JP2012109421A - 薄膜太陽電池用の欠陥修復用ツール、欠陥修復用装置及び欠陥修復方法 - Google Patents

Abstract

【課題】美観を損なうことなく薄膜太陽電池の局所欠陥を修復する。
【解決手段】この欠陥修復用ツールは、加工装置のヘッド部に設けられたチャックに保持されて回転し、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するためのツールであって、シャンク部３５と刃先部３６とを有している。シャンク部３５は、一端側に形成され、チャック１６に保持される。刃先部３６は、他端側に形成され、加工用の刃３６ａを先端に有する。そして、刃先部３６の刃３６ａは回転中心から離れた位置に所定の幅で形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、欠陥修復用ツール、特に、加工装置のヘッド部に設けられたチャックに保持されて回転し、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための欠陥修復用ツールに関する。また、本発明は、欠陥修復用ツールを備えた欠陥修復用装置、さらには欠陥修復用ツールを用いた欠陥修復方法に関する。

薄膜太陽電池は、例えば特許文献１に示されるような方法で製造される。この特許文献１に記載された製造方法では、ガラス等の基板上にMo膜からなる下部電極膜が形成され、その後、下部電極膜が短冊状に分割される。次に、下部電極膜上にCIGS膜等のカルコパイライト構造化合物半導体膜を含む化合物半導体膜が形成される。そしてさらに、これらの半導体膜の一部がストライプ状に除去されて短冊状に分割され、これらを覆うように上部電極膜が形成される。そして最後に、上部電極膜の一部がストライプ状に剥離されて短冊状に分割される。

このような薄膜太陽電池の製造過程で、薄膜形成時にパーティクルが混入したり、ピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが短絡する等の局所欠陥が生じる場合がある。

そこで、このような薄膜太陽電池の局所欠陥を修復するために、レーザ光によって欠陥部分を他の部分から絶縁分離する方法が提案されている（特許文献２及び３参照）。

実開昭63-16439号公報 特開2007-273933号公報 国際公開公報WO2010/023845 A1

薄膜太陽電池の局所欠陥を、特許文献２及び３に示されるようにレーザ光によって修復する場合、レーザ加工部に溶融残渣が残る場合がある。この溶融残渣は、上部電極と下部電極とを短絡させる原因となる場合があり、新たな欠陥を生じる可能性がある。

そこで、ダイヤモンド等の硬質材料で形成された加工ツールによって局所欠陥部分を除去することが考えられる。しかし、このような従来の加工ツールを用いて薄膜を剥離すると、比較的広い領域にわたって膜が剥離される。そして、薄膜が剥離された部分は、下地であるMo膜が露出する。すると、薄膜太陽電池を外観から観察した場合に、Mo膜の露出部分が反射して光り、美観を損なうことになる。

本発明の課題は、美観を損なうことなく薄膜太陽電池の局所欠陥を修復することにある。

第１発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用ツールは、加工装置のヘッド部に設けられたチャックに保持されて回転し、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するためのツールであって、シャンク部と刃先部とを有している。シャンク部は、一端側に形成され、チャックに保持される。刃先部は、他端側に形成され、加工用の刃を先端に有する。そして、刃先部の刃は、回転中心から離れた位置に所定の幅で形成されている。

この欠陥修復用ツールを使用する際は、ツールの回転中心を薄膜太陽電池の局所欠陥の位置に合わせ、刃を電池（基板）表面に押圧して回転させる。これにより、局所欠陥の周囲の薄膜が剥離される。これにより、局所欠陥を他の部分から絶縁分離させることができる。

ここでは、局所欠陥の周囲においてリング状に薄膜が剥離される。すなわち、欠陥部分を含むすべての領域の薄膜が剥離されるわけではない。したがって、下地であるMo膜等の電極膜が露出する部分が少なくなり、美観が損なわれるのを極力抑えることができる。

第２発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用ツールは、第１発明の欠陥修復用ツールにおいて、刃先部の刃は回転中心線に対して直交している。また、刃先部の先端の刃以外の部分は、刃から離れるにしたがってシャンク部側に近づくように傾斜している。

ここでは、刃以外の部分は、刃から徐々に離れるように傾斜しているので、刃のみが突出して形成される場合に比較して刃の強度が高くなる。このため、加工中に刃が折損するのを抑えることができる。

第３発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用ツールは、第１又は２発明の欠陥修復用ツールにおいて、刃先部の刃の幅は0.1mm以下である。

