JP2011216646A - スクライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく迅速に、かつ精度よく溝加工できるスクライブ装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗの上に溝を加工するスクライブ装置であって、スクライブヘッド１に上下移動可能に取り付けられたツールホルダ５と、ツールホルダ５に枢軸７を支点として許容範囲内で揺動可能に取り付けられた揺動部材８と、揺動部材８を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転強制する付勢機構９と、揺動部材８に保持された溝加工ツール４とからなり、溝加工ツール４は、溝加工ツールの進行方向側と反対側に前後対称的な前部刃先４ａ並びに後部刃先４ｂを備え、揺動部材８が前進切削姿勢のときに前部刃先４ａが太陽電池基板に接触し、後進切削姿勢にあるときに後部刃先４ｂが太陽電池基板に接触するようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、カルコパイライト化合物系薄膜太陽電池等の集積型薄膜太陽電池製造用のスクライブ装置に関し、さらに詳細には、太陽電池上に電極分離のための溝、光吸収層分離のための溝等を形成するための溝加工ツールを保持するスクライブヘッドを備えたスクライブ装置に関する。
ここで、カルコパイライト化合物とは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２）の他に、ＣＩＧＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ_２）等が含まれる。

カルコパイライト化合物半導体等を光吸収層として用いる薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的であり、基板表面に薄膜太陽電池のパターンを形成する際に電極分離用の溝等を形成するようにしている。一般的に、集積型構造は、基板上に下部電極を形成する工程、下部電極に溝を形成する工程（Ｐ１工程）、溝が形成された下部電極の上面及び溝から露出した基板上面を含む範囲に光吸収層及び絶縁層を形成する工程、絶縁層の上面から下部電極が露出するように絶縁層及び光吸収層に溝を形成する工程（Ｐ２工程）、溝が形成された光吸収層の上面及び露出した下部電極上面を含む範囲に上部電極を形成する工程、上部電極の上面から下部電極が露出するように上部電極、光吸収層及び絶縁層に溝を形成する工程（Ｐ３工程）により形成される。
溝加工する技術の一つとして、特にＰ２工程及びＰ３工程において、カッターナイフや針のような工具で薄膜の一部を除去するメカニカルスクライブ法が用いられている。しかしながら、薄膜を除去した後の溝幅が一定せず、不必要な部分まで除去しまう不具合が発生することがあった。
そこで、安定した溝幅で加工できるようにするためのメカニカルスクライブ法が提案されている（特許文献１参照）。この文献によれば、例えば板バネ及び加重計を含む加工負荷を調整するための加工負荷調整機構を備えた溝形成工具及び剥離工具を用いるようにしている。

特開２００２−０３３４９８号公報

メカニカルスクライブ法による従来のスクライブ装置では、カッターなどスクライブ用の工具を、進行方向に対する切削角度を調整した状態でスクライブヘッドに固定して取り付けている。したがって、加工時におけるカッターなどの進行方向は常に片側一方向であり、一本の電極分離用の溝を加工した後は、スクライブヘッドを機械的に持ち上げて切削始端位置まで戻し、次の溝を加工している。この加工始端位置までスクライブヘッドを戻す動作や時間が工程上のロスであり、電極分離用の多数の溝を迅速に効率よく加工する上に大きな弊害となっている。

また、スクライブする際に工具の刃先にかかる圧力を一定にすることが要求される。圧力が設定値より大きくなると刃先の食い込みが多くなって不必要な層まで削られるとともに、刃先に対する負荷の増大によって薄膜が不規則に大きく剥がれてしまい、不必要な部分まで除去してしまうことがあって、太陽電池の特性及び歩留まりが低下するからである。また、逆に圧力が小さいと必要な深さの溝が加工できない。このような微妙な調整には、時間と手間を必要として大変煩雑な作業である。連続して複数本の溝加工を行う場合に、一本の電極分離用の溝を加工した後に、スクライブヘッドを機械的に持ち上げて切削始端位置まで戻し、続いて次の電極分離用の溝を加工する動作を繰り返すと、先に調整した工具の微妙な押圧力に変動が生じることがある。したがって、このような場合、装置の稼働を中断させて再調整しなければならず、大変面倒である。

