JP6708756B2 - ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法 - Google Patents

ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6708756B2
JP6708756B2 JP2018562034A JP2018562034A JP6708756B2 JP 6708756 B2 JP6708756 B2 JP 6708756B2 JP 2018562034 A JP2018562034 A JP 2018562034A JP 2018562034 A JP2018562034 A JP 2018562034A JP 6708756 B2 JP6708756 B2 JP 6708756B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
separation groove
semi
solar module
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018562034A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019517157A (ja
Inventor
ミシャエル，ハール
スヴェン，フラウエンシュタイン
ショウ，ペン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Triumph International Engineering Co Ltd
CTF Solar GmbH
Original Assignee
China Triumph International Engineering Co Ltd
CTF Solar GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Triumph International Engineering Co Ltd, CTF Solar GmbH filed Critical China Triumph International Engineering Co Ltd
Publication of JP2019517157A publication Critical patent/JP2019517157A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6708756B2 publication Critical patent/JP6708756B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16—Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本出願は、ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程を監視する方法及びそのシステムを主題とする。
光起電力装置（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）或いはソーラーモジュールは、太陽光を電流に変換する複数の太陽電池を含んでいる。ソーラーモジュールにおいて、太陽電池は直列に電気接続されている。一般的に、薄膜太陽電池は通常の処理ステップにおいて大面積の基板に形成される。各太陽電池は、第１接触層、第２接触層、及び第１接触層と第２接触層の間に形成されて太陽光を変換する光起電力層を含んでいる。分離され、且つ電気的に絶縁された太陽電池を形成するとともに、前記太陽電池のうち隣り合う太陽電池を直列に電気接続するために、太陽電池の生産プロセスでは、第１接触層、光起電力層及び第２接触層の少なくとも１つに分離溝（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｃｈｅｓ）を形成する。そのため、前記プロセスシーケンスでは、スーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）の形成過程として一般的に以下のプロセスステップを含んでいる。まず、透明基板上に透明な第１接触層を形成し、光起電力層を第１接触層に積層する。次に、第１分離溝を光起電力層と第１接触層に形成する。そして、第１絶縁材料（ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）を第１分離溝に充填する。また、第２分離溝を光起電力層に形成するが、第１接触層には形成しない。第２分離溝は第１分離溝における第１絶縁材料に隣接して形成されるか、或いは、第１の横方向において第１分離溝と間隔を置いて形成される。なお、第２溝の代わりに、例えば分離孔（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｈｏｌｅｓ）のような第２の構造を光起電力層に形成してもよい。第２の構造は、第１絶縁材料と隣接して形成してもよく、第１絶縁材料と間隔を置いて形成してもよい。続いて、一般的には不透明の第２接触層を第２分離溝に積層するか、第２の構造に積層するとともに、光起電力層に積層し、且つ第１分離溝における第１絶縁材料に積層する。本シーケンスでは、最後に、第３分離溝を第２接触層に形成するとともに、光起電力層にも形成するが、第１接触層には形成しない。第３分離溝は、第１分離溝と対向する側に第２分離溝と隣接して形成するか、或いは、第１の横方向において、第１分離溝と対向する側方に第２分離溝と間隔を置いて形成する。また、例えば、第２絶縁材料を第３分離溝に充填するとともに、第２接触層に第２基板を塗布するといった他のステップを実行してもよい。第１の横方向とは、透明基板から第２接触層に至る直線方向（即ち、太陽電池の厚さ方向）と直交する平面における方向のことである。また、基板の形成過程では、各プロセスステップが上記とは逆の順序で実行される。
分離溝は幅狭としつつも、特に第１分離溝と第３分離溝において、各太陽電池を安全に分離できなければならず、或いは、第２分離溝内における第２接触層と第１接触層の安全な電気的接触を実現せねばならない。通常、この種の分離溝の幅は２０μｍ〜８０μｍの範囲とし、且つ、隣接する分離溝との距離を４０μｍ〜８０μｍの範囲とする。そのため、一般的に分離溝はレーザースクライビングにより形成され、材料は導入されたエネルギーによる蒸発で除去される。また、光起電力変換に貢献しない基板の面積を減らすべく、各分離溝同士の距離は可能な限り最小の距離とせねばならない。このほか、全ての分離溝同士は明確に分割する必要がある。
レーザースクライビング中は、処理を要する層にレーザービームが集束される。レーザービームは、特定の側方延伸部を備える処理済みの層において、例えば、少なくとも第１の直径を持つ楕円形又は円形といった特定の形状を有する。溝を長尺のライン状に形成するためには、レーザービームと半製品ソーラーモジュールを相対的に移動させる。一般的にレーザービームはパルス形式であり、且つ相対的に移動することから、実際に形成される溝は、平面視でレーザービームとほぼ同様の形状を持ち、且つ少なくとも一部が重なり合った連続孔形状となる。
ところが、レーザースクライビング中には、２つの典型的な欠陥が発生し得る。まず、第１の欠陥として、スクライビングされる溝の幅が広がりすぎて、別の溝と明確に区分されなくなる場合がある。また、第２の欠陥として、スクライビングされる溝のうち一部の孔が狭くなりすぎて、同一溝における隣接する孔と重なり合わないことがある。その結果、溝は実際には隣接する太陽電池をしっかりと分離及び絶縁できなくなる。こうした欠陥はランダムに発生する。即ち、レーザービーム生成システムにおける一時的な欠陥や、レーザービーム生成システムにおけるパラメーターのドリフト（経時変化）により発生する。
通常、レーザースクライビング過程を実行するデバイスについては、外部において欠陥を識別するためのオフラインテストが実施される。前記テストには、光学検査や電気測定が含まれる。しかし、これらのテストはランダムにしか実行されず、且つ、多くの時間と労力を要しており、複雑であり、例えば、カメラで撮像した画像を評価せねばならず、且つ、欠陥を補正するための手直しの可能性が極めて限られている。
