JP5850237B2

JP5850237B2 - 光電変換素子及びその製造方法

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Publication number: JP5850237B2
Application number: JP2012010228A
Authority: JP
Inventors: 道春太田; 勝一坂井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: JP2013149847A

Description

本発明は、光電変換素子及びその製造方法に関する。

積層された透明なガラス部材や透明樹脂からなる積層部材の溶接部位に超短パルスレーザ、例えばフェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ又はナノ秒レーザを照射することにより、多光子吸収現象が生じ、溶接部位の積層部材が溶け合わさることで積層部材を溶接することができる。

特許文献１は、有機ＥＬ素子などが形成されたアレイ基板にガラス基板を重ね、フリットガラス等の封止部材を用いてガラス基板をレーザ溶接する技術を開示する。特許文献２は、レーザ封着用材料を用いてガラス基板間をレーザ封着する技術を開示する。特許文献３は、超短光パルスレーザービームにより非線形吸収現象を生じさせて２つの物質を溶接する技術であって、超短光パルスレーザービームの焦点形成位置を正確に２つの被溶接物質の当接部に位置合わせする必要が無い技術を開示する。

特開２０１１−０７０７９７号公報特開２０１１−１２６７２２号公報国際公開番号ＷＯ２００８／０３５７７０Ａ１

特許文献１及び２に開示された技術では、封止部材やレーザ封着用材料の塗布工程及びぞれらの管理技術を必要とし、それゆえ製造コストが大きくなるという問題点がある。特許文献３に開示された技術では、溶接ライン上に異物等が混在することにより溶接不良箇所が存在すると、該溶接不良箇所を通じて外部から水分が浸入し内部の光電変換層が劣化する問題点や、溶接部に外力が加わった場合に溶接部が比較的剥がれやすい問題点がある。

図１５（ａ）は、従来技術に係る光電変換素子８を示す概略図である。光電変換素子８は、基板１と、基板２と、基板１及び２で挟まれた光電変換層４を備える。基板１と基板２との合わせ面３において、該基板の周囲に沿って溶接ライン５及び溶接ライン６が形成されている。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＰで示す合わせ面３の一部を拡大した上面図である。図１５（ｂ）の記載から理解されるように、溶接ライン５及び溶接ライン６のそれぞれに１つでも溶接不良箇所Ｆが存在すると、外部から水分が基板内に浸入し、その水分により光電変換層４が劣化する。また、溶接ライン５及び溶接ライン６だけの溶接では、基板１及び基板２をずらすような基板側面からの外力に対して弱く、溶接部が比較的剥がれやすい。

図１６（ａ）は、従来技術に係る光電変換素子９を示す概略図である。光電変換素子９は、図１５（ａ）で示す光電変換素子８の構造からさらに溶接ライン７が形成された構造をとる。光電変換素子８の構造と比べて、溶接ライン５及び溶接ライン６のそれぞれに溶接不良箇所Ｆが存在しても、溶接ライン７によって水分の浸入を防ぐことができるかもしれない。しかし、この構造では、基板上で溶接に使用される領域の割合が比較的大きくなる。その結果、基板上で光電変換層４に使用できる領域の割合が小さくなり、ひいては製造コストが増大する。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＰで示す合わせ面３の一部を拡大した上面図である。図１６（ｂ）の記載から理解されるように、溶接ライン５、溶接ライン６及び溶接ライン７のそれぞれに１つでも溶接不良箇所Ｆが存在すると、いずれにせよ外部から水分が基板内に浸入し、その水分により光電変換層４が劣化する。また、溶接ライン５、溶接ライン６及び溶接ライン７だけの溶接では、基板１及び基板２をずらすような基板側面からの外力に対して弱く、溶接部が比較的剥がれやすい。

このような問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、封止部材やレーザ封着用材料等を使用せず、溶接ライン上に溶接不良箇所があっても２つの基板の合わせ面における基板の内側への水の浸入を低減し、そして、外力に対して強く溶接部が比較的剥がれにくい、光電変換素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様は、光電変換層を挟んだ少なくとも一方が透明である第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、溶接用レーザを用いて、該第１の基板と該第２の基板との合わせ面に、該光電変換層を囲む第１の溶接ラインを形成するステップと、溶接用レーザを用いて、該合わせ面に、該第１の溶接ラインと交わる領域を有し、該第１の溶接ラインとともに少なくとも１つの閉じた領域を形成する連結溶接ラインを形成するステップとを具備することを特徴とする。

本発明の第２の態様は、少なくとも一方が透明である第１の基板及び第２の基板と、該第１及び第２の基板で挟まれた光電変換層とを備える光電変換素子であって、該第１の基板と該第２の基板との合わせ面に、該光電交換層を囲む第１の溶接ライン及び該第１の溶接ラインを囲む第２の溶接ラインが形成され、該合わせ面に、該第１及び第２の溶接ラインを垂直に横断し、該第１及び第２の溶接ラインとともに少なくとも１つの閉じた領域を形成する複数の連結溶接ラインが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、封止部材やレーザ封着用材料等の使用に起因する製造コストの増大を避けることができる。本発明によれば、さらなる溶接ラインを形成することに起因する溶接に使用される領域の割合を増大させることはなく、ひいては製造コストの増大を避けることができる。そして、本発明によれば、溶接ライン上の溶接不良箇所に起因して封止性が失われる確率を低減できるため、外部からの水分浸入の確率を低減できる。

