JP4765448B2

JP4765448B2 - 薄膜太陽電池製造方法および製造装置

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Publication number: JP4765448B2
Application number: JP2005204961A
Authority: JP
Inventors: 慎司岩崎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007027283A

Description

本発明は、フレキシブルタイプの絶縁性基板を用いた薄膜太陽電池をロール・ツー・ロール方式により製造する薄膜太陽電池製造方法および製造装置に関する。

近年、環境保護重視の立場からいわゆるクリーンエネルギーの研究開発が進められている。その中でも太陽電池は、その資源である太陽光が事実上無限に利用可能であること、太陽エネルギーを直接電気エネルギーへ変換するものであるため従来の他の発電と比較して無公害であること等から極めて注目を集めている。

同一基板上に形成された複数の光電変換素子が直列接続された太陽電池（光電変換装置）の代表例として、薄膜太陽電池が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。薄膜太陽電池は、薄型で軽量であること、量産性に優れているため製造コストが安価であること、大面積化が容易であること等の実用太陽電池に要求される産業上および技術上の利点を有していることから、今後の太陽電池の主流となるものと考えられている。薄膜太陽電池の主な用途は電力供給用であることは勿論であるが、それ以外にも建物の屋根または窓等に取り付けて利用される業務用および一般住宅用の用途にも需要が広がってきている。従来の薄膜太陽電池はガラス基板等の絶縁性基板を用いているものが一般的であった。しかし、厚型で重く割れやすい欠点があることと、屋外の屋根等への設置に対する作業性の改良等の理由とにより、薄型・軽量化の要望が強くなっている。これらの要望に対し、近年、軽量化、施工性および量産性の観点からプラスチックフィルム等の可撓性（フレキシブル）タイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化されている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被膜した絶縁性フィルム基板を用いた薄膜太陽電池の研究開発および実用化も進められている。このフレキシブル性を生かしたロール・ツー・ロール（Roll to Roll）方式またはステッピングロール方式を用いた連続形成による製造方法により大量生産が可能となった。プラスチックフィルム等のフレキシブルタイプの絶縁性基板上に薄膜太陽電池を形成する場合には、基板の太陽電池の反対面側（裏面とする。）にも電極を配置し、基板を貫通して接続することにより、基板面積に対する太陽電池面積の比を大きくすることができ、太陽光の利用効率が高い等の特徴を持たせることができる。

図３（Ａ）は、上述したプラスチックフィルム等のフレキシブルタイプの絶縁性基板６１(以下、単に「基板」と省略する。)を用いた薄膜太陽電池６０の概略構造を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は薄膜太陽電池６０の集電孔６７（後述）部分の拡大図、図３（Ｃ）は薄膜太陽電池６０の接続孔６８（後述）部分の拡大図である。図３（Ａ）ないし（Ｃ）で同じ符号を付した箇所は同じ要素を示す。図３（Ａ）に示されるように、薄膜太陽電池６０は、基板６１の受光面（表面）側に第１電極層（下電極層）６２、薄膜半導体層からなる光電変換層６３、電流収集電極である透明電極層(第２電極層ともいう)６４が順次積層されて光電変換素子が形成されている。一方、基板６１の非受光面（裏面）側には、第３電極層および第４電極層からなる接続電極層（裏面側電極層）６５が形成されている。図３（Ａ）と図３（Ｂ）の拡大図とに示されるように、基板６１を貫通して透明電極層６４と接続電極層６５との間を導通する集電孔６７が設けられている。図３（Ａ）と図３（Ｃ）の拡大図とに示されるように、基板６１を貫通して接続電極層６５と第１電極層６２との間を導通する接続孔６８が設けられている。

