JP2009224779A

JP2009224779A - 直列接続されたセルを備える光起電モジュールの分割線を形成するための方法

Info

Publication number: JP2009224779A
Application number: JP2009060633A
Authority: JP
Inventors: Walter Psyk; ヴァルター・プスュク
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Ecoran GmbH
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2009-10-01
Also published as: DE102008014258B4; EP2101359A2; US20090231631A1; DE102008014258A1; US8187911B2

Abstract

【課題】直列接続されたセルを有する光起電モジュールを製造する際に、基板上に製膜された機能層に形成される分割線を、隣接したフィールドの分割線部分の重なり合いを保証して形成する方法を提供する。
【解決手段】レーザスキャナのレーザビームが、機能層に横並びで配置される複数の分割線部分１８、１８’を、レーザビームによって走査されるフィールド１７に形成する。レーザスキャナが、被膜付きの基板に対して分割線の方向に動かされ、隣り合うフィールド１７、１７’の重なり合いを生じさせる。同時に、レーザスキャナが、隣り合うフィールドの分割線部分の端部３１、３２が重なり合う捕捉領域を形成するために、少なくとも一端３２がフック状の構成である分割線部分を形成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、請求項１の冒頭部分に記載の方法に関する。そのような方法は、ＷＯ２００７／１４４５６５Ａ２から知られている。連続的な分割線を隣り合うフィールドの分割線部分からもたらすために、フィールドならびにパターニング装置のすべての構成部品の較正に、高い精度が必要とされる。

特定の機能層の分割線は、その層の隣接する部分領域を互いに電気的に絶縁することを目的としている。例えば、或るフィールドの分割線部分が、パターニング装置の調節が不正確であるがために隣のフィールドの分割線部分に重ならない場合、個々の分割線部分から構成される（長い）分割線に途切れが形成され、結果として分割線の機能が不完全となり、したがって光起電モジュールの隣接するセルの直列接続が不良になり、あるいは個々のセルが電気的に短絡してしまう。

ＤＥ１０２００６０５１５５５Ａ１およびＥＰ０４８２２４０Ａ１から、分割線をすでに形成済みの分割線に整列させる方法が知られている。

本発明の目的は、隣接するフィールドの分割線部分の重なり合いを保証することにある。

これが、本発明によれば、請求項１に特徴付けられる方法によって達成される。従属請求項は、本発明の方法の好都合な実施の形態を提供する。本発明によれば、レーザスキャナが、隣り合うフィールドの分割線の端部が重なり合う捕捉領域を形成するために、少なくとも一端がフック状の構成である分割線部分を形成する。

したがって、冒頭で述べた特許出願による分割線部分の真っ直ぐな形態の代わりに、本発明によれば、分割線部分が、少なくとも一端において真っ直ぐな形態から外れる。選択肢として、それぞれの分割線部分の両端が、フック状の構成であってもよい。フック状の部位は、例えば角度を有していても、あるいは湾曲していてもよい。

さらに、本発明によれば、フィールドが分割線の方向において重なり合う。これらの重なり合いの領域について定められる精度の要件を、より大きな公差とすることができ、パターニングシステム全体についても、公差をより大きくすることができるように、一フィールドのそれぞれの分割線部分の始まりを、例えば隣のフィールドのすでにレーザ加工済みの分割線部分のための捕捉領域として作成することができる。

本発明に従い、それぞれの分割線部分の一端が捕捉領域として形成され、すなわちフック状の構成である場合、パターニングシステムの調整における誤差を補償することが可能である。

このようにして、本発明は、分割線部分の始まりの部分が、隣のフィールドの分割線部分の端部と交差し、あるいは重なり合うことを保証する。

好ましくは、フックの頂点が、真っ直ぐな分割線部分の一方の側に位置しており、フックの先端が、分割線の横方向において真っ直ぐな分割線部分の他方の側に位置している。フック状の部位の幅は、分割線の幅の少なくとも２倍、好ましくは２〜４倍であるべきであり、フック状の部位の長さは、好ましくは隣り合うフィールドの重なり合いの少なくとも半分である。

