JP6280365B2 - 薄膜太陽電池の加工溝検出方法および加工溝検出装置 - Google Patents
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Description
ここで、カルコパイライト化合物とは、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)の他に、CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、CIS(CuInS2)等が含まれる。
まず、図5(a)に示すように、ソーダライムガラス(SLG)等からなる絶縁基板11上に、プラス側の下部電極となるMo電極層12を積層した後、スクライブ加工により下部電極分離用の溝Sを形成する。
また、基板を上下反転させて、上からの光学カメラで基板11側(裏面側)から溝Sを観察することも可能であるが、反転して観察した後、光吸収層13に溝M1を加工する際には再び基板を反転しなければならないため、基板11を載置したテーブルを反転するための機構が必要になり、装置が複雑で大掛かりかつ高価になるといった問題点があった。
また、絶縁基板11が可視光を透過しない金属や樹脂からなる場合には、そもそも基板11側から溝Sを観察することができなかった。
一方、下部電極は金属(例えばMo)で形成されており、赤外光は透過されずに一部が吸収され、一部が反射される。したがって、赤外光を含む自然光、あるいは蛍光灯等の照明光が上方から入射したとき、光吸収層を透過して下部電極層に至った赤外光は、当該下部電極層で吸収、反射され、輻射光として再び光吸収層を通過し、輻射赤外光として上方に出射されるようになる。
そこで、可視光の波長領域に対する感度はなく、輻射赤外光の波長領域に対する感度を有する赤外線撮像装置(例えば1.4μm以上の波長の赤外光を検出する赤外線撮像装置)を用いて、薄膜太陽電池用加工品における下部電極分離用の溝が加工された近傍の領域を撮像する。すると、光吸収層(薄膜)の表面で反射される可視光、および、光吸収層内で吸収される可視光については全く検出されず、光吸収層を透過して下部電極層で吸収、あるいは反射されて再び光吸収層を透過した輻射赤外光(撮像用赤外光)については検出されるようになる。このとき撮像される画像データは輻射赤外光の強度の分布を表している。そして下部電極層がない溝の部分については、下部電極層が存在する部分に比べると輻射赤外光の光量がはるかに少ないため、溝の存在する部分はそれ以外の部分に比べて暗く撮像される。したがって、明暗(輝度値の差)によって下部電極層と溝との境界が示された画像データ(サーモグラフィ)を取得することができる。
このようにして得られた画像データに対し、輝度値が大きく変化した位置を抽出することにより、溝と電極との境界の位置を検出することができるので、左右一対の境界の位置を検出することで加工溝の位置や方向を正確に決定することができる。
そして、この基準線に基づいて、平行に溝加工することで光吸収層の溝M1を、下部電極の溝Sと平行になるように加工することが可能となる。これにより発電領域のロスを抑制して発電効率の優れた高品質の薄膜太陽電池を製造することができるといった効果がある。
図1は本発明に係る加工溝検出装置を備えた薄膜太陽電池の加工装置の一例を示す概略的な正面図であり、図2はその加工溝検出装置の主要部分を説明するための図である。
加工溝検出装置Aは、ガラス基板上に薄膜層が積層された太陽電池用加工品Wを載置して保持するテーブル1を備えている。テーブル1は、水平なレール2に沿ってY方向(図1の前後方向)に移動できるようになっており、モータ(図示外)によって回転するネジ軸3により駆動される。さらにテーブル1は、モータを内蔵する回転駆動部4により水平面内で回動できるようになっている。
そして、コンピュータで構成された制御部(図示外)により、スクライブヘッド8のX方向への移動とテーブル1のY方向への移動とを連動させる制御を行うことにより、斜め方向も含むXY面内の任意の方向へのスクライブ加工ができるようにしてある。
そして、被加工品Wの上方に配置された赤外線ラインスキャンカメラ16は、この輻射赤外光を検出する。
すなわち、溝Sに対応する位置では輻射量が小さいため輝度値が小さくなり、下部電極層(Mo電極層)12の位置ではそれよりも輻射量が大きいため輝度値が大きくなる。