図３（Ａ）に示されるように、薄膜太陽電池６０の光電変換素子は複数の単位光電変換素子（ユニットセル）Ｕ_ｎ−１、Ｕ_ｎ、Ｕ_ｎ＋１、Ｕ_ｎ＋２等に完全に分離され、接続電極層６５も複数の単位セルＥ_{ｎ−１,ｎ}、Ｅ_{ｎ,ｎ＋１}、Ｅ_{ｎ＋１,ｎ＋２}等に完全に分離されている。各分離位置、例えば単位セルＵ_ｎとＵ_ｎ＋１との間の分離位置（セル分割溝。パターニングライン）７０と、裏面の単位セルＥ_ｎ−１,nとＥ_{ｎ,ｎ＋１}との間のセル分割溝（パターニングライン）７１とは相互にずらして形成されている。このため、ユニットセルＵ_ｎの光電変換層６３で発生した電流は、まず透明電極層６４に集められ、次に当該透明電極層６４領域に形成された集電孔６７を介して裏面側の単位セルＥ_{ｎ,ｎ＋１}の接続電極層６５に通じる。さらに、当該接続電極層６５領域で、ユニットセルＵ_ｎ＋１の透明電極層６４領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して、ユニットセルＵ_ｎ＋１の透明電極層６４領域の外側に延びている第１電極層６２に達し、両ユニットセルＵ_ｎとＵ_ｎ＋１との間の直列接続が行なわれている。このように、分離された隣合うユニットセルＵ_ｎとＵ_ｎ＋１とを電気的に直列接続することを繰り返すことにより、最初のユニットセルＵ_ｎ等の第１電極層６２と最後のユニットセルＵ_ｎ＋ｋ等の透明電極層６４との間に必要な電圧を出力させることができる。例えばインバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、１００Ｖ以上が望まし<、実際には数１０個以上のユニットセルが直列接続される。以上のようなユニットセルとその直列接続は、透明電極層６４と光電変換層６３の製膜および各層のパターニング並びにそれらの組み合わせ手順により形成される。基板６１は、ポリイミド系のフィルムでありその厚さは５０μｍである。基板６１としてはその他に、ポリエチレンナフタレート（polyethylene naphthalate: ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（poly ether sulfone : ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate : ＰＥＴ）、またはアラミド系フィルム等を用いることができる。

上述の薄膜太陽電池６０の構成および製造方法は、例えば特許文献１（薄膜太陽電池とその製造方法）、特許文献２（光電変換装置およびその製造方法）、特許文献１（光電変換装置およびその製造方法）等に記載されている。

上述の薄膜太陽電池６０の製造工程は、先ず基板６１の所定の位置に接続孔６８を開孔し、次に基板６１の表面側に第１電極層６２を積層し、続いて裏面側に接続電極層６５を構成する第３電極層（不図示）を製膜（または成膜）する。上述の第１電極層６２と第３電極層の製膜順は逆でもよい。この時、接続孔６８の内面で第１電極層６２と第３電極層とが重なり、お互いに導通する。尚、これらの第１電極層６２および第３電極層の製膜方法しては、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属をＰＶＤ（Physical Vapor Deposition 。スパッタまたは電子ビーム蒸着等）により製膜してもよく、あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により金属酸化膜および金属多層膜と製膜してもよい。

次に、上述の接続孔６８と同様に、基板６１の所定の位置に複数個の集電孔６７を開孔する。続いて、基板６１の表面に形成した第１電極層６２の膜をレーザ加工により０．４ｍｍ程度の幅で直線状に除去して１次パターニングラインを形成し、個別の単一領域(電極)を複数形成した1次パターニングエリアを形成する。その上に半導体層からなる光電変換層６３と透明電極層６４とを順次製膜する。続いて、裏面の第３電極層上に、同じく金属膜等の低抵抗導電膜からなる第４電極層（不図示）を製膜して、第３電極層と第４電極層とからなる接続電極層６５を形成する。この時、集電孔６７の内面で透明電極層６４と接続電極層６５とが重なり、お互いに導通させることができる。上記光電変換層６３は薄膜半導体層であり、ａ-Ｓｉ(アモルファスシリコン)はその代表例である。上記透明電極層６４はＩＴＯ（Indium Tin Oxide。酸化インジウムスズ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等のＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide。酸化物導電層または透明導電性酸化物膜）を用いることが一般的である。上述の膜形成時には、接続孔６８の周辺をマスク等で覆う等して、先に形成した接続孔６８部分には膜が形成されないようにする。

次に、上述のようにして形成した透明電極層６４および光電変換層６３の膜を、上記１次パターニングエリア内の1次パターニングラインに重ね合わせてレーザ加工により０．１ｍｍ程度の幅で直線状に除去して２次パターニングライン（セル分割溝７０）を形成する。以上により、第１電極層６２、光電変換層６３および透明電極層６４からなる光電変換素子は、複数のユニットセルＵ_ｎ等に分離される。最後に、第３電極層と第４電極層とからなる接続電極層６５の膜を、ユニットセルＵ_ｎ等の分離位置７０とずらした分離位置７１にレーザ加工により０．４ｍｍ程度の幅で直線状に除去する。以上により、接続電極層６５は複数の単位セルＥ_{ｎ,ｎ＋１}等に分離され、上述の薄膜太陽電池６０の直列接続が完成する。

図４は、薄膜太陽電池１（図３の薄膜太陽電池６０と同様。）の従来のレーザ加工による薄膜太陽電池製造方法および製造装置４０の一例を説明するための模式図である。図５は、薄膜太陽電池１の表面を示す模式図であり、薄膜太陽電池製造装置４０により形成された複数の接続孔６８または集電孔６７（符号は図３参照。以下、集電孔６７を「スルーホール」と言う。）を基準マーカーとしたときの一例を示す模式図である。