そこで、本発明は、上記の従来課題を解消し、効率よく迅速に、かつ精度よく溝加工することのできるスクライブ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のスクライブ装置は、集積型薄膜太陽電池基板のスクライブ予定ラインに沿って、スクライブヘッドに取り付けた溝加工ツールの刃先を押圧しながら、太陽電池基板もしくは溝加工ツールを相対的に移動させて太陽電池の上に溝を加工するスクライブ装置であって、スクライブヘッドに上下移動可能に取り付けられたツールホルダと、前記ツールホルダに枢軸を支点として許容範囲内で揺動可能に取り付けられた揺動部材と、前記揺動部材を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転強制する付勢機構と、前記揺動部材に保持された溝加工ツールとからなり、前記溝加工ツールは、当該溝加工ツールの進行方向側と反対側に前後対称的な前部刃先並びに後部刃先を備え、前記揺動部材が前進切削姿勢にあるときに前部刃先が太陽電池基板に接触し、後進切削姿勢にあるときに後部刃先が太陽電池基板に接触するようにした。

本発明では、溝加工ツールを有する揺動部材が前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転可能に形成され、揺動部材が前進切削姿勢にあるときに前部刃先が太陽電池基板に接触し、後進切削姿勢にあるときに後部刃先が太陽電池基板に接触するようにしたので、揺動部材を反転させることにより、スクライブヘッドの往復動で太陽電池基板に電極分離用の溝を加工することができ、これにより時間ロスのない状態で迅速に溝加工することができる。また、往復動での加工は、揺動部材を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転させるだけでよいから、従来のようにスクライブヘッドを機械的に持ち上げて切削始端位置まで戻すような大きな動作の繰り返しによって、一度調整した溝加工ツールの太陽電池基板に対する微妙な加圧力に変動が生じるようなことがなくなり、精度のよい電極分離用の溝を加工することができるといった効果がある。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
本発明において、前記付勢機構が、枢軸をデッドポイントとして前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に揺動部材を反転させるスプリングにより形成するのがよい。
これにより、付勢機構を簡素な構成で安価に製作できると共に、揺動部材の前進切削姿勢または後進切削姿勢への反転動作が、溝加工ツールの太陽電池基板に対する接触抵抗により自動的に行うことができる。

前記付勢機構が、揺動部材を前進切削姿勢または後進切削姿勢に付勢するスプリングと、揺動部材を後進切削姿勢または前進切削姿勢に付勢するシリンダとにより形成するのがよい。具体的にはシリンダにエアシリンダなどの流体シリンダ、あるいは電動シリンダを用いることができる。
これにより、揺動部材の前進切削姿勢または後進切削姿勢への反転動作が、シリンダを動作させることにより、機械的に行うことができる。

また、前記付勢機構が、揺動部材を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に付勢する少なくとも一つのシリンダにより形成するのがよい。
これにより、揺動部材の前進切削姿勢または後進切削姿勢への反転動作が、シリンダを動作させることにより機械的に行うことができると共に、付勢機構がシリンダだけで形成できて、反転動作をタイミングよく確実に行うことができる。

本発明にかかる集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置の一実施形態を示す斜視図である。 上記スクライブ装置におけるスクライブヘッドの第１の実施例を示す斜視図である。 上記スクライブヘッドの正面図であって、揺動部材が前進切削姿勢にある状態を示す図である。 揺動部材が後進切削姿勢に反転した状態を示す図３と同様の正面図である。 本発明におけるスクライブヘッドの第２の実施例を示す部分正面図であって、揺動部材が前進切削姿勢にある状態を示す図である。 揺動部材が後進切削姿勢に反転した状態を示す図５と同様の部分正面図である。 本発明におけるスクライブヘッドの第３の実施例を示す部分正面図であって、揺動部材が前進切削姿勢にある状態を示す図である。 揺動部材が後進切削姿勢に反転した状態を示す図７と同様の部分正面図である。 本発明におけるスクライブヘッドの第４の実施例を示す部分正面図であって、揺動部材が前進切削姿勢にある状態を示す図である。 揺動部材が後進切削姿勢に反転した状態を示す図９と同様の正面図である。

以下において、本発明の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。最初に、本発明にかかるスクライブ装置の全体構成について説明する。
図１は集積型薄膜太陽電池用のスクライブ装置の実施形態を示す斜視図である。スクライブ装置は、略水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で９０度及び角度θ回転可能なテーブル１１を備えており、テーブル１１は実質的に太陽電池基板Ｗの保持手段を形成する。

テーブル１１を挟んで設けてある両側の支持柱１２，１２と、Ｘ方向に延びるガイドバー１３とで構成されるブリッジ１４は、テーブル１１上を跨ぐように設けてある。ガイドバー１３に形成したガイド１５に沿って移動できるようにスクライブヘッド１が設けられており、モータ１６の回転によりＸ方向に移動する。スクライブヘッド１にはテーブル１１上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する溝加工ツール４を保持するホルダ５が設けられている。