本発明の一実施形態に係る光電変換素子を示す概略図である。図１のＡで示す合わせ面の一部を拡大した上面図である。図１のＡで示す合わせ面の一部を拡大した上面図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子を製造する際に使用されるレーザ溶接装置を示すブロック図である。図５のレーザ溶接装置の焦点合わせを説明する概略拡大図である。図５のレーザ溶接装置の集光レンズ先端から合わせ面までの距離の算出を説明するための模式図である。図５のレーザ溶接装置のレンズを変位させる移動部を制御するためのブロック図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子を示す概略図である。図９のＡで示す合わせ面の一部を拡大した上面図である。図９のＡで示す合わせ面の一部を拡大した上面図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。従来技術に係る光電変換素子の概略図である。従来技術に係る光電変換素子の概略図である。

以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構造又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に説明される実施形態で具体的に記載された形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。（なお、本願明細書において、用語「横断する」、「交差する」、「交わる」は、「十」形状のように両方のラインが交わる点からさらに伸びている場合だけでなく、「丁」や「Ｌ」形状のように一方又は両方のラインが交わる点からさらに伸びていない場合も含む。）

［第１実施形態］
（光電変換素子）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換素子１００を示す概略図である。光電変換素子１００は、少なくとも一方が透明である第１の基板１０１及び第２の基板１０２と、第１及び第２の基板１０１、１０２で挟まれた光電変換層１０４とを備える。第１実施形態では、第１及び第２の基板として、どちらも透明なソーダガラスを用いた。なお、ソーダガラス以外の透明な基板としては、石英ガラス、透明樹脂又はサファイヤ等であり、レーザ光の波長に対して透明であり且つバンドギャップが大きな物質から形成されているものであることが好ましい。光電変換層１０４は、有機ＥＬ素子や太陽電池素子等、どのような光電変換素子であってもよい。

第１の基板１０１と第２の基板１０２との合わせ面１０３において、該基板の周囲に沿って第１の溶接ライン１０５及び第２の溶接ライン１０６が形成され、該第１及び第２の溶接ラインを横断する複数の連結溶接ライン１０７が形成されている。ここで、合わせ面１０３は、第１の基板１０１と第２の基板１０２とが互いに接する界面であって、レーザ照射により溶接面となる面である。

図２は、図１のＡで示す合わせ面１０３の一部を拡大した上面図である。第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６に対して垂直に横断することにより第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６と交差する領域を有し、第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６とともに複数の閉じた領域（「封止領域」）を形成するように複数の連結溶接ライン１０７が形成されている。第１の溶接ライン１０５及び第２の溶接ライン１０６のそれぞれに少なくとも１つの溶接不良箇所Ｆが存在し外部から水分が浸入した場合であっても、浸入した水分は図２の符号ｃｄｈｉで囲まれた封止領域によりせき止められる。そのため、水分は封止領域から基板内部に浸入しない。

また、複数の連結溶接ライン１０７が、第１及び第２の溶接ライン１０１、１０２に対して垂直に並びに第１及び第２の基板１０１、１０２の側面に対して垂直に形成されているため、第１及び第２の基板１０１、１０２をずらすような基板側面からの外力に対して溶接部が強固であり、溶接部が比較的剥がれにくい。また、従来技術のようにさらなる溶接ライン７を設けることによる基板上の溶接に使用される領域の割合が増加することもない。さらには、連結溶接ライン１０７の分だけ溶接領域（溶接ライン全長）を増加させることができる。

よって、第１の溶接ライン１０５および第２の溶接ライン１０６に追加して光電変換層１０４を囲むように新たな溶接ラインを設けなくても、第１の基板１０１と第２の基板１０２との接着力を高めることができる。すなわち、想定された溶接ライン（本実施形態では、第１の溶接ライン１０５および第２の溶接ライン１０６）に対して新たに溶接ラインを追加しなくても、上記接着力を高めることができるので、基板上の溶接ライン形成領域を拡大することなく、溶接をより強固にすることができる。

なお、図２では、本実施形態に係る連結溶接ライン１０７が第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６に対して垂直に交差する構造を開示するが、必ずしも該交差角が垂直である必要は無く、両方の溶接ラインを横断するように形成されていればよい。

また、図３で示すように、連結溶接ライン１１７は、第１及び第２の溶接ライン１０５，１０６を周期的に横断するような１本の連続線であってもよい。図３で示す構造は、図２で示す構造と同様に外部からの水分浸入に対する封止性を保ちつつ、図２で示す構造に比べ連結溶接ライン１１７の全長が長いため、基板側面からの外力に対して溶接部がいっそう強固であり、その結果溶接部を剥がれにくくすることができる。

当業者であれば理解されるように、複数の連結溶接ライン１０７の数を増やすほど又は連結溶接ライン１１７の周期性を増やすほど、封止領域の数が増加する。そのため、溶接部の封止性が向上し、溶接ラインの全長が長くなるため溶接部が剥がれにくくなる。