また、既知のインライン監視方法及びシステムがいくつか存在しているが、これらの方法及びシステムは、第２のレーザースクライビング過程で形成される第２溝から、第２のレーザースクライビング過程の前に実行される第１のレーザースクライビング過程で形成される第１溝までの距離を制御するために用いられる。このようなインライン監視は、レーザースクライビング過程を実行するシステムで直接実行されるとともに、先に形成された溝の画像を撮像することで実施される。例えば、特許文献１は、次のような方法及びシステムについて記載している。即ち、第１溝に密接する領域の赤外線画像を撮像することで、第１のレーザースクライビング過程で形成された第１溝を識別する。検出された赤外線は半製品ソーラーモジュールから放射される。次に、評価した赤外線画像に基づき、特に、スクライビングする第２溝から第１溝までの距離について第２のレーザースクライビング過程を制御する。しかし、これらの方法はスクライビングする溝の欠陥を識別するものではなく、且つ、時間と労力を要する画像評価を用いている。
米国特許出願公開第２０１５／０１８５１６２号明細書
本発明は、容易且つ迅速であるとともに、レーザービーム生成システムにおける欠陥の補正及びパラメーターのドリフト識別を可能とするソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程を監視する方法及びそのシステムを提供することを目的とする。
上記の目的は、請求項１に記載の方法により実現される。また、有利な実施形態については、対応する従属請求項において開示される。
本出願の方法は、半製品ソーラーモジュールを供給し、分離溝を形成するとともに、半製品ソーラーモジュールの第１の面において半製品ソーラーモジュールの領域を照射し、且つ、半製品ソーラーモジュールの第２の面において、半製品ソーラーモジュールの被照領域を透過した光の量を検出し、被照領域に形成された分離溝を評価する、とのステップを含んでいる。半製品ソーラーモジュールは、透明基板上の機能層スタックを含み、前記機能層スタックは、第１接触層、光起電力層及び第２接触層のうちの少なくとも１つを含んでいる。即ち、機能層スタックは第１接触層のみを含んでもよく、透明基板上の第１接触層及び第１接触層上の光起電力層を含んでもよく、透明基板上の第１接触層、第１接触層上の光起電力層及び光起電力層上の第２接触層を含んでもよい。
分離溝は、レーザービームによって機能層スタックにおける少なくとも１つの層に形成される。前記レーザービームは、分離溝の領域における機能層スタックの少なくとも１つの層を除去する。少なくとも透明基板は、ほぼ未処理のまま維持される。形成される分離溝は、半製品ソーラーモジュールにおける一方の側端から半製品ソーラーモジュールにおける対向する側端まで延伸する連続溝としてもよい。そのため、分離溝は、半製品ソーラーモジュールにおける一方の側端から半製品ソーラーモジュールにおける対向する側端まで延伸する第１の横方向に沿う第１延伸部を有する。また、第２延伸部が第１の横方向と直交する第２の横方向に延伸している。第１の横方向と第２の横方向により、半製品ソーラーモジュールの第１の面と平行に延伸する平面が画定される。
第１延伸部は分離溝の長さとも称され、第２延伸部は分離溝の幅とも称される。分離溝の幅は、レーザービームの特性の変化や、機能層スタックのうち除去される層の変化（例えば、結晶構造の変化）に伴って、分離溝の長さに伴って変化する。分離溝の第３延伸部は分離溝の深さとも称され、第１の横方向及び第２の横方向と直交する第３の方向において測定される。通常、分離溝は、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層を貫通するように延伸する。即ち、分離溝の深さは少なくとも１つの層の厚さに等しい。ただし、分離溝の深さは少なくとも１つの層の厚さより小さくてもよく、大きくてもよい。また、幅の変化と同様の理由から、分離溝の深さもまた分離溝の長さに伴って変化し得る。例えば、レーザービームが少なくとも１つの層を完全には除去しない場合、少なくとも１つの層における残りの部分は残留することになる。また、本出願の分離溝は、半製品ソーラーモジュールにおける一方の側端から対向する側端に至る延伸部よりも小さな第１延伸部を有する構造としてもよい。即ち、分離溝は、第１の横方向に延伸する直線上に配置された他の構造とは切り離される小さな構造であってもよい。いずれにしても、分離溝は、透明基板に向かって機能層スタックの表面から延伸する。
分離溝を形成した後、半製品ソーラーモジュールの第１の面における半製品ソーラーモジュールの領域を照射する。なお、「分離溝を形成した後」とは、照射前に分離溝が少なくとも被照領域に形成されることをいう。即ち、半製品ソーラーモジュールの特定領域に対して、分離溝を形成するステップと照射ステップとが連続して実行される。ただし、第１の領域を照射しながら、半製品ソーラーモジュールの第２の領域に分離溝を形成してもよい。被照領域は、第１の横方向において分離溝の少なくとも一部を覆っており、第２の横方向において分離溝全体と周辺領域を覆っている。そのため、第１の横方向において測定される被照領域の長さは分離溝の長さより小さくてもよく、等しくてもよく、大きくてもよい。また、第２の横方向において測定される被照領域の幅は分離溝の幅よりも大きい。例えば、被照領域の幅は分離溝の幅よりも３６％大きい。照射する光は小さなビーム発散角を有することが好ましく、平行な光線であることがさらに好ましい。
半製品ソーラーモジュールにおける第１の面は、レーザービームが照射される面としてもよく、半製品ソーラーモジュールにおける反対側の面としてもよい。レーザービームは、透明基板が半製品ソーラーモジュールの表面を形成する側で半製品ソーラーモジュールを照射してもよく、機能層スタックが位置する前記表面の側を照射してもよい。
また、半製品ソーラーモジュールの第２の面において、半製品ソーラーモジュールの被照領域を透過した光の量を検出する。なお、前記第２の面は半製品ソーラーモジュールの第３の方向と対向する面である。光検出装置と照射用装置は同一の光軸上に配置されている。即ち、半製品ソーラーモジュールは垂直に放射する。検出された光の量は、透過光の横方向分布を含む画像とは大きく異なり、半製品ソーラーモジュールを透過した光の量又は光の強度を示す値である。よって、本出願では、従来技術のように画像全体ではなく、この値を評価しさえすればよい。
従来技術から周知のように、照射される光は半製品ソーラーモジュールにおける第１の面に到達する前に集束するか、或いはその他の方式で処理される。また、半製品ソーラーモジュールを透過した光についても、検出装置に到達する前に集束するか、或いはその他の方式で処理される。
そして、検出された光の量と少なくとも１つの基準値とを比較することで、被照領域に形成された分離溝を評価する。基準値は、分離溝に良好な機能要求を満足させるような、被照領域の分離溝の幅又は分離溝の幅及び長さを示す。例えば、基準値を分離溝の幅の下限値に対応させればよい。これによれば、検出された量が当該基準値よりも小さい場合、分離溝は被照領域において狭すぎる、即ち幅が足りないと評価される。一方、基準値を分離溝の幅の上限値に対応させてもよい。これによれば、検出された量が当該基準値よりも大きい場合、分離溝は被照領域において広すぎる、即ち十分に幅狭でないと評価される。なお、言うまでもなく、検出された光の量は２つの基準値と比較することが好ましい。正確には、下限値及び上限値と比較することが好ましい。これによれば、分離溝の適切な幅について被照領域の分離溝を良好に評価できる。
例えば、基準値は、取得した分離溝の画像を分析するか、或いは、当該分野におけるその他の従来技術で分離溝の幅を測定することで評価される分離溝に対し光を照射するとともに、光を検出することで取得される。
分離溝が被照領域の要求を満たしていないと評価された場合には、この領域において分離溝を再加工すればよい。例えば、１回目に形成した分離溝が狭すぎた場合には、分離溝を形成するステップを繰り返し実行すればよい。