このようにして、分割線の機能、すなわち特定の機能層の電気的絶縁が、本発明によれば途切れなく保証される。好ましくは、３つの機能層のすべての分割線の捕捉領域が、可能であれば同じ形態で作成される。

フック状の部位の長さは、少なくとも隣り合うフィールドの重なり合いの半分であるべきである。さらに、フック状の部位の長さは、好ましくは分割線の幅の少なくとも３倍である。

このようにして、隣り合うフィールドの分割線部分の１００パーセントの重なり合いが、例えば１００μｍの幅および５００μｍの長さを有する捕捉領域またはフック状の部位によって、５０μｍという分割線の幅および２５μｍという精度において保証される。

分割線部分の捕捉領域の特別な形態ゆえに、直列接続に起因して失われる面積がごくわずかに増加する。例えば、１１００×１３００ｍｍ^２の大きさ１．４ｍ^２の太陽電池モジュールであって、１３００ｍｍ^２幅の基板に平行な１６０個の太陽電池セルを、１００μｍの間隔の幅５０μｍの分割線による幅２５０μｍの直列接続によって備えており、各フィールドの分割線部分の長さが１５０ｍｍであって、長さ５００μｍおよび幅１００μｍの捕捉領域が長さ１３００ｍｍの分割線について８つ存在している太陽電池モジュールを考えると、直列接続１つ当たりに失われる面積は約０．１１％だけ増えるに過ぎない。この面積の損失は、光起電モジュールを全体として見たときに無視することができる。

以下で、本発明を、添付の図面を参照して、あくまでも例として、さらに詳しく説明する。
直列接続のセルが設けられた光起電モジュールの基板の一部分の断面であり、機能層がきわめて拡大されて示されている。レーザスキャナおよびコート済みの基板の一部分の斜視図である。基板の機能層に分割線を形成するための設備の正面図である。Ｙ方向に横並びに位置する２つのフィールドの平面図であり、冒頭で述べた特許出願に従って形成された分割線部分を有している。図４の領域Ａの拡大表示である。図４に相当する隣接する２つのフィールドの平面図であるが、一フィールドの分割線部分の最初の部分が本発明に従って構成されている。図６の領域Ａの拡大表示である。図７に相当する図であるが、分割線部分の端部が本発明に従って別の実施の形態に構成されている。図７に相当する図であるが、分割線部分の端部が本発明に従って別の実施の形態に構成されている。隣接する分割線部分の対称的に重なり合う端部の平面図である。隣接する分割線部分のずらされた重なり合い端の平面図である。

図１によれば、透明基板１（例えば、ガラス板）が、透明な前側電極層２、半導体層３、および後ろ側電極層４を有している。

直列接続された帯状のセルＣ１、Ｃ２、・・・を形成するために、機能層２、３、および４に分割線５、６、７が設けられている。

分割線５、６、７は、レーザスキャナ８によって製造される。

図２によれば、レーザスキャナ８が、レーザ源１５からのレーザビーム１４を機能層（例えば、前側電極層２）へと集束させるための合焦光学系１６へと反射させるために、直交する軸９、１０を中心として回転できる２つのミラー１２、１３を有している。

図２に示されているように、それぞれのレーザスキャナ８のレーザビーム１４が、例えば、Ｙ方向に延びる分割線５（図３）を設けるべき機能層２上の例えば１５０ｍｍという長さＬおよび１５０ｍｍという幅Ｂを有している集束面またはフィールド１７を走査する。

この目的のために、レーザスキャナ８に、どちらもガルバノメータ駆動部（図示されていない）によって動作できる２つのミラー１２、１３が設けられている。

フィールド１７に線、すなわち分割線５の一部分１８（図２）を形成するために、ミラー１２が回転させられ、レーザビーム１４がＹ方向に偏向させられる。

図２のフィールド１７の全長Ｌにわたって延びる分割線部分１８をフィールド１７に形成した後に、フィールド１７に次の平行な分割線部分を形成するために、レーザビーム１４を、図２に破線によって示されている次の線１９へと案内しなければならない。

