TWI498295B - A trench processing tool and a method for processing a trough of a thin-film solar cell and a trench processing apparatus - Google Patents

Description

槽加工工具及使用其之薄膜太陽電池之槽加工方法以及槽加工裝置

本發明係關於一種製造薄膜太陽電池時使用之槽加工工具及使用槽加工工具之槽加工方法以及槽加工裝置。

在薄膜太陽電池，一般為在基板上串聯有複數個單元胞之積體型構造。作為薄膜太陽電池之一例，針對將黃銅礦化合物半導體用作光吸收層之黃銅礦化合物系薄膜太陽電池之製造方法進行說明。此外，黃銅礦化合物，除了CIGS(Cu(In,Ga)Se2)以外，亦包含CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、CIS(CuInS2)等。

圖7係顯示CIGS薄膜太陽電池之製程之示意圖。首先，如圖7(a)所示，在由鈉鈣玻璃(SLG)等構成之絕緣基板1上，藉由濺鍍法形成作為正側之下部電極之Mo電極層2後，對光吸收層形成前之薄膜太陽電池基板進行刻劃加工以形成下部電極分離用之槽S。

之後，如圖7(b)所示，在Mo電極層2上藉由蒸鍍法、濺鍍法等形成由化合物半導體(CIGS)薄膜構成之光吸收層3，在其上藉由CBD法(化學水浴沉積法)形成用於異質接合之由ZnS薄膜等構成之緩衝層4，在其上形成由ZnO薄膜構成之絕緣層5。接著，對透明電極層形成前之薄膜太陽電池基板，在從下部電極分離用之槽S往橫方向離開既定距離之位置，藉由刻劃加工形成到達Mo電極層2之電極間接觸件用之槽M1。

接著，如圖7(c)所示，從絕緣層5之上形成由ZnO：Al薄膜構成之作為上部電極之透明電極層6，作為具備利用光電轉換之發電所需之各功能層之太陽電池基板，藉由刻劃加工形成到達下部之Mo電極層2之電極分離用之槽M2。

在上述積體型薄膜太陽電池之製程，作為藉由刻劃對電極分離用之槽M1及M2進行槽加工之技術，使用雷射刻劃法與機械刻劃法。

雷射刻劃法，例如專利文獻1所揭示，照射藉由電弧燈等連續放電燈使Nd：YAG結晶激發傳送之雷射光，藉此形成電極分離用之槽。此方法，對光吸收層形成後之薄膜太陽電池基板形成槽之情形，會有在刻劃時因雷射光之熱使光吸收層3之光電轉換特性劣化之虞。

機械刻劃法，例如專利文獻2及3所揭示，係對前端為尖細狀之金屬針(針)等之槽加工工具之刃尖施加既定壓力並使其按壓於基板且移動，藉此加工電極分離用之槽之技術。

專利文獻1：日本特開平11-312815號公報

專利文獻2：日本特開2002-94089號公報

專利文獻3：日本特開2004-115356號公報

專利文獻2及3所揭示之機械刻劃法中，槽加工工具之刃尖之形狀雖為尖細之針狀，但嚴格來說，為了使壓接於薄膜太陽電池之部分之接觸面積變廣，前端大致水平地切斷以呈平面。亦即，如圖8所示，前端部分為尖細之圓錐梯形。將此種形狀之槽加工工具8’按壓於應形成薄膜太陽電池基板之槽之薄膜(上下兩電極或光吸收層等之各種功能層)並同時 沿著刻劃預定線往Y方向相對移動，藉此進行槽加工。

藉由使用前端部分尖細之圓錐梯形之槽加工工具，能較穩定地進行槽加工。另一方面，薄膜會不規則地大幅剝離，無須除去之部分亦被除去，會有太陽電池之性能及產率降低之問題點。

因此，本發明之目的在於提供一種在對薄膜太陽電池基板之光吸收層或電極膜等之各種功能層加工槽時，產率佳且可抑制光電轉換效率等之產品性能降低地加工之薄膜太陽電池之槽加工工具及使用此槽加工工具之槽加工方法以及槽加工裝置。

為了解決上述課題，本發明之薄膜太陽電池用之槽加工工具，由棒狀之本體與形成在本體前端之圓錐梯狀之刃尖區域構成；刃尖區域具有底面與從底面朝向本體延伸之側面；藉由底面與側面形成之角部構成刃尖；從底面朝向本體變細地形成。

