JP5193309B2 - 太陽電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池の製造方法及び製造装置に関し、詳しくは、低コストで迅速に構造欠陥の検出、修復が可能な太陽電池の製造方法および製造装置に関する。
本願は、２００８年１１月４日に出願された特願２００８−２８３１６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００８年１１月４日に出願された特願２００８−２８３１６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型及びｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などが形成された構成が採用される。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
ところで、こうした構造のアモルファスシリコン太陽電池においては、製造段階で幾つかの構造欠陥が生じることが知られている。例えば、アモルファスシリコン膜の成膜時にパーティクルが混入したりピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することがある。
このように、光電変換体において、半導体膜を挟んで上部電極と下部電極との間で局所的に短絡するような構造欠陥が生じると、発電電圧の低下や光電変換効率が低下するといった不具合を引き起こす。このため、従来のアモルファスシリコン太陽電池の製造工程においては、こうした短絡等の構造欠陥を検出し、構造欠陥が生じている箇所を除去することにより、不具合を修復している。
例えば、特許文献１においては、スクライブ線で分割されたそれぞれの区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所で生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することによって、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法が開示されている。
また、特許文献２においては、スクライブ線の形成部分に、短絡等の原因となる欠陥の発生を抑制する太陽電池の製造方法が開示されている。
また、特許文献２においては、スクライブ線の形成部分に、短絡等の原因となる欠陥の発生を抑制する太陽電池の製造方法が開示されている。
区画素子上で構造欠陥が生じている箇所を除去する際には、レーザ光を用いて構造欠陥を囲むような溝（リペア線）を形成し、構造欠陥が存在する領域を構造欠陥が存在していない部分から電気的に分離させて、短絡等の障害を防止する方法が一般的に知られている。こうしたリペア線によって構造欠陥を電気的に分離させる場合、従来においては区画素子が形成される基板の端部を基準にして、レーザ光の照射位置の位置決めを行っている。
しかしながら、基板の端部をレーザ光の位置決め基準に設定して、構造欠陥が存在する領域と構造欠陥が存在していない部分とを電気的に分離するリペア線を形成する場合、大型化された太陽電池にリペア線を形成する際に、大型で高精度に移動可能な太陽電池の移動ステージが必要である。例えば、一辺のサイズが１ｍを超えるような大型の太陽電池が載置され、数十μｍ程度の移動精度を保つ移動ステージは極めて高価であり、大型の太陽電池を量産する際の製造コストが大きく上昇してしまう虞がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、移動精度が低いローコストな移動ステージを用いた場合であっても、構造欠陥が存在する領域を構造欠陥が存在していない部分から正確に分離させ、構造欠陥を確実に除去することが可能な太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は次のような太陽電池の製造方法を提供した。すなわち、本発明の第１態様の太陽電池の製造方法は、スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、前記区画素子に存在する構造欠陥を検出し（欠陥検出工程）、前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定し（欠陥位置特定工程）、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域を除去する（修復工程）。
本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する位置を特定する際（欠陥位置特定工程）に、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像し、前記領域を撮像することによって画像を得て、前記画像に基づいて前記構造欠陥が存在する位置を前記距離データとして特定することが好ましい。
本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する領域を除去する際（修復工程）に、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域をレーザ光の照射によって除去することが好ましい。