ここでは、刃の幅が0.1mm以下であるので、リング状に剥離される薄膜の幅は最大0.1mmであり、下地の電極膜が露出する領域がより小さくなる。

第４発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用装置は、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための装置であって、欠陥修復対象である薄膜太陽電池が載置されるテーブルと、ヘッドと、テーブルとヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、を備えている。ヘッドは、第１発明から第３発明のいずれかの欠陥修復用ツールを有し、上下方向に移動可能で、かつ欠陥修復用ツールを回転駆動する。

この装置では、欠陥修復対象である薄膜太陽電池がテーブルに載置される。そして、テーブルとヘッドとを水平面内で相対移動させ、欠陥修復用ツールを局所欠陥の位置に合わせる。この状態で、欠陥修復用ツールを下降させて電池基板の表面に刃を押圧し、欠陥修復用ツールを回転駆動する。これにより、局所欠陥の周囲の薄膜がリング状に剥離され、局所欠陥を他の部分から絶縁分離させることができる。

第５発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用装置は、第４発明の装置において、ヘッドは、欠陥修復用ツールを保持するチャックと、チャックを回転させるためのモータと、継手と、欠陥修復用ツールを所定の荷重圧で薄膜太陽電池の表面に押圧するための押圧機構と、を有する。継手は、チャックとモータの回転軸とを、互いに上下方向移動自在でかつ回転不能に連結する。

ここで、局所欠陥は微少な領域に発生する。このため、欠陥修復用ツールは非常に細く、例えば直径が1mm程度である。このように非常に細いツールを、通常のドリル加工装置のように、モータと直接的に連結し、モータ及びチャック部分を下降してツールを基板表面に当てると、これらの自重によってツールが折損するおそれがある。

そこで、第５発明では、ツールを保持するチャックとモータとを、継手で連結し、モータ等の重量がツールに作用しないようにしている。このため、ツールの折損を少なくすることができる。

第６発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復用装置は、第５発明の装置において、ヘッドは、チャックを回転自在に支持するホルダと、付勢部材と、をさらに有している。付勢部材は、チャック及びホルダを上方に付勢し、チャック及びホルダの自重をキャンセルする。

ここでは、モータの重量だけではなく、付勢部材によってチャック及びホルダの重量がツールに作用しないようになっている。このため、ツールの折損をより抑えることができる。

第７発明に係る薄膜太陽電池の欠陥修復方法は、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための方法であって、以下の工程を備えている。

(1) 刃先部の刃が回転中心から離れた位置に所定の幅で形成されている欠陥修復用ツールを準備する工程。

(2) 欠陥修復用ツールを回転させて、局所欠陥の周囲の薄膜をリング状に剥離する工程。

この方法によって、局所欠陥が周囲と絶縁分離される。そして、下地の電極膜が露出する部分が少なくなり、美観が損なわれるのを極力抑えることができる。

以上のような本発明では、美観を損なうことなく薄膜太陽電池の局所欠陥を修復することができる。

本発明の一実施形態が採用された欠陥修復装置の外観斜視図。 前記装置のヘッドの側面図。 本発明の一実施形態による欠陥修復用ツールの正面図、側面図、及び底面図。 図３のＡ部拡大図。 欠陥修復用ツールによる加工の一例を示す図。

本発明の一実施形態を採用した集積型薄膜太陽電池の欠陥修復用装置の外観斜視図を図１に示す。

［欠陥修復用装置の全体構成］
この装置は、太陽電池基板Ｗが載置されるテーブル１と、それぞれ欠陥修復用ツール２を有する複数のヘッド３と、それぞれ２つのカメラ４及びモニタ５と、を備えている。

テーブル１は水平面内において図１のＹ方向に移動可能である。また、テーブル１は水平面内で任意の角度に回転可能である。なお、図１では、ヘッド３の概略の外観を示しており（３つのヘッドのうちの２つは先端部分の省略している）、実際の形状とは異なる。ヘッド３の詳細は後述する。

各ヘッド３は、移動支持機構６によって、テーブル１の上方においてＸ，Ｙ方向に移動可能である。なお、Ｘ方向は、図１に示すように、水平面内でＹ方向に直交する方向である。移動支持機構６は、１対の支持柱７ａ，７ｂと、１対の支持柱７ａ，７ｂ間にわたって設けられたガイドバー８と、ガイドバー８に形成されたガイド９を駆動するモータ１０と、を有している。各ヘッド３は、ガイド９に沿って、前述のようにＸ方向に移動可能である。また、ヘッド３には図示しないエアシリンダが設けられており、このエアシリンダによってヘッド３の全体が上下動可能である。

