JP5369099B2 - 薄膜太陽電池のスクライブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池表面の薄膜上に精度良くスクライブ加工を実行することができる薄膜太陽電池のスクライブ装置に関する。
エネルギー問題、ＣＯ2 排出量問題等が各国の重要課題となりつつある昨今、ＣＯ2 を排出しないエネルギー源として太陽電池の開発が急速に進展している。特に、光電変換効率が高く、構造的に安定した出力特性を得られることから、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧｎ）Ｓｅ2 ）系のカルコパイライト化合物を光吸収層に用いている太陽電池が多々開発されている。
図１は、ＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。図１（ａ）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をスパッタリングにより形成し、スクライブ加工により下部電極分離用の溝Ｌを形成する。
次に、図１（ｂ）では、Ｍｏ電極層２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薄膜等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、その上にスパッタリングによりＺｎＯ薄膜等からなる絶縁層５を形成し、下部電極分離用の溝Ｌから横方向に所定間隔離れた位置にスクライブ加工によりＭｏ電極層２まで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する。
そして、図１（ｃ）では、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜等からなる上部電極となる透明電極層６を形成し、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２に到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する。
ＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池を製造する工程において、溝Ｍ１及びＭ２の形成時にレーザスクライブ加工を用いる場合には、レーザ光の熱により光吸収層３の光電変換特性が劣化するおそれがあった。そこで、例えば特許文献１及び２では、筒体の先端部が先細り形状となった刃先を有する刃を押し当てることにより、レーザ光を用いないでメカニカルなスクライブ加工を行っている。
特開２００２−９４０８９号公報 特開２００４−１１５３５６号公報
しかし、特許文献１及び２に開示されているようなスクライブ装置では、刃先の形状が所定のテーパーを有する円錐ニードル等であり、基板に圧着される面では接触面積を広くするために平らになるよう先端部分がカットされている。したがって、比較的安定して薄膜を剥離することができる一方、どうしても薄膜が不規則に剥離しやすく、スクライブ加工を精度良く実行することが困難であるという問題点があった。
特に、スクライブラインの線幅を一定に維持するためには、薄膜の剥離度合を一定にする必要がある。しかし、基板の性状に合わせて刃先を押し付ける負荷を加減することで調整することもできるが、一律に基板表面に対する押圧力が増減するため、微調整することは非常に困難であった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、形成されるスクライブラインの線幅を容易に調整することができる薄膜太陽電池のスクライブ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために第１発明に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置は、薄膜太陽電池の基板を支持する支持手段と、前記基板の一方の面のスクライブ予定ラインに沿って、先端に装着されている刃先を押圧するスクライブヘッドと、前記基板と前記スクライブヘッドとを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記スクライブヘッドと前記基板とが相対的に移動することで前記基板の一方の面にスクライブラインを形成する薄膜太陽電池のスクライブ装置であって、前記スクライブヘッドは、前記刃先の先端形状がシリンドリカル形状であり、相対的に移動する移動方向がシリンドリカル形状の中心線方向と略一致するように前記刃先を配設してあることを特徴とする。