本発明の第１態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する領域を除去する際（修復工程）に、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域をレーザ光の照射によって除去することが好ましい。
また、上記課題を解決するために、本発明は次のような太陽電池の製造装置を提供した。すなわち、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置は、スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有して互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を含む太陽電池の製造装置であって、前記区画素子に存在する構造欠陥を検出する欠陥検出部と、前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定する欠陥位置特定部と、前記距離データに基づいて、前記構造欠陥が存在する領域を除去する修復部と、を含む。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像する撮像装置を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記修復部は、レーザ装置を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥及び前記スクライブ線を撮像することによって画像を得るカメラと、前記構造欠陥及び前記スクライブ線が前記画像に含まれるように撮像倍率を変更する光学系とを含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含み、前記欠陥位置特定部は、前記スクライブ線に対応して前記画像に含まれるスクライブ線画像と、前記構造欠陥に対応して前記画像に含まれる構造欠陥画像とを用いて、前記スクライブ線画像の幅を基準に、前記構造欠陥画像の位置データ及び大きさデータを作成し、前記修復部は、前記構造欠陥に向けてレーザ光を照射するレーザ装置と、前記構造欠陥と前記レーザ装置との相対的な位置を制御するレーザ照射位置移動部を含み、前記修復部は、前記構造欠陥画像の前記位置データ及び前記大きさデータと前記レーザ照射目標点とに基づき、前記レーザ照射位置移動部の位置を制御し、前記レーザ装置は、前記レーザ光が照射される前記区画素子上の位置と、前記画像におけるレーザ照射目標点とが一致した状態で、前記レーザ光を前記区画素子上に照射し、前記構造欠陥が存在する領域を除去することが好ましい。レーザ照射位置移動部の例としてＸＹステージが例示される。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記修復部は、レーザ装置を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥及び前記スクライブ線を撮像することによって画像を得るカメラと、前記構造欠陥及び前記スクライブ線が前記画像に含まれるように撮像倍率を変更する光学系とを含むことが好ましい。
本発明の第２態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含み、前記欠陥位置特定部は、前記スクライブ線に対応して前記画像に含まれるスクライブ線画像と、前記構造欠陥に対応して前記画像に含まれる構造欠陥画像とを用いて、前記スクライブ線画像の幅を基準に、前記構造欠陥画像の位置データ及び大きさデータを作成し、前記修復部は、前記構造欠陥に向けてレーザ光を照射するレーザ装置と、前記構造欠陥と前記レーザ装置との相対的な位置を制御するレーザ照射位置移動部を含み、前記修復部は、前記構造欠陥画像の前記位置データ及び前記大きさデータと前記レーザ照射目標点とに基づき、前記レーザ照射位置移動部の位置を制御し、前記レーザ装置は、前記レーザ光が照射される前記区画素子上の位置と、前記画像におけるレーザ照射目標点とが一致した状態で、前記レーザ光を前記区画素子上に照射し、前記構造欠陥が存在する領域を除去することが好ましい。レーザ照射位置移動部の例としてＸＹステージが例示される。
本発明の太陽電池の製造方法によれば、撮像装置によって得られた画像データに基づいて画像解析装置においてスクライブ線の位置が特定され、予め記憶されたレーザ光の照射位置データを参照してレーザ光が照射される区画素子上の位置を正確に決定できる。
また、従来においては、基板の周辺部に設けられたアライメントマーク又は基板のエッジ部分（端部）を基準として太陽電池が載置されたステージの移動が制御されていたため、例えば、数メートル長さを有する大型の太陽電池を１ｍ移動させた後に、数μｍといった微小な距離だけ太陽電池を移動させることが可能な極めて高価なステージが必要であった。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置が撮像し、撮像装置によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置において構造欠陥と構造欠陥に最も近いスクライブ線との距離が算出され、ステージの位置が制御される。このため、数ｍから数μｍといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥を電気的に分離（除去）することができる。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置が撮像し、撮像装置によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置において構造欠陥と構造欠陥に最も近いスクライブ線との距離が算出され、ステージの位置が制御される。このため、数ｍから数μｍといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥を電気的に分離（除去）することができる。