また、Ｘ方向及びＹ方向に移動することが可能な台座１７，１８にカメラ１９，２０がそれぞれ設けられている。台座１７，１８は支持台２１上でＸ方向に延設されたガイド２２に沿って移動する。カメラ１９，２０は、手動操作で上下動することができ、撮像の焦点を調整することができる。カメラ１９，２０で撮影された画像はモニタ２３，２４に表示される。

例えば、Ｐ１工程においては、基板にマークされたアライメントマークや、基板の端部を、また、Ｐ２工程及びＰ３工程においては、Ｐ１工程やＰ２工程で形成された溝の痕跡（光吸収層や上部電極の窪み）を、スクライブ位置（溝を形成する位置）を特定するためのマーク（基準）として利用する。具体的には、カメラ１９，２０により基準となるマークを撮像することにより、スクライブ予定ラインの位置を特定する。特定されたスクライブ予定ラインに溝加工ツールがくるように、太陽電池基板Ｗの位置を調整することによりスクライブ位置を調整する。

そして、テーブル１１をＹ方向に所定ピッチで移動するごとに、スクライブヘッド１に取り付けた溝加工ツール４の刃先を、シリンダ６により太陽電池基板Ｗの表面に設定圧力で押しつけた状態でＸ方向に移動させ、太陽電池基板Ｗの表面をＸ方向に沿ってスクライブ加工する。太陽電池基板Ｗの表面をＹ方向に沿ってスクライブ加工する場合は、テーブル１１を９０度回転させて、上記と同様の動作を行う。

次に、本発明にかかるスクライブヘッド１について説明する。
図２、図３並びに図４は、本発明にかかるスクライブヘッドの第１の実施例を示すものである。板状のベース２と、このベース２にレール３を介して上下摺動可能に取り付けられたツールホルダ５と、溝加工ツール４を加圧するためにツールホルダ５の上方位置でベース２に保持されたエアシリンダ６とを備えている。

ツールホルダ５には、枢軸７を支点として許容範囲内で揺動できるように揺動部材８が取り付けられ、揺動部材８を、枢軸７を通る垂線Ｌを境として前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に姿勢を強制する付勢機構９が設けられている。図２、図３で示した実施例では、付勢機構９が、枢軸７をデッドポイントとして前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に揺動部材８を反転させるスプリング９ａにより形成されている。

揺動部材８には溝加工ツール４が保持されている。この溝加工ツール４は、薄板状の金属材からなり、その下端部で溝加工ツールの進行方向側と反対側の両方に対称的な前部刃先４ａと後部刃先４ｂが設けられている。そして揺動部材８が図３の前進切削姿勢にあるときに、前部刃先４ａが定められた切削角度で太陽電池基板Ｗに接して電極分離用の溝を加工し、揺動部材８が図４の後進切削姿勢にあるときに、後部刃先４ｂが太陽電池基板Ｗに接して電極分離用の溝を加工するようにしている。

前進切削姿勢並びに後進切削姿勢における揺動部材８の傾斜角、すなわち、前部刃先４ａ、後部刃先４ｂの太陽電池基板Ｗに対する切削角度は、揺動部材８の揺動を規制するストッパ１０の位置によって定まる。したがって、このストッパ１０を移動調整可能にすることによって、切削角度を調整することができる。本実施例ではこの調整手段として、ストッパ１０を回動並びに固定可能なカムにして、このカムを回動操作することによりストップ位置を調整できるようにしてある。

エアシリンダ６は、溝加工ツール４や揺動部材８を備えたツールホルダ５を上下動させるとともに、溝加工ツール４の太陽電池基板Ｗに対する押圧力の制御を行う。また、ツールホルダ５の自重を略無荷重の状態に補償するように、ツールホルダ５とベース２の上部との間に補償スプリング２５が設けられている。これにより、エアシリンダ６による溝加工ツール４の低押圧力の制御を容易にしている。

上記の構成において、太陽電池基板Ｗに電極分離用の溝を加工する場合、スクライブヘッド１の揺動部材８を図３の前進切削姿勢、または図４の後進切削姿勢にして、溝加工ツール４の前部刃先４ａまたは後部刃先４ｂを、太陽電池基板Ｗの表面に設定圧力で押しつけながら往復移動させる。具体的には、往路において、揺動部材８を図４の前進切削姿勢にして、溝加工ツール４の刃先４ａを太陽電池基板Ｗの表面に設定圧力で押しつけながらスクライブラインに沿ってＸ方向に移動させ、電極分離用の一本の溝を加工する。

この後に、復路において、スクライブヘッド１もしくは太陽電池基板Ｗを、次に加工すべきスクライブ予定ライン上に移行させ、溝加工ツール４の前部刃先４ａを太陽電池基板Ｗの表面に押しつけながら後退（復動）させる。この後退移動の初期において、前部刃先４ａの摩擦抵抗により、揺動部材８が図４の後進切削姿勢に反転し、後部刃先４ｂにより電極分離用の溝を加工する。このようにして、スクライブヘッド１の往復動で電極分離用の溝を加工することができて作業の迅速化を図ることができる。

