JPWO2011027533A1 - Thin film solar cell manufacturing method and manufacturing apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

【課題】ZnO系透明導電膜を適正にパターニングすることができる薄膜太陽電池の製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を形成し、透明基板上に形成された酸化亜鉛(ZnO)系の透明導電膜に対し上記赤外線パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記赤外線パルスレーザ光を走査する。このような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いることで、レーザ照射領域と非照射領域との境界部における膜残りを抑制でき、当該境界部の形状をシャープに形成することが可能となる。これにより、酸化亜鉛系の透明導電膜を適正にパターニングすることができる。また、隣接する導電膜パターン間における所期の絶縁抵抗を確保することができる。【選択図】図1A thin-film solar cell manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof capable of appropriately patterning a ZnO-based transparent conductive film. A method of manufacturing a thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention forms an infrared pulsed laser beam having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part, and is formed on a transparent substrate. The zinc oxide (ZnO) transparent conductive film is irradiated with the infrared pulse laser beam, and the infrared pulse laser beam is scanned while overlapping a part of the irradiation range. By using infrared pulsed laser light having such a cross-sectional intensity distribution, film residue at the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region can be suppressed, and the shape of the boundary can be sharply formed. . Thereby, a zinc oxide type transparent conductive film can be appropriately patterned. In addition, a desired insulation resistance between adjacent conductive film patterns can be ensured. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、電極層にZnO系の透明導電膜を用いた薄膜太陽電池の製造方法及びその製造装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a thin film solar cell using a ZnO-based transparent conductive film as an electrode layer and a manufacturing apparatus therefor.

一般的に、薄膜太陽電池は、ガラス等の透明基板上に、透明導電膜と、発電層としての半導体層と、裏面電極としての金属膜とをこの順に積層することで構成される。透明導電膜としては、通常、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)等が用いられる。In general, a thin film solar cell is configured by laminating a transparent conductive film, a semiconductor layer as a power generation layer, and a metal film as a back electrode in this order on a transparent substrate such as glass. As the transparent conductive film, indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), or the like is usually used.

ITOは、導電率が高いため広い分野で用いられているが、コスト的に不利である。SnOは、ITOより安価であり、自由電子濃度が低いため高透過率の膜が得られるが、導電率が低く、耐プラズマ性も低い。一方、ZnOは、ITOよりも安価であり、ITOに匹敵する抵抗率を有しているため、ITOの代替材料として有力視されている。また、ZnOは、耐プラズマ性が高く、移動度が大きいため、長波長光の透過率が高いなどの特長を有していることから、薄膜太陽電池用の透明導電膜として適している。さらに、ZnOは、アルミニウム(Al)やガリウム(Ga)などを添加することでキャリア密度の制御が可能である。これらの酸化亜鉛系材料は、AZO、GZO等と称されている。ITO is used in a wide range of fields because of its high conductivity, but it is disadvantageous in terms of cost. SnO 2 is cheaper than ITO and has a low free electron concentration, so that a film with a high transmittance can be obtained. However, the conductivity is low and the plasma resistance is also low. On the other hand, ZnO is cheaper than ITO and has a resistivity comparable to that of ITO, and thus is regarded as a promising alternative material for ITO. In addition, ZnO is suitable as a transparent conductive film for thin film solar cells because it has high plasma resistance and high mobility, and thus has a high transmittance of long wavelength light. Furthermore, the carrier density of ZnO can be controlled by adding aluminum (Al), gallium (Ga), or the like. These zinc oxide-based materials are called AZO, GZO and the like.

ところで、薄膜太陽電池においては、レーザを用いて積層膜をパターニングすることで発電エリアを複数に絶縁分離し、これら複数の発電エリアを直列的に接続するのが一般的である。具体的には、ガラス基板上に透明導電膜を形成し、これを短冊状に分離する。その上に、半導体層及び裏面電極を順に積層した後、レーザを用いてこれら半導体層及び裏面電極をパターニングする。このとき、透明電極膜、半導体層及び裏面電極からなる1つのセルの透明電極膜が、隣接する他のセルの裏面電極と接触する構造となるように、半導体層及び裏面電極がパターニングされる。   By the way, in a thin film solar cell, it is common to insulate and separate a plurality of power generation areas by patterning a laminated film using a laser and to connect the plurality of power generation areas in series. Specifically, a transparent conductive film is formed on a glass substrate and separated into strips. A semiconductor layer and a back electrode are sequentially stacked thereon, and then the semiconductor layer and the back electrode are patterned using a laser. At this time, the semiconductor layer and the back electrode are patterned so that the transparent electrode film of one cell including the transparent electrode film, the semiconductor layer, and the back electrode is in contact with the back electrode of another adjacent cell.

SnO膜のパターニングには、一般的に、近赤外レーザが広く用いられている。例えば特許文献1には、波長1064nmのパルス状のレーザビームをSnO膜に断続的に照射することで、当該SnO膜にスクライブ溝を形成する方法が記載されている。また、特許文献2には、トップフラット型(エネルギー強度分布が台形状)の断面強度分布を有する波長1064nmのYAGレーザを用いて透明導電膜をパターニングする方法が記載されている。In general, a near-infrared laser is widely used for patterning the SnO 2 film. For example, Patent Document 1, by intermittently irradiating a pulsed laser beam having a wavelength of 1064nm to SnO 2 film, describes a method of forming a scribe groove on the SnO 2 film. Patent Document 2 describes a method of patterning a transparent conductive film using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm having a top flat type (energy intensity distribution is trapezoidal) cross-sectional intensity distribution.

特開2002−141526号公報JP 2002-141526 A 特開平10−258383号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-258383

しかしながら、透明導電膜がAZO等のZnO系透明導電材料である場合、SnO膜と同様な照射条件でレーザ光を照射すると、透明導電膜を適正にパターニングすることができないという問題がある。本発明者らの実験によれば、SnO膜にとっては適正な照射条件であっても、当該照射条件でAZO膜にレーザ光を照射すると、パターン境界部での膜残りが多く、AZOを適正に除去することができない。また、パターンの形状精度も悪く、所望の加工幅でスクライブ溝を形成することが非常に困難である。However, when the transparent conductive film is a ZnO-based transparent conductive material such as AZO, there is a problem that the transparent conductive film cannot be appropriately patterned when irradiated with laser light under the same irradiation conditions as the SnO 2 film. According to the experiments by the present inventors, even if the irradiation conditions are appropriate for the SnO 2 film, if the AZO film is irradiated with the laser light under the irradiation conditions, the film remains at the pattern boundary, and the AZO is appropriate. Can not be removed. Also, the pattern shape accuracy is poor, and it is very difficult to form a scribe groove with a desired processing width.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ZnO系透明導電膜を適正にパターニングすることができる薄膜太陽電池の製造方法及びその製造装置を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin-film solar cell and an apparatus for manufacturing the same, which can appropriately pattern a ZnO-based transparent conductive film.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜太陽電池の製造方法は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を形成することを含む。透明基板上に形成された酸化亜鉛(ZnO)系の透明導電膜に対し上記赤外線パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記赤外線パルスレーザ光を走査することで、上記透明導電膜はパターニングされる。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention includes forming infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than in the central part. By irradiating the zinc oxide (ZnO) -based transparent conductive film formed on the transparent substrate with the infrared pulse laser beam and scanning the infrared pulse laser beam while overlapping a part of the irradiation range, the transparent The conductive film is patterned.

また、上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜太陽電池の製造装置は、透明基板上に形成された酸化亜鉛系の透明導電膜を有する薄膜太陽電池の製造装置であって、レーザ光源と、ステージと、移動機構と、制御ユニットとを具備する。
上記レーザ光源は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を出射させる。
上記ステージは、上記透明基板を支持する。
上記移動機構は、上記ステージを上記透明基板の面内方向に移動させることが可能である。
上記制御ユニットは、上記透明導電膜に対する上記赤外線パルスレーザ光の照射範囲の一部が重複するように上記移動機構を制御する。
In order to achieve the above object, a thin-film solar cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is a thin-film solar cell manufacturing apparatus having a zinc oxide-based transparent conductive film formed on a transparent substrate, A laser light source, a stage, a moving mechanism, and a control unit are provided.
The laser light source emits infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part.
The stage supports the transparent substrate.
The moving mechanism can move the stage in an in-plane direction of the transparent substrate.
The control unit controls the moving mechanism so that a part of the irradiation range of the infrared pulsed laser light on the transparent conductive film overlaps.

