JP2014527284A - 薄膜デバイスを個別のセルに分割するための方法および装置 - Google Patents

薄膜デバイスを個別のセルに分割するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】薄膜デバイスを個別セルへ分割するための方法と装置において、切削処理とインクジェットに基づく積層処理を、デバイスを横切る処理ヘッドの単一パス内で実行する場合において大きな柔軟性がもたらすことを目的とする。
【解決手段】下部電極層である第１の層と、活性層である第２の層と、上部電極層である第３の層と、を含み、前記層のそれぞれがデバイス全体に渡って連続している薄膜デバイスを、直列に電気的に相互接続された個別のセルに分割するための方法および装置である。前記セルの分割と隣接するセルの電気接続が、前記デバイスを横切る処理ヘッドの単一パス内に全て実行され、前記処理ヘッドは、前記デバイスの上方に位置する第１の部分と、前記デバイスの下方に位置する第２の部分と、を含み、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分は、ａ）前記第１、第２、第３の層を貫く第１の切削部を作るステップと、ｂ）前記第２および第３の層を貫く第２の切削部であって、かつ、前記第１の切削部に隣接する第２の切削部を形成するステップと、ｃ）前記第３の層を貫く第３の切削部であって、かつ、前記第２の切削部に隣接し、前記第２の切削部に対し前記第１の切削部の反対側にある第３の切削部を形成するステップと、ｄ）前記第１の切削部内に非導電性材料を積層するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上第１のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、ｅ）導電性材料を塗布して、前記第１の切削部内の前記非導電性材料を橋絡し、前記第２の切削部を完全にないしは部分的に充填して、前記第１の層と前記第３の層の間で電気的接続を形成するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上の第２のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、を前記単一パス内で共に実行し、ステップ（ａ）はステップ（ｄ）に先行し、ステップ（ｄ）はステップ（ｅ）に先行し、ステップ（ｂ）はステップ（ｅ）に先行して実行され、（または、前記ステップは前記デバイスを横切る前記処理ヘッドの前記単一パス内で任意の順番で実行されてもよい）前記第１、第２、第３の切削部の少なくとも１つは、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記第１、第２、第３の層に向けられるレーザービームを用いて、前記デバイスの下側から形成される。前記薄膜電気デバイスは、ソーラーパネル、照明パネル、またはバッテリーであってもよい。
【選択図】図７

Description

本発明は、様々な薄膜デバイスを製造するために、スクライビング技術およびインクジェット印刷技術を用いて、個別の電気セル（electric cell）を形成してそれらを直列に相互接続するための処理に関する。特に、底部電極材料、半導体材料、頂部電極材料の連続的な層を含むソーラーパネルにおいて、セルおよび直列相互接続構造を単一ステップの処理で形成する新規な方法を記述するものである。単一ステップの処理は、層から層にかけてのスクライブ線の調整に関連した問題を解消するため、本発明はフレキシブル基板上に形成されたソーラーパネルには特に適している。この方法はまた、照明パネルやバッテリーなど、他の薄膜デバイスを製造することにも適している。本発明は、記述される方法を実行するための装置にも関する。
薄膜ソーラーパネルにおいてセルを形成し、それらを相互に接続するための通常の方法には、一連の層コーティング処理とレーザースクライビング処理が含まれる。構造を完成させるためには、通常、個別のコーティング処理が３回、個別のレーザー処理が３回要求される。これらの処理は通例、以下に示すように、それぞれのコーティングステップの後に続くレーザーステップよりなる、６ステップシーケンスにより行われる。
ａ）基板表面全体に下部電極材料の薄い層を積層する。基板は通常ガラスであるが、ポリマーのシートであってもよい。この下部層は多くの場合、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物であるが、モリブデンなどの光を通さない金属の場合もある。
ｂ）連続膜を電気的に隔絶されたセル領域に分割するために、パネル表面を横切って、平行な線を典型的には５‐１０ｍｍ間隔で、下部電極層を完全に貫通するようにレーザースクライブする。
ｃ）基板領域全体に、活性発電層を積層する。この層は、アモルファスシリコンの単層で形成しても、アモルファスシリコンと微晶質シリコンの２層で形成してもよい。テルル化カドミウム、硫化カドミウム（ＣｄＴｅ／ＣｄＳ）、ならびに二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）など、他の半導体材料でできた層も使用される。
ｄ）下部電極材料に損傷を加えることなく、第１の電極層の最初のスクライブ線に平行にかつ可能な限り近くに、この１または複数の活性層を貫通して線をレーザースクライブする。
ｅ）多くの場合アルミなどの金属またはＺｎＯなどの透明導電体でできた第３の層、頂部電極層を、パネル領域全体に積層する。
ｆ）頂部電極層の電気的連続性を断絶させるために、この第３層に、他の線の近くにかつ他の線に平行に、線をレーザースクライブする。
その後にレーザーによる隔絶化を伴うこの積層手続は、パネルを多数の、個別の細長いセルに分割し、パネル内の全てのセルの間に直列的な電気接続をもたらす。この方法によるとパネル全体で作られる電圧は、各セル内で形成されるポテンシャルと、セルの数の積で与えられる。パネルは、典型的には５０から１００のセルに分割されるため、パネルの出力電圧全体は典型的には５０ボルトから１００ボルトの範囲内にある。各セルは、典型的には幅５−１５ｍｍで、長さ約１０００ｍｍである。この多段階ソーラーパネル製造法で使用される処理の詳細な記述は、特開平１０−２０９４７５号公報にて与えられる。
ソーラーパネルを製造するこの多段階処理を、個別の層コーティングステップの幾つかを合併させることによって簡略化する方法が考案されてきた。このことは、基板が真空から大気環境に移動されねばならない回数を減らし、その結果、層の質の改善とソーラーパネルの性能の向上につながると考えられる。米国特許第６９１９５３０号明細書、米国特許第６３１０２８１号明細書および米国特許出願公開第２００３／０２１３９７４号明細書はいずれも、必要な３枚の層のうち２層が、レーザースクライブを行う前にコーティングされるソーラーパネルの製造方法を記載している。下部電極層および（１ないし複数の）活性層が順次積層され、これら両方の層は一緒にレーザースクライブされて溝が形成され、当該溝にはその後絶縁性材料が充填される。米国特許第６３１０２８１号明細書および米国特許出願公開第２００３／０２１３９７４号明細書に対しては、この溝の充填がインクジェット印刷によって行なわれることが提案されている。相互接続手続は上述したように、溝の充填に引き続いて、活性層を貫通するレーザースクライブと、頂部電極層の積層と、セルを隔絶させるための頂部電極層に対する最後のスクライブと、を伴う。
