JP2010171233A - 薄膜太陽電池のレーザ加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積の薄膜太陽電池に単位セルを画成するパターニングラインを高速かつ高精度で加工できるとともに、装置を小型化するうえでも有利な薄膜太陽電池のレーザ加工装置および加工方法を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置１００は、可撓性基板１の長手搬送方向に並設された加工ステージ（４）上の２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２（ｙ１，ｙ２）に対して、それぞれレーザ光を走査し、同時並行してパターニングを行なう２つのガルバノスキャナ（１４，２４）と、それらに共通の制御部（１９）とを備えている。各ガルバノスキャナは、直交２軸方向の走査に対応した第１ミラー（１４ａ，２４ａ）および第２ミラー（１４ｂ，２４ｂ）を有し、各第１ミラーの走査方向が、可撓性基板の単位セル直列接続に係るパターニングライン（Ｇｙ）と平行な長手搬送方向（ｙ）に設定され、各第２ミラーの走査方向が、各加工領域の境界および可撓性基板の各単位モジュールを区分するパターニングライン（Ｇｘ）と平行な幅方向（ｘ）に設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜太陽電池の製造工程において光電変換素子の直列接続構造を構成する各単位セルを分割するのに用いるレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

プラスチックフィルムなどの帯状可撓性基板を用いた薄膜太陽電池は、薄型軽量化や大面積化に有利であることは勿論、成膜工程および単位セルの分割工程をロールプロセスで行なう製造方法による量産性や施工性の点でも有利である。単位セルの分割工程にはレーザ加工装置が用いられる。レーザ加工装置としては、レーザ加工ヘッドをＸ−Ｙテーブルで移動させる方式や、一対のガルバノミラーでレーザ光軸を走査するガルバノスキャン方式が公知であるが、大面積に対する高速加工には、走査に係る慣性重量が小さいガルバノスキャナ方式が有利である。

ガルバノスキャナ方式のレーザ加工装置において良好な加工精度を維持するためには、特許文献１に記載されるように、レーザ光の振り角すなわちレーザ走査角を小さい角度範囲内（例えば３０度以内）に留め、レーザ加工時のパワー密度の変動を一定範囲内に抑える必要がある。しかし、図１に示されるように、小さいレーザ走査角θ′で大面積の加工を行なうために焦点距離Ｌ′が長くなれば、加工装置７００が大型化するとともに、レーザ走査の分解能が相対的に低下する問題がある。

特開２００４−３３５８６３号公報

加工装置の大型化および分解能の低下を回避すべくレーザ走査の角度範囲を大きくすると、上述したパワー密度の変動に加えて、加工歪みが発生する問題がある。図１に示されるようなガルバノスキャナ方式のレーザ加工装置７００では、レーザ発振器から出力されるレーザ光の出射角度を、直交２軸の走査方向に対応した一対のガルバノミラーを含むガルバノスキャナ７１４で制御し、加工面上におけるレーザ光の照射位置を移動させることでパターニングを行なうが、レーザ光のエネルギー強度分布は、半径方向に減衰するガウス分布状をなしているため、このようなレーザ光をそのまま加工に使用すると、照射範囲の周縁部では加工に必要なエネルギーが得られない。

このため、レーザ光の照射範囲をスリットで整形することにより、エネルギーの強度分布が比較的フラットな中央部を、格子状に配向されたパターニングラインの加工に適した矩形に切り出し、矩形の加工スポットを走査方向に移動させることで、加工精度を確保するようにしている。しかし、レーザ光の出射角度が大きくなる加工領域の隅部では、矩形であるべき加工スポットの形状が、平行四辺形状に歪む傾向が有り、加工精度を向上する上での障害となっていた。

