JP2011528618A

JP2011528618A - 非円形太陽電池基板のための縁辺被覆装置及び方法

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Publication number: JP2011528618A
Application number: JP2011520010A
Authority: JP
Inventors: カミナー、ネイル; ジェー．カドジノヴィック、マイケル; ガルシア、エンリク; アバス、エマニュエル; パヴァーニ、ルカ
Original assignee: サンパワーコーポレイション
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2028-07-21
Also published as: KR101555081B1; KR20110043690A; WO2010011200A1; JP5329664B2; AU2008359693A1; DE112008003942T5

Abstract

非円形太陽電池基板（３７１）の縁辺に、被覆材料を塗布する縁辺被覆装置（３００）。基板（３７１）を支持・回転するチャック（３０３）の形で提供される回転可能基板支持台に、基板（３７１）を載置する。被覆材料ディスペンサ（３０８）は、溝（３１０）の形で提供される凹部を有するローラー（３０９）の形で提供される塗布器を含む。縁辺被覆プロセスの間、基板（３７１）の縁辺が溝（３１０）に受容されるように、ローラー（３０９）が位置する。ローラー（３０９）の刻みを有する面が、基板（３７１）の縁辺に接触し、被覆材料が基板（３７１）の縁辺に塗布される。モーター（３０７）は、伝動ベルト（３０６）及びシャフト（３０５−１、３０５−２）により、チャック３０３を回転させて、基板（３７１）を回転させることにより、縁辺の被覆が行われる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、概して、太陽電池に関し、これに限定するわけではないが、特に、太陽電池製造プロセス及び製造ツールに関する。

太陽電池は、太陽放射を電気的エネルギーに変換するためのデバイスとして知られている。太陽電池は、半導体プロセス技術を利用して、半導体ウェハ上に形成することができる。太陽電池には、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域が含まれる。太陽放射が太陽電池に作用して、拡散領域へと移動する電子及び正孔が生成され、拡散領域間に電位差が発生する。バックコンタクト型の太陽電池では、拡散領域及び当該拡散領域に連結される金属接触指は、共に、太陽電池の裏面側に配置される。接触指により、外部に設けられる電気回路と太陽電池とを連結することができ、太陽電池の電力を電気回路に供給することができる。

太陽電池基板の縁辺は、電気的遮蔽のために絶縁体で被覆される場合があり、これにより、基板の外周部に金属が堆積する又は成長するのを防いでいる。本開示は、大量生産に適した、太陽電池基板の縁辺被覆の方法及び装置に関する。

非円形太陽電池基板の縁辺に、被覆材料を塗布する縁辺被覆装置を提供する。基板を支持・回転するチャックの形で提供される回転可能基板支持台に、基板を載置する。被覆材料ディスペンサーは、溝の形で提供される凹部を有するローラーの形で提供される塗布器を含む。縁辺被覆プロセスの間、基板の縁辺が溝に受容されるように、ローラーが位置する。ローラーの刻みを有する面が、基板の縁辺に接触し、被覆材料が基板の縁辺に塗布される。モーターは、伝動ベルト及びシャフトによりチャックを回転させ、それにより基板を回転させて縁辺の被覆が行われる。

本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の特許請求の範囲及び添付の図面を含む本開示の全体を読むことにより、当業者に明らかになる。なお、異なる図面間で使用されている同じ参照番号は、同じ又は同様な要素を示している。

