JP2010212355A

JP2010212355A - 太陽電池パネルの検査方法及び検査装置

Info

Publication number: JP2010212355A
Application number: JP2009055145A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Yura; 信介由良
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】太陽電池パネルの製造において、レーザスクライブによる溝加工の際の欠陥の検査時間を低減する。
【解決手段】パルスレーザ光を用いたレーザスクライブにより、透明基板上に形成された積層膜を線状に除去して製造される太陽電池パネルにおいて、前記レーザスクライブを行う加工レーザ光照射光学系と、前記積層膜を検査する検査光学系を有し、前記レーザスクライブによる積層膜の除去加工とほぼ同時に、前記検査光学系により前記除去加工の際に生ずる欠陥を検査する。
【選択図】図３

Description

この発明は、太陽電池の製造に関するものである。

半導体薄膜を光電変換層とする太陽電池として、透明基板上に太陽電池を構成する積層膜構造を形成して、これをレーザスクライブにより分離して、多数の太陽電池セルに分離し、それを直列に接続した構造のデバイスが作られている。（例えば特許文献１）。
図１（ｃ２）に、その断面構造の例を示す。太陽電池セル４５は、受光面である透明基板４１上に形成された透明電極４２と、薄膜半導体からなる光電変換層４３と、裏面側の裏面電極４４と、により構成される。透明基板上には多数の太陽電池セル４５が形成されるが、個々の太陽電池セルは、溝１１３により分離されており、透明電極４２は隣接するセルの裏面電極４４とコンタクト溝１１２の部分で電気的に接続されているため、これらの太陽電池セル４５は直列に接続されている。この様に多数のセルを直列に接続することにより、発電電圧を上げることができる。

このような太陽電池セルの構造は、図１の(ａ)〜（ｃ）で示す工程によりアルファベット順に製造される。以下、(ａ)工程を（ａ１）と（ａ２）により、(ｂ)工程を（ｂ１）と（ｂ２）により、(ｃ)工程を（ｃ１）と（ｃ２）により、各々説明する。
(ａ)工程は、（ａ１）に示すように、透明基板上に形成された透明電極４２上に、透明基板４１を透過させてレーザ光１４１を照射し、この（ａ１）で示したレーザ光を用いてレーザスクライブにより、（ａ２）に示す透明電極分離溝１１１を形成する工程である。この(ａ)工程で用いるレーザは、エネルギー密度を高くするためパルスレーザとし、パルススポットを１方向に移動させながらレーザ光を照射して、２０〜１００μｍ幅の細い連続的な、紙面に垂直方向に直線状となる透明電極分離溝１１１を形成する。

(ｂ)工程では、（ｂ１）に示すように、光電変換層４３となる薄膜半導体を形成したのち、(ａ)工程と同様に、透明基板４１側からレーザ光１４２を照射して、（ｂ２）に示す薄膜半導体膜である光電変換層にコンタクト溝１１２を形成する。このとき使用されるレーザ光１４２は、透明電極４２を透過し、光電変換層のみに吸収される波長が選択される。この(ｂ)工程で用いるレーザは、上記(ａ)工程と同様、エネルギー密度を高くするためパルスレーザであり、上記(ａ)工程と同様な方法で、紙面に垂直方向に直線状となるコンタクト溝１１２を形成する。

(ｃ)工程では、（ｃ１）に示すように、光電変換層４３を覆う形態で裏面電極４４を形成する。このとき、裏面電極は、コンタクト溝を介して透明電極４２と接触し、セルどうしが直列接続される。この後、透明基板側からレーザ光１４３を照射して、（ｃ２）に示すように、透明電極４２を残して裏面電極４４、光電変換層４３を除去して、セル分離溝１１３を形成し、隣接するセルを分離する。このときもレーザ光１４３はレーザ光１４２と同様に透明電極４２を透過して光電変換層４３のみに吸収される波長が選択される。レーザ光１４３も、上記と同様、エネルギー密度を高くする観点から、パルスレーザであり、上記(ｂ)工程と同様な方法で、紙面に垂直方向に直線状となるセル分離溝１１３を形成する。

特開２００７−５３４５号公報（８頁〜１１頁、図１、図６）

上記の製造工程の内、透明電極分離溝１１１、コンタクト溝１１２、セル分離溝１１３の形成工程では、レーザ光により膜を除去するいわゆるレーザスクライブによる溝形成が行なわれている。このうち特にセル分離溝１１３の形成工程では、セル分離溝が連続的に形成されずに部分的に欠陥ができてしまう場合がある。