そこで、加工領域における加工スポット形状の歪みをさらに詳細に分析した結果、図２に模式的に示すように、ガルバノスキャナを構成する一対のミラーのうち、レーザ光が先に入射される第１ミラー１４ａの走査方向（ｙ）では、レーザ光の出射角度が大きい領域でも、加工スポットの幅が殆ど変化しないのに対して、レーザ光が後から入射される第２ミラー１４ｂの走査方向（ｘ）では、レーザ光の出射角度が大きい領域（ｙｄ）および（−ｙｄ）において、（ｘ）方向の両端寄りでは、加工スポットの歪みにパターニングライン幅が影響を受けることが認められた。したがって、加工領域における第１ミラー１４ａの走査方向（ｙ）の拡がりを抑制すれば、加工スポットの歪みによる影響をある程度まで排除できるが、たとえ一方向でも、加工領域を狭めることは生産性の点で著しく不利になる。

本発明の目的は、大面積の薄膜太陽電池に単位セルを画成するパターニングラインを高速かつ高精度で加工できるとともに、装置を小型化するうえでも有利な薄膜太陽電池のレーザ加工装置および加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、加工領域を第１ミラー１４ａの走査方向（ｙ）に並設された複数領域に分割し、各加工領域に個別にガルバノスキャナを割り当てることで、それぞれの第１ミラー１４ａの走査方向（ｙ）の拡がりを抑制しつつ、加工スポットの幅が変化しない第１ミラー１４ａの走査方向（ｙ）を、薄膜太陽電池のパターニングで、より精細な加工が要求されるパターニングラインの加工、すなわち単位モジュールを構成する各単位セルの直列接続に係るパターニングラインの加工に適用すれば、加工品質と加工速度を両立できるという知見を得て本発明に想到した。

すなわち本発明は、帯状可撓性基板の表面に、少なくとも１つの光電変換層およびその表裏両側の電極層が積層形成されるとともに、前記各層が格子状に配向されたパターニングラインで多数の単位セルに分割され、かつ、前記可撓性基板の幅方向に配列された単位セルが前記基板の背面で直列接続されることで単位モジュールを構成している薄膜太陽電池の製造工程において、前記各単位セルを分割するのに用いるレーザ加工装置であって、
前記可撓性基板を所定の搬送ピッチで間欠的に搬送する搬送手段と、
前記可撓性基板の搬送経路に沿って配設された加工ステージと、
前記可撓性基板の長手搬送方向に並設された前記加工ステージ上の複数の加工領域に対して、それぞれ加工用レーザ光を走査し、同時並行してパターニングを行なうための複数のガルバノスキャナを含むレーザ光学系と、
前記各ガルバノスキャナを連動させる共通の制御部と、を備え、
前記各ガルバノスキャナは、直交２軸方向の走査に対応した第１および第２ミラーを含み、前記各第１ミラーの走査方向が、前記加工ステージ上に位置決めされた前記可撓性基板の前記各単位モジュールに属する各単位セルの直列接続に係るパターニングラインと平行な前記可撓性基板の長手搬送方向に設定され、前記各第２ミラーの走査方向が、前記各加工領域の境界および前記可撓性基板の前記各単位モジュールを区分するパターニングラインと平行な前記可撓性基板の幅方向に設定されている、薄膜太陽電池のレーザ加工装置にある。

本発明の好適な態様では、前記加工ステージ上に位置決めされた前記可撓性基板の前記各加工領域を、前記各ガルバノスキャナの加工光学系と同軸で走査して、前記各加工領域における先行パターンの画像を取得するそれぞれの撮像手段と、前記各画像から前記先行パターンの実際の位置データを取得し、それに基づいて、加工すべきパターニングラインの補正データを前記制御部に提供する画像処理手段と、をさらに備えている。

また、本発明の好適な態様では、前記各加工領域にそれぞれ同数の単位モジュールが割り当てられている。さらに、前記加工ステージが、前記可撓性基板の上下方向の搬送経路に沿って配設され、前記各ガルバノスキャナが、前記加工ステージの上下方向に並設された前記各加工領域に対しそれぞれレーザ光を走査すべく上下方向に並設されている。