また、本発明の太陽電池の製造装置によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置が撮像し、撮像装置によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置において構造欠陥と構造欠陥に最も近いスクライブ線との距離が算出され、ステージの位置が制御される。このため、広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥を電気的に分離（除去）することができる。
以下、本発明に係る太陽電池の製造方法、及びこれに用いられる本発明の太陽電池の製造装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものである。本発明の技術範囲は以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、以下の説明に用いる各図面では、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものである。本発明の技術範囲は以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、以下の説明に用いる各図面では、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図１は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。また、図２Ａは図１の太陽電池の層構成を示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａにおいて符号Ｂによって示された部分が拡大された拡大図である。
太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の第１面１１ａ（一方の面）に形成された光電変換体１２を有する。基板１１は、例えば、カラス又は透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されている。この基板１１の第２面１１ｂ（他方の面）には太陽光が入射する。
太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の第１面１１ａ（一方の面）に形成された光電変換体１２を有する。基板１１は、例えば、カラス又は透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されている。この基板１１の第２面１１ｂ（他方の面）には太陽光が入射する。
光電変換体１２においては、基板１１から順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層されている。
第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性の金属酸化物（ＴＣＯ）から形成されている。
また、第二電極層（上部電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されている。
第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性の金属酸化物（ＴＣＯ）から形成されている。
また、第二電極層（上部電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されている。
半導体層１４は、例えば、図２Ｂに示すように、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との間にｉ型アモルファスシリコン膜１６が挟まれて構成されたｐｉｎ接合構造を有する。そして、この半導体層１４に太陽光が入射すると電子とホールが生じ、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との電位差によって電子及びホールは活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差が生じる（光電変換）。
光電変換体１２は、スクライブ線（スクライブライン）１９によって、外形が短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割されている。この区画素子２１，２１…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子２１どうしの間で、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、区画素子２１，２１…が全て電気的に直列に繋がれた構造を有する。この構造においては、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザ光などによって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。
