JP2010165879A - スクライブ加工装置、及びスクライブ加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】歩留まり良く高精度にスクライブ加工を実施する。
【解決手段】スクライブ加工装置１は、表面に被スクライブ加工膜Ｍが形成された連続した帯状の可橈性基板Ｂを、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送手段１０と、被スクライブ加工膜Ｍが形成されていない側から可橈性基板Ｂに対して凸曲面２１Ｓを接触させて、可橈性基板Ｂを押圧する押圧手段２０と、被スクライブ加工膜Ｍに対してスクライブ加工を行うスクライブ手段３０とを備えた装置であり、スクライブ加工の際に可橈性基板Ｂに掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足する。
１．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に被スクライブ加工膜が形成された連続した帯状の可橈性基板に対してスクライブ加工を行うスクライブ加工装置及びスクライブ加工方法に関するものである。
光吸収により電流を発生する光電変換層と、光電変換層で発生した電流を取り出す電極とを備えた光電変換素子が、太陽電池等の用途に使用されている。
従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Ｓｉ又は多結晶Ｓｉ、あるいは薄膜のアモルファスＳｉを用いたＳｉ系太陽電池が主流であったが、Ｓｉに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池としては、ＧａＡｓ系等のバルク系と、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなるＣＩＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ）系あるいはＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）系等の薄膜系とが知られている。ＣＩＳ系あるいはＣＩＧＳ系は、光吸収率が高く、高エネルギー変換効率が報告されている。
薄膜系光電変換素子等の各種電子デバイスの分野においては、可撓性基板上に各種機能膜を成膜及び加工して、デバイス全体を薄板状に加工する技術の開発が進められている。かかるプロセスでは、原材料使用量を低減でき、製造工程を連続工程（Roll to Roll工程）とすることができるので、製造コストを低減することができる。光電変換素子用の可撓性基板としては、金属基材の表面に絶縁膜を形成した基板等が挙げられる。
従来より、高効率化及び低コスト化等を目的として、集積デバイスをモノリシックに作製することが行なわれている。その際、鍵となる技術の一つが、薄膜に開溝部を設けて多数のセルに分割する技術である。
例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すように、薄膜系光電変換素子１００では一般に、短手方向断面視において、下部電極１２０のみを貫通する第１の開溝部１６１、光電変換層１３０とバッファ層１４０とを貫通する第２の開溝部１６２、及び上部電極１５０のみを貫通する第３の開溝部１６３が形成されており、長手方向断面視において、光電変換層１３０とバッファ層１４０と上部電極１５０とを貫通する第４の開溝部１６４が形成されている。これらの開溝部１６１〜１６４によって、光電変換素子１００が多数のセルＣに分離されると共に、多数のセルＣの直列接続構造が形成されている。
上記光電変換素子においては、それぞれの膜の材質及び特性により適したスクライブ加工が実施される。例えば、ＣＩＧＳ系の素子では通常、第１の開溝部１６１はレーザスクライブ加工により形成され、第２〜第４の開溝部１６２〜１６４はスクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工により形成される。
可撓性基板上に形成された被スクライブ加工膜に対して、連続工程（Roll to Roll工程）でスクライブ加工を施す場合、精度良く効率的にスクライブ加工を実施するには、可撓性基板の反り・うねり・撓み等を抑えた状態でスクライブ加工を実施する必要がある。
特許文献１には、表面に被スクライブ加工膜が形成された可橈性基板をウェブ搬送する間に、可橈性基板に対してローラ状の基板支持手段を接触させて可橈性基板を押圧した状態で、レーザスクライブ加工を行う装置が開示されている（請求項２及び図１等）。
特許文献２には、表面に被スクライブ加工膜が形成された可橈性基板をウェブ搬送する間に、平板状の基板位置保持手段により可橈性基板を保持させた状態で、レーザスクライブ加工を行う装置が開示されている（請求項３及び図３等）。
特許文献３には、従来技術として、表面に被スクライブ加工膜が形成された可橈性基板をウェブ搬送する間に、２つのガイドロールにより可橈性基板を保持させた状態で、スクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工を行う装置が記載されている（図１２等）。特許文献３にはまた、マイクロプラズマによるドライエッチングで開溝部を形成することが提案されている（請求項１及び図１等）。
特開平10-27918号公報 特開2001-44471号公報 特開2004-146773号公報
可撓性基板上に形成された被スクライブ加工膜に対して、連続工程（Roll to Roll工程）でスクライブ加工を施す場合、枚葉式よりも速い処理速度で、薄膜に対して開溝部を高精度に形成する必要がある。例えば、光電変換素子において、下部電極を貫通する第１の開溝部がきれいに形成されず、本来除去されるべき電極の残渣が残ってしまった場合、隣接するセルの下部電極の間で短絡が起こり、漏れ電流が発生して、所望の光電変換効率が得られない。また、下部電極が深く削られすぎて基板表面の絶縁膜まで削られると、絶縁破壊が起きて、下部電極と金属基材との短絡が生じてしまう。
しかしながら、特許文献１〜３には、可橈性基板に対して付与する張力・押圧力等の具体的な条件について一切記載がなく、安定的に薄膜に対して開溝部を高精度に形成する具体的な条件が不明である。
張力・押圧力が過小では、可橈性基板の反り・うねり・撓み等を抑制することが難しくなり、スクライブ加工の位置決め及び切削の深さの制御等が難しくなる。逆に、張力・押圧力が過大では、可橈性基板に過度のストレスが掛かり、形成した開溝部の周辺に細かい剥離やクラック等を発生させたり、見えないダメージを与える恐れがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、基板をウェブ搬送しながら、被スクライブ加工膜に対して、歩留まり良く安定的に、効率良く高精度に被スクライブ加工を実施することが可能なスクライブ加工装置及びスクライブ加工方法を提供することを目的とするものである。