また、本発明は、上記レーザ加工装置を用いた薄膜太陽電池のレーザ加工方法であって、
帯状可撓性基板の表面に、少なくとも１つの光電変換層およびその表裏両側の電極層が積層形成されるとともに、前記裏側の電極層が１次パターニングラインで多数の単位セルに分割されている１次加工済み可撓性基板を、所定の搬送ピッチで間欠的に搬送して加工ステージに位置決めするステップと、
前記可撓性基板の長手搬送方向に並設された前記加工ステージ上の複数の加工領域に対して、個別に割り当てられたガルバノスキャナで同時並行して撮像用レーザ光を走査しつつ、前記各ガルバノスキャナの加工光学系と同軸に配設されたそれぞれの撮像手段で前記各加工領域の１次パターニングラインを撮像するステップと、
前記各撮像手段に取得された画像を処理し、得られた１次パターニングラインの実際の位置データに基づいて、加工すべき２次パターニングラインの補正データを求めるステップと、
前記補正データに基づいて前記各ガルバノスキャナを制御し、前記各加工領域に対して、同時並行して加工用レーザ光を走査し、２次パターニングラインを加工するステップであって、前記各ガルバノスキャナのそれぞれの第１ミラーによる前記可撓性基板の長手搬送方向の走査によって前記各単位セルの直列接続に係る２次パターニングラインを加工するとともに、前記各ガルバノスキャナのそれぞれの第２ミラーによる前記可撓性基板の幅方向の走査によって前記各単位セルを単位モジュール毎に分割する２次パターニングラインを加工するようなステップと、を含む、薄膜太陽電池のレーザ加工方法にある。

本発明は、上述のように構成されているので、可撓性基板の長手搬送方向に並設された複数の加工領域に対して、個別に配設されたガルバノスキャナで同時並行してパターニングを行なうことにより、個々の加工領域の面積が小さくなり、加工時間を大幅に短縮できる。しかも、加工スポットの幅精度が高い各第１ミラーの走査方向が、各単位セルの直列接続に係るパターニングラインの加工に適用され、かつ、第２ミラーの走査方向のパターニングライン幅に影響を及ぼす加工スポットの歪みが発生する領域が排除されることによって、より高精細なパターニングラインを設定可能になり、薄膜太陽電池の有効発電面積が増加し、発電効率を向上するうえで有利である。

また、個々の加工領域が狭くなることで、各ガルバノスキャナのレーザ走査角を有効範囲内に留めつつ、各ガルバノスキャナと加工ステージとの間隔を短縮でき、加工装置を小型化するうえで有利である。特に、加工ステージが、可撓性基板の上下方向の搬送経路に沿って配設され、各ガルバノスキャナが、加工ステージの上下方向に並設された各加工領域に対しそれぞれレーザ光を走査すべく上下方向に並設されている態様では、フロア上の平面的な設置スペースを大幅に削減可能である。

さらに、加工ステージ上に位置決めされた可撓性基板の各加工領域を、各ガルバノスキャナの加工光学系と同軸で走査して、各加工領域における先行パターン（１次パターニングライン）の画像を取得するそれぞれの撮像手段と、前記各画像から先行パターンの実際の位置データを取得し、それに基づいて、加工すべきパターニングライン（２次パターニングライン）の補正データを制御部に提供する画像処理手段と、をさらに備えている態様では、個々の加工領域が狭くなることで、パターニングラインの加工に先立って実施される先行パターンのスキャニングをより高精度かつ短時間で実施可能であるとともに、得られた画像から先行パターンの位置データを取得する画像処理に要する時間を大幅に短縮でき、上述した加工時間の短縮と相俟って、全体としての処理時間を短縮し、生産性を向上するうえで有利である。

また、個々の加工領域にそれぞれ同数の単位モジュールが割り当てられている態様では、各加工領域に対して同一の処理および加工が実施されることで、制御プログラムや制御動作が簡素化され、かつ、加工時間を最大限に短縮可能となる。

従来のレーザ加工装置を示す概略構成図である。 加工領域における加工スポットの歪み傾向を示す模式図である。 本発明実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 本発明実施形態に係る加工領域と単位モジュールの配置を示す可撓性基板の模式的な正面図である。 図４のＡ部分拡大図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明実施形態に係るレーザ加工装置１００は、図３に示すように、帯状可撓性基板１の巻出しロール２、巻出し側のダンサーローラ３、レーザ加工を行なう加工ステージ４、加工済み可撓性基板１のクリーニング装置５、フィードローラ６、検査装置７、巻取り側のダンサーローラ８、加工済み可撓性基板１の巻取りロール９、それらの間の搬送経路で帯状可撓性基板１を案内する複数のアイドルローラなどから主に構成されている。