また、本実施形態では、第１の溶接ライン１０５と第２の溶接ライン１０６と連結溶接ライン１１７とにより閉じた領域を形成するように連結溶接ライン１１７を形成することが重要である。よって、これが実現できるのであれば、連結溶接ライン１１７は図３のように正弦波状の周期構造に限らず、矩形波状（例えば、後述する図１１（ａ））や三角波状（例えば、後述する図１１（ｂ）の周期構造であっても良い。さらには、上記閉じた領域を形成できれば、連結溶接ライン１１７に周期性を持たせなくても良い。

（光電変換素子の製造方法）
図４は、本実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、まず、光電変換層１０４を挟んだ少なくとも一方が透明である第１及び第２の基板１０１、１０２を準備する（工程４０１）。このとき、光電変換層１０４を挟んだ第１の基板１０１と第２の基板１０２との積層体は後述するレーザ溶接装置５０１の載置部５０２上に載置される。次いで、レーザ溶接装置５０１により、合わせ面１０３において、第１及び第２の基板１０１、１０２の周囲に沿って第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６を形成する（工程４０２）。そして、レーザ溶接装置５０１により、第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６を横断するように複数の連結溶接ライン１０７又は第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６を周期的に横断する１本の連続線である連結溶接ライン１１７を形成する（工程４０３）。なお、工程４０２の前に、工程４０３を行うようにしてもよい。一例として、限定されないが、第１の基板１０１が３ｍｍの厚さを有するソーダガラスであり、第２の基板１０２が２ｍｍの厚さを有するソーダガラスであり、光電変換層１０４が有機ＥＬ層であり、出力２Ｗ、パルス幅５００ｆｓ、繰り返し５００ｋＨｚのフェムト秒レーザを使用して合わせ面１０３に溶接ラインを形成することができる。

（光電変換素子の製造に使用されるレーザ溶接装置）
図５は、本実施形態及び下記実施形態に係る光電変換素子を製造する際に使用されるレーザ溶接装置５０１を示すブロック図である。なお、本発明は、下記に説明するレーザ溶接装置に限定されるものではなく、本発明に係る製造方法を実現できるどのようなレーザ溶接装置を用いてもよい。

レーザ溶接装置５０１は、第１及び第２の基板１０１、１０２を載置する載置部５０２と、載置部５０２を矢印Ａに沿って移動させるためのモータ及び該モータに設けられたロータリエンコーダ５０２ｂを有する駆動部５０２ａと、第１及び第２の基板１０１、１０２にレーザ光５１１０を出射するレーザ光源５０３と、第１及び第２の基板１０１、１０２の厚みを計測する厚み計測センサ５０４と、レーザ溶接装置５０１の各種構成要素の制御及び所定の演算を行う制御装置５０７とを備える。

第１の基板１０１は、合わせ面１０３に対して、レーザ光源５０３側に位置し、第２の基板１０２は、載置部５０２側に位置する。レーザ溶接装置５０１は、レーザ光源５０３から出射されたレーザ光５１１０を集光する集光レンズ５０５と、集光レンズ５０５をレーザ光５１１０の光軸５１２０方向に移動させる移動部５０６とを備える。

制御装置５０７は、集光レンズ５０５を所望の位置に移動させるように移動部５０６を制御すると共に、所望のタイミングでレーザ光５１１０を出射させるようにレーザ光源５０３を制御する。制御装置５０７は、第１及び第２の基板１０１、１０２の厚みをそれぞれ計測するように厚み計測センサ５０４を制御する。さらに、制御装置５０７は、駆動部５０２ａの動作を制御することができ、ロータリエンコーダ５０２ｂから、駆動部５０２ａが有するモータの回転情報を受信する。

レーザ光源５０３から出射されたレーザ光は、集光レンズ５０５によって集光され、合わせ面１０３上の溶接部位５１０１に照射される。それにより溶接部位５１０１に多光子吸収現象が生じ、少なくとも第１の基板１０１と第２の基板１０２のいずれか一方が溶融する。その結果、両基板が溶接される。両基板を溶接する際に、駆動部５０２ａの駆動により載置部５０２が、第１及び第２の基板１０１、１０２を矢印Ａで示す方向に搬送する。レーザ光５１１０が、溶接部位５１０１を相対的に走査して、所望の領域を溶接する。載置部５０２が第１及び第２の基板１０１，１０２を適宜移動させることで、合わせ面１０３に所望の溶接ラインおよび連結溶接ラインが形成される。