照射される光は第１波長を有する。透光基板及び機能層スタックのうち除去されない全ての層は第１波長に対し透光性を有し、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層は前記第１波長に対し不透光性を有する。なお、「透光」及び「不透光」との用語は絶対的な透光又は不透光を意味するわけではない。これらは、第１波長を有する光に対し、透光基板及び機能層スタックのうち除去されない全ての層が、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層の透過率よりも明らかに高い透過率を有することを意味している。これら２つの透過率の差は０．２よりも大きいことが好ましい。太陽電池の場合、第１波長は３００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲であることが好ましい。そこで、この範囲である少なくとも１つの波長を含む光を発生する任意の光源を半製品ソーラーモジュールの照射に用いればよい。例えば、通常のランプの「白色」光を用いればよい。ただし、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のように特定の第１波長の光のみを提供する光源を使用してもよい。
特定の実施形態において、半製品ソーラーモジュールは、各サブステップで波長の異なる２種類の光を用いて照射する。これによれば、２つの波長の透過光量を検出して収集されるスペクトル情報から、機能層スタックにおける層別の情報が得られる。また、半製品ソーラーモジュールは２つのサブステップで光を用いて照射するが、第２サブステップで照射する光は、第１サブステップで照射する第１波長を有する光を含まない。或いは、第１サブステップで照射する光は、第２サブステップで照射する第２波長を有する光を含まない。２つの異なるＬＥＤ光を使用することが好ましい。また、機能層は少なくとも２つの異なる層を含んでいる。機能層スタックにおける少なくとも１つの層が分離溝の領域から除去されるとともに、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層又は機能層スタックのうち除去されない少なくとも１つの層が、第１波長の光と第２波長の光に対し異なる透過率を有する。なお、異なる透過率とは、対応する層が透光から不透光、或いはその逆に変化することを意味する。
機能層スタックのうち除去されない少なくとも１つの層は、第１波長と第２波長の間で透過率が変化する場合には、除去されない少なくとも１つの層について、少なくとも１つの他の層を除去する際に生じた孔や擦傷等の損傷情報を取得可能となる。これは、例えば光起電力層に形成されるが第１接触層には形成されない分離溝を検査する際に実行可能である。
また、他の実施例では、機能層スタックにおける少なくとも２つの層が除去される。このとき、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの第１層は第１波長と第２波長の間で透過率を変化させ、少なくとも２つの層のうちの少なくとも１つの第２層は透過率を変化させない。即ち、第１波長について、機能層スタックのうち除去されない全ての層は透光性を有し、且つ、少なくとも１つの第１層及び少なくとも１つの第２層は不透光性を有する。また、第２波長について、透光基板及び少なくとも１つの第１層は透光性を有するが、少なくとも１つの第２層は不透光性を有する。これにより、分離溝における第１層の残留部分を検出可能となる。これは、例えば光起電力層に形成されるとともに第１接触層にも形成される分離溝を検査する際に実行可能である。
例えば、第１波長は可視光線範囲である４００ｎｍ〜７００ｎｍの間とすればよい。また、例えば、第２波長は赤外光範囲である７８０ｎｍ〜１ｍｍの間とするか、或いは、紫外光範囲である１０ｎｍ〜３８０ｎｍの間とすればよい。
なお、形成された分離溝に充填される材料の評価にも同様の技術を適用可能である。例えば、前記材料は、従来技術により第１分離溝に充填されるフォトレジストとしてもよい。前記材料は、第３波長を有する光に対して第１透過率を有する。また、前記第３波長に対し、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層は不透光性を有し、透光基板及び機能層スタックのうち除去されない全ての層は透光性を有する。第３波長は上述の第１波長と等しくてもよく、上述の第２波長と等しくてもよく、これらと異なるものでもよい。材料の第１透過率は、透光基板及び機能層スタックのうち除去されない全ての層を含む層スタックの特性を表す第２透過率とは異なっている。透過光の量が基本的には材料の第１透過率に対応するよう、第２透過率は第１透過率よりも大きいことが好ましい。また、前記第１透過率は、材料の種類、材料の品質及び材料の厚さにより決定される。半製品ソーラーモジュールの領域は、材料を分離溝に充填するステップの後に照射される。このとき第３波長を有する光が照射に用いられ、検出された光の量が材料の特性評価に使用される。
好ましい実施形態において、分離溝を形成するレーザービームは、半製品ソーラーモジュールにおける第１又は第２の面の上方で相対的に移動する。また、照射用装置及び光検出装置は、レーザービームと同様の方式で半製品ソーラーモジュールにおける第１又は第２の面の上方で相対的に移動する。即ち、レーザービームと照射用装置及び検出装置が半製品ソーラーモジュールの静止時に移動してもよく、半製品ソーラーモジュールがレーザービームと照射用装置及び光検出装置の静止時に移動してもよい。ただし、半製品ソーラーモジュールが一方に移動しながら、レーザービームと照射用装置及び検出装置が他方に移動することで相対移動を形成してもよい。いずれにしても、照射、検出及び評価のステップは、第１の横方向において分離溝の延伸部に沿って配置される複数の領域に対し実行される。換言すれば、レーザービームを相対的に移動させて形成される長尺の分離溝は、複数の領域を繰り返し照射、検出及び評価することで検査及び評価される。これらの領域のうち各領域は他の領域と隣接しているか、或いは、隣接する領域と部分的に重なっていることが好ましい。これにより、分離溝全体を監視可能となる。
照射用装置と検出装置は、一定の距離を置いてレーザービームの直後に追随することが好ましい。即ち、ビームがレーザービームと一定の距離を置いて半製品ソーラーモジュールに照射される。これにより、一定の時間間隔ごとに、半製品ソーラーモジュール上に前記時間間隔で分離溝が形成された領域と、半製品ソーラーモジュールにおける光を照射する領域との間に一定の距離が置かれる。この距離は、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲とすればよい。
照射用装置と検出装置の移動時には、連続的に検出される一連の光の量として、これら装置の位置変化に伴って検出される光の量を示す信号曲線が得られる。前記連続的に検出される一連の光の量によって、分離溝を経時監視することが可能となる。また、レーザービームの全異常、分離溝の欠陥増加、或いはレーザービームにおけるパラメーターのドリフトを検出し、これらの問題を解消することが可能となる。上記の目的のために、評価ステップでは、所定の時間内に検出される光の量の平均値、最小値又は最大値を決定するといった別の統計評価ルーチンを実行する。更に、前記方法は、所定のイベントのうちのいずれかが発生し、且つ、統計評価ルーチンによりパラメーターの変更が必要であることが検出された場合に、レーザービーム発生装置のパラメーターを変更するステップを含んでいる。
本出願におけるソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程を監視するシステムは、レーザービーム発生装置、半製品ソーラーモジュールの領域の照射用装置、光量検出装置、及び形成された分離溝の評価装置を含んでいる。これらの装置のうちの少なくとも一部は１つのデバイスに統合してもよい。即ち、上記の装置を物理的に互いに固定してもよく、密封ユニットを形成してもよい。ただし、全ての装置を、光量検出装置から評価装置にデータを送信するデータ接続を少なくとも有する別々のデバイスで実現してもよい。
レーザービーム発生装置は、分離溝の領域における機能層スタックのうち少なくとも１つの層を除去することで、半製品ソーラーモジュールの機能層スタックのうち少なくとも１つの層に分離溝を形成することに適している。機能層スタックは、第１接触層、光起電力層及び第２接触層のうちの少なくとも１つを含むとともに、透光基板上に配置されている。レーザービーム発生装置は、第１波長の少なくとも１つのレーザービームを発生させてもよく、同一又は異なる波長の２つ以上のレーザービームを発生させてもよい。
照射用装置は、半製品ソーラーモジュールの第１の面における半製品ソーラーモジュールの領域を照射するのに適している。被照領域は、第１の横方向において分離溝の少なくとも一部を覆っており、第１の横方向と直交する第２の横方向において分離溝全体と周辺領域を覆っている。なお、横方向については上述した通りである。