加工ステージ４は、加工室４０の内部の一側に縦に配設された吸着ステージであり、加工ステージ４の上方および下方には、巻出し側から加工室４０の天井部に導入された可撓性基板１を加工ステージ４前面の上方から下方に案内する一対のアイドルローラ４１，４２が配設されている。加工ステージ４の上端付近には、フィードローラ６の駆動により間欠的に搬送された可撓性基板１を加工ステージ４に対して所定位置で停止させるために、可撓性基板１上のマーカーホールを検出する位置検出センサ４３が設けられており、加工ステージ４に位置決めされた可撓性基板１は、加工ステージ４に吸着固定される。

加工室４０内部の加工ステージ４と反対側には、加工ステージ４に対向して２つの同構造のレーザ加工ユニット１０，２０が上下に並設されている。レーザ加工ユニット１０，２０は、それぞれ、レーザ発振器１１，２１、結像光学系１２，２２、ガルバノスキャナ１４，２４を備えている。それぞれのガルバノスキャナ１４，２４は、第１ミラー１４ａ，２４ａおよび第２ミラー１４ｂ，２４ｂからなる一対のガルバノミラー（ＸＹスキャナ）と、それらを回動変位させるサーボモータ等の回転駆動手段、制御部１４ｃ，２４ｃ、焦点調整ユニット１３，２３（Ｚスキャナ）などで構成されている。

２つのガルバノスキャナ１４，２４は、第１ミラー１４ａ，２４ａの走査方向が、加工ステージ４上に位置決めされた可撓性基板１の長手搬送方向となる上下方向（ｙ方向、ｙ１，ｙ２方向）に設定され、第２ミラー１４ｂ，２４ｂの走査方向が、可撓性基板１の幅方向となる横方向（ｘ方向）に設定されている。

また、各レーザ加工ユニット１０，２０は、加工ステージ４上に位置決めされた可撓性基板１の表面を、上述した加工光学系と同軸で走査して、可撓性基板１の表面に先行プロセスで加工されたパターンの画像を取得するための撮像部１７，２７を備えている。

焦点調整ユニット１３，２３と一対のガルバノミラーとの間には、それぞれレーザ光の波長は透過し、それ以外の波長の光は反射するダイクロイックミラー１５，２５（ビームスプリッタ）が設けられており、このダイクロイックミラー１５，２５からの反射光の光軸に沿って波長フィルタ１６，２６と撮像部１７，２７が配設されている。撮像部１７，２７は、ＣＣＤカメラ等で構成され、波長フィルタ１６，２６、ダイクロイックミラー１５，２５、およびガルバノスキャンミラーを介して、可撓性基板１上で反射された反射光を撮像可能である。

さらに、レーザ加工装置１００は、上記各レーザ加工ユニット１０，２０を制御する共通の処理機能ブロックとして、面像処理ユニット１８および制御ユニット１９を備えている。画像処理ユニット１８は、撮像部１７，２７によって撮像された先行パターン（１次パターニングライン）の画像を基にパターニングライン（２次パターニングライン）を形成するための補正データを算出し、その補正データを制御ユニット１９に提供する。

制御ユニット１９は、各レーザ加工ユニット１０，２０の制御プログラムや加工情報を格納する記憶手段を含み、該記憶手段から得られる所定の座標値と画像処理ユニット１９から提供される補正データに基づいて、各レーザ発振器１１，２１、結像光学系１２，２２、およびガルバノスキャナ１４，２４の動作を制御し、加工ステージ４上の可撓性基板１に対して、先行パターンの位置情報を反映した正確なレーザ加工が行えるようにするものである。

図４は、加工ステージ４上に位置決めされた可撓性基板１を、ガルバノスキャナ１４，２４側から見た模式的な正面図であり、加工領域Ｒ１，Ｒ２と単位セル５０の配置を示している。加工領域Ｒ１，Ｒ２は、同形状の矩形領域であり、それぞれの加工領域Ｒ１，Ｒ２において、可撓性基板１上に多数の単位セル５０がｘ方向に直列接続された３つの単位モジュールＭ１１〜１３およびＭ２１〜２３のパターニングを、上下に並設されたレーザ加工ユニット１０，２０で同時並行して行なうように設定されている。

