JP2012114398A - Method of manufacturing thin film solar cell, laser material processing machine, apparatus of manufacturing thin film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜太陽電池の製造方法、及びその方法の実施のためのレーザ加工機、薄膜太陽電池製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film solar cell, a laser processing machine for implementing the method, and a thin film solar cell manufacturing apparatus.
薄膜太陽電池の製造過程では、基板上に積層膜、即ち第一の電極膜、発電層(光電変換層、光吸収層)及び第二の電極膜を製膜する。シリコン系太陽電池であれば、透明基板上に透明導電膜、シリコン膜、裏面電極膜をこの順に重ねることが多い。CIGS系(または、CIS系、カルコパイライト系)太陽電池であれば、基板上に裏面電極膜、CIGS膜、透明導電膜をこの順に重ねることが通例である。 In the manufacturing process of the thin film solar cell, a laminated film, that is, a first electrode film, a power generation layer (a photoelectric conversion layer, a light absorption layer), and a second electrode film are formed on a substrate. In the case of a silicon-based solar cell, a transparent conductive film, a silicon film, and a back electrode film are often stacked in this order on a transparent substrate. In the case of a CIGS (or CIS, chalcopyrite) solar cell, it is usual to stack a back electrode film, a CIGS film, and a transparent conductive film on the substrate in this order.
従来の製造手順では、まず、基板上に第一の電極膜を製膜し、この電極膜にレーザ光を照射してこれを除去、膜をセル単位に分割する分離溝を形成する(P1加工)。次いで、第一の電極膜の上に発電層を製膜し、この発電層にレーザ光を照射してこれを除去、分離溝を形成する(P2加工)。先に第一の電極膜に形成した分離溝内には、発電層の構成材料が入り込む。さらに、発電層の上に第二の電極膜を製膜し、発電層にレーザ光を照射して発電層もろとも第二の電極膜を除去、分離溝を形成する(P3加工)。先に発電層に形成した分離溝内には、第二の電極膜の構成材料が入り込む。以上を経て、光起電力素子として機能する複数のセルを直列に接続した構造が完成する(例えば、下記特許文献を参照)。 In the conventional manufacturing procedure, first, a first electrode film is formed on a substrate, this electrode film is irradiated with a laser beam to remove it, and a separation groove for dividing the film into cell units is formed (P1 processing). ). Next, a power generation layer is formed on the first electrode film, and this power generation layer is irradiated with a laser beam to remove it and form a separation groove (P2 processing). The constituent material of the power generation layer enters the separation groove previously formed in the first electrode film. Further, a second electrode film is formed on the power generation layer, and the power generation layer is irradiated with laser light to remove the second electrode film together with the power generation layer, thereby forming a separation groove (P3 processing). The constituent material of the second electrode film enters the separation groove previously formed in the power generation layer. Through the above, a structure in which a plurality of cells functioning as photovoltaic elements are connected in series is completed (see, for example, the following patent document).
前記手順によれば、レーザ加工工程が少なくとも三回(P1、P2及びP3)訪れ、かつこれらレーザ加工工程間に発電層の製膜工程及び第二の電極膜の製膜工程が介在することとなる。従って、太陽電池製造ラインには、P1加工を行うレーザ加工機、蒸着装置、P2加工を行うレーザ加工機、蒸着装置、P3加工を行うレーザ加工機というように、少なくとも三基のレーザ加工機を配設する必要があった。 According to the above procedure, the laser processing step is visited at least three times (P1, P2 and P3), and the power generation layer forming step and the second electrode film forming step are interposed between these laser processing steps. Become. Therefore, the solar cell production line includes at least three laser processing machines such as a laser processing machine that performs P1 processing, a vapor deposition apparatus, a laser processing machine that performs P2 processing, a vapor deposition apparatus, and a laser processing machine that performs P3 processing. It was necessary to arrange.
また、製造した薄膜太陽電池製品において、セルとセルとの境界領域は、光起電力素子として機能しない非発電領域となる。具体的には、P1加工で形成した分離溝から、P2加工で形成した分離溝を跨いで、P3加工で形成した分離溝に至る範囲が該当する。薄膜太陽電池製品の発電効率を高めるには、この非発電領域を狭めることが不可欠である。しかし、非発電領域を狭めるためには、P1、P2及びP3加工において形成する三本の分離溝間の距離をより小さく詰めなければならない。これにはレーザ加工精度を飛躍的に高めなくてはならないという難点があり、実現は容易ではない。 Moreover, in the manufactured thin film solar cell product, the boundary region between the cells is a non-power generation region that does not function as a photovoltaic element. Specifically, the range from the separation groove formed by P1 processing to the separation groove formed by P3 processing across the separation groove formed by P2 processing corresponds. In order to increase the power generation efficiency of thin film solar cell products, it is essential to narrow this non-power generation region. However, in order to narrow the non-power generation region, the distance between the three separation grooves formed in the P1, P2, and P3 processing must be made smaller. This has the drawback that the laser processing accuracy must be drastically improved, and it is not easy to realize.
本発明は、製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らせる、及び/または、発電効率の向上を見込めるような、新たな薄膜太陽電池の製造プロセスを提供しようとするものである。 The present invention aims to provide a new thin-film solar cell manufacturing process that can reduce the number of laser processing machines to be arranged in a production line and / or improve power generation efficiency.
本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、基板上の第一の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するレーザ加工工程と、分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するとともに、当該分離溝の片側にある第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する処理工程とを具備する。 A method for manufacturing a thin film solar cell according to the present invention includes a laser processing step for forming a separation groove for dividing a first electrode film on a substrate into cell units, a power generation layer and a first electrode film on which the separation groove is formed, A film forming step of forming a film by overlapping the second electrode film, a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units, and a first electrode film on one side of the separation groove; A treatment step of electrically short-circuiting the second electrode film.
