WO2010052884A1 - 太陽電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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- a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
- a solar cell using a silicon single crystal uses a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal ingot, a large amount of energy is consumed for manufacturing the ingot and the manufacturing cost is high.
- a solar cell is manufactured using a silicon single crystal, a considerable cost is required at present. Therefore, solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films that can be manufactured at lower cost are widely used as low-cost solar cells.
- the position of the scribe line is specified in the image analysis device based on the image data obtained by the imaging device, and the laser is referenced with reference to the irradiation position data of the laser beam stored in advance.
- the position on the partition element irradiated with light can be accurately determined.
- the photoelectric conversion body 12 is divided by a scribe line (scribe line) 19 into a large number of partition elements 21, 21.
- the partition elements 21, 21,... Are electrically partitioned from each other and electrically connected in series between the partition elements 21 adjacent to each other.
- the photoelectric conversion body 12 has a structure in which the partition elements 21, 21... Are all electrically connected in series. In this structure, a high potential difference current can be extracted.
- the scribe line 19 is formed, for example, by forming the photoelectric conversion body 12 uniformly on the first surface 11a of the substrate 11 and then forming grooves in the photoelectric conversion body 12 at a predetermined interval by laser light or the like.
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Abstract
Description
本願は、2008年11月4日に出願された特願2008-283166号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線(スクライブライン)と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
また、特許文献2においては、スクライブ線の形成部分に、短絡等の原因となる欠陥の発生を抑制する太陽電池の製造方法が開示されている。
本発明の第1態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する領域を除去する際(修復工程)に、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域をレーザ光の照射によって除去することが好ましい。
本発明の第2態様の太陽電池の製造装置においては、前記修復部は、レーザ装置を含むことが好ましい。
本発明の第2態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含むことが好ましい。
本発明の第2態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥及び前記スクライブ線を撮像することによって画像を得るカメラと、前記構造欠陥及び前記スクライブ線が前記画像に含まれるように撮像倍率を変更する光学系とを含むことが好ましい。