図５は図４のＡ部拡大図、図６は図５のＢ−Ｂ断面図であり、各図には、いずれも加工済みの可撓性基板１が模式的に示されている。実際のモジュールでは、可撓性基板１（プラスチックフィルム）の幅１ｍ、単位モジュールの長さ９０ｃｍに対し、その厚さが５０μｍ程度、パターニングライン（Ｇｘ，Ｇｙ）の幅は１００〜４００μｍ程度である。以下、パターニング工程の説明に先立ち、薄膜太陽電池の基本的な製造工程について概略的に説明する。

薄膜太陽電池の製造に際しては、先ず、可撓性基板１の所定位置に接続孔ｈｃ（スルーホール）を穿設した状態で、可撓性基板１の表裏両面に電極層５３，５４を成膜し、接続孔ｈｃを介して電極層５３，５４が電気的に接続されるようにする。これら穿孔および１次成膜工程はいずれもロールプロセスでなされる。次いで、可撓性基板１の所定位置に電極層５３，５４を貫通する集電孔ｈａ（スルーホール）を穿設し、その後、レーザ加工装置１００で、可撓性基板１の表面側の電極層５３に１次パターニングライン（Ｇｘ，Ｇｙ）をレーザ加工し、電極層５３を各単位セル５０に分割する。

次いで、１次パターニングラインを加工した電極層５３の上に、アモルファスシリコンのｐｉｎ接合構造をなす光電変換層５２を積層形成し、さらに、接続孔ｈｃが穿設された各単位セル５０の一部をマスクして透明電極層５１を成膜する。この２次成膜工程は、可撓性基板１を間欠的に搬送しながら順次成膜処理するステッピングロール方式で行なわれる。

その後、透明電極層５１および光電変換層５２で覆われた１次パターニングラインに沿って、より精細な２次パターニングライン（Ｇｘ，Ｇｙ）をレーザ加工し、各単位セル５０を再分割し、さらに、背面側の電極層５４に対して、２次パターニングラインとｘ方向に略半ピッチずらして３次パターニングライン（Ｇｘ′，Ｇｙ′）をレーザ加工することにより、各単位セル５０における光電変換層５２の表裏両側の電極層５１，５３が、集電孔ｈａ、接続孔ｈｃ、および基板背面側の電極層５４を介して直列接続された、各単位モジュールが形成される。

上記のようなスルーホール（ｈａ，ｈｃ）を介した直列接続構造（ＳＣＡＦ構造）は、各単位セル５０間に直列接続のための電極層が存在せず、パターニングライン（Ｇｘ，Ｇｙ）とスルーホール（ｈａ，ｈｃ）部分を除く可撓性基板１の表面が全面的に発電面積となるので、他の直列接続構造に比べて有効発電面積を大きくできる利点がある。したがって、各単位モジュールＭ１１〜１３，Ｍ２１〜２３を構成する単位セル５０の直列接続に係るｙ方向のパターニングライン（Ｇｙ）の高精細化は、有効発電面積のさらなる増加に直結する点で極めて重要であるが、短絡防止という点でも重要である。

すなわち、図５に示すように、電極層５３に対する１次パターニングラインの幅の内側に、それよりも細い２次パターニングラインが後加工されることで、２次パターニングラインの両側に半導体（光電変換層５２）からなる短絡防護領域が形成されることになる。後工程で２次パターニングライン（Ｇｙ）は封止剤により封止されるが、光電変換層５２自体が極めて薄いため、極小幅であっても面方向の拡がりを持った短絡防護領域が形成される意義は大きい。しかし、短絡防護領域を確保するために１次パターニングラインを太くすれば発電面積が減少することになる。

したがって、各単位セル５０の発電面積増加と短絡防止という二律背反する課題を達成するためには、電極層５３に対する１次パターニングラインを可及的に細くし、その細い１次パターニングラインの幅内に、より細い２次パターニングラインを高い位置精度で加工することが要求される。