又，為了解決上述課題，本發明之薄膜太陽電池之槽加工方法，係沿著薄膜太陽電池基板之刻劃預定線，以槽加工工具之刃尖按壓並同時使太陽電池基板與槽加工工具相對移動，在太陽電池基板之薄膜形成刻劃線，其特徵在於：使用本發明之槽加工工具，將槽加工工具之底面按壓於薄膜太陽電池基板之表面以進行槽加工。

再者，為了解決上述課題，本發明之薄膜太陽電池之槽加工裝置，具備本發明之槽加工工具、用以載置太陽電池基板之平台、及在將槽加工工具之底面按壓於該薄膜太陽電池基板之表面之狀態下進行刻劃之刻劃頭。

根據本發明之槽加工工具，由於刃尖區域從按壓於薄膜太陽電池基板之底面朝向本體變細地形成，因此從基板除去後之薄膜順暢地往 本體側排出，不會受到除去後之薄膜之影響，可形成膜剝離較少之刻劃線。

(用以解決其他課題之手段及效果)

槽加工工具，較佳為，底面之寬度為30μm以上、100μm以下。

槽加工工具，較佳為，藉由底面與前後面形成之刃尖之角度為65°以上、85°以下。

槽加工工具，較佳為，以超硬合金、或金剛石形成。

藉此，工具之壽命變長，變形亦少，因此能長期間高精度地進行刻劃加工。

W‧‧‧太陽電池基板

7‧‧‧刻劃頭

8‧‧‧槽加工工具

81‧‧‧本體

82‧‧‧刃尖區域

83‧‧‧刃尖區域之底面

84‧‧‧刃尖區域之側面

85‧‧‧刃尖

圖1係顯示本發明之積體型薄膜太陽電池之槽加工裝置之一實施形態之立體圖。

圖2係本發明之槽加工工具之立體圖。

圖3係上述槽加工工具之底面放大圖。

圖4係本發明之槽加工工具之刃尖區域之放大圖。

圖5係顯示習知加工工具之加工狀態之例之圖。

圖6係顯示本發明之槽加工工具之加工狀態之例之圖。

圖7(a)~(c)係顯示一般CIGS系之薄膜太陽電池之製程之示意圖。

圖8係顯示習知槽加工工具之一例之立體圖。

以下，根據顯示實施形態之圖式詳細說明本發明之詳細。圖1係顯示本發明之使用槽加工工具之積體型薄膜太陽電池用刻劃裝 置之實施形態之立體圖。刻劃裝置具備可往水平方向(Y方向)移動且在水平面內可90度及角度θ旋轉之平台18，平台18實質上形成太陽電池基板W之保持手段。

以隔著平台18設置之兩側之支承柱20,20與往X方向延伸之導桿21構成之橋部19係設成橫跨平台18上。保持具支承體23係安裝成可沿著形成在導桿21之導件22移動，藉由馬達24之旋轉往X方向移動。

在保持具支承體23設有刻劃頭7，在刻劃頭7之下部設有保持具9，該保持具9保持對載置於平台18上之太陽電池基板W之薄膜表面進行刻劃加工之槽加工工具8。

又，在能往X方向及Y方向移動之台座12,13分別設有攝影機10,11。台座12,13在支承台13上沿著往X方向延伸之導件15移動。攝影機10,11能以手動操作而上下動，可調整攝影之焦點。以攝影機10,11拍攝之影像顯示在顯示器16,17。

在載置在平台18上之太陽電池基板W之表面設有用以特定位置之對準標記，藉由攝影機10,11拍攝對準標記，藉此調整太陽電池基板W之位置。具體而言，藉由攝影機10,11拍攝平台18所支承之太陽電池基板W之表面之對準標記，特定對準標記之位置。根據特定出之對準標記之位置檢測太陽電池基板W之表面載置時之方向偏移，藉由使平台18旋轉既定角度以修正偏移。

接著，每當平台18往Y方向移動既定間距時，使刻劃頭7下降，在槽加工工具8之刃尖按壓於太陽電池基板W之表面之狀態下，往X方向移動，沿著X方向對太陽電池基板W之表面進行刻劃加工。沿著Y 方向對太陽電池基板W之表面進行刻劃加工之情形，使平台18旋轉90度，進行與上述相同之動作。