本発明のスクライブ加工装置は、
表面に被スクライブ加工膜が形成された連続した帯状の可橈性基板を、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送手段と、
凸曲面を有し、前記被スクライブ加工膜が形成されていない側から前記可橈性基板に対して該凸曲面を接触させて、前記可橈性基板を押圧する押圧手段と、
前記可橈性基板の前記押圧手段により押圧された部分の表面に形成された前記被スクライブ加工膜に対してスクライブ加工を行うスクライブ手段とを備えたスクライブ加工装置において、
前記スクライブ加工の際に前記可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足することを特徴とするものである。
１．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
張力Ｔｎ及び押圧力Ｐは、下記式で表されるパラメータである。
Ｔｎ＝Ｔ／Ｓs（Ｐａ）、Ｐ＝Ｔ／（Ｗ×Ｒ）（Ｐａ）
（上記式中、Ｔ：可橈性基板の断面全体に掛かる張力、Ｓs：可橈性基板の断面積、Ｗ：可橈性基板の幅、Ｒ：凸曲面の曲率半径）
本発明のスクライブ加工装置において、可橈性基板の搬送は連続搬送でも間欠搬送でもよい。間欠搬送の場合、スクライブ加工は、基板搬送中と停止中のいずれに実施してもよい。
可橈性基板としては特に制限なく、金属基板、金属基材の表面に絶縁膜が形成された基板、及び樹脂基板等が挙げられる。
可橈性基板の表面には、被スクライブ加工膜の下方に、絶縁膜あるいは電極等の任意の１つ又は複数の膜が形成されていても構わない。この場合、可橈性基板の断面積は被スクライブ加工膜の下方に形成された層を含めた断面積と定義する。
被スクライブ加工膜は単層膜でも積層膜でもよい。
本発明のスクライブ加工装置において、前記搬送手段は、前記可橈性基板を送り出す第１のローラと前記スクライブ加工後の前記可橈性基板を巻き取る第２のローラとを備え、前記押圧手段は、前記可橈性基板を押圧する押圧ローラを備えていることが好ましい。かかる構成において、前記押圧ローラの半径は４０〜３００ｍｍであることが好ましい。
本発明のスクライブ加工装置において、前記可橈性基板に対する前記凸曲面の位置が変更可能とされていることが好ましい。
前記スクライブ手段としては、スクライブ刃を備え、機械的にスクライブ加工を行うものが挙げられる。この場合、前記スクライブ刃の材質がダイヤモンドであることが好ましい。
前記スクライブ手段が、スクライブ刃を備え、機械的にスクライブ加工を行うものである場合、前記スクライブ刃の前記可橈性基板に対して相対的に進行する側の面と前記可橈性基板の表面の法線方向とがなす角αが、−８０°≦α≦３５°であることが好ましく、−７０°≦α≦０°であることがより好ましい。本明細書では、上記角αを「すくい角」と称す。
図８Ｂは、可橈性基板Ｂ、被スクライブ加工膜Ｍ、スクライブ刃３１、及びすくい角αを模式的に示す断面図である。
本明細書においては、スクライブ刃３１の可橈性基板Ｂに対して相対的に進行する側の面Ｓ１が、可橈性基板の表面の法線方向Ｖに対してスクライブ刃３１の相対進行方向Ｄとは逆の方向に傾いているときにα＞０と定義し、面Ｓ１が可橈性基板の表面の法線方向Ｖに対してスクライブ刃の相対進行方向Ｄと同じ方向に傾いているときにα＜０と定義する。図中、α＞０のときのスクライブ刃３１の位置例を実線で示し、α＜０のときの面Ｓ１の位置例を破線で示してある。
前記スクライブ手段としては、レーザ光照射光学系を備え、レーザスクライブを行うものであってもよい。
本発明のスクライブ加工装置は、前記押圧手段と前記スクライブ手段とを複数組備え、前記被スクライブ加工膜に形成する開溝部の深さ及び／又は幅を段階的に大きくするものであることが好ましい。
本発明のスクライブ加工装置は、前記可橈性基板が金属基材の表面に絶縁膜が形成された基板であり、前記被スクライブ加工膜が半導体膜、導電体膜、又はこれらの積層膜である場合などに好ましく適用できる。
本発明のスクライブ加工装置は、光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本発明のスクライブ加工装置は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本発明のスクライブ加工装置は、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本明細書における元素の族の記載は、短周期型周期表に基づくものである。本明細書において、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる化合物半導体は、「I−III−VI族半導体」と略記している箇所がある。I−III−VI族半導体の構成元素であるIｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素はそれぞれ１種でも２種以上でもよい。また、光電変換層に含まれるI−III−VI族半導体は１種でも２種以上でも構わない。
本発明のスクライブ加工方法は、
表面に被スクライブ加工膜が形成された連続した帯状の可橈性基板を、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送する間に、
前記被スクライブ加工膜が形成されていない側から前記可橈性基板に対して凸曲面を接触させて、前記可橈性基板を押圧した状態で、前記被スクライブ加工膜に対してスクライブ加工を行うスクライブ加工方法において、
前記スクライブ加工の際に前記可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足する条件で、スクライブ加工を行うことを特徴とするものである。
１．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
張力Ｔｎ及び押圧力Ｐは、下記式で表されるパラメータである。
Ｔｎ＝Ｔ／Ｓs（Ｐａ）、Ｐ＝Ｔ／（Ｗ×Ｒ）（Ｐａ）
（上記式中、Ｔ：可橈性基板の断面全体に掛かる張力、Ｓs：可橈性基板の断面積、Ｗ：可橈性基板の幅、Ｒ：凸曲面の曲率半径）
本発明のスクライブ加工装置及びスクライブ加工方法によれば、基板をウェブ搬送しながら、被スクライブ加工膜に対して、歩留まり良く安定的に、効率良く高精度に被スクライブ加工を実施することができる。