図４に示されるように、薄膜太陽電池１は巻き出しロール２と巻き取りロール３とにより、ガイドロールＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３および駆動ロールＦＤを介して搬送され、マーカーホール４（図５参照。）を基準にして位置決めセンサ５により位置決め停止した後、吸着ステージ６に吸着固定される。吸着ステージ６の下部に配置された加工光学ユニット７はＸＹステージ８の上に搭載されており、制御コントローラ９の制御によりＸＹ方向（例えば、図４上の左右方向をＸ方向、奥行き方向をＹ方向とする。）に移動可能となっている。制御コントローラ９の制御によりレーザ発振器１０から出力されたレーザ光は、レーザ発振器１０と接続されたファイバ光学系１２を通って加工光学ユニット７内の入射光学系１３に入る。入射光学系１３を出たレーザ光１１は特定波長のみを反射するハーフミラー１４により吸着ステージ６の方向へ反射した後、出射光学系１５により薄膜太陽電池（フィルム基板）１上の薄膜に焦点が調整されて薄膜太陽電池１上に照射される。図４に示されるように、加工光学ユニット７内のハーフミラー１４の下方には薄膜太陽電池１上のレーザ加工部分の画像を取り込むためのＣＣＤカメラ１６がレーザ光１１と光軸を合わせて固定されている。ＣＣＤカメラ１６により取り込まれた薄膜太陽電池１上のレーザ加工部分の画像信号は、ＣＣＤカメラ１６と接続された画像処理ユニット１７へ送られて処理された後、位置信号として画像処理ユニット１７から制御コントローラ９へ送られる。

図５において、レーザ加工前アライメント手順として、先ずＣＣＤカメラ１６をフィルム基板（薄膜太陽電池１）に開孔された複数のスルーホール６７の内、指定されたスルーホールＨｓ付近に移動させ、画像処理によりその位置座標ＰＨｓを求める。画像処理では一般にスルーホールＨｓのエッジ等を利用して位置座標ＰＨｓを求めている。同様にして、ＣＣＤカメラ１６をスルーホールＨｅ付近に移動させ、画像処理により位置座標ＰＨｅを求める。これらの位置座標位置座標ＰＨｓとＰＨｅとのアライメントデータに基づき、ＸＹステージ８の座標系とスルーホールＨｓ、Ｈｅの座標系との間のズレ（設計値と実測値との間のズレ）に対してレーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。この後、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行う。

上述した薄膜太陽電池１の薄膜太陽電池製造方法および製造装置４０で用いている吸着ステージ６としては、その表裏両面を連通する多数の透孔を有する多孔質体を板状にした多孔質吸着ステージが知られている。吸着ステージ６の外周面を封止した状態で、吸着ステージ６の裏面（薄膜太陽電池１側とは反対側）から空気を吸引することにより、吸着ステージ６の表面（薄膜太陽電池１に対する対向面側）に薄膜太陽電池１を固定している。ここで上記多孔質体の材料としては、一般的に銅、アルミニウム、ステンレス等が使用されており、薄膜太陽電池１では吸着ステージ６への吸着の際の傷つきを防止するためにフッ素樹脂を使用している。吸着ステージ６はこれらの材料の微細粒子を圧縮成形・加熱焼結することにより得られる多孔質体から形成される。

特開２０００−２２３７２７号公報特開平１０−２３３５１７号公報特開２０００−７７６９０号公報

上述の吸着ステージ６では、レーザ加工中に発生する残渣が接続孔６８および集電孔６７（Ｈｓ等）から吸着ステージ６に吸い込まれてしまうため、レーザ加工回数を重ねる毎に吸着ステージ６の吸着面が汚染されて変色が発生していた。この結果、接続孔６８または集電孔６７（Ｈｓ等）を用いたレーザ加工前アライメントにおいて、スルーホールＨｓのエッジ等を利用して位置座標ＰＨｓを求める際に画像処理エラーが生じることが多くなった。この画像処理エラーのためにレーザ加工中断頻度が高くなり、安定したレーザ加工が困難となる結果、薄膜太陽電池１の生産性に大きな影響を及ぼすという問題があった。

上述した吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色は、レーザ加工中に発生する残渣が吸着ステージ６に目詰まりすることによるものである。従って、洗浄除去は不可能であるため、定期的に吸着ステージ６を交換する必要があった。しかし、吸着ステージ６を交換した場合の費用は３００〜４００万円と高額であるため、薄膜太陽電池製造装置４０全体の消耗品コストを増加させる一因となり、その結果、薄膜太陽電池１の製造コストの増加に繋がるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、レーザ加工中に発生する残渣が接続孔６８および集電孔６７から吸着ステージ６に吸い込まれてしまい、吸着ステージ６に目詰まりすることにより生じる、吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止して、安定したレーザ加工による生産性の増大を図ると共に、生産コストの低減を行うことが可能な薄膜太陽電池製造方法および製造装置を提供することにある。