図５で示すように、第１及び第２の基板１０１、１０２は、計測位置Ｃを経て溶接位置Ｄへと矢印Ａで示す方向に搬送される。レーザ変位センサ等の厚み計測センサ５０４は、レーザ光源５０３及び集光レンズ５０５に対して第１及び第２の基板１０１、１０２の搬送方向上流に配置され、制御装置５０７に接続されている。厚み計測センサ５０４は、例えば、第１及び第２の基板１０１、１０２に光を照射し、第１の基板１０１の表面及び合わせ面１０３からの反射光を検出し、該反射光の検出結果を制御装置５０７に送信する。制御装置５０７は、受信した反射光の検出結果に基づいて、第１の基板１０１の厚みを計測する。同様に、厚み計測センサ５０４は、第１及び第２の基板１０１、１０２に光を照射し、合わせ面１０３及び第２の基板１０２の裏面（載置部５０２と接する面）からの反射光を検出し、該反射光の検出結果を制御装置５０７に送信する。制御装置５０７は、受信した反射光の検出結果に基づいて、第２の基板１０２の厚みを計測する。

集光レンズ５０５は、厚み計測センサ５０４から所定の距離だけ離間した状態で、集光レンズ支持アーム５５１を介して厚み計測センサ５０４と一体的に設けられている。この構造により、レーザ溶接装置５０１を小型化することができる。厚み計測センサ５０４が集光レンズ５０５から離間しているため、計測位置Ｃにおいては、レーザ溶接時の加熱に起因する第１及び第２の基板１０１、１０２の厚み変化の影響が少ない。また、厚み計測センサ５０４が集光レンズ５０５から離間しているため、厚み計測センサ５０４は、レーザ溶接時に発生するプラズマの影響をほとんど受けない。そのため、正確に第１の基板１０１の厚みを計測できる。

レーザ溶接装置５０１の移動部５０６は、例えばピエゾアクチュエータ等であり、制御装置５０７によって制御される。移動部５０６は、集光レンズ５０５を、矢印Ｂに沿って、レーザ光５１１０の光軸５１２０方向の所望の位置に移動させる。

制御装置５０７は、ＣＰＵ（不図示）やメモリ部（不図示）等を有している。ＣＰＵは、メモリ部に記憶されたプログラム等に基づいて、レーザ溶接装置５０１全体を制御する。メモリ部は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、及び上記プログラムやシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。制御装置５０７には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部５７１、及びレーザ溶接装置５０１の入力・設定状態、各種計測結果などをはじめとする種々の表示を行う表示部５７２が接続されている。

集光レンズ５０５の先端（集光レンズ５０５のワーキングディスタンスＷＤのレンズ側の距離測定の基準点）から合わせ面１０３までの距離（以下、第１の距離という）は、第１の基板１０１の厚み及び屈折率に基づいて算出される。そして、第１及び第２の基板１０１、１０２における厚み計測箇所を溶接するときに、第１の距離に基づいて集光レンズ５０５を移動させる。具体的には、溶接位置に位置する第１及び第２の基板１０１、１０２のある領域について、合わせ面１０３から集光レンズ５０５までの距離が、上記ある領域における計測された第１の基板１０１の厚みに基づいて算出された第１の距離と一致するように、制御装置５０７が移動部５０６を制御して集光レンズ５０５を移動させ、この状態でレーザ光を照射する。よって、集光レンズ５０５を介したレーザ光５１１０の焦点を合わせ面１０３に正確に位置させることができる。

つまり、第１及び第２の基板１０１、１０２のある領域において、該ある領域における第１の基板１０１の厚みをレーザ照射前に測定して、第１の基板１０１の厚み及び屈折率により第１の距離を算出し、上記ある領域が溶接位置Ｄに位置する時には、集光レンズ５０５の先端と合わせ面１０３との間の距離を上記算出された第１の距離にしておくことが本質である。このために、第１の距離を算出することが重要である。

この第１の距離の算出については、図５における点線の円で囲まれた部分を示す図６を参照して説明する。なお、図６に示すように、レーザ光５１１０は、入射角θ１で第１の基板１０１に入射し、入射時に第１の基板１０１の屈折角θ２で屈折する。そのため、集光レンズ５０５から溶接部位５１０１に形成されるレーザ光５１１０の焦点までの距離は、集光レンズ５０５のワーキングディスタンスＷＤよりも長くなる。なお、ワーキングディスタンスとは、空気中における集光レンズ５０５の先端５０５ａから焦点位置までの距離である。

図６に示すように、第１の距離は、集光レンズ５０５の先端から第１の基板１０１のレンズ側の面までの距離ｙ１と第１の基板１０１の厚みｔ１との和となる。厚みｔ１は厚み計測センサ５０４の計測結果から取得できるため、距離ｙ１を取得すれば、上記厚みｔ１を計測した領域における第１の距離を取得することができる。集光レンズ５０５の開口数をＮＡとし、集光レンズ５０５のワーキングディスタンスをＷＤとし、第１の基板１０１の屈折率をｎとすると、距離ｙ１は、以下のようになる。
ｙ１＝ＷＤ−（ｔ１／ｎ）×ｃｏｓ（ｓｉｎ^−１（ＮＡ））／ｃｏｓ（ｓｉｎ^−１（ＮＡ／ｎ））（１）

上記距離ｙ１の導出を説明する。
上述のように、第１の基板１０１の屈折率はｎであるので、スネルの法則から、
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎθ２（２）
となる。
図７から、ｔａｎθ１＝Ｘ／（ＷＤ−ｙ１）の関係式が得られ、該関係式から、
ｓｉｎθ１＝Ｘ・ｃｏｓθ１／（ＷＤ−ｙ１）（３）
が得られる。
また、図７からｔａｎθ２＝Ｘ／ｔ１の関係式が得られ、該関係式から、
ｓｉｎθ２＝Ｘ・ｃｏｓθ２／ｔ１（４）
が得られる。