本発明に係る一実施形態のスクライブ加工装置の概略斜視図 図１に示す装置の設計変更例 図１に示す装置の設計変更例 図１に示す装置の設計変更例 光電変換素子の構成例を示す短手方向の模式断面図 光電変換素子の構成例を示す長手方向の模式断面図 基板の構成を示す模式断面図 基板の製造方法を示す斜視図 スクライブ刃及びその近傍部分をスクライブ刃の進行方向から見た正面図 可橈性基板、被スクライブ加工膜、スクライブ刃、及びすくい角αを模式的に示す断面図
「スクライブ加工装置」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のスクライブ加工装置の構造について説明する。図１は装置の概略斜視図である。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、表面に被スクライブ加工膜Ｍが形成された連続した帯状の可橈性基板Ｂを、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送手段１０と、被スクライブ加工膜Ｍが形成されていない側から可橈性基板Ｂを押圧する押圧手段２０と、可橈性基板Ｂの押圧手段２０により押圧された部分の表面に形成された被スクライブ加工膜Ｍに対してスクライブ加工を行うスクライブ手段３０とを備えている。
可橈性基板Ｂとしては特に制限なく、金属基板、金属基材の表面に絶縁膜が形成された基板、及び樹脂基板等が挙げられる。
被スクライブ加工膜Ｍとしては特に制限なく、半導体膜、導電体膜、及びこれらの積層膜等が挙げられる。
本実施形態において、搬送手段１０は、表面に被スクライブ加工膜Ｍが形成された連続した帯状の可橈性基板Ｂを送り出す回動可能な第１のローラ（送出しローラ）１１と、スクライブ加工後の可橈性基板Ｂを巻き取る回動可能な第２のローラ（巻取りローラ）１２とから概略構成されている。第１のローラ１１は、先の工程からスクライブ加工工程に基板を搬送する搬送ローラであってもよい。同様に、第２のローラ１２は、スクライブ加工工程から次の工程に基板を搬送する搬送ローラであってもよい。
押圧手段２０は、可橈性基板Ｂを押圧する回動可能な押圧ローラ２１とその上下方向の位置を調整する位置調整機構（図示略）とから概略構成されている。押圧ローラ２１は凸曲面２１Ｓを有し、被スクライブ加工膜Ｍが形成されていない側から可橈性基板Ｂに対して凸曲面２１Ｓを接触させて、可橈性基板Ｂを押圧する。押圧ローラ２１は可橈性基板Ｂを押圧する機能を有する他、スクライブ加工の位置決めの機能も有する。
本実施形態において、押圧ローラ２１は上記位置調整機構によって上下の位置調整が可能とされており、押圧ローラ２１（凸曲面２１Ｓ）の位置調整によって、押圧ローラ２１による可橈性基板Ｂへの押圧力と可橈性基板Ｂに掛かる張力とが調整可能とされている。
可橈性基板Ｂの幅Ｗは特に制限されず、例えば１５０〜２０００ｍｍである。第１のローラ１１、第２のローラ１２、及び押圧ローラ２１の幅は特に制限されず、可橈性基板Ｂの幅Ｗの１．２〜１．５倍が好ましい。押圧ローラ２１の半径は特に制限なく、４０〜３００ｍｍが好ましい。基板の搬送速度は特に制限されず、例えば１〜１５０ｍ／ｍｉｎである。
スクライブ手段３０は、可橈性基板Ｂを挟んで押圧ローラ２１に対向配置され、機械的にスクライブ加工を行う複数のスクライブ刃３１から概略構成されている。複数のスクライブ刃３１は可橈性基板Ｂの幅方向に配列されている。各スクライブ刃３１の基板の幅方向の位置及び上下方向の位置が調整可能とされている。図中、符号Ｈは、スクライブ加工により形成された開溝部を示している。
本実施形態の装置１には、蛇行検出センサ４１と複数の蛇行修正ローラ４２とからなる蛇行修正手段４０も備えられている。
本実施形態では、被スクライブ加工膜Ｍのスクライブ加工箇所及び形成する開溝部Ｈの深さに合わせて、各スクライブ刃３１の基板の幅方向の位置、及び各スクライブ刃３１と押圧ローラ２１との間のクリアランスを所定の値にセットし、可橈性基板Ｂに張力及び押圧力を付与した状態で、スクライブ刃３１に所定の荷重を掛けて、被スクライブ加工膜Ｍの表面を引っ掻く様にしてスクライブ加工を行う。
本実施形態では、スクライブ加工のオフ時にスクライブ刃３１の位置を調整し、スクライブ加工中はその位置は、基本的には固定とされる。ただし、装置の振動等に追従して、スクライブ刃３１が、スクライブ刃３１と押圧ローラ２１との間のクリアランスを一定に保つよう微動するように制御することが好ましい。かかる制御を行うことで、深さ及び幅のばらつきが少ない開溝部Ｈを形成することができる。
スクライブ刃の刃先の幅３１Ｗは開溝部Ｈの幅に応じて選定され、特に制限されない。刃先の幅３１Ｗは、スクライブ刃３１をその進行方向から見た正面図において、被スクライブ加工膜Ｍに接している刃先の最大幅を意味する（図８Ａを参照。図８Ａはスクライブ刃及びその近傍部分をスクライブ刃の進行方向から見た正面図である）。スクライブ刃の刃先の幅３１Ｗは、例えば１０〜３００μｍの間で選択される。スクライブ刃３１に掛ける荷重は特に制限されず、例えば１５０〜４００ｍＮの間で選択される。
可撓性基板Ｂの反り・うねり・撓み等を抑え、安定的に被スクライブ加工膜Ｍに対して開溝部Ｈを高精度に形成するには、可橈性基板Ｂに対して付与する張力・押圧力が重要である。本実施形態の装置１では、スクライブ加工の際に可橈性基板Ｂに掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足するように調整されている。
１．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
張力Ｔｎ及び押圧力Ｐは、下記式で表されるパラメータである。
Ｔｎ＝Ｔ／Ｓs（Ｐａ）、Ｐ＝Ｔ／（Ｗ×Ｒ）（Ｐａ）
（上記式中、Ｔ：可橈性基板の断面全体に掛かる張力、Ｓs：可橈性基板の断面積、Ｗ：可橈性基板の幅、Ｒ：凸曲面の曲率半径）
本実施形態において、押圧ローラ２１は上下の位置調整が可能とされており、押圧ローラ２１による可橈性基板Ｂへの押圧力と可橈性基板Ｂに掛かる張力とが調整可能とされていることを述べた。本実施形態では、上記式（１）〜（３）を充足するように押圧ローラ２１の位置が調整され、スクライブ中はその位置が固定される。
スクライブ刃３１の材質は特に制限なく、硬く、破損や磨耗が起こりにくいものが好ましい。スクライブ刃３１の材質としては、ダイヤモンド、窒化ホウ素、及び各種金属等が挙げられる。耐久性があり、安定した大きさと形状のスクライブ加工が可能であることから、スクライブ刃３１の材質としては、ダイヤモンドが最も好ましい。
スクライブ刃３１の可橈性基板Ｂに対して相対的に進行する側の面Ｓ１と可橈性基板の表面の法線方向Ｖとがなす角（すくい角）αは特に制限されない（α及びその正負については、「課題を解決するための手段」の項及び図８Ｂを参照。）。本発明者は、少なくともすくい角αが−８０°≦α≦３５°の範囲内において、良好にスクライブ加工を実施できることを確認している（実施例１５〜２２を参照）。