本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を説明する工程フローである。It is a process flow explaining the manufacturing method of the thin film solar cell which concerns on one Embodiment of this invention. 上記薄膜太陽電池の製造工程を説明する各工程の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of each process explaining the manufacturing process of the said thin film solar cell. 本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池の製造装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the thin film solar cell which concerns on one Embodiment of this invention. 上記製造装置の概略構成を示す正面図である。It is a front view which shows schematic structure of the said manufacturing apparatus. 上記製造装置に備えられる赤外線パルスレーザ光源の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the infrared pulse laser light source with which the said manufacturing apparatus is equipped. 上記薄膜太陽電池を構成する透明基板として用いられるガラス材料の光学特性の一例を示す図であり、(A)は白板ガラスの透過率特性、(B)はソーダ石灰ガラスの透過率特性をそれぞれ示している。It is a figure which shows an example of the optical characteristic of the glass material used as a transparent substrate which comprises the said thin film solar cell, (A) shows the transmittance | permeability characteristic of white plate glass, (B) shows the transmittance | permeability characteristic of soda-lime glass, respectively. ing. 上記薄膜太陽電池を構成する透明導電膜として用いられるAZO膜の光学特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical characteristic of the AZO film | membrane used as a transparent conductive film which comprises the said thin film solar cell. (A)は、比較例に係る赤外線パルスレーザ光の断面強度分布を模式的に示す図であり、(B)は、その断面強度分布を有するレーザ光を用いて加工されたAZO膜のSEM写真である。(A) is a figure which shows typically the cross-sectional intensity distribution of the infrared pulsed laser beam which concerns on a comparative example, (B) is the SEM photograph of the AZO film processed using the laser beam which has the cross-sectional intensity distribution It is. (A)は、本発明の一実施形態において用いられる赤外線パルスパルスレーザ光の断面強度分布を模式的に示す図であり、(B)は、その断面強度分布を有するレーザ光を用いて加工されたAZO膜のSEM写真である。(A) is a figure which shows typically the cross-sectional intensity distribution of the infrared pulse pulse laser beam used in one Embodiment of this invention, (B) is processed using the laser beam which has the cross-sectional intensity distribution. 3 is an SEM photograph of an AZO film. 図9(A)に示す断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いて加工されたAZO膜の各サンプルの光学顕微鏡写真である。FIG. 10 is an optical micrograph of each sample of an AZO film processed using an infrared pulse laser beam having a cross-sectional intensity distribution shown in FIG. (A)は、赤外線パルスレーザ光を用いてAZO膜を加工したときに発生する導電性の副生成物の一例を示すSEM写真であり、(B)はアルカリ洗浄液を用いて洗浄した後の様子を示すSEM写真である。(A) is an SEM photograph showing an example of a conductive byproduct generated when an AZO film is processed using infrared pulsed laser light, and (B) is a state after cleaning with an alkaline cleaning liquid. It is a SEM photograph which shows. 図9(A)に示す断面強度分布を有するパルス幅約72nsの赤外線パルスレーザ光を用いて加工したAZO膜の各サンプルのSEM写真である。FIG. 10 is an SEM photograph of each sample of an AZO film processed using an infrared pulse laser beam having a pulse width of about 72 ns having the cross-sectional intensity distribution shown in FIG. 図9(A)に示す断面強度分布を有するパルス幅約32nsの赤外線パルスレーザ光を用いて加工したAZO膜の各サンプルのSEM写真である。FIG. 10 is an SEM photograph of each sample of an AZO film processed using an infrared pulse laser beam having a pulse width of about 32 ns having the cross-sectional intensity distribution shown in FIG.

本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を形成することを含む。透明基板上に形成された酸化亜鉛(ZnO)系の透明導電膜に対し上記赤外線パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記赤外線パルスレーザ光を走査することで、上記透明導電膜はパターニングされる。   The manufacturing method of the thin film solar cell which concerns on one Embodiment of this invention includes forming the infrared pulsed laser beam which has cross-sectional intensity distribution whose beam intensity of a peripheral part is higher than a center part. By irradiating the zinc oxide (ZnO) -based transparent conductive film formed on the transparent substrate with the infrared pulse laser beam and scanning the infrared pulse laser beam while overlapping a part of the irradiation range, the transparent The conductive film is patterned.

上記のような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いることで、周辺部よりも中央部のビーム強度が高いガウス分布のような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いる場合と比較して、レーザ照射領域と非照射領域との境界部における膜残りを抑制でき、かつ、当該境界部の形状をシャープに形成することが可能となる。これにより、酸化亜鉛系の透明導電膜を適正にパターニングすることが可能となる。また、上記レーザ光をその照射範囲の一部を重複させながら走査することで、隣接する導電膜パターン間における所期の絶縁抵抗を確保することが可能となる。   By using the infrared pulsed laser beam having the cross-sectional intensity distribution as described above, compared to the case of using the infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution such as a Gaussian distribution in which the beam intensity at the central part is higher than the peripheral part. The film residue at the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region can be suppressed, and the shape of the boundary can be sharply formed. Thereby, it becomes possible to pattern a zinc oxide type transparent conductive film appropriately. In addition, by scanning the laser beam while overlapping a part of the irradiation range, it is possible to secure a desired insulation resistance between adjacent conductive film patterns.

上記断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光は適宜の方法によって形成することができる。例えば、中央部よりも周辺部のビーム強度が高いレーザ光を形成する光ファイバーを用いることができる。   The infrared pulse laser beam having the cross-sectional intensity distribution can be formed by an appropriate method. For example, an optical fiber that forms a laser beam having a higher beam intensity at the peripheral part than at the central part can be used.

上記透明基板は、典型的には、赤外線の透過率が高いガラス基板で構成される。赤外線パルスレーザ光としては、透明導電膜を構成する材料の光学特性に応じて適宜定めることができ、波長1000nm以上1500nm以下の近赤外線レーザが用いられる。ガラス基板は、近赤外線の透過率が比較的高いため、基板側からレーザ光を入射させて透明導電膜のパターニングを行うことができる。レーザ光を基板側から入射することで、透明導電膜からの除去物質がレーザ照射源に付着することを回避できる。   The transparent substrate is typically composed of a glass substrate having a high infrared transmittance. The infrared pulse laser beam can be appropriately determined according to the optical characteristics of the material constituting the transparent conductive film, and a near infrared laser having a wavelength of 1000 nm to 1500 nm is used. Since the glass substrate has a relatively high near-infrared transmittance, the transparent conductive film can be patterned by allowing laser light to enter from the substrate side. By making the laser beam incident from the substrate side, it is possible to avoid the removal material from the transparent conductive film from adhering to the laser irradiation source.

上記透明導電膜は、ZnOの二元系に限られず、例えば、アルミニウムが添加されたAZOやガリウムが添加されたGZO等の三元系材料を用いてもよい。   The transparent conductive film is not limited to a binary system of ZnO. For example, a ternary system material such as AZO to which aluminum is added or GZO to which gallium is added may be used.

照射範囲のオーバーラップ率(重複率)は適宜設定することができ、例えば10%以上70%以下とすることができる。オーバーラップ率が10%未満の場合、隣接するパターン間において所期の絶縁抵抗を確保することが困難となる。また、オーバーラップ率が70%を超えると、レーザ照射領域に導電性の副生成物が生成されることで、パターン間の絶縁抵抗が低下する。上記オーバーラップ率は、透明導電膜に対する赤外線パルスレーザ光の走査速度、当該レーザ光のパルス繰り返し周波数などによって制御することが可能である。   The overlap rate (overlap rate) of the irradiation range can be set as appropriate, for example, 10% or more and 70% or less. When the overlap rate is less than 10%, it is difficult to ensure a desired insulation resistance between adjacent patterns. On the other hand, if the overlap ratio exceeds 70%, conductive by-products are generated in the laser irradiation region, and the insulation resistance between patterns decreases. The overlap rate can be controlled by the scanning speed of the infrared pulse laser beam with respect to the transparent conductive film, the pulse repetition frequency of the laser beam, and the like.

上記薄膜太陽電池の製造方法は、上記透明導電膜の上に半導体層を形成する工程と、上記半導体層の上に金属膜を形成する工程とをさらに具備してもよい。上述のように、透明導電膜を適正にパターニングすることができるため、信頼性の高い薄膜太陽電池を製造することができる。   The method for manufacturing the thin-film solar cell may further include a step of forming a semiconductor layer on the transparent conductive film and a step of forming a metal film on the semiconductor layer. Since the transparent conductive film can be appropriately patterned as described above, a highly reliable thin film solar cell can be manufactured.

上記薄膜太陽電池の製造方法は、パターニングされた上記透明導電膜をアルカリ系洗浄液で洗浄する工程をさらに具備してもよい。これにより、レーザ照射領域に生成した導電性の副生成物が除去されることで、隣接するパターン間における絶縁不良を防ぐことができる。   The method for manufacturing the thin-film solar cell may further include a step of cleaning the patterned transparent conductive film with an alkaline cleaning liquid. Thereby, the conductive by-product produced | generated in the laser irradiation area | region is removed, and the insulation defect between adjacent patterns can be prevented.

本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池の製造装置は、透明基板上に形成された酸化亜鉛系の透明導電膜を有する薄膜太陽電池の製造装置であって、レーザ光源と、ステージと、移動機構と、制御ユニットとを具備する。
上記レーザ光源は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を出射させる。
上記ステージは、上記透明基板を支持する。
上記移動機構は、上記ステージを上記透明基板の面内方向に移動させることが可能である。
上記制御ユニットは、上記透明導電膜に対する上記赤外線パルスレーザ光の照射範囲の一部が重複するように上記移動機構を制御する。
A thin-film solar cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is a thin-film solar cell manufacturing apparatus having a zinc oxide-based transparent conductive film formed on a transparent substrate, and includes a laser light source, a stage, and a movement A mechanism and a control unit.
The laser light source emits infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part.
The stage supports the transparent substrate.
The moving mechanism can move the stage in an in-plane direction of the transparent substrate.
The control unit controls the moving mechanism so that a part of the irradiation range of the infrared pulsed laser light on the transparent conductive film overlaps.

上記製造装置において、レーザ光源は、ステージ上に載置された透明基板に対して、上記断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を照射することで、透明基板上の透明導電膜をパターニングする。制御ユニットは、透明導電膜に対する赤外線パルスレーザ光の照射範囲の一部が重複するように、移動機構によるステージの移動を制御する。   In the manufacturing apparatus, the laser light source patterns the transparent conductive film on the transparent substrate by irradiating the transparent substrate placed on the stage with the infrared pulse laser beam having the cross-sectional intensity distribution. The control unit controls the movement of the stage by the moving mechanism so that a part of the irradiation range of the infrared pulse laser beam on the transparent conductive film overlaps.

中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いることで、周辺部よりも中央部のビーム強度が高いガウス分布のような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いる場合と比較して、レーザ照射領域と非照射領域との境界部における膜残りを抑制でき、かつ、当該境界部の形状をシャープに形成することが可能となる。これにより、酸化亜鉛系の透明導電膜を適正にパターニングすることが可能となる。また、上記レーザ光をその照射範囲の一部を重複させながら走査することで、隣接する導電膜パターン間における所期の絶縁抵抗を確保することが可能となる。   Infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution such as a Gaussian distribution having a central beam intensity higher than the peripheral part by using an infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution with a higher beam intensity in the peripheral part than in the central part Compared with the case of using the film, it is possible to suppress the film residue at the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region, and to form the shape of the boundary sharply. Thereby, it becomes possible to pattern a zinc oxide type transparent conductive film appropriately. In addition, by scanning the laser beam while overlapping a part of the irradiation range, it is possible to secure a desired insulation resistance between adjacent conductive film patterns.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[薄膜太陽電池の製造工程]
まず、本実施形態に係る薄膜太陽電池の製造工程の概略について説明する。図1は、薄膜太陽電池の製造方法を説明する工程フロー、図2は各工程における基板の要部断面図である。
[Manufacturing process of thin film solar cell]
First, the outline of the manufacturing process of the thin film solar cell according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a process flow for explaining a method of manufacturing a thin film solar cell, and FIG.