この発明の薄膜太陽電池製造方法は、フレキシブルタイプの絶縁性基板を用いた薄膜太陽電池をロール・ツー・ロール方式により製造する薄膜太陽電池製造方法であって、レーザ加工によるパターニングラインの形成工程に先立ち、薄膜太陽電池の表面に薄膜フィルムを積層し、該薄膜太陽電池に形成された接続孔及び集電孔をマスクする積層工程と、前記積層工程で積層された薄膜フィルムを介して薄膜太陽電池を吸着ステージに吸着固定する吸着固定工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記積層工程における薄膜フィルムの積層は、ロール・ツー・ロール方式による供給手段により巻き出された薄膜フィルムを連続積層手段により薄膜太陽電池の表面に連続的に積層して行うことができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記パターニングラインの形成工程の後に、前記積層工程で積層された薄膜フィルムを薄膜太陽電池から剥離手段により剥離して巻取りロールに巻き取る剥離工程をさらに備えることができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムは薄膜太陽電池に対向する一面が易接着性を有する樹脂フィルムとすることができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記連続積層手段は薄膜太陽電池の表面への薄膜フィルムの積層を２個のロールにより加圧挟持するロールラミネータを用いて行うことができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムは薄膜太陽電池に対向する一面が易接着性を有する熱剥離フィルムとすることができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記連続積層手段は薄膜太陽電池の表面への熱剥離フィルムの積層を第１所定温度で加熱するロールラミネータを用いて行い、前記剥離手段は前記積層工程で積層された熱剥離フィルムの剥離を第２所定温度で加熱して行うことができる。

ここで、この発明の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムの材質は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート(ＰＡＲ)、ポリアミド−イミド(ＰＡＩ)、ポリベンゾイミダゾール(ＰＢＩ)、ポリサルフオン(ＰＳＦまたはＰＳＵ）のいずれかであるものとすることができる。

この発明の薄膜太陽電池製造装置は、この発明のいずれかの薄膜太陽電池製造方法を用いて薄膜太陽電池を製造することを特徴とする。

本発明の薄膜太陽電池製造方法および製造装置によれば、吸着ステージに対向する薄膜太陽電池の表面に薄膜フィルムを積層することにより、薄膜太陽電池に形成された接続孔および集電孔を薄膜フィルムによりマスクする。この薄膜フィルムを介して薄膜太陽電池を吸着ステージに吸着固定する。以上により、レーザ加工中に発生する残渣が接続孔および集電孔から吸着ステージに吸い込まれてしまい、吸着ステージに目詰まりすることにより生じる、吸着ステージの吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができる。この結果、安定したレーザ加工による生産性の増大を図ると共に、生産コストの低減を行うことが可能な薄膜太陽電池製造方法および製造装置を提供することができるという効果がある。

さらに、本発明の薄膜太陽電池製造方法および製造装置によれば、ロール・ツー・ロール方式による薄膜フィルムの供給手段と、薄膜フィルムの薄膜太陽電池の表面上への連続積層手段とにより、薄膜太陽電地の表面上に薄膜フィルムを連続的に積層する。すなわち、薄膜太陽電地の巻き出しと同期したロール・ツー・ロール方式の間欠搬送機能と、薄膜太陽電地の表面上に薄膜フィルムを連続的に貼り付けるロールラミネータと、薄膜太陽電地の表面から薄膜フィルムを連続的に剥離する剥離手段とを用いる。このため、レーザ加工回数に依存した吸着ステージの吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができるという効果がある。薄膜フィルムとして薄膜太陽電池に対向する一面に易粘着性を有するフィルムを用いることにより、吸着ステージにおいて薄膜フィルムと薄膜太陽電池とを一体とする安定した吸着が可能となるという効果がある。

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における薄膜太陽電池製造方法および製造装置２０の一例を説明するため模式図である。図１で従来技術の図４と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。説明の便宜上、必要に応じて従来技術の図３および図５と同じ符号を同じ要素に対して用いる。薄膜太陽電池製造装置２０は、背景技術で説明した薄膜太陽電池製造装置４０に加え、図１に示されるように、薄膜太陽電池１に接する面に粘着性を有する薄膜フィルムＦａを薄膜太陽電池１の搬送と同期して巻き出すための巻き出しロールＲａ、薄膜太陽電池１と薄膜フィルムＦａとを貼り合わせるための２つのロールＲ１およびＲ２の組合せからなるロールラミネータＲＬ、巻き出しロールＲａとロールラミネータＲＬとの間に設けられたガイドロールＧＲ４、加工光学ユニット７によるレーザ加工後に薄膜フィルムＦａを薄膜太陽電池１から除去するための除去機構Ｓ（剥離手段）、薄膜太陽電池１から除去した薄膜フィルムＦａを再びロール状に巻き取るための巻き取りロールＲｂ、および除去機構Ｓと巻き取りロールＲｂとの間に設けられた駆動ロールＦＤ２から構成されている。