図８Ｂに示すように、α＞０のとき、スクライブ刃３１の可橈性基板Ｂに対して相対的に進行する側の面Ｓ１は、可橈性基板の表面の法線方向Ｖに対して相対進行方向Ｄとは逆の方向に傾いている。この場合、スクライブ刃３１は、可橈性基板Ｂと被スクライブ加工膜Ｍのこれから切削しようとする未切削部分との間に割り込む態様となる。
これに対して、α＜０のとき、スクライブ刃３１の面Ｓ１は、可橈性基板の表面の法線方向Ｖに対して相対進行方向Ｄに傾いている。この場合、スクライブ刃３１は、被スクライブ加工膜Ｍのこれから切削しようとする未切削部分の上にオーバーハングする態様となる。
本発明者は、α＞０のときには、これから切削しようとする未切削部分を過大な範囲で不定形に剥離してしまう所謂ピッキングが起こる発生頻度が相対的に高く、α＜０のときは発生頻度が相対的に低いことを見出している。ピッキングが起こると、精度の良いスクライブ加工ができなくなり、歩留まり率が低下する。したがって、α≦０が好ましく、α＜０がより好ましい。また、α＜−７０°では、スクライブ刃３１が横に寝すぎて、深さ方向のスクライブ加工が精度良く実施できない恐れがある。すくい角αは、−７０°≦α≦０°であることが好ましく、−７０°≦α≦−５°であることがより好ましく、−６０°≦α≦−３５°であることが特に好ましい。
スクライブ刃３１の可橈性基板Ｂに対して相対的に進行する側と反対側の面Ｓ２と可橈性基板Ｂの表面とのなす角（逃げ角）γは特に制限されず、１０°以上が好ましい。γがかかる範囲であれば、安定した品質のスクライブ加工が実施できる。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、以上のように構成されている。
本実施形態では、スクライブ加工時に可橈性基板Ｂに掛かる張力・押圧力が好適な範囲に調整されているので、可橈性基板Ｂの反り・うねり・撓み等が良好に抑制され、スクライブ加工の位置決め及び切削の深さ等の制御がしやすく、高精度に被スクライブ加工を実施することができる。また、可橈性基板Ｂに過度の張力・押圧力が掛かり、形成する開溝部Ｈの周辺に細かい剥離やクラック等を発生させたり、見えないダメージを与える恐れもない。
したがって、本実施形態のスクライブ加工装置１及びこれを用いたスクライブ加工方法によれば、被スクライブ加工膜Ｍに対して、歩留まり良く安定的に、効率良く高精度に被スクライブ加工を実施することができる。本実施形態のスクライブ加工装置１を用いることにより、枚葉式よりも速い処理速度が要求される連続工程（Roll to Roll工程）の条件においても、高精度に開溝部Ｈを形成することができる。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、スクライブ加工が必要な任意の電子デバイスの製造に使用できる。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本実施形態のスクライブ加工装置１は、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用に好ましく利用できる。
本実施形態のスクライブ加工装置１を用いて光電変換素子を製造した場合、光電変換効率が向上する。これは、高精度なスクライブ加工が可能であり、また加工時にデバイスにかかるストレスを低減でき、欠陥やダメージが低減するためと考えられる。
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
押圧手段２０の形態は押圧ローラ２１に限定されず、凸曲面を有するものであればよい。
図２に示すスクライブ加工装置２のように、スクライブ刃３１を基板の幅方向に走査可能な構成としてもよい。かかる構成では、基板の搬送方向に対して、平行方向、垂直方向、及び斜め方向にスクライブ加工を行うことができる。例えば、基板の搬送を間欠的に行い、基板搬送の停止時に、スクライブ刃３１を基板の幅方向に走査することで、基板の搬送方向に対して垂直方向にスクライブ加工を行うことができる。
図３に示すスクライブ加工装置３のように、スクライブ加工手段は、レーザ光照射光学系５０から概略構成され、レーザスクライブ加工を行うものであってもよい。
レーザ光照射光学系５０は、電源５１により給電されてレーザ光を発振するレーザ発振機５２と、レーザ光を調光あるいは伝送する調光／伝送光学系５３〜５６と、可撓性基板Ｂ上に形成された被スクライブ加工膜Ｍの表面にレーザ光を照射するレーザヘッド５９とから構成されている。
調光／伝送光学系として、レーザ発振器５２から発振されたレーザ光のエネルギーを調整するアッテネータ５３と、アッテネータ５３により調整されたレーザ光の光像をスリット状に加工するスリット５４と、スリット状に加工されたレーザ光を集光する集光レンズ５５と、集光レンズ５５により集光されたレーザ光を伝送する光ファイバ５６とが備えられている。
レーザヘッド５９には、光ファイバ５６により伝送されたレーザ光の光像を所望の大きさのスリット状に再加工する可変スリット５７と集光レンズ５８とが内蔵されている。レーザヘッド５９は、基板の幅方向に走査可能とされている。
レーザ光の波長は特に制限なく、被スクライブ加工膜Ｍの光吸収波長に応じて適宜設計される。
例えば、被スクライブ加工膜Ｍが光電変換素子のＭｏ下部電極等の場合、用いるレーザ光の中心波長は５００〜１１００ｎｍが好ましい。
被スクライブ加工膜Ｍが光電変換素子の光電変換層あるいは上部電極等の場合、用いるレーザ光の中心波長は４００ｎｍ以下が好ましい。被スクライブ加工膜Ｍの光吸収係数に応じて、波長、照射エネルギー、レーザ出力パターン、及び照射時間等のレーザ照射条件を調整することで、所望の深さ及び幅で精度良くスクライブ加工を行うことができる。短波長領域では吸収係数が高く、回折等の影響が小さいため、レーザ照射する範囲を絞りやすく、その周辺部に余計なパワーが及ばないように調整することができるので、精度良くスクライブ加工を行うことができる。
レーザ光照射光学系５０の光学系については図示したもののみならず、適宜設計変更可能である。
図４に示すスクライブ加工装置４のように、押圧手段２０とスクライブ加工手段３０とを複数組備える構成としてもよい。かかる構成では、被スクライブ加工膜Ｍに形成する開溝部Ｈの深さ及び／又は幅を段階的に大きくすることができる。かかる設計変更は、図３に示した装置においても、適用可能である。
被スクライブ加工膜Ｍに形成する開溝部Ｈの深さ及び／又は幅を段階的に大きくする構成では、スクライブ加工時に開溝部Ｈの周辺に瞬間的に掛かる負荷（機械的なスクライブ加工の場合は機械的負荷、レーザスクライブの場合は熱的負荷）の大きさを低減でき、歩留まり及びデバイス性能を向上させることが可能である。また、押圧ローラ２１に掛かる負荷（機械的なスクライブ加工の場合は機械的負荷、レーザスクライブの場合は熱的負荷）も低減することができ、装置の耐久年数が長くなる。