レーザースクライビングが行われる前に、３層全てがコーティングされる方法も提案されてきた。国際公開第２００７／０４４５５５号は、完全な３層のスタックが単一処理シーケンス内にコーティングされ、次いでレーザースクライブ線がスタック内に、スタックを貫通するように形成される、ソーラーパネルの製造方法を記載している。レーザースクライブ処理は、２つの異なる深さを持つ単一のスクライブ線よりなるため、複雑である。当該スクライブ線の第１の側では、下部電極層を電気的に分割してセルを画定するために、レーザーは完全な３層のスタックを基板に至るまで貫通し、当該スクライブ線の第２の側ではレーザーは、下部電極層材料のレッジ構造（ledge）が露出した領域を残すために、頂部層と活性層のみを貫通する。スクライブ線の第１の側の下部電極層の端部と活性層の端部を絶縁性材料が覆うように、基板にまで貫通するスクライブ線の第１の側に対して絶縁性材料が局所的に積層される。これに引き続いて、先に塗布された絶縁性材料を橋絡し、第１の側の頂部電極層と第２の側の下部電極材料のレッジ構造を接続するために、導電性材料がスクライブ線内に積層される。
国際公開第２００７／０４４５５５号に記載の処理は複雑であり、慎重な制御を必要とする。デュアルレベルレーザースクライブ処理の第２段階で発生した破片は、下部電極材料のレッジ構造の隣接する上表面に堆積し易く、これが劣悪な電気接続につながる。絶縁性材料がスクライブ線の第１の側の正しい位置に正確に配置され、また下部電極材料のレッジ構造の上に何も堆積していないということを確実なものにするためには、高いレベルの制御が必要である。導電性材料が正しく配置され、スクライブ線の第２の側の頂部電極に接していないということを確実なものにするためには、極めて高い精度が必要になる。これらの理由の全てによって、この方法により高い信頼性でセル接続が行われる可能性は低いと考えられる。
従って、３層のフルスタックからスタートして、迅速かつ簡素で信頼性の高い方法によりセル相互接続の形成へと至る、ソーラーパネルなどのための新規なセル形成および相互接続処理への要求が、依然存在している。
このような処理は、照明パネルやバッテリーなどの他の薄膜デバイスの製造のための、セルの形成と直列相互接続にも応用することができる。ソーラーパネルと同じくこれらのデバイスも、その全てが硬質基板ないしフレキシブル基板上に積層される、下部電極層、活性層および頂部電極層によって構成される。基礎となる単一セルの電圧よりも高い電圧における動作は、デバイスを複数のセルに分割し、当該セルを直列に接続することで成し遂げられる。本明細書で提案される、レーザーおよびインクジェットによるセル形成と相互接続のための装置は、そのような動作に適している。
照明パネルの場合、上部電極および下部電極には、ソーラーパネルに使われるもの（ＴＣＯや金属など）と似た材料が適しているが、活性材料は非常に異なっている。この場合、活性層には有機材料が最も適しているが、無機材料であってもよい。活性有機層は、低分子量材料（いわゆるＯＬＥＤ）か高分子量ポリマー（いわゆるＰ‐ＯＬＥＤ）のいずれかをベースとしている。正孔・電子輸送層は通常、活性発光層と関連している。これらの照明パネルの場合、動作は低電圧で行われ、また全ての層が薄い。従ってここに記載の相互接続処理は、もっと高い電圧で動作させるために、パネルをセルに分割して直列に接続するには理想的である。
薄膜電池においては多くの場合、層がより複雑である。リチウムイオン技術に基づく薄膜電池の場合は、下部層は２つの構成要素、即ち、集電のための金属層とカソードとして機能するリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ３）層を含んでいる。上部層も同じく２つの構成要素、即ち、集電のための金属層と、アノードとして機能する窒化スズ（Ｓｎ３Ｓ４）を含んでいる。これらの２層の間には、活性層であるオキシ窒化リチウムリン（ＬｉＰＯＮ）が存在している。このような電池の場合、動作は低電圧で行われ、全ての層が薄いため、ここで記載の相互接続処理はパネルを分割して直列に接続して、大幅に高い電圧で動作させるためには理想的である。
出願人は、その中で全ての切削処理とインクジェットに基づく積層処理が、デバイスを横切る処理ヘッドの単一パス（single pass）内での移動によって実行される、１つに結合した処理において、薄膜デバイスを個別セルへ分割するための方法と装置を提案した。このことは国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載されており、その教えるところは本出願に含まれている。本発明はこの方法と装置の改良に係るものであり、それによって前記単一パス内で処理ステップが実行される方法において大きな柔軟性がもたらされる。
本発明の第１の様態によれば、下部電極層である第１の層と、活性層である第２の層と、上部電極層である第３の層と、を含み、全ての前記層がデバイス全体に渡って連続している薄膜デバイスを、直列に電気的に相互接続された個別のセルに分割するための方法であって、前記セルの分割と隣接するセルの電気接続が、前記デバイスを横切る処理ヘッドの単一パス内に全て実行され、前記処理ヘッドは、前記デバイスの上方に位置する第１の部分と、前記デバイスの下方に位置する第２の部分と、を含み、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分は、
ａ）前記第１、第２、第３の層を貫く第１の切削部を作るステップと、
ｂ）前記第２および第３の層を貫く第２の切削部であって、かつ、前記第１の切削部に隣接する第２の切削部を形成するステップと、
ｃ）前記第３の層を貫く第３の切削部であって、かつ、前記第２の切削部に隣接し、前記第２の切削部に対し前記第１の切削部の反対側にある第３の切削部を形成するステップと、
ｄ）前記第１の切削部内に非導電性材料を積層するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上の第１のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、
ｅ）導電性材料を塗布して、前記第１の切削部内の前記非導電性材料を橋絡し、前記第２の切削部を完全にないしは部分的に充填して、前記第１の層と前記第３の層の間で電気的接続を形成するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上の第２のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、
を前記単一パス内で実行し、
ステップ（ａ）はステップ（ｄ）に先行し、ステップ（ｄ）はステップ（ｅ）に先行し、ステップ（ｂ）はステップ（ｅ）に先行して実行され、または、前記ステップは前記デバイスを横切る前記処理ヘッドの前記単一パス内で任意の順番で実行され、
前記第１、第２、第３の切削部の少なくとも１つは、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記第１、第２、第３の層に向けられるレーザービームを用いて、前記デバイスの下側から形成される。
本発明の第２の様態によれば、下部電極層である第１の層と、活性層である第２の層と、上部電極層である第３の層と、を含み、全ての前記層がデバイス全体に渡って連続している薄膜デバイスを、直列に電気的に相互接続された個別のセルに分割するための装置が提供され、前記装置は、前記デバイスの上方に位置するよう配置された第１の部分と前記デバイスの下方に位置するよう配置された第２の部分を含む前記処理ヘッドを含み、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分は、
ｆ）前記第１、第２、第３の層を貫く第１の切削部と、前記第２、第３の層を貫き、前記第１の切削部に隣接する第２の切削部と、前記第３の層を貫き、前記第２の切削部に隣接し、かつ前記第２の切削部に対し前記第１の切削部の反対側にある前記第３の切削部と、を形成する、１または複数の切削ユニットと、
ｇ）前記第１の切削部内に非導電性材料を積層する第１のインクジェット印刷ヘッドと、
ｈ）前記第１の切削部内の前記非導電性材料を橋絡し、前記第２の切削部を完全にまたは部分的に充填して、前記第１の層と前記第３の層の間で電気的接続を形成するために、導電性材料を塗布する第２のインクジェット印刷ヘッドと、
を含み、
前記装置は、
ｉ）前記処理ヘッドを前記デバイスに対して移動させるための駆動手段と、
