JP3867230B2 - メカニカルスクライブ装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被加工面に刃によってスクライブ加工を施すメカニカルスクライブ装置に係り、特に薄膜太陽電池の製造時に同一基板上に複数配設された各セルを電気的に薄膜分離する際のスクライブ加工に最適なメカニカルスクライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、特に光電変換効率に優れ、構造的に安定した出力特性が得られる太陽電池として、ＣＩＧＳ｛Ｃｕ（ＩｎＧｎ）Ｓｅ２｝系のカルコパイライト化合物を光吸収層とした薄膜太陽電池の開発が行われている。
【０００３】
図１は、そのＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池のセル構造を示している。
【０００４】
ここでは、ＳＬＧ（ソーダライムガラス）基板１上にプラス側の下部電極となるＭｏ電極層２が形成され、そのＭｏ電極層２上にＣＩＧＳ系の光吸収層３が形成され、その光吸収層３上にＺｎＳなどからなるバッファ層４を介してマイナス側の上部電極となるＺｎＯ：Ａｌなどからなる透明電極層６が形成されている。図中、７はプラス側の外部引出し電極を、８はマイナス側の外部引出し電極をそれぞれ示している。
【０００５】
ＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の量産に際しては、このようなセル構造が同一基板上にモノリシックに複数配設されたモジュール構成としている。
【０００６】
そして、そのモジュール構成にあっては、各セルをそれぞれ電気的に分離する必要があるものになっている。
【０００７】
その場合、従来では、レーザ光を照射することによって薄膜を部分的に除去するスクライブ加工を施すことによって各セルを容易に分離するようにしている（特開平１１−３１２８１５号公報参照）。
【０００８】
しかし、レーザスクライブ加工によってモジュールにおける各セルを電気的に分離するのでは、高熱によるレーザ光を集中的に照射するために、熱によってセルの特性が劣化してしまうものになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、薄膜太陽電池のモジュールにおける各セルの分離を行う場合、レーザスクライブ加工によるのでは、高熱によるレーザ光の照射によってセルの特性が劣化してしまい、不適切になっていることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薄膜太陽電池のモジュールにおける各セルの分離を熱による特性の劣化をきたすことがないように行わせるのに最適な、筒体の先方が所定のテーパー角度をもって先細りになり、その先細りの先端が平坦になった刃を所定の圧力をもって被加工面のスクライブ箇所に垂直に押し付けて、その刃を被加工面に沿って移動させることによってスクライブ加工を施す手段を設けたメカニカルスクライブ装置を提供するものである。
【００１１】
そして、特に本発明では、このようなメカニカルスクライブ装置によって薄膜太陽電池のモジュールにおける各セルの分離を行うに際して、刃の先端が摩耗しているとスクライブが不充分となり、各セルの分離を確実に行わせることができなくなって各セル間が短絡状態になってしまったり、先端が摩耗した刃をモジュール面のスクライブ箇所に押し付ける力をむやみに加圧してスクライブを行わせようとすると、必要以上にスクライブがなされて下層や基板を傷付けてしまうことになるのを防止する手段を講ずるようにしている。
【００１２】
具体的には、メカニカルスクライブ装置にあって、刃先端の平坦部分の大きさを測定する手段と、その測定された平坦部分の大きさに応じて刃の押圧力を制御する手段とを設けるようにして、刃先端の摩耗状態に応じて常に予定した微妙なスクライブ加工を施すことができるようにしている。
【００１３】
【実施例】
図２は、化合物薄膜太陽電池の製造時におけるスクライブ加工の基本的な工程を示している。
【００１４】
まず、図２（ａ）に示す第１の工程として、ＳＬＧ基板１上に下部電極となるＭｏ電極層２をスパッタリングにより形成したうえで、レーザスクライブ加工によって下部電極分離用の溝Ｌを形成する。