光量検出装置は、半製品ソーラーモジュールの第２の面において、半製品ソーラーモジュールの被照領域を透過した光の量を検出するのに適している。第２の面は、半製品ソーラーモジュールにおける第１の面と対向する面である。第１の面と第２の面は、ソーラーモジュールの厚さと直交する平面において延伸している。光検出装置は照射用装置と同一の光軸上に位置しており、例えば、光を検出するための光度計又は１つの光センサ、或いは複数の光センサを含んでもよい。
形成された分離溝の評価装置は、検出された光の量と基準値を比較することで、被照領域に形成された分離溝を評価することに適している。この目的のために、評価装置は１又は複数の閾値を含んでもよい。例えば、下限値と上限値を含んでもよく、前記閾値がメモリユニット、比較ユニット及び出力ユニットに記録される。前記出力ユニットは、少なくとも１つの閾値について逸脱があった場合に信号を出力する。
照射用装置は第１波長を含む光の出射に適している。透光基板及び機能層スタックのうち除去されない全ての層は第１波長に対し透光性を有し、機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層は前記第１波長に対し不透光性を有する。例えば、照射用装置は「白色」光を出射する通常のランプとしてもよく、特定波長の光を出射する発光ダイオードとしてもよい。好ましくは、照射用装置は小さなビーム発散角を有する光を出射し、より好ましくは平行な光線を出射する。この目的のために、照射用装置は例えばレンズといった光学デバイスを含んでもよい。
実施形態の一例において、照射用装置は第１波長を有する光の出射に適するとともに、第２波長を有する光の出射に適しており、前記第２波長は前記第１波長と異なっている。機能層スタックのうちの少なくとも１つの層は、第２波長に対して第１波長とは全く異なる透過率を有することが好ましい。即ち、透光から不透光、又はその逆に変化可能である。一の実施例において、第１波長は可視光領域に属しており、第２波長は赤外線領域又はＵＶ領域に属している。
好ましい実施形態において、前記システムは搬送装置を含み、前記搬送装置は、半製品ソーラーモジュールの第１又は第２の面の上方において、レーザービーム発生装置の第１の横方向に沿う相対移動を実現し、照射用装置と光検出装置は、レーザービーム発生装置と同様の方式で、半製品ソーラーモジュールにおける第１又は記第２の面の上方で相対的に移動する。例えば、当該搬送システムは、搬送ベルト又は複数のローラー又は軸としてもよい。搬送システムは、第１の横方向においてシステム内で半製品ソーラーモジュールを移動させる。その結果、半製品ソーラーモジュールが移動し、レーザービーム発生装置で発生したレーザービームが透過するとともに、照射用装置から出射された光ビームが透過する。レーザービーム発生装置、照射用装置及び光量検出装置は、システム内で静止していてもよく、移動してもよい。
照射用装置は時間の推移とともに連続的に光を出射することに適していることが好ましい。また、光量検出装置は時間の推移とともに連続的に光を検出することに適していることが好ましい。このほか、評価装置は、連続的に検出された一連の光の量を評価することに適している。したがって、半製品ソーラーモジュールと照射用装置及び光量検出装置が相対的に移動する場合、大量の被照領域において（即ち、長さ方向において大きく）連続的に分離溝を評価可能となる。これによれば、確実且つ迅速に分離溝の欠陥及び／又は分離溝の評価パラメーターにおける少なくとも１つのドリフト（即ち、ゆっくりとした変動）を検出可能となる。
特定の実施形態において、レーザービーム発生装置と照射用装置は、第１の横方向において第１の距離を隔てるよう、レーザースクライビング過程を実行するデバイスに配置されている。好ましくは、第１の距離は５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、より好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲であり、例えば１０ｍｍとする。この距離は、特定のレーザースクライビング過程において一定とする。よって、分離溝における欠陥は、分離溝の形成後において非常に迅速に識別される。
好ましい実施形態において、半製品ソーラーモジュールは、第１の時間帯において、レーザースクライビング過程を実行するデバイス内で第１の横方向において第１の方向へと搬送されるとともに、第２の時間帯において、第１の横方向に沿って第２の方向へと搬送される。なお、第２の方向は第１の方向と逆である。また、第１の方向と第２の方向は、それぞれ第１の横方向における正の方向及び負の方向とも称される。即ち、半製品ソーラーモジュールに複数の分離溝を形成するために、半製品ソーラーモジュールは、レーザービーム上を、まず第１の方向に移動し、続いて第２の方向へと移動し、その度ごとに分離溝が形成される。これら２つのレーザースクライビングステップの間に、半製品ソーラーモジュールは第２の横方向に移動する。前記第２の横方向は第１の横方向と直交しており、且つ、半製品ソーラーモジュールにおける第１の面と平行な平面を画定する。形成された分離溝を２つの方向において評価するために、第１の照射用装置と第１の光検出装置は、第１の横方向においてレーザービーム発生装置の第１の側方に配置されており、第２の照射用装置と第２の光検出装置は、第１の横方向においてレーザービーム発生装置の第２の側方に配置されている。また、第２の側方と第１の側方は対向している。
前記システムは、半製品ソーラーモジュールの領域の位置を記憶するメモリ装置を更に含み、前記領域について、評価装置で分離溝の欠陥を識別してもよい。その後、記憶された情報は、当該位置における分離溝の修正に使用されてもよい。前記位置は、半製品ソーラーモジュール上の基準点（例えば、半製品ソーラーモジュールの隅）に対応している。
前記システムは制御装置を更に含み、前記制御装置は、評価装置から提供された結果に基づいてレーザービーム発生装置を制御してもよい。よって、評価装置がパラメーターの変更が必要であることを検出した場合には、レーザービームのパラメーターのうち少なくとも１つを変更又は修正すればよい。このほか、制御装置は搬送装置を制御してもよい。
前記システムは、更に吸引装置を含んでもよい。前記吸引装置は、スクライビング過程で発生するガスや粒子を半製品ソーラーモジュールの周辺から吸引することに適している。吸引装置は半製品ソーラーモジュールにおける第２の側方に配置されることが好ましい。また、透光基板は第１の側方において半製品ソーラーモジュールの表面を形成しており、且つ、第２の側方と第１の側方は対向している。
本発明の更なる理解のために図面を提供する。なお、図面は本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を説明するとともに、原理を説明するために本発明の記載と合わせて使用される。なお、本発明においてはその他の実施形態も可能であり、且つこれらもまた本発明の範囲に含まれる。且つ、図面に示される部品は相対的な比率で記載されているとは限らない。また、同じ符号は対応する同一部分を示している。
図１は、３つの異なるタイプの分離溝を有するソーラーモジュールの横断面を概略的に示している。 図２は、半製品ソーラーモジュールの平面図を示している。 図３は、半製品ソーラーモジュールにおけるＡ−Ａ’横断面を概略的に示している。 図４は、半製品ソーラーモジュールにおけるＢ−Ｂ’横断面を概略的に示している。 図５Ａは、形成された分離溝の拡大平面図を示している。 図５Ｂは、分離溝の連続監視に対応して検出された光の量のグラフを概略的に示している。 図６は、レーザースクライビング過程を監視するシステムを概略的に示している。 図７は、本発明におけるレーザースクライビング過程を監視するシステムに基づく実施形態を横断面により概略的に示している。
図１は、ソーラーモジュール１を概略的に示す横断面である。前記ソーラーモジュールは、透光基板１１、機能層スタック１２及び背面基板１３を含んでいる。矢印で示すように、ソーラーモジュールは透光基板１１の側方から照射される。例えば、透光基板１１はガラスからなる。また、背面基板１３は任意の適切な材料で作製すればよく、且つ透光性を有していてもよく、不透光性を有していてもよい。機能層スタック１２は、例えば、透光導電性酸化物（ＴＣＯ）といった透光性材料からなる第１接触層１２１、光を吸収して電流に変換する光起電力層１２２、及び、例えば金属のような不透光性材料からなる第２接触層１２３を含んでいる。機能層スタック１２の各層は、例えば従来技術において周知の別々の材料からなる異なる層を含んでもよい。例えば、当該光起電力層はＣｄＳ層とＣｄＴｅ層を含んでもよい。