ｊ）前記デバイスに対する前記処理ヘッドの移動を制御し、前記デバイスの個別のセルへの分割および隣接セル間の前記電気接続の形成が、前記デバイスを横切る前記処理ヘッドの単一パス内に全て実行できるよう、前記１または複数の切削ユニットおよび前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッドを作動させるための制御手段と、をさらに含み、
前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッドは、前記処理ヘッドの前記第１の部分に備えられ、前記デバイスの上側に物質を塗布するよう配置され、前記切削ユニットの少なくとも１つは、前記処理ヘッドの前記第２の部分に備えられ、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記第１、第２、第３の層に向けられるレーザービームによって、前記第１、第２、第３の切削部のうち少なくとも１つを前記デバイスの下側から形成するよう配置される。
ここで使用される上方、下方、上側、下側などの用語は、（平面状のデバイスがその上側に置かれた前記層と一緒に向きを変えると考えて）平面状のデバイスの表裏の面の相対的な位置を指し示すと理解されるべきであり、前記デバイスの空間内での向きには制限されない。実施に際しては、前記デバイスはどちらを向いてもよく、例えば重力に対して縦であっても横であってもよい。
以下の発明の詳細な説明においては、様々な層を貫く切削部を形成するための切削ユニットは、全てレーザーに基づいており、切削ユニットから出るビームは、物質を切除し、除去して隔絶のための切削部を形成するよう集束される。これは切削部の形成のためには好適な方法だが、他の切削方法も使用されてよい。切削部の形成のための代替的な方法の１つは、細い針金やスタイラスを用いての機械的スクライビングである。このような機械的スクライビングは前記第１、第２、第３の切削部で、デバイスの下側から形成されるもの以外の全てあるいは幾つかを形成するために、レーザー切削の代わりに使用することができる。
国際公開第２００７／０４４５５５号に記載の発明のように、本発明は３層の完全なスタックを含む薄膜フィルムデバイスの処理を含むが、その後に続く層切削処理やインクジェット処理は、国際公開第２００７／０４４５５５号に記載の発明に比べ、より単純で、より強力なものである。国際公開第２００７／０４４５５５号にあるように、３回のコーティングはいずれも、層の切削やインクジェット方式による物質の積層の前に逐次なされる。理想的には、これらのコーティングは単一の真空処理の中でなされてもよいが、このことは必須ではない。
上に示したように発明のキーポイントは、セルの相互接続を形成するために、コーティングの積層に続いて、層の切削とインクジェット処理を１つに結合した処理が使用されるということである。「１つに結合した処理」とは、全ての切削処理とそれにかかわる全てのインクジェット方式に基づく物質の積層処理が、基板表面に平行な平面内でのセル間の境界に平行な方向への、ソーラーパネルの全体または一部を横切る処理ヘッドの単一パス内での移動によって実行されることを意味する。１または複数のセル間接続を行うために必要な全ての切削ユニットと全てのインクジェット印刷ヘッドは、処理ヘッドの前記第１または第２の部分のいずれかに取り付けられているため、全ての部材がパネル全体にわたって同じ速度で一緒に移動し、また全ての処理はヘッドの単一パス内で実行される。
様々な層切削処理やインクジェット積層処理を基板に対して施すシーケンスは、使用される材質に強く依存し、変化する可能性がある。様々な層切削ユニットとインクジェット印刷ヘッドが、処理ヘッドの第１および第２の部分に対して、処理ヘッドが基板に対して移動すると正しいシーケンスがなされるような配置で取り付けられる。
描写を簡潔にするために、層切削処理とは以降はレーザーアブレーションを指すものとする。しかしながらこれらのレーザー切削処理の全てまたは幾つかは、デバイスの下側から実行される場合を除き、機械的スクライビング処理（または他の切削処理）によって置き換えられて良い。
国際公開第２０１１／０４８３５２号は、薄膜ソーラーパネルを個別のセルに分割し、これらのセルを直列に電気的に接続するための方法と装置を記載している。当該装置は、適切な光学系によって供給される３つのレーザービーム、ならびに２以上のノズルによって届けられる絶縁性インクおよび導電性のインクを供給する処理ヘッドを使用する。これらの構成要素は全て、処理ヘッドの上に配置されており、当該処理ヘッドは、ソーラーパネル上を横切るヘッドの単一パスで（a single passage）１つの相互接続構造が作られるように、２つの隣接するセルの間の相互接続構造を処理する。
十分な数のインク排出ノズルがあり、またこれらが処理ヘッドがどの方向に動いてもインクがレーザービームの作った溝に注がれるように配置してあれば、ヘッドがパネル上を両方の向きに横断することも可能である。
基板の上を処理ヘッドが一回通過することで数個の相互接続構造を形成するために、レーザービーム伝送光学系と液体ノズルを数セット並行して使用することができる。相互接続構造は、処理ヘッドをセルの幅ないしはセルの幅の整数倍に等しい距離だけ、相互接続方向に垂直な方向に移動させ、処理ヘッドにパネル全体を横切らせることで形成される。しかしながら、全てのレーザービーム伝送系と液体ノズルは、基板に対してはコーティングを施された側からのみ、作用するよう配置されている。
基板は透明であるので、１または複数のレーザービームが基板の反対側から基板に当たった方が望ましいこともある。このような場合、レーザービームはガラス基板を通過して、ソーラーセルの上部電極と下部電極、および活性層を構成する素材に対し、下から作用をする。
活性材料としてアモルファスシリコン（α‐Ｓｉ）をベースとするソーラーパネルの製造時に、活性層と上部電極層のスクライビングに使用したり、また活性材料としてＣｄＴｅを使用するソーラーパネルの製造時には３層全てのスクライビングに使用することも可能な、後側相互作用法が知られている。これらの既知の処理はいずれも、本発明が関連する１つに結合された処理とは非類似の、多段階処理を含んでいる。これら既知の処理はいずれも、処理ヘッドの同一パス内での物質の積層は含んでいない。
本発明の好ましい態様においては、セル相互接続構造の形成のために、パネルのそれぞれ反対の側に対し配置された第１および第２の部分を含む、処理ヘッドの使用が提案されている。処理ヘッドの第１の部分は、基板の上部電極層、下部電極層と活性層でコーティングされた側に配置されており、セル相互接続構造の形成に必要な全ての絶縁性インクと導電性インクを届けるノズルを全て搭載している。処理ヘッドの第１の部分はまた、作動中にインクを硬化させるために必要な装置や、１または複数のレーザービームを伝送するための光学系を備えていてもよい。
処理ヘッドの第２の部分は、基板の逆の、コーティングされていない側に配置されており、１または複数のレーザービームをデバイスの下側から送る。
稼働に際しては、処理ヘッドの第１および第２の部分はパネル全体に渡り、一方はその上を、もう一方はその下を、一緒になって移動する。これは、２つの部分を物理的につなげるか、２つの部分の位置が組み合されたままになるようコントロールシステム付きの個別のリニアステージに配置させるかによって実現されてもよい。別の方法としては、処理ヘッドの２つの部分を固定させ、基板が両者の間を移動するようにしてもよい。この場合、２つの部分の互いへの相対的な位置が固定されることで、これら２つの部分が実質的に組み合わされているようにすることが望ましい。
処理ヘッドの第１および第２の部分が、物理的に互いに組み合わされるか、第１の部分の動きを制御する操作信号および第２の部分の動きを制御する操作信号を電気的に「組み合わせる」ことによって、これらが一体的に移動するよう構成することが好ましいが、初期の配置を正確にし、その後もその配置を保持するように十分正確な制御を行うことで、両者を実質的に組み合わせることも可能である。