図２に、上記の欠陥２３が生じたセル分離溝１１３の例を示す。１パルスの照射に対してビームスポット形状２１に対応した剥離部分５１が形成されるが、このビームスポット形状２１に対応した円形形状の一部が重畳する一定速度で基板を移動させると、図２で、左右方向に直線状に繋がった形状の溝が、通常、加工される。しかし、時にはその中で加工されない欠陥２３が発生する。その原因としてはレーザパルスのエネルギーの変動、透明基板面上の異物や透明基板内部の欠陥によるレーザ光の散乱、２つの膜中に含まれる異物によるレーザ光の散乱などがある。

このような欠陥が１ヶ所でも存在すると、電極間で短絡して、セル１個全体が使用できなくなる。通常１ｍ角の基板で１００個程度のセルを形成するため、分離溝のライン長は１００ｍにも及ぶ。従って、上述のような原因を除いて短絡の発生を減らしても、完全に無くすことは難しい。

そのため、欠陥を修正することになる。しかし、修正するためには当該欠陥を捜す必要があり、上述のようなライン長では探索に時間がかかるので、修正のコストがかかるという問題がある。
本発明は短絡部の修正に要する時間を短縮し、修正にかけるコストを低減することを目的とする。

本発明は、パルスレーザ光を用いたレーザスクライブにより、透明基板上に形成された積層膜を線状に除去して製造される太陽電池パネルにおいて、上記レーザスクライブを行う加工レーザ光照射光学系と、前記積層膜を検査する検査光学系を有し、前記レーザスクライブによる積層膜の除去加工とほぼ同時に、前記検査光学系により前記除去加工の際に生ずる欠陥を検査するものである。

更に、検査光学系に使用される検査レーザ光は、除去を行なうレーザ光と異なる波長のレーザ光であり、透明基板面上でのスポットのスキャン方向のサイズは、除去を行なうレーザスポットのピッチより狭く、透明基板面上でのスポットのスキャンに垂直方向のサイズは、除去を行なうレーザのスポットのスキャン方向に垂直な方向のサイズより大きいことを特徴とする。

この発明によれば、加工と同時に検査を行なうことにより、検査位置の位置決めや溝に沿った走査の時間を不要にして、検査時間を短縮することができる。
欠陥がパルス単位で発生するため、検査レーザ光のスポットサイズを個々のパルスの加工領域に制限することにより、検出のＳ／Ｎを上げることができる。また、検査レーザ光のレーザの波長を加工するレーザの波長と異ならせることにより、加工するレーザの光による検出ノイズを無くすことができる。

背景技術を説明するための太陽電池の構造、製造プロセスの説明図である。本発明の課題を説明するためのスクライブ溝の欠陥を示す図である。本発明の実施の形態１による検査装置の原理図である。本発明の実施の形態１による検査方法を説明するための検査レーザスポットを示す図である。本発明の実施の形態１、２による検査セル内の受光光学系を示す図である。本発明の実施の形態３よる検査装置の原理説明図である。

実施の形態１．
図３は本発明の実施の形態１によるレーザスクライブ及び基板検査装置の原理図である。透明基板１２は、太陽電池を作成するための透明電極、光電変換層、裏面電極の積層膜から形成されており、膜面は図３の下側の面である。本実施の形態はセル分離溝１１３の加工への適用例であり、図１の（ｃ）の工程に対応する。透明基板１２は矢印１３の方向に８００〜１０００ｍｍ／ｓの一定速度で移動する。加工用のレーザ光１４は、ＹＡＧ、或いはＹＶＯ４のダイオード励起固体レーザ光を波長変換結晶で２倍波とした波長５３２ｎｍのパルスレーザ光である。
このレーザ光をレンズ１５で集光して透明基板１２の下面の積層膜に照射して裏面電極及び光電変換層を除去する。１パルスの照射でφ４０〜１００μｍ円形領域の裏面電極及び光電変換層が除去される。パルス繰り返し周波数は２０ｋＨｚなので、パルスは４０〜５０μｍピッチで照射され、円形領域はつながり、連続したスクライブ溝１１が形成される。
他方、スクライブ溝１１にはレーザ光によるスクライブより遅れるが、ほぼ同時に、下流側に、波長６３５ｎｍの半導体レーザの検査レーザ光１６が照射される。検査レーザ光１６の照射スポットは、位置合わせ用カメラ２０で得られる画像を用いて加工用のレーザ光１４で加工されたスクライブ溝１１上となるように位置を調整されている。検出セル１７は、検査レーザ光１６のワークに対する正反射光が入射する位置に設置され、正反射光は検出セル１７に入りスクライブ溝位置での正反射光強度の時間変化が計測される。