なお、このような光電変換体１２を構成する第二電極層（上部電極）１５の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層（図示せず）を形成するのが好ましい。
以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。
図３は本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の位置特定から修復に至る工程について詳述する。
まず、図１に示すように、透明な基板１１の第１面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程：Ｐ１）。光電変換体１２の構造としては、例えば、基板１１の第１面１１ａから順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層された構造が用いられる。
図３は本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の位置特定から修復に至る工程について詳述する。
まず、図１に示すように、透明な基板１１の第１面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程：Ｐ１）。光電変換体１２の構造としては、例えば、基板１１の第１面１１ａから順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層された構造が用いられる。
このような構造を有する光電変換体１２の形成工程の中で、例えば図４に示すように、半導体層１４に不純物等が混入すること（コンタミネーション）によって生じる構造欠陥Ａ１や、半導体層１４に微細なピンホールが生じる構造欠陥Ａ２などの不具合が発生する場合がある。このような構造欠陥Ａ１，Ａ２は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
次に、光電変換体１２に向けて、例えばレーザ光線などを照射して、スクライブ線（スクライブライン）１９を形成し、短冊状に分割された多数の区画素子２１，２１…を形成する（区画素子の形成工程：Ｐ２）。
以上の工程を経て形成された太陽電池１０においては、区画素子２１，２１…に存在する構造欠陥（上述したＡ１，Ａ２に代表される欠陥）が検出される（欠陥検出工程：Ｐ３）。この欠陥検出工程において、区画素子２１，２１…に存在する構造欠陥を検出する方法は、所定の欠陥検出装置が用いられる。
欠陥検出装置の種類は、特に限定されない。欠陥を検出する方法の一例としては、互いに隣接する区画素子２１，２１間の抵抗値を、区画素子２１の長辺方向に所定の間隔で測定していき、抵抗値が低下している領域、即ち短絡の原因である欠陥が存在することが予測される大よその領域を特定する方法が挙げられる。
欠陥検出装置の種類は、特に限定されない。欠陥を検出する方法の一例としては、互いに隣接する区画素子２１，２１間の抵抗値を、区画素子２１の長辺方向に所定の間隔で測定していき、抵抗値が低下している領域、即ち短絡の原因である欠陥が存在することが予測される大よその領域を特定する方法が挙げられる。
また、例えば、区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所（構造欠陥が存在する箇所）において生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することで、構造欠陥が存在する大よその領域を特定する方法も挙げられる。
上述したような方法によって、区画素子２１，２１…に構造欠陥が存在する大よその領域が確認（発見）されたら、次に、この構造欠陥をレーザ光によって電気的に分離させる前工程として、この構造欠陥の正確な位置を測定する（欠陥位置特定工程：Ｐ４）。
図５は、欠陥位置特定工程、又は次工程である修復工程に用いられる、本発明の欠陥位置特定修復装置（太陽電池の製造装置）を示す概念図である。
欠陥位置特定修復装置３０は、太陽電池１０が載置されステージ（移動ステージ）３１とこのステージ３１に載置される太陽電池１０の区画素子２１，２１…を高精度に撮像する撮像装置（カメラ）３２とを含む。
欠陥位置特定修復装置３０は、太陽電池１０が載置されステージ（移動ステージ）３１とこのステージ３１に載置される太陽電池１０の区画素子２１，２１…を高精度に撮像する撮像装置（カメラ）３２とを含む。
撮像装置３２（欠陥位置特定部）には画像解析装置３４（欠陥位置特定部）が接続されている。また、ステージ３１には、ステージ３１の移動を制御するステージ移動機構３５（レーザ照射位置移動部，修復部）が接続されている。ステージ移動機構３５は、構造欠陥Ｄとレーザ装置３３との相対的な位置を制御し、レーザ装置３３の位置に対してステージ３１を移動させる。
撮像装置３２又は画像解析装置３４によって欠陥位置特定部が構成されている。また、欠陥位置特定修復装置３０は、構造欠陥Ｄを構造欠陥が存在していない部分から電気的に分離（除去）するレーザ装置３３（修復部）を含む。レーザ装置３３は、構造欠陥Ｄ、或いは、構造欠陥Ｄの近傍の領域に向けてレーザ光を照射する。
撮像装置３２又は画像解析装置３４によって欠陥位置特定部が構成されている。また、欠陥位置特定修復装置３０は、構造欠陥Ｄを構造欠陥が存在していない部分から電気的に分離（除去）するレーザ装置３３（修復部）を含む。レーザ装置３３は、構造欠陥Ｄ、或いは、構造欠陥Ｄの近傍の領域に向けてレーザ光を照射する。