上述の１つに結合された処理は、製造処理を簡素化するとともに処理の高速化を可能にするという点の他に、全ての切削ステップと積層ステップが正確に位置決めされ、また互いの位置が調整されるという点で、多大な強みを持つと考えられる。本発明はこれらの強みを、切削処理のうちの少なくとも幾つかがデバイスの下側からなされることが望ましい（或いは必要である）場合にまで拡張する。このことは、所望の切削部を形成するために使用される別の技術を可能にし、可能な選択肢においてより大きな柔軟さをもたらす。処理ヘッドの２つの部分が接続され、また／あるいは一体となって移動するよう構成されているため、１つに結合された処理の位置調整と速度の利点がこれら別の技術にまで及ぶ。本発明によらない場合、異なるステップを基板の別々の側から実行しても、処理の全ての段階を正確に揃えるのがより困難になるだけであると考えられる。
また、レーザースクライビングのうちの幾つか、特に（３層全てを貫く）第１の切削部を作っていたものを、デバイスの上側から行うことも好まれる。従って１つを上から、２つを下から（またはその逆）など、切削ステップを基板の異なる側から実行できるというのは、強みとなる。
上で示したように、レーザー切削ステップを下方から行うことの利点は、このことが異なる切削技術の使用を可能にするということである。上からのレーザー切削は、層の上表面から層の材料に作用して溝を形成するため、一般に物質の溶発を伴う。下からのレーザー切削は、物質は逆方向から照射を受けるので、形成しようとする溝の底部にある物質をその上の物質を除去ないし飛散させるように熱することで実行できる。溝の形状をよりよく制御できること、および／またはより低電力のレーザーが使用されることからこの技術が好まれる場合もある。基板の下からの切削は、溝から放出された物質がレーザーを基板に集束させる光学系の方に向かわないため、放出される物質による光学系の汚染が回避されるという点でも好都合となりうる。さらに、物質が基板のレーザービームから遠い方の側から（レーザービーム源に戻るように、ではなく）放出されるので、放出された物質を適切な除去ノズルなどで収集して、基板の他の場所に堆積するのを防ぐことが容易である（基板上方に位置する処理ヘッドの第１の部分は、破片収集装置のための空間を確保するために、必要であれば放出領域から遠ざけてもよい）。他の好適かつ選択可能な本発明の特徴は、明細書に添付の請求の範囲により明らかにされる。
以下、本発明を添付の図面を参照して単なる例示として説明する。
国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載された既知の装置の一部を、拡大して概念的に図示した平面図である。本図は、３つのレーザービームと、１つのセル相互結合構造を作るために処理ヘッドに取り付けられた２つのインクジェットノズルの構成を図示したものである。 国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載された既知の装置の別の実施例を、拡大して概念的に図示したものである。本図は、３つのレーザービームと、処理ヘッドをいずれかの方向に動かすことで１つのセル相互結合構造を作るために処理ヘッドに取り付けられた、２セットの付随するインクジェットノズルの構成を図示したものである。 国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載された、薄膜デバイスを個別のセルに分割するための一連のレーザー処理およびインクジェット処理を図示したものである。 国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載された、基板を処理ヘッドに対して２つの方向に動かすための既知の装置を図示したものである。 図４に図示した装置（幾つかの部材を省略）の概略側面図である。 国際公開第２０１１／０４８３５２号に記載の既知の処理ヘッドを、拡大して概念的に示した平面図である。本図は、レーザービームの１つの列とインクジェットノズルの２つの列が、どのように処理ヘッドに搭載され、パネルの上でのいずれかの方向への単一パス内に、複数の隣接するセル相互接続構造を形成するために使用することが可能であるか、図示したものである。 薄膜デバイスを個別のセルに分割するための、本発明の第１の実施例に係る一連のレーザー処理とインクジェット処理を図示したものである。 図７に図示の処理で使用することが可能な装置の概略側面図である。 薄膜デバイスを個別のセルに分割するための、本発明の第２の実施例に係る一連のレーザー処理とインクジェット処理を図示したものである。 図９に図示の処理で使用することが可能な装置の概略側面図である。 図７に図示の処理と図９に図示の処理で使用することが可能な装置の、別の形態の概略斜視図である。
図１は国際公開第２０１１／０４８３５２号に基づく先行技術を図示している。本図は、ヘッドの単一パス内で１つのセル相互結合構造を作るための、３つのレーザービームと処理ヘッドに取り付けられた２つのインクジェットノズルの第１の構成を図示している。ソーラーパネル１は、Ｙ方向の長さに沿って複数のセルを含んでいる。相互接続はこのように、処理ヘッドのパネルに対するＸ方向への相対運動によって作られる。隣り合うセルが形成され、接続されることになる領域を含む、パネルの領域２は、本図の右側に拡大して示されている。これは、移動する処理ヘッドとそれに付随するレーザービームとインクジェットノズルの、１つのセル相互接続構造に対応する部分を図示したものである。ソーラーパネルは下部電極層、活性層および上部電極層を含み、第１、第２、第３のレーザービーム３、４、５は、３層全てを貫通して第１のスクライブ線６を、上の２層を貫通して第２のスクライブ線を、頂部層を貫通して第３のスクライブ線８を、それぞれ作る。第３のレーザービームは活性層を貫通してもよいが、下部電極層は貫通してはならない。本図は、処理ヘッドとそれに付随するレーザービームが、基板表面で第１のレーザービーム３が第２のレーザービーム４に対して先行し、第２のレーザービーム４が同様に第３のレーザービーム５に先行するように、基板に対してＸ方向に移動する様子を示したものである。インクジェットノズル９は処理ヘッドに取り付けられ、Ｘ方向に平行な線の上に位置しながら第１のレーザービーム３の位置を通り過ぎる。このノズル９は、第１のレーザースクライブ線６を充填するための絶縁性液体１０の連続流または液滴流を注入する。第２のインクジェットノズル１１は、第１のノズルに類似しつつもそれと同様ないしそれより大きな液滴噴出頻度で作動するか、放出される液滴のサイズにおいてそれと同様ないしより大きいか、複数のより小さなノズルで構成されているか、のいずれかであるが、同じく処理ヘッドに取り付けられ、処理ヘッドが基板の上を移動するときに第２のインクジェットノズル１１が第１のインクジェットヘッド９と第２のレーザービーム４に追随するよう、Ｘ方向に位置する。この第２のインクジェットノズル１１は導電性液体１２の連続流か液滴流を注入する。当該ノズルは、液体１２を基板表面に積層し、先に塗布された絶縁性液体１０の上に導電性の橋絡を形成するように、第１および第２のレーザスクライブ線６、７の上をＹ方向に位置する。当該橋絡は、第１のスクライブ線６の左側の上部電極表面から、第２のスクライブ線７の底にある下部電極表面に延びている。処理ヘッドが基板上をＸ方向に横断する際、相互接続構造を形成し、完成させるための５つの処理は以下の通りである。
１）第１のレーザービーム３で、３層全てを貫く線６をレーザースクライブする。
２）第１のインクジェットノズル９により送られる絶縁性インク１０で第１のレーザースクライブ線６を充填する。
３）第２のレーザービーム４で、上の２層を貫く線７をレーザースクライブする。
４）第２のインクジェットノズル１１により送られる導電性インク１２で、第１のレーザースクライブ線６から第２のレーザースクライブ線７にかけて導電性の橋絡を形成する。
５）第３のレーザービーム５で、一番上の層を貫く線７をレーザースクライブする。