本発明の実施形態に係る縁辺被覆ツールを概略的に示した平面図である。本発明の実施形態に係る縁辺被覆ツールを概略的に示した側面図である。本発明の他の実施形態に係る縁辺被覆ツールを概略的に示した図である。図２Ａの縁辺被覆ツールにおけるローラーの溝に受容された非円形基板を示す図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池基板の縁辺を被覆するための縁辺被覆ツールを示した図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池基板の縁辺を被覆するための縁辺被覆ツールを示した図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池基板の縁辺を被覆するための縁辺被覆ツールを示した図である。本発明の一実施形態に係る被覆材料ディスペンサーの側面図である。本発明の一実施形態に係る被覆材料ディスペンサーの垂直断面図である。図４Ａ及び図４Ｂの被覆材料ディスペンサーの分解図である。本発明の一実施形態に係るメインシリンダーのオペレーション原理を概略的に示した図である。本発明の一実施形態に係るメインシリンダーのオペレーション原理を概略的に示した図である。本発明の一実施形態に係る、基板の縁辺に塗布される被覆材料の被覆幅及び厚さの均一性を制御するための、図５の被覆材料ディスペンサーの特徴を示した図である。本発明の一実施形態に係る、基板の縁辺に塗布される被覆材料の被覆幅及び厚さの均一性を制御するための、図５の被覆材料ディスペンサーの特徴を示した図である。本発明の一実施形態に係る、基板の縁辺に塗布される被覆材料の被覆幅及び厚さの均一性を制御するための、図５の被覆材料ディスペンサーの特徴を示した図である。本発明の一実施形態に係る、基板の縁辺に塗布される被覆材料の被覆幅及び厚さの均一性を制御するための、図５の被覆材料ディスペンサーの特徴を示した図である。

本開示では、装置、要素及び方法の例など、数多くの詳細な特定事項が提供されるが、これは、本発明の実施形態の理解を深めるために提供されているものである。しかしながら、これらの詳細事項のうち１つ又は複数がなくとも、本発明を実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明の側面を不明瞭にすることを避けため、周知の詳細事項についての図示及び説明を省略している。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態に係る縁辺被覆ツール１００の平面図及び側面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、縁辺被覆ツール１００は、被覆材料を非円形型の太陽電池基板１０１の縁辺に塗布するための被覆材料ディスペンサー１１０を含む。太陽電池基板１０１は、半導体基板を含んでもよく、回転可能な真空チャック１０２（図１Ｂ参照）によって保持される。ディスペンサー１１０は、インクプランジャー１１４及びローラー１１２を有する筒１１３を含む。筒１１３は、ばねが設けられた支点１１１を中心に回転可能であり、ウェハの縁辺に圧力を付与し続けることができる。製造オペレーターは、手動でディスペンサー１１０を誘導することにより、基板１０１と強く衝突してしまうのを防ぐ。そして、プランジャー１１４を手動で起動してローラー１１２にインクを供給し、ローラー１１２によって、インクで基板１０１の縁辺を被覆する。基板１０１は、チャック１０２上で回転され、基板１０１の外周全体が、被覆材料によって覆われる。しかしながら、ツール１００が順調に動作していても、最初に行われる手動のオペレーション及び基板の縁辺に被覆材料を塗布する際の不十分な制御を含むいくつかの問題点が存在していた。

図２Ａは、本発明の一実施形態に係る太陽電池基板の縁辺を被覆するための縁辺被覆ツール２００を概略的に示した図である。図２Ａに示す例では、縁辺被覆ツール２００は、ローラー３０９という形で提供されている塗布器を備える被覆材料ディスペンサー３０８を含む。図２Ｂのローラー３０９の側面図に示されるように、ローラー３０９は、ここでは溝３１０という形で提供されている凹部を有する。図２Ｂには、また、縁辺被覆プロセスの間、溝３１０に受容される非円形基板３７１、及び、基板３７１の縁辺に塗布を行うために、溝３１０に被覆材料を流し込むためのノズル３１１が示されている。基板３７１は、例えば、擬似的に矩形である半導体ウェハであってもよい。

