JP2011061140A - 膜除去検査装置及び膜除去検査方法並びに太陽電池パネル生産ライン及び太陽電池パネル生産方法 - Google Patents

膜除去検査装置及び膜除去検査方法並びに太陽電池パネル生産ライン及び太陽電池パネル生産方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、膜除去装置と検査装置を一体型し、各層の除膜状態を検査しても
検査に基づく太陽電池膜生産ラインの長さが長くなることなく、または占有面積が増えることなく、あるいは検査時間のみの時間が不要な検査機能を有する膜除去装置を提供し、並びに、各層の膜除去工程または膜間で発生した加工等の不良を検出できる検査機能を有する膜除去装置または信頼性の高い太陽電池膜生産ラインあるいは太陽電池膜生産方法を提供することである。
【解決手段】本発明は、太陽電池膜を構成する層を形成する膜にレーザ光を照射して前記膜の一部を除去しスクライブを形成し、前記スクライブ状態を検査する際に、前記膜の一部を除去しながら、少なくとも前記スクライブを撮像し、前記スクライブ状態を検査することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は膜除去検査装置及び膜除去検査方法並びに太陽電池パネル生産ライン及び太陽電池パネル生産方法に関し、特に膜除去とその検査が同一装置で可能な膜除去検査装置及び膜除去検査方法並びに太陽電池パネル生産ライン及び太陽電池パネル生産方法に関する。
従来、太陽電池パネルの製造工程の主工程にパネル上に太陽電池膜を形成する工程がある。太陽電池膜は、ガラス基板上に、透明表面電極膜(表面ＴＣＯ膜：Transparent Conductive Oxide)、不透明の光電変換層(半導体膜)、透明裏面電極膜（裏面ＴＣＯ膜：ＴＣＯ＋金属(Ａｇ等))などの複数の膜を積層した構造を有する。また、太陽電池膜の形成工程においては、各層を形成後に膜の一部を除去する工程や一部の層や太陽電池膜を検査する工程がある。
太陽電池の膜除去装置の例として、特開2004-42140号公報(特許文献１)がある。また、太陽電池パネルの検査装置の例として、特開2007-234720号公報(特許文献２)がある。
特開2004-42140号 特開2007-234720号
従来の装置は、特許文献１、２のように膜除去装置と除膜検査装置とが別々に設けられており、太陽電池膜の各層の膜除去状態を検査するためには、検査装置を別途設ける必要があり、生産ラインが長くなったり、あるいは設置面積が大きくなってしまう。
また、状来の検査工程は、表面ＴＣＯ膜の膜除去工程後の絶縁抵抗検査と製造ラインの最後工程の発電量検査工程のみであったため、半導体膜と裏面ＴＣＯ膜の膜除去工程で発生した加工不良は最終工程まで確認出来なかった。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、膜除去装置と検査装置を一体型にすることにより、各層の除膜状態を検査しても
検査に基づく太陽電池膜生産ラインの長さが長くなることなく、または設置面積が増えることなく、あるいは検査時間のみの時間が不要な検査機能を有する膜除去装置を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、各層の膜除去工程または膜間で発生した加工等の不良を検出できる検査機能を有する膜除去装置または信頼性の高い太陽電池膜生産ラインあるいは太陽電池膜生産方法を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、太陽電池膜を構成する層を形成する膜にレーザ光を照射して前記膜の一部を除去しスクライブを形成し、前記スクライブ状態を検査する際に、前記膜の一部を除去しながら、少なくとも前記スクライブを撮像し、前記スクライブ状態を検査することを第１の特徴とする。
また、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記撮像は前記膜を除去する前と前記膜を除去した後を別々に撮像することを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記太陽電池膜を構成する各層を前記撮像して得られる撮像データを合成し、前記各層に形成される前記スクライブの隣接状態を検査することを第３の特徴とする。