薄膜太陽電池モジュールは、透光性のある透明な基板上に作製された複数の太陽電池セルの集積体である。太陽電池セルは、基板上に形成された透明導電膜(第1の電極層)と、この透明導電膜上に形成された半導体層と、この半導体層の上に形成された金属膜(第2の電極層)との積層構造を有する。透明導電膜、半導体層及び金属膜は、CVD法やスパッタリング法などの気相成長法により形成される。各層の形成後は、素子を複数のセルに分離するために各層を基板の面上でレーザスクライブし、隣り合う太陽電池セルを直列又は並列に接続する。その後、基板のエッジ部に位置する上記積層膜の除去工程、基板全面の樹脂封止工程等を経て、薄膜太陽電池モジュールが作製される。   A thin film solar cell module is an integrated body of a plurality of solar cells fabricated on a transparent substrate having translucency. The solar cell includes a transparent conductive film (first electrode layer) formed on a substrate, a semiconductor layer formed on the transparent conductive film, and a metal film (second electrode) formed on the semiconductor layer. The electrode layer has a laminated structure. The transparent conductive film, the semiconductor layer, and the metal film are formed by a vapor deposition method such as a CVD method or a sputtering method. After the formation of each layer, each layer is laser scribed on the surface of the substrate in order to separate the element into a plurality of cells, and adjacent solar cells are connected in series or in parallel. Then, a thin film solar cell module is manufactured through the removal process of the said laminated film located in the edge part of a board | substrate, the resin sealing process of the board | substrate whole surface, etc.

図1及び図2を参照すると、まず、ガラス基板10上に透明導電膜11が形成される(ステップST1、図2(A))。   1 and 2, first, a transparent conductive film 11 is formed on a glass substrate 10 (step ST1, FIG. 2 (A)).

ガラス基板10は、波長300nm以上の光を透過する透明な材料で構成される。ガラスには、ソーダ石灰ガラス、白板ガラス、青板ガラス、ホウ珪酸ガラス等が含まれる。ガラス基板10の大きさは特に限定されず、例えば、縦1300mm、横1100mm、厚み4mmとされる。   The glass substrate 10 is made of a transparent material that transmits light having a wavelength of 300 nm or more. Glass includes soda-lime glass, white plate glass, blue plate glass, borosilicate glass, and the like. The size of the glass substrate 10 is not particularly limited, and is, for example, 1300 mm long, 1100 mm wide, and 4 mm thick.

透明導電膜11は、酸化亜鉛系の材料が用いられ、ZnOだけでなく、ZnOにアルミニウム(Al)が添加された酸化亜鉛系材料(AZO)、ZnOにガリウム(Ga)が添加された酸化亜鉛系材料(GZO)等が適用可能である。特に、AZO及びGZOは、耐プラズマ性に優れ、導電率及び近赤外域での透過率がいずれも高い。本実施形態において、透明導電膜11は、AZO膜で構成される。透明導電膜11は、スパッタリング法により、例えば800nm程度の厚みで形成されるが、勿論これに限られない。   The transparent conductive film 11 uses a zinc oxide-based material, not only ZnO, but also a zinc oxide-based material (AZO) in which aluminum (Al) is added to ZnO, and zinc oxide in which gallium (Ga) is added to ZnO. A system material (GZO) or the like is applicable. In particular, AZO and GZO are excellent in plasma resistance, and both conductivity and transmittance in the near infrared region are high. In the present embodiment, the transparent conductive film 11 is composed of an AZO film. The transparent conductive film 11 is formed with a thickness of, for example, about 800 nm by a sputtering method, but is not limited thereto.

必要に応じて、透明導電膜11は、その表面に所定のテクスチャが形成されてもよい。これにより、透明導電膜11の表面積が増大するため、光の透過効率や上層(半導体層)との密着性を高めることが可能となる。上記テクスチャの形成方法としては、例えばアンモニウム塩水溶液によるエッチング処理が採用可能である。   If necessary, the transparent conductive film 11 may have a predetermined texture on the surface thereof. Thereby, since the surface area of the transparent conductive film 11 increases, it becomes possible to improve the light transmission efficiency and the adhesiveness with an upper layer (semiconductor layer). As the texture forming method, for example, an etching process using an aqueous ammonium salt solution can be employed.

次に、ガラス基板10上の透明導電膜11の所定領域にレーザ光を照射することで、透明導電膜11をパターニングする工程が行われる(ステップST2、図2(B))。   Next, a step of patterning the transparent conductive film 11 is performed by irradiating a predetermined region of the transparent conductive film 11 on the glass substrate 10 with a laser beam (step ST2, FIG. 2B).

本実施形態では、後述するように、透明導電膜11に対し赤外線パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記赤外線パルスレーザ光を走査することで、透明導電膜11に第1の分離溝11aを形成する。ガラス基板10上の個々の透明導電膜11は、分離溝11aによって電気的に絶縁される。また、赤外線パルスレーザ光は、ガラス基板10側から透明導電膜11に向けて照射される。これにより、透明導電膜11の加工屑(ダスト)によるレーザ照射部の汚染を防止することができる。   In this embodiment, as will be described later, the transparent conductive film 11 is irradiated with infrared pulse laser light, and the transparent conductive film 11 is scanned with the infrared pulse laser light while overlapping a part of the irradiation range. One separation groove 11a is formed. The individual transparent conductive films 11 on the glass substrate 10 are electrically insulated by the separation grooves 11a. Further, the infrared pulse laser beam is irradiated from the glass substrate 10 side toward the transparent conductive film 11. Thereby, contamination of the laser irradiation part by the processing waste (dust) of the transparent conductive film 11 can be prevented.

続いて、透明導電膜11の加工領域を洗浄液で洗浄する工程が行われる(ステップST3)。この工程は、レーザ光の照射領域に生成された透明導電膜の導電性分解生成物を除去することを目的としており、洗浄液としては例えば酸系又はアルカリ系水溶液が用いられる。洗浄液として酸系の水溶液を用いる場合は、塩酸、酢酸、硫酸、弗酸等が用いられる。この工程により、分離溝11aの絶縁不良を回避することができる。なお、上記分解生成物の生成が問題にならない場合は、当該工程を省略することも可能である。   Then, the process of wash | cleaning the process area | region of the transparent conductive film 11 with a washing | cleaning liquid is performed (step ST3). This step is intended to remove the conductive decomposition product of the transparent conductive film generated in the laser light irradiation region. As the cleaning liquid, for example, an acid or alkaline aqueous solution is used. When an acid aqueous solution is used as the cleaning liquid, hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, etc. are used. By this step, it is possible to avoid an insulation failure of the separation groove 11a. In addition, when the production | generation of the said decomposition product does not become a problem, it is also possible to abbreviate | omit the said process.

次に、ガラス基板10上に半導体層12が形成される(ステップST4、図2(C))。   Next, the semiconductor layer 12 is formed on the glass substrate 10 (step ST4, FIG. 2C).

半導体層12は、透明導電膜11及び第1の分離溝11aを被覆するように成膜される。本実施形態において、半導体層12は、各々水素が添加された、p型、i型及びn型のアモルファスシリコン(a−Si:H)膜が順に積層された構造を有する。これらアモルファスシリコン層は、プラズマCVD法で形成される。p型アモルファスシリコン層(a−Si:Hp)の膜厚は例えば5nm〜20nm、i型アモルファスシリコン層(a−Si:Hi)の膜厚は例えば100nm〜600nm、そして、n型アモルファスシリコン層(a−Si:Hn)の膜厚は例えば数十nmとされる。   The semiconductor layer 12 is formed so as to cover the transparent conductive film 11 and the first separation groove 11a. In the present embodiment, the semiconductor layer 12 has a structure in which p-type, i-type, and n-type amorphous silicon (a-Si: H) films, to which hydrogen is added, are sequentially stacked. These amorphous silicon layers are formed by a plasma CVD method. The thickness of the p-type amorphous silicon layer (a-Si: Hp) is, for example, 5 nm to 20 nm, the thickness of the i-type amorphous silicon layer (a-Si: Hi) is, for example, 100 nm to 600 nm, and the n-type amorphous silicon layer ( The film thickness of a-Si: Hn) is, for example, several tens of nm.

続いて、ガラス基板10上の半導体層12の所定領域にレーザ光を照射することで、半導体層12をパターニングする工程が行われる(ステップST5、図2(D))。   Then, the process of patterning the semiconductor layer 12 is performed by irradiating a predetermined area | region of the semiconductor layer 12 on the glass substrate 10 with a laser beam (step ST5, FIG.2 (D)).

本実施形態では、半導体層12に対し緑色パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記緑色パルスレーザ光を走査することで、半導体層12に第2の分離溝12aを形成する。第2の分離溝12aは、例えば図示するように、第1の分離溝11aと隣接するように形成されるが、勿論これに限られない。レーザ光は、上述と同様にガラス基板10側から照射される。   In the present embodiment, the semiconductor layer 12 is irradiated with green pulse laser light, and the green pulse laser light is scanned while overlapping a part of the irradiation range, thereby forming the second separation groove 12a in the semiconductor layer 12. To do. The second separation groove 12a is formed so as to be adjacent to the first separation groove 11a, for example, as shown in the figure, but is not limited to this. The laser light is irradiated from the glass substrate 10 side as described above.

次に、ガラス基板10上に金属膜13が形成される(ステップST6、図2(E))。   Next, a metal film 13 is formed on the glass substrate 10 (step ST6, FIG. 2E).