この目的のために、最初に、ミラー１３が回転させられることで、レーザビーム１４が、Ｙ方向に垂直なＸ方向に、機能層２の２つの隣り合う分割線５の間の距離に一致する距離ｂだけ案内される。次いで、ミラー１２が再び動かされ、フィールド１８の全長にわたって延びる次の分割線部分が線１９に形成される。このプロセスが、フィールド１７にフィールド１７の全幅Ｂにわたって分割線部分１８が設けられるまで繰り返される。

図３によれば、分割線５、６、７を形成するための設備が、例えば前側電極層２によってコートされた基板１が、締め付け装置によって形成される受け止め手段２２によって直立または随意により斜めに固定される投入ステーション２１を有している。

基板１は、投入ステーション２１から加工ステーション２３へとＹ方向に運ばれ、加工ステーション２３において層２に分割線５が形成され、加工ステーション２３から加工ステーション２３の他方の側の取り出しステーション２４へと運ばれる。

加工ステーション２３は、それぞれが１つのレーザ源１５を備えている８つのレーザスキャナ８を有している。８つのレーザスキャナ８は、ガントリとして構成されたホルダ２６に配置されており、したがって層２に分割線５が設けられるべき加工対象の基板１を横方向に（すなわち、Ｘ方向に）横切る列にて延びている。

図３によるそれぞれのレーザスキャナ８は、実質的に図２に関して説明したとおりに構成されている。すなわち、８つのレーザスキャナ８のすべてが、下方に位置するフィールド１７に、各フィールド１７の全長Ｌにわたって延びる分割線部分１８を同時に設ける。レーザスキャナ８の下方の個々のフィールド１７は、Ｙ方向において互いに隣接している。したがって、基板１に、基板１の全幅にわたって、フィールド１７に一致する長さＬを有する列に配置された平行な分割線部分１８が設けられる。

次の段階において、レーザスキャナ８を、最大でフィールド１７の長さＬに一致する距離だけ、基板１に対してＹ方向に動かさなければならない。

次いで、レーザスキャナ８が、基板１の全幅にわたって広がる平行な分割線部分１８の第２の列を形成する。このプロセスが、個々の列の分割線部分１８によって層２に基板１の全長にわたってＹ方向に延びる連続的な分割線５が形成されるまで、繰り返される。

なお、各段階においてレーザスキャナ８をＹ方向に動かす距離は、Ｙ方向についてフィールド１７の重なり合いを得るために、フィールド１７の長さよりもいくぶん小さい。さらに、連続的な分割線を形成するためには、それぞれの分割線５の個々の分割線部分１８が互いに一直線である必要がある。

これが、図４および５にさらに詳しく示されている。図４は、Ｙ方向において互いに隣接している２つのフィールド１７、１７’を示しており、隣接するフィールド１７、１７’の分割線部分１８、１８’によって形成された分割線５を備えている。

分割線の幅Ｂ’が、例えば５０μｍである場合、連続的な分割線１８、１８’を形成するために、Ｘ方向における±２５μｍの精度を維持しなければならず、さらに重なり合い３６を維持しなければならない。

したがって、図４および５によれば、分割線部分１８、１８’の端部３１、３１’が重なり合うように、正確な公差を維持しなければならない。これは、パターニング装置２３のきわめて精密な調節を必要とする。

対照的に、本発明によれば、図６〜８に見て取ることができるように、重なり合う２つのフィールド１７、１７’のうちの一方のフィールド１７’の分割線部分１８’のフック状の端部領域３２が、隣のフィールド１７の分割線部分１８の真っ直ぐな端部領域３１との重なり合いを保証する捕捉領域を形成している。

フック状の端部領域３２は、図６および７によれば角度のある構成であり、図８によれば波状であり、あるいは湾曲している。

図６〜８による実施の形態においては、一方のフィールド１７’の分割線部分１８’の端部領域３２のみがフック状の構成である一方で、図９による実施の形態においては、互いに重なり合う両方の端部領域３２、３３が、フック状の構成である。

図１０によれば、隣り合う分割線部分１８’のフック状の端部領域３２が、平行に、したがって対称に構成されている一方で、図１１によれば、Ｙ方向にずらされて配置されている。

