TW201331138A - 溝槽加工工具及溝槽加工方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種溝槽加工工具，係於積成型薄膜太陽電池之溝槽加工，即使用於加工之薄膜較厚，亦能夠直線地形成固定之線寬之美麗的刻劃線。該溝槽加工工具，係成為如下之構成：由棒狀之本體10、以及形成於本體10之前端之刀刃前端區域11所構成；刀刃前端區域11，係由長方形之底面12、從底面12之長邊方向之邊相對於底面12而立起成直角之相互平行之左側面13及右側面14、以及沿著底面12之寬度方向之邊而形成於刀刃前端區域11之前面側或後面側之至少任一方側之刀刃前端部16所構成；刀刃前端部16，係形成有由在底面12之端緣朝向斜上方傾斜之第1刀刃面18、以及相對於第1刀刃面18而交叉成銳角之第2刀刃面19所構成之刀刃前端。

Description

溝槽加工工具及溝槽加工方法
本發明係關於使用於製造黃銅礦(chalcopyrite)化合物系太陽電池或非晶(amorphous)矽太陽電池等之積成型薄膜太陽電池時之溝槽加工之溝槽加工工具、以及使用該溝槽加工工具之溝槽加工方法。
在此，所謂的黃銅礦化合物，除了CIGS(Cu(In,Ga)Se2)之外，還包括CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、CIS(CuInS2)等。
於使用黃銅礦化合物半導體等作為光吸收層之薄膜太陽電池，一般係為於基板上串聯連接形成有複數個單位晶格(unit cell)之積成型構造。
關於習知之黃銅礦化合物系積成型薄膜太陽電池之製造方法進行說明。圖6，係表示CIGS薄膜太陽電池之製造步驟之示意圖。首先，如圖6(a)所示，在由鹼石灰玻璃(SLG)等所構成之絕緣基板1上，藉由濺鍍法形成有成為正極側之下部電極之Mo電極層2之後，對形成光吸收層前之薄膜太陽電池基板，藉由刻劃加工形成下部電極分離用之溝槽S(P1步驟)。
之後，如圖6(b)所示，在Mo電極層2上，藉由蒸着法、濺鍍法等形成由化合物半導體(CIGS)薄膜所構成之光吸收層3，於其上，藉由CBD法(化學溶液沉積法)形成用以異質接合之由ZnS薄膜等所構成之緩衝(buffer)層4，於其上， 形成由ZnO薄膜所構成之絕緣層5。而且，相對於形成透明電極層前之薄膜太陽電池基板，在從下部電極分離用之溝槽S往橫方向遠離既定距離之位置，藉由刻劃加工形成到達至Mo電極層2之電極間接觸用之溝槽M1(P2步驟)。
接著，如圖6(c)所示，從絕緣層5之上形成由ZnO：Al薄膜所構成之作為上部電極之透明電極層6，作為具備有於利用光電轉換而發電之必要之各機能層之太陽電池基板，藉由刻劃加工形成到達至下部之Mo電極層2之電極分離用之溝槽M2(P3步驟)。
於上述之製造積成型薄膜太陽電池之步驟，作為藉由刻劃進行溝槽加工溝槽M1及M2之技術，係使用機械式的刻劃法。
機械式的刻劃法，例如，如於專利文獻1及2所揭示般，係藉由將前端成為前端尖細狀之金屬針(needle)等之溝槽加工工具之刀刃前端，施予既定之壓力而按壓於基板並同時移動，而加工電極分離用之溝槽之技術。
如於專利文獻1及2所揭示般之機械式刻劃法，將溝槽加工工具之刀刃前端之形狀成為前端尖細之針狀，但嚴格來說，壓接薄膜太陽電池的部分為了使接觸面積變廣而以成為平坦之方式將前端切成大致水平。亦即，如圖7所示，將前端部分71成為圓錐梯狀，且將底面72成為平坦。將如此之形狀的溝槽加工工具7，往用以形成薄膜太陽電池基板之溝槽之薄膜按壓，同時沿著刻劃預定線移動，藉此進行溝槽加工。