第１発明では、薄膜太陽電池の基板の一方の面のスクライブ予定ラインに沿って刃先を押圧するよう、スクライブヘッドと基板とを相対的に移動させる。すなわち、スクライブヘッドを固定して基板を移動させても良いし、逆に基板を停止してスクライブヘッドを移動させても良いし、双方を移動させても良い。スクライブヘッドの刃先の先端形状がシリンドリカル形状であり、相対的な移動方向がシリンドリカル形状の中心線方向と略一致するように刃先を配設してある。スクライブヘッドの刃先の先端形状がシリンドリカル形状であることから、刃先を基板表面に押し付けて相対的に移動させた場合、表面の薄膜に対する押圧力は、刃先が基板に最初に接触する中央部分から移動方向に略直交する方向へ向かうにつれて次第に小さくなることから、薄膜が剥離する境界にて押圧力が滑らかに変化し、急激に変化しない。したがって、境界部分にて意図しない大きな剥離が生じる可能性が少なく、所望のスクライブ予定ラインに沿って薄膜を剥離させることができる。また、スクライブ予定ラインの線幅も、刃先のシリンドリカル形状の半径及び刃先の押圧力の増減により容易に調整することが可能となる。
また、第２発明に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置は、第１発明において、前記薄膜太陽電池は、化合物半導体薄膜からなる光吸収層が形成された薄膜太陽電池であることを特徴とする。
第２発明では、薄膜太陽電池は、化合物半導体薄膜からなる光吸収層が形成された薄膜太陽電池を剥離する際に、光吸収層の剥離に起因する意図しない大きな剥離を抑えることが可能となる。
上記構成により、スクライブヘッドの刃先の先端形状がシリンドリカル形状であることから、刃先を基板表面に押し付けて相対的に移動させた場合、表面の薄膜に対する押圧力は、刃先が基板に最初に接触する中央部分から移動方向に略直交する方向へ向かうにつれて次第に小さくなることから、薄膜が剥離する境界にて押圧力が滑らかに変化し、急激に変化しない。したがって、境界部分にて意図しない大きな剥離が生じる可能性が少なく、所望のスクライブ予定ラインに沿って薄膜を剥離させることができる。また、スクライブ予定ラインの線幅も、刃先のシリンドリカル形状の半径及び刃先の押圧力の増減により容易に調整することが可能となる。
ＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置の構成を示す模式図である。 従来の薄膜太陽電池のスクライブ装置の刃先の構成を示す斜視図である。 従来の刃先を用いた場合のスクライブラインの形成状態を示す模式図である。 本実施の形態に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置の刃先の構成を示す斜視図である。 本実施の形態に係る刃先を用いた場合のスクライブラインの形成状態を示す模式図である。
１８ テーブル
１９ ブリッジ
２０ 支持柱
２１ ガイドバー
２２ ガイド
２３ ホルダ支持体
９ ホルダ
Ｗ 太陽電池基板
７ スクライブヘッド
８ 刃先
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置の構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施の形態に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置は、略水平方向（Ｙ方向）に移動することができ、しかも９０度及び角度θ回転することが可能なテーブル１８を備えている。
テーブル１８を挟んで設けてある両側の支持柱２０、２０と、Ｘ方向に延在するガイドバー２１とで構成されるブリッジ１９は、テーブル１８上をまたぐように設けてある。ホルダ支持体２３は、ガイドバー２１に形成したガイド２２に沿って移動することができ、モータ２４の回転によりＸ方向に移動する。
ホルダ支持体２３には、スクライブヘッド７が設けてあり、スクライブヘッド７の下部には、テーブル１８上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する刃先８を保持するホルダ９が設けてある。
また、Ｘ方向及びＹ方向に移動することが可能な台座１２、１３上に、カメラ１０、１１が載置されている。台座１２、１３はＸ方向に延在する支持台１４に設けてあるガイド１５に沿って移動する。カメラ１０、１１は、手動操作で上下動することができ、撮像の焦点を調整することができる。カメラ１０、１１で撮像された画像はモニタ１６、１７に表示される。
テーブル１８の上に載置された太陽電池基板Ｗ表面には、位置を特定するためのアライメントマークが記載されており、カメラ１０、１１によりアライメントマークを撮像することにより、太陽電池基板Ｗの位置を調整する。具体的には、テーブル１８の上に載置された太陽電池基板Ｗ表面のアライメントマークを、カメラ１０、１１により撮像し、アライメントマークの位置を特定する。特定されたアライメントマークの位置に基づいて、太陽電池基板Ｗの載置時の方向ずれを検出し、テーブル１８を所定角度θ回転させることで修正する。
そして、テーブル１８をＹ方向に所定ピッチで移動させる都度、スクライブヘッド７を下降させて刃先８を太陽電池基板Ｗ表面に押し付けた状態でＸ方向へ移動させることで、太陽電池基板Ｗの表面をＸ方向にスクライブ加工する。太陽電池基板Ｗの表面をＹ方向にスクライブ加工する場合には、テーブル１８を９０度回転させた状態で、同様の動作を行うことで対応する。