本発明の第2態様の太陽電池の製造装置においては、前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含み、前記欠陥位置特定部は、前記スクライブ線に対応して前記画像に含まれるスクライブ線画像と、前記構造欠陥に対応して前記画像に含まれる構造欠陥画像とを用いて、前記スクライブ線画像の幅を基準に、前記構造欠陥画像の位置データ及び大きさデータを作成し、前記修復部は、前記構造欠陥に向けてレーザ光を照射するレーザ装置と、前記構造欠陥と前記レーザ装置との相対的な位置を制御するレーザ照射位置移動部を含み、前記修復部は、前記構造欠陥画像の前記位置データ及び前記大きさデータと前記レーザ照射目標点とに基づき、前記レーザ照射位置移動部の位置を制御し、前記レーザ装置は、前記レーザ光が照射される前記区画素子上の位置と、前記画像におけるレーザ照射目標点とが一致した状態で、前記レーザ光を前記区画素子上に照射し、前記構造欠陥が存在する領域を除去することが好ましい。レーザ照射位置移動部の例としてXYステージが例示される。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置が撮像し、撮像装置によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置において構造欠陥と構造欠陥に最も近いスクライブ線との距離が算出され、ステージの位置が制御される。このため、数mから数μmといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥を電気的に分離(除去)することができる。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものである。本発明の技術範囲は以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、以下の説明に用いる各図面では、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
太陽電池10は、透明な絶縁性の基板11の第1面11a(一方の面)に形成された光電変換体12を有する。基板11は、例えば、カラス又は透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されている。この基板11の第2面11b(他方の面)には太陽光が入射する。
第一電極層(下部電極)13は、透明な導電材料、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などの光透過性の金属酸化物(TCO)から形成されている。
また、第二電極層(上部電極)15は、Ag,Cuなど導電性の金属膜によって形成されている。
図3は本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の位置特定から修復に至る工程について詳述する。
まず、図1に示すように、透明な基板11の第1面11aに上に光電変換体12を形成する(光電変換体の形成工程:P1)。光電変換体12の構造としては、例えば、基板11の第1面11aから順に第一電極層(下部電極)13,半導体層14,及び第二電極層(上部電極)15が積層された構造が用いられる。
欠陥検出装置の種類は、特に限定されない。欠陥を検出する方法の一例としては、互いに隣接する区画素子21,21間の抵抗値を、区画素子21の長辺方向に所定の間隔で測定していき、抵抗値が低下している領域、即ち短絡の原因である欠陥が存在することが予測される大よその領域を特定する方法が挙げられる。
欠陥位置特定修復装置30は、太陽電池10が載置されステージ(移動ステージ)31とこのステージ31に載置される太陽電池10の区画素子21,21…を高精度に撮像する撮像装置(カメラ)32とを含む。
撮像装置32又は画像解析装置34によって欠陥位置特定部が構成されている。また、欠陥位置特定修復装置30は、構造欠陥Dを構造欠陥が存在していない部分から電気的に分離(除去)するレーザ装置33(修復部)を含む。レーザ装置33は、構造欠陥D、或いは、構造欠陥Dの近傍の領域に向けてレーザ光を照射する。
このように得られた画像(領域画像,画像データ)には、基板11上に形成されたスクライブ線19に対応するスクライブ線画像(スクライブ線画像データ)と、光電変換体12に生じた構造欠陥Dに対応する構造欠陥画像(構造欠陥画像データ)とが含まれている。このようなスクライブ線画像及び構造欠陥画像を含む画像データは画像解析装置34に入力される。
これに対し、本発明によれば、構造欠陥が存在する大よその位置と撮像装置32の位置とが対応するように基板を予め移動させた後、構造欠陥が存在する領域を撮像装置32が撮像し、撮像装置32によって得られた画像データに基づいて、画像解析装置34において構造欠陥Dと構造欠陥Dに最も近いスクライブ線19との距離が算出され、ステージ31の位置が制御される。このため、数mから数μmといった広い範囲で高精度に制御できるような高価なステージを用いる必要がない。従って、ローコストなステージを用いて正確に構造欠陥Dを電気的に分離(除去)することができる。
図7A及び図7Bは、欠陥位置特定修復装置30の光学系,レーザ光の経路,及びレーザ光が照射される部位を模式的に説明するための図である。
図7A及び図7Bに示す欠陥位置特定修復装置30においては、構造欠陥Dの位置を特定する光学系の一部と、欠陥を修復する光学系の一部とが共通である。即ち、欠陥位置特定修復装置30においては、欠陥位置特定部52及び修復部53は、互いに共通する光学系を有する。欠陥位置特定修復装置30の光学系は、例えば、レンズ41a,41b,ハーフミラー42,ミラー43a,43b,43c,フィルタ44,倍率変更部45,レーザ装置33,及び撮像装置32から構成される。また、欠陥位置特定部52は、レンズ41a,41b,ハーフミラー42,ミラー43a,43b,フィルタ44,倍率変更部45,及び撮像装置32によって構成されている。また、修復部53は、レンズ41a,ハーフミラー42,ミラー43c,及びレーザ装置33によって構成されている。即ち、レンズ41a及びハーフミラー42は、欠陥位置特定部52及び修復部53において共通する光学系である。
倍率変更部45の構成としては、例えば、複数のレンズが光路Q1上に配置され、レンズ間の距離が変化することによって撮像倍率を変更させる構造が採用される。また、撮像装置32が撮像倍率を変更させる構造を含んでいてもよい。
次に、上記の実施形態の変形例について説明する。
上記の実施形態においては、撮像装置32は、倍率を変更させて、構造欠陥D及びスクライブ線19を含む領域を撮像し、スクライブ線画像と構造欠陥画像とを含む画像(領域画像)を得ている。この場合、この画像内における基準距離が不明である。
次に、画像処理により、画像内のスクライブ線画像及び構造欠陥画像の位置及び大きさが算出される。これによって、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、スクライブ線画像の画像内の幅データとが作成される。構造欠陥画像の画像内の位置データは、画像基準点を基準に作成される。