於前端部分係使用圓錐梯狀之溝槽加工工具之情形，存在溝槽附近之薄膜不規則地大片地剝落，甚至去除了不必要去除的部分，存在太陽電池之性能及良率降低之問題點。此外，一旦隨著溝槽加工工具之使用而使刀刃前端產生磨耗，前端部分由於係圓錐梯狀，因此刀刃前端之尺徑將變大，其結果為，被刻劃之溝槽寬度逐漸地變寬。因此，無法長時間地持續使用相同的刀刃前端，或無法進行研磨而重覆使用。
在此，有鑑於如此般之問題點，本發明人於先前已提出如於專利文獻3所示之溝槽加工工具。
圖8係表示於上述專利文獻3所揭示之溝槽加工工具之立體圖。該形成溝槽之工具8，係由成為朝刻劃裝置之安裝部之圓柱狀之本體81，與一體地形成於該前端部分之刀刃前端區域82所構成，且以超硬合金或燒結鑽石等之硬質材料製造。刀刃前端區域82，係由長方形之底面83、從底面83之短邊方向之端邊立起成直角之前面84及後面85，與從底面83之長邊方向之端邊立起成直角而成為相互平行之面之左、右側面88、89所構成。藉由底面83與前、後面84,85而形成之角部分別成為刀刃前端86、87。
根據如此之溝槽加工工具8，刀刃前端部分之左右側面係成為平行之面，因此於刀刃之左右寬度之尺寸不會產生變化，即使是磨耗之後，刀刃之左右寬度係為固定，能夠維持被刻劃之溝槽寬度。
此外，使溝槽加工工具之前面84或後面85相對於太 陽電池基板之表面往進行方向側傾斜，藉此，藉由前面84或後面85與底面83而形成之角部，亦即刀刃前端86或刀刃前端87以近乎點接觸之線接觸與太陽電池基板接觸，而具有能夠滑順地進行薄膜之剝離，且能夠形成直線狀、美麗的刻劃線之優點。
專利文獻1：日本專利特開2002-094089號公報
專利文獻2：日本專利特開2004-115356號公報
專利文獻3：國際公開WO2010/098306號公報
於習知之一般的黃銅礦化合物系積成型薄膜太陽電池，圖6之CIGS光吸收層3之厚度係包含ZnS薄膜緩衝層4及ZnO絕緣層5為約2μm左右，其上層之ZnO：Al透明電極層6之厚度係約1μm左右。於最近之黃銅礦化合物系積成型薄膜太陽電池，係從提高光電轉換效率之觀點進行膜厚之最適化等之檢討，而製造使光電轉換層之厚度或透明電極層之厚度較習知更為厚者。例如，透明電極層6之厚度為2μm，或此以上者亦變多。於透明電極層6之厚度為約1μm左右時，使用圖8所示之溝槽加工工具能夠毫無問題地進行溝槽部分之剝離，但透明電極層6之厚度成為2μm或此以上，則隨著用以剝離之溝槽部分之膜厚變更厚，即使使用圖8之溝槽加工工具，亦存在溝槽附近之薄膜剝離之問題點。
例如，於圖6(c)所示之P3步驟，一旦於形成溝槽M2 時剥離範圍擴大，則造成與相鄰之溝槽M1間的透明電極層6剥離。為了防止如此般之不適當情形，將溝槽M1與溝槽M2之距離充分地取長，若於溝槽M2之加工時剥離範圍未達溝槽M1即可，但於此情形將減少可實質地利用於發電之區域(發電用面積)，且無法謀求作為太陽電池之光電轉換效率之提高。
此狀況於P3步驟以外之溝槽加工之步驟亦相同，簡言之，較佳為：能夠使圖型化之溝槽寬度較小，且進行較少剥離之溝槽加工。