スクライブヘッド７の先端部分には、太陽電池基板Ｗの表面の薄膜を剥離するための刃先８が設けてある。図３は、従来の薄膜太陽電池のスクライブ装置の刃先の構成を示す斜視図である。
図３に示すように、刃先８’は、円筒形状を有しており、先端部分で所定のテーパーを有して先細り形状となっている。また先端部分では太陽電池基板Ｗの薄膜を剥離させる表面積を確保するべく円筒形状の中心線に略直行する方向に切断され、先端部分が円錐台形状となっている。すなわち、円筒形状部分では断面形状が半径ｒ１の円形であるのに対して、円錐台形状部分の先端では断面形状が半径ｒ１より小さい半径ｒ２の円形となっている。斯かる形状の刃先８’を太陽電池基板Ｗの表面の薄膜に押し付けながら、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブヘッド７をＹ方向へ相対的に移動させることでスクライブ加工する。
図４は、従来の刃先８’を用いた場合のスクライブラインの形成状態を示す模式図である。図４に示すように従来の刃先８’を用いた場合、破線で示すスクライブ予定ライン４１を維持することはできているものの、余分に剥離されている部分が散在する状態となっていた。
そこで本実施の形態では、刃先８の形状をシリンドリカル形状に変更した。図５は、本実施の形態に係る薄膜太陽電池のスクライブ装置の刃先８の構成を示す斜視図である。
図５に示すように、本実施の形態に係るスクライブ装置の刃先８は、先端部分がいわゆるシリンドリカル形状を有している。すなわち刃先８のＸ方向に直交する面での断面形状は、先端部分にて半径Ｒの半円形状をしており、刃先８を太陽電池基板Ｗの表面の薄膜に押し付けながら、スクライブヘッド７をＸ方向へ相対的に移動させることでスクライブ加工する。
図６は、本実施の形態に係る刃先８を用いた場合のスクライブラインの形成状態を示す模式図である。図６に示すように従来の刃先８’を用いた場合に比べて、破線で示すスクライブ予定ライン４１をより正確にトレースすることができており、余分に剥離されている部分も格段に減少する。これは、刃先８がシリンドリカル形状を有していることから、刃先８を太陽電池基板Ｗに押し付けて相対的に移動させた場合、表面の薄膜に対する押圧力は、刃先中央から刃先外側へ向かうにつれて次第に小さくなることから、薄膜が剥離する境界にて押圧力が滑らかに変化するためである。したがって、境界部分にて意図しない大きな剥離が生じることがなく、所望のスクライブ予定ラインに沿って薄膜を剥離させることができる。
また、スクライブ予定ラインの線幅も容易に調整することができる。すなわち、刃先８がシリンドリカル形状を有していることから、刃先８のＸ方向に直交する面での断面形状である半円形状の半径Ｒを増減すること、及び刃先８の押圧力の増減により、所望の線幅でスクライブラインを形成することができる。
スクライブヘッド７の刃先８の材質は、ダイヤモンド（単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）等）でも良いし、超硬合金であっても良い。超硬合金にて刃先８を形成した場合、ダイヤモンドにて形成した場合に比べて低い押圧力にて同等の剥離を生じさせることができ、スクライブ加工する線幅を幅広く調整することが可能となる。
なお、上述した実施の形態では、スクライブヘッド７をＸ方向に移動させることでスクライブ加工を実行しているが、スクライブヘッド７と太陽電池基板Ｗとが相対的に移動することができれば足りることから、太陽電池基板Ｗが固定された状態でスクライブヘッド７をＸ方向及びＹ方向に移動させても良いし、スクライブヘッド７を移動させること無く、太陽電池基板ＷのみをＸ方向及びＹ方向に移動させても良い。いずれの場合であっても、シリンドリカル形状の刃先８の先端部分が太陽電池基板Ｗに接触する線の方向に刃先８を相対的に移動させるよう刃先８の取り付け方向を変更すれば良い。
また、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。

Claims (2)

  1. 薄膜太陽電池の基板を支持する支持手段と、
    前記基板の一方の面のスクライブ予定ラインに沿って、先端に装着されている刃先を押圧するスクライブヘッドと、
    前記基板と前記スクライブヘッドとを相対的に移動させる移動手段と
    を備え、
    前記スクライブヘッドと前記基板とが相対的に移動することで前記基板の一方の面にスクライブラインを形成する薄膜太陽電池のスクライブ装置であって、
    前記スクライブヘッドは、前記刃先の先端形状がシリンドリカル形状であり、相対的に移動する移動方向がシリンドリカル形状の中心線方向と略一致するように前記刃先を配設してあることを特徴とする薄膜太陽電池のスクライブ装置。
  2. 前記薄膜太陽電池は、化合物半導体薄膜からなる光吸収層が形成された薄膜太陽電池である請求項１記載のスクライブ装置。
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