次に、薄膜太陽電池製造方法および製造装置２０の機能について説明する。図１に示されるように、まず、薄膜太陽電池１を巻き出しロール２からガイドロールＧＲ１を介して巻き出し、これに同期して薄膜フィルムＦａを巻き出しロールＲａからガイドロールＧＲ４を介して巻き出す。巻き出された薄膜太陽電池１と薄膜フィルムＦａとをロールラミネータＲＬの２つのロールＲ１およびＲ２により加圧扶持することで薄膜太陽電池１に薄膜フィルムＦａを貼り付ける。吸着ステージ６に対向する薄膜太陽電池１の表面に薄膜フィルムＦａを積層することにより、薄膜太陽電池１に形成された接続孔６８および集電孔６７（図５参照）が薄膜フィルムＦａによりマスクされる（積層工程）。

続いて、接続孔６８および集電孔６７が薄膜フィルムＦａによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を搬送し、マーカーホール４（図５参照）を基準に位置決めセンサ５により位置決め停止する。停止した後、薄膜フィルムＦａを貼り合わせた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。すなわち、薄膜フィルムＦａを介して薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する（吸着固定工程）。次に、従来技術で説明した薄膜太陽電池１の接続孔６８または集電孔６７を用いたレーザ加工前アライメント手順（方法）によって、レーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。詳しくは、先ずＣＣＤカメラ１６をフィルム基板（薄膜太陽電池１）に開孔された複数のスルーホール６７の内、指定されたスルーホールＨｓ付近に移動させ、画像処理によりその位置座標ＰＨｓを求める。同様にして、ＣＣＤカメラ１６をスルーホールＨｅ付近に移動させ、画像処理により位置座標ＰＨｅを求める。これらの位置座標ＰＨｓとＰＨｅとのアライメントデータに基づき、ＸＹステージ８の座標系とスルーホールＨｓ、Ｈｅの座標系との間のズレ（設計値と実測値との間のズレ）に対してレーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。この後、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行う。詳しくは、レーザ発振器１０から出力されたレーザ光をファイバ光学系１２、加工光学ユニット７内の入射光学系１３、特定波長だけを反射するハーフミラー１４、出射光学系１５により伝送させる。出射光学系１５により薄膜太陽電池１上の薄膜に焦点を調整してレーザ光１１を薄膜太陽電池１上に照射し、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行った（以上、パターニングラインの形成工程）。

次に、薄膜フィルムＦａを貼り付けた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６から吸着解除する。この後、接続孔６８および集電孔６７が薄膜フィルムＦａによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を再び搬送し、除去機構Ｓにより薄膜フィルムＦａを薄膜太陽電池１から剥離する。続いて、薄膜太陽電池１から剥離した薄膜フィルムＦａを、再びロール状に巻き取るための巻き取りロールＲｂに駆動ロールＦＤ２を介して巻き取る（以上、剥離工程）。薄膜フィルムＦａが剥離された薄膜太陽電池１は、駆動ロールＦＤを介して巻き取りロール３に再びロール状に巻き取る。

以上より、本発明の実施例１によれば、まず、薄膜太陽電池１を巻き出しロール２からガイドロールＧＲ１を介して巻き出し、これに同期して薄膜フィルムＦａを巻き出しロールＲａからガイドロールＧＲ４を介して巻き出す。巻き出された薄膜太陽電池１と薄膜フィルムＦａとをロールラミネータＲＬの２つのロールＲ１およびＲ２により加圧扶持することで薄膜太陽電池１に薄膜フィルムＦａを貼り付ける。吸着ステージ６に対向する薄膜太陽電池１の表面に薄膜フィルムＦａを積層することにより、薄膜太陽電池１に形成された接続孔６８および集電孔６７が薄膜フィルムＦａによりマスクされる。続いて、接続孔６８および集電孔６７が薄膜フィルムＦａによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を搬送し、マーカーホール４を基準に位置決めセンサ５により位置決め停止する。停止した後、剥離フィルムＦａを貼り合わせた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。すなわち、薄膜フィルムＦａを介して薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。次に、従来技術で説明した薄膜太陽電池１の接続孔６８または集電孔６７を用いたレーザ加工前アライメント手順（方法）によって、レーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。この後、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行う。次に、薄膜フィルムＦａを貼り付けた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６から吸着解除する。この後、接続孔６８および集電孔６７が薄膜フィルムＦａによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を再び搬送し、除去機構Ｓにより薄膜フィルムＦａを薄膜太陽電池１から剥離する。続いて、薄膜太陽電池１から剥離した薄膜フィルムＦａを、再びロール状に巻き取るための巻き取りロールＲｂに駆動ロールＦＤ２を介して巻き取る。薄膜フィルムＦａが剥離された薄膜太陽電池１は、駆動ロールＦＤを介して巻き取りロール３に再びロール状に巻き取る。