一般に、導電性インクを塗布する前に絶縁性インクを硬化させることが必要であるため、熱や紫外線（ＵＶ）を局所的に加える硬化装置（図示せず）が使用される。この装置は、ノズル９とノズル１１の間など処理ヘッドの適切な位置に取り付けられる。静止した基板表面の上を処理ヘッドを（図示するように）Ｘ方向に動かす代わりに、処理ヘッドを固定してパネルをＸ方向の逆の向きに動かすことでレーザー処理とインクジェット処理の同じ一連の処理が得られる。
国際公開第２０１１／０４８３５２号に示されている通り、レーザービームの位置と処理ヘッドのノズルには多くの代替的な構成がある。その全てのケースにおいて要件を満たす相互接続を形成するために必要なことは、
１）第１のレーザースクライブ処理は、常に第１の印刷処理に先行しなければならない。
２）第１の印刷処理は、常に第２の印刷処理に先行しなければならない。
３）第２のレーザースクライブ処理は、常に第２の印刷処理に先行しなければならない。
ということである。
図１に図示したレーザービームとノズルの構成や、ノズルが第１および第２のレーザービームから見て片方の側にのみ存在するような構成では、処理ヘッドが基板の上を一つの方向に横断することによってのみ、相互接続が形成される。このような構成により相互接続の形成速度が制限されることもあり得るため、好ましい構成では、ノズルが第１および第２のレーザービームから見て両方の側にあり、このためどちらの方向にも相互接続形成が可能となる。
図２は国際公開第２０１１／０４８３５２号に基づくさらに別の先行技術を図示したものである。本図は３つのレーザービームと、ヘッドのいずれの方向への稼働をも可能にするように配置された、第１のインクジェットヘッド２つと第２のインクジェットヘッド２つの構成を図示したものである。ソーラーパネル１はＹ方向の長さに沿って複数のセルを含んでいる。これは、パネルを処理ヘッドに対してＸ方向のどちらの向きに動かしても、相互接続が形成されるということを意味する。隣接するセルが接続される領域を含むパネルの領域２は本図の右側に拡大して図示されており、移動する処理ヘッドとそれに付随するレーザービームとインクジェットノズルの、１つのセル相互接続構造に対応する部分を図示している。第１、第２、第３のレーザービーム３、４、５は、３層全てを貫通して第１のスクライブ線を、上の２層を貫通して第２のスクライブ線を、頂部層を貫通して第３のスクライブ線を、それぞれ作る。２つの第１のインクジェットノズル９と９’は処理ヘッドに取り付けられ、Ｘ方向に平行な線の上で第１のレーザービームの両側に位置しつつ、第１のレーザービーム３の位置を通過する。これらの第１のノズルは、絶縁性液体の流れを注入して第１のレーザースクライブ線を充填する。２つのより大きな第２のインクジェットノズル、または多数のより小さなノズル、１１と１１’も処理ヘッドに取り付けられ、Ｘ方向に平行な線の上で第１のレーザービームの両側に位置し、第１のレーザービーム３の近くの位置を通過する。これらの第２のインクジェットノズルは、導電性液体の流れを注入する。基板表面を被覆する導電性液体が先に塗布された絶縁性液体の上に導電性の橋絡を形成するよう、ノズル１１と１１’は第１および第２のレーザースクライブ線６、７の上をＹ方向に配置され、当該橋絡は、第１のスクライブ線の左側の上部電極表面から、第２のスクライブ線の底にある下部電極表面に延びている。処理ヘッドが基板をＸ方向のどちらの向きに横断する際も、相互接続構造の形成と完成のために実行される３つの処理の順序が以下の通りとなるように、第１のインクジェットノズル各々のうちのいずれかと、対応する、第２のインクジェットノズルのいずれかが稼働する。
１）第１、第２、第３のレーザービームにより、第１、第２、第３のレーザースクライブを実行する。
２）処理ヘッドの移動する向きに応じ、第１のインクジェットノズル９または９’のいずれかにより届けられる絶縁性インクで、第１のレーザースクライブ線を充填する。
３）処理ヘッドの移動する向きに応じ、第２のインクジェットノズル１１または１１’のいずれかにより届けられる導電性インクで、第１のレーザースクライブ線を越えて第２のレーザースクライブ線に至る導電性橋絡を形成する。
一般に、導電性インクを塗布する前に絶縁性インクを硬化させることが必要であるため、熱や紫外線（ＵＶ）を局所的に加える硬化装置（図示せず）が使用される。この装置は、ノズル９とノズル１１の間やノズル９’とノズル１１’の間など、処理ヘッドの適切な位置に取り付けられる。
静止した基板表面の上を処理ヘッドを（図示するように）Ｘ方向に動かす代わりに、処理ヘッドを固定してパネルをＸ方向の逆の向きに動かすことでレーザー処理とインクジェット処理の同じ一連の処理が得られる。
図３は、図２で図示の装置により基板表面に対し届けられるレーザー処理とインクジェット処理の時系列を示したものである。図３Ａは、下部電極層、活性層および上部電極層で構成される層スタック１３がその上に積層した、電極１を図示したものである。これらの層は、中途のレーザー処理を一切伴わずに順次積層される。図３Ｂは、次いで実行される３つのレーザー処理を図示したものである。第１のレーザービーム３がコーティングに入射し、３層全てを基板に至るまで貫く溝６をスクライブする。第２のレーザービーム４もコーティングに入射し、上２層を貫くが下部電極層は貫かない溝７をスクライブする。第３のレーザービーム５もコーティングに入射し、溝８をスクライブする。当該溝８は頂部電極層を貫いて活性層にも侵入してよいが、下部電極層を損なってはならない。図２に図示のレーザービームの構成では、これら３つのレーザースクライブは同時になされているが、このことは必須ではなく、これらは逐次なされてもよい。加えて、これらが行われる順序は重要ではない。３つのレーザー処理全てが完了すると、物質がインクジェット印刷により塗布される。図３Ｃは、絶縁性液体１０がインクジェットノズル１４によりどのように第１のレーザースクライブ線の中に塗布されるか、図示したものである。固体を形成するために液体１０は直ちに紫外線乾燥されるか、後になって熱乾燥される。図３Ｄは、導電性であるか、導電性粒子を含む液体１２が、インクジェットノズル１５によって第１のスクライブ線の中の絶縁性材料１０の上に、また第２のレーザースクライブ線の中に塗布される、次のステップを示したものである。液体１２は引き続いて熱乾燥され、固体になる。液体１２は第３のスクライブ線８にまでは広がらない。導電性材料１２は絶縁性材料１０をまたいで橋絡を形成し、左側の頂部電極層を右側の底部電極層に接続し、隣接セルを直列に接続する。
図４は、図１または図２に図示のセル相互接続処理の実行に好適な装置を図示したものである。ソーラーパネル１は、互いに垂直で自身の縁に平行な２方向、Ｘ方向およびＹ方向に移動することが出来るように、ステッピングモータないしサーボモータ１７、１７’などの適切なモータで駆動される、トランスレーションステージ１６、１６’の上に積載された、平らなチャックプレート上に搭載されている。レーザーユニット１８から発したビームはミラー１９、１９’によって、パネル上方に搭載された処理ヘッド２０に導かれる。ビームを第１、第２、第３のレーザービームに分岐させる処理ヘッド内の光学系と、処理ヘッド上の付随する第１、第２のインクジェットノズルの詳細は図示されていない。実施に際しては、処理ヘッドは静止しており、パネルはＹ方向への一連の直線状の動き、すなわちその後にＸ方向への移動を伴う、基板を横切る各パス、によって移動する。処理ヘッドは、各パスごとの単一のセル相互接続処理を、図１に図示のヘッドの構成により１つの向きに行ってもよいし、図２に図示のヘッドの構成により両方の向きに行ってもよい。本図は処理ヘッドが静止し、基板が二軸方向に移動する様子を図示しているが、実施に際しては他の構成も可能である。好適な構成は１つの軸方向に移動する基板と、別の軸方向に移動する処理ヘッドを含んでいる。処理ヘッドが静止した基板の上を、互いに垂直な２軸方向に移動する構成も可能である。第１、第２、第３のレーザービームは、単一のレーザー源から発しても、複数の類似ないし非類似のレーザー源から発してもよい。
