JP4774156B2 - 薄膜加工方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜加工方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法に係り、特には、レーザビームを利用して薄膜に溝を形成する薄膜加工方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、薄膜光電変換モジュールは、複数の薄膜光電変換セルをガラス基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの薄膜光電変換セルは、一般的には、ガラス基板上への前面透明電極層、薄膜光電変換ユニット、及び裏面電極層の成膜とパターニングとを順次行うことにより形成されている。
【０００３】
薄膜光電変換モジュールの製造では、それら薄膜のパターニングにレーザスクライブが多用されている。このレーザスクライブは、各薄膜を分割する溝を形成するためのものであり、レーザから出射されたレーザビームを薄膜に照射するのとともにそのビームの光軸と薄膜とを相対移動させることによって行われる。
【０００４】
ところで、そのような溝は発電には寄与しないため、溝の幅を狭めることが望まれている。このような要求に対しては、例えば、集束レンズを用いてビームスポットのサイズを小さくすることにより対応可能である。しかしながら、その場合、溝の幅を最小とすべく集束レンズから薄膜までの距離を調節すると、ビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなり、加工すべき薄膜に隣接する構成部材にダメージを与えてしまう。
【０００５】
薄膜位置でのパワー密度は、例えば、レーザとしてパルスレーザを使用する場合には、パルスの周期を長くすることによって低下させることができる。しかしながら、パルスレーザを用いて薄膜に溝を形成するには、ビームスポットの一部を１周期前のビームスポットの位置に部分的に重ねなければならない。そのため、パルスの周期を長くすると、極端な場合には、溝は形成されずに複数の孔の列が形成されることとなる。それゆえ、従来技術によると、集束レンズ−薄膜間距離を溝の幅が最小となる条件からずらすことによりビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなるのを防止していた。
【０００６】
しかしながら、このような対処も、大面積の薄膜光電変換モジュールの製造に対してはあまり有効ではない。すなわち、大面積の薄膜光電変換モジュールの製造では基板の撓みは避けられない。そのため、ビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなるのを防止すべく集束レンズ−薄膜間距離を溝の幅が最小となる条件からずらしたとしても、その状態が常に維持される訳ではない。それゆえ、部分的にビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなって加工すべき薄膜に隣接する構成部材がダメージを受けるか、或いは、溝の幅のばらつきが許容範囲を超えてしまうということがあった。
【０００７】
このような問題は、ハイブリッド型の薄膜光電変換モジュールの製造において特に顕著である。ハイブリッド型薄膜光電変換モジュールの製造プロセスでは、例えば、微結晶シリコン層を有する薄膜光電変換ユニット及び非晶質シリコン層を有する薄膜光電変換ユニットの双方を同時に分割する溝形成工程が実施されるが、微結晶シリコン層は一般に使用されるレーザビームに対する吸収係数が小さく、しかも、結晶質シリコン層は非晶質シリコン層に比べてより厚く形成される。そのため、それら薄膜光電変換ユニットの厚さ方向全体にわたって適切なパワー密度を実現すること自体が困難であり、したがって、基板の僅かな撓みが生じただけで上記の問題を生じてしまう。
【０００８】
このように、従来技術では、許容範囲内の幅で溝を形成するには、集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離を極めて高精度に制御する必要があった。すなわち、従来技術では、集束レンズ−薄膜間距離に関するマージンが狭いため、高い加工精度を実現することや、薄膜光電変換モジュールの安定生産が困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、集束レンズから薄膜までの距離を高精度に制御することなく、高い加工精度で薄膜に溝を形成することが可能な薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、薄膜光電変換モジュールの安定生産を実現し得る薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するに当たり、本発明者らは、集束レンズから加工されるべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗと関係について調べた。その結果、レーザビームとしてガウスビームを用いた場合、加工条件を適宜設定することにより、幅ｗを加工許容範囲内とする距離ｄの範囲を著しく拡張し得ることを見出した。また、そのような条件のもとで形成した溝の一部は、従来技術を用いて形成した溝には見ることのできない極めて特徴的な構造を有していることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明によると、レーザから出射されたガウスビームを集束レンズで集束させて基板上に形成された薄膜に照射するとともに前記集束レンズで集束させたビームの光軸と前記基板とを相対移動させることにより前記薄膜に溝を形成する工程を含み、前記溝を形成する工程において、前記基板は撓んでおり、前記集束レンズから前記薄膜までの距離ｄは、前記基板の撓みに起因して変動し、前記溝を形成する工程は、前記距離ｄと前記距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）が２つの極大値と１つの極小値とを有し、前記１つの極小値に対応した前記距離ｄが、前記幅ｗについて予め定められている加工許容範囲に対応した前記距離ｄの範囲内となり、前記基板の撓みに起因した前記距離ｄの変動が、前記加工許容範囲に対応した前記距離ｄの前記範囲内に維持されるように、前記距離ｄの設定値と、前記集束レンズに入射する直前の前記ガウスビームの径とを調整した条件のもとで行うことを特徴とする薄膜加工方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によると、基板と前記基板の一方の主面に設けられた複数の薄膜光電変換セルとを具備し、前記複数の薄膜光電変換セルの隣り合った各２つの間に溝が設けられた薄膜光電変換モジュールの製造方法であって、上記の薄膜加工方法によって前記溝の少なくとも１つを形成することを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【００１３】
なお、ここでは、用語「溝の或る位置での幅」を、その位置を中心とする溝の長手方向１ｍｍの範囲内にあり且つ０．１ｍｍの距離を隔てて離間された１０箇所の幅の平均値と定義する。したがって、用語「溝の幅ｗ」や「溝の幅Ｗ」は、上記定義のもとで使用される。
【００１４】
本発明の方法において、溝を形成する工程は、２つの極大値と１つの極小値とが上記加工許容範囲内に入るようにレーザビームを調整した条件のもとで行ってもよい。また、溝を形成する工程は、上記薄膜に少なくとも部分的に上記極小値に等しい幅を有する溝を形成することを含むことが好ましい。
【００１５】
本発明の方法において、上記条件の導出は、例えば、溝を形成する工程に先立ち、レーザと集束レンズとの間でビーム径を変化させることによって行うことができる。また、本発明の方法は、上記薄膜が少なくとも一辺が３０ｃｍ以上の基板上に形成されたものである場合や、上記薄膜が薄膜光電変換モジュール，特にはそれぞれの薄膜光電変換セルがハイブリッド型であるモジュール，の一部を構成する場合などに極めて有効である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
まず、本発明の原理について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、集束レンズで集束させたレーザビームを概略的に示す図である。図２は、図１に示す位置Ａ〜Ｃにおけるレーザビームの強度分布を示すグラフである。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、レーザビームを集束させるための集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関係を示すグラフである。
【００１８】
なお、図１（ａ），（ｂ）において、破線３１はレーザビーム３０の光軸を示し、破線Ａはレーザビーム３０のビーム径が最も小さな位置，所謂、焦点位置，を示し、破線Ｂ及びＣは位置Ａから離間した位置をそれぞれ示している。また、図２において、横軸はレーザビーム３０の光軸からの距離を示し、縦軸はパワー密度を示している。さらに、図３（ａ）〜（ｃ）において、横軸は集束レンズから薄膜までの距離ｄを示し、縦軸はその距離ｄのもとで薄膜に形成され得る溝の幅ｗを示している。
【００１９】
従来技術で薄膜に溝を形成する場合、図１（ａ）に示すように、位置Ａにおけるレーザビーム３０のビーム径を極めて小さくしていた。これは、レーザ装置としては、一般に細くレーザビームを集束できるほど良い装置であると考えられているからであり、実際、焦点位置から被加工物を離すことで幅広い加工幅範囲を実現できる装置となる。この場合、ガウス型レーザビームの強度分布プロファイルは、図２に示すように、位置Ａでは非常にシャープであるが、位置Ａから離れた位置Ｂではややブロードになり、さらに離れた位置Ｃでは著しくブロードになる。
【００２０】
ところで、距離ｄのもとで薄膜に形成され得る溝の幅ｗを決定する主な要因は、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０のビーム径ではなく、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０の強度分布及び臨界パワーである。すなわち、幅ｗは、主として、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０の強度分布と、その薄膜を溶断または昇華するのに必要な最低限のパワーとによって決定される。そのため、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、ビーム径と幅ｗとの間の関係に一致せず、図３（ａ）に示すように、１つの極小値と２つの極大値とを有することとなる。なお、この極小値に対応する距離ｄは集束レンズの焦点距離ｆと同義ではないが、ほぼ一致する値である。
【００２１】
上述のように、従来技術では、位置Ａにおけるレーザビーム３０のピークパワーは過剰に高いため、位置Ａを薄膜の位置に合わせた場合、隣接する他の薄膜などにダメージを与えてしまう。また、図３（ａ）に示すように、従来技術では、通常、幅ｗの極大値はその許容範囲よりも遥かに高い値である。したがって、従来技術によると、実際に形成すべき溝の幅の設計値を例えば参照番号３２で示される範囲内とすることが必要であり、また、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御するには、集束レンズから薄膜までの距離ｄを参照番号３３〜３６で示すいずれかの範囲内に維持しなければならない。
【００２２】