本発明の実施例１によれば、吸着ステージ６に対向する薄膜太陽電池１の表面に薄膜フィルムＦａを積層することにより、薄膜太陽電池１に形成された接続孔６８および集電孔６７を薄膜フィルムＦａによりマスクすることができる。この薄膜フィルムＦａを介して薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。以上により、レーザ加工中に発生する残渣が接続孔６８および集電孔６７から吸着ステージ６に吸い込まれてしまい、吸着ステージ６に目詰まりすることにより生じる、吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができる。この結果、安定したレーザ加工による生産性の増大を図ると共に、生産コストの低減を行うことが可能な薄膜太陽電池製造方法および製造装置２０を提供することができる。

さらに、本発明の実施例１によれば、薄膜太陽電池製造方法および製造装置２０は、ロール・ツー・ロール方式による薄膜フィルムＦａの供給手段（巻き出しロールＲａおよびガイドロールＧＲ４）と、薄膜フィルムＦａの薄膜太陽電池１の表面上への連続積層手段（２つのロールＲ１およびＲ２を用いたロールラミネータＲＬ）とにより、薄膜太陽電地１の表面上に薄膜フィルムＦａを連続的に積層する。すなわち、薄膜太陽電地１の巻き出しと同期したロール・ツー・ロール方式の間欠搬送機能と、薄膜太陽電地１の表面上に薄膜フィルムＦａを連続的に貼り付けるロールラミネータＲＬと、薄膜太陽電地１の表面から薄膜フィルムＦａを連続的に剥離する除去機構Ｓとを用いる。このため、レーザ加工回数に依存した吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができる。

薄膜フィルムＦａは薄膜太陽電池１に接する面（薄膜太陽電池１に対向する一面）に易粘着性を有する樹脂フィルムであることが好適である。この結果、吸着ステージ６において薄膜フィルムＦａと薄膜太陽電池１とを一体とする安定した吸着が可能となる。

薄膜フィルムＦａの材質としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート(polyalylate : ＰＡＲ)、ポリアミド−イミド(polyamide-imide : ＰＡＩ)、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole : ＰＢＩ)、ポリサルフオン(polysulfone : ＰＳＦまたはＰＳＵ）の内のいずれかであることが好適である。

図２は、本発明の実施例２における薄膜太陽電池製造方法および製造装置３０の一例を説明するため模式図である。図２で図１と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。説明の便宜上、必要に応じて従来技術の図３および図５と同じ符号を同じ要素に対して用いる。実施例２の薄膜太陽電池製造装置３０と実施例１の薄膜太陽電池製造装置２０との相違は、巻き出しロールＲａが薄膜太陽電池１に対向する一面に易粘着性を有する熱剥離フィルム（薄膜フィルム）Ｆｂを備えており、当該熱剥離フィルムＦｂが薄膜太陽電池１の搬送と同期して巻き出しロールＲａから巻き出される点と、ロールラミネータＲＬが薄膜太陽電池１と薄膜フィルムＦｂとを第１所定温度で加熱して貼り合わせる点と、加工光学ユニット７によるレーザ加工後に薄膜フィルムＦｂを第２所定温度で加熱して薄膜太陽電池１から除去するための加熱除去機構Ｋｓ（剥離手段）を備えた点と、巻き取りロールＲｂが薄膜太陽電池１から除去した熱剥離フィルムＦｂを再びロール状に巻き取る点とにある。

熱剥離フィルムＦｂとしては、日東電工株式会社製の商品名「リバアルファ（登録商標）」を用いた。上記「リバアルファ」はシート状の粘着性フィルムであり、当該シート状の粘着性フィルムはＰＥＴフィルムに対しては温度９０℃以上で接着強度が０となると共に、温度１００℃では1秒以内に接着強度が０になるという特性を有する熱剥離フィルムである。この場合、ロールラミネータＲＬが加熱する際の第１所定温度は約８０℃以下であり、加熱除去機構Ｋｓが加熱する際の第２所定温度は約８０℃〜１００℃となる。