上記式（２）〜（４）から、
Ｘ・ｃｏｓθ１／（ＷＤ−ｙ１）＝ｎ・Ｘ・ｃｏｓθ２／ｔ１
が得られ、これより、
ｙ１＝ＷＤ−（ｔ１／ｎ）×ｃｏｓθ１／ｃｏｓθ２（５）
が得られる。
ここで、集光レンズ５０５のＮＡ＝ｓｉｎθ１であるので、θ１＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ）であり、これを式（５）に代入すると、式（１）を得ることができる。

図８は、レーザ溶接装置５０１に係る移動部５０６の移動（変位）を制御するための構成を示すブロック図である。厚み取得部５０７ａは、第１の基板１０１の厚みを計測するように厚み計測センサ５０４を制御し、厚み計測センサ５０４から受信した計測結果に基づいて、第１の基板１０１の厚みｔ１を取得する。また、厚み取得部５０７ａは、厚み計測センサ５０４の制御により、第２の基板１０２の厚みｔ２を取得することもできる。取得された厚みｔ１及びｔ２は、メモリ部に格納される。

厚み取得部５０７ａからの計測指令により厚み計測センサ５０４は、計測位置Ｃにおける第１の基板１０１の厚みを取得するための計測を行う。ここで、該計測時において計測位置Ｃに位置する第１及び第２の基板１０１、１０２の領域を「厚み計測点」と呼ぶ。すなわち、該厚み計測点における第１の基板１０１、第２の基板１０２の厚みが計測される。厚み取得部５０７ａは、溶接予定線に沿って所定の間隔ｄごとに厚みｔ１を取得する。厚み計測開始時に計測位置Ｃに位置する第１及び第２の基板１０１、１０２の領域が１番目の厚み計測点となり、該厚み開始時に計測位置Ｃに位置する領域から、溶接予定線と一致する搬送方向（矢印方向Ａ）に沿って所定の間隔ｄだけずれた位置が２番目の厚み計測点となる。つまり、ｋ番目（ｋは２以上の整数）の厚み計測点は、ｋ−１番目の厚み計測点から上記所定の間隔ｄだけ離間している。厚み取得部５０７ａは、厚み計測点の順序に対応付けて厚みｔ１をメモリ部に格納する。メモリ部には、１番目〜ｋ番目の計測点の各々について、対応する厚みｔ１が関連付けて格納されている。

屈折率取得部５０７ｄは、第１の基板１０１の屈折率を取得する。例えば、ユーザが入力操作部５７１を介して、第１の基板１０１の屈折率ｎを入力すると、屈折率取得部５０７ｄは、該ユーザ入力を受け付け、該ユーザ入力により第１の基板１０１の屈折率ｎを取得する。メモリ部に各材料の屈折率が予め格納されている場合は、ユーザが入力操作部５７１を介して第１の基板１０１の材料を指定することにより、屈折率取得部５０７ｄは、該ユーザ指定に応じた材料の屈折率をメモリ部から抽出して第１の基板１０１の屈折率ｎを取得するように構成されても良い。

第１の距離算出部５０７ｂは、厚み取得部５０７ａにて取得された厚みｔ１と屈折率取得部５０７ｄにて取得された第１の基板１０１の屈折率ｎとにより、式（１）を用いて第１の距離を算出する。なお、集光レンズ５０５のワーキングディスタンスＷＤ及び集光レンズ５０５の開口数ＮＡについては、メモリ部に予め格納しておけば良い。具体的には、第１の距離算出部５０７ｂは、メモリ部に格納されたワーキングディスタンスＷＤ、開口数ＮＡ、ある厚み計測点に対する厚みｔ１、及び屈折率ｎを読み出し、式（１）に従って上記ある厚み計測点に関する距離ｙ１を算出し、該算出されたｙ１に上記ある厚み計測点に関する厚みｔ１を足して該ある厚み計測点に関する第１の距離を算出する。第１の距離算出部５０７ｂは、各厚み計測点に対応する厚みｔ１に基づいて各厚み計測点に対する第１の距離を求め、１番目〜ｋ番目の厚み計測点の各々について、対応する第１の距離を関連付けてメモリ部に格納する。