これに対し、図３（ａ）でレーザビーム３０のパワーを小さくした場合、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、図３（ｂ）に示すような曲線を描く。すなわち、極大値と極小値との差が小さくなるのに加え、極大値がより小さな値となる。したがって、この場合、上記極大値或いはその近傍の値を実際に形成すべき溝の幅の設計値とすることができ、それゆえ、集束レンズから薄膜までの距離ｄを参照番号３７及び３８で示すいずれかの範囲内に維持すれば、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御することができる。
【００２３】
このようにして実現される範囲３７及び３８は、それぞれ、図３（ａ）に示す範囲３３〜３６のそれぞれよりも遥かに広い。例えば、範囲３７及び３８のそれぞれは、範囲３３〜３６のそれぞれの２倍〜３倍程度になる。したがって、この場合、距離ｄをそれほど高精度に制御することなく、比較的高い加工精度で薄膜に溝を形成することができる。また、この場合、比較的厚い薄膜（単層構造であってもよく、積層構造であってもよい）に溝を形成する際に、その膜厚方向全体にわたって適正なパワー密度を実現することができる。
【００２４】
レーザビーム３０の位置Ａにおけるビーム径を図１（ｂ）に示すように制御した場合、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、図３（ｃ）に示すような曲線を描く。すなわち、極大値と極小値との差が小さくなるのに加え、極大値がより小さな値となり且つ極小値がより大きな値となる。したがって、この場合、例えば上記極小値或いはその近傍の値を実際に形成すべき溝の幅の設計値とすることができ、それゆえ、距離ｄを参照番号３９で示す範囲内に維持すれば、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御することができる。
【００２５】
図３（ｃ）に示す範囲３９は、図３（ａ）に示す範囲３３〜３６のそれぞれよりも遥かに広いのは勿論のこと、図３（ｂ）に示す範囲３７及び３８のそれぞれと比較しても遥かに広い。例えば、範囲３９は、範囲３３〜３６のそれぞれの４倍〜８倍程度になる。したがって、この場合、例えば、距離ｄの平均値が幅ｗを極小値とする値となるように被加工薄膜の位置を合わせることにより、距離ｄを高精度に制御することなく、幅広い距離ｄの値で安定して、高い加工精度で薄膜に溝を形成することができる。また、この場合、厚い薄膜（単層構造であってもよく、積層構造であってもよい）に溝を形成する際にも、その膜厚方向全体にわたって適正なパワー密度を実現することができる。
【００２６】
なお、図３（ｃ）に関しては、図３（ｃ）に示す曲線の極大値及び極小値の双方が範囲３２内となるように加工条件を制御することについて説明したが、極小値が範囲３２内にあれば、極大値は必ずしも範囲３２内とする必要はない。また、上記極小値或いはその近傍の値を実際に形成する溝の幅Ｗの設計値とすることが好ましい。この場合、より幅の狭い溝を形成する上で有利である。
【００２７】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示す曲線は、レーザ加工機の光学条件及び加工速度などの加工条件を制御することによって実現可能である。その実現方法に特に制限はないが、以下に説明する方法を利用することが好ましい。
【００２８】
図４は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を概略的に示す図である。図４に示すレーザ加工機５１は、ガウス型のレーザビーム３０を出射するレーザ５２、エクスパンダ５３、折り返しミラー５４、可変エクスパンダ（或いは、「レデューサ」または「電動デフォーカス」）５５、集束レンズ５６、及びＸＹテーブル５７を有している。なお、図４において、ＸＹテーブル５７上には、溝が形成されるべき薄膜５８が形成された透明基板２が載置されている。
【００２９】
このレーザ加工機５１によると、薄膜５８への溝の形成は、集束レンズ５６で集束されたレーザビーム３０を透明基板２を介して薄膜５８に照射しつつ、ＸＹテーブル５７を紙面に対して垂直な方向及び／または図中横方向に移動させることによって行われる。より詳細に説明すると、レーザ５２からパルス状に或いは連続的に出射されたレーザビーム３０は、まず、ビームの拡散を抑制する目的でエクスパンダ５３によりビーム径を拡大される。その後、ビーム径を拡大されたレーザビーム３０は、ミラー５４で反射され、可変エクスパンダ５５によってビーム径を縮小される。ビーム径を縮小されたレーザビーム３０は、集束レンズ５６により集束されて薄膜５８に照射される。
【００３０】
ところで、レーザビーム３０がガウスビームである場合、その最も集束した位置でのビーム径は集束レンズ５６に入射する直前のビーム径に反比例する。この集束レンズ５６に入射する直前のビーム径は、可変エクスパンダ５５の倍率を変化させることによって容易に制御可能である。したがって、図４に示すレーザ加工機５１によると、形成すべき溝の幅の設計値や薄膜５８の種類を変える場合、複雑な調整等を必要とすることなく、可変エクスパンダ５５の倍率を変化させるという極めて簡便な方法で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示す曲線を実現することができる。
【００３１】
なお、図４では、透明基板２を介して薄膜５８にレーザビーム３０を照射しているが、薄膜５８側からレーザビーム３０を照射してもよい。また、図４に示すレーザ加工機５１は、レーザ５２のレーザビーム出射口に外部アパーチャを有していてもよい。さらに、図４に示すレーザ加工機５１は、エクスパンダ５３とミラー５４との間に孫ビーム除去アパーチャを有していてもよい。そのようなアパーチャとしては、それに入射する直前のビーム径の１倍〜０．５倍の径を有するアパーチャを使用することができる。
【００３２】
上述した薄膜加工方法は、様々な薄膜の加工に利用可能であるが、薄膜光電変換モジュールの製造に特に有用である。以下、上記薄膜加工方法をハイブリッド型薄膜光電変換モジュールの製造に適用した場合について説明する。
【００３３】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１を概略的に示す平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す薄膜光電変換モジュール１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図５（ｂ）には、モジュール１の一部のみが描かれている。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１は、透明基板２上に複数の薄膜光電変換セル１０を集積した構造を有している。これら薄膜光電変換セル１０は帯状の形状を有しており、互いに直列接続されて直列アレイ１１を構成している。なお、この直列アレイ１１の両端には、リボン状の銅箔等からなる一対の電極バスバー１２が取り付けられている。
【００３５】
本実施形態に係るモジュール１について、図５（ｂ）を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図５（ｂ）に示すように、モジュール１の薄膜光電変換セル１０は、透明基板２上に、透明前面電極層３、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニット４ａ、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニット４ｂ、及び裏面電極層５を順次積層した構造を有している。すなわち、このモジュール１は、透明基板２側から入射する光を、ハイブリッド型構造を形成する光電変換ユニット４ａ，４ｂによって光電変換するものである。
【００３６】
本実施形態において、薄膜光電変換モジュール１には、上記薄膜を分割する第１及び第２の分離溝２１，２２と接続溝２３とが設けられている。これら第１及び第２の分離溝２１，２２並びに接続溝２３は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合うセル１０間の境界は、第１及び第２の分離溝２１，２２によって規定されている。
【００３７】
第１の分離溝２１は、透明前面電極層３をセル１０に対応して分割している。この第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ｂを構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明前面電極層３同士を電気的に絶縁している。
【００３８】
第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、薄膜光電変換ユニット４ａと薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層５とをそれぞれのセル１０に対応して分割しており、裏面電極層５の露出面に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この第２の分離溝２２は、隣り合うセル１０間で裏面電極層５同士を電気的に絶縁している。
【００３９】
接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の分離溝２２との間に及び第１の分離溝２１と隣接して設けられている。接続溝２３は、薄膜光電変換ユニット４ａ及び薄膜光電変換ユニット４ｂを分割しており、薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層５との界面の位置に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この接続溝２３は、裏面電極層５を構成する金属などの導電性材料で埋め込まれており、隣り合うセル１０の一方の裏面電極層５と他方の透明前面電極層３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及びそれを埋め込む金属などの導電性材料は、基板２上に並置されたセル１０同士を直列接続する役割を担っている。
【００４０】
次に、上述したモジュール１の各構成要素について説明する。
透明基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。
【００４１】
透明前面電極層３は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明前面電極層３は単層構造でも多層構造であってもよい。透明前面電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。
【００４２】
薄膜光電変換ユニット４ａは非晶質光電変換層を備えており、例えば、透明前面電極層３側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、非晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４３】
一方、薄膜光電変換ユニット４ｂは結晶質光電変換層を備えており、例えば、中間反射層５側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、結晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４４】
これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを構成するｐ型半導体層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、非晶質光電変換層及び結晶質光電変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を挙げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、ｎ型半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００４５】