次に、薄膜太陽電池製造方法および製造装置３０の機能について説明する。図２に示されるように、まず、薄膜太陽電池１を巻き出しロール２からガイドロールＧＲ１を介して巻き出し、これに同期して熱剥離フィルムＦｂを巻き出しロールＲａからガイドロールＧＲ４を介して巻き出す。巻き出された薄膜太陽電池１と熱剥離フィルムＦｂとをロールラミネータＲＬが第１所定温度で加熱することにより薄膜太陽電池１に熱剥離フィルムＦｂを張り合わせる。吸着ステージ６に対向する薄膜太陽電池１の表面に熱剥離フィルムＦｂを積層することにより、薄膜太陽電池１に形成された接続孔６８および集電孔６７（図５参照）が熱剥離フィルムＦｂによりマスクされる。

続いて、接続孔６８および集電孔６７が熱剥離フィルムＦｂによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を搬送し、マーカーホール４（図５参照）を基準に位置決めセンサ５により位置決め停止する。停止した後、熱剥離フィルムＦｂを貼り合わせた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。すなわち、熱剥離フィルムＦｂを介して薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。次に、従来技術で説明した薄膜太陽電池１の接続孔６８または集電孔６７を用いたレーザ加工前アライメント手順（方法）によって、レーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。詳しくは、先ずＣＣＤカメラ１６をフィルム基板（薄膜太陽電池１）に開孔された複数のスルーホール６７の内、指定されたスルーホールＨｓ付近に移動させ、画像処理によりその位置座標ＰＨｓを求める。同様にして、ＣＣＤカメラ１６をスルーホールＨｅ付近に移動させ、画像処理により位置座標ＰＨｅを求める。これらの位置座標ＰＨｓとＰＨｅとのアライメントデータに基づき、ＸＹステージ８の座標系とスルーホールＨｓ、Ｈｅの座標系との間のズレ（設計値と実測値との間のズレ）に対してレーザパターニングの開始位置補正および角度補正を行なう。この後、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行う。詳しくは、レーザ発振器１０から出力されたレーザ光をファイバ光学系１２、加工光学ユニット７内の入射光学系１３、特定波長だけを反射するハーフミラー１４、出射光学系１５により伝送させる。出射光学系１５により薄膜太陽電池１上の薄膜に焦点を調整してレーザ光１１を薄膜太陽電池１上に照射し、第１電極層６２または接続電極層６５のパターニングラインの形成を行う。

次に、熱剥離フィルムＦｂを貼り付けた薄膜太陽電池１を吸着ステージ６から吸着解除する。この後、接続孔６８および集電孔６７が熱剥離フィルムＦｂによりマスクされた状態の薄膜太陽電池１を再び搬送し、加熱除去機構Ｋｓにより８０℃〜１００℃（第２所定温度）で加熱を行って、熱剥離フィルムＦｂを薄膜太陽電池１から剥離する。続いて、薄膜太陽電池１から剥離した熱剥離フィルムＦｂを、再びロール状に巻き取るための巻き取りロールＲｂに駆動ロールＦＤ２を介して巻き取る。熱剥離フィルムＦｂが剥離された薄膜太陽電池１は、駆動ロールＦＤを介して巻き取りロール３に再びロール状に巻き取る。

以上より、本発明の実施例２によれば、巻き出しロールＲａに実施例１の薄膜フィルムＦａに替えて熱剥離フィルムを備えさせ、ロールラミネータＲＬにより第１所定温度で加熱して薄膜太陽電池１と薄膜フィルムＦｂとを貼り合わせる。加工光学ユニット７によるレーザ加工後に薄膜フィルムＦｂを第２所定温度で加熱して薄膜太陽電池１から除去するための加熱除去機構Ｋｓを新たに備え、巻き取りロールＲｂに薄膜太陽電池１から除去した熱剥離フィルムＦｂを再びロール状に巻き取らせる。吸着ステージ６に対向する薄膜太陽電池１の表面に実施例１の薄膜フィルムＦａに替えて熱剥離フィルムＦｂを積層することにより、薄膜太陽電池１に形成された接続孔６８および集電孔６７を熱剥離フィルムＦｂによりマスクする。この熱剥離フィルムＦｂを介して薄膜太陽電池１を吸着ステージ６に吸着固定する。以上により、実施例１と同様に、レーザ加工中に発生する残渣が接続孔６８および集電孔６７から吸着ステージ６に吸い込まれてしまい、吸着ステージ６に目詰まりすることにより生じる、吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができる。この結果、安定したレーザ加工による生産性の増大を図ると共に、生産コストの低減を行うことが可能な薄膜太陽電池製造方法および製造装置３０を提供することができる。