本発明によれば、レーザ加工工程と処理工程との間に、発電層の製膜及び第二の電極膜の製膜の両工程をまとめて配置することができる。そして、処理工程で必要となるレーザ加工機を集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to the present invention, both the steps of forming the power generation layer and forming the second electrode film can be collectively arranged between the laser processing step and the processing step. And the laser processing machine required in a processing process can be integrated. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
より具体的には、基板上の第一の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第一のレーザ加工工程と、分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の両側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接する第二のレーザ加工工程と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜との溶接部分を電気的に絶縁するよう除去する第三のレーザ加工工程とを実施する。この場合、第二のレーザ加工工程及び第三のレーザ加工工程が、上記の「処理工程」に相当する。 More specifically, a first laser processing step for forming a separation groove that divides the first electrode film on the substrate into cell units, a power generation layer and a second layer on the first electrode film on which the separation groove is formed. A film forming process for forming the electrode films on top of each other, and a separation groove that divides the power generation layer and the second electrode film into cell units, while forming the first electrode film and the second electrode at both side edges of the separation groove. A second laser processing step of welding so as to electrically short-circuit the electrode film, and a first electrode film and a second electrode at one side edge of the separation groove formed in the second laser processing step A third laser processing step for removing the welded portion with the film so as to be electrically insulated is performed. In this case, the second laser processing step and the third laser processing step correspond to the “processing step”.
当該製造方法によれば、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層の製膜及び第二の電極膜の製膜の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程と第三のレーザ加工工程とを、一基のレーザ加工機に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to the manufacturing method, it is possible to arrange both the power generation layer film formation and the second electrode film formation processes together between the first laser processing step and the second laser processing step. . And a 2nd laser processing process and a 3rd laser processing process can be integrated to one laser processing machine. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
さらには、発電層を分割する分離溝と、第二の電極膜を分割する分離溝とを一括に形成できることから、セルとセルとの境界領域に所在する分離溝の本数が一本少なくなり、薄膜太陽電池製品における非発電領域を狭めることが容易になる。 Furthermore, since the separation groove that divides the power generation layer and the separation groove that divides the second electrode film can be collectively formed, the number of separation grooves located in the boundary region between the cells is reduced by one, It becomes easy to narrow the non-power generation region in the thin film solar cell product.
当該製造方法を実施するためのレーザ加工機としては、第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の両側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接するためのレーザ光を照射する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜との溶接部分を電気的に絶縁するよう除去する第三のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段とを具備するものが考えられる。このような加工機であれば、第二のレーザ加工工程及び第三のレーザ加工工程の両方を実行することが可能である。 As a laser processing machine for carrying out the manufacturing method, the separation groove of the power generation layer formed on the first electrode film and the separation groove for dividing the second electrode film into cells are formed. A laser beam irradiation means for a second laser processing step for irradiating a laser beam for welding to electrically short-circuit the first electrode film and the second electrode film at both side edges; and a second laser Laser beam for a third laser processing step for removing the welded portion between the first electrode film and the second electrode film at the side edge portion on one side of the separation groove formed in the processing step so as to be electrically insulated What comprises an irradiation means can be considered. With such a processing machine, it is possible to execute both the second laser processing step and the third laser processing step.
あるいは、基板上の第一の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第一のレーザ加工工程と、分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の片側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接する第二のレーザ加工工程とを実施してもよい。この場合、第二のレーザ加工工程が、上記の「処理工程」に相当する。 Alternatively, a first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units, and a power generation layer and a second electrode film are overlaid on the first electrode film on which the separation groove is formed. A first electrode film and a second electrode film at one side edge of the separation groove while forming a film forming step for forming a film and forming a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units. You may implement the 2nd laser processing process welded so that it may electrically short-circuit. In this case, the second laser processing step corresponds to the “processing step”.
当該製造方法によれば、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層の製膜及び第二の電極膜の製膜の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程を、一基のレーザ加工機に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to the manufacturing method, it is possible to arrange both the power generation layer film formation and the second electrode film formation processes together between the first laser processing step and the second laser processing step. . Then, the second laser processing step can be integrated into one laser processing machine. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
さらには、発電層を分割する分離溝と、第二の電極膜を分割する分離溝とを一括に形成できることから、セルとセルとの境界領域に所在する分離溝の本数が一本少なくなり、薄膜太陽電池製品における非発電領域を狭めることが容易になる。 Furthermore, since the separation groove that divides the power generation layer and the separation groove that divides the second electrode film can be collectively formed, the number of separation grooves located in the boundary region between the cells is reduced by one, It becomes easy to narrow the non-power generation region in the thin film solar cell product.
あるいは、基板上の第一の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第一のレーザ加工工程と、分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第二のレーザ加工工程と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程とを実施してもよい。この場合、第二のレーザ加工工程及び短絡処理工程が、上記の「処理工程」に相当する。 Alternatively, a first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units, and a power generation layer and a second electrode film are overlaid on the first electrode film on which the separation groove is formed. One of a film forming step for forming a film, a second laser processing step for forming a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units, and a separation groove formed in the second laser processing step You may implement the short circuit process process which apply | coats the conductor which electrically short-circuits a 1st electrode film and a 2nd electrode film in the side edge part of a side. In this case, the second laser processing step and the short-circuit processing step correspond to the “processing step”.
当該製造方法によれば、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層の製膜及び第二の電極膜の製膜の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程を、一基のレーザ加工機に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to the manufacturing method, it is possible to arrange both the power generation layer film formation and the second electrode film formation processes together between the first laser processing step and the second laser processing step. . Then, the second laser processing step can be integrated into one laser processing machine. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
さらには、発電層を分割する分離溝と、第二の電極膜を分割する分離溝とを一括に形成できることから、セルとセルとの境界領域に所在する分離溝の本数が一本少なくなり、薄膜太陽電池製品における非発電領域を狭めることが容易になる。 Furthermore, since the separation groove that divides the power generation layer and the separation groove that divides the second electrode film can be collectively formed, the number of separation grooves located in the boundary region between the cells is reduced by one, It becomes easy to narrow the non-power generation region in the thin film solar cell product.
当該製造方法を実施するための薄膜太陽電池製造装置としては、第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段とを具備するものが考えられる。このような製造装置であれば、第二のレーザ加工工程及び短絡処理工程の両方を実行することが可能である。 As a thin-film solar cell manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method, a power generation layer formed on the first electrode film and a separation groove that divides the second electrode film into cell units are formed. Laser beam irradiating means for the laser processing step, and electrical conductivity for electrically short-circuiting the first electrode film and the second electrode film at one side edge of the separation groove formed in the second laser processing step The thing provided with the application means for the short circuit process process which apply | coats a body is considered. With such a manufacturing apparatus, it is possible to execute both the second laser processing step and the short-circuit processing step.