なお、先の段落で述べた「透光」及び「不透光」とは、機能層スタック１２の光起電力層１２２に吸収されて電流に変換される任意の波長を有する光に対して透光又は不透光であることを意味する。
隣接する太陽電池に対し直列に接続される太陽電池１００を形成するために、隣接する２つの太陽電池１００の間の機能層スタック１２には３つの分離溝２１，２２，２３が形成されている。図１に示すように、第１分離溝２１は少なくとも第１接触層１２１に形成されており、更に、光起電力層１２２に形成されてもよい。前記第１分離溝には、例えばフォトレジストのような電気絶縁材料２を充填し、隣接する太陽電池における第１接触層領域を電気的に絶縁する。第２分離溝２２は光起電力層１２２にのみ形成され、例えば第２接触層１２３の材料が導電材料として充填される。前記第２分離溝は、太陽電池における第２接触層領域と、隣接する太陽電池における第１接触層領域とを電気的に接続する。図１に示すように、第３分離溝２３は少なくとも第２接触層１２３に形成されており、更に、光起電力層１２２に形成されてもよい。前記第３分離溝には電気絶縁材料を充填し、隣接する太陽電池における第２接触層領域を電気的に絶縁する。
図２は、本出願に基づくレーザースクライビング過程を監視する方法の例示的実施形態における半製品ソーラーモジュール１０の平面図を示している。図３及び図４は、Ａ−Ａ（図３）及びＢ−Ｂ（図４）に沿う半製品ソーラーモジュール１０の横断面を概略的に示している。これらの図は、第２分離溝の第２部分２２ｂに対するレーザースクライビングを監視する方法を概略的に説明している。ただし、前記方法の原理はレーザースクライビングされるあらゆる分離溝に適用可能であり、分離溝を形成することで除去される少なくとも１つの層が照射光に対し不透光性を有するとともに、形成された分離溝の上方及び下方において除去されることなく存在するその他全ての層が照射光に対し透光性を有すればよい。
半製品ソーラーモジュール１０は透光基板１１と機能層スタック１２を含み、前記機能層スタック１２は、第１接触層１２１と光起電力層１２２のみを含んでいる。半製品ソーラーモジュール１０は第１の面１０１を有する。前記第１の面は、ここで説明する実施例の光起電力層１２２の表面である。第１の面は半製品ソーラーモジュールの第２の面１０２と対向しており、前記第２の面は透光基板１１の表面である。第１分離溝２１は、機能層スタック１２における現有層に形成済みである。即ち、第１接触層１２１と光起電力層１２２に形成済みであり、且つ絶縁材料２が充填されている。第１分離溝２１は、第１の横方向ｘにおいて、半製品ソーラーモジュール１０の第１の側端１０３から半製品ソーラーモジュール１０の第２の側端１０４まで延伸している。なお、第１の側端１０３と第２の側端１０４は第１の横方向ｘにおいて対向している。例示的な本実施形態において、第２分離溝は分離された部分２２ａ〜２２ｃとして形成されているが、第１の側端１０３から第２の側端１０４まで延伸させてもよい。各部分２２ａ〜２２ｃは、第１の横方向ｘにおいて測定される長さｌ１を有しているが、前記長さｌ１は部分ごと２２ａ〜２２ｃに異なっていてもよく、同じであってもよい。また、各部分２２ａ〜２２ｃは、第２の横方向ｙにおいて測定される幅ｗ１を有する。第２の横方向ｙは第１の横方向ｘと直交しており、且つ、前記第１の横方向ｘとともに第１の面１０１と平行な平面を画定する。幅ｗ１は、部分ごと２２ａ〜２２ｃに異なっていてもよく、同じであってもよい。幅ｗ１は２０μｍ〜８０μｍの範囲であればよく、例えば５０μｍとする。第１分離溝２１は、第３の方向ｚにおいて第１の面１０１から透光基板１１まで下方に延伸している。前記第３の方向ｚは、第１の横方向ｘと直交するとともに第２の横方向ｙと直交する厚さ方向である。第２分離溝の部分２２ａ〜２２ｃは、第３の方向ｚにおいて第１の面１０１から第１接触層１２１まで下方に延伸している。
ここで、第１の部分２２ａと第２の部分２２ｂは形成済みであるが、第３の部分２２ｃの形成過程は現在進行中である。このことは、レーザービーム領域３における第１の面１０１に対するレーザービーム３０の照射により示されている。レーザービーム３０は、第１の横方向ｘにおいて第１の面１０１の上方を移動することで、第２分離溝の部分をスクライビングする。レーザービーム３０の移動は、搬送方向Ｖにおいて半製品ソーラーモジュール１０を移動させることで実現される。なお、前記搬送方向Ｖは、第１の横方向ｘとは逆の方向である。
形成済みの第２分離溝における第１の面１０１の領域、例えば第２部分２２ｂの領域では、半製品ソーラーモジュール１０に照射ビーム４０が照射されることで被照領域４が形成される。第２分離溝の部分２２ａ〜２２ｃにおいて除去される光起電力層１２２は、照射ビーム４０における少なくとも１つの波長に対して不透光性を有するが、透光基板１１及び第１接触層１２１は透光性を有する。照射ビームは単一波長の光のみを含むか、或いは、照射ビーム４０の大部分の波長に対して光起電力層１２２を不透光とし、且つ透光基板１１と第１接触層１２１を透光とすることが、好ましい。
被照領域４は、第１の横方向ｘにおいて測定される長さｌ２と、第２の横方向ｙにおいて測定される幅ｗ２を有している。また、被照領域４の長さｌ２は第２部分２２ｂの長さｌ１よりも小さい。ただし、被照領域の長さは第２部分の長さと同じとしてもよく、第２部分の長さより大きくてもよい。また、被照領域４の幅ｗ２は、常に第２部分２２ｂの幅ｗ１よりも大きい。したがって、図３に示すように、照射ビーム４０は少なくとも第２の横方向に沿う一部のみが、半製品ソーラーモジュール１０のうち光起電力層１２２が存在しない領域を貫通可能であって、透過ビーム４１を形成する。その後、例えば後述する光度計によって透過光の量を検出すればよい。
なお、本出願の方法では、図２〜４に示すように、レーザービームと照射ビームを半製品ソーラーモジュールの同一面に照射しているが、これは必須ではない。前記レーザービームと照射ビームは、半製品ソーラーモジュールにおける別々の面に照射してもよい。また、図２〜４に示すように、照射ビームが機能層スタックの層で規定される半製品ソーラーモジュールの表面に照射されるか、透光基板で規定される半製品ソーラーモジュールの表面に照射されるかは重要ではない。
また、第１分離溝２１及び／又は前記第１分離溝における絶縁材料２についても照射ビーム４０で検査可能である。なお、照射ビームは、いかなる材料も充填されていない第２分離溝の部分２２ａ〜２２ｃを検査する場合と同じように、別の波長を有する光を含まなければならないことがある。
このほか、検出される波長別の透過光量の違いから情報を取得するために、異なる波長を含む各種照射ビームを用いてもよい。なお、異なる波長を含む単一の照射ビームを用いてもよいが、この場合には透過ビームを分割するとともに、波長の異なる透過光の量を別々の検出装置を用いて検出する必要がある。また、機能層スタックにおける少なくとも１つの層は、波長の違いに応じて透過率が透光から不透光、或いはその逆に変化しなければならない。
図５Ａ及び図５Ｂでは、レーザースクライビング過程で形成される分離溝の形状、形成される分離溝について実施可能な検出、及び形成された分離溝を透過光の検出量に応じて評価可能な信号を示されている。図５Ａは、形成された第２分離溝２２の拡大平面図を示している。第２分離溝２２は、半製品ソーラーモジュールにおける第１の面１０１の上方を移動するパルスレーザーにより形成される。このとき、単体の略円形をなすレーザービームショット３ａが第１の面１０１に形成される。ただし、レーザービームショットは他の形状としてもよい。通常、レーザービーム発生装置は、分離溝の長さ１ｍｍごとに１０〜５０のレーザービームショット３ａを形成する。隣接する各レーザービームショット３ａが互いに重なり合うことで、前記レーザービームショットにより波型の辺縁を有する連続した溝が形成される。更に、照射ビームが第２分離溝２２の延伸部に沿って第１の面１０１の上方で移動すると、図５Ｂから明らかなように、透過光の検出量が波状に推移する。実施例では、光量検出装置から発生し且つ光の検出量に対応する電気信号が示されている。即ち、検出量は一定の値とはならず、平均値付近で変動する。