ステージ３１は、太陽電池１０が載置される装置であり、Ｘ軸およびＹ軸方向に所定の精度で太陽電池１０を移動させる。撮像装置３２は、例えば、固体撮像素子（ＣＣＤ）を備えたカメラを含む。レーザ装置３３は、所定の位置で固定されている。レーザ装置３３において生成されたレーザ光は、太陽電池１０の基板に向けて照射される。レーザ装置３３としては、例えば、グリーンレーザ光を照射する装置が用いられる。
画像解析装置３４は、撮像装置３２で得られた撮像データに基づいて、区画素子２１とスクライブ線１９との間の境界、すなわち区画素子２１の長辺方向に沿ったエッジ線Ｅを検出する。また、画像解析装置３４は、エッジ線Ｅと、撮像データにおける構造欠陥Ｄの位置との距離を、画像の解像度又は倍率（撮像倍率）を勘案して算出する。また、画像解析装置３４には、レーザ装置３３から照射されるレーザ光のステージ３１に対する照射位置が記憶されたＲＡＭ３６が接続されている。
欠陥位置特定工程（Ｐ４）では、まず、前工程である欠陥検出工程（Ｐ３）において検出された構造欠陥が存在する大よその領域に、撮像装置３２の撮像範囲が合致するように、ステージ３１を移動させる（Ｐ４ａ）。撮像装置３２は、区画素子２１に存在する構造欠陥Ｄと、構造欠陥Ｄに最も近いスクライブ線１９とを含む領域を所定の倍率及び解像度で撮像し、画像データを得る（図６参照）。
このように得られた画像（領域画像，画像データ）には、基板１１上に形成されたスクライブ線１９に対応するスクライブ線画像（スクライブ線画像データ）と、光電変換体１２に生じた構造欠陥Ｄに対応する構造欠陥画像（構造欠陥画像データ）とが含まれている。このようなスクライブ線画像及び構造欠陥画像を含む画像データは画像解析装置３４に入力される。
このように得られた画像（領域画像，画像データ）には、基板１１上に形成されたスクライブ線１９に対応するスクライブ線画像（スクライブ線画像データ）と、光電変換体１２に生じた構造欠陥Ｄに対応する構造欠陥画像（構造欠陥画像データ）とが含まれている。このようなスクライブ線画像及び構造欠陥画像を含む画像データは画像解析装置３４に入力される。
画像解析装置３４においては、入力された画像データに基づいて、まず、スクライブ線１９の位置が特定される（Ｐ４ｂ）。スクライブ線１９の特定には、例えば、区画素子２１の形成部分とスクライブ線１９の領域とにおける材質の違い又は高低差（厚み差）に起因する、画像における明暗差に基づいて、スクライブ線１９のエッジＥの位置を特定すればよい。
次に、ＲＡＭ３６を参照して、ＲＡＭ３６に予め記憶されたステージ３１に対するレーザ光の照射位置データを読み出す。この照射位置データとスクライブ線１９のエッジＥの位置データとに基づいて、構造欠陥Ｄとスクライブ線１９のエッジＥとの距離Δｔが算出される（Ｐ４ｃ）。
次に、修復工程（Ｐ５）においては、欠陥位置特定工程（Ｐ４）において得られた構造欠陥Ｄとスクライブ線１９との距離データΔｔに基づいて、レーザ光の照射位置と構造欠陥Ｄの近傍の位置とが一致するようにステージ３１を精密に誘導する（Ｐ５ａ）。そして、レーザ装置３３から区画素子２１に焦点を合わせてレーザ光を照射し、構造欠陥Ｄを取り囲むリペア線Ｒが形成される（Ｐ５ｂ）。リペア線Ｒを形成することによって、構造欠陥Ｄは、欠陥が生じていない他の領域から電気的に分離（除去）される。
上記のようなリペア線Ｒの形成時に、スクライブ線１９のエッジＥの位置とレーザ光の照射位置とが正確に検出されているので、リペア線Ｒとスクライブ線１９のエッジＥとの距離Δｍを最小限の値に設定することができる。従って、リペア線Ｒの位置とスクライブ線１９のエッジＥの位置とが極めて近づくように、リペア線Ｒを形成することができる。
リペア線Ｒを形成する際には、第一電極層（下部電極）１３から第二電極層（上部電極）１５までの層（光電変換体）が除去される（図２参照）。
本発明では、上述したように、撮像装置３２によって得られた画像データに基づいて画像解析装置３４においてスクライブ線１９の位置が特定され、予め記憶されたレーザ光の照射位置データを参照してレーザ光が照射される区画素子２１上の位置を正確に決定できる。従って、リペア線Ｒとスクライブ線１９のエッジＥとの間の距離を最小限に保ってレーザ光を照射でき、リペア線Ｒとスクライブ線１９との間に残留する構造欠陥の発生数を最小限に抑制できる。これによって、多くの構造欠陥が最終製品に残留するという懸念を解消することができる。
また、従来においては、基板のエッジ部分（端部）を基準として太陽電池が載置されたステージの移動が制御されていたため、例えば、数メートル長さを有する大型の太陽電池を１ｍ移動させた後に、数μｍといった微小な距離だけ太陽電池を移動させることが可能な極めて高価なステージが必要であった。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置３２の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置３２が撮像し、撮像装置３２によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置３４において構造欠陥Ｄと構造欠陥Ｄに最も近いスクライブ線１９との距離が算出され、ステージ３１の位置が制御される。このため、数ｍから数μｍといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥Ｄを電気的に分離（除去）することができる。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置３２の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置３２が撮像し、撮像装置３２によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置３４において構造欠陥Ｄと構造欠陥Ｄに最も近いスクライブ線１９との距離が算出され、ステージ３１の位置が制御される。このため、数ｍから数μｍといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥Ｄを電気的に分離（除去）することができる。