裏面電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板２から光電変換ユニット４ａ，４ｂに入射し裏面電極層５に到達した光を反射して光電変換ユニット４ａ，４ｂ内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極層５は、銀やアルミニウム等の金属材料を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。また、裏面電極層５は、光電変換ユニット４ｂ側の面に、例えば金属からなる導電性薄膜と光電変換ユニット４ｂとの間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明導電性薄膜（図示せず）をさらに有することができる。
【００４６】
本実施形態によると、上述したモジュール１は、例えば以下に示す方法により製造することができる。
まず、透明基板２の一方の主面上に、透明前面電極層３を連続膜として成膜する。次に、連続膜として形成した透明前面電極層３にＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって第１の分離溝２１を形成し、透明前面電極層３を各セル１０に対応して分割する。透明前面電極層３のレーザスクライブに伴って生じる導電性の微細粉は、超音波洗浄などによって必要に応じて除去する。
【００４７】
次いで、透明前面電極層３上に薄膜光電変換ユニット４ａを連続膜として成膜する。この薄膜光電変換ユニット４ａの成膜に伴い、透明前面電極層３に形成した第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ａを構成する非晶質材料で埋め込まれる。続いて、薄膜光電変換ユニット４ａ上に薄膜光電変換ユニット４ｂを連続膜として成膜する。
【００４８】
その後、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって接続溝２３を形成する。次に、光電変換ユニット４ｂ上に裏面電極層５を形成する。この裏面電極層５の形成に伴い、接続溝２３は金属のような導電性材料で埋め込まれ、接続溝２３を埋め込む導電性材料を介して裏面電極層５と透明前面電極層３とが電気的に接続される。
【００４９】
次に、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及び裏面電極層５に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって第２の分離溝２２を形成する。さらに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって発電領域を確定し、セル１０が形成する列の両端部に一対の電極バスバー１２を設ける。以上のようにして、図５（ａ），（ｂ）に示す構造を得る。
【００５０】
さて、本実施形態によると、第１の分離溝２１、第２の分離溝２２、接続溝２３、及び発電領域を確定するために形成する溝の少なくとも１種は、上述した薄膜加工方法によって形成される。このような方法によって形成した溝は、通常、他の方法を用いて形成した溝には見ることのできない極めて特徴的な構造を有している。これについては、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００５１】
図６は、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の製造プロセスにおける溝形成工程を概略的に示す図である。また、図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、基板２の撓み量と形成される溝の幅Ｗとの関係を示すグラフである。なお、図６において溝が形成される薄膜は省略されている。また、図７（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、横軸は撓み量を示し、縦軸は溝の幅Ｗを示している。
【００５２】
レーザにより基板上の薄膜を加工する場合、被加工物を飛散させたり、基板載置台からの反射を避けるため、基板をその周囲で保持し、基板の加工部分の下部を中空にする必要がある。したがって、薄膜光電変換モジュール１が大面積である場合、大面積であることにも起因して、溝形成工程で集束レンズ５６側が凹または凸となるように基板２が撓むのは避けられない。そのため、集束レンズ５６から基板２上に形成された薄膜までの距離ｄをある位置で所定値に設定したとしても、その状態は基板２の全体にわたって維持される訳ではない。そのため、溝形成工程で基板２が撓んでいた場合、溝に沿ってその幅Ｗは変化する。
【００５３】
幅Ｗの変化は、一見、溝の形成方法を特定する情報を含んでいないように思える。しかしながら、場合によっては、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を求めることにより、溝の形成にどの方法が使用されたのかを特定することが可能となる。
【００５４】
例えば、図６に示すように、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄがより短くなる場合を撓み量がマイナスになり、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄがより長くなる場合を撓み量がプラスになると定義すると、距離ｄの設定値を図３（ａ）に示す範囲３３または範囲３５内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ｂ）に示すようになる。また、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ａ）に示す範囲３４または範囲３６内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ａ）に示すようになる。
【００５５】
集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ｂ）に示す範囲３７または範囲３８内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ａ）〜（ｃ）のいずれかに示すようになる。なお、図７（ｃ）に示す曲線は、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄが図３（ｂ）に示す範囲３７，３８のいずれかの極大値を跨いで変動した場合に得られるものであり、それ以外の場合には、図７（ａ）に示す曲線或いは図７（ｂ）に示す曲線が得られる。
【００５６】
また、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ｃ）に示す範囲３９内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ｄ）に示すようになる。なお、図７（ｄ）に示す曲線は、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄが図３（ｃ）に示す範囲３９のほぼ全体にわたって変動した場合に得られるものであり、通常は、図７（ｄ）に示す曲線の一部のみが得られる。例えば、距離ｄが図３（ｃ）に示す２つの極大値の間で及び極小値を跨いで変動した場合には、図７（ｄ）に示す曲線の２つの極大値の間に位置する部分のみが得られる。
【００５７】
以上から明らかなように、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を調べて図７（ｃ）または（ｄ）に示すように極大値を有する曲線が得られた場合には、その溝の形成に利用された方法は図３（ｂ）または（ｃ）を参照して説明した方法であると判別することができる。また、同様に、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を調べて図７（ｄ）に示すように極小値を有する曲線が得られた場合には、その溝の形成に利用された方法は図３（ｃ）を参照して説明した方法であると判別することができる。
【００５８】
なお、完成したモジュール１からは、溝形成工程における基板２の撓み量を直接的に測定することはできないが、溝形成工程と類似の状態を再現することに基板２の撓み量を概算することは可能である。すなわち、薄膜光電変換モジュール１をその周縁部で支持することによって基板２を撓ませ、その撓み量ｘを測定することなどにより、溝形成工程における基板２の撓み量を概算することができる。このような方法で得られる基板２の撓み量ｘは溝形成工程における基板２の撓み量とは必ずしも高精度に一致する訳ではないが、それらの変化はほぼ同様の傾向を示す。したがって、上記方法による基板２の撓み量ｘの測定と溝の幅Ｗの測定とから、十分に高い精度で上記判別を行うことができる。
【００５９】
以上、本実施形態に係る薄膜加工方法を図５（ａ），（ｂ）に示すハイブリッド型の薄膜光電変換モジュール１の製造に適用した場合について説明したが、本実施形態に係る薄膜加工方法を適用可能な薄膜光電変換モジュールは図５（ａ），（ｂ）に示す構造に限られるものではない。例えば、モジュール１は、一般的なタンデム型であってもよく、或いは、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂの一方のみを有するものであってもよい。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
図５（ａ），（ｂ）に示すハイブリッド型の薄膜光電変換モジュール１を、以下に説明する方法により作製した。
まず、常圧ＣＶＤ法により、厚さが４ｍｍであり９１ｃｍ角のフロートガラス板２の一方の主面に膜厚８０００ÅのＳｎＯ2膜３を成膜した。次に、ＹＡＧ ＩＲレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いて膜面側からＳｎＯ2膜３のレーザスクライブを行い、ＳｎＯ2膜３を複数の帯状パターンへと分割する分離溝２１を形成した。
【００６１】
次いで、超音波洗浄及び乾燥を行い、さらに、プラズマＣＶＤ法により、ＳｎＯ2膜３上に膜厚３０００Åの薄膜光電変換ユニット４ａを成膜した。続いて、プラズマＣＶＤ法により、薄膜光電変換ユニット４ａ上に膜厚２μｍの薄膜光電変換ユニット４ｂを成膜した。なお、この光電変換ユニット４ａは、光電変換層としてノンドープの非晶質シリコン層を有しており、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成している。また、光電変換ユニット４ｂは、光電変換層としてノンドープの多結晶シリコン層を有している。
【００６２】
さらに、ＹＡＧ ＳＨＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いて、ガラス板２側から薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂのレーザスクライブを行い、それらを複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの接続溝２３を形成した。
【００６３】