「光電変換素子」
図面を参照して、本発明のスクライブ加工装置を用いて製造することが可能な光電変換素子の構造例について説明する。図５Ａは光電変換素子の短手方向の模式断面図、図５Ｂは光電変換素子の長手方向の模式断面図、図６は基板の構成を示す模式断面図、及び図７は基板の製造方法を示す斜視図である。視認しやすくするため、図中、各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。通常、「光電変換素子の短手方向」は製造に用いる可撓性基板Ｂの幅方向、「光電変換素子の長手方向」は製造に用いる可撓性基板Ｂの搬送方向に対応している。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光電変換素子１００は、可撓性基板１１０上に、下部電極（裏面電極）１２０と光電変換層１３０とバッファ層１４０と上部電極１５０とが順次積層された素子である。
光電変換素子１００には、短手方向断面視において、下部電極１２０のみを貫通する第１の開溝部１６１、光電変換層１３０とバッファ層１４０とを貫通する第２の開溝部１６２、及び上部電極１５０のみを貫通する第３の開溝部１６３が形成されており、長手方向断面視において、光電変換層１３０とバッファ層１４０と上部電極１５０とを貫通する第４の開溝部１６４が形成されている。
上記構成では、第１〜第４の開溝部１６１〜１６４によって素子が多数のセルＣに分離された構造が得られる。また、第２の開溝部１６２内に上部電極１５０が充填されることで、あるセルＣの上部電極１５０が隣接するセルＣの下部電極１２０に直列接続した構造が得られる。かかる構成では、薄膜形成と開溝部の形成を繰り返すだけの非常に簡単な工程で、多数の単位デバイスが直列接続した集積デバイスが作製可能である。
（可撓性基板）
本実施形態において、可撓性基板１１０はＡｌを主成分とする金属基材１１１の少なくとも一方の面側を陽極酸化して得られた基板である。可撓性基板１１０は、図６の左図に示すように、金属基材１１１の両面に陽極酸化膜１１２が形成されたものでもよいし、図６の右図に示すように、金属基材１１１の片面に陽極酸化膜１１２が形成されたものでもよい。陽極酸化膜１１２はＡｌ２Ｏ３を主成分とする膜である。
金属基材１１１と陽極酸化膜１１２の厚みは特に制限されない。金属基材１１１の厚みは例えば５０〜５００μｍであり、陽極酸化膜１１２の厚みは例えば０．５〜２０μｍである。
本明細書において、「金属基材の主成分」は、含量５０質量％以上の成分であると定義する。金属基材１１１は、微量元素を含んでいてもよい純Ａｌ基板でもよいし、Ａｌと他の金属元素との合金基板でもよい。陽極酸化膜１１２を形成する金属基材１１１としては、Ａｌ含量９５質量％以上の純Ａｌ基板が好ましい。
陽極酸化は、必要に応じて洗浄処理・研磨平滑化処理等が施された金属基材１１１を陽極とし陰極と共に電解質に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することで実施できる。
図７に示すように、Ａｌを主成分とする金属基材１１１を陽極酸化すると、表面１１１ｓから該面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする陽極酸化膜１１２が生成される。陽極酸化により生成される陽極酸化膜１１２は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体１１２ａが隙間なく配列した構造を有するものとなる。各微細柱状体１１２ａの略中心部には、表面１１１ｓから深さ方向に略ストレートに延びる微細孔１１２ｂが開孔され、各微細柱状体１１２ａの底面は丸みを帯びた形状となる。通常、微細柱状体１１２ａの底部には微細孔１１２ｂのないバリア層が形成される。陽極酸化条件を工夫すれば、微細孔１１２ｂのない陽極酸化膜１１２を形成することもできる。
（光電変換層）
光電変換層１３０は、少なくとも１種のIｂ族元素と少なくとも１種のIIIｂ族元素と少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる１種又は２種以上の化合物半導体（I−III−VI族半導体）を含み、光吸収により電流を発生する層である。
光電変換層１３０は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群より選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる１種又は２種以上の化合物半導体を含む層であることが好ましい。
光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、
光電変換層１３０は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる１種又は２種以上の化合物半導体を含むことが好ましい。
上記化合物半導体としては、
ＣｕＡｌＳ２，ＣｕＧａＳ２，ＣｕＩｎＳ２，
ＣｕＡｌＳｅ２，ＣｕＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ），
ＡｇＡｌＳ２，ＡｇＧａＳ２，ＡｇＩｎＳ２，
ＡｇＡｌＳｅ２，ＡｇＧａＳｅ２，ＡｇＩｎＳｅ２，
ＡｇＡｌＴｅ２，ＡｇＧａＴｅ２，ＡｇＩｎＴｅ２，
Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ），Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２，Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ，Ｓｅ）２，
Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２，及びＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ，Ｓｅ）２等が挙げられる。
光電変換層１３０は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳ及びＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高エネルギー変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
光電変換層１３０には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、及び／又は積極的なドープによって、光電変換層１３０中に含有させることができる。