実施例２においても実施例１と同様に、薄膜太陽電池製造方法および製造装置３０は、ロール・ツー・ロール方式による熱剥離フィルムＦｂの供給手段（巻き出しロールＲａおよびガイドロールＧＲ４）と、熱剥離フィルムＦｂの薄膜太陽電池１の表面上への連続積層手段（ロールラミネータＲＬ）とにより、薄膜太陽電地１の表面上に熱剥離フィルムＦｂを連続的に積層する。すなわち、薄膜太陽電地１の巻き出しと同期したロール・ツー・ロール方式の間欠搬送機能と、薄膜太陽電地１の表面上に熱剥離フィルムＦｂを第１所定温度で加熱することにより連続的に貼り合わせるロールラミネータＲＬと、薄膜太陽電地１の表面から熱剥離フィルムＦｂを第２所定温度で加熱して連続的に剥離する加熱除去機構Ｋｓとを用いる。このため、レーザ加工回数に依存した吸着ステージ６の吸着面の汚染による変色に起因する画像処理エラーの発生を防止することができる。

実施例２においても実施例１と同様に、熱剥離フィルムＦｂは薄膜太陽電池１に接する面（薄膜太陽電池１に対向する一面）に易粘着性を有する樹脂フィルムであることが好適である。この結果、吸着ステージ６において熱剥離フィルムＦｂと薄膜太陽電池１とを一体とする安定した吸着が可能となる。

熱剥離フィルムＦｂの材質としては、実施例１の薄膜フィルムＦａと同様に、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ＰＡＲ、ＰＡＩ、ＰＢＩ、ＰＳＦ（またはＰＳＵ）の内のいずれかであることが好適である。

本発明の活用例として、薄膜太陽電池モジュールの製造方法および製造装置に対して適用することができる。

本発明の実施例１における薄膜太陽電池製造方法および製造装置２０の一例を説明するため模式図である。本発明の実施例２における薄膜太陽電池製造方法および製造装置３０の一例を説明するため模式図である。フレキシブルタイプの絶縁性基板６１を用いた薄膜太陽電池６０の概略構造を示す斜視図である。薄膜太陽電池６０の従来のレーザ加工による薄膜太陽電池製造方法および製造装置４０の一例を説明するための模式図である。薄膜太陽電池６０の表面を示す模式図である。

符号の説明

１、６０薄膜太陽電池、２巻き出しロール、３巻き取りロール、４マーカーホール、５位置決めセンサ、６吸着ステージ、７加工光学ユニット、８ＸＹステージ、９制御コントローラ、１０レーザ発振器、１１レーザ光、１２ファイバ光学系、１３入射光学系、１４ハーフミラー、１５出射光学系、１６ＣＣＤカメラ、１７画像処理ユニット、２０、３０薄膜太陽電池製造装置、４０従来の薄膜太陽電池製造装置、６１フレキシブルタイプの絶縁性基板（基板)、６２第１電極層（下電極層）、６３光電変換層、６４透明電極層(第２電極層)、６５接続電極層（裏面側電極層）、６７集電孔、６８接続孔、７０、７１分離位置（セル分割溝。パターニングライン）。

Claims

フレキシブルタイプの絶縁性基板を用いた薄膜太陽電池をロール・ツー・ロール方式により製造する薄膜太陽電池製造方法であって、レーザ加工によるパターニングラインの形成工程に先立ち、
薄膜太陽電池の表面に薄膜フィルムを積層し、該薄膜太陽電池に形成された接続孔及び集電孔をマスクする積層工程と、
前記積層工程で積層された薄膜フィルムを介して薄膜太陽電池を吸着ステージに吸着固定する吸着固定工程とを備えたことを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項１記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記積層工程における薄膜フィルムの積層は、ロール・ツー・ロール方式による供給手段により巻き出された薄膜フィルムを連続積層手段により薄膜太陽電池の表面に連続的に積層して行うことを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項２記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記パターニングラインの形成工程の後に、前記積層工程で積層された薄膜フィルムを薄膜太陽電池から剥離手段により剥離して巻取りロールに巻き取る剥離工程をさらに備えたことを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項２又は３記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムは薄膜太陽電池に対向する一面が易接着性を有する樹脂フィルムであることを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項４記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記連続積層手段は薄膜太陽電池の表面への薄膜フィルムの積層を２個のロールにより加圧挟持するロールラミネータを用いて行うことを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項３記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムは薄膜太陽電池に対向する一面が易接着性を有する熱剥離フィルムであることを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項６記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記連続積層手段は薄膜太陽電池の表面への熱剥離フィルムの積層を第１所定温度で加熱するロールラミネータを用いて行い、前記剥離手段は前記積層工程で積層された熱剥離フィルムの剥離を第２所定温度で加熱して行うことを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜太陽電池製造方法において、前記薄膜フィルムの材質は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート(ＰＡＲ)、ポリアミド−イミド(ＰＡＩ)、ポリベンゾイミダゾール(ＰＢＩ)、ポリサルフオン(ＰＳＦまたはＰＳＵ）のいずれかであることを特徴とする薄膜太陽電池製造方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載の薄膜太陽電池製造方法を用いて薄膜太陽電池を製造することを特徴とする薄膜太陽電池製造装置。