図２Ａに示すように、被覆材料供給システム１５０は、サーマルインク又は紫外線インクを含む被覆材料を収容するカートリッジ１５３を備える。オペレーションでは、プランジャー１５１は、被覆材料を、カートリッジ１５３のチャンバ１５４から供給チューブ１５２を経由してノズル３１１へと押し出すように調整される。そして、ノズル３１１から、被覆材料が溝３１０へと流れ込み、溝３１０に受容されている基板３７１（図２Ｂ参照）の縁辺に塗布される。溝３１０は、基板３７１の縁辺に押し付けられることにより、当該縁辺を受容し、そこに被覆材料を塗布する。ツール２００は、ローラー３０９が物理的に基板３７１に接触することにより、基板３７１の縁辺に被覆材料を塗布する、"接触型"の縁辺被覆装置である。基板３７１は、ここでは真空力で基板３７１を支持するチャック３０３の形で提供されている、回転可能支持台に載置される。チャック３０３によって基板３７１が回転し、被覆材料が、基板３７１の外周縁全体に塗布されるように構成されている。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、本発明の一実施形態に係る太陽電池基板の縁辺を被覆するための縁辺被覆ツール３００を示している。ツール３００は、ツール２００の特定の実施形態である。

図３Ａは、縁辺被覆ツール３００の斜視図である。ツール３００は、非円形太陽電池基板３７１の縁辺を受容し、そこに被覆材料を塗布するように構成される。ツール３００は、ローラー３０９の形で塗布器を有する被覆材料ディスペンサー３０８を含んでもよい。ツール２００と同様、ローラー３０９は、基板３７１の縁辺を受容し被覆するための、溝３１０という形の凹部を有する（図２Ｂ参照）。回転可能チャック３０３という形で提供されている基板支持台は、基板３７１を支持する。チャック３０３の真下に設けられる真空システム３０４は、真空力により基板３７１を支持するのを可能とする。

手動で又は自動ハンドリングシステム（例えば、ピックアンドプレース・ロボット）を利用して、基板３７１を、整列ステーション３０１に載置する。整列ステーション３０１は、基板３７１を位置決めするため一旦停止させ、チャック３０３の上に基板を配置する場所を提供している。空気圧式滑動部３０２により、ステーション３０１が昇降する。上昇させた位置では、ステーション３０１は、基板３７１をチャック３０３の上方に保持する。滑動部３０２を動作させて、ステーション３０１を降下させて、基板３７１をチャック３０３に載せ、チャック３０３により基板３７１が支持されるようにしてもよい（図３Ｂ参照）。シャフト３０５（すなわち、３０５−１及び３０５−２）は、チャック３０３と同心円状に配置され、機械的に連結される。伝動ベルト３０６は、シャフト３０５を、機械的にモーター３０７に連結する。

図３Ｂは、基板３７１が降下されて、チャック３０３に載置されている状態のツール３００を示した斜視図である。図３Ｂは、基板３７１がチャック３０３に載置されると、空気圧メインシリンダー３１４（図５参照）が動作して、ディスペンサー３０８を、基板３７１に向かって被覆位置に動かす様子を示している。モーター３０７は、伝動ベルト３０６により、シャフト３０５をドライブして、チャック３０３を回転させることにより、基板３７１を回転させる。溝３１０は、基板３７１の縁辺を受容して、基板と接触することにより、被覆材料を基板に塗布する。

図３Ｃは、ツール３００の分解図である。図３Ｃに示されている構成要素は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上記で説明した構成要素と同じである。