光電変換層１３０中において、I−III−VI族半導体の構成元素及び／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型，ｐ型，及びｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層１３０中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
光電変換層１３０は、I−III−VI族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。I−III−VI族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のIVｂ族元素からなる半導体（IV族半導体）、ＧａＡｓ等のIIIｂ族元素及びＶｂ族元素からなる半導体（III−Ｖ族半導体）、及びＣｄＴｅ等のIIｂ族元素及びVIｂ族元素からなる半導体（II−VI族半導体）等が挙げられる。
光電変換層１３０には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。光電変換層１３０中のI−III−VI族半導体の含有量は特に制限されず、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
（電極、バッファ層）
下部電極１２０及び上部電極１５０はいずれも導電性材料からなる。光入射側の上部電極１５０は透光性を有する必要がある。光の有効利用を考えた場合、基板側の下部電極１２０は光反射性を有することが好ましい。光電変換層１３０のバッファ層１４０の近傍領域を除く主層がｐ型半導体である場合、下部電極１２０をプラス電極、上部電極１５０をマイナス電極とする。光電変換層１３０の主層がｎ型半導体である場合、下部電極１２０と上部電極１５０の±は逆になる。
下部電極１２０の主成分としては、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，及びこれらの組合わせが好ましい。上部電極１５０の主成分としては、ＺｎＯ，ＩＴＯ（インジウム錫酸化物），ＳｎＯ２，及びこれらの組合わせが好ましい。下部電極１２０及び／又は上部電極１５０は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造もよい。バッファ層１４０としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＺｎＯ，ＺｎＭｇＯ，ＺｎＳ(Ｏ，ＯＨ) ，及びこれらの組合わせが好ましい。電極及びバッファ層の主成分は５０質量％以上の成分と定義する。
好ましい組成の組合わせとしては例えば、Ｍｏ下部電極／ＣｄＳバッファ層／ＣＩＧＳ光電変換層／ＺｎＯ上部電極が挙げられる。
（その他の層）
光電変換素子１００は必要に応じて、上記で説明した以外の任意の層を備えることができる。例えば、基板１１０と下部電極１２０との間、及び／又は下部電極１２０と光電変換層１３０との間に、必要に応じて、層同士の密着性を高めるための密着層（緩衝層）を設けることができる。また、必要に応じて、基板１１０と下部電極１２０との間に、アルカリイオンの拡散を抑制するアルカリバリア層を設けることができる。アルカリバリア層の好適な態様については、特開平８−２２２７５０号公報を参照されたい。
光電変換素子１００は、以上のように構成されている。
光電変換素子１００の製造においては、第１〜第４の開溝部１６１〜１６４の形成にスクライブ加工が行われる。光電変換素子１００においては、それぞれの膜の材質及び特性により適したスクライブ加工が実施される。例えば、ＣＩＧＳ系の素子では、第１の開溝部１６１はレーザスクライブ加工により形成され、第２〜第４の開溝部１６２〜１６４はスクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工又はレーザスクライブ加工により形成される。
本発明のスクライブ加工装置を用いて開溝部１６１〜１６４を形成することにより、基板をウェブ搬送しながら、歩留まり良く安定的に、高光電変換効率の光電変換素子１００を製造することができる。本発明のスクライブ加工装置を用いることにより、枚葉式よりも速い処理速度が要求される連続工程（Roll to Roll工程）の条件においても、高精度に開溝部１６１〜１６４を形成することができる。
ここで示した光電変換素子１００は一構成例であり、本発明のスクライブ加工装置は、金属基板、金属基材の表面に絶縁膜が形成された基板、及び樹脂基板等の可撓性基板を用いた任意の光電変換素子の製造に適用可能である。本発明のスクライブ加工装置は、光電変換素子以外の任意のデバイスの製造に適用可能である。
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
＜光電変換素子用基板の製造＞
金属基材として純度９９．５％以上の幅３００ｍｍの連続した帯状のＡｌ薄板を用意した。その表面を研磨した後、ホウ酸中で陽極酸化することにより、厚み２００μｍのＡｌ基材の両面側に各々厚み５μｍの陽極酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜）が形成された連続した帯状の可橈性基板を得た。陽極酸化膜には規則的に微細孔が開孔しており、バリア層の厚みは約５０ｎｍ、微細孔のピッチは約１５０ｎｍ、微細孔の孔径は約５０ｎｍであった。
＜光電変換素子及び太陽電池モジュールの製造＞
得られた光電変換素子用基板の全面に、Ａｒスパッタリングによって、厚み０．７μｍのＭｏ下部電極を成膜した。その後、図３に示した装置を用いて、Ｍｏ下部電極に対してレーザスクライブ加工を実施して、深さ約０．７μｍ・幅約１３０μｍの複数の第１の開溝部を形成した。基板の搬送速度は、３ｍ／ｍｉｎとした。レーザとしては、中心波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを使用した。基板の幅方向に見て、ピッチ１０ｍｍで複数の第１の開溝部を形成し、下部電極を２４分割した。
次いで、下部電極を形成した基板の全面に、多源同時蒸着法にて、光電変換層として厚み１．７μｍのＣｕ（Ｉｎ０．７Ｇａ０．３）Ｓｅ２薄膜を蒸着した。Ｃｕ（Ｉｎ０．７Ｇａ０．３）Ｓｅ２薄膜の蒸着は、真空容器内部にＣｕの蒸着源、Ｉｎの蒸着源、Ｇａの蒸着源、およびＳｅの蒸着源を用意し、真空度約１０−4Ｐａ（１０−７Ｔｏｒｒ）のもとで、実施した。その際、蒸着ルツボの温度は適宜調節した。基板温度は５３０℃とした。
次いで、光電変換層を形成した基板の全面に、バッファ層として、厚み約５０ｎｍのＣｄＳ膜を化学析出法により堆積した。化学析出法は、硝酸Ｃｄ、チオ尿素、及びアンモニアを含む水溶液を約８０℃に温め、上記光電変換層をこの水溶液に浸漬することにより行った。