次に、記憶されている実際のスクライブ線の幅と、スクライブ線画像の画像内の幅データを用いて、この画像の基準距離が設定される。
次に、構造欠陥画像の画像内の位置データ及び大きさデータと、基準距離とを用いて、基板基準点からの構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータが作成される。
次に、構造欠陥の実際の距離データと、構造欠陥の実際の大きさデータから、構造欠陥Dを取り囲むリペア線Rを形成するためのレーザ照射位置データが作成される。レーザ照射位置データから、XYステージ31の移動データが作成される。
図7A及び図7Bに示されているように、欠陥位置特定部52及び修復部53は、互いに共通する光学系を有する。即ち、レンズ41a及びハーフミラー42における光路Q1,Q2が一致しているので、画像基準点に対応する基板上の点とレーザ光が照射される基板上の点とを一致させることができる。
次に、XYステージ31の移動データに基づきXYステージ31が移動しながら、レーザ照射位置データに基づきレーザが区画素子21上に照射される。
上記のように、撮像装置32によって得られた画像(領域画像)を用いることにより、光電変換体12に生じている実際の構造欠陥Dの位置と大きさが算出することができる。また、画像のデータに基づき、レーザ装置33の位置に対してステージ31(レーザ照射位置移動部)を移動させる範囲を決めることができるので、基板全体に対する座標を求める必要がなくなる。
レーザ装置33は、レーザ光が照射される区画素子21上の位置(リペア線Rが形成される位置)と、画像(領域画像)におけるレーザ照射目標点(画像基準点)とが一致するにようにステージ31を移動させながらレーザ光を区画素子21上に照射する。これによって、リペア線Rが形成され、第一電極層(下部電極)13から第二電極層(上部電極)15までの層(光電変換体)が除去される。
Claims (9)
- 太陽電池の製造方法であって、
スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
前記区画素子に存在する構造欠陥を検出し、
前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定し、
前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項1に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記構造欠陥が存在する位置を特定する際に、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像し、前記領域を撮像することによって画像を得て、前記画像に基づいて前記構造欠陥が存在する位置を前記距離データとして特定することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記構造欠陥が存在する領域を除去する際に、前記距離データに基づいて前記構造欠陥が存在する領域をレーザ光の照射によって除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有して互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を含む太陽電池の製造装置であって、
前記区画素子に存在する構造欠陥を検出する欠陥検出部と、
前記構造欠陥が存在する位置を、前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線と前記構造欠陥との間の距離を示す距離データとして特定する欠陥位置特定部と、
前記距離データに基づいて、前記構造欠陥が存在する領域を除去する修復部と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項4に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部は、前記構造欠陥と前記構造欠陥に最も近い前記スクライブ線とを含む領域を撮像する撮像装置を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項4に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記修復部は、レーザ装置を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項4に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項4に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部は、
前記構造欠陥及び前記スクライブ線を撮像することによって画像を得るカメラと、
前記構造欠陥及び前記スクライブ線が前記画像に含まれるように撮像倍率を変更する光学系と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。 - 請求項8に記載の太陽電池の製造装置であって、
前記欠陥位置特定部及び前記修復部は、互いに共通する光学系を含み、
前記欠陥位置特定部は、前記スクライブ線に対応して前記画像に含まれるスクライブ線画像と、前記構造欠陥に対応して前記画像に含まれる構造欠陥画像とを用いて、前記スクライブ線画像の幅を基準に、前記構造欠陥画像の位置データ及び大きさデータを作成し、
前記修復部は、前記構造欠陥に向けてレーザ光を照射するレーザ装置と、前記構造欠陥と前記レーザ装置との相対的な位置を制御するレーザ照射位置移動部を含み、
前記修復部は、前記構造欠陥画像の前記位置データ及び前記大きさデータと前記レーザ照射目標点とに基づき、前記レーザ照射位置移動部の位置を制御し、
前記レーザ装置は、前記レーザ光が照射される前記区画素子上の位置と、前記画像におけるレーザ照射目標点とが一致した状態で、前記レーザ光を前記区画素子上に照射し、前記構造欠陥が存在する領域を除去することを特徴とする太陽電池の製造装置。
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