次に、欠陥位置特定修復装置３０の構成について具体的に説明する。
図７Ａ及び図７Ｂは、欠陥位置特定修復装置３０の光学系，レーザ光の経路，及びレーザ光が照射される部位を模式的に説明するための図である。
図７Ａ及び図７Ｂに示す欠陥位置特定修復装置３０においては、構造欠陥Ｄの位置を特定する光学系の一部と、欠陥を修復する光学系の一部とが共通である。即ち、欠陥位置特定修復装置３０においては、欠陥位置特定部５２及び修復部５３は、互いに共通する光学系を有する。欠陥位置特定修復装置３０の光学系は、例えば、レンズ４１ａ，４１ｂ，ハーフミラー４２，ミラー４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，フィルタ４４，倍率変更部４５，レーザ装置３３，及び撮像装置３２から構成される。また、欠陥位置特定部５２は、レンズ４１ａ，４１ｂ，ハーフミラー４２，ミラー４３ａ，４３ｂ，フィルタ４４，倍率変更部４５，及び撮像装置３２によって構成されている。また、修復部５３は、レンズ４１ａ，ハーフミラー４２，ミラー４３ｃ，及びレーザ装置３３によって構成されている。即ち、レンズ４１ａ及びハーフミラー４２は、欠陥位置特定部５２及び修復部５３において共通する光学系である。
図７Ａ及び図７Ｂは、欠陥位置特定修復装置３０の光学系，レーザ光の経路，及びレーザ光が照射される部位を模式的に説明するための図である。
図７Ａ及び図７Ｂに示す欠陥位置特定修復装置３０においては、構造欠陥Ｄの位置を特定する光学系の一部と、欠陥を修復する光学系の一部とが共通である。即ち、欠陥位置特定修復装置３０においては、欠陥位置特定部５２及び修復部５３は、互いに共通する光学系を有する。欠陥位置特定修復装置３０の光学系は、例えば、レンズ４１ａ，４１ｂ，ハーフミラー４２，ミラー４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，フィルタ４４，倍率変更部４５，レーザ装置３３，及び撮像装置３２から構成される。また、欠陥位置特定部５２は、レンズ４１ａ，４１ｂ，ハーフミラー４２，ミラー４３ａ，４３ｂ，フィルタ４４，倍率変更部４５，及び撮像装置３２によって構成されている。また、修復部５３は、レンズ４１ａ，ハーフミラー４２，ミラー４３ｃ，及びレーザ装置３３によって構成されている。即ち、レンズ４１ａ及びハーフミラー４２は、欠陥位置特定部５２及び修復部５３において共通する光学系である。
倍率変更部４５は、構造欠陥Ｄ及びスクライブ線１９を含む領域が撮像装置３２によって撮像されるように、撮像倍率を変更する光学系部材（光学系）である。換言すれば、倍率変更部４５は、上述したスクライブ線画像及び構造欠陥画像が、撮像装置３２によって得られる画像（領域画像）に含まれるように、撮像倍率を変更する光学系部材である。
倍率変更部４５の構成としては、例えば、複数のレンズが光路Ｑ１上に配置され、レンズ間の距離が変化することによって撮像倍率を変更させる構造が採用される。また、撮像装置３２が撮像倍率を変更させる構造を含んでいてもよい。
倍率変更部４５の構成としては、例えば、複数のレンズが光路Ｑ１上に配置され、レンズ間の距離が変化することによって撮像倍率を変更させる構造が採用される。また、撮像装置３２が撮像倍率を変更させる構造を含んでいてもよい。
構造欠陥Ｄの位置を特定するために、構造欠陥Ｄ及びスクライブ線１９を含む領域を撮像して画像を得る際には、構造欠陥Ｄ及び構造欠陥Ｄに最も近いスクライブ線１９を含む像が、レンズ４１ａからハーフミラー４２，ミラー４３ａ，レンズ４１ｂ，フィルタ４４，ミラー４３ｂ，及び倍率変更部４５を介した光路Ｑ１を経て、撮像装置３２で結像される。即ち、欠陥位置特定部５２において、構造欠陥Ｄ及び構造欠陥Ｄに最も近いスクライブ線１９を含む像が撮像され、画像が得られる。
一方、構造欠陥Ｄを修復する際には、レーザ装置３３から出射されたレーザ光が、ミラー４３ｃ，ハーフミラー４２，及びレンズ４１ａを介した光路Ｑ２を経て、構造欠陥Ｄに向けて照射される。即ち、修復部５３において、レーザ光が構造欠陥Ｄに向けて照射される。このように、欠陥位置特定修復装置３０においては、光路Ｑ１及び光路Ｑ２において、一部の光路（一部の光学系）を共用し、この光学系を構成する部材が１つのベースプレートに配置されていることが好ましい。なお、修復工程において、レーザ光の照射中に、光路Ｑ１上にシャツター等の部材を設けなくてもよい。レーザ光が例えばグリーンレーザである場合、グリーン（緑色）の帯域の光をカットするフィルタ４４が光路Ｑ１上に設けられていることで、構造欠陥Ｄが修復されている状況を画像で確認しながら構造欠陥Ｄの修復を行うことができる。