レーザ光を集光する集光レンズ１５やレーザ光を透明基板に当てるための打ち下ろしミラー(図示せず)を含む加工レーザ光照射光学系、検査レーザ用集光レンズ１８を含み検査レーザ光を所定のスポット形状にしてスクライブ溝上に当てる検査レーザ光照射光学系、及び位置合わせ用カメラは同一ベースに設置されており、その相対位置は透明基板の移動により変化することはない。従って、形成されたスクライブ溝から検査レーザビームスポットがはずれることはなく、一旦検査レーザビームの位置をスクライブ溝の位置に合わせてしまえば、透明基板ごとに検査レーザ光の位置合わせをする必要はない。

図４はスクライブ溝１１を透明基板面側からみたもので、スクライブ時のスクライブ溝１１と、加工レーザスポット２１および検査レーザスポット２２の関係を示す。透明基板は矢印１３の方向に移動する。加工レーザスポット２１は、透明基板上を移動して、スクライブ溝１１が形成される。加工レーザスポットの後方の一定距離離れた位置に検査レーザスポット２２を置く。検査レーザスポットは、スキャン方向については、図中のビーム幅Ｗ１により、そのサイズが定められるが、加工レーザスポットのピッチｐと同程度、あるいはそれより小さくなるように調整されている。また、スキャン方向に垂直な方向については、図中のビーム幅Ｗ２により、そのサイズが定められるが、加工ビームスポットの同方向の幅より広く調節されている。本実施例ではスクライブ溝幅は６０μｍなので、例えばＷ１は４０μｍ、Ｗ２は１００μｍに調整されている。

図５に本装置の正反射光の検査セル内の受光光学系を示す。正反射光３５は、加工レーザ光をカットするフィルタ３２を介してレンズ３３に導入され、レンズ３３によりフォトダイオード３４に集光される。スクライブ溝１１の欠陥は図４の２３のように加工レーザビームの痕が途切れた形体となることが多い。検査ビームスポットの正反射光は、溝の欠陥２３では光電変換層を含む積層膜に吸収されるため、光電変換層の無い溝上より、その強度は小さくなる。このため、加工レーザスポットの検査レーザ光が欠陥２３を通過するときに検出セル１７に受光される正反射光は減少する。この反射光の減少を、欠陥が無い場合の反射光の変動範囲より低い閾値を設けて検出する。減少があった時間から欠陥の位置を算出し、記録することにより欠陥のマップを作成する。

このようにしてレーザスクライブ加工を行なった後、記録したマップを基に、欠陥の残存した積層膜を除去して修正する。修正は加工した装置で加工直後に実施しても良いし、別の装置でマップデータを基に修正しても良い。

ここでは検査レーザ光照射光学系及び検出セルが、加工レーザ光照射光学系に対して基板走行方向の下流に１式設置した例で説明したが、通常、基板を往復させてスクライブ溝１１を形成するため、加工レーザ光のスポットに対して上流側にも検査レーザ光照射光学系及び検出セルをおいてもよい。この、基板の走行が逆方向の場合は、検査レーザ光照射光学系及び検出セルを検査光学系の一組のセットとして、その上流側と下流側を切りかえる方法によっても本発明の実施は可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では正反射光を検出する方法を用いて説明した。これは検査光学系（検査レーザ光照射光学系及び検出セルを一組とする系）や加工光学系（加工レーザ光照射光学系）を一箇所にまとめることができるためである。しかし、透過光検出セル１９（図３において点線で表示）を透明基板１２の下部に置いて透過光を検出しても良い。スクライブ溝１１を透過する光は、図４に示す欠陥２３があると遮られて減少するので、正反射光と同様な方法で欠陥を検出できる。透過光を検出する場合はスクライブ溝１１がないと裏面電極４４に遮られて検査レーザ光は透過しないため、欠陥２３の存在による透過光強度の減少は大きく、高いＳ/Ｎで欠陥２３を検出できる利点がある。この場合において、レーザ光１４により発生する切子が膜面側に飛散するため、透過光検出セル１９のフィルター３２に切子が付着しないように、図５の遮光カバー３１に窒素ガスの流入口３６を設けて、遮光カバー３１内に、乾燥した窒素ガス３７を流し、遮光カバー３１からは常に窒素ガスが吹き出す状態にしておく必要がある。