図５は、国際公開第２０１１／０４８３５２号に基づく先行技術を図示したものである。この図は図４に図示の装置の簡略化図を示したものであり、１または多数のレーザーユニット１８から発する３つのレーザービーム３、４、５全てと、第１のインクジェットノズル９、９’および第２のインクジェットノズル１１、１１’から発する絶縁性インクと導電性インク全てを、１つの処理ヘッドが基板の一方の側面にのみ届ける様子を強調している。当該一方の側面は、塗布されたコーティングのスタックがある側面である。
図６は、図２に図示の個別の相互接続処理を行う装置をどのように、複数の相互接続処理を同時並行的に行う装置をもたらすよう拡張できるか、示したものである。本図は長さＹに沿って複数のセルを持つソーラーパネル１を示している。数個のセルの間の接続を含むパネルの領域２は、本図の右側に拡大して図示されている。これは、移動する処理ヘッドとそれに付随するレーザービームやインクジェットノズルの、（本例では）５つのセル相互接続構造に対応する部分を示したものである。装置２１は、第１、第２、第３のレーザービーム２２の５つの平行なセットを、線に沿って保持し、位置合わせをしている。個々のビームは図示されていない。Ｙ方向におけるビームのセット間の間隔を、セルの間隔と正確に合わせるために、この装置は図の平面に垂直な軸に対して回転することができる。第１、第２、第３のビームの５つのセットの並びは、３層を貫く５つの平行な第１の切削部を、第２および第３の層を貫く５つの平行な第２の切削部を、頂部層を貫く５つの平行な第３の切削部を、作る。装置２３と２３’は、５つの第１のレーザー切削部の中に絶縁性液体の５つの平行な線を塗布するために、５つの平行な第１のインクジェットノズル９ないし９’を線に沿って保持し、位置合わせをしている。Ｙ方向におけるノズル間の間隔をセルの間隔と正確に合わせるために、この装置は図の平面に垂直な軸に対して回転することができる。第１のレーザー切削に絶縁性インクの塗布が続くように、第１のインクジェットノズルのいずれかのセットが処理ヘッドが基板表面に対してＸ方向のどちらの向きに移動するかに応じ、作動する。装置２４と２４’は、５つの第１の切削部の中の絶縁性液体の上と５つの第２の切削部の中に導電性液体の５つの平行な線を塗布するために、５つの平行な第２のインクジェットノズル１１ないし１１’を線に沿って保持し、位置合わせをしている。Ｙ方向におけるノズル間の間隔をセルの間隔と正確に合わせるために、これらの装置は図の平面に垂直な軸に対して回転することができる。第１と第２のレーザー切削に引き続く絶縁性インクの塗布に導電性インクの塗布が続くように、第２のインクジェットノズルのいずれかのセットが、処理ヘッドが基板表面に対してＸ方向のどちらの向きに移動するかに応じ作動する。基板の領域が以下のものと順次出会うように、パネル１と処理ヘッドはＸ方向のいずれかの向きに、互いに相対的に動かされる。
１）第１、第２、第３のレーザービームの列
２）第１のインクジェットノズルの列
３）第２のインクジェットノズルの列
図７は、本発明による処理の態様を解説したものであり、基板に届けられるレーザー処理とインクジェット処理の時系列を図示したものである。図７Ａは、下部電極層、活性層および上部電極層で構成される層スタック１３がその上に積層した、透明電極１を図示したものである。これらの層は、中途のレーザー処理を一切伴わずに順次積層される。図７Ｂは、次いで実行される３つのレーザー処理を図示したものであり、この例においてはこれらは基板の下側のコーティングされていない側から入射する。第１のレーザービーム３は下方からコーティングに作用し、３層全てを除去して、３層全てを超えて基板表面にまで達する溝６を形成する。第２のレーザービーム４も下方からコーティングに作用し、上の２層を除去して、これらを貫くが下部電極層は貫かない溝７を形成する。第３のレーザービーム５も下方からコーティングに作用し、少なくとも頂部層を除去して、頂部電極層を貫く溝８を形成する。レーザービーム５はセル相互接続構造の有効性に影響を与えずに、活性層を（図示するように）部分的にまたは全体的に除去してもよい。３つのレーザースクライブは同時になされてもよいし、逐次なされてもよい。これらが行われる順序は重要ではない。３つのレーザー処理全てが完了すると、物質がインクジェット印刷により塗布される。図７Ｃは、インクジェットノズル１４により液体１０がどのように第１のレーザースクライブ線の中に塗布されるかを図示したものである。固体を形成するために液体１０は直ちに紫外線硬化されるか、後になって熱硬化される。図７Ｄは、導電性であるか、または導電性粒子を含有する液体１２が、インクジェットノズル１５を用いて第１のスクライブ線の中の絶縁性材料１０の上と第２のレーザースクライブ線の中に塗布される、次のステップを図示したものである。液体１２は、引き続いて熱ないしその他の手段で硬化され、固体となる。導電性液体１２は、第３のスクライブ線８にまでは広がらない。導電性液体１２は絶縁性材料１０をまたいで橋絡を形成し、左側の頂部電極層を右側の底部電極層に接続し、隣接セルを直列に接続する。
図８は、図７に図示の処理を実行するために使用が可能な、処理ヘッドの第１および第２の部分の構成を図示したものである。処理ヘッドの第１の部分２０は、第１のインクジェットノズル９と９’および第２のインクジェットノズル１１と１１’から発する全ての絶縁性インクおよび導電性インクを、基板１の塗布されたコーティングのスタックがある側に届ける。処理ヘッドの第２の部分２５は３つのレーザービーム３、４、５の全てを、ガラス基板を通過して基板の上側にある種々の層と作用できるよう基板に届ける。処理ヘッドの第１および第２の部分の、基板表面に平行な平面内における相対的な位置は、処理ヘッドの第１の部分の上のノズルによって積層されるインクと、処理ヘッドの第２の部分によって届けられるレーザービームによって層の中に作られる溝とが正確に一致するように調整され、保持される。
第１、第２、第３のレーザービームは、単一のレーザー源から発射されても、多数のレーザー源から発射されてもよい。後者の場合は、レーザーは互いに類似するタイプのものであってもよいし、異なるタイプのものであってもよい。
処理ヘッドと基板の間の相対運動は、処理ヘッドの２つの部分を静止させて基板を２軸方向に動かす方法、基板を１つの軸方向に動かし、処理ヘッドの２つの部分を一緒に別の軸方向に動かす方法、基板が静止した状態で処理ヘッドの２つの部分を一緒に互いに垂直な２軸方向に動かす方法など、幾つかの方法によって実現できる。
図８に図示の構成を、図６に図示したタイプの装置を用いて、基板をまたぐ処理ヘッドの単一パス内に同時に複数のセル相互接続を形成するよう、拡張することが容易に可能である。この場合、単一の相互接続構造を作ることに対してのみ十分な、第１および第２のノズルを処理ヘッドの第１の部分に搭載するのではなく、並行して稼働する数セットの第１および第２のノズルを搭載するのに適切な装置が使用される。ノズルのセットは、セルの間隔ないしはセル複数個分の間隔だけ間が開けられている。これに加えて、処理ヘッドの第２の部分によって届けられる３つのレーザービームだけでなく、並行して稼働する数セットのレーザービームを届けるための適切な装置が使用される。レーザービームのセットは、セルの間隔、ないしはセル複数個分の間隔だけ間が開けられている。
インクジェットノズルとレーザー源に加え、処理ヘッドの第１の部分には、処理ヘッドの第２の部分の上のレーザー源を用いてレーザー切削が行われた際、基板の上側から出る破片を除去する吸引ノズルなどの破片収集装置（図示せず）が備えられてもよい。