金属膜13は、半導体層12及び第2の分離溝12aを被覆するように成膜される。これにより、分離溝12aを介して透明導電膜11と金属膜13とが電気的に接続される。本実施形態において、金属膜13は、比較的反射率の高い金属材料、例えばアルミニウムや銀などが用いられる。金属膜13の膜厚は特に限定されず、例えば数百nm〜数μmとされる。   The metal film 13 is formed so as to cover the semiconductor layer 12 and the second separation groove 12a. Thereby, the transparent conductive film 11 and the metal film 13 are electrically connected via the separation groove 12a. In the present embodiment, the metal film 13 is made of a metal material having a relatively high reflectivity, such as aluminum or silver. The film thickness of the metal film 13 is not specifically limited, For example, you may be several hundred nm-several micrometers.

続いて、ガラス基板10上の金属膜13の所定領域にレーザ光を照射することで、金属膜13をパターニングする工程が行われる(ステップST7、図2(F))。   Subsequently, a process of patterning the metal film 13 is performed by irradiating a predetermined region of the metal film 13 on the glass substrate 10 with a laser beam (step ST7, FIG. 2F).

本実施形態では、金属膜13に対し緑色パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら上記緑色パルスレーザ光を走査することで、金属膜13に第3の分離溝13aを形成する。第3の分離溝13aは、例えば図示するように、第2の分離溝12aと隣接するように形成されるが、勿論これに限られない。レーザ光は、上述と同様にガラス基板10側から照射され、金属膜13は、分離溝13aの形成領域に位置する半導体層12と共に除去される。これにより、ガラス基板10上に複数の太陽電池セルが直列的に接続された太陽電池モジュール15が作製される。   In the present embodiment, the metal film 13 is irradiated with green pulse laser light, and the green pulse laser light is scanned while overlapping a part of the irradiation range, thereby forming the third separation groove 13a in the metal film 13. To do. The third separation groove 13a is formed so as to be adjacent to the second separation groove 12a, for example, as shown in the figure, but of course not limited thereto. The laser beam is irradiated from the glass substrate 10 side as described above, and the metal film 13 is removed together with the semiconductor layer 12 located in the formation region of the separation groove 13a. Thereby, the solar cell module 15 in which a plurality of solar cells are connected in series on the glass substrate 10 is produced.

[レーザ加工装置の構成]
次に、透明導電膜11、半導体層12及び金属膜13のパターニングに用いられるレーザ加工装置(レーザスクライブ装置)の構成について説明する。当該加工装置は、本実施形態に係る薄膜太陽電池の製造装置の一実施形態に対応する。
[Configuration of laser processing equipment]
Next, the configuration of a laser processing apparatus (laser scribing apparatus) used for patterning the transparent conductive film 11, the semiconductor layer 12, and the metal film 13 will be described. The said processing apparatus respond | corresponds to one Embodiment of the manufacturing apparatus of the thin film solar cell which concerns on this embodiment.

図3及び図4は、本実施形態に係るレーザ加工装置20の概略構成を示す平面図及び正面図である。各図において、X軸及びY軸方向は、相互に直交する平面方向であり、Z軸方向は高さ方向を表している。   3 and 4 are a plan view and a front view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 20 according to the present embodiment. In each figure, the X-axis and Y-axis directions are plane directions orthogonal to each other, and the Z-axis direction represents the height direction.

レーザ加工装置20は、基台21と、基板Sを支持するためのステージ22とを有する。ステージ22は、基板Sの下面周縁部を支持する。基台21とステージ22との間には、ステージ22を図中X軸方向に沿って移動させるための一対のガイドレール23Xが敷設されている。ステージ22の駆動源にはリニアモータが用いられているが、これに限られず、ボールネジユニット等であってもよい。これらガイドレール23X、駆動源等は、ステージ22の移動機構を構成する。ステージ22は、パターニング加工を受ける基板Sを支持する。   The laser processing apparatus 20 includes a base 21 and a stage 22 for supporting the substrate S. The stage 22 supports the lower surface periphery of the substrate S. Between the base 21 and the stage 22, a pair of guide rails 23X for moving the stage 22 along the X-axis direction in the figure is laid. A linear motor is used as a drive source for the stage 22, but is not limited thereto, and may be a ball screw unit or the like. The guide rails 23X, the drive source, and the like constitute a moving mechanism for the stage 22. The stage 22 supports the substrate S that is subjected to patterning.

基板Sは、透明導電膜11が形成されたガラス基板10でもよいし、半導体層12あるいは金属膜13が形成されたガラス基板10であってもよい。基板Sは、透明導電膜11等が成膜される側の面とは反対側の面(背面側)を上方に向けて、ステージ22上に配置される。ステージ22は、基板Sを所定位置に位置決めするアライメント機構や、基板Sを保持する保持機構、ステージ22上面に対する基板Sの受け渡しを補助するリフターピン等を備えていてもよい。   The substrate S may be the glass substrate 10 on which the transparent conductive film 11 is formed, or the glass substrate 10 on which the semiconductor layer 12 or the metal film 13 is formed. The substrate S is disposed on the stage 22 with the surface (back side) opposite to the surface on which the transparent conductive film 11 and the like are formed facing upward. The stage 22 may include an alignment mechanism that positions the substrate S at a predetermined position, a holding mechanism that holds the substrate S, a lifter pin that assists in transferring the substrate S to the upper surface of the stage 22, and the like.

基台21の上方には、Y軸方向に長手方向を有するガントリー24が設置されている。ガントリー24は、基台21に対して一対の脚部25を介して固定されている。ガントリー24には、ステージ22上の基板Sに対してレーザ光を照射するレーザ光源ユニット26が設置されている。ガントリー24の上面には、Y軸方向に延在する一対のガイドレール23Yが敷設されており、レーザ光源ユニット26は、これらガイドレール23Yのガイド作用を受けて図中Y軸方向に移動自在とされる。レーザ光源ユニット26の駆動源にはリニアモータが用いられているが、これに限らず、ボールネジユニット等であってもよい。これらガイドレール23Y、駆動源等は、レーザ光源ユニット26の移動機構を構成する。   A gantry 24 having a longitudinal direction in the Y-axis direction is installed above the base 21. The gantry 24 is fixed to the base 21 via a pair of leg portions 25. The gantry 24 is provided with a laser light source unit 26 that irradiates the substrate S on the stage 22 with laser light. A pair of guide rails 23Y extending in the Y-axis direction are laid on the upper surface of the gantry 24, and the laser light source unit 26 is movable in the Y-axis direction in the drawing under the guide action of these guide rails 23Y. Is done. A linear motor is used as the drive source of the laser light source unit 26, but the present invention is not limited to this, and a ball screw unit or the like may be used. The guide rails 23Y, the drive source, and the like constitute a moving mechanism of the laser light source unit 26.

レーザ加工装置20は、制御部28を備える。制御部28は、基台21に対するステージ22のX軸方向への移動と、ガントリー24に対するレーザ光源ユニット26のY軸方向及びZ軸方向への移動を制御する。レーザ加工装置20は、予め定められた制御シーケンスに従って、ステージ22上の基板Sに対してレーザ加工を施すことが可能である。   The laser processing apparatus 20 includes a control unit 28. The control unit 28 controls the movement of the stage 22 in the X-axis direction relative to the base 21 and the movement of the laser light source unit 26 relative to the gantry 24 in the Y-axis direction and the Z-axis direction. The laser processing apparatus 20 can perform laser processing on the substrate S on the stage 22 according to a predetermined control sequence.

レーザ光源ユニット26は複数本のレーザ光源をY軸方向に配列したマルチレーザ光源ユニットとして構成されており、本実施形態では、3本の赤外線パルスレーザ光源26rと3本の緑色パルスレーザ光源26gとをそれぞれ組み合わせて構成される。図4に示すように、各色のレーザ光源は交互に配列される。図示せずとも各レーザ光源は、Z軸方向に沿って各々移動自在に構成されている。   The laser light source unit 26 is configured as a multi-laser light source unit in which a plurality of laser light sources are arranged in the Y-axis direction. In the present embodiment, three infrared pulse laser light sources 26r, three green pulse laser light sources 26g, Are configured in combination. As shown in FIG. 4, the laser light sources of the respective colors are alternately arranged. Although not shown, each laser light source is configured to be movable along the Z-axis direction.

図5は、レーザ光源26r、26gの概略構成図である。レーザ光源26r、26gは、発振器31と、光ファイバー32と、コリメータレンズ33と、アイソレータ34と、エキスパンダ35と、集光レンズ36とを有する。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the laser light sources 26r and 26g. The laser light sources 26r and 26g include an oscillator 31, an optical fiber 32, a collimator lens 33, an isolator 34, an expander 35, and a condenser lens 36.

発振器31内で生成されたレーザ光は、光ファイバー32内で伝送され、光ファイバー32の射出端からコリメータレンズ33へ入射する。コリメータレンズ33へ入射したレーザ光は、コリメータレンズ33で平行光とされた後、アイソレータ34を透過してエキスパンダ35へ入射する。アイソレータ34は、例えば集光レンズ36や基板S上で反射したレーザ光が光ファイバー32側へ戻ることを防止するためのものである。アイソレータ34を透過したレーザ光は、エキスパンダ35によって適切なビーム径に調整された後、集光レンズ36によって基板S上の加工対象膜に集光される。   The laser light generated in the oscillator 31 is transmitted in the optical fiber 32 and enters the collimator lens 33 from the exit end of the optical fiber 32. The laser light incident on the collimator lens 33 is converted into parallel light by the collimator lens 33, passes through the isolator 34, and enters the expander 35. The isolator 34 is for preventing, for example, laser light reflected on the condenser lens 36 or the substrate S from returning to the optical fiber 32 side. The laser beam that has passed through the isolator 34 is adjusted to an appropriate beam diameter by the expander 35, and then condensed on the processing target film on the substrate S by the condenser lens 36.