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、本発明の一実施形態に係る被覆材料ディスペンサー３０８の側面図及び垂直断面図である。被覆材料供給システム１５０は、被覆材料（例えば、サーマルインク又は紫外線インク）を、ノズル３１１の注入口に取り付けられた４０３供給チューブ１５２を介して、ディスペンサー３０８に供給する。溝３１０は、ローラー３０９の表面に機械加工により形成してもよく、被覆材料の種類及び被覆する基板の種類に応じて、特定の深さ及び幅を有する。被覆材料が、ノズル３１１によりローラー３０９の表面の一方に押し付けられると、溝３１０がインク材料で完全に満たされる。ローラー表面に近接して配置されるドクターブレード（図示せず）が、余分な被覆材料を取り除き、溝３１０の深さ分だけ、被覆材料が残される。ディスペンサー３０８は、ドクターブレードにより削り取られた余分な被覆材料を収集するトレイ３１２を含む。基板３７１は、ローラー３０９の反対側に配置され（図２Ｂ参照）、溝３１０内に位置する基板の縁辺は、ローラー３０９の表面と接触する。基板３７１が、チャック３０３の軸周りに回転すると（図３Ｂ参照）、基板３７１は外周縁部にインクを集める。滑動機構３１３により、ディスペンサー３０８を１軸上で、基板３７１に近づく方向及び遠ざける方向に動かすことができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る被覆材料ディスペンサー３０８の分解図である。上述したように、ディスペンサー３０８は、滑動機構３１３に搭載される。空気圧メインシリンダー３１４は、基板３７１の縁辺に向かって、ディスペンサー３０８を被覆位置へと押し出す。ローラー３０９をゆっくりと進め、基板３７１の縁辺に加わる衝撃力を抑えるには、補助シリンダーを使用して、シリンダー３１４に反対方向の力を加えるようにしてもよい。図５には、ドクターブレード４０１及びトレイ３１２も示されている。ディスペンサー３０８は、縁辺被覆プロセスの終わりに、基板３７１から離れて元のスタート位置に戻る。図５に示されているその他の構成要素は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上記で説明した構成要素と同一のものである。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るメインシリンダー３１４のオペレーション原理を、概略的に示した図である。シリンダー３１４は、チャンバ４５１及び部分４５２を含む。図６Ａ及び図６Ｂに示す例では、メインシリンダー３１４は、圧力Ｐ１を保ち、ローラー３０９により、基板３７１の形状に関わらず、相対的に一定な力を基板３７１に加える。空気供給システムを使用して、チャンバ４５１に、搭載圧力Ｐ_ＬＯＡＤに等しい圧力Ｐ０を付与する。空気供給システムは、小さな通気孔４５３を含み、空気漏れ圧力Ｐ_ＬＥＡＫに対応する空気が漏れるようになっている。空気漏れが存在するため、シリンダー３４１の加圧されているチャンバ４５１に掛かる全圧力は、Ｐ１＝Ｐ０−Ｐ_ＬＥＡＫとなる。チャンバ４５１の他方の側の部分４５２は、空気圧となる。したがって、部分４５２には、圧力は付与されず、抵抗も存在していない。ピストン４５４は、ディスペンサー３０８を支持する滑動機構３１３に機械的に連結される（図５参照）。ローラー３０９が、基板３７１の平らな縁辺部分と接触するとき、シリンダー３１４は、ディスペンサー３０８に能動的な力を加え、基板３７１の縁辺に向かってローラー３０９を押し出す。ローラー３０９が基板３７１の角の縁に接触すると、ディスペンサー３０８は押されて、図６Ｂに示すように、基板３７１の縁辺からの力をシリンダー３１４が直接受ける。図６Ｂに示す例の場合、チャンバ４５２、すなわち下部チャンバにおける空気の体積が減少し、圧力Ｐ１が上昇する傾向となる。この時点で、空気の一部が、通気孔４５３から流れ出し始め、圧力Ｐ１は、相対的に一定に保たれる。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄは、本発明の一実施形態に係る、基板の縁辺に塗布される被覆材料の被覆幅及び厚さの均一性を制御するための、被覆材料ディスペンサー３０８の特徴を示している。一般的に、被覆の均一性を制御する二つの因子が存在し、一つは、基板の回転速度であり、もう一つは、溝３１０から基板の縁辺へと移動する被覆材料の量である。

基板の回転速度を制御するには、チャック３０３（図３Ｂ参照）を回転させるモーター３０７の速度を制御し、小さな刻み３１５を、機械加工により溝３１０に形成する。図７Ａは、縁辺を被覆する間、基板の縁辺と接触するローラー３０９の表面（"接触面"）における刻み３１５を示している。刻み３１５を設けることにより、接触面と溝３１０における基板部分との間の境界面における摩擦を大きくすることができ、基板の縁辺が、接触面に対して滑ってしまうのを防ぐことができる。