あるいは、基板上の第一の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第一のレーザ加工工程と、分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、発電層及び第二の電極膜を切削した凹溝を形成する第二のレーザ加工工程と、第二のレーザ加工工程にて形成した凹溝に第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程と、前記凹溝における、前記分離溝とは反対側の側縁部に、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第三のレーザ加工工程とを実施してもよい。この場合、第二のレーザ加工工程、短絡処理工程及び第三のレーザ加工工程が、上記の「処理工程」に相当する。 Alternatively, a first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units, and a power generation layer and a second electrode film are overlaid on the first electrode film on which the separation groove is formed. A film forming step for forming a film, a second laser processing step for forming a groove formed by cutting the power generation layer and the second electrode film, and a first electrode in the groove formed in the second laser processing step. A short-circuit treatment step of applying a conductor for electrically short-circuiting the film and the second electrode film; and a power generation layer and a second electrode film at a side edge of the concave groove opposite to the separation groove And a third laser processing step for forming a separation groove that divides the substrate into cell units. In this case, the second laser processing step, the short-circuit processing step, and the third laser processing step correspond to the “processing step”.
当該製造方法によれば、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層の製膜及び第二の電極膜の製膜の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程と第三のレーザ加工工程とを、一基のレーザ加工機に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となる。 According to the manufacturing method, it is possible to arrange both the power generation layer film formation and the second electrode film formation processes together between the first laser processing step and the second laser processing step. . And a 2nd laser processing process and a 3rd laser processing process can be integrated to one laser processing machine. As a result, it is possible to reduce the number of laser processing machines to be arranged in the solar cell production line.
当該製造方法を実施するための薄膜太陽電池製造装置としては、第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜を切削した凹溝を形成する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、第二のレーザ加工工程にて形成した凹溝に第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段と、前記凹溝における、前記分離溝とは反対側の側縁部に、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第三のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段とを具備するものが考えられる。このような製造装置であれば、第二のレーザ加工工程、短絡処理工程及び第三のレーザ加工工程をまとめて実行することが可能である。 As a thin-film solar cell manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method, a second laser processing step of forming a power generation layer formed on the first electrode film and a groove formed by cutting the second electrode film Application for a short-circuiting process in which a conductor for electrically short-circuiting the first electrode film and the second electrode film is applied to the concave groove formed in the second laser processing process And a laser beam for a third laser processing step in which a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units is formed at a side edge of the concave groove opposite to the separation groove. What comprises an irradiation means can be considered. With such a manufacturing apparatus, it is possible to collectively execute the second laser processing step, the short-circuit processing step, and the third laser processing step.
本発明によれば、薄膜太陽電池の製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことができ、及び/または、薄膜太陽電池製品の発電効率の向上を見込める。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the number of the laser processing machines which should be arrange | positioned in the manufacturing line of a thin film solar cell can be reduced, and / or the improvement of the electric power generation efficiency of a thin film solar cell product can be anticipated.
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下に述べる各実施形態は、主としてシリコン系薄膜太陽電池の製造を念頭に置いている。但し、CIGS系や有機薄膜系等の太陽電池の製造に本発明を適用することを妨げるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below is primarily intended for the production of silicon-based thin film solar cells. However, it does not prevent application of the present invention to the manufacture of solar cells such as CIGS type and organic thin film type.
<第一実施形態>図1及び図2に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)透明導電膜の分離溝形成
(c)シリコン膜の製膜
(d)裏面電極膜の製膜
(e)シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
(f)シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝の一方側の側縁部の除去
図1に示すように、製膜工程(a)では、第一の電極膜たる透明導電膜1(特に、TCO膜)を、CVD法等により透明基板0上に蒸着する。但し、今日では、太陽電池等の製造用に予め透明導電膜1が製膜されたガラス基板が市販されている。そのような基板を入手できる場合、(a)の工程は省略することができる。
<First Embodiment> The method for manufacturing a thin-film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes the following steps.
(A) Formation of transparent conductive film (b) Formation of separation groove of transparent conductive film (c) Formation of silicon film (d) Formation of back electrode film (e) Formation of separation groove of silicon film and back electrode film ( f) Removal of side edge of one side of separation groove of silicon film and back electrode film As shown in FIG. 1, in the film forming step (a), the transparent conductive film 1 (particularly, the TCO film) as the first electrode film ) Is deposited on the
第一のレーザ加工工程(b)では、レーザ光41を照射して、透明導電膜1をセル単位に分割する複数本の分離溝11を切削形成する。レーザ光41は、例えば波長1064nmの近赤外レーザとする。このレーザ光41は、透明基板0側から、透明基板0を透過させて照射する。
In the first laser processing step (b), a
製膜工程(c)では、発電層たるシリコン膜2(非晶質半導体膜、非晶質半導体膜と微結晶半導体膜との重層等)を、CVD法等により透明導電膜1上に蒸着する。このとき、シリコン膜2の構成材料が、先に透明導電膜1に形成した分離溝11内に入り込む。
In the film forming step (c), a silicon film 2 (an amorphous semiconductor film, a multilayer of an amorphous semiconductor film and a microcrystalline semiconductor film) as a power generation layer is deposited on the transparent conductive film 1 by a CVD method or the like. . At this time, the constituent material of the
図2に示すように、製膜工程(d)では、第二の電極膜たる裏面電極膜(特に、メタル膜)3を、スパッタリング法等によりシリコン膜2上に蒸着する。
As shown in FIG. 2, in the film forming step (d), a back electrode film (particularly a metal film) 3 as a second electrode film is deposited on the
第二のレーザ加工工程(e)では、レーザ光42を照射して、シリコン膜2をセル単位に分割する複数本の分離溝21を切削形成する。各分離溝21は、(a)で形成した各分離溝11にできるだけ近接させる。レーザ光42は、例えば波長532nmの第二高調波可視光(緑色)レーザとする。このレーザ光42は、透明基板0側から、透明基板0及び透明導電膜1を透過させて照射する。波長532nmのレーザ光42は、透明導電膜1には殆ど吸収されず、専らシリコン層2に吸収される。レーザ光42のエネルギを吸収したシリコン膜2は、その上に重なっている裏面電極膜3もろとも吹き飛ぶ。よって、裏面電極膜3とシリコン膜2とをともに貫く深底の分離溝21が、一括に形成されることとなる。尤も、レーザ光を裏面電極膜3側から照射して、裏面電極膜3及び発電層2に分離溝21を切削形成しても構わない。
