御することにより被加工物上でのレーザ光の照射位置を制御するとよい。また、加工光学系が、相対移動機構として、載置テーブル上に載置された被加工物上にてレーザ光を走査する走査機構を有し、制御装置が、走査機構によるレーザ光の走査を制御することにより被加工物上でのレーザ光の照射位置を制御してもよい。

また、本発明の第１の解決手段において、加工ライン測定装置は、各第１加工ラインを撮像して当該各第１加工ラインの位置を画像処理により認識する画像処理ユニットを有することが好ましい。

さらに、本発明の第１の解決手段において、被加工物の第１層は透明電極層又は太陽電池層であり、第２層は太陽電池層又は裏面電極層であることが好ましい。

本発明は、その第２の解決手段として、被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成する、太陽電池基板のパターニング方法において、第１層が形成された基材を被加工物として位置決めする第１ステップと、位置決めされた被加工物の第１層にレーザ光を照射することにより、当該第１層に複数の第１加工ラインを形成する第２ステップと、複数の第１加工ラインが形成された第１層上に第２層を積層する第３ステップと、第１層に形成された複数の第１加工ラインのうちの所定の第１加工ラインの位置を測定する第４ステップと、この測定された第１加工ラインの位置に基づいて、当該第１加工ラインに対応する第２加工ラインのための予定位置を取得する第５ステップと、取得された予定位置に基づいて第２層にレーザ光を照射することにより、第２層に、第２加工ラインをその対応する第１加工ラインに沿う形で形成する第６ステップとを含み、複数の第１加工ラインに対応する所定数の第２加工ラインが第２層に形成されるまで第４ステップ、第５ステップ及び第６ステップを繰り返すことを特徴とする、太陽電池基板のパターニング方法を提供する。

なお、本発明の第２の解決手段において、被加工物の第１層は透明電極層又は太陽電池層であり、第２層は太陽電池層又は裏面電極層であることが好ましい。

本発明によれば、被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成する際に、前工程で形成された第１層の各第１加工ラインに沿わせる形で、第１層上に積層される第２層に第２加工ラインを形成するようにしているので、被加工物である太陽電池基板を構成する各層に極力狭い間隔で複数の加工ラインを精度良く形成することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

まず、図１により、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置１０は、被加工物である太陽電池基板４１を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成するものであり、レーザ光を出射するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を太陽電池基板４１へ導く加工光学系１２とを有している。なお、加工光学系１２は、レーザ光を反射する反射ミラー１３、１４と、反射ミラー１３、１４を介して導かれたレーザ光を集光する集光レンズ１５とを有している。

ここで、被加工物である太陽電池基板４１は、図４に示すように、基材５１上に透明電極層５２、太陽電池層５３及び裏面電極層５４がこの順に積層されたものであり、透明電極層５２、太陽電池層５３及び裏面電極層５４の各層に複数の加工ライン（例えば加工ライン４３、４４）が形成される。なお、本明細書では、透明電極層５２、太陽電池層５３及び裏面電極層５４が順に積層されていく過程で得られる太陽電池基板の中間製品も含めて「太陽電池基板」と総称するものとする。

図１に示すレーザ加工装置１０において、被加工物である太陽電池基板４１は、載置テーブル２０上に載置されている。載置テーブル２０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能な移動機構としてＸステージ２１及びＹステージ２２を有しており、加工光学系１２に対して太陽電池基板４１を相対的に移動させることができるようになっている。なお、移動機構であるＸステージ２１及びＹステージ２２により、加工光学系１２により導かれたレーザ光と太陽電池基板４１との相対的な位置関係を変化させる相対移動機構が構成されている。

また、太陽電池基板４１が載置された載置テーブル２０の上方には、太陽電池基板４１上に形成された加工ラインを撮像して当該加工ラインの位置を画像処理により認識する画像処理ユニット１６が配置されている。なお、画像処理ユニット１６により、太陽電池基板４１上に形成された加工ラインの位置を測定する加工ライン測定装置が構成されている。

さらに、載置テーブル２０（Ｘステージ２１及びＹステージ２２）及び画像処理ユニット１６には制御装置１７が接続されており、加工光学系１２により導かれたレーザ光が太陽電池基板４１上の所望の位置に照射されるようにＸステージ２１及びＹステージ２２を制御することができるようになっている。すなわち、制御装置１７は、Ｘステージ２１及びＹステージ２２による太陽電池基板４１の移動を制御することにより太陽電池基板４１上でのレーザ光の照射位置を制御するようになっている。