その後、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に、スパッタリング法により、膜厚９００ｎｍのＺｎＯ膜及び膜厚３０００ｎｍのＡｇ膜を順次成膜して裏面電極層５を形成した。次いで、ＹＡＧ ＳＨＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いてガラス板２側からレーザスクライブを行い、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及び裏面電極層５を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの分離溝２２を形成した。
【００６４】
続いて、基板２の周囲に沿ってレーザスクライブを行うことにより、ＳｎＯ2膜３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、及び裏面電極層５に溝を形成して発電領域を確定した。以上のようにして、それぞれ８８０ｍｍ×８．８ｍｍのサイズを有し且つ互いに直列接続された１００段の薄膜光電変換セル１０を形成した。
【００６５】
さらに、セル１０が形成する直列アレイ１１の両端部に一対の電極バスバー１２を設けた。以上のようにして、図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を１０枚作製した。
【００６６】
なお、本実施例においては、接続溝２３及び分離溝２２の形成には、図４に示すレーザ加工機５１を使用した。以下に、本実施例で使用したレーザ加工機５１等について説明する。
【００６７】
本実施例で使用したレーザ加工機５１において、レーザ５２は波長５３２ｎｍでありφ１．６ｍｍのレーザビーム３０を出射するＹＡＧ ＳＨＧレーザである。エクスパンダ５３の倍率は×５に設定されており、可変エクスパンダ５５の倍率は×１〜×１／２〜×１／５の範囲内で可変である。すなわち、これらエクスパンダ５３及び可変エクスパンダ５５によると、レーザビーム３０のビーム径を×５〜×１の範囲内で変化させることができる。なお、集束レンズ５６の焦点距離ｆは７５ｍｍであり、例えば、エクスパンダ５３及び可変エクスパンダ５５によってレーザビーム３０のビーム径を５倍に拡張した場合には、焦点位置でのビーム径は３０μｍ程度となる。レーザ５２のレーザビーム出射口からエクスパンダ５３までの距離は０．１ｍ程度であり、エクスパンダ５３から可変エクスパンダ５５までの距離は１．８ｍ程度である。また、可変エクスパンダ５５から集束レンズ５６までの距離は０．１ｍ程度である。
【００６８】
幅６０μｍの接続溝２３及び分離溝２２に関する許容範囲は５０μｍ〜７０μｍ程度である。そこで、本実施例では、接続溝２３及び分離溝２２を形成するに当たり、図３（ｃ）に示す極小値が５５μｍとなり且つ極大値が７０μｍとなるように、レーザパワーを０．８Ｗ、周波数を１０ｋＨｚに及び可変エクスパンダ５５の倍率を×１／２に設定した。また、その際、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄの設定は、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗが上記極小値となるように行った。
【００６９】
次に、上述した方法で作製したモジュール１のそれぞれについて、測定温度を２５℃として、ＡＭ１．５のスペクトルを有する放射照度１００ｍＷ／ｃｍ2のソーラーシュミレータにより出力特性を調べ、その平均を求めた。なお、光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、及びフィルタを組み合わせたものを用いた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で７２％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１１．５％であった。
【００７０】
次いで、上記方法で作製したモジュール１のそれぞれを、その４辺の端から３．５ｍｍの位置で支持し、自重及び膜の応力による撓みを調べた。なお、モジュール１の周囲の撓み量ｘをゼロとした場合、モジュール１の中央部の撓み量ｘは＋２．３ｍｍであった。また、接続溝２３及び分離溝２２のそれぞれについて幅Ｗを測定した。その結果、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｄ）に示す関係にあることが判明した。
【００７１】
４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を用いたこと以外は同様の方法によりモジュール１を１０枚作製し、それぞれのモジュール１を、その４辺の端から３．５ｍｍの位置で支持し、自重及び膜の応力による撓みを調べた。なお、モジュール１の周囲の撓み量ｘをゼロとした場合、モジュール１の中央部の撓み量ｘは＋０．９ｍｍであった。また、接続溝２３及び分離溝２２のそれぞれについて幅Ｗを測定した。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用した場合と同様に、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｄ）に示す関係にあることが判明した。
【００７２】
（参考例）
図３（ｂ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が７０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄの設定を、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗが上記極大値となるように行って接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本参考例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７３】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で７０％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１１．２％であった。
【００７４】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｃ）に示す関係にあることが判明した。
【００７５】
（比較例１）
図３（ａ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が９０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に及びレーザパワーを１．３Ｗに設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄを範囲３３の中心に設定して接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本比較例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７６】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で６８％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１０．９５％であった。
【００７７】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｂ）に示す関係にあることが判明した。
【００７８】
（比較例２）
図３（ａ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が９０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に及びレーザパワーを１．３Ｗに設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄを範囲３５の中心に設定して接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本比較例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７９】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で６５％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１０．４％であった。
【００８０】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｂ）に示す関係にあることが判明した。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、薄膜への溝の形成を、集束レンズから溝を形成すべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）が２つの極大値と１つの極小値とを有し且つその極小値が上記溝の幅の許容範囲内となる加工条件のもとで行う。そのため、溝の幅ｗを許容範囲内とする距離ｄの範囲を著しく拡張することができ、また、そのような加工条件のもとで形成した溝の一部は極めて特徴的な構造を有する。
【００８２】
すなわち、本発明によると、集束レンズから薄膜までの距離を高精度に制御することなく、高い加工精度で薄膜に溝を形成することが可能な薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。また、本発明によると、薄膜光電変換モジュールの安定生産を実現し得る薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、集束レンズで集束させたレーザビームを概略的に示す図。
【図２】図１に示す位置Ａ〜Ｃにおけるレーザビームの強度分布を示すグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離ｄと溝の幅ｗとの関係を示すグラフ。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を概略的に示す図。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールを概略的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す薄膜光電変換モジュールのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールの製造プロセスにおける溝形成工程を概略的に示す図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、基板の撓み量と形成される溝の幅ｗとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…薄膜光電変換モジュール
２…透明基板
３…透明前面電極層
４ａ，４ｂ…薄膜光電変換ユニット
５…裏面電極層
１０…薄膜光電変換セル
１１…直列アレイ
１２…電極バスバー
２１，２２…分離溝
２３…接続溝
３１…光軸
３０…レーザビーム
３２〜３９…範囲
５１…レーザ加工機
５２…レーザ
５３…エクスパンダ
５４…ミラー
５５…可変エクスパンダ
５６…集束レンズ
５７…ＸＹテーブル
５８…薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜加工方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法に係り、特には、レーザビームを利用して薄膜に溝を形成する薄膜加工方法及び薄膜光電変換モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、薄膜光電変換モジュールは、複数の薄膜光電変換セルをガラス基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの薄膜光電変換セルは、一般的には、ガラス基板上への前面透明電極層、薄膜光電変換ユニット、及び裏面電極層の成膜とパターニングとを順次行うことにより形成されている。