溝３１０の幅（５０２参照）及び深さ（５０１参照）、並びに溝３１０の基板の縁辺に対する位置により、基板の縁辺に塗布される被覆材料の量を制御する。

基板に対するローラー３０９の位置を調整することにより、基板の上面に対する溝３１０の位置を調整してもよい。図７Ｃにおいて、ローラー３０９は、滑動機構３１３から高さＨ１（例えば、３２ｍｍ）の位置まで上昇し、基板３７１が溝３１０の底部にくるように、溝３１０を位置させる。図７Ｄでは、ローラー３０９は、滑動機構３１３から高さＨ２（例えば、２８．５ｍｍ）の位置まで降下し、基板３７１が溝３１０の上部にくるように、溝３１０を位置させる。ローラー３０９は、基板３７１が、溝３１０の上部と下部の位置の間にくるように、引き続き調整をしてもよい。このようにローラーの位置を調整することにより、基板３７１の上面と溝３１０の壁との間における被覆材料への与圧を制御することができ、それにより、基板３７１の縁辺に塗布される被覆材料の幅を制御することができる。被覆材料に、より高い圧力が加えられると、より多くの被覆材料が押し出されて溝３１０から流れ出す。

上述した縁辺被覆ツール３００の構成要素は、特に、自動制御に適したものである。例えば、適切な制御ソフトウェアとデータ取得システムを備えるコンピュータ（図示せず）により、モーター要素の速度と方向の制御及び空気圧要素の作動を行ってもよい。

本発明の特定の実施形態が提供されたが、これらの実施形態は例示することを目的としており、限定することを意図していない。本開示を読む当業者にとって、様々な付加的な実施形態が可能であることは明白である。

本発明の特定の実施形態が提供されたが、これらの実施形態は例示することを目的としており、限定することを意図していない。本開示を読む当業者にとって、様々な付加的な実施形態が可能であることは明白である。
非円形太陽電池基板の縁辺を被覆する装置は、前記非円形太陽電池基板の前記縁辺を受容する凹部を有し、前記凹部において前記基板の前記縁辺に押し付けられることにより、前記基板の前記縁辺に被覆材料を塗布する塗布器と、前記基板を支持及び回転させる基板支持台と、前記塗布器を支持し、前記塗布器を前記基板に対して動かす滑動機構とを備える。前記塗布器は、ローラーを含み、前記凹部は、前記ローラーにおける溝を含む。前記塗布器は、前記溝内に、刻みを有する面を有し、前記刻みを有する面は、前記基板の前記縁辺と前記ローラーとの間の摩擦を増大させている。前記滑動機構は、空気圧により作動し、前記塗布器を１軸に沿って動かす。前記基板を受容し、前記基板の前記縁辺を前記被覆材料で被覆させるべく、前記基板を前記基板支持台上に降下させ、前記基板の前記縁辺が前記被覆材料で被覆された後、前記基板を前記基板支持から上昇させる整列ステーションをさらに備える。前記基板支持台は、真空力により前記基板を支持するチャックを含む。前記基板が前記凹部に位置している間に、前記塗布器を前記基板に対して昇降させることにより、前記基板の前記縁辺に塗布される前記被覆材料の量を制御する。前記基板支持台と連結されたシャフトに連結する伝動ベルトにより、前記基板支持台を回転させるモーターをさらに備える。前記基板は、半導体ウェハを含む。
非円形太陽電池基板の縁辺を被覆する方法は、塗布器の凹部に、前記非円形太陽電池基板を受容させるよう前記塗布器を位置させる段階と、前記塗布器に被覆材料を供給する段階と、前記基板を回転させる段階と、前記基板が前記塗布器の前記凹部に位置し、回転している間に、前記被覆材料を前記基板の前記縁辺に塗布する段階とを備える。前記塗布器は、ローラーを含み、前記凹部は、前記ローラーにおける溝を含む。前記基板を整列ステーションに載置する段階と、前記被覆材料を前記基板の前記縁辺に塗布するために前記基板を回転させる基板支持台上に、前記基板を降下させるべく、前記整列ステーションを降下させる段階と、前記基板の前記縁辺に前記被覆材料を塗布した後、前記基板支持台から前記基板を上昇させるべく、前記整列ステーションを上昇させる段階とをさらに備える。前記基板は、半導体ウェハを含む。真空力により前記基板を支持する基板支持台上で、前記基板を回転させる。前記基板の前記縁辺に塗布される前記被覆材料の量を制御するべく、前記塗布器を前記基板に対して昇降させる段階をさらに備える。

