CN103213203A - 沟槽加工工具及沟槽加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种沟槽加工工具，是在积成型薄膜太阳电池的沟槽加工，即使用于加工的薄膜较厚，亦能够直线地形成固定线宽的美丽的刻划线。该沟槽加工工具由棒状的本体、以及形成于本体前端的刀刃前端区域11所构成；刀刃前端区域11由长方形的底面12、从底面12的长边方向的边相对于底面12而立起成直角的相互平行的左侧面13及右侧面14、以及沿着底面12的宽度方向的边而形成于刀刃前端区域11的前面侧或后面侧的至少任一方侧的刀刃前端部16所构成；刀刃前端部16形成有由在底面12的端缘朝向斜上方倾斜的第1刀刃面18、以及相对于第1刀刃面18而交叉成锐角的第2刀刃面19所构成的刀刃前端。

Description

沟槽加工工具及沟槽加工方法

技术领域

本发明有关于一种沟槽加工工具，特别是有关于使用于制造黄铜矿(chalcopyrite)化合物太阳电池或非晶(amorphous)硅太阳电池等积成型薄膜太阳电池时的沟槽加工的沟槽加工工具、以及使用该沟槽加工工具的沟槽加工方法。

在此，所谓的黄铜矿化合物，除了CIGS(Cu(In，Ga)Se₂)之外，还包括CIGSS(Cu(In，Ga)(Se，S)₂)、CIS(CuInS₂)等。

背景技术

在使用黄铜矿化合物半导体等作为光吸收层的薄膜太阳电池中，一般在基板上串联连接形成有多个单位晶格(unit ce11)的积成型构造。

现对现有习知的黄铜矿化合物积成型薄膜太阳电池的制造方法进行说明。图6(a)、图6(b)及图6(c)，表示CIGS薄膜太阳电池的制造步骤的示意图。首先，如图6(a)所示，在由碱石灰玻璃(SLG)等构成的绝缘基板1上，借由溅镀法形成有成为正极侧的下部电极的Mo电极层2之后，对形成光吸收层前的薄膜太阳电池基板，借由刻划加工形成下部电极分离用的沟槽S(P1步骤)。

之后，如图6(b)所示，在Mo电极层2上，借由蒸着法、溅镀法等形成由化合物半导体(CIGS)薄膜所构成的光吸收层3，在其上，借由CBD法(化学溶液沉积法)形成用以异质接合的由ZnS薄膜等所构成的缓冲(buffer)层4，在其上，形成由ZnO薄膜所构成的绝缘层5。而且，相对于形成透明电极层前的薄膜太阳电池基板，在从下部电极分离用的沟槽S往横方向远离既定距离的位置，借由刻划加工形成到达至Mo电极层2的电极间接触用的沟槽M1(P2步骤)。

接着，如图6(c)所示，从绝缘层5之上形成由ZnO:Al薄膜所构成的作为上部电极的透明电极层6，作为具备有利用光电转换而发电必要的各机能层的太阳电池基板，借由刻划加工形成到达至下部的Mo电极层2的电极分离用的沟槽M2(P3步骤)。

在上述的制造积成型薄膜太阳电池的步骤中，作为借由刻划进行沟槽加工沟槽M1及M2的技术，是使用机械式的刻划法。

机械式的刻划法，例如，如在专利文献1及2所揭示般，借由将前端成为前端尖细状的金属针(needle)等的沟槽加工工具的刀刃前端，施予既定的压力而按压于基板并同时移动，而加工电极分离用的沟槽的技术。

如于专利文献1及2所揭示般的机械式刻划法，将沟槽加工工具的刀刃前端的形状变成为前端尖细的针状，但严格来说，压接薄膜太阳电池的部分为了使接触面积变广而以成为平坦的方式将前端切成大致水平。亦即，如图7所示，将前端部分71成为圆锥梯状，且将底面72成为平坦。将如此形状的沟槽加工工具7，用以形成薄膜太阳电池基板的沟槽的薄膜按压，同时沿着刻划预定线移动，借此进行沟槽加工。

在前端部分使用圆锥梯状的沟槽加工工具的情形，存在沟槽附近的薄膜不规则地大片地剥落，甚至去除了不必要去除的部分，存在太阳电池的性能及良率降低的问题点。此外，一旦随着沟槽加工工具的使用而使刀刃前端产生磨耗，前端部分由于是圆锥梯状，因此刀刃前端的尺径将变大，其结果为，被刻划的沟槽宽度逐渐地变宽。因此，无法长时间地持续使用相同的刀刃前端，或无法进行研磨而重复使用。