次に、図１乃至図４により、このような構成からなる本実施形態に係るレーザ加工装置１０を用いて太陽電池基板４１を構成する透明電極層及び太陽電池層のそれぞれに複数の加工ラインを形成するパターニング方法について説明する。

まず、制御装置１７による制御の下で、載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２を移動させ、被加工物である太陽電池基板４１（透明電極層５２が成膜された基材５１）を所定の初期位置に位置決めする（ステップ１０１）。このとき、太陽電池基板４１の位置決めは、載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２をあらかじめ決められた位置に移動させることによって実現する他、太陽電池基板４１上に基準マーク４２（図３参照）が形成されている場合には、当該基準マーク４２が所定の初期位置に配置されるように載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２を移動させることによって実現するようにしてもよい。

次に、このようにして位置決めされた太陽電池基板４１上にレーザ光を照射することにより、当該太陽電池基板４１の透明電極層５２に複数の第１加工ライン４３（図３及び図４参照）を形成する（ステップ１０２）。具体的には、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を加工光学系２の反射ミラー１３、１４及び集光レンズ１５を介して導き、太陽電池基板４１の透明電極層５２に照射する。このとき、制御装置１７による制御の下で、載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２による太陽電池基板４１の移動が制御されることにより太陽電池基板４１上でのレーザ光の照射位置が制御されており、これにより太陽電池基板４１の透明電極層５２に複数の第１加工ライン４３が形成される。

その後、このようにして複数の第１加工ライン４３が形成された透明電極層５２上に太陽電池層５３を成膜する（ステップ１０３）。

そして、カウンターｎを１に設定した後（ステップ１０７）、太陽電池基板４１の透明電極層５２に形成された１番目の第１加工ライン４３を撮像して当該加工ライン４３の位置を画像処理により認識することにより太陽電池基板４１の透明電極層５２に形成された当該１番目の第１加工ライン４３の位置を測定する（ステップ１０４）。このとき、制御装置１７による制御の下で、載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２により太陽電池基板４１が移動（走査）するように制御されており、これにより画像処理ユニット１６により１番目の第１加工ライン４３の軌跡のうち少なくとも二箇所の位置を確認し、当該第１加工ライン４３の位置を求める。

そして、このようにして測定された１番目の第１加工ライン４３の位置に基づいて、当該第１加工ライン４３に対応する（隣接した）第２加工ライン４４（図３及び図４参照）のための予定位置を、加工ライン同士の間隔等を考慮した所定の計算式（補正式）に従って取得し（ステップ１０５）、次いで、この取得された予定位置に基づいて、上述したステップ１０２の処理と同様に、太陽電池基板４１上でのレーザ光の照射位置を制御しながら当該太陽電池基板４１の太陽電池層５３にレーザ光を照射することにより、第２加工ライン４４をその対応する１番目の第１加工ライン４３に沿う形で形成する（ステップ１０６）。

同様にして、ステップ１０４乃至１０６の処理を最終の加工ラインを形成するまで繰り返すことにより（ステップ１０８、１０９）、ｎ個の第１加工ライン４３に対応するｎ個の第２加工ライン４４が太陽電池基板４１の太陽電池層５２に形成される。

このように本実施形態によれば、太陽電池基板４１上の基準マークや基準となる加工ライン等に基づいて加工位置を補正しながら加工ラインを形成するのではなく、前工程で形成された透明電極層５２の第１加工ライン４３を基準として次工程でペアとして形成される太陽電池層５３の第２加工ライン４４の予定位置を求め、この第２加工ライン４４の予定位置に基づいて、第２加工ライン４４をその対応する第１加工ライン４３に沿う形で形成するようにしているので、太陽電池基板４１上の基準位置から距離が離れても、あるいは成膜によるゆがみが生じても、形成される加工ラインのずれ量が大きくなってしまうことがなく、太陽電池基板４１を構成する各層に極力狭い間隔で複数の加工ラインを精度良く形成することができる。

なお、上述した実施形態においては、基材５１上に成膜された透明電極層５２の加工ラインに基づいて太陽電池層５３の加工ラインを形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、太陽電池層５３の加工ラインに基づいて裏面電極層５４の加工ラインを形成する場合にも同様の方法を適用することができる。