２つのカメラ４はそれぞれ台座１２に固定されている。各台座１２は支持台１３に設けられたＸ方向に延びるガイド１４に沿って移動可能である。２つのカメラ４は上下動が可能であり、各カメラ４で撮影された画像が対応するモニタ５に表示される。

［ヘッド］
図２にヘッド３の主要部分を抽出して示している。この図２に示された主要部分が、ガイド９に沿って移動する移動フレーム（図示せず）に装着され、図示しないエアシリンダによって上下方向に移動される。なお、図２はヘッド３を側方から視た（図１のＸ方向視）図である。

ヘッド３は、欠陥修復用ツール２を有し、さらに、ツール２を保持するチャック１６と、チャック１６を回転させるためのモータ１７と、押圧機構１８と、を有している。これらの各部材は、移動フレームに固定されるヘッドフレーム３ａに支持されている。

チャック１６は従来のドリル加工装置等に設けられている周知の構造であって、ツール２を取り外し自在に保持可能である。チャック１６はホルダ２０によって回転自在に支持されている。すなわち、ホルダ２０には、上下方向に貫通する孔２０ａが形成されており、この孔２０ａの上部及び下部に複数の軸受２１が配置されている。そして、この軸受２１によってチャック１６が回転自在に支持されている。チャック１６の上部にはネジ１６ａが形成されており、このネジ１６ａに軸受ナット２２が螺合している。軸受ナット２２は複数の軸受２１のうちの上部に配置された軸受２１の内輪に当接している。このような構成によって、チャック１６はホルダ２０に保持されている。また、チャック１６の上端部には、連結用のフラット部１６ｂが形成されている。

モータ１７の回転軸１７ａとチャック１６のフラット部１６ｂとは、継手２４によって連結されている。継手２４は、円柱状に形成されており、上部には円形の孔２４ａが形成され、下部にはスリット２４ｂが形成されている。孔２４ａは上方に開放し、スリット２４ｂは下方に開放している。そして、孔２４ａにモータ１７の回転軸１７ａが挿入されて、回転不能かつ上下方向移動不能に固定されている。また、スリット２４ｂにチャック１６のフラット部１６ｂが挿入されている。このフラット部１６ｂはスリット２４ｂに単に差し込まれているだけであって、相対回転は不能であるが、互いにスライド自在である。

また、ホルダ２０は、奥行き方向（図２の右方向）に延びるガイド部２０ｂと、ガイド部２０ｂからさらに同方向に延びる押圧用連結部２０ｃと、を有している。ヘッドフレーム３ａには上下方向に延びるガイドレール２６が設けられている。そして、ガイド部２０ｂはガイドレール２６にスライド自在に係合している。また、ホルダ２０にはピン２７が設けられとともに、ピン２７上方のヘッドフレーム３ａにはロッド２８が設けられており、ピン２７とロッド２８との間にはスプリング２９が設けられている。このスプリング２９によって、チャック１６及びホルダ２０は上方に付勢され、これらの自重がキャンセルされている。

押圧機構１８は、ヘッドフレーム３ａに固定されたエアシリンダ３２を有している。エアシリンダ３２のピストンロッド３３は、ホルダ２０の押圧用連結部２０ｃに連結されている。したがって、このエアシリンダ３２を駆動することによって、ホルダ２０及びチャック１６を昇降させることが可能である。

［欠陥修復用ツール］
欠陥修復用ツール２を図３に示す。図３（ａ）はツール２の正面図、同図（ｂ）はその側面図、同図（ｃ）は底面図である。また、図４に図３（ａ）のA部詳細を示している。

図３及び図４に示すように、欠陥修復用ツール２は、断面円形の棒状に形成されており、一端側にシャンク部３５を有し、他端側に刃先部３６を有している。シャンク部３５はチャック１６に保持される部分であり、刃先部３６は加工用の刃３６ａを先端に有している。このツール２は、チャック１６に装着されて、回転中心線Ｃを中心に回転する。

刃先部３６の刃３６ａは、回転中心線Cに対して直交するように形成されており、かつ回転中心線Cから離れて形成されている。また、刃先部３６の刃３６ａ以外の部分は、加工対象には接触しない逃げ部３６ｂとなっている。逃げ部３６ｂは、刃３６ａに対して所定角度αだけ傾斜している。すなわち、逃げ部３６ｂは刃３６ａから離れるにしたがってシャンク部側に近づくように、角度αだけ傾斜している。なお、この実施形態では、ツール２の直径Ｄは1mmであり、刃３６ａの幅ｗは0.1mmである。刃３６ａの幅ｗは0.1mm以下であれば、小さい方が好ましい。