【００１５】
なお、このときレーザスクライブ加工を施しても、レーザ光による熱の影響は問題にならない。
【００１６】
次いで、図２（ｂ）に示す第２の工程として、Ｍｏ電極層２の上に化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層３を形成し、その上にヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜などからなるバッファ層４をＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法により成膜し、さらにその上にスパッタリングによりＺｎＯ薄膜などからなる絶縁層５を形成したうえで、下部電極分離用の溝Ｌから横方に数百μｍ離れた位置にメカニカルスクライブ加工によってＭｏ電極層２の面にまで至る上、下部電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する。
【００１７】
光吸収層３としては、例えば、スパッタリングによってＩｎ層とＣｕ−Ｇａ合金層とからなる積層プリカーサを成膜して、それをＳｅ雰囲気中で熱処理することによってＣＩＧＳ薄膜を形成する。
【００１８】
最終的に、図２（ｃ）に示す第３の工程として、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａ１薄膜からなる上部電極となる透明電極層６を形成して、メカニカルスクライブ加工によって下部のＭｏ電極層２の面にまで至る上、下部電極分離用の溝Ｍ２を形成する。
【００１９】
なお、溝Ｍ１およびＭ２を形成するに際して、レーザスクライブ加工によるのでは、レーザ光の熱によって特に光吸収層３の光電変換特性が劣化してしまうことになる。
【００２０】
図３は、メカニカルスクライブ装置の刃９を示している。ここでは、直径Ｄ＝３ｍｍ、長さＬ＝４ｃｍの筒体の先方がテーパー角度θ＝６０°をもって先細りになり、その先細りの先端の径φが３５μｍの面積をもって平坦になっている。
【００２１】
実際には、メカニカルスクライブ装置により、刃９を所定の圧力をもって被加工面の所定箇所に垂直に押し付けて、その刃９を被加工面に沿って移動させることによって溝Ｍ１およびＭ２のスクライブ加工を行わせることになる。
【００２２】
その際、図４に示すように、刃９の先端が摩耗してしまうと（摩耗量δ）、溝Ｍ１およびＭ２を形成する際のスクライブ量が不充分となり、Ｍｏ電極層２の面に至るまでのスクライブ加工がなされずに、各セルの分離を確実に行わせることができなくなってしまう。
【００２３】
そのため、本発明では、先方が所定のテーパー角度をもって先細りになっている刃９の先端が摩耗すると、その摩耗の程度に応じて先端の平坦部分９１の大きさが変化することに着目して、刃９の先端の平坦部分９１の大きさを測定することによって摩耗の程度を検知して、その検知された摩耗の程度に応じて刃９の押圧力を増大させることによって、常に一定のスクライブ加工を行わせることができるようにしている。
【００２４】
具体的には、刃９の先端の平坦部分９１の大きさを測定する手段として、図５に示すように、刃９先端部分をカメラ１０によって撮影して、その撮影画像のデータを演算制御装置１１が取り込んで平坦部分９１の大きさ（口径または面積）を求める。その際、画像データから平坦部分９１を認識して、画面全体における平坦部分９１の占める割合からその大きさをわり出すようにする。
【００２５】
そして、その測定された刃９の先端の平坦部分９１の大きさに応じて刃９の押圧力を可変に制御する手段として、演算制御装置１１に予め平坦部分９１の大きさに対する刃９の押圧力の特性がテーブル設定されており、測定された平坦部分９１の大きさに応じた所定の押圧力になるように刃９の押圧力を制御する。その際、演算制御装置１１の制御下において、メカニカルスクライブ装置本体１２における刃９の押圧力を調整するシリンダ・ピストン機構などからなるアクチュエータ（図示せず）の駆動を適宜行うようにする。
【００２６】
その際、荷重計によって刃９の押圧力を測定しながらフィードバック制御を行って、刃先の摩耗に応じた圧力制御を高精度に行うようにする。
【００２７】