エキスパンダ35には可変倍率式のものが用いられており、基板照射位置での集光ビームのスポット径dを調整する。スポット径d[mm]は、エキスパンダ35への入射ビームの直径をD、エキスパンダ35の倍率をm、集光レンズ36の焦点距離をf、光の波長をλ、ビーム品質をMとしたとき、以下の式で表すことができる。
d=(M×4×λ×f)/(π×m×D) …(1)
The expander 35 is a variable magnification type, and adjusts the spot diameter d of the focused beam at the substrate irradiation position. The spot diameter d [mm] is D as the diameter of the beam incident on the expander 35, m as the magnification of the expander 35, f as the focal length of the condenser lens 36, λ as the wavelength of light, and M 2 as the beam quality. Then, it can be expressed by the following formula.
d = (M 2 × 4 × λ × f) / (π × m × D) (1)

スポット径dは、透明導電膜の構成材料、厚み、パターン幅、パターン精度等に応じて適宜設定することができ、AZO膜を加工する場合のスポット径dは、30μm以上100μm以下である。例えば、M=2、λ=1064[nm]、f=150[mm]、D=1.2[mm]、m=7とすると、スポット径dは、約48μmとなる。The spot diameter d can be appropriately set according to the constituent material, thickness, pattern width, pattern accuracy, etc. of the transparent conductive film, and the spot diameter d when processing the AZO film is 30 μm or more and 100 μm or less. For example, if M 2 = 2, λ = 1064 [nm], f = 150 [mm], D = 1.2 [mm], and m = 7, the spot diameter d is about 48 μm.

ここで、基板Sは、上述のように、その成膜面をレーザ光源ユニット26とは反対側の下方側に向けて、ステージ22上に載置されている。従って、レーザ光の照射領域から発生するダストがレーザ光源ユニット26側に飛散することはないので、レーザ光の出射口が上記ダストの付着で汚染されることはない。これにより、レーザ光源ユニット26のメンテナンスサイクルを長くできるため、長期にわたり安定したレーザ出射機能が確保される。なお、ダストの基板Sへの再付着を抑制するため、レーザ加工装置20には、基板Sから発生したダストを回収する集塵ユニット27が設置されている。集塵ユニット27のダスト吸い込み口は、例えば、基板Sの下面と対向するステージ22の上面に設けられる。   Here, as described above, the substrate S is placed on the stage 22 with its film-forming surface facing the lower side opposite to the laser light source unit 26. Accordingly, the dust generated from the laser light irradiation region does not scatter to the laser light source unit 26 side, so that the laser light emission port is not contaminated by the dust adhesion. Thereby, since the maintenance cycle of the laser light source unit 26 can be lengthened, a stable laser emission function is ensured over a long period of time. In order to suppress reattachment of dust to the substrate S, the laser processing apparatus 20 is provided with a dust collection unit 27 that collects dust generated from the substrate S. The dust suction port of the dust collection unit 27 is provided on the upper surface of the stage 22 facing the lower surface of the substrate S, for example.

次に、レーザ光源ユニット26を構成する赤外線パルスレーザ光源26rの詳細について説明する。   Next, details of the infrared pulse laser light source 26r constituting the laser light source unit 26 will be described.

赤外線パルスレーザ光源26rは、波長1000nm以上1500nm以下の近赤外線レーザ光を発振し、基板Sへ向けて出射する。赤外線パルスレーザ光源は、主として、基板S上に形成された透明導電膜11のパターニングに用いられる。発振波長は、基板Sを構成するガラス基板10及び加工対象膜である透明導電膜11の光学特性に応じて適宜設定される。本実施形態では、ガラス基板10を介して透明導電膜11へレーザ光を照射し、当該透明導電膜11を加工する。したがって、レーザ光は、ガラス基板10に対して透過特性が高く、透明導電膜11に対しては吸収特性が高いという光学特性が要求される。   The infrared pulse laser light source 26r oscillates near-infrared laser light having a wavelength of 1000 nm or more and 1500 nm or less and emits it toward the substrate S. The infrared pulse laser light source is mainly used for patterning the transparent conductive film 11 formed on the substrate S. The oscillation wavelength is appropriately set according to the optical characteristics of the glass substrate 10 constituting the substrate S and the transparent conductive film 11 which is a film to be processed. In this embodiment, the transparent conductive film 11 is irradiated with laser light through the glass substrate 10 to process the transparent conductive film 11. Accordingly, the laser light is required to have optical characteristics such as high transmission characteristics with respect to the glass substrate 10 and high absorption characteristics with respect to the transparent conductive film 11.

図6は、ガラス基板10に適用可能なガラス材料について測定した透過率の波長依存特性を示している。図6(A)は白板ガラスの透過率特性を示し、図6(B)はソーダ石灰ガラスの透過率特性を示している。一方、図7は、透明導電膜11に適用可能なAZO膜の透過率及び反射率の波長依存特性の一例を示している。測定サンプルは、膜厚7000Å(700nm)、シート抵抗4.3Ω/□のAZO膜を用いた。   FIG. 6 shows the wavelength dependence characteristics of the transmittance measured for a glass material applicable to the glass substrate 10. FIG. 6A shows the transmittance characteristics of white plate glass, and FIG. 6B shows the transmittance characteristics of soda lime glass. On the other hand, FIG. 7 shows an example of the wavelength dependence characteristics of the transmittance and reflectance of an AZO film applicable to the transparent conductive film 11. As a measurement sample, an AZO film having a film thickness of 7000 mm (700 nm) and a sheet resistance of 4.3Ω / □ was used.

図7に示すように、AZO膜は、紫外線領域(波長400nm以下)において透過率及び反射率がいずれも低いことから、紫外線レーザ光を用いればAZO膜を効率よく加工することが可能であることがわかる。しかしながら、図6(A)、(B)に示したように、ガラス基板10は紫外線領域での光の吸収率が比較的高く、ガラス基板10側からレーザ光を照射してAZO膜(透明導電膜11)を加工する場合、ガラス基板10にクラック等のダメージが入るおそれがある。一方、AZO膜は図7に示すように、波長1500nm以上の光の反射率が比較的高く、この波長領域のレーザ光ではAZO膜を効率的に加工することが非常に困難となる。そこで本実施形態では、AZO膜に関して透過率及び反射率がいずれも比較的低い波長領域である、1000nm以上1500nm以下のレーザ光が用いられる。   As shown in FIG. 7, the AZO film has both low transmittance and reflectance in the ultraviolet region (wavelength of 400 nm or less), and therefore it is possible to efficiently process the AZO film using ultraviolet laser light. I understand. However, as shown in FIGS. 6A and 6B, the glass substrate 10 has a relatively high light absorptance in the ultraviolet region, and the AZO film (transparent conductive film) is irradiated with laser light from the glass substrate 10 side. When processing the film 11), the glass substrate 10 may be damaged such as cracks. On the other hand, as shown in FIG. 7, the AZO film has a relatively high reflectance of light having a wavelength of 1500 nm or more, and it is very difficult to efficiently process the AZO film with laser light in this wavelength region. Therefore, in the present embodiment, a laser beam having a wavelength of 1000 nm or more and 1500 nm or less, which is a wavelength region in which both the transmittance and the reflectance of the AZO film are relatively low, is used.

次に、AZO膜を加工する赤外線レーザ光の断面強度分布(ビームプロファイル)について説明する。   Next, the cross-sectional intensity distribution (beam profile) of the infrared laser beam for processing the AZO film will be described.

一般的なレーザ加工では、周辺部よりも中央部のビーム強度が高い断面強度分布(ビームプロファイル)を有するレーザ光が用いられる。比較例として図8(A)にSnO膜をパターニングする場合におけるレーザ光の典型的な断面強度分布(ビームプロファイル)を模式的に示す。図8(B)は、図8(A)に示すビームプロファイルで厚み700nmのAZO膜をパターニングしたときのレーザ照射領域のSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。図中右側がレーザ照射領域であり、左側が非照射領域である。レーザ照射条件は、レーザ発振波長1064nm、レーザ照射パワー8.37W(9.6J/cm)、レーザ走査速度1000mm/s、パルス幅72nsとし、加工幅は58.8μmであった。In general laser processing, laser light having a cross-sectional intensity distribution (beam profile) in which the beam intensity in the central part is higher than that in the peripheral part is used. As a comparative example, FIG. 8A schematically shows a typical cross-sectional intensity distribution (beam profile) of laser light in the case of patterning the SnO 2 film. FIG. 8B is an SEM (scanning electron microscope) photograph of a laser irradiation region when an AZO film having a thickness of 700 nm is patterned with the beam profile shown in FIG. In the drawing, the right side is a laser irradiation region, and the left side is a non-irradiation region. The laser irradiation conditions were a laser oscillation wavelength of 1064 nm, a laser irradiation power of 8.37 W (9.6 J / cm 2 ), a laser scanning speed of 1000 mm / s, a pulse width of 72 ns, and a processing width of 58.8 μm.

透明導電膜がAZO等のZnO系透明導電材料である場合、SnO膜と同様な照射条件でレーザ光を照射すると、透明導電膜を適正にパターニングすることができない。図8(B)に示すように、図中右側のレーザ照射領域にAZO膜が残存している様子がわかる。この場合、レーザ照射領域は、分離溝としてのパターン間の絶縁分離機能を果たさない。When the transparent conductive film is a ZnO-based transparent conductive material such as AZO, the transparent conductive film cannot be appropriately patterned when irradiated with laser light under the same irradiation conditions as the SnO 2 film. As shown in FIG. 8B, it can be seen that the AZO film remains in the laser irradiation region on the right side of the drawing. In this case, the laser irradiation region does not perform an insulating separation function between patterns as a separation groove.