In the second laser processing step (e), the laser beam 42 is irradiated to cut and form a plurality of
さらに、(e)では、分離溝21の両側縁部において、透明導電膜1と裏面電極膜3とを電気的に短絡するよう溶接する。そのために、波長532nmのレーザ光42に照射位置(または、レーザ光軸)を重ね合わせるようにして、例えば波長1064nmのレーザ光43を、波長532nmのレーザ光42と同時に、または波長532nmのレーザ光42の照射後に照射する。このレーザ光43は、図2に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Further, in (e), the transparent conductive film 1 and the
しかして、第三のレーザ加工工程(f)では、(e)で形成した各分離溝21の一方側(図1及び図2中右側、分離溝11からより遠い側)の側縁部において、透明導電膜1と裏面電極膜3との溶接部分31を電気的に絶縁するよう除去する。そのために、各分離溝21の一方側の側縁部に、例えば波長532nmのレーザ光44を照射して、透明導電膜1の層に垂れ下がり溶着している裏面電極膜3の成分31を切削除去する。このレーザ光44は、図2に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thus, in the third laser processing step (f), at the side edge portion on one side (the right side in FIGS. 1 and 2, the side farther from the separation groove 11) of each
以上の工程(a)ないし(f)を経て、図2下段中矢印で表しているように、(e)で形成した分離溝21の他方側(図1及び図2中左側、分離溝11により近い側)の側縁部に残存する溶接部分31を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(a)で形成した分離溝11から、(e)で形成した分離溝21の一方側の側縁部までの範囲となる。
Through the above steps (a) to (f), as indicated by an arrow in the lower part of FIG. 2, the other side of the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(e)及び(f)は、一基のレーザ加工機によって実施することが可能である。第二のレーザ加工工程(e)及び第三のレーザ加工工程(f)を実施するためのレーザ加工機は、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝21を形成するレーザ光42、43を照射するレーザ光照射手段と、シリコン膜2及び裏面電極膜3に形成した分離溝21の一方側の側縁部の溶接部分31を除去するレーザ光44を照射するレーザ光照射手段とを具備する。
Steps (e) and (f) included in the manufacturing method of this embodiment can be performed by a single laser processing machine. The laser beam machine for performing the second laser beam machining step (e) and the third laser beam machining step (f) uses laser beams 42 and 43 for forming the
前者のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nm及び波長532nm(第二高調波)のパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル52とを組み合わせてなる。光学系は、光ファイバ、ミラー、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成することができる。既に述べた通り、波長532nmのレーザ光42は裏面電極膜3及びシリコン膜2を貫く分離溝21を切削形成するものであり、波長1064nmのレーザ光43はその分離溝21の両側縁部において裏面電極膜3と透明導電膜1とを溶接し電気的に短絡させるものである。波長532nmのレーザ光42と波長1064nmのレーザ光43とは、図2に示しているように同一の加工ノズル52から出射させてもよく、別個の加工ノズルから出射させてもよい(波長1064nmのレーザ光43を裏面電極膜3側から照射する場合には、波長532nmのレーザ光42を出射させる加工ノズルと、波長1064nmのレーザ光43を出射させる加工ノズルとを、基板0を挟むように上下に対向配置する)。また、光学系及び加工ノズル52は、工程(b)を実施する(透明導電膜1にレーザ光41を照射する)ための光学系及び加工ノズル51と共通化しても構わない。さすれば、工程(b)と(e)及び(f)とを一基のレーザ加工機によって実施することも可能となる。
The former laser light irradiation means includes an optical system for propagating a pulse laser having a wavelength of 1064 nm and a wavelength of 532 nm (second harmonic) oscillated by a laser oscillator, and a pulse laser supplied via the optical system. A
後者のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長532nmのパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル53とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル53は、前者のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル52と共通化しても構わない。
The latter laser beam irradiation means includes an optical system for propagating a pulse laser having a wavelength of 532 nm oscillated by a laser oscillator, and a laminated film 1 in which a pulse laser supplied via the optical system is formed on the surface to be processed of the
加工ノズル52、53は、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向(光起電力素子として機能するセルが並ぶ方向、セルとセルとを分かつ分離溝11、21が並ぶ方向)にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル52、53を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、加工ノズル52、53はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル52、53をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル52、53に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 52 and 53 are provided so as to be relatively displaceable with respect to the
本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法は、基板0上の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成するレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成するとともに当該分離溝21の片側にある第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡する処理工程(e、f)とを具備する。
The manufacturing method of the thin-film solar cell in this embodiment includes a laser processing step (b) for forming a
即ち、本実施形態によれば、基板0上の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成する第一のレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成しつつ当該分離溝21の両側縁部において第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡するよう溶接する第二のレーザ加工工程(e)と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝21の一方側の側縁部において第一の電極膜1と第二の電極膜3との溶接部分31を電気的に絶縁するよう除去する第三のレーザ加工工程(f)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層2の蒸着及び第二の電極膜3の蒸着の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程と第三のレーザ加工工程とを、一基のレーザ加工機に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
That is, according to this embodiment, the first laser processing step (b) for forming the
加えて、セルとセルとの境界領域に形成する分離溝11、21の本数が、従来の三本から二本に減少する。これにより、薄膜太陽電池製品における非発電領域を縮小、即ち有効発電領域を拡大して、発電効率を一層向上させることも可能となる。
In addition, the number of
なお、上記第一実施形態の変形例として、第二のレーザ加工工程(e)において、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成しつつ当該分離溝21の片側縁部のみ、第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡するよう溶接するように処理すれば、第三のレーザ加工工程(f)、及び第三のレーザ加工工程(f)用のレーザ光照射手段は不要となる。
As a modification of the first embodiment, in the second laser processing step (e), the
また、第二のレーザ加工工程(e)における、分離溝21の切削形成と、分離溝の両側縁部または片側縁部の電気的短絡のための溶接とは、同時ないし同時期に行われることもあれば、時間差をおいて行われることもある。
Further, in the second laser processing step (e), the cutting formation of the
<第二実施形態>図3ないし図4に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)透明導電膜の分離溝形成
(c)シリコン膜の製膜
(d)裏面電極膜の製膜
(e’)シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
(f’)分離溝の片側の側縁部における透明導電膜と裏面電極膜との間の短絡
製膜工程(a)、第一のレーザ加工工程(b)、製膜工程(c、d)については、図1に示し、第一実施形態の説明にて述べた通りである。
<Second Embodiment> The method for manufacturing a thin-film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 3 to 4 includes the following steps.
(A) Formation of transparent conductive film (b) Formation of separation groove of transparent conductive film (c) Formation of silicon film (d) Formation of back electrode film (e ′) Formation of separation groove of silicon film and back electrode film (F ′) Short circuit between transparent conductive film and back electrode film at one side edge of separation groove Film forming step (a), first laser processing step (b), film forming step (c, d) This is as shown in FIG. 1 and described in the description of the first embodiment.