圖2、圖3及圖4係顯示在本發明使用之槽加工工具8之示意圖。圖2係從下方觀察之立體圖，圖3係從底面側觀察槽加工工具8之底面之放大圖，圖4係從側面側觀察槽加工工具8之刃尖區域之放大圖。此槽加工工具8實質上由作為對刻劃頭7之安裝部之圓柱狀本體81與在其前端部一體地形成之刃尖區域82構成，以超硬合金或金剛石等之硬質材料製造。刃尖區域82由圓形之底面83與從底面83之外緣朝向本體81上升之側面84構成。藉由底面83與側面84形成之角部成為刃尖85。

底面83之寬度W較佳為50~80μm，但配合要求之刻劃之槽寬可為30~100μm。又，刃尖區域82之有效高度、亦即刃尖區域之側面84之高度H較佳為10μm~230μm程度。又，底面83與側面84所形成之角部之角度較佳為65°~85°。再者，圓柱狀本體81之直徑為2~4mm程度即可。此外，槽加工工具8之本體81並不限於圓柱狀，以剖面四角形或多角形形成亦可。

使用上述槽加工工具8進行加工之情形，在刃尖區域82之底面83沿著工具之移動方向之狀態且相對於太陽電池基板W之表面平行之狀態下，安裝於刻劃頭7。

根據本發明，刃尖區域82從按壓於薄膜太陽電池基板W之底面83朝向本體81變細地形成，因此從基板除去後之薄膜順暢地往本體側排出，不會受到除去後之薄膜之影響，可形成膜剝離較少之刻劃線。

圖5係比較以往之加工工具所形成之刻劃線與本發明之槽 加工工具所形成之刻劃線之影像資料。圖5(a)係顯示使用習知槽加工工具形成之刻劃線，圖5(b)係顯示使用本發明之槽加工工具形成之刻劃線。在使用本發明之槽加工工具形成刻劃線之情形，與習知例相較，明顯地可形成一定寬度且漂亮之刻劃線。

此外，上述實施例中，藉由使刻劃頭7往X方向移動以執行刻劃加工，但只要刻劃頭7與太陽電池基板W能相對移動即可，因此在太陽電池基板W固定之狀態下使刻劃頭7往X方向或Y方向移動亦可，不使刻劃頭7移動而僅使太陽電池基板W往X方向或Y方向移動亦可。

以上，說明本發明之代表實施例，但本發明並不僅限於上述實施例之構造。為了達成其目的，在不脫離申請專利範圍之情況下可適當地進行修正、變更。

本發明可適用於薄膜太陽電池之製造所使用之槽加工工具、槽加工方法及槽加工裝置。

8‧‧‧槽加工工具

81‧‧‧本體

82‧‧‧刃尖區域

83‧‧‧刃尖區域之底面

84‧‧‧刃尖區域之側面

85‧‧‧刃尖

Claims (6)

1. 一種薄膜太陽電池之槽加工工具，由棒狀之本體與形成在本體前端之圓錐台狀之刃尖區域構成；前述刃尖區域具有：圓形之底面與從前述底面之外緣朝向前述本體延伸之側面；以及藉由前述底面與前述側面形成之角部之刃尖；且於前述側面，以從前述底面朝向前述本體變細地方式形成。
2. 如申請專利範圍第1項之槽加工工具，其中，前述底面之寬度為30μm以上且100μm以下。
3. 如申請專利範圍第1項之槽加工工具，其中，藉由前述底面與前述側面形成之前述刃尖之角度為65°以上且85°未滿。
4. 如申請專利範圍第1項之槽加工工具，其中，該槽加工工具係以超硬合金或金剛石形成。
5. 一種薄膜太陽電池之槽加工方法，係沿著薄膜太陽電池之刻劃預定線，以該槽加工工具之刃尖按壓並同時使該薄膜太陽電池與槽加工工具相對移動，在該薄膜太陽電池之薄膜形成刻劃線，其特徵在於：將申請專利範圍第1至4項中任一項之槽加工工具之底面按壓於該薄膜太陽電池之薄膜之表面以進行該槽加工。
6. 一種槽加工裝置，具備申請專利範圍第1至4項中任一項之槽加工工具、用以載置薄膜太陽電池之平台及在將該槽加工工具之底面按壓於該太陽電池之薄膜之表面之狀態下進行槽加工之刻劃頭。