【０００３】
薄膜光電変換モジュールの製造では、それら薄膜のパターニングにレーザスクライブが多用されている。このレーザスクライブは、各薄膜を分割する溝を形成するためのものであり、レーザから出射されたレーザビームを薄膜に照射するのとともにそのビームの光軸と薄膜とを相対移動させることによって行われる。
【０００４】
ところで、そのような溝は発電には寄与しないため、溝の幅を狭めることが望まれている。このような要求に対しては、例えば、集束レンズを用いてビームスポットのサイズを小さくすることにより対応可能である。しかしながら、その場合、溝の幅を最小とすべく集束レンズから薄膜までの距離を調節すると、ビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなり、加工すべき薄膜に隣接する構成部材にダメージを与えてしまう。
【０００５】
薄膜位置でのパワー密度は、例えば、レーザとしてパルスレーザを使用する場合には、パルスの周期を長くすることによって低下させることができる。しかしながら、パルスレーザを用いて薄膜に溝を形成するには、ビームスポットの一部を１周期前のビームスポットの位置に部分的に重ねなければならない。そのため、パルスの周期を長くすると、極端な場合には、溝は形成されずに複数の孔の列が形成されることとなる。それゆえ、従来技術によると、集束レンズ−薄膜間距離を溝の幅が最小となる条件からずらすことによりビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなるのを防止していた。
【０００６】
しかしながら、このような対処も、大面積の薄膜光電変換モジュールの製造に対してはあまり有効ではない。すなわち、大面積の薄膜光電変換モジュールの製造では基板の撓みは避けられない。そのため、ビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなるのを防止すべく集束レンズ−薄膜間距離を溝の幅が最小となる条件からずらしたとしても、その状態が常に維持される訳ではない。それゆえ、部分的にビームスポット位置でのパワー密度が過剰に高くなって加工すべき薄膜に隣接する構成部材がダメージを受けるか、或いは、溝の幅のばらつきが許容範囲を超えてしまうということがあった。
【０００７】
このような問題は、ハイブリッド型の薄膜光電変換モジュールの製造において特に顕著である。ハイブリッド型薄膜光電変換モジュールの製造プロセスでは、例えば、微結晶シリコン層を有する薄膜光電変換ユニット及び非晶質シリコン層を有する薄膜光電変換ユニットの双方を同時に分割する溝形成工程が実施されるが、微結晶シリコン層は一般に使用されるレーザビームに対する吸収係数が小さく、しかも、結晶質シリコン層は非晶質シリコン層に比べてより厚く形成される。そのため、それら薄膜光電変換ユニットの厚さ方向全体にわたって適切なパワー密度を実現すること自体が困難であり、したがって、基板の僅かな撓みが生じただけで上記の問題を生じてしまう。
【０００８】
このように、従来技術では、許容範囲内の幅で溝を形成するには、集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離を極めて高精度に制御する必要があった。すなわち、従来技術では、集束レンズ−薄膜間距離に関するマージンが狭いため、高い加工精度を実現することや、薄膜光電変換モジュールの安定生産が困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、集束レンズから薄膜までの距離を高精度に制御することなく、高い加工精度で薄膜に溝を形成することが可能な薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、薄膜光電変換モジュールの安定生産を実現し得る薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するに当たり、本発明者らは、集束レンズから加工されるべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗと関係について調べた。その結果、レーザビームとしてガウスビームを用いた場合、加工条件を適宜設定することにより、幅ｗを加工許容範囲内とする距離ｄの範囲を著しく拡張し得ることを見出した。また、そのような条件のもとで形成した溝の一部は、従来技術を用いて形成した溝には見ることのできない極めて特徴的な構造を有していることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明によると、レーザから出射されたガウスビームを集束レンズで集束させて基板上に形成された薄膜に照射するとともに前記集束レンズで集束させたビームの光軸と前記基板とを相対移動させることにより前記薄膜に溝を形成する工程を含み、前記溝を形成する工程において、前記基板は撓んでおり、前記集束レンズから前記薄膜までの距離ｄは、前記基板の撓みに起因して変動し、前記溝を形成する工程は、前記距離ｄと前記距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）が２つの極大値と１つの極小値とを有し、前記１つの極小値に対応した前記距離ｄが、前記幅ｗについて予め定められている加工許容範囲に対応した前記距離ｄの範囲内となり、前記基板の撓みに起因した前記距離ｄの変動が、前記加工許容範囲に対応した前記距離ｄの前記範囲内に維持されるように、前記距離ｄの設定値と、前記集束レンズに入射する直前の前記ガウスビームの径とを調整した条件のもとで行うことを特徴とする薄膜加工方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によると、基板と前記基板の一方の主面に設けられた複数の薄膜光電変換セルとを具備し、前記複数の薄膜光電変換セルの隣り合った各２つの間に溝が設けられた薄膜光電変換モジュールの製造方法であって、上記の薄膜加工方法によって前記溝の少なくとも１つを形成することを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【００１３】
なお、ここでは、用語「溝の或る位置での幅」を、その位置を中心とする溝の長手方向１ｍｍの範囲内にあり且つ０．１ｍｍの距離を隔てて離間された１０箇所の幅の平均値と定義する。したがって、用語「溝の幅ｗ」や「溝の幅Ｗ」は、上記定義のもとで使用される。
【００１４】
本発明の方法において、溝を形成する工程は、２つの極大値と１つの極小値とが上記加工許容範囲内に入るようにレーザビームを調整した条件のもとで行ってもよい。また、溝を形成する工程は、上記薄膜に少なくとも部分的に上記極小値に等しい幅を有する溝を形成することを含むことが好ましい。
【００１５】
本発明の方法において、上記条件の導出は、例えば、溝を形成する工程に先立ち、レーザと集束レンズとの間でビーム径を変化させることによって行うことができる。また、本発明の方法は、上記薄膜が少なくとも一辺が３０ｃｍ以上の基板上に形成されたものである場合や、上記薄膜が薄膜光電変換モジュール，特にはそれぞれの薄膜光電変換セルがハイブリッド型であるモジュール，の一部を構成する場合などに極めて有効である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
まず、本発明の原理について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、集束レンズで集束させたレーザビームを概略的に示す図である。図２は、図１に示す位置Ａ〜Ｃにおけるレーザビームの強度分布を示すグラフである。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、レーザビームを集束させるための集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関係を示すグラフである。
【００１８】
なお、図１（ａ），（ｂ）において、破線３１はレーザビーム３０の光軸を示し、破線Ａはレーザビーム３０のビーム径が最も小さな位置，所謂、焦点位置，を示し、破線Ｂ及びＣは位置Ａから離間した位置をそれぞれ示している。また、図２において、横軸はレーザビーム３０の光軸からの距離を示し、縦軸はパワー密度を示している。さらに、図３（ａ）〜（ｃ）において、横軸は集束レンズから薄膜までの距離ｄを示し、縦軸はその距離ｄのもとで薄膜に形成され得る溝の幅ｗを示している。
【００１９】
従来技術で薄膜に溝を形成する場合、図１（ａ）に示すように、位置Ａにおけるレーザビーム３０のビーム径を極めて小さくしていた。これは、レーザ装置としては、一般に細くレーザビームを集束できるほど良い装置であると考えられているからであり、実際、焦点位置から被加工物を離すことで幅広い加工幅範囲を実現できる装置となる。この場合、ガウス型レーザビームの強度分布プロファイルは、図２に示すように、位置Ａでは非常にシャープであるが、位置Ａから離れた位置Ｂではややブロードになり、さらに離れた位置Ｃでは著しくブロードになる。
【００２０】
ところで、距離ｄのもとで薄膜に形成され得る溝の幅ｗを決定する主な要因は、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０のビーム径ではなく、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０の強度分布及び臨界パワーである。すなわち、幅ｗは、主として、その薄膜の位置におけるレーザビーム３０の強度分布と、その薄膜を溶断または昇華するのに必要な最低限のパワーとによって決定される。そのため、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、ビーム径と幅ｗとの間の関係に一致せず、図３（ａ）に示すように、１つの極小値と２つの極大値とを有することとなる。なお、この極小値に対応する距離ｄは集束レンズの焦点距離ｆと同義ではないが、ほぼ一致する値である。
【００２１】
上述のように、従来技術では、位置Ａにおけるレーザビーム３０のピークパワーは過剰に高いため、位置Ａを薄膜の位置に合わせた場合、隣接する他の薄膜などにダメージを与えてしまう。また、図３（ａ）に示すように、従来技術では、通常、幅ｗの極大値はその許容範囲よりも遥かに高い値である。したがって、従来技術によると、実際に形成すべき溝の幅の設計値を例えば参照番号３２で示される範囲内とすることが必要であり、また、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御するには、集束レンズから薄膜までの距離ｄを参照番号３３〜３６で示すいずれかの範囲内に維持しなければならない。
【００２２】
これに対し、図３（ａ）でレーザビーム３０のパワーを小さくした場合、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、図３（ｂ）に示すような曲線を描く。すなわち、極大値と極小値との差が小さくなるのに加え、極大値がより小さな値となる。したがって、この場合、上記極大値或いはその近傍の値を実際に形成すべき溝の幅の設計値とすることができ、それゆえ、集束レンズから薄膜までの距離ｄを参照番号３７及び３８で示すいずれかの範囲内に維持すれば、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御することができる。
【００２３】