図3に示すように、第二のレーザ加工工程(e’)では、レーザ光45を照射して、シリコン膜2をセル単位に分割する複数本の分離溝21を切削形成する。各分離溝21は、(a)で形成した各分離溝11にできるだけ近接させる。レーザ光45は、例えば波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光45は、透明基板0側から、透明基板0及び透明導電膜1を透過させて照射する。波長532nmのレーザ光45は、透明導電膜1には殆ど吸収されず、専らシリコン層2に吸収される。レーザ光45のエネルギを吸収したシリコン膜2は、その上に重なっている裏面電極膜3もろとも吹き飛ぶ。よって、裏面電極膜3とシリコン膜2とをともに貫く深底の分離溝21が、一括に形成されることとなる。尤も、レーザ光を裏面電極膜3側から照射して、裏面電極膜3及び発電層2に分離溝21を切削形成しても構わない。
As shown in FIG. 3, in the second laser processing step (e ′), the
第一実施形態と異なり、本実施形態における第二のレーザ加工工程(e’)では、分離溝21の両側縁部において、透明導電膜1と裏面電極膜3とを電気的に短絡するように溶接はしない。
Unlike the first embodiment, in the second laser processing step (e ′) in the present embodiment, the transparent conductive film 1 and the
替わりに行う短絡処理工程(f’)では、(e’)で形成した各分離溝21の一方側(図3及び図4中左側、分離溝11により近い側)の側縁部において、導電体(特に、銀)6を塗布する。導電体6は、分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と、(b)で形成した分離溝11の他方側(図3及び図4中右側、分離溝21により近い側)の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡するためのものである。導電体6の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル(ヘッド)等71を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の導電体6を分離溝21内に向けて吐出する。吐出された導電体6は、一部が分離溝21内に入り込み、分離溝21の底部に露出している透明導電膜1に接触するとともに、残りが分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3の上を覆う。なお、この導電体6は、分離溝21の他方側(図3及び図4中右側、分離溝11からより遠い側)の側縁部にある裏面電極膜3に接触させてはならない。
In the short-circuit treatment step (f ′) performed instead, the conductor is formed at the side edge portion on one side (the left side in FIGS. 3 and 4, the side closer to the separation groove 11) of each
その後、塗布した導電体6を硬化させる。図3に示すように、本実施形態では、導電体6にレーザ光46を照射することで、この導電体6を焼成(または、焼結)することとしている。レーザ光46は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光46は、図3に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、あるいは、裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。尤も、第一の電極膜1がTCO膜である場合に、波長1064nmのレーザ46を透明基板0側から透過させて照射することは、このレーザ光46のエネルギがTCO膜1に吸収されてしまうために困難であると言える。
Thereafter, the applied
以上の工程(a)ないし(f’)を経て、図4中矢印で表しているように、(f’)で分離溝21の一方側の側縁部に塗布し焼成した導電体6部分を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(a)で形成した分離溝11から、(e’)で形成した分離溝21の他方側の側縁部までの範囲となる。
Through the above steps (a) to (f ′), as indicated by an arrow in FIG. 4, through the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(e’)及び(f’)は、一基の製造装置によって実施することが可能である。第二のレーザ加工工程(e’)及び短絡処理工程(f’)を実施するための製造装置は、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝21を形成するレーザ光45を照射するレーザ光照射手段と、形成した分離溝21の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と透明導電膜1に形成した分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡する導電体6を塗布する導電体6の塗布手段と、塗布した導電体6を焼成するレーザ光46を照射するレーザ光照射手段とを具備する。
Steps (e ′) and (f ′) included in the manufacturing method of this embodiment can be performed by a single manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus for performing the second laser processing step (e ′) and the short-circuit processing step (f ′) is a laser beam that irradiates a
分離溝21形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長532nmのパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル54とを組み合わせてなる。光学系は、光ファイバ、ミラー、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成することができる。既に述べた通り、波長532nmのレーザ光45は裏面電極膜3及びシリコン膜2を貫く分離溝21を切削形成するものである。光学系及び加工ノズル54は、工程(b)を実施する(透明導電膜1に波長1064nmのレーザ光41を照射する)ための光学系及び加工ノズル51と共通化しても構わない。さすれば、工程(b)と(e’)及び(f’)とを一基の製造装置によって実施することも可能となる。
The laser beam irradiation means for forming the
導電体6の塗布手段は、裏面電極膜3側から導電体6を分離溝21内に向けて吐出する、ディスペンサまたはインクジェットノズル等71を有してなる。
The means for applying the
導電体6焼成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたはCW(連続波)レーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザまたはCWレーザを基板0の被加工面に塗布された導電体6に向けて出射させる加工ノズル55とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル55は、分離溝形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル54と共通化しても構わない。
Laser light irradiation means for firing the
加工ノズル54、55、ディスペンサまたはインクジェットノズル等71はそれぞれ、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向(光起電力素子として機能するセルが並ぶ方向、セルとセルとを分かつ分離溝11、21が並ぶ方向)にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル54、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等71を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、これら加工ノズル54、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等71はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル54、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等71をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル54、55及びディスペンサまたはインクジェットノズル等71に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 54 and 55, the dispenser or the
本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法は、基板0上の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成するレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成するとともに当該分離溝21の片側にある第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡する処理工程(e’、f’)とを具備する。
The manufacturing method of the thin-film solar cell in this embodiment includes a laser processing step (b) for forming a
即ち、本実施形態によれば、基板0上の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成する第一のレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成する第二のレーザ加工工程(e’)と、第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝21の一方側の側縁部において第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡する導電体6を塗布する短絡処理工程(f’)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層2の蒸着及び第二の電極膜3の蒸着の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程と短絡処理工程とを、一基の製造装置に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
That is, according to this embodiment, the first laser processing step (b) for forming the
加えて、セルとセルとの境界領域に形成する分離溝11、21の本数が、従来の三本から二本に減少する。これにより、薄膜太陽電池製品における非発電領域を縮小、即ち有効発電領域を拡大して、発電効率を一層向上させることも可能となる。
In addition, the number of
<第三実施形態>図5ないし図6に示す本実施形態の薄膜太陽電池の製造方法には、以下の工程が含まれる。
(a)透明導電膜の製膜
(b)透明導電膜の分離溝形成
(c)シリコン膜の製膜
(d)裏面電極膜の製膜
(e’’)シリコン膜及び裏面電極膜の凹溝形成
(f’’)凹溝を介した透明導電膜と裏面電極膜との間の短絡
(g)シリコン膜及び裏面電極膜の分離溝形成
製膜工程(a)、第一のレーザ加工工程(b)、製膜工程(c、d)については、図1に示し、第一実施形態の説明にて述べた通りである。
<Third Embodiment> The method for manufacturing a thin-film solar cell of this embodiment shown in FIGS. 5 to 6 includes the following steps.