図９は、本発明の他の好適な態様による、基板に届けられるレーザー処理とインクジェット処理の時系列を示している。処理ヘッドは対向する２つの部分よりなるが、この場合はレーザービームのうちの１つは、処理ヘッドの第１の部分によってコーティングされた側に届けられ、３つのレーザービームのうち残る２つは処理ヘッドの第２の部分によって、コーティングされていない側から基板に届けられる。図９Ａは、下部電極層、活性層および上部電極層よりなる層スタック１３がその上に積層された基板１を図示したものである。これらの層は、中途のレーザー処理を伴わずに順次積層される。図９Ｂは、次いで実行される３つのレーザー処理で、この場合には基板の両側から入射するものを図示したものである。第１のレーザービーム３は上方からコーティングに入射し、３層全てを貫いて基板にまで達する溝６をスクライブする。第２のレーザービーム４は下方からコーティングに作用して上の２層を除去し、上の２層は分断するが下部電極層は分断しない、溝７をスクライブする。第３のレーザービーム５も下方からコーティングに作用し、少なくとも頂部電極層を除去し、頂部電極層を分断する溝８をスクライブする。レーザービーム５は、セル相互接続構造の有効性に影響を与えずに、活性層を（図示するように）除去してもよい。これら３つのレーザースクライブは同時に行われても、逐次実行されてもよい。これらが行われる順序は重要ではない。３つのレーザー処理全てが完了すると、物質がインクジェット印刷により塗布される。図９Ｃは、液体１０がインクジェットノズル１４によって、第１のレーザースクライブ線の中にどのように塗布されるかを図示したものである。固体を形成するために液体１０は直ちに紫外線硬化されるか、後になってから熱硬化される。図９Ｄは、導電性であるか、または導電性粒子を含有する液体１２が、インクジェットノズル１５によって第１のスクライブ線の中の絶縁性材料１０の上と、第２のレーザースクライブ線の中に塗布される、次のステップを図示したものである。続いて液体１２は、熱硬化され、固体となる。導電性材料１２は、第３のスクライブ線８にまでは広がらない。導電性材料１２は絶縁性材料１０をまたいで橋絡を形成し、左側の頂部電極層を右側の底部電極層に接続し、隣接セルを直列に接続する。
図１０は、図９に図示の処理を実行するために使用が可能な、処理ヘッドの第１および第２の部分の構成を図示したものである。処理ヘッドの第１の部分２０は、第１のインクジェットノズル９、９’および第２のインクジェットノズル１１、１１’から発する全ての絶縁性インクおよび導電性インクを、基板１の塗布されたコーティングのスタックがある側に届ける。処理ヘッドの第１の部分２０によって、レーザー源１８より発した第１のレーザービーム３が基板の上側のコーティングされた側に届けられる。処理ヘッドの第２の部分２５は、第２、第３のレーザービーム４、５がガラス基板を通り抜けて基板の上側にある種々の層と作用できるよう基板に届ける。第２および第３のレーザービームは、同じ単一のレーザー源から発射されても、多数のレーザー源から発射されてもよい。後者の場合は、レーザーは同じタイプのものであっても、異なるタイプのものであってもよい。
図７、８、９、１０に図示されたもの以外の、多くのレーザービームの分類が可能である。
ａ）第１、第２のレーザービームをコーティングされた側から、第３のレーザービームをコーティングされていない側から
ｂ）第１、第３のレーザービームをコーティングされた側から、第２のレーザービームをコーティングされていない側から
ｃ）第２、第３のレーザービームをコーティングされた側から、第１のレーザービームをコーティングされていない側から
ｄ）第１、第２のレーザービームをコーティングされていない側から、第３のレーザービームをコーティングされた側から
ｅ）第１、第３のレーザービームをコーティングされていない側から、第２のレーザービームをコーティングされた側から
図１０に図示の構成と上にリストアップしたもの全てもまた、図６に図示したタイプの装置を用いて、基板をまたぐ処理ヘッドの単一パス内に同時に複数のセル相互接続を形成するよう、拡張することが容易に可能である。この場合は、単一の相互接続構造を作ることに対してのみ十分な、第１および第２のノズルを処理ヘッドの第１の部分に搭載するのではなく、並行して稼働する数セットの第１および第２のノズルを搭載するために適した装置が使用される。ノズルのセットは、セルの間隔、ないしはセル複数個分の間隔だけ間が開けられている。加えて、処理ヘッドの第１および第２の部分の組み合わせによって届けられる、３つのレーザービーム１セットのみでなく、並行して作動する数セットの３つのレーザービームを届けるための適切な装置が使用される。レーザービームのセットは、セルの間隔、ないしはセル複数個分の間隔だけ間が開けられている。
図１１は、上述した相互接続形成処理を実行するための、代替的な装置を図示したものである。図４、５、８、１０は全て、基板がコーティングされた側を上にして水平に配置され、処理ヘッドの第１の部分が基板の上方にあり、第２の部分が基板の下方にある、好適な構成を図示したものである。その他の構成も可能であり、好適なものを図１１に図示している。この場合は、基板１は垂直に配置され、その両側に処理ヘッドの第１および第２の部分がある。図示された構成では、処理ヘッドの第１の部分２０は、絶縁性インクと導電性インクを基板のコーティングされた側に届けるための、第１のインクジェットノズル９、９’および第２のインクジェットノズル１１、１１’を含み、処理ヘッドの第２の部分２５は、（１ないし複数の）レーザー源１８からの第１、第２、第３のレーザービーム３、４、５を、基板のコーティングされた側とは反対の側に届ける。セル相互接続構造は垂直であり、図示されているように、相互接続構造を形成する処理ヘッドの２つの部分は基板の両側を垂直なＸ方向に一緒に移動し、基板は装置の間を水平なＹ方向に移動する。
第１、第２、第３のレーザービームの一部が、処理ヘッドの第１の部分によって届けられるような構成も可能である。上述の処理と装置には、幾つか重要な特徴がある。
１）処理ヘッドの第１および第２の部分は、基板のそれぞれ反対の側に対して位置する。
２）基板のコーティングされた側に対して配置された処理ヘッドの第１の部分は、全ての絶縁性インクと導電性インクを届ける。
３）基板のコーティングされていない側に対して配置された処理ヘッドの第２の部分は、少なくとも１つのレーザービームを届ける。
４）処理ヘッドの第２の部分によって届けられないレーザービームは、処理ヘッドの第１の部分によって届けられる。
５）処理ヘッドの第１および第２の部分の位置は、これらが一体となって（基板に対して相対的に）移動するように、互いに固定される。
６）処理ヘッドの第１および第２の部分は、基板をまたぐ単一パス内に、一緒にセル相互接続を形成する。
７）処理ヘッドは、単一の方向ないしは双方向に相互接続構造を形成するよう、構成が可能である。
８）処理ヘッドは、単一パス内に１または複数の相互接続を形成するよう、構成が可能である。
９）基板は水平でも垂直でもよい。
１０）処理ヘッドの第１の部分によって実行される、１または複数のレーザー層スクライビング処理は、機械的スクライブ処理に置き換えられてもよい。

Claims (16)

  1. 下部電極層である第１の層と、活性層である第２の層と、上部電極層である第３の層と、を含み、全ての前記層がデバイス全体に渡って連続している薄膜デバイスを、直列に電気的に相互接続された個別のセルに分割するための方法であって、前記セルの分割と隣接するセルの電気接続が、前記デバイスを横切る処理ヘッドの単一パス内に全て実行され、前記処理ヘッドは、前記デバイスの上方に位置する第１の部分と、前記デバイスの下方に位置する第２の部分と、を含み、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分は、
    ａ）前記第１、第２、第３の層を貫く第１の切削部を形成するステップと、
    ｂ）前記第２および第３の層を貫く第２の切削部であって、かつ、前記第１の切削部に隣接する第２の切削部を形成するステップと、
    ｃ）前記第３の層を貫く第３の切削部であって、かつ、前記第２の切削部に隣接し、前記第２の切削部に対し前記第１の切削部の反対側にある第３の切削部を形成するステップと、
    ｄ）前記第１の切削部内に非導電性材料を積層するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上の第１のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、
    ｅ）導電性材料を塗布して、前記第１の切削部内の前記非導電性材料を橋絡し、前記第２の切削部を完全にないしは部分的に充填して、前記第１の層と前記第３の層の間で電気的接続を形成するために、前記処理ヘッドの前記第１の部分上の第２のインクジェット印刷ヘッドを用いるステップと、