位置検出部５０７ｅは、第１及び第２の基板１０１、１０２の厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを検出し、厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを移動部駆動制御部５０７ｃに通知する。具体的には、位置検出部５０７ｅは、ロータリエンコーダ５０２ｂから受信した駆動部５０２ａが有するモータの回転情報に基づいて、各厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを検知する。厚み計測センサ５０４と集光レンズ５０５との相対的な位置関係は不変であるので、計測位置Ｃと溶接位置Ｄとの間の距離は一定である。よって、駆動部５０２ａが有するモータの回転により第１及び第２の基板１０１、１０２が搬送される場合において、計測位置Ｃを通過したある領域が溶接位置Ｄに位置することを上記回転情報から検知することができるのである。位置検出部５０７ｅは、１番目の厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを上記回転情報に基づいて検出し、該検出結果を移動部駆動制御部５０７ｃに通知する。２番目の厚み計測点については、位置検出部５０７ｅは、上記回転情報に基づいて、１番目の厚み計測点の検出（厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することの検出）から上記所定の間隔ｄだけ第１及び第２の基板１０１、１０２が移動した後に、移動部駆動制御部５０７ｃに２番目の厚み計測点の検出を通知する。すなわち、位置検出部５０７ｅは、移動部駆動制御部５０７ｃへの、ｋ番目の厚み検出点の検出通知（厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを検出したことの通知）については、上記回転情報に基づいて、ｋ−１番目の検出から所定の間隔ｄだけ第１及び第２の基板１０１、１０２が移動する毎に行うように構成されている。従って、移動部駆動制御部５０７ｃは、各厚み計測点が溶接位置Ｄに位置することを知ることができる。

移動部駆動制御部５０７ｃは、厚み計測センサ５０４にて、第１及び第２の基板１０１、１０２の厚みを計測した領域（厚み計測点）について、合わせ面１０３と集光レンズ５０５の先端との間の距離が、第１の距離算出部５０７ｂにて算出された第１の距離となるように移動部５０６を移動させる。具体的には、移動部駆動制御部５０７ｃは、上記回転情報に基づいて１番目の厚み計測点が溶接位置Ｄに位置する前に、該１番目の厚み計測点に対応する第１の距離をメモリ部から読み出し、合わせ面１０３と集光レンズ５０５の先端との間の距離が、上記１番目の厚み計測点に対応する第１の距離となるように移動部６を移動させる。また、移動部駆動制御部５０７ｃには、位置検出部５０７ｅから厚み計測点の序数通り（厚み計測センサ５０４による厚み計測の順番通り）に上記検出通知が送信されるので、移動部駆動制御部５０７ｃは、ｋ−１（ｋは２以上の整数）番目の検出通知を受信してからｋ番目の厚み計測点に対応する第１の距離をメモリ部から読み出し、ｋ番目の検出通知を受信する前に、合わせ面１０３と集光レンズ５０５の先端との間の距離が該読み出されたｋ番目の厚み計測点に対応する第１の距離となるように移動部６を変位させる。例えば、位置検出部５０７ｅより１番目の検出通知を受信すると、移動部駆動制御部５０７ｃは２番目の厚み計測点に対応する第１の距離をメモリ部から読み出し、２番目の検出通知を受信する前に、該読み出された第１の距離を確立する。また、２番目の検出通知を受信すると、３番目の厚み計測点に対応する第１の距離をメモリ部から読み出し、３番目の検出通知を受信する前に、該読み出された第１の距離を確立する。このように制御することにより、ある厚み計測点にとっては、該厚み計測点が溶接位置Ｄに位置する時には、上記ある厚み計測点に応じた第１の距離を確立しておくことができる。

なお、合わせ面１０３と集光レンズ５０５の先端との間の距離は、合わせ面１０３を基準に定義される。従って、移動部５０６の矢印方向Ｂに沿ったｚ軸の位置決めは載置部５０２を基準に行われるので、移動部駆動制御部５０７ｃは、メモリ部から厚みｔ２を読み出し、ｚ軸において集光レンズ５０５側に厚みｔ２に相当する距離だけずらした位置を基準として、移動部５０６を移動させる。具体的には、移動部駆動制御部５０７ｃは、載置部５０２から集光レンズ５０５の先端が第１の距離と厚みｔ２との和だけ離間するように移動部５０６を制御する。

［第２実施形態］
（光電変換素子）
図９は、本発明の第２実施形態に係る光電変換素子９００を示す概略図である。光電変換素子９００は、少なくとも一方が透明である第１の基板１０１及び第２の基板１０２と、第１及び第２の基板で挟まれた光電変換層１０４とを備える。第２実施形態では、第１及び第２の基板として、どちらも透明なソーダガラスを用いた。

第１の基板１０１と第２の基板１０２との合わせ面１０３において、該基板の周囲に沿って第１の溶接ライン９０５が形成され、該第１の溶接ライン９０５と交差する領域を有し、該第１の溶接ライン９０５とともに複数の閉じた領域（「封止領域」）を周期的に形成する１本の連続線である連結溶接ライン９０７が形成されている。本実施形態に係る光電変換素子９００は、第１実施形態に係る光電変換素子１００の構造から第２の溶接ライン１０６を除き、第１の溶接ライン９０５と連結溶接ライン９０７とで複数の封止領域を形成する構造をとる。