以上のような工程を経て、区画素子２１に存在する全ての構造欠陥Ｄを電気的に分離（除去）した後、保護層の形成工程（Ｐ６）などを経て、製品としての太陽電池が得られる。
（変形例）
次に、上記の実施形態の変形例について説明する。
上記の実施形態においては、撮像装置３２は、倍率を変更させて、構造欠陥Ｄ及びスクライブ線１９を含む領域を撮像し、スクライブ線画像と構造欠陥画像とを含む画像（領域画像）を得ている。この場合、この画像内における基準距離が不明である。
次に、上記の実施形態の変形例について説明する。
上記の実施形態においては、撮像装置３２は、倍率を変更させて、構造欠陥Ｄ及びスクライブ線１９を含む領域を撮像し、スクライブ線画像と構造欠陥画像とを含む画像（領域画像）を得ている。この場合、この画像内における基準距離が不明である。
本変形例においては、まず、画像内の画像基準点（例えば中心点）が設定される。なお、画像基準点は、画像内で常に同じ位置になるように事前に決められてもよい。また、画像基準点は画像内で任意に決められてもよい。撮影によって画像を得る時の画像基準点に対応する基板上の点が、基板基準点とされる。
次に、画像処理により、画像内のスクライブ線画像及び構造欠陥画像の位置及び大きさが算出される。これによって、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、スクライブ線画像の画像内の幅データとが作成される。構造欠陥画像の画像内の位置データは、画像基準点を基準に作成される。
次に、記憶されている実際のスクライブ線の幅と、スクライブ線画像の画像内の幅データを用いて、この画像の基準距離が設定される。
次に、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、基準距離とを用いて、基板基準点からの構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータが作成される。
次に、構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータから、構造欠陥Ｄを取り囲むリペア線Ｒを形成するためのレーザ照射位置データが作成される。レーザ照射位置データから、ＸＹステージ３１の移動データが作成される。
図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、欠陥位置特定部５２及び修復部５３は、互いに共通する光学系を有する。即ち、レンズ４１ａ及びハーフミラー４２における光路Ｑ１，Ｑ２が一致しているので、画像基準点に対応する基板上の点とレーザ光が照射される基板上の点とを一致させることができる。
次に、ＸＹステージ３１の移動データに基づきＸＹステージ３１が移動しながら、レーザ照射位置データに基づきレーザが区画素子２１上に照射される。
上記のように、撮像装置３２によって得られた画像（領域画像）を用いることにより、光電変換体１２に生じている実際の構造欠陥Ｄの位置と大きさが算出することができる。また、画像のデータに基づき、レーザ装置３３の位置に対してステージ３１（レーザ照射位置移動部）を移動させる範囲を決めることができるので、基板全体に対する座標を求める必要がなくなる。
レーザ装置３３は、レーザ光が照射される区画素子２１上の位置（リペア線Ｒが形成される位置）と、画像（領域画像）におけるレーザ照射目標点（画像基準点）とが一致するにようにステージ３１を移動させながらレーザ光を区画素子２１上に照射する。これによって、リペア線Ｒが形成され、第一電極層（下部電極）１３から第二電極層（上部電極）１５までの層（光電変換体）が除去される。
次に、画像処理により、画像内のスクライブ線画像及び構造欠陥画像の位置及び大きさが算出される。これによって、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、スクライブ線画像の画像内の幅データとが作成される。構造欠陥画像の画像内の位置データは、画像基準点を基準に作成される。
次に、記憶されている実際のスクライブ線の幅と、スクライブ線画像の画像内の幅データを用いて、この画像の基準距離が設定される。
次に、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、基準距離とを用いて、基板基準点からの構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータが作成される。
次に、構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータから、構造欠陥Ｄを取り囲むリペア線Ｒを形成するためのレーザ照射位置データが作成される。レーザ照射位置データから、ＸＹステージ３１の移動データが作成される。
図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、欠陥位置特定部５２及び修復部５３は、互いに共通する光学系を有する。即ち、レンズ４１ａ及びハーフミラー４２における光路Ｑ１，Ｑ２が一致しているので、画像基準点に対応する基板上の点とレーザ光が照射される基板上の点とを一致させることができる。
次に、ＸＹステージ３１の移動データに基づきＸＹステージ３１が移動しながら、レーザ照射位置データに基づきレーザが区画素子２１上に照射される。
上記のように、撮像装置３２によって得られた画像（領域画像）を用いることにより、光電変換体１２に生じている実際の構造欠陥Ｄの位置と大きさが算出することができる。また、画像のデータに基づき、レーザ装置３３の位置に対してステージ３１（レーザ照射位置移動部）を移動させる範囲を決めることができるので、基板全体に対する座標を求める必要がなくなる。