しかるに、本実施形態のレーザ加工装置１００では、上下に並設されたレーザ加工ユニット１０，２０の各ガルバノスキャナ１４，２４において、加工ライン幅が加工スポット形状の歪みに影響されない第１ミラー１４ａ，２４ａの走査方向が、各単位モジュールＭ１１〜１３およびＭ２１〜２３を構成する単位セル５０の直列接続に係るパターニングライン（Ｇｙ）と平行なｙ方向（ｙ１，ｙ２方向）に設定されているので、位置精度の高い１次パターニングラインの幅内に、より細い２次パターニングラインを高い位置精度で加工可能となる。

また、加工ライン幅が加工スポット形状の歪みに影響される第２ミラー１４ｂ，２４ｂの走査方向が、各単位モジュールＭ１１〜１３，Ｍ２１〜２３を相互に分割するパターニングライン（Ｇｘ）と平行なｘ方向に設定されているが、２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２に分けたことで、第２ミラー１４ｂ，２４ｂの走査方向の加工ライン幅に対する加工スポット形状の歪みの影響が大きい領域、すなわち、ｙ方向変位が大きい領域が、各加工領域Ｒ１，Ｒ２から排除されたことで、パターニングライン（Ｇｘ）の加工精度も要求されるレベルを満たすことができる。

さらに、２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２の境界が、単位モジュールＭ１３とＭ２１とを分割するパターニングライン（Ｇｘ）上にあり、このパターニングライン（Ｇｘ）は直列接続と無関係であり、比較的大きなライン幅を設定できるので、加工領域Ｒ１，Ｒ２の境界に製品の品質が影響されることもない。

また、個々の加工領域Ｒ１，Ｒ２（ｙ１，ｙ２）が狭くなることで、図３に示すように、各ガルバノスキャナ１４，２４のレーザ走査角θを有効範囲内に留めつつ、各ガルバノスキャナ１４，２４と加工ステージ４との間隔Ｌを短縮でき、加工室４０のフロア上の設置スペースを削減できる。

この場合、加工領域Ｒ１，Ｒ２の幅は、図１に示した１つのガルバノスキャナ７１４を備えたレーザ加工装置７００と同じであるが、従来のレーザ加工装置７００では、可撓性基板１の幅によって制限される加工領域の幅方向に対して、そのような制限を受けない可撓性基板１の長手搬送方向に加工領域が長く設定されており、加工領域の長手搬送方向（上下方向）の長さによって、ガルバノスキャナ７１４のレーザ走査角θ′が決定され、加工ステージ７０４との間隔Ｌ′が増大する傾向にあった。

加工領域を、可撓性基板１の長手搬送方向に並設された２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２に分割したことで、仮に、レーザ走査角θ′が従来と同じであれば加工ステージ４との間隔Ｌを従来の半分程度まで短縮できる。しかし、実施形態のレーザ加工装置１００では、加工ステージ４との間隔Ｌを２／３程度まで短縮するに留める一方、レーザ走査角θを３／４程度まで狭めて加工精度の向上を図っている。

次に、レーザ加工装置１００により、１次パターニングラインを基準に２次パターニングラインをレーザ加工する２次パターニング工程について説明する。

図３に示すレーザ加工装置１００において、加工ステージ４に位置決めされた可撓性基板１の１ステップ分（６単位モジュール）のレーザ加工が終了すると、フィードローラ６が作動して可撓性基板１を１ステップ分だけ間欠的に搬送する。これに同期して巻出しロール２および巻取りロール９が回転し、可撓性基板１を巻出しロール２から巻出すとともに、加工済みの可撓性基板１を巻取りロール９に巻取る。この際、各ダンサーローラ３，８は、フィードローラ６の搬送量と、巻出しロール２および巻取りロール９の巻層の変化に伴う巻出し量および巻取り量の変動とをバッファリングし、可撓性基板１の張力を一定に維持する。