図3(b)では輝度値1が溝S、輝度値5が下部電極位置に対応している。そして、隣の画素の輝度値と大きく変化する部分が境界となることから、輝度値が大きく変化している左右の2箇所を境界位置として抽出することで、溝Sの幅(位置)を求めることができる。撮影点1から撮影点nまでの各画像データの左右の境界位置を求め、それらの中間位置を結ぶことにより溝Sの中心を決定する。実際には、振動等の影響を受けたり、また、パルスレーザによるレーザスクライブではパルスごとに溝幅に微小な凹凸が形成され、中心どうしを結ぶ線は完全な直線にならないことから近似計算を行うことになる。例えばデジタルフィルタ処理により振動の影響を除去したり、平均化処理により最も確からしい直線を決定したりする統計処理を行うことで、溝Sの中心位置を溝Sの位置に対応する直線として決定し、これを溝M1の加工のための基準線とすることができる。
具体的には、基準線が加工溝検出装置AのY方向と平行になるまでテーブル1を回転する調整を行った後に、溝加工ツール9でスクライブすることにより、基準線に平行なスクライブ加工ができるようになる。あるいは、テーブル1は回転させず、スクライブヘッド8のX方向への移動と、テーブル1のY方向への移動とを制御部により連動させる制御により、斜め方向へのスクライブ加工を行うことで基準線に平行なスクライブができるようになる。
まず、図4(a)に示すように、ソーダライムガラス(SLG)等からなる絶縁基板11上に、プラス側の下部電極となるMo電極層12を蒸着法、スパッタリング法によって形成する。次いで、図4(b)に示すように、Mo電極層12に、溝加工ツール9(図1参照)によるスクライブによって下部電極層分離用の溝Sを加工する。なお、既述のように溝Sの加工は、レーザ光を用いたレーザスクライブによっても加工することができる。
そして、この距離と方向(角度)とを維持するように溝加工ツール9を移動させることにより、光吸収層13に溝M1を加工する。
これにより、光吸収層13の上方から光吸収層13の下方にあるMo電極層12の溝Sが可視光で見ることができなくても、その位置と方向とを上方から赤外線ラインスキャンカメラ16で正しく計測することができ、これを基準として光吸収層13の溝M1を正確に平行して加工することが可能となり、発電領域の面積ロスを減らすことができる。
この溝M2の加工の際は、透明電極層15が可視光を透過することができるので、先に加工した溝M1を透明電極層15の上方から見ることが可能である。したがって、図示は省略するが、透明電極層15の上方に可視光で見ることができるカメラを設置し、このカメラで溝M1の位置を検出し、この溝M1を基準として溝M1からの設定距離を維持しながら溝加工ツール9を平行移動させることにより、正確に溝M2を設定位置に形成することができる。
また、赤外線撮像装置としては赤外線ラインスキャンカメラ16を用いて説明したが、これに換えて赤外線二次元カメラを用いてもよい。なお、その場合はラインスキャンカメラが複数並んでいるものとして処理を行うことができる。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
S 下部電極分離用の溝
M1 電極間コンタクト用の溝
M2 電極分離用の溝
W 太陽電池基板
1 テーブル
8 スクライブヘッド
9 溝加工ツール
11 絶縁基板
12 Mo電極層(下部電極層)
13 光吸収層
14 バッファ層
15 透明電極層
16 赤外線ラインスキャンカメラ(赤外線撮像装置)
Claims (4)
- 基板上に下部電極層と光吸収層とがこの順で積層されるとともに、前記下部電極層の一部に下部電極分離用の溝が加工された薄膜太陽電池用加工品において、前記光吸収層に覆われた前記溝を検出する加工溝検出方法であって、
前記加工品から輻射される前記光吸収層を透過可能な波長領域の撮像用赤外光を、前記光吸収層の上方側に配置され、可視光を検出せず前記撮像用赤外光を検出する赤外線撮像装置で検出して前記撮像用赤外光の輻射強度分布画像データを取得し、
前記輻射強度分布画像データに基づいて前記下部電極層の溝を検出する加工溝検出方法。 - 前記赤外線撮像装置は1.4μm以上の波長領域の赤外光を撮像用赤外線として検出する請求項1に記載の加工溝検出方法。
- 前記赤外線撮像装置は赤外線ラインスキャンカメラであり、前記加工品の前記溝近傍に沿って相対的に移動しながら撮像することで溝の近傍の輻射強度分布画像データを取得する請求項1又は請求項2に記載の加工溝検出方法。
- 基板上に下部電極層と光吸収層とがこの順で積層されるとともに、前記下部電極層の一部に下部電極分離用の溝が加工された薄膜太陽電池用加工品において、前記光吸収層に覆われた前記溝を検出する加工溝検出装置であって、
前記光吸収層を上にして前記加工品が載置されるテーブルと、
前記テーブルの上方に配置され、可視光を検出せず前記光吸収層を透過可能な波長領域の撮像用赤外光を検出し、当該撮像用赤外光の輻射強度分布画像データを取得する赤外線撮像装置と、
前記輻射強度分布画像データに基づいて前記下部電極層の溝を検出する加工溝決定部とを備えたことを特徴とする加工溝検出装置。
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