そこで本実施形態の形態では、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布(ビームプロファイル)を有する赤外線パルスレーザ光を用いて、AZO膜をパターニングする。図9(A)に、本実施形態において用いられる赤外線パルスレーザ光の断面強度分布の一例を模式的に示す。図9(B)は、図9(A)に示すビームプロファイルで厚み700nmのAZO膜をパターニングしたときのレーザ照射領域のSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。図中右側がレーザ照射領域であり、左側が非照射領域である。レーザ照射条件は、レーザ発振波長1064nm、レーザ照射パワー8.37W(9.6J/cm)、レーザ走査速度1000mm/s、パルス幅72nsとし、加工幅は44.6μmであった。Therefore, in this embodiment, the AZO film is patterned using infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution (beam profile) in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part. FIG. 9A schematically shows an example of a cross-sectional intensity distribution of the infrared pulse laser beam used in the present embodiment. FIG. 9B is a SEM (scanning electron microscope) photograph of a laser irradiation region when an AZO film having a thickness of 700 nm is patterned with the beam profile shown in FIG. 9A. In the drawing, the right side is a laser irradiation region, and the left side is a non-irradiation region. The laser irradiation conditions were a laser oscillation wavelength of 1064 nm, a laser irradiation power of 8.37 W (9.6 J / cm 2 ), a laser scanning speed of 1000 mm / s, a pulse width of 72 ns, and a processing width of 44.6 μm.

図9(A)に示すような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いることで、図8(A)に示したような断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いる場合と比較して、レーザ照射領域と非照射領域との境界部における膜残りを抑制することが可能となる。ビーム周辺部とビーム中央部との強度比は特に限定されず、周辺部のビーム強度が中央部のビーム強度よりも高ければよい。   By using an infrared pulse laser beam having a cross-sectional intensity distribution as shown in FIG. 9A, compared to using an infrared pulse laser beam having a cross-sectional intensity distribution as shown in FIG. 8A, It is possible to suppress the film residue at the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region. The intensity ratio between the beam peripheral part and the beam central part is not particularly limited as long as the beam intensity at the peripheral part is higher than the beam intensity at the central part.

本実施形態によれば、比較例(図8(B))よりも境界部の形状をシャープに形成することができる(図9(B))。また、同一のレーザ照射条件にもかからわらず、図9(A)に示したビームプロファイルを有するレーザ光の方が加工幅を狭くすることができる。これらの効果は、中央部よりも周辺部のビーム強度が高いことで、レーザ光(ビーム)の断面外周部の加工効率が高められることによると考えられる。以上のことから、本実施形態によれば、AZO膜を適正にパターニングすることができるとともに、微細パターンを高精度に形成することができる。   According to the present embodiment, the shape of the boundary portion can be formed sharper than in the comparative example (FIG. 8B) (FIG. 9B). In addition, regardless of the same laser irradiation conditions, the laser beam having the beam profile shown in FIG. 9A can reduce the processing width. These effects are considered to be due to the fact that the processing efficiency of the outer peripheral portion of the cross section of the laser beam (beam) is enhanced by the fact that the beam intensity in the peripheral portion is higher than that in the central portion. From the above, according to the present embodiment, the AZO film can be appropriately patterned, and a fine pattern can be formed with high accuracy.

本実施形態の赤外線パルスレーザ光源26rは、図9(A)に示したように、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を照射する。上記レーザ光は、発振器31と光ファイバー32とで生成される。発振器31としては、ファイバーパルスレーザ発振器が用いられる。   As shown in FIG. 9A, the infrared pulse laser light source 26r of the present embodiment irradiates infrared pulse laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part. The laser beam is generated by the oscillator 31 and the optical fiber 32. As the oscillator 31, a fiber pulse laser oscillator is used.

この種のレーザ発振器は、ファイバーレーザ媒質と、励起光源とを有している。励起光源は、励起光をファイバーレーザ媒質へ出射する。励起光の出射タイミングによってレーザ光のパルス幅が制御される。特に、数十nsという微小なパルス幅を容易に実現することが可能である。ファイバーレーザ媒質は、利得媒質としてコアに希土類イオンを添加したファイバーが主に用いられており、YAG結晶等の結晶媒質に比べて広帯域な光増幅が可能である。ファイバーレーザ媒質から射出されるレーザ光は、断面強度分布が異なる複数のモードを有しており、光ファイバー32のコア径及びファイバー長を調整することによって、所望のシングルモードのレーザ光が出力される。本実施形態において、発振器31から射出されるレーザ光は、中心部に強度のピークを有するLP01モードと、周辺部にピーク強度を有するLP11モードが混在するマルチモードを有しており、光ファイバー32は、伝送過程でLP01モードのレーザ光を適度に減衰させつつ、所望とするLP11モードのレーザ光が選択的に出力されるように、コア径及びファイバー長が設定されている。   This type of laser oscillator has a fiber laser medium and an excitation light source. The excitation light source emits excitation light to the fiber laser medium. The pulse width of the laser light is controlled by the emission timing of the excitation light. In particular, it is possible to easily realize a minute pulse width of several tens of ns. The fiber laser medium mainly uses a fiber in which rare earth ions are added to the core as a gain medium, and can perform optical amplification over a wider band than a crystal medium such as a YAG crystal. The laser light emitted from the fiber laser medium has a plurality of modes having different cross-sectional intensity distributions, and a desired single-mode laser light is output by adjusting the core diameter and fiber length of the optical fiber 32. . In the present embodiment, the laser light emitted from the oscillator 31 has a multimode in which an LP01 mode having an intensity peak at the center and an LP11 mode having a peak intensity at the periphery are mixed. The core diameter and the fiber length are set so that the desired LP11 mode laser beam is selectively output while the LP01 mode laser beam is appropriately attenuated during the transmission process.

制御部28は、透明導電膜11に対する上記赤外線パルスレーザ光の照射範囲の一部が重複するようにステージ22の移動を制御する。照射範囲のオーバーラップ率(重複率)は、適宜設定することができ、例えば、10%以上70%以下とすることができる。オーバーラップ率が10%未満の場合、隣接するパターン間において所期の絶縁抵抗を確保することが困難となる。また、オーバーラップ率が70%を超えると、レーザ照射領域に導電性の副生成物が生成されることで、パターン間の絶縁抵抗が低下する。上記オーバーラップ率は、透明導電膜に対する赤外線パルスレーザ光の走査速度、当該レーザ光のパルス繰り返し周波数などによって制御することが可能である。   The control unit 28 controls the movement of the stage 22 so that a part of the irradiation range of the infrared pulse laser beam on the transparent conductive film 11 overlaps. The overlap rate (overlap rate) of the irradiation range can be set as appropriate, and can be, for example, 10% or more and 70% or less. When the overlap rate is less than 10%, it is difficult to ensure a desired insulation resistance between adjacent patterns. On the other hand, if the overlap ratio exceeds 70%, conductive by-products are generated in the laser irradiation region, and the insulation resistance between patterns decreases. The overlap rate can be controlled by the scanning speed of the infrared pulse laser beam with respect to the transparent conductive film, the pulse repetition frequency of the laser beam, and the like.

上記オーバーラップ率は、以下の式で表すことができる。
オーバーラップ率={(d−V/f)/d}×100[%] …(2)
ここで、dはスポット径[mm]、Vは基板(ステージ)の移動速度[mm/s]、fはパルス繰り返し周波数[Hz]である。オーバーラップ率は、スポット径d、ステージ22の移動速度V、パルス繰り返し周波数fを変更することによって、任意に制御することが可能である。例えば、パルス繰り返し周波数fを30kHz、スポット径dを48μmとした場合、移動速度Vは144mm/s以上1008mm/s以下の範囲で制御される。
The overlap rate can be expressed by the following equation.
Overlap ratio = {(d−V / f) / d} × 100 [%] (2)
Here, d is the spot diameter [mm], V is the moving speed [mm / s] of the substrate (stage), and f is the pulse repetition frequency [Hz]. The overlap rate can be arbitrarily controlled by changing the spot diameter d, the moving speed V of the stage 22, and the pulse repetition frequency f. For example, when the pulse repetition frequency f is 30 kHz and the spot diameter d is 48 μm, the moving speed V is controlled in the range of 144 mm / s to 1008 mm / s.

図10は、オーバーラップ率を異ならせて厚み700nmのAZO膜に赤外線パルスレーザ光を照射したときのレーザ照射領域を示す各サンプルの光学顕微鏡写真である。レーザ照射条件は、発振波長1064nm、照射パワー8.8W、繰り返し周波数49kHzとし、オーバーラップ率は、基板(ステージ)の移動速度によって調整した。図10(A)に示すサンプルA1では移動速度を2.0m/s(オーバーラップ率14%)とし、図10(B)に示すサンプルB1では移動速度を1.5m/s(オーバーラップ率35%)とした。図10(C)に示すサンプルC1では移動速度を1.0m/s(オーバーラップ率57%)とし、図10(D)に示すサンプルD1では移動速度を0.5m/s(オーバーラップ率78%)とした。そして、各サンプルについて、レーザ照射領域で分離された隣接する2つのパターン間の直線抵抗を測定した。サンプルA1〜D1の測定値は、それぞれ、5MΩ、「O.L.」、「O.L.」及び2MΩだった。「O.L.」は、測定器の測定限界を超える抵抗値(オーバーロード、過負荷)を意味する。測定には、横河メータ&インスツルメンツ株式会社製ディジタル絶縁抵抗計「MY40」を用いた。   FIG. 10 is an optical micrograph of each sample showing a laser irradiation region when an AZO film having a thickness of 700 nm is irradiated with infrared pulse laser light with different overlap ratios. The laser irradiation conditions were an oscillation wavelength of 1064 nm, an irradiation power of 8.8 W, and a repetition frequency of 49 kHz, and the overlap rate was adjusted by the moving speed of the substrate (stage). In the sample A1 shown in FIG. 10A, the moving speed is 2.0 m / s (overlap ratio 14%), and in the sample B1 shown in FIG. 10B, the moving speed is 1.5 m / s (overlap ratio 35). %). In the sample C1 shown in FIG. 10C, the moving speed is 1.0 m / s (overlap rate 57%), and in the sample D1 shown in FIG. 10D, the moving speed is 0.5 m / s (overlap rate 78). %). And about each sample, the linear resistance between two adjacent patterns isolate | separated in the laser irradiation area | region was measured. The measured values of Samples A1 to D1 were 5 MΩ, “OL”, “OL”, and 2 MΩ, respectively. “OL” means a resistance value (overload, overload) exceeding the measurement limit of the measuring instrument. For measurement, a digital insulation resistance meter “MY40” manufactured by Yokogawa Meter & Instruments Co., Ltd. was used.