在此，有鉴于如此般的问题点，本发明人于先前已提出如专利文献3所示的沟槽加工工具。

图8表示在上述专利文献3所揭示的沟槽加工工具的立体图。该形成沟槽的沟槽加工工具8，由圆柱状的本体81，与一体地形成于该前端部分的刀刃前端区域82所构成，且以超硬合金或烧结钻石等硬质材料制造。刀刃前端区域82，由长方形的底面83、从底面83的短边方向的端边立起成直角的前面84及后面85，与从底面83的长边方向的端边立起成直角而成为相互平行面的左、右侧面88、89所构成。借由底面83与前面84、后面85而形成的角部分别成为刀刃前端86、87。

根据如此的沟槽加工工具8，刀刃前端部分的左右侧面成为平行面，因此刀刃左右宽度的尺寸不会产生变化，即使是磨耗之后，刀刃的左右宽度为固定，能够维持被刻划的沟槽宽度。

此外，沟槽加工工具的前面84或后面85相对于太阳电池基板的表面往进行方向侧倾斜，借由前面84或后面85与底面83而形成的角部，亦即刀刃前端86或刀刃前端87以近乎点接触的线接触与太阳电池基板接触，而具有能够滑顺地进行薄膜的剥离，且能够形成直线状、美丽的刻划线的优点。

专利文献1：日本专利特开2002-094089号公报

专利文献2：日本专利特开2004-115356号公报

专利文献3：国际公开W02010/098306号公报

在现有习知的一般黄铜矿化合物积成型薄膜太阳电池中，图6C的CIGS光吸收层3的厚度，包含ZnS薄膜缓冲层4及ZnO绝缘层5为2μm左右，其上层的ZnO:Al透明电极层6的厚度约1μm。在最近的黄铜矿化合物积成型薄膜太阳电池，从提高光电转换效率的观点进行膜厚最适化等检讨中，制造的光电转换层的厚度或透明电极层的厚度较习知更为厚。例如，透明电极层6的厚度为2μm，或此以上者亦变多。在透明电极层6的厚度约1μm时，使用图8所示的沟槽加工工具能够毫无问题地进行沟槽部分的剥离，但透明电极层6的厚度成为2μm或以上，则随着用以剥离的沟槽部分的膜厚变更厚，即使使用图8的沟槽加工工具，亦存在沟槽附近薄膜剥离的问题。

例如，在图6(c)所示的P3步骤，一旦形成沟槽M2时剥离范围扩大，则造成与相邻的沟槽M1间的透明电极层6剥离。为了防止此般的不适当情形，将沟槽M1与沟槽M2的距离充分地取长，即在沟槽M2加工时剥离范围未达沟槽M1即可，但于此情形将减少可实质地利用发电的区域(发电用面积)，且无法提高太阳电池的光电转换效率。

由此可见，上述现有的沟槽加工工具在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沟槽加工工具，其对积成型薄膜太阳电池等电极膜或光吸收层等薄膜进行沟槽加工时，用以加工的薄膜即使较厚，亦能够直线地形成固定线宽的美丽的刻划线，且能够使图型化的沟槽宽度较小，进行较少剥离的沟槽加工。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本实用新型一种沟槽加工工具，其由棒状的本体、以及形成于本体前端的刀刃前端区域所构成；该刀刃前端区域，由长方形的底面、从底面长边方向的边相对于底面立起成直角的相互平行的左侧面及右侧面、以及沿着底面宽度方向的边而形成于刀刃前端区域的前面侧或后面侧的至少任一方侧的刀刃前端部所构成；该刀刃前端部，由在底面的端缘朝向斜上方倾斜的第1刀刃面、以及相对于第1刀刃面交叉成锐角的第2刀刃面所形成。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳的，前述的沟槽加工工具，其中借由该第1刀刃面与第2刀刃面而形成的刀刃前端的角度为30～85度。

较佳的，前述的沟槽加工工具，其中该第1刀刃面相对于底面的倾斜角度为1～30度。

借由较佳的，前述的沟槽加工工具，其中该刀刃前端区域的底面以及刀刃前端部的宽度为30～5000μm，第1刀刃面的长度为5～40μm。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现的。本发明一种沟槽加工方法，其包括以下步骤：使用本发明沟槽加工工具；使该沟槽加工工具的第1刀刃面与加工对象的薄膜表面接触，使该沟槽加工工具沿着薄膜的表面移动。

借由上述技术方案，本发明沟槽加工工具至少具有下列优点及有益效果：

(一)根据本发明的沟槽加工工具，设置于刀刃前端区域前面侧(或后面侧)的刀刃前端部形成有锐角的刀刃前端，因此能够使刀刃前端滑顺地侵入薄膜，并且，存在于刀刃前端上面侧的第2刀刃面为斜面，能够使已剥离的部分往上方掠过而离去。借此，即使用以加工的薄膜较厚，亦不会产生刻划线中断或不规则薄膜的剥离，且能够形成固定线宽的美丽刻划线。