しかし、分離溝に欠陥が存在する場合、例えば、レーザービームショットが欠落している領域３ｂでは、検出量が平均値から大幅に逸脱してしまう。このことは、レーザービームショットが欠落した領域３ｂに対応する信号の負のピークとして示される。一方で、分離溝が広がりすぎた場合には、信号に正のピークが発生する。なお、下限値ＴＬ及び上限値ＴＵは、平均値との許容不可能な偏差に応じて決定すればよい。信号がこれらの閾値のうちのいずれかを逸脱した場合には、欠陥として検出される。また、光の検出量は各々が第２分離溝２２における特定の領域に対応しているため、欠陥の位置が特定されるとともに、適用可能であれば後の再加工に用いられる。
また、レーザービームの安定性及び／又は分離溝の幅を制御するために、別の閾値を設定してもよい。分離溝のドリフトパラメータ又はレーザービームの異常増加数を検出するために、統計ルーチンを用いて、例えば平均値や振幅（信号周期における最低値と最高値の差）といった所定の時間に発生した信号におけるその他のパラメーターを評価してもよい。
本出願の方法によれば、分離溝を連続的に検査するとともに、欠陥又は装置パラメーターのドリフトを検出するための容易且つ迅速で非常に有効な方式が提供される。よって、分離溝のランダム領域を撮像する必要もなければ、大量のデータを収集する必要もない。取得した信号は機器により適切な評価方法で自動的に評価されるとともに、前記機器は、レーザービーム発生装置を評価結果に基づいて制御可能である。
また、欠陥を発見可能なだけでなく、分離構造が当該構造とは異なった透過率を有する領域を介して分離される場合には、分離構造同士の距離を測定することも可能である。
図６は、本出願における分離溝を形成するためのレーザースクライビング過程を監視するシステム２００を概略的に示している。システム２００は、レーザービーム発生装置３００、照射用装置４００、光量検出装置５００及び形成された分離溝の評価装置６００を含んでいる。更に、システム２００は、搬送装置７００、メモリ装置８００、制御装置９００及び／又は吸引装置９５０を含んでいる。これら装置の一部であるレーザービーム発生装置３００、照射用装置４００、光量検出装置５００、搬送装置７００及び吸引装置９５０が、レーザースクライビング過程の実行デバイス２５０に配置されていることが好ましい。レーザービーム発生装置３００は、形成したレーザービームを用いて機能層スタックに分離溝を形成するのに適している。照射用装置４００及び光量検出装置５００は、分離溝における任意の領域を照射することで、形成された分離溝に対応する例えば幅信号といった少なくとも１つの特性パラメーターを発生させるとともに、上述した透過光の量を検出することに適している。そして、発生した信号は、形成された分離溝の評価装置６００によって評価される。その後、評価結果はメモリ装置８００に記録されるか、制御装置９００へと伝送される。前記制御装置は、評価結果に基づいてレーザービーム発生装置３００と搬送装置７００を制御する。吸引装置９５０は、分離溝の形成過程で発生するガス又は粒子を除去するのに適している。より正確には、これらのガス及び粒子が光の照射や検出を妨害しないようにする。
図７は、当該システムの実施例を示している。レーザースクライビング過程の実行デバイス２５０には、レーザービーム発生装置３００、２つの照射用装置４００ａ，４００ｂ、２つの光量検出装置５００ａ，５００ｂ、搬送装置のローラー７１０及び吸引装置９５０が配置されている。半製品ソーラーモジュール１０は、第１の横方向ｘ沿って、搬送方向Ｖにおいてローラー７１０によりレーザースクライビング過程の実行デバイス２５０を通過するよう移動するか、或いは当該デバイス内で移動する。ただし、搬送装置としては、移動台や他の適切な装置を用いてもよい。半製品ソーラーモジュール１０の第１の側方、例えば、前記半製品ソーラーモジュールの下方において、レーザービーム発生装置３００と光量検出装置５００ａ，５００ｂは共通の第１機械ホルダ２６１に装着されている。光の量を検出する第１の装置５００ａは、第１の横方向ｘにおいてレーザービーム発生装置３００の第１の側方に装着されており、光の量を検出する第２の装置５００ｂは、第１の横方向ｘにおいてレーザービーム発生装置３００の第２の側方に装着されている。第２の側方は、第１の側方と反対側となる。レーザービーム発生装置３００は、レーザー光を発生させるレーザー装置３１０と、レーザービーム３０を形成するレーザー光学装置３２０を含んでいる。レーザービーム３０は、レーザービーム領域３における透光基板１１から半製品ソーラーモジュール１０の機能層スタック１２を除去することで分離溝を形成する。このようにして、例えば図１に示すような第１分離溝が形成される。
半製品ソーラーモジュール１０の第２の側方に装着される吸引装置９５０は、例えば、前記半製品ソーラーモジュールの上方であって、且つレーザービームの軸線と同軸線上において、分離溝の形成時に発生するガス及び粒子を除去する。吸引装置９５０と照射用装置４００ａ，４００ｂは、共通の第２機械ホルダ２６２に装着されている。第１の照射用装置４００ａは、第１の横方向ｘにおいて吸引装置９５０の第１の側方に装着されており、第２の照射用装置４００ｂは、第１の横方向ｘにおいて吸引装置９５０の第２の側方に装着されている。第１の照射用装置４００ａは、第１の光量検出装置５００ａと同軸線上に位置するよう装着されており、第２の照射用装置４００ｂは、第２の光量検出装置５００ｂと同軸線上に位置するよう装着されている。好ましくは、レーザービームの軸線と第１の照射用装置４００ａの軸線との距離ａ１が、レーザービームの軸線と第２の照射用装置４００ｂの軸線との距離ａ２に等しい。ただし、距離ａ１とａ２は異なっていてもよい。第１ホルダ２６１と第２ホルダ２６２は、距離ａ１とａ２が一定の値となることを保証するとともに、照射用装置４００ａ，４００ｂと対応する各光量検出装置５００ａ，５００ｂを近軸配置する。また、照射ビーム４０は形成された分離溝に対し自動的に照準を合わせる。
各照射用装置４００ａ，４００ｂは、例えばＬＥＤランプといったランプ４１０と、照射ビーム４０を形成する照射光学装置４２０を含んでいる。また、各光量検出装置５００ａ，５００ｂは、検出光学装置５１０と光検出器５２０を含んでいる。検出光学装置５１０は透過ビーム４１を光検出器５２０に導き、前記光検出器５２０は対応する信号を発生させる。
この信号はデータ線６１０を介して評価装置６００に伝送される。なお、前記データ線はデータワイヤとしてもよく、ワイヤレスデータライン（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄａｔａ ｌｉｎｅ）としてもよい。また、例えば評価装置６００をコンピュータとし、レーザースクライビング過程の実行デバイス２５０の外部に前記コンピュータを配置してもよい。
レーザースクライビング過程を実行すると、まず、半製品ソーラーモジュール１０が第１の横方向ｘにおいて第１の方向、例えば、負のｘ方向に移動する。これについては、図７に符号Ｖの矢印で示している。このとき、第１の照射用装置４００ａと第１の光量検出装置５００ａが動作して、形成された分離溝の検査を実現する。レーザービーム３０と照射ビーム４０が半製品ソーラーモジュール１０の側端（即ち、図７においては右端）に到達すると、半製品ソーラーモジュール１０は第１の横方向ｘに沿って第２の方向へ移動する。なお、第２の方向は第１の方向とは逆方向である。即ち、第１の方向が負のｘ方向の場合、第２の方向は正のｘ方向である。半製品ソーラーモジュール１０が第２の方向へ移動する際に、レーザービーム３０は他の分離溝を形成する。このとき、第２の照射用装置４００ｂと第２の光量検出装置５００ｂが動作して、形成された分離溝の検査を実現する。形成された分離溝を半製品ソーラーモジュール１０の両方向への移動中に検査可能となるよう、レーザービーム発生装置３００の両側に照射用装置４００ａ，４００ｂと光量検出装置５００ａ，５００ｂが設けられている。こうすることで時間が節約されるとともに、形成された分離溝と照射ビーム４０の照準を合わせる照準ステップが省略される。
上記で記載した本発明の実施形態は説明のための例示にすぎず、本発明はこれらに限定されない。いかなる修正、変形、等価の配置及び実施形態の組み合わせは、いずれも本発明の範囲に含まれる。
１ ソーラーモジュール
２ 絶縁材料
３ レーザービーム領域
３ａ レーザービームショット単体
３ｂ レーザービームショットの欠落
４ 被照領域
１０ 半製品ソーラーモジュール
１１ 透光基板
１２ 機能層スタック
１３ 背面基板
２１ 第１分離溝
２２ 第２分離溝
２２ａ〜２２ｃ 第２分離溝の部分
２３ 第３分離溝
３０ レーザービーム