このようにして実現される範囲３７及び３８は、それぞれ、図３（ａ）に示す範囲３３〜３６のそれぞれよりも遥かに広い。例えば、範囲３７及び３８のそれぞれは、範囲３３〜３６のそれぞれの２倍〜３倍程度になる。したがって、この場合、距離ｄをそれほど高精度に制御することなく、比較的高い加工精度で薄膜に溝を形成することができる。また、この場合、比較的厚い薄膜（単層構造であってもよく、積層構造であってもよい）に溝を形成する際に、その膜厚方向全体にわたって適正なパワー密度を実現することができる。
【００２４】
レーザビーム３０の位置Ａにおけるビーム径を図１（ｂ）に示すように制御した場合、距離ｄと幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）は、図３（ｃ）に示すような曲線を描く。すなわち、極大値と極小値との差が小さくなるのに加え、極大値がより小さな値となり且つ極小値がより大きな値となる。したがって、この場合、例えば上記極小値或いはその近傍の値を実際に形成すべき溝の幅の設計値とすることができ、それゆえ、距離ｄを参照番号３９で示す範囲内に維持すれば、形成される溝の幅Ｗを範囲３２内に制御することができる。
【００２５】
図３（ｃ）に示す範囲３９は、図３（ａ）に示す範囲３３〜３６のそれぞれよりも遥かに広いのは勿論のこと、図３（ｂ）に示す範囲３７及び３８のそれぞれと比較しても遥かに広い。例えば、範囲３９は、範囲３３〜３６のそれぞれの４倍〜８倍程度になる。したがって、この場合、例えば、距離ｄの平均値が幅ｗを極小値とする値となるように被加工薄膜の位置を合わせることにより、距離ｄを高精度に制御することなく、幅広い距離ｄの値で安定して、高い加工精度で薄膜に溝を形成することができる。また、この場合、厚い薄膜（単層構造であってもよく、積層構造であってもよい）に溝を形成する際にも、その膜厚方向全体にわたって適正なパワー密度を実現することができる。
【００２６】
なお、図３（ｃ）に関しては、図３（ｃ）に示す曲線の極大値及び極小値の双方が範囲３２内となるように加工条件を制御することについて説明したが、極小値が範囲３２内にあれば、極大値は必ずしも範囲３２内とする必要はない。また、上記極小値或いはその近傍の値を実際に形成する溝の幅Ｗの設計値とすることが好ましい。この場合、より幅の狭い溝を形成する上で有利である。
【００２７】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示す曲線は、レーザ加工機の光学条件及び加工速度などの加工条件を制御することによって実現可能である。その実現方法に特に制限はないが、以下に説明する方法を利用することが好ましい。
【００２８】
図４は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を概略的に示す図である。図４に示すレーザ加工機５１は、ガウス型のレーザビーム３０を出射するレーザ５２、エクスパンダ５３、折り返しミラー５４、可変エクスパンダ（或いは、「レデューサ」または「電動デフォーカス」）５５、集束レンズ５６、及びＸＹテーブル５７を有している。なお、図４において、ＸＹテーブル５７上には、溝が形成されるべき薄膜５８が形成された透明基板２が載置されている。
【００２９】
このレーザ加工機５１によると、薄膜５８への溝の形成は、集束レンズ５６で集束されたレーザビーム３０を透明基板２を介して薄膜５８に照射しつつ、ＸＹテーブル５７を紙面に対して垂直な方向及び／または図中横方向に移動させることによって行われる。より詳細に説明すると、レーザ５２からパルス状に或いは連続的に出射されたレーザビーム３０は、まず、ビームの拡散を抑制する目的でエクスパンダ５３によりビーム径を拡大される。その後、ビーム径を拡大されたレーザビーム３０は、ミラー５４で反射され、可変エクスパンダ５５によってビーム径を縮小される。ビーム径を縮小されたレーザビーム３０は、集束レンズ５６により集束されて薄膜５８に照射される。
【００３０】
ところで、レーザビーム３０がガウスビームである場合、その最も集束した位置でのビーム径は集束レンズ５６に入射する直前のビーム径に反比例する。この集束レンズ５６に入射する直前のビーム径は、可変エクスパンダ５５の倍率を変化させることによって容易に制御可能である。したがって、図４に示すレーザ加工機５１によると、形成すべき溝の幅の設計値や薄膜５８の種類を変える場合、複雑な調整等を必要とすることなく、可変エクスパンダ５５の倍率を変化させるという極めて簡便な方法で、図３（ｂ）及び（ｃ）に示す曲線を実現することができる。
【００３１】
なお、図４では、透明基板２を介して薄膜５８にレーザビーム３０を照射しているが、薄膜５８側からレーザビーム３０を照射してもよい。また、図４に示すレーザ加工機５１は、レーザ５２のレーザビーム出射口に外部アパーチャを有していてもよい。さらに、図４に示すレーザ加工機５１は、エクスパンダ５３とミラー５４との間に孫ビーム除去アパーチャを有していてもよい。そのようなアパーチャとしては、それに入射する直前のビーム径の１倍〜０．５倍の径を有するアパーチャを使用することができる。
【００３２】
上述した薄膜加工方法は、様々な薄膜の加工に利用可能であるが、薄膜光電変換モジュールの製造に特に有用である。以下、上記薄膜加工方法をハイブリッド型薄膜光電変換モジュールの製造に適用した場合について説明する。
【００３３】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１を概略的に示す平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す薄膜光電変換モジュール１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図５（ｂ）には、モジュール１の一部のみが描かれている。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１は、透明基板２上に複数の薄膜光電変換セル１０を集積した構造を有している。これら薄膜光電変換セル１０は帯状の形状を有しており、互いに直列接続されて直列アレイ１１を構成している。なお、この直列アレイ１１の両端には、リボン状の銅箔等からなる一対の電極バスバー１２が取り付けられている。
【００３５】
本実施形態に係るモジュール１について、図５（ｂ）を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図５（ｂ）に示すように、モジュール１の薄膜光電変換セル１０は、透明基板２上に、透明前面電極層３、非晶質光電変換層を備えた第１の薄膜光電変換ユニット４ａ、結晶質光電変換層を備えた第２の薄膜光電変換ユニット４ｂ、及び裏面電極層５を順次積層した構造を有している。すなわち、このモジュール１は、透明基板２側から入射する光を、ハイブリッド型構造を形成する光電変換ユニット４ａ，４ｂによって光電変換するものである。
【００３６】
本実施形態において、薄膜光電変換モジュール１には、上記薄膜を分割する第１及び第２の分離溝２１，２２と接続溝２３とが設けられている。これら第１及び第２の分離溝２１，２２並びに接続溝２３は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合うセル１０間の境界は、第１及び第２の分離溝２１，２２によって規定されている。
【００３７】
第１の分離溝２１は、透明前面電極層３をセル１０に対応して分割している。この第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ｂを構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明前面電極層３同士を電気的に絶縁している。
【００３８】
第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、薄膜光電変換ユニット４ａと薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層５とをそれぞれのセル１０に対応して分割しており、裏面電極層５の露出面に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この第２の分離溝２２は、隣り合うセル１０間で裏面電極層５同士を電気的に絶縁している。
【００３９】
接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の分離溝２２との間に及び第１の分離溝２１と隣接して設けられている。接続溝２３は、薄膜光電変換ユニット４ａ及び薄膜光電変換ユニット４ｂを分割しており、薄膜光電変換ユニット４ｂと裏面電極層５との界面の位置に開口を有し且つ透明前面電極層３の表面を底面としている。この接続溝２３は、裏面電極層５を構成する金属などの導電性材料で埋め込まれており、隣り合うセル１０の一方の裏面電極層５と他方の透明前面電極層３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及びそれを埋め込む金属などの導電性材料は、基板２上に並置されたセル１０同士を直列接続する役割を担っている。
【００４０】
次に、上述したモジュール１の各構成要素について説明する。
透明基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。
【００４１】
透明前面電極層３は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明前面電極層３は単層構造でも多層構造であってもよい。透明前面電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。
【００４２】
薄膜光電変換ユニット４ａは非晶質光電変換層を備えており、例えば、透明前面電極層３側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、非晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４３】
一方、薄膜光電変換ユニット４ｂは結晶質光電変換層を備えており、例えば、中間反射層５側からｐ型シリコン系半導体層、シリコン系光電変換層、及びｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、結晶質光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４４】
これら薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂを構成するｐ型半導体層は、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、非晶質光電変換層及び結晶質光電変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を挙げることができる。また、光電変換機能を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、ｎ型半導体層は、シリコンまたはシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。
【００４５】
裏面電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板２から光電変換ユニット４ａ，４ｂに入射し裏面電極層５に到達した光を反射して光電変換ユニット４ａ，４ｂ内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極層５は、銀やアルミニウム等の金属材料を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。また、裏面電極層５は、光電変換ユニット４ｂ側の面に、例えば金属からなる導電性薄膜と光電変換ユニット４ｂとの間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明導電性薄膜（図示せず）をさらに有することができる。