また、上述した実施形態においては、画像処理ユニット１６により行われる前工程で形成された透明電極層５２の第１加工ライン４３の位置の認識と、次工程でペアとして形成される太陽電池層５３の加工ライン４４の形成とを非同時的（非リアルタイム的）に行っているが、画像処理ユニット１６による認識速度等によっては、両者を同時的（リアルタイム的）に行ってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、太陽電池パネル４１上でのレーザ光の照射位置を制御するための相対移動機構として、載置テーブル２０のＸステージ２１及びＹステージ２２を用いているが、これに限らず、載置テーブル２０上に載置された太陽電池パネル４１上にてレーザ光を走査する走査機構を用いてもよい。なお、このような走査機構としては、加工光学系１２の反射ミラー１３、１４を所定の回転軸に沿って回転させる機構等を用いることができる。これにより、制御装置１７は、走査機構によるレーザ光の走査を制御することにより太陽電池基板４１上でのレーザ光の照射位置を制御することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す概略図。 図１に示すレーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャート。 図１に示すレーザ加工装置により太陽電池基板の各層に複数の加工ラインが形成される様子を示す模式図。 図１に示すレーザ加工装置により各層に複数の加工ラインが形成された太陽電池基板を示す断面図。

符号の説明

１０ レーザ加工装置
１１ レーザ発振器
１２ 加工光学系
１３、１４ 反射ミラー
１５ 集光レンズ
１６ 画像処理ユニット
１７ 制御装置
２０ 載置テーブル
２１ Ｘステージ
２２ Ｙステージ
４１ 太陽電池基板（被加工物）
４２ 基準マーク
４３ （透明電極層に形成された）第１加工ライン
４４ （太陽電池層に形成された）第２加工ライン
５１ 基材
５２ 透明電極層
５３ 太陽電池層
５４ 裏面電極層

Claims (9)

1. 被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成するレーザ加工装置において、
   被加工物を載置する載置テーブルと、
   レーザ光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を前記被加工物へ導く加工光学系と、
   前記加工光学系により導かれたレーザ光と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる相対移動機構と、
   前記加工光学系により導かれたレーザ光が前記被加工物上の所望の位置に照射されるように前記相対移動機構を制御する制御装置と、
   前記被加工物に形成された加工ラインの位置を測定する加工ライン測定装置とを備え、
   前記制御装置は、被加工物である太陽電池基板を構成する第１層に複数の第１加工ラインが形成されるように前記相対移動機構を制御するとともに、前記加工ライン測定装置により前記第１層の複数の第１加工ラインの位置を順次測定し、この測定された各第１加工ラインの位置に基づいて、前記第１層上に積層される第２層に、当該各第１加工ラインに対応する第２加工ラインが当該各第１加工ラインに沿う形で形成されるように、前記相対移動機構を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記載置テーブルは、前記相対移動機構として、前記加工光学系に対して前記被加工物を相対的に移動させる移動機構を有し、前記制御装置は、前記移動機構による前記被加工物の移動を制御することにより前記被加工物上での前記レーザ光の照射位置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記加工光学系は、前記相対移動機構として、前記載置テーブル上に載置された前記被加工物上にてレーザ光を走査する走査機構を有し、前記制御装置は、前記走査機構による前記レーザ光の走査を制御することにより前記被加工物上での前記レーザ光の照射位置を制御することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加工ライン測定装置は、前記各第１加工ラインを撮像して当該各第１加工ラインの位置を画像処理により認識する画像処理ユニットを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記被加工物の前記第１層は透明電極層であり、前記第２層は太陽電池層であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記被加工物の前記第１層は太陽電池層であり、前記第２層は裏面電極層であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 被加工物である太陽電池基板を構成する複数の層のそれぞれに複数の加工ラインを形成する、太陽電池基板のパターニング方法において、
   第１層が積層された基材を被加工物として位置決めする第１ステップと、
   位置決めされた前記被加工物の前記第１層にレーザ光を照射することにより、当該第１層に複数の第１加工ラインを形成する第２ステップと、
   前記複数の第１加工ラインが形成された前記第１層上に第２層を積層する第３ステップと、
   前記第１層に形成された複数の第１加工ラインのうちの所定の第１加工ラインの位置を測定する第４ステップと、
   この測定された第１加工ラインの位置に基づいて、当該第１加工ラインに対応する第２加工ラインのための予定位置を取得する第５ステップと、
   取得された前記予定位置に基づいて前記第２層にレーザ光を照射することにより、前記第２層に、前記第２加工ラインをその対応する第１加工ラインに沿う形で形成する第６ステップとを含み、
   前記複数の第１加工ラインに対応する所定数の第２加工ラインが前記第２層に形成されるまで前記第４ステップ、第５ステップ及び第６ステップを繰り返すことを特徴とする、太陽電池基板のパターニング方法。
8. 前記被加工物の前記第１層は透明電極層であり、前記第２層は太陽電池層であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記被加工物の前記第１層は太陽電池層であり、前記第２層は裏面電極層であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。

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