図１０は、図９のＡで示す合わせ面１０３の一部を拡大した上面図である。第１の溶接ライン９０５と、周期的に該第１の溶接ラインと複数の封止領域を形成する連結溶接ライン９０７が形成されている。第１の溶接ライン９０５及び連結溶接ライン９０７のそれぞれに少なくとも１つの溶接不良箇所Ｆが存在し外部から水分が浸入した場合であっても、浸入した水分は図１０の符号ｄｅ、ｅｆで囲まれた封止領域から基板内部に浸入しない。また、連結溶接ライン９０７が第１及び第２の基板１０１、１０２側面に対して垂直な方向から所定の角度で形成されているため、溶接部は、第１及び第２の基板１０１、１０２をずらすような基板側面からの外力に対して強固であり比較的剥がれにくい。さらに、従来技術のように、さらなる溶接ライン７を設けることによる基板上の溶接に使用される領域の割合の増加が生じない。

当業者であれば理解されるように、本実施形態に係る光電変換素子において、封止領域の数を増やすほど封止性が向上し、溶接部が剥がれにくくなる。

また、第１の溶接ライン９０５と連結溶接ライン９０７は、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような構造であってもよい。図１１（ａ）は、第１の溶接ライン９０５と連結溶接ライン９０７とで形成された複数の閉じた領域（「封止領域」）が矩形となる構造を示す。この構造は、外部からの水分浸入に対する封止性を有しつつ、連結溶接ライン９０７の全長が比較的長いため、溶接部が基板側面からの外力に対して強固であり剥がれにくい。図１１（ｂ）は、第１の溶接ライン９０５と連結溶接ライン９０７とで形成された複数の封止領域が三角形となる構造を示す。この構造は、外部からの水分浸入に対する封止性を有しつつ、連結溶接ライン９０７の全長が比較的短いため製造時間を短縮し、ひいては製造コストを低減する。図１１（ｃ）は、第１の溶接ライン９０５と連結溶接ライン９０７が、互いに周期的に重なる波形構造をとり、複数の封止領域が楕円形となる構造を示す。この構造は、外部からの水分浸入に対する封止性を有しつつ、第１の溶接ライン９０５及び連結溶接ライン９０７の全長が比較的長いため、溶接部が基板側面からの外力に対して強固であり剥がれにくい。

（光電変換素子の製造方法）
図１２は、本実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、光電変換層１０４を挟んだ少なくとも一方が透明である第１及び第２の基板１０１、１０２を準備する（工程１２０１）。次いで、レーザ溶接装置５０１により、合わせ面１０３において、第１及び第２の基板１０１、１０２の周囲に沿って第１の溶接ライン９０５を形成する（工程１２０２）。そして、レーザ溶接装置５０１により、第１の溶接ライン９０５とともに複数の閉じた領域（「封止領域」）を周期的に形成する１本の連続線である連結溶接ライン９０７を形成する（工程１２０３）。なお、工程１２０２の前に、工程１２０３を行うようにしてもよい。

［第３実施形態］
（光電変換素子）
図１３は、本実施形態に係る光電変換素子１３００を示す概略図である。光電変換素子１３００は、少なくとも一方が透明である第１の基板１０１及び第２の基板１０２と、第１及び第２の基板で挟まれた光電変換層１０４とを備える。第３実施形態では、第１及び第２の基板として、どちらも透明なソーダガラスを用いた。

第１の基板１０１と第２の基板１０２との合わせ面１０３において、該基板の周囲に沿って第１の溶接ライン１３０５及び第２の溶接ライン１３０６が形成されている。そして、第１及び第２の溶接ライン１０５、１０６の一部に連結溶接ラインが形成されることによって、また、第１及び第２の溶接ラインによって、複数の閉じた領域（「封止領域」）が形成されている（構造１３０７ａ、１３０７ｂ、１３０７ｃ）。構造１３０７ａは図２で示す封止領域を備える構造であり、構造１３０７ｂは図３で示す封止領域を備える構造であり、構造１３０７ｃは図１１（ｃ）で示す封止領域を備える構造である。このように、水分の浸入が想定される一部のみに連結溶接ラインを形成し、適宜封止領域を形成してもよい。また、封止領域の形状を適宜変更することで、所望の効果を実現しつつ製造コストを低減することができる。

（光電変換素子の製造方法）
図１４は、本実施形態に係る光電変換素子の製造方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、光電変換層１０４を挟んだ少なくとも一方が透明である第１及び第２の基板１０１、１０２を準備する（工程１４０１）。次いで、レーザ溶接装置５０１により、合わせ面１０３において、第１及び第２の基板１０１、１０２の周囲に沿って第１及び第２の溶接ライン１３０５、１３０６を形成する（工程１４０２）。そして、レーザ溶接装置５０１により、第１及び第２の溶接ライン１３０５、１３０６の一部に複数の閉じた領域（「封止領域」）を形成する（工程１４０３）。

なお、本発明は、光電変換層を囲むように合わせ面１０３に形成された少なくとも１つの溶接ラインと、該溶接ラインとは別個に合わせ面１０３に形成された連結溶接ラインとにより連続的に囲まれた領域（閉じた領域）を合わせ面１０３に形成する。そのため、本発明は、溶接ラインに溶接不良箇所が生じたとしても、水分の光電変換層１０４への浸入を上記閉じた領域によって低減しようとするもの、すなわち、上記閉じた領域の存在により該水分の浸入の確率を低減しようとするものである。よって、閉じた領域の数は複数に限らず、少なくとも１つあれば、上記水分の浸入の確率を低減することができる。