最後に、本発明は、上記目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記撮像は、前記太陽電池膜に対して前記レーザ光の照射側または反対側から行なわれることを特徴とする。
本発明によれば、膜除去装置と検査装置を一体型にすることにより、各層の除膜状態を検査しても、検査に基づく太陽電池膜生産ラインの長さが長くなることなく、または設置面積が増えることなく、あるいは検査時間のみの時間が不要な検査機能有する膜除去装置を提供できる。
また、本発明によれば、各層の膜除去工程または膜間で発生した加工等の不良を検出できる検査機能有する膜除去装置または信頼性の高い太陽電池膜生産ラインあるいは太陽電池膜生産方法を提供できる。
本発明の一実施形態である太陽電池パネル製造ラインを示す図である。 本発明の一実施形態である膜除去検査装置の概略構成を示す図である。 太陽電池膜の一実施形態を模式的に示す図である。 太陽電池膜３の形成工程を説明する図である。 本発明の実施形態である撮像部の配置構成を示す図である。 本発明の実施形態による検査結果の例を示した図である。 本発明の実施形態による各層間のスクライブ画像を合成して検査する例を示す図である。 本発明の他の実施形態である膜除去検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態である撮像部の配置構成を示す図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図３は太陽電池膜の一実施形態を模式的に示す図である。太陽電池膜３は、ガラス基板３０の上に１層目として表面ＴＣＯ膜３１、２層目として光電変換する半導体膜(ａ-Ｓｉ)３２及び３層目として裏面ＴＣＯ膜３３の３層の膜を有し、半導体膜(ａ-Ｓｉ)３２を通過した光を反射させて光電変換を上げるためのアルミニウム膜ＡＬを有する。太陽光Ｓを下から照射すると半導体膜(ａ-Ｓｉ)３２で光電変換され、負荷(図示せず)を接続すると波状の矢印Ａのように電流が流れる。
図４は太陽電池膜３の形成工程を説明する図である。まず、図４(ａ)に示すように、ガラス基板３０上に１層目の表面ＴＣＯ膜３１を形成し、形成後、表面ＴＣＯ膜３１の所定の位置に所定幅(数十μｍ以下)でレーザ光６１を照射し、紙面垂直方向(図１も参照)にレーザ光６１を走査して矩形状に膜を除去し、１層のスクライブ(以下、１層スクライブという)３１Ｓを形成する。
次に、図４(ｂ)に示すように、１層目上及び１層スクライブ３１Ｓに２層目の半導体膜(ａ-Ｓｉ)３２が形成される。その後、１層目スクライブ３１Ｓの位置から所定幅離れた位置(数十μｍ以下)にレーザ光６１を照射し、１層スクライブと同様に紙面垂直方向(図１も参照)にレーザ光６１を走査して矩形状に膜を除去し、２層目のスクライブ(以下、２層スクライブという)３２Ｓを形成する。
次に、図４(ｃ)に示すように、２層目上に裏面ＴＣＯ膜とさらにその上にアルミニウム膜ＡＬとからなる３層目を形成する。このとき、２層スクライブ３２Ｓにも裏面ＴＣＯ膜が形成される。その後、２層スクライブの位置から所定幅離れた位置(数十μｍ以下)にレーザ光６１を１層、２層スクライブと同様に紙面垂直方向(図２も参照)に走査して、２層目、３層目に亘って矩形状に膜を除去し、２３層のスクライブ(以下、２３層スクライブという)３３Ｓを形成する。
図１は、これ等の処理作業を行なう本発明の一実施形態である太陽電池パネル製造ライン１０を示す図である。図３、図４で示す各層の形成は、１層目形成装置１１、２層目形成装置１５及び３層目形成装置１６でそれぞれ処理される。また、１層、２層及び２３層スクライブの形成は、各層の形成装置の後段にある膜除去検査装置１２で処理される。また、膜除去検査装置は、後述するように形成されたスクライブを撮像し膜の除去状態を検査も処理できる構成を有する。