(A) Film formation of transparent conductive film (b) Formation of separation groove of transparent conductive film (c) Film formation of silicon film (d) Film formation of back electrode film (e ″) Concave groove of silicon film and back electrode film Formation (f ″) Short-circuit between transparent conductive film and back electrode film through concave groove (g) Separation groove formation of silicon film and back electrode film Film forming step (a), first laser processing step ( The film forming steps (c, d) are as shown in FIG. 1 and described in the description of the first embodiment.
図5に示すように、第二のレーザ加工工程(e’’)では、レーザ光47を照射して、シリコン膜2及び裏面電極膜3に後述する導電体6を貫入せしめるための凹溝22を切削形成する。各凹溝22は、(a)で形成した各分離溝11にできるだけ近接させる。レーザ光47は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光47は、図5に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、あるいは、裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。特に、第一の電極膜1がTCO膜であり、波長1064nmのレーザ47を透明基板0側から透過させて照射する場合、レーザ光47はTCO膜1に吸収される。レーザ光47のエネルギを吸収したTCO膜1は、その上に重なっているシリコン膜2及び裏面電極膜3もろとも吹き飛ぶ。よって、図5及び図6中右方にしているように、裏面電極膜3、シリコン膜2及び透明導電膜1の全てを貫く深底の凹溝22が、一括に形成されることとなる。
As shown in FIG. 5, in the second laser processing step (e ″), the
短絡処理工程(f’’)では、(e’’)で形成した各凹溝22内に導電体6を塗布する。導電体6は、後のレーザ加工工程(g)にて形成する分離溝21の一方側(図5及び図6中左側、分離溝11により近い側)の側縁部に位置する裏面電極膜3と、(a)で形成した分離溝11の他方側(図5及び図6中右側、分離溝21により近い側)の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡するためのものである。導電体6の塗布は、液体吐出装置であるディスペンサやインクジェットノズル(ヘッド)等72を塗布手段として用いて行う。この塗布手段は、裏面電極膜3側から液体またはペースト状の導電体6を凹溝22内に向けて吐出する。吐出された導電体6は、一部が凹溝22内に入り込み、凹溝22の底部に露出している透明導電膜1に接触するとともに、残りが凹溝22の少なくとも一方側(図5及び図6中左側、分離溝11により近い側)の側縁部に位置する裏面電極膜3の上を覆う。
In the short-circuit processing step (f ″), the
その後、塗布した導電体6を硬化させる。第二実施形態における工程(f’)と同じく、導電体6にレーザ光48を照射することで、この導電体6を焼成(または、焼結)することができる。レーザ光48は、例えば波長1064nmの近赤外レーザや、波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光48は、図5に示しているように透明基板0側から透明基板0を透過させて照射してもよいし、あるいは、裏面電極膜3側から透明基板0を透過させることなく直接に照射してもよい。
Thereafter, the applied
しかして、第三のレーザ加工工程(g)では、レーザ光49を照射して、シリコン膜2をセル単位に分割する複数本の分離溝21を切削形成する。各分離溝21は、(a)で形成した各分離溝11及び(e’’)で形成した各凹溝22にできるだけ近接させる。レーザ光49は、例えば波長532nmの第二高調波可視光レーザとする。このレーザ光49は、透明基板0側から、透明基板0及び透明導電膜1を透過させて照射する。波長532nmのレーザ光49は、透明導電膜1には殆ど吸収されず、専らシリコン層2に吸収される。レーザ光49のエネルギを吸収したシリコン膜2は、その上に重なっている裏面電極膜3もろとも吹き飛ぶ。よって、裏面電極膜3とシリコン膜2とをともに貫く深底の分離溝21が、一括に形成されることとなる。
Thus, in the third laser processing step (g), the
以上の工程(a)ないし(g)を経て、図6下段中矢印で表しているように、(f’’)で凹溝22内に塗布し焼成した導電体6部分を通じた電荷の通り道が完成する。非発電領域は、(a)で形成した分離溝11から、(g)で形成した分離溝21の他方側(図5及び図6中右側、分離溝11からより遠い側)の側縁部までの範囲となる。
Through the above steps (a) to (g), as indicated by arrows in the lower part of FIG. 6, the path of charge through the
本実施形態の製造方法に含まれる工程(e’’)ないし(g)は、一基の製造装置によって実施することが可能である。第二のレーザ加工工程(e’’)、短絡処理工程(f’’)及び第三のレーザ加工工程(g)を実施するための製造装置は、シリコン膜2及び裏面電極膜3に凹溝22を形成するレーザ光47を照射するレーザ光照射手段と、形成した凹溝22の一方側の側縁部に位置する裏面電極膜3と透明導電膜1に形成した分離溝11の他方側の側縁部に位置する透明導電膜1とを電気的に短絡する導電体6を塗布する導電体6の塗布手段と、塗布した導電体6を焼成するレーザ光48を照射するレーザ光照射手段と、シリコン膜2及び裏面電極膜3に分離溝21を形成するレーザ光49を照射するレーザ光照射手段とを具備する。
Steps (e ") to (g) included in the manufacturing method of the present embodiment can be performed by a single manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus for performing the second laser processing step (e ″), the short-circuit processing step (f ″), and the third laser processing step (g) has a groove in the
凹溝22形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長532nmのパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル56とを組み合わせてなる。光学系は、光ファイバ、ミラー、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成することができる。既に述べた通り、波長532nmのレーザ光47は裏面電極膜3及びシリコン膜2を貫く凹溝22を切削形成するものである。光学系及び加工ノズル56は、工程(b)を実施する(透明導電膜1に波長1064nmのレーザ光41を照射する)ための光学系及び加工ノズル51と共通化しても構わない。さすれば、工程(b)と(e’’)、(f’’)及び(g)とを一基の製造装置によって実施することも可能となる。
The laser beam irradiation means for forming the
導電体6の塗布手段は、裏面電極膜3側から導電体6を凹溝22内に向けて吐出する、ディスペンサまたはインクジェットノズル等72を有してなる。
The means for applying the