バッファ層の成膜後に、図１に示した装置を用いて、光電変換層とバッファ層の積層に対して、スクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工を行い、深さ約１．８μｍ・幅約１４０μｍの複数の第２の開溝部を形成した。形成する第２の開溝部の本数に合わせた数のスクライブ刃を並べて、複数の第２の開溝部を同時に形成した。基板の搬送速度は、１８ｍ／ｍｉｎとした。刃先の幅が１００μｍである平刃状のダイヤモンド製のスクライブ刃を用いた。基板の幅方向に見てピッチ１０ｍｍで複数の第２の開溝部を形成し、光電変換層とバッファ層との積層を２４分割した。スクライブ刃を基板に接触させる際の条件は、以下の通りとした。
すくい角α＝−３５°、
刃先角度β＝６０°、
逃げ角γ＝６５°、
スクライブ刃に掛ける荷重＝２８０ｍＮ。
次いで、バッファ層を形成した基板の全面に、Ａｒスパッタリングによって、上部電極として、厚み０．６μｍのＡｌ添加ＺｎＯ膜を成膜した。上部電極の成膜後に、第２の開溝部の形成に用いたのと同じ装置を用いて、上部電極に対してスクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工を行い、深さ約０．６μｍ・幅約１４０μｍの複数の第３の開溝部を形成した。基板の幅方向に見てピッチ１０ｍｍで複数の第３の開溝部を形成し、上部電極を２４分割した。用いたスクライブ刃及びスクライブ刃を基板に接触させる際の条件は、第２の開溝部の形成と同条件とした。
次いで、図２に示した装置を用いて、光電変換層とバッファ層と上部電極の積層に対して、スクライブ刃を用いた機械的なスクライブ加工を行い、深さ約３．２μｍ・幅約２００μｍの複数の第４の開溝部を形成した。基板搬送は間欠搬送とし、搬送停止時にスクライブ刃を基板の幅方向に走査して第４の開溝部を形成した。刃先の幅が１６０μｍである平刃状のダイヤモンド製のスクライブ刃を用いた。スクライブ刃を基板に接触させる際の角度及び荷重の条件は、第２の開溝部の形成と同条件とした。複数の第４の開溝部の形成によって、光電変換層とバッファ層と上部電極の積層を基板の幅方向に並んだ２４個のセルからなるセルユニットごとに分割した。
その後、上記基板を２４０ｍｍ四方の複数の素子に切断加工し、取出し外部電極としてＡｌを蒸着して、光電変換素子を得た。最後に、封止用の透明樹脂のラミネートを行い、太陽電池モジュールを得た。同一条件で計２０個の太陽電池モジュールを製造した。各モジュールは、２４個のセルが直列接続されたセルユニットが３列並列接続された構造とした。
第１〜第４の開溝部の形成において、押圧ローラの半径、スクライブ加工の際に可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐ、Ｔｎ×Ｐは、同一条件とした。これらのデータを表１に示す。
＜光電変換効率および歩留まり率の評価＞
作製した太陽電池モジュールは、Ａｉｒ Ｍａｓｓ（ＡＭ）＝１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を用いて光電変換効率を評価した。２０個のサンプルについて光電変換効率を測定し、その中での最高値に対して８０％以上の光電変換効率のサンプルを合格品とし、それ以外のものを不合格品とした。合格品の光電変換効率の平均値を光電変換効率として求めた。また、下記式により歩留まり率を求めた。
歩留まり率＝合格品数／評価サンプル総数（％）
（実施例２〜１１、比較例１〜３）
第１〜第４の開溝部の形成において、押圧ローラの半径、スクライブ加工の際に可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐ、Ｔｎ×Ｐを、表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを得、同様に評価した。
（結果）
表１に示すように、スクライブ加工の際に可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐ、Ｔｎ×Ｐを、本発明の規定内に設定した実施例１〜１１では、これらのパラメータ値を本発明の規定外とした比較例１〜３よりも、光電変換効率及び歩留まり率がいずれも高く、素子特性に優れた光電変換素子を安定的に製造することができた。
実施例１〜１１においては、押圧ローラの半径を４０〜３００ｍｍの範囲内に設定した。かかる範囲内であれば、良好な結果が得られた。半径３００ｍｍ以上の押圧ローラは製造が難しいため、検討を行うことができなかった。
（実施例１２）
図４に示した装置を用いて第２の開溝部と第３の開溝部を形成し、これらの開溝部をそれぞれ２段階で形成した以外は、実施例５と同様にして太陽電池モジュールを得、同様に評価した。１段階目のスクライブ加工による深さを所望の深さの７０％とし、２段階目のスクライブ加工で所望の深さとなるよう、２組のスクライブ刃と押圧ローラとの間のクリアランスを各々調整した。
実施例５と実施例１２の製造条件及び評価結果を表２に示す。
表２に示すように、１つの開溝部に対して２段階でスクライブ加工を行った実施例１２では、１つの開溝部に対して１段階でスクライブ加工を行った実施例５よりも、光電変換効率及び歩留まり率がいずれも高く、より良い結果が得られた。この結果から、複数段階でスクライブ加工を行うことがより好ましいことが示された。
（実施例１３，１４）
第２の開溝部〜第４の開溝部の形成に用いるスクライブ刃の材質を下記に変更した以外は、実施例５と同様にして太陽電池モジュールを得、同様に評価した。
実施例１３：窒化ホウ素焼結体（ＢＮ）、
実施例１４：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金（JIS分類K-10相当）。
実施例５，１３，１４の製造条件及び評価結果を表３に示す。
表３に示すように、スクライブ刃の材質としては、特にダイヤモンドが好ましいことが示された。
（実施例１５〜２２）
スクライブ刃を基板に接触させる際の条件を表４に示す条件とした以外は、実施例５と同様にして太陽電池モジュールを得、同様に評価した。結果を表４に示す。
表４に示すように、すくい角αを−８０〜３５°とした実施例１５〜２２では、いずれも良好な結果が得られた。すくい角αが−７０〜−５°、より好ましくは−６０〜−３５°のときにより良好な結果が得られた。
（実施例２３）
図３に示した装置を用いて第２の開溝部〜第４の開溝部を形成し、これらの開溝部をレーザスクライブ加工で形成した以外は、実施例１〜１１と同様にして太陽電池モジュールを得、同様に評価した。レーザとしては、中心波長３５５ｎｍのＹＡＧの第三高調波を用いた。いずれの例においても、実施例１〜１１と同様の結果が得られた。