レーザ装置３３は、レーザ光が照射される区画素子２１上の位置（リペア線Ｒが形成される位置）と、画像（領域画像）におけるレーザ照射目標点（画像基準点）とが一致するにようにステージ３１を移動させながらレーザ光を区画素子２１上に照射する。これによって、リペア線Ｒが形成され、第一電極層（下部電極）１３から第二電極層（上部電極）１５までの層（光電変換体）が除去される。
以上詳述したように、本発明は、移動精度が低いローコストな移動ステージを用いた場合であっても、構造欠陥が存在する領域を構造欠陥が存在していない部分から正確に分離させ、構造欠陥を確実に除去することが可能な太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置に有用である。
１０…太陽電池、１１…基板、１２…光電変換体、１３…第一電極、１４…半導体層、１５…第二電極、１９…スクライブ線、２１…区画素子、３２…撮像素子、３４…画像解析装置。
Claims (9)
- 太陽電池の製造方法であって、
スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
前記区画素子に存在する構造欠陥を検出し、
前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定し、
前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項１に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記構造欠陥が存在する位置を特定する際に、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像し、前記領域を撮像することによって画像を得て、前記画像に基づいて前記構造欠陥が存在する位置を前記距離データとして特定することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項１又は請求項２に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記構造欠陥が存在する領域を除去する際に、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域をレーザ光の照射によって除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有して互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を含む太陽電池の製造装置であって、
前記区画素子に存在する構造欠陥を検出する欠陥検出部と、
前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定する欠陥位置特定部と、
前記距離データに基づいて、前記構造欠陥が存在する領域を除去する修復部と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項４に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像する撮像装置を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項４に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記修復部は、レーザ装置を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項４に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項４に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部は、
前記構造欠陥及び前記スクライブ線を撮像することによって画像を得るカメラと、
前記構造欠陥及び前記スクライブ線が前記画像に含まれるように撮像倍率を変更する光学系と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項８に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含み、
前記欠陥位置特定部は、前記スクライブ線に対応して前記画像に含まれるスクライブ線画像と、前記構造欠陥に対応して前記画像に含まれる構造欠陥画像とを用いて、前記スクライブ線画像の幅を基準に、前記構造欠陥画像の位置データ及び大きさデータを作成し、
前記修復部は、前記構造欠陥に向けてレーザ光を照射するレーザ装置と、前記構造欠陥と前記レーザ装置との相対的な位置を制御するレーザ照射位置移動部を含み、
前記修復部は、前記構造欠陥画像の前記位置データ及び前記大きさデータと前記レーザ照射目標点とに基づき、前記レーザ照射位置移動部の位置を制御し、
前記レーザ装置は、前記レーザ光が照射される前記区画素子上の位置と、前記画像におけるレーザ照射目標点とが一致した状態で、前記レーザ光を前記区画素子上に照射し、前記構造欠陥が存在する領域を除去することを特徴とする太陽電池の製造装置。
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