４０ 照射ビーム
４１ 透過ビーム
１００ 太陽電池
１０１ 半製品ソーラーモジュールの第１の面
１０２ 半製品ソーラーモジュールの第２の面
１０３ 半製品ソーラーモジュールの第１の側端
１０４ 半製品ソーラーモジュールの第２の側端
１２１ 第１接触層
１２２ 光起電力層
１２３ 第２接触層
２００ レーザースクライビング過程を監視するシステム
２５０ レーザースクライビング過程の実行デバイス
２６１ 第１ホルダ
２６２ 第２ホルダ
３００ レーザービーム発生装置
３１０ レーザー装置
３２０ レーザー光学装置
４００ 照射用装置
４００ａ 第１の照射用装置
４００ｂ 第２の照射用装置
４１０ ランプ
４２０ 照射光学装置
５００ 光量検出装置
５００ａ 第１の光量検出装置
５００ｂ 第２の光量検出装置
５１０ 検出光学装置
５２０ 光検出器
６００ 評価装置
６１０ データ線
７００ 搬送装置
７１０ ローラー
８００ メモリ装置
９００ 制御装置
９５０ 吸引装置
ａ１ レーザービームの軸線と照射用の第１の装置の軸線との距離
ａ２ レーザービームの軸線と照射用の第２の装置の軸線との距離
ｌ１ 分離溝の長さ
ｌ２ 被照領域の長さ
ｗ１ 分離溝の幅
ｗ２ 被照領域の幅
ＴＬ 下限値
ＴＵ 上限値
Ｖ 半製品ソーラーモジュールの搬送方向
ｘ 第１の横方向
ｙ 第２の横方向
ｚ 第３の方向

Claims (5)

  1. ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法において、
    第１接触層、光起電力層及び第２接触層のうちの少なくとも１つを含む機能層スタックを透明基板上において備える半製品ソーラーモジュールを供給するステップと、
    前記分離溝の領域における前記機能層スタックの前記少なくとも１つの層を除去するレーザービームを用いて、前記機能層スタックにおける少なくとも１つの層に分離溝を形成するステップと、
    第１の横方向において前記分離溝の少なくとも一部を覆っており、且つ、前記第１の横方向と直交する第２の横方向において前記分離溝全体と周辺領域を覆っている前記半製品ソーラーモジュールの領域を前記半製品ソーラーモジュールの第１の面において照射する照射ステップと、
    半製品ソーラーモジュールの第２の面において、前記半製品ソーラーモジュールの被照領域を透過した光の量を検出する検出ステップと、
    前記の検出された光の量と少なくとも１つの基準値とを比較することで、前記被照領域に形成された前記分離溝を評価する評価ステップと、
    第３波長を有する光に対して第１透過率を有する材料を前記分離溝に充填するステップと、を含み、
    光検出装置は、照射用装置と同一の光軸上に配置されており、
    前記機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層は前記第３波長に対し不透光性を有し、前記透明基板及び前記機能層スタックのうち除去されない全ての層は前記第３波長に対し透光性を有し、前記機能層スタックのうち除去されない全ての層における前記第３波長に対する透過率は第２透過率であり、前記第２透過率は前記第１透過率よりも大きく、
    前記半製品ソーラーモジュールの前記第１透過率を有する材料が充填された領域は、前記材料を前記分離溝に充填するステップの後に、前記第３波長を有する光が照射され、検出された光の量を対応する基準値と比較することで、前記分離溝に充填された前記材料の特性が評価されることを特徴とするレーザースクライビング過程の監視方法。
  2. 前記半製品ソーラーモジュールの前記領域は第１波長を含む光で照射され、前記透明基板及び前記機能層スタックのうち除去されない全ての層は前記第１波長に対し透光性を有し、前記機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層は前記第１波長に対し不透光性を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザースクライビング過程の監視方法。
  3. 前記機能層スタックは少なくとも２つの層を含み、
    前記機能層スタックにおける少なくとも１つの層は、前記分離溝の前記領域において除去されるものであり、
    前記の照射ステップは、第１波長の光で前記半製品ソーラーモジュールを照射する第１サブステップと、第２波長の光で前記半製品ソーラーモジュールを照射する第２サブステップとを含み、
    前記第１波長の光に対して、前記透明基板及び前記機能層スタックのうち除去されない全ての層が透光性を有し、前記機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層が不透光性を有し、
    前記第２波長の光に対して、前記透明基板が透光性を有し、前記機能層スタックのうち除去される少なくとも１つの層が不透光性を有し、前記機能層スタックのうち除去され且つ前記第１波長の光に対して不透光性を有する少なくとも１つの他の層が透光性を有する、或いは、前記機能層スタックのうち除去されない少なくとも１つの層が不透光性を有するとともに、
    前記検出ステップは、前記第１波長を有し、且つ前記半製品ソーラーモジュールを透過した第１の光の量を検出する第１サブステップと、前記第２波長を有し、且つ前記半製品ソーラーモジュールを透過した第２の光の量を検出する第２サブステップと、を含み、
    前記の検出された第１の光の量と前記の検出された第２の光の量を対応する基準値と比較することで、前記の形成された分離溝を評価することを特徴とする請求項１に記載のレーザースクライビング過程の監視方法。
  4. 前記分離溝を形成する前記レーザービームは、前記半製品ソーラーモジュールにおける前記第１又は前記第２の面上で相対的に移動し、前記照射用装置と前記光検出装置は、前記半製品ソーラーモジュールにおける前記第１又は前記第２の面で相対的に移動し、前記の照射ステップ、検出ステップ及び評価ステップは、前記第１の横方向において前記分離溝の延伸部に沿って配置される複数の領域に対し実行されることを特徴とする請求項１に記載のレーザースクライビング過程の監視方法。
  5. 前記照射用装置と前記光検出装置の移動中に、連続的に検出された一連の光の量が取得され、前記評価ステップでは統計評価ルーチンを実行し、前記統計評価ルーチンによりパラメーターの変更が必要であることが検出された場合、前記レーザービームを発生する装置における前記パラメーターを変更するステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザースクライビング過程の監視方法。
JP2018562034A 2016-12-27 2016-12-27 ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法 Active JP6708756B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/112416 WO2018119680A1 (en) 2016-12-27 2016-12-27 Method and system for monitoring laser scribing process for forming isolation trenches in solar module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019517157A JP2019517157A (ja) 2019-06-20
JP6708756B2 true JP6708756B2 (ja) 2020-06-17

Family

ID=62707574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018562034A Active JP6708756B2 (ja) 2016-12-27 2016-12-27 ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6708756B2 (ja)
CN (1) CN108604618B (ja)
DE (1) DE112016006757T5 (ja)