【００４６】
本実施形態によると、上述したモジュール１は、例えば以下に示す方法により製造することができる。
まず、透明基板２の一方の主面上に、透明前面電極層３を連続膜として成膜する。次に、連続膜として形成した透明前面電極層３にＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって第１の分離溝２１を形成し、透明前面電極層３を各セル１０に対応して分割する。透明前面電極層３のレーザスクライブに伴って生じる導電性の微細粉は、超音波洗浄などによって必要に応じて除去する。
【００４７】
次いで、透明前面電極層３上に薄膜光電変換ユニット４ａを連続膜として成膜する。この薄膜光電変換ユニット４ａの成膜に伴い、透明前面電極層３に形成した第１の分離溝２１は、薄膜光電変換ユニット４ａを構成する非晶質材料で埋め込まれる。続いて、薄膜光電変換ユニット４ａ上に薄膜光電変換ユニット４ｂを連続膜として成膜する。
【００４８】
その後、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって接続溝２３を形成する。次に、光電変換ユニット４ｂ上に裏面電極層５を形成する。この裏面電極層５の形成に伴い、接続溝２３は金属のような導電性材料で埋め込まれ、接続溝２３を埋め込む導電性材料を介して裏面電極層５と透明前面電極層３とが電気的に接続される。
【００４９】
次に、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及び裏面電極層５に、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって第２の分離溝２２を形成する。さらに、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザスクライブによって発電領域を確定し、セル１０が形成する列の両端部に一対の電極バスバー１２を設ける。以上のようにして、図５（ａ），（ｂ）に示す構造を得る。
【００５０】
さて、本実施形態によると、第１の分離溝２１、第２の分離溝２２、接続溝２３、及び発電領域を確定するために形成する溝の少なくとも１種は、上述した薄膜加工方法によって形成される。このような方法によって形成した溝は、通常、他の方法を用いて形成した溝には見ることのできない極めて特徴的な構造を有している。これについては、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００５１】
図６は、本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュール１の製造プロセスにおける溝形成工程を概略的に示す図である。また、図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、基板２の撓み量と形成される溝の幅Ｗとの関係を示すグラフである。なお、図６において溝が形成される薄膜は省略されている。また、図７（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、横軸は撓み量を示し、縦軸は溝の幅Ｗを示している。
【００５２】
レーザにより基板上の薄膜を加工する場合、被加工物を飛散させたり、基板載置台からの反射を避けるため、基板をその周囲で保持し、基板の加工部分の下部を中空にする必要がある。したがって、薄膜光電変換モジュール１が大面積である場合、大面積であることにも起因して、溝形成工程で集束レンズ５６側が凹または凸となるように基板２が撓むのは避けられない。そのため、集束レンズ５６から基板２上に形成された薄膜までの距離ｄをある位置で所定値に設定したとしても、その状態は基板２の全体にわたって維持される訳ではない。そのため、溝形成工程で基板２が撓んでいた場合、溝に沿ってその幅Ｗは変化する。
【００５３】
幅Ｗの変化は、一見、溝の形成方法を特定する情報を含んでいないように思える。しかしながら、場合によっては、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を求めることにより、溝の形成にどの方法が使用されたのかを特定することが可能となる。
【００５４】
例えば、図６に示すように、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄがより短くなる場合を撓み量がマイナスになり、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄがより長くなる場合を撓み量がプラスになると定義すると、距離ｄの設定値を図３（ａ）に示す範囲３３または範囲３５内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ｂ）に示すようになる。また、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ａ）に示す範囲３４または範囲３６内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ａ）に示すようになる。
【００５５】
集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ｂ）に示す範囲３７または範囲３８内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ａ）〜（ｃ）のいずれかに示すようになる。なお、図７（ｃ）に示す曲線は、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄが図３（ｂ）に示す範囲３７，３８のいずれかの極大値を跨いで変動した場合に得られるものであり、それ以外の場合には、図７（ａ）に示す曲線或いは図７（ｂ）に示す曲線が得られる。
【００５６】
また、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄの設定値を図３（ｃ）に示す範囲３９内とした場合、幅Ｗと基板２の撓み量との関係は図７（ｄ）に示すようになる。なお、図７（ｄ）に示す曲線は、集束レンズ５６から薄膜までの距離ｄが図３（ｃ）に示す範囲３９のほぼ全体にわたって変動した場合に得られるものであり、通常は、図７（ｄ）に示す曲線の一部のみが得られる。例えば、距離ｄが図３（ｃ）に示す２つの極大値の間で及び極小値を跨いで変動した場合には、図７（ｄ）に示す曲線の２つの極大値の間に位置する部分のみが得られる。
【００５７】
以上から明らかなように、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を調べて図７（ｃ）または（ｄ）に示すように極大値を有する曲線が得られた場合には、その溝の形成に利用された方法は図３（ｂ）または（ｃ）を参照して説明した方法であると判別することができる。また、同様に、幅Ｗと基板２の撓み量との関係を調べて図７（ｄ）に示すように極小値を有する曲線が得られた場合には、その溝の形成に利用された方法は図３（ｃ）を参照して説明した方法であると判別することができる。
【００５８】
なお、完成したモジュール１からは、溝形成工程における基板２の撓み量を直接的に測定することはできないが、溝形成工程と類似の状態を再現することに基板２の撓み量を概算することは可能である。すなわち、薄膜光電変換モジュール１をその周縁部で支持することによって基板２を撓ませ、その撓み量ｘを測定することなどにより、溝形成工程における基板２の撓み量を概算することができる。このような方法で得られる基板２の撓み量ｘは溝形成工程における基板２の撓み量とは必ずしも高精度に一致する訳ではないが、それらの変化はほぼ同様の傾向を示す。したがって、上記方法による基板２の撓み量ｘの測定と溝の幅Ｗの測定とから、十分に高い精度で上記判別を行うことができる。
【００５９】
以上、本実施形態に係る薄膜加工方法を図５（ａ），（ｂ）に示すハイブリッド型の薄膜光電変換モジュール１の製造に適用した場合について説明したが、本実施形態に係る薄膜加工方法を適用可能な薄膜光電変換モジュールは図５（ａ），（ｂ）に示す構造に限られるものではない。例えば、モジュール１は、一般的なタンデム型であってもよく、或いは、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂの一方のみを有するものであってもよい。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
図５（ａ），（ｂ）に示すハイブリッド型の薄膜光電変換モジュール１を、以下に説明する方法により作製した。
まず、常圧ＣＶＤ法により、厚さが４ｍｍであり９１ｃｍ角のフロートガラス板２の一方の主面に膜厚８０００ÅのＳｎＯ2膜３を成膜した。次に、ＹＡＧ ＩＲレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いて膜面側からＳｎＯ2膜３のレーザスクライブを行い、ＳｎＯ2膜３を複数の帯状パターンへと分割する分離溝２１を形成した。
【００６１】
次いで、超音波洗浄及び乾燥を行い、さらに、プラズマＣＶＤ法により、ＳｎＯ2膜３上に膜厚３０００Åの薄膜光電変換ユニット４ａを成膜した。続いて、プラズマＣＶＤ法により、薄膜光電変換ユニット４ａ上に膜厚２μｍの薄膜光電変換ユニット４ｂを成膜した。なお、この光電変換ユニット４ａは、光電変換層としてノンドープの非晶質シリコン層を有しており、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成している。また、光電変換ユニット４ｂは、光電変換層としてノンドープの多結晶シリコン層を有している。
【００６２】
さらに、ＹＡＧ ＳＨＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いて、ガラス板２側から薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂのレーザスクライブを行い、それらを複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの接続溝２３を形成した。
【００６３】
その後、薄膜光電変換ユニット４ｂ上に、スパッタリング法により、膜厚９００ｎｍのＺｎＯ膜及び膜厚３０００ｎｍのＡｇ膜を順次成膜して裏面電極層５を形成した。次いで、ＹＡＧ ＳＨＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いてガラス板２側からレーザスクライブを行い、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ及び裏面電極層５を複数の帯状パターンへと分割する幅６０μｍの分離溝２２を形成した。
【００６４】
続いて、基板２の周囲に沿ってレーザスクライブを行うことにより、ＳｎＯ2膜３、薄膜光電変換ユニット４ａ，４ｂ、及び裏面電極層５に溝を形成して発電領域を確定した。以上のようにして、それぞれ８８０ｍｍ×８．８ｍｍのサイズを有し且つ互いに直列接続された１００段の薄膜光電変換セル１０を形成した。
【００６５】
さらに、セル１０が形成する直列アレイ１１の両端部に一対の電極バスバー１２を設けた。以上のようにして、図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を１０枚作製した。
【００６６】
なお、本実施例においては、接続溝２３及び分離溝２２の形成には、図４に示すレーザ加工機５１を使用した。以下に、本実施例で使用したレーザ加工機５１等について説明する。
【００６７】