［欠陥修復方法］
まず、カメラ４及びモニタ５を用いて、基板上における局所欠陥の有無を検査する。局所欠陥が発見されれば、移動機構６によってヘッド３を移動させ、ツール２の回転中心Cが局所欠陥の真上にくるように位置合わせを行う。

以上のような位置合わせを行った後、モータ１７を駆動してツール２を回転させる。そして、エアシリンダ３２を駆動してホルダ２０とともにチャック１６を下降させ、チャック１６にセットされているツール２の先端を薄膜に当てる。これにより、図５に示すように、局所欠陥Pの周囲にリング状の膜剥離部分Eが形成される。この膜剥離部分Eが形成されることにより、局所欠陥Pを他の部分と絶縁することができる。

ここでは、局所欠陥Pを含む所定の全領域の膜を剥離するのではなく、局所欠陥Pの周囲の薄膜をリング状に剥離するので、下地である電極膜（Mo膜）が露出する部分が少ない。したがって、外観上光って見える部分が少なくなり、美観を損なうことがない。

また、ツール２を含むチャック１６及びホルダ２０は、継手２４によってモータ１７側の部材から荷重を受けない。しかも、ツール２を含むチャック１６及びホルダ２０の自重はスプリング２９によってキャンセルされている。このため、ツール２には、エアシリンダ３２でセットされた押圧荷重しか作用しない。したがって、ツール２の薄膜に対する押圧荷重を精度よく管理して、必要最小限にすることができ、ツール２に過大な荷重が作用することによる折損を少なくすることができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

例えば、欠陥修復用ツールの刃先部の形状は前記実施形態に限定されるものではなく、回転中心線Ｃから離れた部分の薄膜を剥離できるものであれば、どのような形状であってもよい。

また、本発明は、化合物半導体の薄膜太陽電池に限らず、薄膜シリコン太陽電池など他の材質の半導体を用いた薄膜太陽電池の欠陥修復にも適用できる。

１ テーブル
２ 欠陥修復用ツール
３ ヘッド
１６ チャック
１７ モータ
１８ 押圧機構
２０ ホルダ
２４ 継手
２９ スプリング
３２ エアシリンダ
３５ シャンク部
３６ 刃先部
３６ａ 刃
３６ｂ 逃げ部

Claims (7)

1. 加工装置のヘッド部に設けられたチャックに保持されて回転し、薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための欠陥修復用ツールであって、
   一端側に形成され、前記チャックに保持されるシャンク部と、
   他端側に形成され、加工用の刃を先端に有する刃先部と、
   を備え、
   前記刃先部の刃は、回転中心から離れた位置に所定の幅で形成されている、
   薄膜太陽電池の欠陥修復用ツール。
2. 前記刃先部の刃は回転中心線に対して直交しており、
   前記刃先部の先端の刃以外の部分は、前記刃から離れるにしたがって前記シャンク部側に近づくように傾斜している、
   請求項１に記載の薄膜太陽電池の欠陥修復用ツール。
3. 前記刃先部の刃の幅は0.1mm以下である、請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池の欠陥修復用ツール。
4. 薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための欠陥修復用装置であって、
   欠陥修復対象である薄膜太陽電池が載置されるテーブルと、
   請求項１から３のいずれかに記載の欠陥修復用ツールを有し、上下方向に移動可能で、かつ前記欠陥修復用ツールを回転駆動するヘッドと、
   前記テーブルと前記ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、
   を備えた薄膜太陽電池の欠陥修復用装置。
5. 前記ヘッドは、
   前記欠陥修復用ツールを保持するチャックと、
   前記チャックを回転させるためのモータと、
   前記チャックと前記モータの回転軸とを、互いに上下方向移動自在でかつ回転不能に連結する継手と、
   前記欠陥修復用ツールを所定の荷重圧で前記薄膜太陽電池の表面に押圧するための押圧機構と、
   を有する、請求項４に記載の薄膜太陽電池の欠陥修復用装置。
6. 前記ヘッドは、
   前記チャックを回転自在に支持するホルダと、
   前記チャック及び前記ホルダを上方に付勢し、前記チャック及び前記ホルダの自重をキャンセルするための付勢部材と、
   をさらに有する、請求項５に記載の薄膜太陽電池の欠陥修復用装置。
7. 薄膜太陽電池に生じた局所欠陥を絶縁分離するための欠陥修復方法であって、
   刃先部の刃が回転中心から離れた位置に所定の幅で形成されている欠陥修復用ツールを準備し、
   前記欠陥修復用ツールを回転させて、前記局所欠陥の周囲の薄膜をリング状に剥離する、
   薄膜太陽電池の欠陥修復方法。

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