    を前記単一パス内で実行し、
    ステップ（ａ）はステップ（ｄ）に先行し、ステップ（ｄ）はステップ（ｅ）に先行し、ステップ（ｂ）はステップ（ｅ）に先行して実行され、または、前記ステップは前記デバイスを横切る前記処理ヘッドの前記単一パス内で任意の順番で実行され、
    前記第１、第２、第３の切削部の少なくとも１つは、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記第１、第２、第３の層に向けられるレーザービームを用いて、前記デバイスの下側から形成される、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記単一パス内で実行される前記ステップの前記順番が、前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッド、および、前記第１、第２、第３の切削部を形成するための前記処理ヘッド上の構成要素の、前記処理ヘッド上における相対的な位置によって決められる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１、第２、第３の切削部のうちの２以上がレーザービームを使用して形成される、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記第１の切削部が、前記処理ヘッドの前記第１の部分によって運ばれる切削手段によって、前記デバイスの上方から形成され、前記第２および／または第３の切削部が、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記デバイスの下側に向けられるレーザービームを用いて形成される、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記処理ヘッドが、前記薄膜デバイスを一方向または双方向に横切る単一パス内で、全ての前記ステップを実行することができる、
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記非導電性材料および／または前記導電性材料の積層後、前記単一パスの間に１または複数の硬化ステップが実行される、
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分が前記デバイスに対し一体となって動くよう構成され、それらの互いに対する相対位置は一定である固定されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記薄膜デバイスは、ソーラーパネル、照明パネル、バッテリーのうちの１つである、
    ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 下部電極層である第１の層と、活性層である第２の層と、上部電極層である第３の層と、を含み、全ての前記層がデバイス全体に渡って連続している薄膜デバイスを、直列に電気的に相互接続された個別のセルに分割するための装置であって、前記装置は、前記デバイスの上方に位置するよう配置された第１の部分と前記デバイスの下方に位置するよう配置された第２の部分とを含む前記処理ヘッドを含み、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分は、
    ａ）前記第１、第２、第３の層を貫く第１の切削部と、前記第２、第３の層を貫き、前記第１の切削部に隣接する第２の切削部と、前記第３の層を貫き、前記第２の切削部に隣接し、かつ、前記第２の切削部に対し前記第１の切削部の反対側にある第３の切削部と、を形成する１または複数の切削ユニットと、
    ｂ）前記第１の切削部内に非導電性材料を積層する第１のインクジェット印刷ヘッドと、
    ｃ）前記第１の切削部内の前記非導電性材料を橋絡し、前記第２の切削部を完全にまたは部分的に充填して、前記第１の層と前記第３の層との間で電気的接続を形成するために、導電性材料を塗布する第２のインクジェット印刷ヘッドと、
    を含み、
    前記装置は、
    ｄ）前記処理ヘッドを前記デバイスに対して移動させるための駆動手段と、
    ｅ）前記デバイスに対する前記処理ヘッドの移動を制御し、前記デバイスの個別のセルへの分割および隣接セル間の前記電気接続の形成が、前記デバイスを横切る前記処理ヘッドの単一パス内に全て実行できるよう、前記１または複数の切削ユニットおよび前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッドを作動させるための制御手段と、をさらに含み、
    前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッドは、前記処理ヘッドの前記第１の部分に備えられ、前記デバイスの上側に物質を塗布するよう配置され、前記切削ユニットの少なくとも１つは、前記処理ヘッドの前記第２の部分に備えられ、前記処理ヘッドの前記第２の部分から前記第１、第２、第３の層に向けられるレーザービームによって、前記第１、第２、第３の切削部のうち少なくとも１つを前記デバイスの下側から形成するよう配置される、
    ことを特徴とする装置。
  10. 前記１または複数の切削ユニットが、前記処理ヘッドの前記第２の部分に備えられ、前記第１、第２、第３の切削部を形成するための１または複数のパルスレーザーを備える、
    ことを特徴とする前記請求項９に記載の装置。
  11. 前記１または複数の切削ユニットが、前記第１、第２および／または第３の切削部を形成するための２以上のタイプのパルスレーザーを備える、
    ことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
  12. 前記第１および第２のインクジェット印刷ヘッドと、前記第１、第２、第３の切削部を形成するための前記処理ヘッド上の切削ユニットとの、前記処理ヘッド上における相対的な位置によって、前記処理ヘッドの前記単一パス内で実行される前記ステップの前記順番が決定される、
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記処理ヘッドの前記単一パスの間に、前記第１および／または第２のインクジェット印刷ヘッドによって塗布された前記非導電性材料および／または前記導電性材料を硬化させるための１または複数の硬化装置が前記処理ヘッドの前記第１の部分に備えられる、
    ことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記駆動手段が、前記処理ヘッドの前記第１および第２の部分を、前記デバイスに対し２つの直交する方向に移動させるための１または複数の２軸サーボモータを備える、
    ことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記制御手段は、前記デバイスと処理ヘッドが、前記デバイスを横切る連続的な経路で、前記第１および第２の切削部の長さ方向に平行な第１の方向に、互いに対して相対的に移動し、前記経路の終点において、前記第１の方向に垂直な方向に、前記デバイスに形成される前記セルの幅に等しいまたはその整数倍である所定の距離移動するように構成されていること、
    を特徴とする請求項９ないし１４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記第１、第２、第３の切削部の１つを形成するために前記処理ヘッドの前記第２の部分上の切削ユニットが使用される場合に前記デバイスの前記上側から放出された物質を収集する破片収集装置が前記処理ヘッドの前記第１の部分上に備えられている、
    ことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか一項に記載の装置。
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