実施の形態３．
実施の形態１では検査レーザ光１６は透明基板面側から照射したが、図６に示す様に、検査レーザ光１６の照射光学系と検出セルを膜面側において、膜面側から照射して正反射光、透過光を検出しても良い。膜面側から照射して正反射光を検出する場合には、裏面電極４は反射率が高いため、スクライブ溝１１の欠陥２３では正反射光は増加する。欠陥のない場合のセンサー出力のばらつきの最大値以上に閾値を設けて、これを越える出力が出た場合を欠陥と判断する。この場合も実施の形態２と同様にレーザ光１４により発生する切子が膜面側には飛散するため、実施の形態２と同様に透過光検出セル１９には窒素ガスを流して切子の付着を防ぐ。また、検査レーザ光１６の検査レーザ光照射光学系についても、透過光検出セルと同様に窒素ガス流入口６２のあるカバー６１を設けて窒素ガスを流し、切子のレンズへの付着を防止する。

１１スクライブ溝、１２透明基板、１３透明基板移動方向、１４レーザ光、１５加工レーザ用集光レンズ、１６検査レーザ光、１７検出セル、１８検査レーザ用集光レンズ、１９透過光検出セル、２０位置合わせ用カメラ、２１加工レーザスポット、２２、２４検査レーザスポット、２３欠陥、３１遮光カバー、３２フィルター、３３集光レンズ、３４フォトダイオード、３５正反射光、３６窒素ガス流入口、３７窒素ガス。

Claims

パルスレーザ光を用いたレーザスクライブにより、透明基板上に形成された積層膜を線状に除去して製造される太陽電池パネルにおいて、前記レーザスクライブを行う加工レーザ光照射光学系と、前記積層膜を検査する検査光学系を有し、前記レーザスクライブによる積層膜の除去加工とほぼ同時に、前記検査光学系により前記除去加工の際に生ずる欠陥を検査することを特徴とする、太陽電池パネルの検査方法。
検査光学系に使用される検査レーザ光には、除去加工を行なうレーザ光と異なる波長のレーザ光を用い、前記太陽電池を構成する透明基板上での検査レーザスポットのスキャン方向のサイズは、欠陥の除去を行なう加工レーザスポットのピッチより狭く、前記スキャンに垂直方向のサイズは欠陥の除去を行なう加工レーザスポットのスキャン方向に垂直な方向のサイズより大きいものを用いて検査することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネルの検査方法。
検査レーザ光を検出する場合、積層膜からの正反射光を検出するか、あるいは、透過光を検出するかのいずれかの方法を使用することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネルの検査方法。
検査レーザ光を積層膜に照射する場合、太陽電池パネルの透明基板面側から照射するか、あるいは膜面側から照射するかのいずれかの方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネルの検査方法。
パルスレーザ光を用いたレーザスクライブにより、透明基板上に形成された積層膜を線状に除去して製造される太陽電池パネルにおける、前記レーザスクライブを行う加工レーザ光照射光学系と、検査レーザ光により前記積層膜を検査する検査光学系を有し、前記レーザスクライブによる除去加工とほぼ同時に、前記除去加工の際に生ずる欠陥を検査する太陽電池パネルの検査装置において、前記加工レーザ光照射光学系と検査光学系とが、同一のベースに設置されていること、または、透明基板に対して反対側に設置されていることを特徴とする太陽電池パネルの検査装置。
検査レーザ光は、除去加工を行なうレーザ光と異なる波長のレーザ光であり、透明基板面上でのスポットのスキャン方向のサイズは、欠陥の除去を行なう検査レーザスポットのピッチより狭く、スキャンに垂直方向の検査レーザスポットのサイズは欠陥の除去を行なう加工レーザスポットのスキャン方向に垂直な方向のサイズより大きいことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池パネルの検査装置。