在此，本發明之目的在於提供一種溝槽加工工具，係於積成型薄膜太陽電池等之表面形成薄膜之基板之電極膜或光吸收層等之薄膜進行溝槽加工時，用以加工之薄膜即使較厚，亦能夠直線地形成固定線寬之美麗的刻劃線。
用以解決上述課題而完成之本發明之薄膜之溝槽加工工具，由棒狀之本體、以及形成於本體前端之刀刃前端區域所構成，且刀刃前端區域係由長方形之底面、從底面長邊方向之邊相對於底面立起成直角之相互平行之左側面及右側面、以及沿著底面之寬度方向之邊而形成於刀刃前端區域之前面側或後面側之至少任一方側之刀刃前端部所構成。該刀刃前端部，係由在底面之端緣朝向斜上方傾斜之第1刀刃面、以及相對於第1刀刃面交叉成銳角之第2刀刃面所形成。
根據本發明之溝槽加工工具，於設置於刀刃前端區域之前面側(或後面側)之刀刃前端部形成有銳角之刀刃前 端，因此能夠使刀刃前端滑順地侵入薄膜，並且，存在於刀刃前端之上面側之第2刀刃面成為斜面，而能夠使已剥離的部分往上方掠過而離去。藉此，即使用以加工之薄膜較厚，亦不會產生刻劃線之中斷或不規則之薄膜之剝離，且能夠形成固定線寬之美麗的刻劃線。
此外，刀刃前端之第1刀刃面，由於係從底面之一端緣往斜上方傾斜而形成，因此於溝槽加工時，以使該第1刀刃面與太陽電池之表面進行面接觸之方式使溝槽加工工具傾斜而進行，藉此能夠抑制對被加工面之刀刃前端過度的侵入。亦即，一旦將銳利的刀刃前端以線接觸按壓於被加工面，則施加於接觸部位之壓力的調整將是困難的，但如上述般，使第1刀刃面與被加工面進行面接觸，藉此能夠抑制過度的侵入，並且能夠容易地配合薄膜之形狀而進行微調整按壓壓力。此外，第1刀刃面由於其長度較短，因此能夠一邊抑制如上述般之過度的侵入，一邊確保適度的切削性能。
此外，溝槽加工工具之刀刃前端區域之左右側面，以從底面之長邊方向之端邊立起成直角而成為相互地大致平行之方式而形成，因此刀刃前端即使磨耗，於刀刃前端之左右寬度之尺寸亦不會產生變化。藉此，即使刀刃前端磨耗，亦能夠使刻劃之溝槽寬度維持為相同。
於以下，依據所示之實施之形態之圖式說明本發明之 細節。
圖1及圖2，係表示本發明之溝槽加工工具之一實施例。圖1係從上方觀察之立體圖，圖2係放大溝槽加工工具之刀刃前端部之側視圖。該溝槽加工工具A實質上由成為對刻劃裝置(圖示外)之安裝部之四角柱狀之本體10、以及於其前端部藉由放電加工等加工成一體之刀刃前端區域11所構成。刀刃前端區域11，係以超硬合金或燒結鑽石等硬質材料製造。刀刃前端區域11，係由細長地延伸之長方形之底面12、從底面12之長邊方向之邊立起成直角而成為相互平行之一對左，右側面13,14、沿著底面12之寬度方向之邊而形成於刀刃前端區域11之前面(朝向溝槽加工工具之移動方向之面)15側之刀刃前端部16、以及從底面之後端緣立起成直角之後面17所構成。刀刃前端部16，如於圖2詳細地表示般，係由在底面12之端緣附近朝向斜上方傾斜之第1刀刃面18、相對於第1刀刃面18交叉成銳角之第2刀刃面19、以及藉由該等之第1刀刃面18與第2刀刃面19而形成之刀刃前端20而形成。
第1刀刃面18相對於底面12之傾斜角度α1，以1~30度之範圍內且較佳為10度左右形成。使傾斜角度α1較1度為大之理由，係為了使第1刀刃面18與底面12為不同之面。使傾斜角度α1較30度為小之理由，係為了防止一旦使傾斜角α1較後述之角度α2之最小角度30度為大，則越遠離刀刃前端部16，底面12與第2刀刃面19越接近，且變得容易折毀。