なお、メカニカルスクライブ装置本体１２としては、シリンダ・ピストン機構などからなるアクチュエータによってヘッド部分に着脱自在に取り付けられた刃９を所定の圧力をもって被加工面の所定箇所に垂直に押し付けて、その刃９を被加工面に沿って移動させる一般的なものが用いられる。
【００２８】
図６は、刃９の摩耗量と刃先面積との関係の特性Ａおよび刃９の摩耗量に対して最適化された刃荷重の特性Ｂを示している。
【００２９】
刃９の先端の平坦部分９１の大きさから摩耗量を求めるに際して、先に被加工面にスクライブ加工したときのスクライブ幅を測定して、その測定結果から刃先の摩耗量をわり出すようにしてもよい。
【００３０】
また、メカニカルスクライブ加工を施すに際して、演算制御装置１１の制御下において刃９の移動速度を可変に制御して、位置精度が要求されるスクライブ加工の開始領域（例えば全スクライブ領域の１０％程度の領域）および終了領域（例えば全スクライブ領域の１０％程度の領域）に対して、その中間領域におけめ刃９の移動速度を高く設定するようにする。
【００３１】
このようなスクライブ加工の中間領域における刃９の移動速度を高めることにより、モジュール構成による薄膜太陽電池の各セルの分離の作業工程のスループットを有効に向上させることができるようになる。
【００３２】
また、本発明では、被加工面に対してメカニカルスクライブ加工を施すに際して、被加工面を水平に対して６０°以上９０°未満の角度に保持してスクライブ加工を行わせるようにして、加工時に生ずる切り屑が落下して被加工面に付着しないようにしている。角度を９０°未満としているために、被加工部材１３が容易に落下することが防止される。
【００３３】
図７は、本発明におけるメカニカルスクライブ装置本体１２の概要を示している。
【００３４】
そのメカニカルスクライブ装置１２は、被加工部材１３をその被加工面が水平に対して６０°以上９０°未満の角度をなすように保持して搬入する背面フロート式の搬入Ｌ／Ｌ部１２１と、その搬入された被加工部材１３に対してそれが垂直に保持された状態のままで所定のスクライブ加工を施すスクライブ加工部１２２と、そのスクライブ加工された被加工部材１３を搬出する背面フロート式の搬出ＵＬ／Ｌ部１２３とからなっている。
【００３５】
被加工部材１３の搬入Ｌ／Ｌ部１２１は、背面エアーフローライン１４に複数の被加工部材１３の面が垂直になるように保持されて、コンベア１５によって順次スクライブ加工部１２２に搬送されるようになっている。
【００３６】
スクライブ加工部１２２は、搬送されてきた被加工部材１３を垂直状態のままで可動テーブル１６に吸着して、スライドレール１７に沿ってスクライブ加工のアクチュエータ１８のところまで移動させる。そして、その位置で上下一対に設けられたカメラ１９１，１９２によって先に被加工部材１３にレーザスクライブ加工によって形成されているスクライブライン（溝Ｌ）の上下端を認識する。その際、図８に示すように、可動テーブル１６に吸着されている被加工部材１３が傾いている場合には、図９に示すように、その認識されたスクライブラインＬが垂直になるように可動テーブル１６を回転させて、アクチュエータ１８に対する被加工部材１３の姿勢を修正する。そして、被加工部材１３を送ってスクライブ箇所の位置決めを行いながら、刃２２が装着されたヘッド２０を所定の圧力をもって被加工部材１３に押し付けて、ヘッド２０をヘッド駆動部２１に沿って上下方向に動かして所定のスクライブ加工を行うようになっている。図中、２３はヘッドクリーナを、２４，２５はダウンブロー排出口をそれぞれ示している。
【００３７】
被加工部材１３の搬出ＵＬ／Ｌ部１２３は、スクライブ加工が施された被加工部材１３が背面エアーフローライン２６に保持されて、コンベア２７によって順次搬出されるようになっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明によるメカニカルスクライブ装置にあっては、特に、刃の先端の平坦部分の大きさを測定して、その測定された平坦部分の大きさに応じて刃の押圧力を可変に制御するようにしているので、刃先端の摩耗状態に応じて常に予定した微妙なスクライブ加工を精度良く施すことができるようになり、特に薄膜太陽電池のモジュールにおける各セルの分離を行わせるに際してスクライブ残りや必要以上の加圧力によって下層の膜や基板を傷付けるようなことがなくなり、その分離を最適に行わせることができるという利点を有している。