(二)刀刃前端的第1刀刃面，由于是从底面的一端缘往斜上方倾斜而形成，因此在沟槽加工时，该第1刀刃面与太阳电池的表面进行面接触，使沟槽加工工具倾斜而进行，借此能够抑制对被加工面的刀刃前端过度的侵入。亦即，一旦将锐利的刀刃前端以线接触按压于被加工面，则施加于接触部位压力的调整将是困难的，但如上述般，使第1刀刃面与被加工面进行面接触，借此能够抑制过度的侵入，并且能够容易地配合薄膜形状而进行微调整按压压力。此外，第1刀刃面由于其长度较短，因此能够一边抑制如上述般的过度侵入，一边确保适度的切削性能。

(三)沟槽加工工具的刀刃前端区域的左右侧面，以从底面长边方向的端边立起成直角而成为相互地大致平行的方式而形成，因此刀刃前端即使磨耗，刀刃前端的左右宽度的尺寸亦不会产生变化。借此，即使刀刃前端磨耗，亦能够使刻划的沟槽宽度维持为相同。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1：表示本发明的沟槽加工工具实施例的立体图。

图2：表示在图1所示的沟槽加工工具的刀刃前端部的放大侧视图。

图3：表示在图1所示的沟槽加工工具在沟槽加工时状态的侧视图。

图4：表示图3的刀刃前端部的放大侧视图。

图5：表示本发明的沟槽加工工具的另一实施例的立体图。

图6(a)、图6(b)及图6(c)：表示一般的CIGS薄膜太阳电池的制造步骤的示意图。

图7：表示现有习知的沟槽加工工具实施例的立体图。

图8：表示现有习知的沟槽加工工具的另一实施例的立体图。

图9(a)、图9(b)及图9(c)：表示3种类的沟槽加工工具的加工例图式。

【主要元件符号说明】

W：太阳电池基板           A：沟槽加工工具

10：本体                  11：刀刃前端区域

12：刀刃前端区域的底面    13：刀刃前端区域的左侧面

14：刀刃前端区域的右侧面  15：刀刃前端区域的前面

16：刀刃前端部            18：第1刀刃面

19：第2刀刃面             20：刀刃前端

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种沟槽加工工具的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1及图2，表示本发明沟槽加工工具的实施例。图1是从上方观察的立体图，图2是放大沟槽加工工具的刀刃前端部的侧视图。该沟槽加工工具A实质上由对应刻划装置(图示外)安装部的四角柱状的本体10、以及在其前端部借由放电加工等加工成一体的刀刃前端区域11所构成。刀刃前端区域11，是以超硬合金或烧结钻石等硬质材料制造。刀刃前端区域11，是由细长地延伸的长方形的底面12、从底面12长边方向的边立起成直角而成为相互平行的一对左，右侧面13，14、沿着底面12宽度方向的边而形成于刀刃前端区域11的前面(朝向沟槽加工工具的移动方向的面)15侧的刀刃前端部16、以及从底面的后端缘立起成直角的后面17所构成。刀刃前端部16，如于图2详细地表示般，是由在底面12的端缘附近朝向斜上方倾斜的第1刀刃面18、相对于第1刀刃面18交叉成锐角的第2刀刃面19、以及借由该第1刀刃面18与第2刀刃面19而形成的刀刃前端20而形成。

第12刃面18相对于底面12的倾斜角度α1，在1～30度的范围内且较佳为10度左右。使倾斜角度α1比1度大的理由，是为了使第1刀刃面18与底面12为不同的面。使倾斜角度α1比30度小的理由，是为了防止一旦倾斜角α1比后述角度α2的最小角度30度大，则越远离刀刃前端部16，底面12与第2刀刃面19越接近，且变得容易折毁。

此外，借由第1刀刃面18与第2刀刃面19而形成的刀刃前端20的角度α2，是30～85度的范围内，且更佳为考虑强度与切削性能的平衡而形成为接近60度的角度。

进一步地，刀刃前端区域11的底面12的左右宽度L1，较佳为30～80μm，但可配合所要求的刻划沟槽宽度而为30～5000μm。与该底面的端缘相连而形成的第1刀刃面18的长度L2，较佳为5～40μm。另外，沟槽加工工具A的本体10并不限定于四角柱，以圆柱状或多角形而形成亦可。

使用上述的沟槽加工工具A而进行加工的情形，如图3及图4所示，使刀刃前端部16朝向移动方向的状态，且相对于太阳电池基板W，刀刃前端部16的第1刀刃面18与太阳电池基板W的表面进行面接触的方式，使沟槽加工工具A倾斜，亦即以第1刀刃面的倾斜角度仅为10度，使沟槽加工工具A往移动方向侧倾斜而安装于刻划装置(图示外)。之后，使沟槽加工工具A往太阳电池基板W的表面按压，并同时相对于太阳电池基板W而相对地移动，借此加工于先前所述的沟槽M1或沟槽M2。