太陽電池パネル製造ライン１０は、形成装置及び膜除去検査装置の他、１層目の膜除去・検査後、パネルを洗浄する洗浄装置１３を、洗浄後、パネルの絶縁抵抗を検査する絶縁抵抗検査装置１４を、３層目の膜除去・検査後、パネルのエッジ部分を除去するエッジリムーブ装置１７、パネルをアセンブリするアセンブリ装置１８及びパネルの発電量を検査する発電量検査装置１９をそれぞれ有する。
このように、本発明の実施形態である太陽電池パネル製造ライン１０は、スクライブを形成するために膜を除去すると共に、膜の除去状態(スクライブの状態)を検査する本発明の特徴である膜除去検査装置を有する。
図２は、本発明の一実施形態である膜除去検査装置１２の概略構成を示す図である。
膜除去検査装置１２は、基台８、太陽電池膜３を浮上させて支持するエア浮上ステージ５、エア浮上ステージをＸ軸方向(矢印Ｂ)に移動させるステージ駆動部４、膜を除去するためのレーザ照射部６、膜の除去状態(スクライブの状態)を検査する検査部２及びこれ等を制御する制御部２０を有する。検査部２は、膜の除去状態を撮像する撮像部１と撮像部からのデータを処理する制御部２０内に設けられたデータ処理部２１を有する。
ステージ駆動部４は、基台８上に設けられ、例えば、リニアモータ固定子を有する左右の走行レール４１と、エア浮上ステージ５の四隅に設けられ、リニアモータ可動子を有する脚部４２とを有する。
レーザ照射部６は、基台８上に固定されたテーブル６９上に設置されたレーザ発生装置６２と反射ミラー６３、レーザ光６１を膜除去位置に導くためのレーザガイド孔６７を有するレーザ走査台６５、レーザ走査台６５をＹ軸方向(矢印Ｃ)に走査するためのレーザ走査駆動部６６及びレーザ走査台６５に設けられた反射ミラー６４を有する。レーザ走査駆動部６６はテーブル６９の側部に設けられたリニアモータ固定子を有する走行レール６６ａとレーザ走査台６５に設けられたリニアモータ可動子(図示せず)とで構成される。
このような構成に基づいて、レーザ光６１は、レーザ走査駆動部６６によりＹ軸方向に走査され、ステージ駆動部４によりＸ方向に走査され、エア浮上ステージ５の全面を走査できる。スクライブを矩形上に形成するには、膜除去検査装置１２は、レーザ光６１をＹ方向の所望の位置に移動させ、その後Ｘ方向に走査し、反対側の端面に来たら、再度Ｙ方向の所望の位置に移動させ、そしてＸ方向に戻るように走査する。この動作を繰返すことによって、膜除去検査装置１２は、エア浮上ステージ５の全面に亘って矩形上のスクライブを形成することができる。
撮像部１は、図５に示すようにレーザ走査台６５に設けられ、図３に示すようにスクライブ横切ってライン状に撮像エリア７５（７５ｆ、７５ｂ）を照明する照明手段７１と、これを撮像する撮像手段７２（例えばＣＣＤラインセンサ）からなる撮像ユニット７（７ｆ、７ｂ）を有する。また、除膜状態を検査するために、撮像部１は、レーザ光６１による除膜される位置の前後の２箇所(図３の７５ｆ、７５ｂ)を撮像できるように撮像ユニット７ｆ、７ｂを有している。各撮像ユニット７ｆ、７ｂから得られるライン画像は、ライン画像を接続して面画像となり、最終的には面画像としてのスクライブ像を得ることができる。
撮像ユニット７ｆ、７ｂは、レーザ走査台６５に搭載されており、レーザ光６１の走査と同期して移動する。従って、同一装置内で、レーザ光と同期して撮像部１を走査し、撮像ユニット７ｆで膜除去前の状態を、撮像ユニット７ｂで膜除去後の状態を撮像する。図６は、撮像結果の例を(ａ)から（ｄ）に示した図である。各例において、左側は撮像ユニット７ｆによる膜除去前の層の画像、右側は撮像ユニット７ｂによる膜除去後のスクライブ画像を示す。右側の画像での斜線は正常に膜が除去された状態を示す。データ処理部２１は(図２参照)、これらの撮像結果に基づいて、次に示すように、膜の除去状態(スクライブ状態)の検出や不具合の原因を判断する。
図６(ａ)は異物等がなく正常に除去された状態を示す。図６(ｂ)は、膜状除去される部分にゴミ等の異物７４が付着しており、除去後の画像はその影響を受け膜残りが検出された状態示す。図６(ｃ)は、膜状除去される部分に異物がないが、レーザ光が断線したために除去後の画像に膜残り７６が検出された状態を示す。図６(ｄ)はレーザ光の照射ルートのどこかで異物等があり、それに対応して筋状の膜残り７６が発生した状態を示す。特に、図６(ｂ)、図６(ｃ)の除去後の検出画像が同じように見えるので、除去前の画像と比較して不具合の原因を知ることができる。このように、膜面におけるゴミ等の異物の付着に起因する不良なのか、各層の膜除去工程のレーザに起因する不良なのか等を直ちに検出することができる。