此外，藉由第1刀刃面18與第2刀刃面19而形成之刀刃前端20之角度α2，係以30~85度之範圍內形成，且更佳為考慮強度與切削性能之平衡而形成為接近60度之角度。
進一步地，刀刃前端區域11之底面12之左右寬度L1，較佳為30~80μm，但可配合所要求之刻劃之溝槽寬度而為30~5000μm。與該底面之端緣相連而形成之第1刀刃面18之長度L2，較佳為5~40μm。另外，溝槽加工工具A之本體10並不限定於四角柱，以圓柱狀或多角形而形成亦可。
使用上述之溝槽加工工具A而進行加工之情形，如圖3及圖4所示，以使刀刃前端部16朝向移動方向之狀態，且相對於太陽電池基板W，刀刃前端部16之第1刀刃面18以與太陽電池基板W之表面進行面接觸之方式使溝槽加工工具A傾斜之狀態，亦即以第1刀刃面之傾斜角度僅為10度，使溝槽加工工具A往移動方向側傾斜而安裝於刻劃裝置(圖示外)。之後，使溝槽加工工具A往太陽電池基板W之表面按壓，並同時相對於太陽電池基板W而相對地移動，藉此加工於先前所述之溝槽M1或溝槽M2。
於該溝槽加工時，為了較佳地進行使加工之溝槽寬度亦即刻劃線之線寬維持為固定而成為製品之設計上預定之品質(光電轉換效率等)之實現以及品質之均一性，有必要使薄膜之剥離比例為固定。
本發明之上述溝槽加工工具A，由於設置於刀刃前端區域11之前面之刀刃前端20以銳角而形成，因此存在於刀 刃前端20之上面側之第2刀刃面19成為斜面，而能夠使已剥離之部分如以圖4之箭頭所示般往上方掠過而離去。藉此，透明電極層6即使是2μm或此以上之厚度之溝槽加工(即使是較此為薄之薄的膜厚之溝槽加工)，亦能夠抑制刻劃線之中斷或不規則之薄膜之剥離發生，而可直線地形成固定線寬之美麗的刻劃線。
此外，由於刀刃前端部16之第1刀刃面18，從底面12之一端緣往斜上方傾斜而形成，因此於溝槽加工時以使該第1刀刃面18與太陽電池基板W之表面進行面接觸之方式使溝槽加工工具A傾斜而進行，藉此成為使第1刀刃面18與被加工面進行面接觸，能夠容易地微調整按壓之壓力，且能夠防止施加過度的集中負載。此外，第1刀刃面18由於其長度僅為5~40μm短，因此能夠施加適度之壓力而確保切削性能。
此外，溝槽加工工具A之刀刃前端區域之左、右側面13,14，以從底面12之長邊方向之端緣立起成直角而成為相互平行之方式而形成，因此刀刃前端20即使磨耗，亦不會於刀刃前端20之左右寬度之尺寸產生變化。藉此，即使是刀刃前端磨耗或研磨之後，亦能夠使刻劃之溝槽寬度維持為相同。
圖9係表示於使用3種類之溝槽加工工具之圖6(c)所示之P3步驟之加工例之圖式，圖9(a)係表示圖7所示之前端尖細之圓錐梯狀之溝槽加工工具之加工狀態之圖式，圖9(b)係表示圖8所示之溝槽加工工具之加工狀態之圖式，圖9(c) 係表示圖1所示之本發明之溝槽加工工具A之加工狀態之圖式。於圖式中，黑色部分係透明電極層6，白色帶狀部分係M2之溝槽部分，不規則之斑狀部分係透明電極層6已剥離之部分。
測定不規則之斑狀之剥離部分之最大寬度時，最大剥離寬度於圖9(a)係206μm，於圖9(b)係157μm，於圖9(c)係79μm，且根據本發明之溝槽加工工具A能夠抑制剥離。
於本發明中，於上述實施例，表示了刀刃前端部16係設置於刀刃前端區域之前面(或後面)之例，但如圖5所示般即使於刀刃前端區域11之前後兩方形成刀刃前端部16,16亦可。藉此，若一方磨耗或破損，則能夠藉由改變溝槽加工工具A之安裝方向而使另一方之刀刃前端作為新品而使用。