図７から明らかであるとおり、フック状の端部領域３２の頂点３４が、分割線５の一方の側に配置され、フックの先端３５が、分割線５の他方の側に配置されている。

フック状の端部領域３２は、図７によれば、幅Ｂｒおよび長さＬｎを有している。長さＬｎが、２つのフィールド１７、１７’の重なり合い３６に実質的に一致し、あるいは分割線５の幅Ｂの約５倍に一致する。

このようにして、分割線５、６、７を形成するための加工時間を、設備に関する追加のコストをあまり必要とせずに、７０％超も減らすことができる。

Ｙ方向、すなわち矩形の基板１の長手方向のパターニングを上述した。しかしながら、分割線、したがって分割線部分が、例えばコート済みの基板の全幅を横切ってＸ方向に延びてもよい。この目的のため、レーザスキャナ８が、全幅（すなわち、Ｘ方向の基板１の長さ）を横切って延びる連続的な分割線を一工程にて形成する。次いで、最大でフィールド１７の長さＬに一致する距離だけ、レーザスキャナ８および基板１のＹ方向の相対移動が達成され、その後にレーザスキャナ８が、基板１などの機能層の全幅を横切って延びる連続的な分割線を再び形成する。

また、機能層が形成される基板は不透明であってもよく、すなわち透明でなくてもよい。すなわち、基板が、表面に後ろ側電極層、半導体層、次いで透明な前側電極層が形成されるモジュールの後ろカバーを形成することができ、次いで透明な板または箔が前側電極層へと貼り付けられる。

ＷＯ２００７／１４４５６５Ａ２ＤＥ１０２００６０５１５５５Ａ１ＥＰ０４８２２４０Ａ１

１基板
２前側電極層
３半導体層
４側電極層
５分割線
８レーザスキャナ
９軸
１２ミラー
１３ミラー
１４レーザビーム
１５レーザ源
１６合焦光学系
１７フィールド
１８分割線部分
１８分割線部分
１９線
２１投入ステーション
２２受け止め手段
２３パターニング装置
２４ステーション
２６ホルダ
３１端部領域
３２端部領域
３４頂点
３５先端

Claims

直列接続されたセル（Ｃ１、Ｃ２、・・・）を有する光起電モジュールを製造する際に、基板（１）上に機能層として製膜された透明な前側電極層（２）、半導体層（３）、および／または後ろ側電極層（４）に形成される分割線（５、６、７）を、少なくとも１つのレーザスキャナ（８）によって形成するための方法であって、
レーザスキャナ（８）のレーザビーム（１４）が、機能層（２、３、４）に横並びで配置される複数の分割線部分（１８、１８’）を、レーザビームによって走査されるフィールド（１７、１７’）に形成し、レーザスキャナ（８）が、フィールド（１７）を走査した後に、分割線（５）の方向においてさらなるフィールド（１７’）の走査済みのフィールド（１７）との重なり合い（３６）がもたらされる距離だけ、被膜付きの基板（１）に対して動かされる方法であり、
レーザスキャナ（８）が、隣り合うフィールド（１７、１７’）の分割線部分（１８、１８’）の端部（３１、３２、３３）が重なり合う捕捉領域を形成するために、少なくとも一端（３２、３３）がフック状の構成である分割線部分（１８、１８’）を形成することを特徴とする方法。
フック状の端部領域（３２、３３）が、角度のある構成または湾曲した構成であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
フック状の端部（３２、３３）の頂点（３４）が、分割線（５）の直線部分の一方の側に位置しており、フックの先端（３５）が、分割線（５）の横方向（Ｘ）において分割線（５）の直線部分の他方の側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
フック状の端部領域（３２、３３）の幅（Ｂｒ）が、分割線（５）の幅（ｂ）の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
フック状の端部領域（３２、３３）の長さ（Ｌｎ）が、隣り合うフィールド（１７、１７’）の重なり合い（３６）の少なくとも半分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
フック状の端部領域（３２）の長さ（Ｌｎ）が、分割線（５）の幅（ｂ）の少なくとも３倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。