フィードローラ６による可撓性基板１の１ステップ分の搬送が行なわれ、位置検出センサ４３が可撓性基板１上の図示しないマーカーホールを検出すると、その位置でフィードローラ６が停止して、可撓性基板１を加工ステージ４上に位置決めするとともに、図示しない吸引手段の作動により、可撓性基板１が加工ステージ４に吸着固定される。これら一連の搬送動作は、制御ユニット１９もしくは図示しない制御部によって制御される。

可撓性基板１が加工ステージ４に吸着固定されると、図４に示す２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２に対して個別に割り当てられた各レーザ加工ユニット１０，２０のレーザ光量を、図示しない減衰器などで制御し、可撓性基板１に損傷を与えない低光量の撮像用レーザ光を出射しながら、各ガルバノスキャナ１４，２４で２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２（ｙ１，ｙ２）を同時並行して走査し、可撓性基板１上での反射光を、各ダイクロイックミラー１５，２５および波長フィルタ１６，２６を介して撮像部１７，２７で撮像し、可撓性基板１上の各加工領域Ｒ１，Ｒ２（ｙ１，ｙ２）における１次パターニングラインの画像を取得する。

次いで、面像処理ユニット１８は、各撮像部１７，２７に取得された画像を合成し、１次パターニングラインとそれ以外の電極領域との輝度差などを利用して１次パターニングラインの実際の位置データを取得し、加工すべき２次パターニングラインのＣＡＤデータと比較して補正データを求める画像処理を行なう。

上記補正データは制御ユニット１９に提供され、制御ユニット１９は、上記補正データに基づいて、各ガルバノスキャナ１４，２４を制御し、各加工領域Ｒ１，Ｒ２（ｙ１，ｙ２）に対して加工用レーザ光による２次パターニングラインのレーザ加工を同時並行して行なう。

このように、可撓性基板１の長手搬送方向に並設された２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２に対して個別に配設されたガルバノスキャナ１４，２４で、スキャンニング（画像処理）とレーザパターニングとを同時並行して実施することにより、個々の加工領域Ｒ１，Ｒ２の面積が小さくなることで、処理時間および加工時間が大幅に短縮され、加工精度の向上と共に生産性を向上するうえでも有利である。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、加工ステージ４の上下方向に並設された２つの加工領域Ｒ１，Ｒ２に対し、個別にレーザ光を走査する２つのガルバノスキャナ１４，２４（レーザ加工ユニット１０，２０）が上下方向に並設される場合を示したが、ガルバノスキャナを含むレーザ加工ユニットを、加工ステージ４の上下方向に３つ以上並設することも、本発明の範囲内において可能である。その場合、加工室の高さは増すが、フロア上の設置スペースは同様かまたは削減されることになる。

また、可撓性基板の幅にも依るが、ガルバノスキャナを含むレーザ加工ユニットを、加工ステージ４の上下方向とともに幅方向にも複数並設することも、本発明の範囲内において可能である。例えば、上下左右に２つのガルバノスキャナを並設する場合、レーザ加工装置は、４つのガルバノスキャナ（レーザ加工ユニット）を備えることになる。

１００ レーザ加工装置
１ 可撓性基板
２ 巻出しロール
３ ダンサーローラ
４ 加工ステージ
５ クリーニング装置
６ フィードローラ
７ 検査装置
８ ダンサーローラ
９ 巻取りロール
１０，２０ レーザ加工ユニット
１１，２１ レーザ発振器
１２，２２ 結像光学系
１４，２４ ガルバノスキャナ
１４ａ，２４ａ 第１ミラー
１４ｂ，２４ｂ 第２ミラー
１３，２３ 焦点調整ユニット
１５，２５ ダイクロイックミラー
１６，２６ 波長フィルタ
１７，２７ 撮像部
１８ 面像処理ユニット
１９ 制御ユニット
４０ 加工室
４１，４２ アイドルローラ
４３ 位置検出センサ
５０ 単位セル
５１ 透明電極層
５２ 光電変換層
５４ 電極層
５３ 電極層
ｈａ 集電孔
ｈｃ 接続孔
Ｇｘ，Ｇｙ パターニングライン
Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３ 単位モジュール
Ｌ，Ｌ′ 間隔
Ｒ１，Ｒ２ 加工領域
θ，θ′ レーザ走査角（振り角）