以上，已說明了關於本發明之代表之實施例，但本發明並未僅限定於上述之實施例之構造，於達成其目的、不脫離請求範圍之範圍內可做適當地修正、變更。
本發明可適用於形成於薄膜太陽電池或有機EL面板等之基板表面之薄膜之溝槽加工用之工具。
W‧‧‧太陽電池基板
A‧‧‧溝槽加工工具
10‧‧‧本體
11‧‧‧刀刃前端區域
12‧‧‧刀刃前端區域之底面
13‧‧‧刀刃前端區域之左側面
14‧‧‧刀刃前端區域之右側面
15‧‧‧刀刃前端區域之前面
16‧‧‧刀刃前端部
18‧‧‧第1刀刃面
19‧‧‧第2刀刃面
20‧‧‧刀刃前端
圖1，係表示本發明之溝槽加工工具之一實施例之立體圖。
圖2，係於圖1所示之溝槽形成工具之刀刃前端部之放大側視圖。
圖3，係表示於圖1所示之溝槽加工工具之溝槽加工時之態勢之側視圖。
圖4，係圖3之刀刃前端部之放大側視圖。
圖5，係表示本發明之溝槽加工工具之另一實施例之立體圖。
圖6，係表示一般的CIGS系薄膜太陽電池之製造步驟之示意圖。
圖7，系表示習知之溝槽加工工具之一例之立體圖。
圖8，系表示習知之溝槽加工工具之另一例之立體圖。
圖9，系表示3種類之溝槽加工工具之加工例之圖式。
11‧‧‧刀刃前端區域
12‧‧‧刀刃前端區域之底面
15‧‧‧刀刃前端區域之前面
16‧‧‧刀刃前端部
18‧‧‧第1刀刃面
19‧‧‧第2刀刃面
20‧‧‧刀刃前端
L2‧‧‧第1刀刃面之長度
α1‧‧‧傾斜角度
α2‧‧‧角度

Claims (7)

  1. 一種溝槽加工工具，其特徵在於：由棒狀之本體、以及形成於本體前端之刀刃前端區域所構成；刀刃前端區域，係由長方形之底面、從底面之長邊方向之邊相對於底面立起成直角之相互平行之左側面及右側面、以及沿著底面之寬度方向之邊而形成於刀刃前端區域之前面側或後面側之至少任一方側之刀刃前端部所構成；該刀刃前端部，係由在底面之端緣朝向斜上方傾斜之第1刀刃面、以及相對於第1刀刃面交叉成銳角之第2刀刃面所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之溝槽加工工具，其中，藉由該第1刀刃面與第2刀刃面而形成之刀刃前端之角度係30~85度。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之溝槽加工工具，其中，該第1刀刃面相對於底面之傾斜角度係1~30度。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之溝槽加工工具，其中，該刀刃前端區域之底面以及刀刃前端部之寬度係30~5000μm，第1刀刃面之長度係5~40μm。
  5. 如申請專利範圍第3項之溝槽加工工具，其中，該刀刃前端區域之底面以及刀刃前端部之寬度係30~5000μm，第1刀刃面之長度係5~40μm。
  6. 一種溝槽加工方法，其特徵在於：使用申請專利範圍第1至3項中任一項之溝槽加工工 具；以使該溝槽加工工具之第1刀刃面與加工對象之薄膜之表面接觸之狀態，使該溝槽加工工具沿著薄膜之表面移動。
  7. 一種溝槽加工方法，其特徵在於：使用申請專利範圍第4項之溝槽加工工具；以使該溝槽加工工具之第1刀刃面與加工對象之薄膜之表面接觸之狀態，使該溝槽加工工具沿著薄膜之表面移動。
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