上記ように不具合の原因は確定できないが、場合によっては不具合が発生したことを検知するだけであれば、膜除去後の画像を得ることができる撮像ユニット７ｂだけを設けてもよい。
また、上記の実施形態では、撮像部１をレーザ走査台６５に設けたが、レーザ発生装置６２と同様に、例えば、反射ミラー等を用いて照明手段７１、撮像手段７２の一方または両方をテーブル６９に設置してもよい。
上記の本実施形態によれば、膜除去装置と検査装置を一体型にすることにより、各層の除膜状態を検査しても、検査に基づく太陽電池膜生産ラインの長さが長くなることなく、または設置面積が増えることなく、あるいは検査時間のみの時間が不要な検査機能を有する膜除去装置を提供できる。
また、本実施形態によれば、各層において、除膜しながら除膜の状態を検査することができる。従って異常状態によっては、即座に、太陽電池パネル製造ラインを停止し、不良製品を製造することなく、歩留まりが高い、あるいは信頼性に高い太陽電池膜生産ラインを提供できる。
さらに、本実施形態によれば、不良原因を得ることができるので、太陽電池パネル製造ラインを停止しても、対策を短時間で行なうことができ、太陽電池パネル製造ラインの稼働率を向上させることができる。
また、本実施形態では、各層で得られた各スクライブ像を、一つの画像に合成する。図７は２層スクライブ３２Ｓと２３層スクライブが重なった場合の例を示した図である。この場合は、図４(ｃ)に示す電流流路が一部閉塞し性能が低下する。両者が完全に重なると電流が流れなくなる。このような現象が起こる要因としては、アライメントの不良等が考えられる。
このように、３つのスクライブを一つの画像合成することにより、単独のスクライブ状態の検査では検出できない、層間に基づく異常を検出できる。図７は、３層全てのスクライブを合成したが、重なり合う可能性の高い隣接する２層間、１層スクライブ３１Ｓと２層スクライブ３２Ｓまたは２層スクライブ３２Ｓと２３層スクライブのみを合成してもよい。
上記、画像を合成する本実施形態によれば、各層の膜除去工程または膜間で発生した加工等の不良を検出できる検査機能を有する膜除去装置または信頼性の高い太陽電池膜生産ラインを提供できる。
以上説明した実施形態では、撮像部１を図２に示すエア浮上ステージ５の上側に設けた。図８に示す本発明の他の実施形態では、エア浮上ステージ５が透明であるならば、撮像部１をエア浮上ステージ５の下側に設けた他の実施形態を示したものである。図９に示すように撮像ユニットをレーザ光６１の前後に設けることは第１の実施形態と同様である。
図８において、撮像部１は、レーザ走査駆動部６６と同様な駆動機構を有する撮像部走査駆動部７３を有し、レーザ走査駆動部６６と同期してＹ方向(矢印Ｄ)に走査する。図８に示す膜除去検査装置１２は、撮像部の設置場所及び撮像部が撮像部走査駆動部７３を有する以外は図２示す膜除去検査装置と同じである。
さらに、上記第1及び他の実施形態では、撮像部１を構成する照明手段７１と撮像手段７２をエア浮上ステージ５の同一側に設けたが、照明手段７１と撮像手段７２と別々の側に設けてもよい。
上記他の及び照明手段７１と撮像手段７２と別々の側に設ける実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
１：撮像部 ２：検査部
３：太陽電池膜 ４：ステージ駆動部
５：エア浮上ステージ ６：レーザ照射部
７：撮像ユニット ７ｆ：除膜前撮像ユニット
７ｂ：除膜後撮像ユニット ８：基台
１０：太陽電池パネル製造ライン １１：１層目形成装置
１２：膜除去検査装置 １３：洗浄装置
１４：絶縁抵抗検査装置 １５：２層目形成装置
１６：３層目形成装置 １７：エッジリムーブ装置
１８：アセンブリ装置 １９：発電量検査装置
２０：制御部 ２１：データ処理部
３０：ガラス基板 ３１：表面ＴＣＯ膜
３１Ｓ：１層スクライブ ３２：半導体膜
３２Ｓ：２層スクライブ ３３：裏面ＴＣＯ膜
３３Ｓ：２３層スクライブ ６１：レーザ光
６２：レーザ発生装置 ６５：レーザ走査台