サンプルA1〜C1を比較すると、サンプルA1に比べて、サンプルB1及びC1は絶縁抵抗が高いことから、オーバーラップ率は高いほど絶縁耐圧が大きくなることがわかる。また、オーバーラップ率が極度に低い場合(例えば10%未満)、所期の絶縁抵抗(MΩ以上)を確保することができないおそれがある。また、サンプルA1とサンプルD1とを比較すると、オーバーラップ率の高いサンプルD1の方が、絶縁抵抗が低いことが確認された。これは、オーバーラップ率が過度に大きいと(例えば70%超)、レーザ照射領域に導電性の副生成物が発生し、パターン間の絶縁特性を低下させるためであると考えられる。この種の副生成物は、酸化亜鉛系材料を1000〜1500nmの波長帯域のレーザで加工した場合に発生しやすい。   Comparing samples A1 to C1, it can be seen that samples B1 and C1 have higher insulation resistance than sample A1, so that the withstand voltage increases as the overlap ratio increases. In addition, when the overlap rate is extremely low (for example, less than 10%), a desired insulation resistance (MΩ or more) may not be ensured. Further, when comparing the sample A1 and the sample D1, it was confirmed that the sample D1 having a higher overlap ratio had a lower insulation resistance. This is considered to be because when the overlap ratio is excessively large (for example, more than 70%), conductive by-products are generated in the laser irradiation region, and the insulating characteristics between patterns are deteriorated. This type of by-product is likely to occur when a zinc oxide-based material is processed with a laser having a wavelength band of 1000 to 1500 nm.

一方、上記副生成物は、パターニングされたAZO膜をアルカリ系水溶液で洗浄することで除去可能である。図11(A)は所定条件下でパターニングしたAZO膜サンプルのレーザ照射直後の状態を示すSEM写真であり、図11(B)は当該サンプルをアルカリ系水溶液で洗浄した後の状態を示すSEM写真である。図11(A)においてレーザ照射領域に副生成物の存在が確認されるが、図11(B)に示すように、洗浄後はレーザ照射領域が清浄化されていることが確認された。洗浄液としては、例えば、水酸化カリウム溶液(水溶液)を用いることができる。   On the other hand, the by-product can be removed by washing the patterned AZO film with an alkaline aqueous solution. FIG. 11A is an SEM photograph showing a state immediately after laser irradiation of an AZO film sample patterned under predetermined conditions, and FIG. 11B is an SEM photograph showing a state after the sample is washed with an alkaline aqueous solution. It is. In FIG. 11A, the presence of by-products is confirmed in the laser irradiation region. However, as shown in FIG. 11B, it was confirmed that the laser irradiation region was cleaned after cleaning. As the cleaning liquid, for example, a potassium hydroxide solution (aqueous solution) can be used.

次に、赤外線パルスレーザ光の照射パワー及びパルス幅について説明する。   Next, the irradiation power and pulse width of infrared pulse laser light will be described.

図12(A)〜(D)は、照射パワーを異ならせて厚み700nmのAZO膜に赤外線パルスレーザ光を照射したときのレーザ照射領域を示す各サンプルのSEM写真である。レーザ照射条件は、発振波長を1064nm、繰り返し周波数を50kHz、基板(ステージ)の移動速度を1000mm/s、オーバーラップ率を56%、パルス幅を約72nsとした。図12(A)に示すサンプルA2では照射パワーを3.82W(4.4J/cm)とし、図12(B)に示すサンプルB2では照射パワーを6.10W(7.0J/cm)とした。図12(C)に示すサンプルC2では照射パワーを8.37W(9.61J/cm)とし、図12(D)に示すサンプルD2では照射パワーを10.79W(12.4J/cm)とした。FIGS. 12A to 12D are SEM photographs of each sample showing a laser irradiation region when an AZO film having a thickness of 700 nm is irradiated with infrared pulsed laser light with different irradiation powers. The laser irradiation conditions were an oscillation wavelength of 1064 nm, a repetition frequency of 50 kHz, a moving speed of the substrate (stage) of 1000 mm / s, an overlap rate of 56%, and a pulse width of about 72 ns. In sample A2 shown in FIG. 12A, the irradiation power is 3.82 W (4.4 J / cm 2 ), and in sample B2 shown in FIG. 12B, the irradiation power is 6.10 W (7.0 J / cm 2 ). It was. In the sample C2 shown in FIG. 12C, the irradiation power is 8.37 W (9.61 J / cm 2 ), and in the sample D2 shown in FIG. 12D, the irradiation power is 10.79 W (12.4 J / cm 2 ). It was.

サンプルA2〜D2はいずれも所期の絶縁抵抗を確保できることが確認されたが、パターン境界部における形状精度が低い。すなわち、レーザ照射領域と非照射領域との境界部をシャープに形成することができない。境界部の形状の崩れは、境界部におけるAZO膜の溶融とそれによる盛り上がりが関係していると考えられる。パルス幅72nsで照射したサンプルA2〜D2において、比較的照射パワーの大きいサンプルD1に関しては、上記境界部における形状のバラツキが著しい。サンプルA2〜D2の加工幅は、それぞれ、37μm、42.5μm、45.6μm及び46.1μmであり、照射パワーが大きくなるほど加工幅が広がることが確認された。   Although it was confirmed that all of the samples A2 to D2 can ensure the desired insulation resistance, the shape accuracy at the pattern boundary is low. In other words, the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region cannot be formed sharply. It is considered that the collapse of the shape of the boundary portion is related to the melting of the AZO film at the boundary portion and the swell due thereto. In the samples A2 to D2 irradiated with the pulse width of 72 ns, the variation in the shape at the boundary portion is remarkable for the sample D1 having a relatively large irradiation power. The processing widths of Samples A2 to D2 were 37 μm, 42.5 μm, 45.6 μm, and 46.1 μm, respectively, and it was confirmed that the processing width increased as the irradiation power increased.

一方、図13(A)〜(D)は、パルス幅約32nsの条件で赤外線パルスレーザ光を照射したときの各AZO膜サンプルのSEM写真である。発振波長は1064nm、繰り返し周波数は50kHz、基板(ステージ)の移動速度は1000mm/s、オーバーラップ率は56%とした。図13(A)に示すサンプルA3では照射パワーを1.43W(1.6J/cm)とし、図13(B)に示すサンプルB3では照射パワーを2.50W(2.9J/cm)とした。図13(C)に示すサンプルC3では照射パワーを3.62W(4.2J/cm)とし、図13(D)に示すサンプルD3では照射パワーを4.76W(5.5J/cm)とした。On the other hand, FIGS. 13A to 13D are SEM photographs of each AZO film sample when irradiated with infrared pulse laser light under a condition of a pulse width of about 32 ns. The oscillation wavelength was 1064 nm, the repetition frequency was 50 kHz, the moving speed of the substrate (stage) was 1000 mm / s, and the overlap rate was 56%. In sample A3 shown in FIG. 13A, the irradiation power is 1.43 W (1.6 J / cm 2 ), and in sample B3 shown in FIG. 13B, the irradiation power is 2.50 W (2.9 J / cm 2 ). It was. In the sample C3 shown in FIG. 13C, the irradiation power is 3.62 W (4.2 J / cm 2 ), and in the sample D3 shown in FIG. 13D, the irradiation power is 4.76 W (5.5 J / cm 2 ). It was.

サンプルA3に関しては、照射パワーが低すぎたため、レーザ照射領域上のAZO膜を完全に除去することができず、パターンの分離溝として所期の機能は得られなかった。サンプルB3、C3及びD3に関しては、パターン間に所期の絶縁抵抗を確保でき、かつ、レーザ照射領域と非照射領域との境界部を適度なシャープさで形成でき、境界部におけるAZO膜の盛り上がりも抑制できることが確認された。サンプルA3〜D3の加工幅は、それぞれ、28.2μm、37.7μm、41.0μm及び43.1μmであった。   Regarding sample A3, since the irradiation power was too low, the AZO film on the laser irradiation region could not be completely removed, and the desired function as a pattern separation groove could not be obtained. For samples B3, C3, and D3, the desired insulation resistance can be ensured between the patterns, and the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region can be formed with moderate sharpness, and the AZO film rises at the boundary. It was also confirmed that it can be suppressed. The processing widths of Samples A3 to D3 were 28.2 μm, 37.7 μm, 41.0 μm, and 43.1 μm, respectively.

図12及び図13に示した実験結果から、パルス幅が長く照射パワーが大きいほど、AZO膜に過度にエネルギーが照射されることでAZO膜が溶融し、盛り上がりによる形状の崩れが顕著となることがわかる。したがって、パルス幅の大きさに応じた照射パワーを最適化することで、所期の絶縁抵抗を確保しつつ、パターンの形状精度の低下を抑えることが可能となる。パルス幅が約33nsの場合における照射パワー(エネルギー密度)は、例えば2.0J/cm以上12J/cm以下とすることができる。From the experimental results shown in FIGS. 12 and 13, the longer the pulse width and the greater the irradiation power, the more the energy is applied to the AZO film, the more the AZO film melts, and the shape collapse due to the bulge becomes noticeable. I understand. Therefore, by optimizing the irradiation power according to the size of the pulse width, it is possible to prevent a decrease in pattern shape accuracy while ensuring the desired insulation resistance. Irradiation power when the pulse width is about 33 ns (energy density) can be, for example, 2.0 J / cm 2 or more 12 J / cm 2 or less.