本実施例で使用したレーザ加工機５１において、レーザ５２は波長５３２ｎｍでありφ１．６ｍｍのレーザビーム３０を出射するＹＡＧ ＳＨＧレーザである。エクスパンダ５３の倍率は×５に設定されており、可変エクスパンダ５５の倍率は×１〜×１／２〜×１／５の範囲内で可変である。すなわち、これらエクスパンダ５３及び可変エクスパンダ５５によると、レーザビーム３０のビーム径を×５〜×１の範囲内で変化させることができる。なお、集束レンズ５６の焦点距離ｆは７５ｍｍであり、例えば、エクスパンダ５３及び可変エクスパンダ５５によってレーザビーム３０のビーム径を５倍に拡張した場合には、焦点位置でのビーム径は３０μｍ程度となる。レーザ５２のレーザビーム出射口からエクスパンダ５３までの距離は０．１ｍ程度であり、エクスパンダ５３から可変エクスパンダ５５までの距離は１．８ｍ程度である。また、可変エクスパンダ５５から集束レンズ５６までの距離は０．１ｍ程度である。
【００６８】
幅６０μｍの接続溝２３及び分離溝２２に関する許容範囲は５０μｍ〜７０μｍ程度である。そこで、本実施例では、接続溝２３及び分離溝２２を形成するに当たり、図３（ｃ）に示す極小値が５５μｍとなり且つ極大値が７０μｍとなるように、レーザパワーを０．８Ｗ、周波数を１０ｋＨｚに及び可変エクスパンダ５５の倍率を×１／２に設定した。また、その際、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄの設定は、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗが上記極小値となるように行った。
【００６９】
次に、上述した方法で作製したモジュール１のそれぞれについて、測定温度を２５℃として、ＡＭ１．５のスペクトルを有する放射照度１００ｍＷ／ｃｍ2のソーラーシュミレータにより出力特性を調べ、その平均を求めた。なお、光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、及びフィルタを組み合わせたものを用いた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で７２％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１１．５％であった。
【００７０】
次いで、上記方法で作製したモジュール１のそれぞれを、その４辺の端から３．５ｍｍの位置で支持し、自重及び膜の応力による撓みを調べた。なお、モジュール１の周囲の撓み量ｘをゼロとした場合、モジュール１の中央部の撓み量ｘは＋２．３ｍｍであった。また、接続溝２３及び分離溝２２のそれぞれについて幅Ｗを測定した。その結果、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｄ）に示す関係にあることが判明した。
【００７１】
４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を用いたこと以外は同様の方法によりモジュール１を１０枚作製し、それぞれのモジュール１を、その４辺の端から３．５ｍｍの位置で支持し、自重及び膜の応力による撓みを調べた。なお、モジュール１の周囲の撓み量ｘをゼロとした場合、モジュール１の中央部の撓み量ｘは＋０．９ｍｍであった。また、接続溝２３及び分離溝２２のそれぞれについて幅Ｗを測定した。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用した場合と同様に、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｄ）に示す関係にあることが判明した。
【００７２】
（参考例）
図３（ｂ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が７０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄの設定を、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗが上記極大値となるように行って接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本参考例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７３】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で７０％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１１．２％であった。
【００７４】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｃ）に示す関係にあることが判明した。
【００７５】
（比較例１）
図３（ａ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が９０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に及びレーザパワーを１．３Ｗに設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄを範囲３３の中心に設定して接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本比較例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７６】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で６８％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１０．９５％であった。
【００７７】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｂ）に示す関係にあることが判明した。
【００７８】
（比較例２）
図３（ａ）に示す極小値が３５μｍとなり且つ極大値が９０μｍとなるように可変エクスパンダ５５の倍率を×１に及びレーザパワーを１．３Ｗに設定し、集束レンズ５６から溝を形成すべき薄膜までの距離ｄを範囲３５の中心に設定して接続溝２３及び分離溝２２を形成したこと以外は上記実施例で説明したのと同様の方法により図５（ａ），（ｂ）に示すモジュール１を作製した。なお、本比較例においても、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１の双方をそれぞれ１０枚づつ作製した。
【００７９】
次に、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２を使用したモジュール１のそれぞれについて、上記実施例で説明したのと同条件下で出力特性を調べ、その平均を求めた。その結果、これらモジュール１のフィルファクタＦ．Ｆ．は平均で６５％であり、発電効率Ｅｆｆ．は平均で１０．４％であった。
【００８０】
次いで、上記実施例で説明したのと同様の方法により、撓み量ｘと幅Ｗとの関係を調べた。その結果、９１ｃｍ角のフロートガラス基板２及び４５ｃｍ角のフロートガラス基板２のいずれを使用した場合においても、撓み量ｘと幅Ｗとは図７（ｂ）に示す関係にあることが判明した。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、薄膜への溝の形成を、集束レンズから溝を形成すべき薄膜までの距離ｄと、その距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）が２つの極大値と１つの極小値とを有し且つその極小値が上記溝の幅の許容範囲内となる加工条件のもとで行う。そのため、溝の幅ｗを許容範囲内とする距離ｄの範囲を著しく拡張することができ、また、そのような加工条件のもとで形成した溝の一部は極めて特徴的な構造を有する。
【００８２】
すなわち、本発明によると、集束レンズから薄膜までの距離を高精度に制御することなく、高い加工精度で薄膜に溝を形成することが可能な薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。また、本発明によると、薄膜光電変換モジュールの安定生産を実現し得る薄膜加工方法及びそのような薄膜加工方法を利用した薄膜光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、集束レンズで集束させたレーザビームを概略的に示す図。
【図２】図１に示す位置Ａ〜Ｃにおけるレーザビームの強度分布を示すグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、集束レンズから溝が形成されるべき薄膜までの距離ｄと溝の幅ｗとの関係を示すグラフ。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機を概略的に示す図。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールを概略的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す薄膜光電変換モジュールのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】本発明の一実施形態に係る薄膜光電変換モジュールの製造プロセスにおける溝形成工程を概略的に示す図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、基板の撓み量と形成される溝の幅ｗとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…薄膜光電変換モジュール
２…透明基板
３…透明前面電極層
４ａ，４ｂ…薄膜光電変換ユニット
５…裏面電極層
１０…薄膜光電変換セル
１１…直列アレイ
１２…電極バスバー
２１，２２…分離溝
２３…接続溝
３１…光軸
３０…レーザビーム
３２〜３９…範囲
５１…レーザ加工機
５２…レーザ
５３…エクスパンダ
５４…ミラー
５５…可変エクスパンダ
５６…集束レンズ
５７…ＸＹテーブル
５８…薄膜
Claims (3)
- レーザから出射されたガウスビームを集束レンズで集束させて基板上に形成された薄膜に照射するとともに前記集束レンズで集束させたビームの光軸と前記基板とを相対移動させることにより前記薄膜に溝を形成する工程を含み、
前記溝を形成する工程において、前記基板は撓んでおり、前記集束レンズから前記薄膜までの距離ｄは、前記基板の撓みに起因して変動し、
前記溝を形成する工程は、前記距離ｄと前記距離ｄのもとで形成され得る溝の幅ｗとの関数ｗ＝ｆ（ｄ）が２つの極大値と１つの極小値とを有し、前記１つの極小値に対応した前記距離ｄが、前記幅ｗについて予め定められている加工許容範囲に対応した前記距離ｄの範囲内となり、前記基板の撓みに起因した前記距離ｄの変動が、前記加工許容範囲に対応した前記距離ｄの前記範囲内に維持されるように、前記距離ｄの設定値と、前記集束レンズに入射する直前の前記ガウスビームの径とを調整した条件のもとで行うことを特徴とする薄膜加工方法。 - 前記溝を形成する工程は、前記２つの極大値に対応した前記距離ｄの各々が、前記加工許容範囲に対応した前記距離ｄの前記範囲内となるように、前記距離ｄの設定値と、前記集束レンズに入射する直前の前記ガウスビームの径とを調整した条件のもとで行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜加工方法。
- 基板と前記基板の一方の主面に設けられた複数の薄膜光電変換セルとを具備し、前記複数の薄膜光電変換セルの隣り合った各２つの間に溝が設けられた薄膜光電変換モジュールの製造方法であって、請求項１または２に記載の薄膜加工方法によって前記溝の少なくとも１つを形成することを特徴とする薄膜光電変換モジュールの製造方法。
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