導電体6焼成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長1064nmまたは532nmのパルスレーザまたはCWレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザまたはCWレーザを基板0の被加工面に塗布された導電体6に向けて出射させる加工ノズル57とを組み合わせてなる。これらの光学系及び加工ノズル57は、凹溝形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル56と共通化しても構わない。
The laser light irradiation means for firing the
分離溝21形成用のレーザ光照射手段は、レーザ発振器が発振する波長532nmのパルスレーザを伝搬させる光学系と、光学系を介して供給されるパルスレーザを基板0の被加工面に製膜された積層膜1、2、3に向けて出射させる加工ノズル58とを組み合わせてなる。光学系は、光ファイバ、ミラー、レンズ等の任意の光学要素を用いて構成することができる。波長532nmのレーザ光49は裏面電極膜3及びシリコン膜2を貫く分離溝21を切削形成するものである。光学系及び加工ノズル58は、凹溝形成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル56と共通化してもよく、及び/または、焼成用のレーザ光照射手段の光学系及び加工ノズル57と共通化しても構わない。
The laser beam irradiation means for forming the
加工ノズル56、57、58、ディスペンサまたはインクジェットノズル等72はそれぞれ、基板0に対して相対変位可能に設ける。典型的には、薄膜1、2、3に形成する分離溝11、21が延伸するY軸方向に往復走行でき、かつY軸方向とは直交するX軸方向(光起電力素子として機能するセルが並ぶ方向、セルとセルとを分かつ分離溝11、21が並ぶ方向)にピッチ送り移動できるリニアモータ台車等に、加工ノズル56、57、58及びディスペンサまたはインクジェットノズル等72を支持させる。分離溝11、21によって多数のセルを区画する都合上、これら加工ノズル56、57、58及びディスペンサまたはインクジェットノズル等72はX軸方向に複数基配列させて設置することが望ましい。因みに、不動の基板0に対して加工ノズル56、57、58及びディスペンサまたはインクジェットノズル等72をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させるのに替えて、基板0自体を加工ノズル56、57、58及びディスペンサまたはインクジェットノズル等72に対してX軸方向及び/またはY軸方向に移動させ得る機構を実装することも考えられる。
The processing nozzles 56, 57, 58, the dispenser or the
本実施形態における薄膜太陽電池の製造方法は、基板0上の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成するレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成するとともに当該分離溝21の片側にある第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡する処理工程(e’’、f’’、g)とを具備する。
The manufacturing method of the thin-film solar cell in this embodiment includes a laser processing step (b) for forming a
即ち、本実施形態によれば、基板上0の第一の電極膜1をセル単位に分割する分離溝11を形成する第一のレーザ加工工程(b)と、分離溝11を形成した第一の電極膜1に発電層2及び第二の電極膜3を重ねて製膜する製膜工程(c、d)と、発電層2及び第二の電極膜3を切削した凹溝22を形成する第二のレーザ加工工程(e’’)と、第二のレーザ加工工程にて形成した凹溝22に第一の電極膜1と第二の電極膜3とを電気的に短絡する導電体6を塗布する短絡処理工程(f’’)と、前記凹溝22における、前記分離溝11とは反対側の側縁部に、発電層2及び第二の電極膜3をセル単位に分割する分離溝21を形成する第三のレーザ加工工程(g)とを具備する薄膜太陽電池の製造方法を実施することとしたため、第一のレーザ加工工程と第二のレーザ加工工程との間に、発電層2の蒸着及び第二の電極膜3の蒸着の両工程をまとめて配置することができる。そして、第二のレーザ加工工程、短絡処理工程及び第三のレーザ加工工程を、一基の製造装置に集約することができる。結果、太陽電池製造ラインに配設すべきレーザ加工機の数を減らすことが可能となり、製造ラインが占有するスペースの縮小につながる。製造ラインがシンプルになれば、製造ラインの中途で製品基板0が滞留することが少なくなり、タクトタイムの短縮、製造コストの削減に資する。
That is, according to the present embodiment, the first laser processing step (b) for forming the
第二実施形態と比較すると、セルとセルとの境界領域に形成する溝11、21、22の本数は三本であり、一本増える。だが、第二実施形態の短絡処理工程(e’)では導電体6を分離溝21の他方側の側縁部にある裏面電極膜3に接触させないよう塗布位置を精密に制御しなくてはならないのに対して、本実施形態の短絡処理工程(e’’)ではそのような微細な制御が不要であるという利点がある。
Compared with the second embodiment, the number of
なお、本発明は以上に詳述した各実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、シリコン系薄膜太陽電池の製造を念頭に置いていたが、本発明に係る製造方法をCIGS系薄膜太陽電池等の製造に適用することも当然に可能である。CIGS系太陽電池を製造する場合、第一の電極膜1がMo等の裏面電極膜、発電層2がCIGS、CIGSS、CIS、CZTS等の半導体膜、第二の電極膜3がTCO等の透明導電膜となる。この場合、発電層2だけを切削するP2加工や、第二の電極膜3だけを切削するP3加工が容易ではないが、発電層2及び第二の電極膜3を一挙に切削することが許される本発明の採用により、当該太陽電池の量産化に資する。
The present invention is not limited to the embodiments described in detail above. In the said embodiment, although manufacturing of the silicon type thin film solar cell was considered, it is naturally possible to apply the manufacturing method concerning this invention to manufacture of a CIGS type thin film solar cell. When manufacturing a CIGS solar cell, the first electrode film 1 is a back electrode film such as Mo, the
有機薄膜太陽電池を製造する場合には、発電層2が導電性ポリマー、フラーレンその他の有機薄膜半導体等となる。換言すれば、第一の電極膜、発電層及び第二の電極膜はそれぞれ、一意には特定されない。シリコン系太陽電池の例及びCIGS系太陽電池の例から明らかなように、第一の電極膜1と第二の電極膜3とのうち何れが透明導電膜であり何れが裏面電極膜であるかも、限定されないことは言うまでもない。
In the case of manufacturing an organic thin film solar cell, the
第一のレーザ加工工程、第二のレーザ加工工程、第三のレーザ加工工程、焼成(または、焼結)工程の各々で用いるレーザ光の波長もまた、上記実施形態のそれには限定されない。パルスレーザであるか連続波レーザであるかも問われない。 The wavelength of the laser beam used in each of the first laser processing step, the second laser processing step, the third laser processing step, and the firing (or sintering) step is not limited to that in the above embodiment. It may be a pulse laser or a continuous wave laser.