Claims (5)

1. 帯状可撓性基板の表面に、少なくとも１つの光電変換層およびその表裏両側の電極層が積層形成されるとともに、前記各層が格子状に配向されたパターニングラインで多数の単位セルに分割され、かつ、前記可撓性基板の幅方向に配列された単位セルが前記基板の背面で直列接続されることで単位モジュールを構成している薄膜太陽電池の製造工程において、前記各単位セルを分割するのに用いるレーザ加工装置であって、
   前記可撓性基板を所定の搬送ピッチで間欠的に搬送する搬送手段と、
   前記可撓性基板の搬送経路に沿って配設された加工ステージと、
   前記可撓性基板の長手搬送方向に並設された前記加工ステージ上の複数の加工領域に対して、それぞれ加工用レーザ光を走査し、同時並行してパターニングを行なうための複数のガルバノスキャナを含むレーザ光学系と、
   前記各ガルバノスキャナを連動させる共通の制御部と、を備え、
   前記各ガルバノスキャナは、直交２軸方向の走査に対応した第１および第２ミラーを含み、前記各第１ミラーの走査方向が、前記加工ステージ上に位置決めされた前記可撓性基板の前記各単位モジュールに属する各単位セルの直列接続に係るパターニングラインと平行な前記可撓性基板の長手搬送方向に設定され、前記各第２ミラーの走査方向が、前記各加工領域の境界および前記可撓性基板の前記各単位モジュールを区分するパターニングラインと平行な前記可撓性基板の幅方向に設定されている、薄膜太陽電池のレーザ加工装置。
2. 前記加工ステージ上に位置決めされた前記可撓性基板の前記各加工領域を、前記各ガルバノスキャナの加工光学系と同軸で走査して、前記各加工領域における先行パターンの画像を取得するそれぞれの撮像手段と、前記各画像から前記先行パターンの実際の位置データを取得し、それに基づいて、加工すべきパターニングラインの補正データを前記制御部に提供する画像処理手段と、をさらに備えた、請求項１に記載の薄膜太陽電池のレーザ加工装置。
3. 前記各加工領域にそれぞれ同数の単位モジュールが割り当てられている、請求項１または２に記載の薄膜太陽電池のレーザ加工装置。
4. 前記加工ステージが、前記可撓性基板の上下方向の搬送経路に沿って配設され、前記各ガルバノスキャナが、前記加工ステージの上下方向に並設された前記各加工領域に対しそれぞれレーザ光を走査すべく上下方向に並設されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池のレーザ加工装置。
5. 帯状可撓性基板の表面に、少なくとも１つの光電変換層およびその表裏両側の電極層が積層形成されるとともに、前記裏側の電極層が１次パターニングラインで多数の単位セルに分割されている１次加工済み可撓性基板を、所定の搬送ピッチで間欠的に搬送して加工ステージに位置決めするステップと、
   前記可撓性基板の長手搬送方向に並設された前記加工ステージ上の複数の加工領域に対して、個別に割り当てられたガルバノスキャナで同時並行して撮像用レーザ光を走査しつつ、前記各ガルバノスキャナの加工光学系と同軸に配設されたそれぞれの撮像手段で前記各加工領域の１次パターニングラインを撮像するステップと、
   前記各撮像手段に取得された画像を処理し、得られた１次パターニングラインの実際の位置データに基づいて、加工すべき２次パターニングラインの補正データを求めるステップと、
   前記補正データに基づいて前記各ガルバノスキャナを制御し、前記各加工領域に対して、同時並行して加工用レーザ光を走査し、２次パターニングラインを加工するステップであって、前記各ガルバノスキャナのそれぞれの第１ミラーによる前記可撓性基板の長手搬送方向の走査によって前記各単位セルの直列接続に係る２次パターニングラインを加工するとともに、前記各ガルバノスキャナのそれぞれの第２ミラーによる前記可撓性基板の幅方向の走査によって前記各単位セルを単位モジュール毎に分割する２次パターニングラインを加工するようなステップと、を含む、薄膜太陽電池のレーザ加工方法。
   

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