WO (1) WO2018119680A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021136780A (ja) * 2020-02-27 2021-09-13 三星ダイヤモンド工業株式会社 太陽電池の検査装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009029901A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Applied Materials, Inc. Production line module for forming multiple sized photovoltaic devices
JP5210056B2 (ja) * 2008-06-05 2013-06-12 芝浦メカトロニクス株式会社 レーザ加工装置
WO2010080595A2 (en) * 2008-12-19 2010-07-15 Applied Materials, Inc. Illumination methods and systems for laser scribe detection and alignment in thin film solar cell fabrication
CN102725859B (zh) * 2009-02-04 2016-01-27 应用材料公司 太阳能生产线的计量与检测套组
US20100195096A1 (en) * 2009-02-04 2010-08-05 Applied Materials, Inc. High efficiency multi wavelength line light source
JP2010212355A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池パネルの検査方法及び検査装置
US20100330711A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for inspecting scribes in solar modules
US20110005458A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-13 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for improving scribe accuracy in solar cell modules
US8822255B2 (en) * 2009-09-04 2014-09-02 Ulvac, Inc. Method of manufacturing a solar cell module and apparatus of manufacturing a solar cell module
JP2011142297A (ja) * 2009-12-08 2011-07-21 Hitachi Via Mechanics Ltd 薄膜太陽電池製造方法及びレーザスクライブ装置
US20120094425A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Miasole Ablative scribing of solar cell structures
DE102011010131A1 (de) * 2011-02-03 2012-08-09 Schott Solar Ag Rohmodul zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls und Dünnschichtsolarmodul
GB2492972B (en) * 2011-07-15 2013-09-11 M Solv Ltd Method and apparatus for dividing a thin film device into separate cells
KR20130011462A (ko) * 2011-07-21 2013-01-30 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법
JP2014060209A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Fuji Electric Co Ltd 薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法
CN104425637A (zh) * 2013-08-30 2015-03-18 中国建材国际工程集团有限公司 部分透明的薄层太阳能模块
JP6280365B2 (ja) 2013-12-27 2018-02-14 三星ダイヤモンド工業株式会社 薄膜太陽電池の加工溝検出方法および加工溝検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108604618B (zh) 2022-12-06
DE112016006757T5 (de) 2018-12-27
JP2019517157A (ja) 2019-06-20
CN108604618A (zh) 2018-09-28
WO2018119680A1 (en) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9863876B2 (en) Reflective surfaces for surface features of an article
US9863892B2 (en) Distinguishing foreign surface features from native surface features
JP5202026B2 (ja) レーザスクライブ装置
US8400630B2 (en) Method and device for the detection of defects in an object
US9128050B2 (en) Apparatus and method for inspecting graphene board
US7956999B2 (en) Resistivity testing method and device therefor
WO2014194010A1 (en) Surface features by azimuthal angle
JP2009168748A (ja) 食品検査装置
US20120044346A1 (en) Apparatus and method for inspecting internal defect of substrate
KR101776708B1 (ko) 그래핀 기판 검사 장치
JP4663725B2 (ja) 端部傷検査装置
EP2390905A1 (en) Thin film monitoring device and method
JP2010149146A (ja) レーザ加工装置
JP6708756B2 (ja) ソーラーモジュールに分離溝を形成するレーザースクライビング過程の監視方法
US20080186481A1 (en) Optical vision inspection apparatus
WO2012036197A1 (ja) 太陽電池の評価方法および評価装置
JP2007225418A (ja) 透明導電膜評価装置及び透明導電膜の評価方法
KR101977243B1 (ko) 글라스 기판의 검사장치, 이를 이용한 검사방법 및 증착장치
JP2009094208A (ja) 表面処理用の膜厚測定設備
KR20150005856A (ko) Ｂｉｐｖ 유리기판의 광학적 투과율 측정시스템
JP2011198965A (ja) レーザースクライブ装置
JP2010216882A (ja) 太陽電池用タブリード半田付け装置
JP2008157753A (ja) 検査装置、アニール装置、および検査方法
JP2010212355A (ja) 太陽電池パネルの検査方法及び検査装置
JP2012068211A (ja) シート部材の歪み検査装置及びシート部材の歪み検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200424

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200521

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6708756

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250