また、第一の電極膜と発電層の間や、発電層と第二の電極膜との間に、別途中間層を敷設することもあり得る。 In addition, an intermediate layer may be separately provided between the first electrode film and the power generation layer, or between the power generation layer and the second electrode film.
導電体6の材質によっては、これをレーザ焼成以外の方法で乾燥、固化または定着させることもあり得る。導電体6の焼成処理は必須の構成要素ではない。
Depending on the material of the
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、薄膜太陽電池パネルの製造に適用することができる。 The present invention can be applied to the production of thin film solar cell panels.
0…基板
1…第一の電極膜
11…分離溝
2…発電層
21…分離溝
22…凹溝
3…第二の電極膜
31…溶接部分
6…導電体
DESCRIPTION OF
Claims (9)
分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、
発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成するとともに、当該分離溝の片側にある第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する処理工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cells; and
A film forming step of forming a power generation layer and a second electrode film on the first electrode film in which the separation groove is formed;
Forming a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units, and electrically short-circuiting the first electrode film and the second electrode film on one side of the separation groove; A method for manufacturing a thin film solar cell.
分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、
発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の両側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接する第二のレーザ加工工程と、
第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜との溶接部分を電気的に絶縁するよう除去する第三のレーザ加工工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units;
A film forming step of forming a power generation layer and a second electrode film on the first electrode film in which the separation groove is formed;
The first electrode film and the second electrode film are welded so as to be electrically short-circuited at both side edges of the separation groove while forming a separation groove that divides the power generation layer and the second electrode film into cell units. Two laser processing steps;
A third laser processing step for removing the welded portion between the first electrode film and the second electrode film at the side edge portion on one side of the separation groove formed in the second laser processing step so as to be electrically insulated The manufacturing method of the thin film solar cell which comprises these.
分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、
発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の片側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接する第二のレーザ加工工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units;
A film forming step of forming a power generation layer and a second electrode film on the first electrode film in which the separation groove is formed;
The first electrode film and the second electrode film are welded so as to be electrically short-circuited at one side edge of the separation groove while forming a separation groove that divides the power generation layer and the second electrode film into cell units. A method for manufacturing a thin-film solar cell, comprising: a second laser processing step.
分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、
発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第二のレーザ加工工程と、
第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units;
A film forming step of forming a power generation layer and a second electrode film on the first electrode film in which the separation groove is formed;
A second laser processing step for forming a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units;
And a short-circuiting step of applying a conductor that electrically short-circuits the first electrode film and the second electrode film at one side edge of the separation groove formed in the second laser processing step. Manufacturing method of thin film solar cell.
分離溝を形成した第一の電極膜に発電層及び第二の電極膜を重ねて製膜する製膜工程と、
発電層及び第二の電極膜を切削した凹溝を形成する第二のレーザ加工工程と、
第二のレーザ加工工程にて形成した凹溝に第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程と、
前記凹溝における、前記分離溝とは反対側の側縁部に、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第三のレーザ加工工程と
を具備する薄膜太陽電池の製造方法。 A first laser processing step for forming a separation groove for dividing the first electrode film on the substrate into cell units;
A film forming step of forming a power generation layer and a second electrode film on the first electrode film in which the separation groove is formed;
A second laser processing step of forming a groove formed by cutting the power generation layer and the second electrode film;
Applying a conductor for electrically short-circuiting the first electrode film and the second electrode film to the groove formed in the second laser processing step;
A thin-film solar cell comprising: a third laser processing step for forming a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units at a side edge of the concave groove opposite to the separation groove Manufacturing method.
第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の両側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接するためのレーザ光を照射する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、
第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜との溶接部分を電気的に絶縁するよう除去する第三のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と
を具備するレーザ加工機。 It is for implementing the manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 2,
The first electrode film and the second electrode are formed at both side edges of the separation groove while forming a separation groove that divides the power generation layer and the second electrode film formed on the first electrode film into cell units. Laser light irradiation means for a second laser processing step of irradiating a laser beam for welding so as to electrically short-circuit the film;
A third laser processing step for removing the welded portion between the first electrode film and the second electrode film at the side edge portion on one side of the separation groove formed in the second laser processing step so as to be electrically insulated And a laser beam irradiation means.
第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成しつつ当該分離溝の片側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡するよう溶接するためのレーザ光を照射する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段を具備するレーザ加工機。 It is for implementing the manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 3,
The first electrode film and the second electrode are formed at one edge of the separation groove while forming a separation groove that divides the power generation layer and the second electrode film formed on the first electrode film into cell units. A laser processing machine comprising laser light irradiation means for a second laser processing step of irradiating a laser beam for welding so as to electrically short-circuit the film.
第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、
第二のレーザ加工工程にて形成した分離溝の一方側の側縁部において第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段と
を具備する薄膜太陽電池製造装置。 It is for implementing the manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 4,
A laser beam irradiation means for a second laser processing step for forming a power generation layer formed on the first electrode film and a separation groove for dividing the second electrode film into cell units;
Application means for a short-circuiting process for applying a conductor that electrically short-circuits the first electrode film and the second electrode film at one side edge of the separation groove formed in the second laser processing process A thin-film solar cell manufacturing apparatus comprising:
第一の電極膜に重ねて製膜された発電層及び第二の電極膜を切削した凹溝を形成する第二のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と、
第二のレーザ加工工程にて形成した凹溝に第一の電極膜と第二の電極膜とを電気的に短絡する導電体を塗布する短絡処理工程用の塗布手段と、
前記凹溝における、前記分離溝とは反対側の側縁部に、発電層及び第二の電極膜をセル単位に分割する分離溝を形成する第三のレーザ加工工程用のレーザ光照射手段と
を具備する薄膜太陽電池製造装置。 It is for implementing the manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 5,
A laser beam irradiation means for a second laser processing step for forming a power generation layer formed on the first electrode film and a groove formed by cutting the second electrode film;
A coating means for a short-circuiting process for coating a conductor that electrically short-circuits the first electrode film and the second electrode film in the groove formed in the second laser processing step;
A laser beam irradiation means for a third laser processing step, wherein a separation groove for dividing the power generation layer and the second electrode film into cell units is formed in a side edge of the concave groove opposite to the separation groove; A thin-film solar cell manufacturing apparatus comprising:
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