Figure 2010165879
Figure 2010165879
Figure 2010165879
Figure 2010165879
本発明のスクライブ加工装置は、任意の被スクライブ加工膜の加工に使用することができ、光電変換素子等のデバイスの半導体膜、導電体膜、又はこれらの積層膜等のスクライブ加工に使用することができる。
１〜４ スクライブ加工装置
１０ 搬送手段
１１ 第１のローラ
１２ 第２のローラ
２０ 押圧手段
２１ 押圧ローラ
２１Ｓ 凸曲面
３０ スクライブ手段
３１ スクライブ刃
５０ レーザ光照射光学系
Ｍ 被スクライブ加工膜
Ｂ 可橈性基板
Ｈ 開溝部
α スクライブ刃の可橈性基板に対して相対的に進行する側の面と可橈性基板の表面の法線方向とがなす角（すくい角）
１００ 光電変換素子（太陽電池）
１１０ 可撓性基板
１１１ 金属基材
１１２ 陽極酸化膜（絶縁膜）
１２０ 下部電極
１３０ バッファ層
１４０ 光電変換層
１５０ 上部電極
１６１〜１６４ 開溝部

Claims (15)

  1. 表面に被スクライブ加工膜が形成された連続した帯状の可橈性基板を、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送手段と、
    凸曲面を有し、前記被スクライブ加工膜が形成されていない側から前記可橈性基板に対して該凸曲面を接触させて、前記可橈性基板を押圧する押圧手段と、
    前記可橈性基板の前記押圧手段により押圧された部分の表面に形成された前記被スクライブ加工膜に対してスクライブ加工を行うスクライブ手段とを備えたスクライブ加工装置において、
    前記スクライブ加工の際に前記可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足することを特徴とするスクライブ加工装置。
    １．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
    ４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
    ５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
    張力Ｔｎ及び押圧力Ｐは、下記式で表されるパラメータである。
    Ｔｎ＝Ｔ／Ｓs（Ｐａ）、Ｐ＝Ｔ／（Ｗ×Ｒ）（Ｐａ）
    （上記式中、Ｔ：可橈性基板の断面全体に掛かる張力、Ｓs：可橈性基板の断面積、Ｗ：可橈性基板の幅、Ｒ：凸曲面の曲率半径）
  2. 前記搬送手段は、前記可橈性基板を送り出す第１のローラと前記スクライブ加工後の前記可橈性基板を巻き取る第２のローラとを備え、
    前記押圧手段は、前記可橈性基板を押圧する押圧ローラを備えていることを特徴とする請求項１に記載のスクライブ加工装置。
  3. 前記押圧ローラの半径が４０〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のスクライブ加工装置。
  4. 前記可橈性基板に対する前記凸曲面の位置が変更可能とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  5. 前記スクライブ手段は、スクライブ刃を備え、機械的にスクライブ加工を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  6. 前記スクライブ刃の材質がダイヤモンドであることを特徴とする請求項５に記載のスクライブ加工装置。
  7. 前記スクライブ刃の前記可橈性基板に対して相対的に進行する側の面と前記可橈性基板の表面の法線方向とがなす角αが、−８０°≦α≦３５°であることを特徴とする請求項５又は６に記載のスクライブ加工装置。
  8. 前記スクライブ刃の前記可橈性基板に対して相対的に進行する側の面と前記可橈性基板の表面の法線方向とがなす角αが、−７０°≦α≦０°であることを特徴とする請求項５又は６に記載のスクライブ加工装置。
  9. 前記スクライブ手段は、レーザ光照射光学系を備え、レーザスクライブ加工を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  10. 前記押圧手段と前記スクライブ手段とを複数組備え、前記被スクライブ加工膜に形成する開溝部の深さ及び／又は幅を段階的に大きくするものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  11. 前記可橈性基板は、金属基材の表面に絶縁膜が形成された基板であり、
    前記被スクライブ加工膜は、半導体膜、導電体膜、又はこれらの積層膜であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  12. 光電変換素子の製造用であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のスクライブ加工装置。
  13. Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用であることを特徴とする請求項１２に記載のスクライブ加工装置。
  14. Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる化合物半導体を含む光電変換層を備えた光電変換素子の製造用であることを特徴とする請求項１３に記載のスクライブ加工装置。
  15. 表面に被スクライブ加工膜が形成された連続した帯状の可橈性基板を、張力を付与しながらウェブ搬送する搬送する間に、
    前記被スクライブ加工膜が形成されていない側から前記可橈性基板に対して凸曲面を接触させて、前記可橈性基板を押圧した状態で、前記被スクライブ加工膜に対してスクライブ加工を行うスクライブ加工方法において、
    前記スクライブ加工の際に前記可橈性基板に掛かる単位断面積あたりの張力Ｔｎ及び押圧力Ｐが、下記式（１）〜（３）を充足する条件で、スクライブ加工を行うことを特徴とするスクライブ加工方法。
    １．５ＭＰａ≦Ｔｎ≦２５ＭＰａ・・・（１）、
    ４ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａ・・・（２）、
    ５ＧＰａ2≦Ｔｎ×Ｐ≦８００ＧＰａ2・・・（３）
    張力Ｔｎ及び押圧力Ｐは、下記式で表されるパラメータである。
    Ｔｎ＝Ｔ／Ｓs（Ｐａ）、Ｐ＝Ｔ／（Ｗ×Ｒ）（Ｐａ）
    （上記式中、Ｔ：可橈性基板の断面全体に掛かる張力、Ｓs：可橈性基板の断面積、Ｗ：可橈性基板の幅、Ｒ：凸曲面の曲率半径）
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