また、上記閉じた領域を形成するための囲いの一部として機能する連結溶接ラインは、第１の基板１０１と第２の基板１０２との溶接部分であり、溶接ラインと交わる領域（交差点）を有する。従って、連結溶接ラインを用いて少なくとも１つの閉じた領域を形成することによって、溶接ラインと交差する溶接部分が形成され、第１の基板１０１および第２の基板１０２の側面方向からの外力の耐性が向上される。また、連結溶接ラインの分だけ第１の基板１０１と第２の基板１０２との溶接部分（全長）が増加する。そのため、合わせ面１０３において、基板上の溶接に使用される領域の割合の増加が抑えられ、第１の基板１０１と第２の基板との接着力が増大する。

このように、本発明では、連結溶接ラインは、溶接ラインに溶接不良箇所が生じたとしても合わせ面１０３において溶接ライン１０３の内側（すなわち、光電変換層１０４側）への水分浸入を低減するための閉じた領域の一部として機能すると共に、外力、特に上記積層体の側面方向から加わる外力に対する耐性向上および第１の基板１０１と第２の基板との接着性向上に寄与する。なお、第１〜３実施形態において、レーザ光入射側と反対側となる第２の基板は、不透明な金属、セラミックス、半導体などでも良い。

１００：光電変換素子、１０１：第１の基板、１０２：第２の基板、１０３：合わせ面、１０４：光電変換層、１０５：第１の溶接ライン、１０６：第２の溶接ライン、１０７：連結溶接ライン

Claims

光電変換層を挟んだ少なくとも一方が透明である第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、
溶接用レーザを用いて、前記第１の基板と前記第２の基板との合わせ面に、前記光電変換層を囲む第１の溶接ラインを形成するステップと、
溶接用レーザを用いて、前記合わせ面に、前記第１の溶接ラインと交わる領域を有し、前記第１の溶接ラインとともに少なくとも１つの閉じた領域を形成する連結溶接ラインを形成するステップとを具備することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
前記第１の溶接ラインを形成するステップは、溶接用レーザを用いて、前記合わせ面に、前記第１の溶接ラインを囲む第２の溶接ラインをさらに形成するステップを具備し、
前記連結溶接ラインは、前記第１及び第２の溶接ラインとともに少なくとも１つの前記閉じた領域を形成し、前記第１及び第２の溶接ラインを垂直に横断する複数の溶接ラインであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記第１の溶接ラインを形成するステップは、溶接用レーザを用いて、前記合わせ面に、前記第１の溶接ラインを囲む第２の溶接ラインをさらに形成するステップを具備し、
前記連結溶接ラインは、前記第１及び第２の溶接ラインとともに少なくとも１つの前記閉じた領域を形成し、前記第１及び第２の溶接ラインの双方と少なくとも２箇所で交わる１本の連続線であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記連結溶接ラインは、前記第１及び第２の溶接ラインとともに複数の前記閉じた領域を形成し、前記第１及び第２の溶接ラインを周期的に横断する１本の連続線であることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
前記連結溶接ラインは、前記第１の溶接ラインとともに少なくとも１つの前記閉じた領域を形成し、前記第１の溶接ラインと少なくとも２箇所で交差する１本の連続線であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記連結溶接ラインは、前記第１の溶接ラインとともに複数の前記閉じた領域を形成し、前記第１の溶接ラインを周期的に横断する１本の連続線であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
少なくとも一方が透明である第１の基板及び第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板で挟まれた光電変換層と、
前記第１の基板と前記第２の基板との合わせ面に、前記光電変換層を囲んで形成される第１の溶接ラインと、
前記合わせ面に、前記第１の溶接ラインを囲んで形成される第２の溶接ラインと、
前記合わせ面に形成されるとともに、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインを垂直に横断し、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインとともに少なくとも１つの閉じた領域を形成する複数の連結溶接ラインと、
を備えることを特徴とする光電変換素子。
少なくとも一方が透明である第１の基板及び第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板で挟まれた光電変換層と、
前記第１の基板と前記第２の基板との合わせ面に、前記光電交換層を囲んで形成される第１の溶接ラインと、
前記合わせ面に形成されるとともに、前記第１の溶接ラインと少なくとも２箇所で交差し、前記第１の溶接ラインとともに少なくとも１つの閉じた領域を形成する連結溶接ラインと、
を備えることを特徴とする光電変換素子。
前記連結溶接ラインは、前記第１の溶接ラインを周期的に横断し、前記第１の溶接ラインとともに複数の前記閉じた領域を形成する１本の連続線であることを特徴とする請求項８に記載の光電変換素子。
前記合わせ面に、前記第１の溶接ラインを囲んで形成される第２の溶接ラインをさらに備え、
前記連結溶接ラインは、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインと少なくとも２箇所で交差し、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインとともに少なくとも１つの前記閉じた領域を形成する１本の連続線であることを特徴とする請求項８に記載の光電変換素子。
前記連結溶接ラインは、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインを周期的に横断し、前記第１の溶接ライン及び前記第２の溶接ラインとともに複数の前記閉じた領域を形成することを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。