図５並びに図６は、本発明におけるスクライブヘッドの第２の実施例を示す。この実施例では、付勢機構９が、揺動部材８を前進切削姿勢（または後進切削姿勢）に付勢するスプリング９ｂと、揺動部材８を後進切削姿勢（または前進切削姿勢）に付勢するシリンダ９ｃにより形成されている。すなわち、図５に示す揺動部材８の前進切削姿勢は、スプリング９ｂにより強制され、図６に示す揺動部材８の後進切削姿勢は、シリンダ９ｃにより強制されるようになっている。したがって、この実施例では、揺動部材８の前進切削姿勢並びに後進切削姿勢の反転は、シリンダ９ｃを必要なタイミングで動作させることにより機械的に行うことができる。

図７並びに図８は、本発明におけるスクライブヘッドの第３実施例を示す。この実施例では、付勢機構９が、一つのシリンダ９ｄにより、揺動部材８を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転付勢するようにしている。すなわち、図７に示すように、シリンダ９ｄのプランジャ軸を引き込んだときに揺動部材８が前進切削姿勢となり、図８に示すように、プランジャ軸を押し出したときに揺動部材８が後進切削姿勢となるように形成されている。

図９並びに図１０は、本発明におけるスクライブヘッドの第４実施例を示す。この実施例では、前記付勢機構９は、二つのシリンダ９ｅ，９ｆで揺動部材８を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転付勢するようにしており、これらシリンダ９ｅ，９ｆを交互に動作させることにより、図９に示す揺動部材８の前進切削姿勢、並びに図１０に示す揺動部材８の後進切削姿勢が強制されるようになっている。この第４実施例並びに先の第３実施例でも、シリンダの作動によって揺動部材８の前進切削姿勢並びに後進切削姿勢の反転を機械的に行うことができる。

上述した実施例では、スクライブヘッド１をＸ方向に移動させることでスクライブ加工を実行したが、スクライブヘッド１と、太陽電池基板Ｗとが相対的に移動できれば足りることから、スクライブヘッド１を移動させることなく、太陽電池基板ＷのみをＸ方向及びＹ方向に移動させてもよい。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも実施例の構造のみに特定されるものではない。例えば、実施例では、ストッパ１０の位置調整手段として上記実施例ではカムを用いたが、ストッパの位置が調整できる機構であればどのようなものであってもよく、本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明は、カルコパイライト化合物系半導体膜を用いた集積型薄膜太陽電池の製造方法、及び、これに用いることのできる溝加工ツールに適用することができる。

Ｗ 太陽電池基板
１ スクライブヘッド
４ 溝加工ツール
４ａ 溝加工ツールの前部刃先
４ｂ 溝加工ツールの後部刃先
５ ツールホルダ
６ エアシリンダ
７ 枢軸
８ 揺動部材
９ 付勢機構
９ａ，９ｂ スプリング
９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ シリンダ

Claims (4)

1. 集積型薄膜太陽電池基板のスクライブ予定ラインに沿って、スクライブヘッドに取り付けた溝加工ツールの刃先を押圧しながら、太陽電池基板もしくは溝加工ツールを相対的に移動させて太陽電池基板の上に溝を加工するスクライブ装置であって、
   スクライブヘッドに上下移動可能に取り付けられたツールホルダと、
   前記ツールホルダに枢軸を支点として許容範囲内で揺動可能に取り付けられた揺動部材と、
   前記揺動部材を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に反転強制する付勢機構と、
   前記揺動部材に保持された溝加工ツールとからなり、
   前記溝加工ツールは、溝加工ツールの進行方向側と反対側に前後対称的な前部刃先並びに後部刃先を備え、前記揺動部材が前進切削姿勢にあるときに前部刃先が太陽電池基板に接触し、後進切削姿勢にあるときに後部刃先が太陽電池基板に接触するようにしたことを特徴とするスクライブ装置。
2. 前記付勢機構が、枢軸をデッドポイントとして前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に揺動部材を反転させるスプリングにより形成されている請求項１に記載のスクライブ装置。
3. 前記付勢機構が、揺動部材を前進切削姿勢または後進切削姿勢に付勢するスプリングと、揺動部材を後進切削姿勢または前進切削姿勢に付勢するシリンダとにより形成されている請求項１に記載のスクライブ装置。
4. 前記付勢機構が、揺動部材を前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に付勢する少なくとも一つのシリンダにより形成されている請求項１に記載のスクライブ装置。

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