６６：レーザ走査駆動部 ７１：照明手段
７２：撮像手段 ７３：撮像部走査駆動部
７４：異物等 ７５：撮像エリア
７６：膜残り ＡＬ：アルミニウム膜。

Claims (15)

  1. 太陽電池膜を構成する層を形成する膜にレーザ光を照射して前記膜の一部を除去しスクライブを形成する膜除去部を有する膜除去検査装置において、
    前記膜を照明する照明手段と前記照明光によって得られる像を撮像する撮像手段を具備する撮像部と前記撮像部の撮像データに基づいて前記スクライブ状態を検査するデータ処理部とを具備する検査部を有することを特徴とする膜除去検査装置。
  2. 前記膜除去部は前記レーザ光を走査するレーザ光走査手段を有し、前記撮像部は前記レーザ光の走査と同期して移動できる同期移動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の膜除去検査装置。
  3. 前記撮像部は前記膜を除去する前と前記膜を除去した後を撮像することを特徴とする請求項１または２に記載の膜除去検査装置。
  4. 前記撮像部は、前記膜を除去する前と前記膜を除去した後の撮像は前記レーザ光照射位置の前後をそれぞれ撮像する前記照明手段と前記撮像手段を具備する撮像ユニットを２ユニット有することを特徴とする請求項３に記載の膜除去検査装置。
  5. 前記撮像部は前記太陽電池膜に対して前記レーザ光の照射側に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の膜除去検査装置。
  6. 前記レーザ光走査手段は、前記レーザ光を反射する反射ミラーと前記反射ミラーを設置し走査するレーザ走査台を具備し、前記照明手段と前記撮像手段とのうち少なくとも一方を前記レーザ走査台に設けたことを特徴とする請求項５に記載の膜除去検査装置。
  7. 前記撮像部は前記太陽電池膜に対して前記レーザ光の照射側とは反対側に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の膜除去検査装置。
  8. 前記撮像部の記照明手段と前記撮像手段は、前記太陽電池膜に対して前記レーザ光の照射側とその反対側とに別々に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の膜除去検査装置。
  9. 前記データ処理部は、前記太陽電池膜を構成する各層の前記撮像データを合成し、前記各層に形成される前記スクライブの隣接状態を検査することを特徴とする請求項１に記載の膜除去検査装置。
  10. 前記照明手段はライン状に照明するライン照明手段であり、前記撮像手段はライン状を撮像するライン撮像手段であることを特徴とする請求項１に記載の膜除去検査装置。
  11. 太陽電池膜を構成する層を形成する膜にレーザ光を照射して前記膜の一部を除去しスクライブを形成し、前記スクライブ状態を検査する膜除去検査方法において、
    前記膜の一部を除去しながら少なくとも前記スクライブを撮像し、前記スクライブ状態を検査することを特徴とする膜除去検査方法。
  12. 前記撮像は前記膜を除去する前と前記膜を除去した後を別々に撮像することを特徴とする請求項１１に記載の膜除去検査方法。
  13. 前記太陽電池膜を構成する各層を前記撮像して得られる撮像データを合成し、前記各層に形成される前記スクライブの隣接状態を検査することを特徴とする請求項１１に記載の膜除去検査方法。
  14. 太陽電池膜を構成する複数の層を形成し、前記太陽電池膜の製造状態を検査する太陽電池パネル製造ラインにおいて、
    前記層を形成する膜形成装置の後段に請求項1乃至１０のいずれかに記載の膜除去検査装置を設けたことを特徴とする太陽電池パネル製造ライン。
  15. 太陽電池膜を構成する複数の層を形成し、その後に前記層を形成する膜の一部を除去しスクライブを形成し、前記太陽電池膜の製造状態を検査する太陽電池パネル製造方法において、
    前記膜の一部を除去しながら少なくとも前記スクライブを撮像し、前記スクライブ状態を検査することを特徴とする太陽電池パネル製造方法。
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