Claims

非円形太陽電池基板の縁辺を被覆する装置であって、
前記非円形太陽電池基板の前記縁辺を受容する凹部を有し、前記凹部において前記基板の前記縁辺に押し付けられることにより、前記基板の前記縁辺に被覆材料を塗布する塗布器と、
前記基板を支持及び回転させる基板支持台と、
前記塗布器を支持し、前記塗布器を前記基板に対して動かす滑動機構と
を備える装置。
前記塗布器は、ローラーを含み、前記凹部は、前記ローラーにおける溝を含む請求項１に記載の装置。
前記塗布器は、前記溝内に、刻みを有する面を有し、前記刻みを有する面は、前記基板の前記縁辺と前記ローラーとの間の摩擦を増大させている請求項２に記載の装置。
前記滑動機構は、空気圧により作動し、前記塗布器を１軸に沿って動かす請求項１に記載の装置。
前記基板を受容し、前記基板の前記縁辺を前記被覆材料で被覆させるべく、前記基板を前記基板支持台上に降下させ、前記基板の前記縁辺が前記被覆材料で被覆された後、前記基板を前記基板支持から上昇させる整列ステーションをさらに備える請求項１に記載の装置。
前記基板支持台は、真空力により前記基板を支持するチャックを含む請求項１に記載の装置。
前記基板が前記凹部に位置している間に、前記塗布器を前記基板に対して昇降させることにより、前記基板の前記縁辺に塗布される前記被覆材料の量を制御する請求項１に記載の装置。
前記基板支持台と連結されたシャフトに連結する伝動ベルトにより、前記基板支持台を回転させるモーターをさらに備える請求項１に記載の装置。
前記基板は、半導体ウェハを含む請求項１に記載の装置。
非円形太陽電池基板の縁辺を被覆する方法であって、
塗布器の凹部に、前記非円形太陽電池基板を受容させるよう前記塗布器を位置させる段階と、
前記塗布器に被覆材料を供給する段階と、
前記基板を回転させる段階と、
前記基板が前記塗布器の前記凹部に位置し、回転している間に、前記被覆材料を前記基板の前記縁辺に塗布する段階と
を備える方法。
前記塗布器は、ローラーを含み、前記凹部は、前記ローラーにおける溝を含む請求項１０に記載の方法。
前記基板を整列ステーションに載置する段階と、
前記被覆材料を前記基板の前記縁辺に塗布するために前記基板を回転させる基板支持台上に、前記基板を降下させるべく、前記整列ステーションを降下させる段階と、
前記基板の前記縁辺に前記被覆材料を塗布した後、前記基板支持台から前記基板を上昇させるべく、前記整列ステーションを上昇させる段階と
をさらに備える請求項１０に記載の方法。
前記基板は、半導体ウェハを含む請求項１０に記載の方法。
真空力により前記基板を支持する基板支持台上で、前記基板を回転させる請求項１０に記載の方法。
前記基板の前記縁辺に塗布される前記被覆材料の量を制御するべく、前記塗布器を前記基板に対して昇降させる段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。