在该沟槽加工时，为了较佳地进行使加工的沟槽宽度亦即刻划线的线宽维持为固定，而制品的设计上预定的品质(光电转换效率等)可实现以及品质的均一性，有必要使薄膜的剥离比例为固定。

本发明的上述沟槽加工工具A，由于设置于刀刃前端区域11前面的刀刃前端20以锐角而形成，因此存在于刀刃前端20上面侧的第2刀刃面19成为斜面，而能够使已剥离部分如以图4的箭头所示般往上方掠过而离去。借此，透明电极层6即使是2μm或以上厚度的沟槽加工(即使是较此为薄的膜厚的沟槽加工)，亦能够抑制刻划线中断或不规则薄膜的剥离发生，而可直线地形成固定线宽的美丽刻划线。

此外，由于刀刃前端部16的第1刀刃面18，从底面12的一端缘往斜上方倾斜而形成，因此在沟槽加工时，该第1刀刃面18与太阳电池基板W的表面进行面接触，使沟槽加工工具A倾斜而进行，借此使第1刀刃面18与被加工面进行面接触，能够容易地微调整按压的压力，且能够防止施加过度的集中负载。此外，第1刀刃面18由于其长度仅为5～40μm，较短，因此能够施加适度的压力而确保切削性能。

此外，沟槽加工工具A的刀刃前端区域的左、右侧面13，14，从底面12长边方向的端缘立起成直角而成为相互平行的方式，因此刀刃前端20即使磨耗，亦不会使刀刃前端20左右宽度的尺寸产生变化。借此，即使是刀刃前端磨耗或研磨之后，亦能够使刻划的沟槽宽度维持为相同。

图9(a)、图9(b)及图9(c)表示使用3种类的沟槽加工工具的图6(c)所示P3步骤的加工例图式，图9(a)表示图7所示的前端尖细的圆锥梯状沟槽加工工具的加工状态的图式，图9(b)表示图8所示的沟槽加工工具的加工状态的图式，图9(c)表示图1所示本发明的沟槽加工工具A的加工状态的图式。在图式中，黑色部分是透明电极层6，白色带状部分是M2沟槽部分，不规则斑状部分是透明电极层6已剥离的部分。

测定不规则斑状的剥离部分最大宽度时，最大剥离宽度在图9(a)是206μm，在图9(b)是157μm，在图9(c)是79μm，且根据本发明的沟槽加工工具A能够抑制剥离。

在本发明中，上述实施例表示了刀刃前端部16设置于刀刃前端区域的前面(或后面)的情况，但如图5所示般即使在刀刃前端区域11的前后两方形成刀刃前端部16亦可。借此，若一方磨耗或破损，则能够借由改变沟槽加工工具A的安装方向而使另一方的刀刃前端作为新品而使用。

本发明可适用于薄膜太阳电池或有机EL面板等基板表面薄膜的沟槽加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种沟槽加工工具，其特征在于：

其由棒状的本体、以及形成于本体前端的刀刃前端区域所构成；

刀刃前端区域，由长方形的底面、从底面长边方向的边相对于底面立起成直角的相互平行的左侧面及右侧面、以及沿着底面宽度方向的边而形成于刀刃前端区域的前面侧或后面侧的至少任一方侧的刀刃前端部所构成；

该刀刃前端部，由在底面的端缘朝向斜上方倾斜的第1刀刃面、以及相对于第1刀刃面交叉成锐角的第2刀刃面所形成。

2.如权利要求1所述的沟槽加工工具，其特征在于其中借由该第1刀刃面与第2刀刃面而形成的刀刃前端的角度为30～85度。

3.如权利要求1或2所述的沟槽加工工具，其特征在于其中该第1刀刃面相对于底面的倾斜角度为1～30度。

4.如权利要求1或2所述的沟槽加工工具，其特征在于其中该刀刃前端区域的底面以及刀刃前端部的宽度为30～5000μm，第1刀刃面的长度为5～40μm。

5.如权利要求3所述的沟槽加工工具，其特征在于其中该刀刃前端区域的底面以及刀刃前端部的宽度为30～5000μm，第1刀刃面的长度为5～40μm。

6.一种沟槽加工方法，其特征在于：

使用权利要求1至3中任一项的沟槽加工工具；以及

使该沟槽加工工具的第1刀刃面与加工对象的薄膜表面接触，使该沟槽加工工具沿着薄膜的表面移动。

7.一种沟槽加工方法，其特征在于：

使用权利要求4的沟槽加工工具；以及

使该沟槽加工工具的第1刀刃面与加工对象的薄膜表面接触，使该沟槽加工工具沿着薄膜的表面移动。

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