【００３９】
また、本発明によれば、メカニカルスクライブ加工を施すに際して、刃の移動速度を可変に制御して、スクライブ加工の開始領域および終了領域に対してその中間領域の刃の移動速度を高く設定するようにしているので、スループットを有効に向上させることができるようになる。
【００４４】
そして、被加工面を水平に対して６０°以上９０°未満の角度に保持してスクライブ加工を行うようにしているので、スクライブ加工時に生ずる切り屑が基板に付着するのを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池のセル構造を示す正断面図である。
【図２】薄膜太陽電池の製造時におけるスクライブ加工の基本的な工程を示す図である。
【図３】メカニカルスクライブの刃を示す正面図である。
【図４】メカニカルスクライブの刃の先端が摩耗したときの刃の先端の平坦部の大きさの変化状態を示す図である。
【図５】刃先端の平坦部分の大きさを測定する手段の一例を示すブロック構成図である。
【図６】刃の摩耗量と刃先面積との関係および刃の摩耗量に対して最適化された刃荷重の特性の一例をそれぞれ示す特性図である。
【図７】本発明におけるメカニカルスクライブ装置の簡略構成図である。
【図８】メカニカルスクライブ装置における可動テーブルに吸着されている被加工部材が傾いている状態を示す正面図である。
【図９】メカニカルスクライブ装置における可動テーブルを回転させてスクライブ加工のアクチュエータに対して被加工部材の姿勢を修正した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１ ＳＬＧ基板
２ Ｍｏ電極層
３ 光吸収層
４ バッファ層
５ 絶縁層
６ 透明電極層
９ 刃
９１ 平坦部
１０ カメラ
１１ 演算制御装置
１２ メカニカルスクライブ装置本体
Ｌ レーザスクライブ溝
Ｍ１ メカニカルスクライブ溝
Ｍ２ メカニカルスクライブ溝

Claims (7)

  1. 筒体の先方が所定のテーパー角度をもって先細りになり、その先細りの先端が平坦になった刃を所定の圧力をもって被加工面のスクライブ箇所に垂直に押し付けて、その刃を被加工面に沿って移動させることによってスクライブ加工を施す手段と、刃の先端の平坦部分の大きさを測定する手段と、その測定された平坦部分の大きさに応じて刃の押圧力を制御する手段とによって構成されたメカニカルスクライブ装置。
  2. 刃の押圧力を制御する手段は、刃先端の平坦部分の大きさに対する刃の押圧力の特性が予めテーブル設定されたメモリを有しており、そのメモリから測定された平坦部分の大きさに応じて読み出した所定の押圧力になるように刃の押圧力を制御するようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるメカニカルスクライブ装置。
  3. 刃先端の平坦部分の大きさが、直径または面積であることを特徴とする請求項１の記載によるメカニカルスクライブ装置。
  4. 刃の先端の平坦部分の大きさを測定する手段は、カメラ部をそなえ、そのカメラ部により刃先端の平坦部分の大きさを測定するようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるメカニカルスクライブ装置。
  5. カメラ部は、刃先端を撮影した画像から刃先端の平坦部分の大きさを測定するようにしたことを特徴とする請求項４の記載によるメカニカルスクライブ装置。
  6. カメラ部は、先に被加工面をスクライブ加工したときのスクライブ溝を撮影した画像からそのスクライブ溝の幅を求めて、そのスクライブ溝の幅から刃先端の平坦部分の大きさを測定するようにしたことを特徴とする請求項４の記載によるメカニカルスクライブ装置。
  7. 被加工面を水平に対して６０°以上９０°未満の角度に保持してスクライブ加工を行うようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるメカニカルスクライブ装置。
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