以上、赤外線パルスレーザ光源26rについて説明した。他方、緑色パルスレーザ光源26gは、半導体層12及び金属膜13のパターニングが可能であれば、レーザ特性に制限はない。レーザ光源26gから照射される緑色レーザ光としては、例えば、Nd−YAGレーザ(1064nm)の第2次高調波(532nm)を用いることができる。緑色レーザ光のビームプロファイルは、図8(A)に示したようなガウシアン分布であってもよいし、図8(B)に示したような、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布であってもよい。緑色パルスレーザ光の典型的な照射条件としては、半導体層12のパターニング工程では0.5〜1.3J/cmであり、金属膜13のパターニング工程では0.5〜1.3J/cmである。The infrared pulse laser light source 26r has been described above. On the other hand, the green pulse laser light source 26g is not limited in laser characteristics as long as the semiconductor layer 12 and the metal film 13 can be patterned. As the green laser light emitted from the laser light source 26g, for example, a second harmonic (532 nm) of an Nd-YAG laser (1064 nm) can be used. The beam profile of the green laser light may have a Gaussian distribution as shown in FIG. 8A, or a cross section in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part as shown in FIG. 8B. It may be an intensity distribution. Typical irradiation conditions of the green pulse laser beam, the step of patterning the semiconductor layer 12 is 0.5~1.3J / cm 2, in the step of patterning the metal film 13 is 0.5~1.3J / cm 2 It is.

次に、以上のように構成される本実施形態のレーザ加工装置20の動作について説明する。   Next, the operation of the laser processing apparatus 20 of the present embodiment configured as described above will be described.

図2(A)に示したように、基板Sとして、透明導電膜11が形成されたガラス基板10(図2(A))は、透明導電膜11の成膜面を下向きにしてステージ22上に載置される。制御部28は、レーザ光源ユニット26をY軸方向及びZ軸方向に移動させることで、赤外線パルスレーザ光源26rを基板Sに対する照射位置へ位置させる。次いで、制御部28は、ステージを所定の等速度でX軸方向へ移動させながら、基板Sに向けて赤外線パルスレーザ光を各赤外線パルスレーザ光源26rから同時に照射させる。ステージ22の移動速度は、制御部28によって、レーザ光が所定のオーバーラップ率で走査されるような速度に制御される。これにより、透明導電膜11に対して複数本の第1の分離溝11a(図2(B))が同時に形成される。   As shown in FIG. 2A, the glass substrate 10 (FIG. 2A) on which the transparent conductive film 11 is formed as the substrate S is on the stage 22 with the film formation surface of the transparent conductive film 11 facing downward. Placed on. The control unit 28 moves the laser light source unit 26 in the Y-axis direction and the Z-axis direction, thereby positioning the infrared pulse laser light source 26r to the irradiation position with respect to the substrate S. Next, the control unit 28 simultaneously irradiates the substrate S with infrared pulse laser light from each infrared pulse laser light source 26r while moving the stage in the X-axis direction at a predetermined constant speed. The moving speed of the stage 22 is controlled by the control unit 28 so that the laser beam is scanned at a predetermined overlap rate. Thereby, a plurality of first separation grooves 11a (FIG. 2B) are simultaneously formed in the transparent conductive film 11.

本実施形態において、赤外線パルスレーザ光源26rは、発振器31から、発振波長1064nm、出力3.6W、繰り返し周波数30kHz、パルス幅33ns(ナノ秒)のランダム偏光のレーザ光を射出する。レーザ光のオーバーラップ率は、上述したような態様で、10%以上70%以下の範囲に調整される。   In the present embodiment, the infrared pulse laser light source 26r emits a randomly polarized laser beam having an oscillation wavelength of 1064 nm, an output of 3.6 W, a repetition frequency of 30 kHz, and a pulse width of 33 ns (nanoseconds) from the oscillator 31. The overlap ratio of the laser light is adjusted to a range of 10% to 70% in the above-described manner.

制御部28は、ステージ22をX軸方向に往復移動させる。第1の分離溝11aは、ステージ22のX軸方向への移動中に形成される。制御部28は、レーザ光源ユニット26をY軸方向に所定距離移動させて、基板Sに対する次なる照射位置へレーザ光源ユニット26を位置させる。レーザ光源ユニット26のY軸方向への移動制御は、ステージ22の移動方向の折り返し時に実行される。そして、再び上述と同様な動作により、透明導電膜11に新たな分離溝11aが形成される。上記動作が所定回数繰り返されることにより、透明導電膜11に複数本の分離溝11aが形成される。   The control unit 28 reciprocates the stage 22 in the X axis direction. The first separation groove 11a is formed during the movement of the stage 22 in the X-axis direction. The control unit 28 moves the laser light source unit 26 by a predetermined distance in the Y-axis direction, and positions the laser light source unit 26 to the next irradiation position with respect to the substrate S. The movement control of the laser light source unit 26 in the Y-axis direction is executed when the stage 22 is turned back in the movement direction. Then, a new separation groove 11 a is formed in the transparent conductive film 11 again by the same operation as described above. By repeating the above operation a predetermined number of times, a plurality of separation grooves 11 a are formed in the transparent conductive film 11.

本実施形態によれば、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を用いてAZOからなる透明導電膜11をパターニングするようにしている。これにより、レーザ照射領域と非照射領域との境界部における膜残りを抑制でき、当該境界部をシャープな形状で形成することが可能となる。その結果、分離溝11aの加工精度が高まり、所期の絶縁抵抗を有する透明導電膜パターンを形成することが可能となる。   According to this embodiment, the transparent conductive film 11 made of AZO is patterned using infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part. Thereby, the film residue in the boundary part of a laser irradiation area | region and a non-irradiation area | region can be suppressed, and it becomes possible to form the said boundary part in a sharp shape. As a result, the processing accuracy of the separation groove 11a is increased, and a transparent conductive film pattern having a desired insulation resistance can be formed.

分離溝11aの形成後、透明導電膜11は、アルカリ系洗浄液で洗浄される。これにより、分離溝11aの形成領域に生成した導電性の副生成物が除去され、分離溝11aの絶縁特性を確保することができる。この洗浄工程は、洗浄液中に基板Sを浸漬する方法が採用されてもよいし、スプレーあるいは回転塗布方式によって透明導電膜11を洗浄する方法が採用されてもよい。なお、この洗浄工程の実施は任意であり、必要に応じて省略することができる。   After the formation of the separation groove 11a, the transparent conductive film 11 is cleaned with an alkaline cleaning liquid. Thereby, the conductive by-product produced | generated in the formation area of the isolation | separation groove | channel 11a is removed, and the insulation characteristic of the isolation | separation groove | channel 11a can be ensured. In this cleaning step, a method of immersing the substrate S in a cleaning solution may be employed, or a method of cleaning the transparent conductive film 11 by spraying or spin coating may be employed. In addition, implementation of this washing | cleaning process is arbitrary and can be abbreviate | omitted as needed.

本実施形態のレーザ加工装置20は、半導体層12及び金属膜13のパターニング工程にも用いることができる。半導体層12及び金属膜13のパターニングでは、緑色パルスレーザ光源26gが用いられる。そして、上述と同様の動作によって、半導体層12及び金属膜13それぞれに対し、所定の位置に複数本の分離溝12a、13a(図2(D)、(F))が形成される。   The laser processing apparatus 20 of this embodiment can also be used for the patterning process of the semiconductor layer 12 and the metal film 13. In patterning the semiconductor layer 12 and the metal film 13, a green pulse laser light source 26g is used. Then, a plurality of separation grooves 12a and 13a (FIGS. 2D and 2F) are formed at predetermined positions for the semiconductor layer 12 and the metal film 13 by the same operation as described above.

本実施形態によれば、透明導電膜11のパターニング工程に際して、上述したように照射条件(ビームプロファイル、オーバーラップ率、パルス幅、照射エネルギー等)を最適化することで、分離溝11aを適正に形成することができる結果、所期の隣接セル間における所期の絶縁抵抗を有する太陽電池モジュールを安定して製造することが可能となる。特に、分離溝11aのエッジ部における透明導電膜の溶融による盛り上がりを抑えることができるため、透明導電膜11に対する半導体層12のカバレージ性が高まり、透明導電膜11と金属膜13との間の電気的短絡を効果的に阻止することが可能となる。   According to the present embodiment, in the patterning process of the transparent conductive film 11, the separation groove 11a is appropriately formed by optimizing the irradiation conditions (beam profile, overlap rate, pulse width, irradiation energy, etc.) as described above. As a result of being formed, it is possible to stably manufacture a solar cell module having a desired insulation resistance between desired adjacent cells. In particular, since the rising due to melting of the transparent conductive film at the edge portion of the separation groove 11 a can be suppressed, the coverage of the semiconductor layer 12 with respect to the transparent conductive film 11 is enhanced, and the electrical property between the transparent conductive film 11 and the metal film 13 is increased. It is possible to effectively prevent a short circuit.

また、上記レーザ加工装置20によれば、分離溝11a、12a及び13aの形成が可能であるため、1台の装置で全てのレーザスクライブ工程に適用することが可能である。また、レーザ光源ユニット26が赤外線パルスレーザ光源26r及び緑色パルスレーザ光源26gを各々複数有しているため、これら複数のレーザ光源を同時に使用することでパターニング工程の効率化を図ることができ、更には生産性の向上を図ることが可能となる。   Moreover, according to the laser processing apparatus 20, since the separation grooves 11a, 12a, and 13a can be formed, it is possible to apply to all laser scribing processes with one apparatus. In addition, since the laser light source unit 26 includes a plurality of infrared pulse laser light sources 26r and green pulse laser light sources 26g, the efficiency of the patterning process can be improved by simultaneously using the plurality of laser light sources. Can improve productivity.

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.

例えば以上の実施形態では、本発明に係るレーザ加工装置20を分離溝11a、12a及び13aの形成工程に用いたが、さらに、基板周縁部に形成されている透明導電膜、半導体層及び金属膜からなる積層膜を除去するエッジディレーション工程にも、当該装置を適用してもよい。   For example, in the above embodiment, the laser processing apparatus 20 according to the present invention is used in the process of forming the separation grooves 11a, 12a, and 13a. Further, the transparent conductive film, semiconductor layer, and metal film formed on the peripheral edge of the substrate. The apparatus may also be applied to an edge deration process for removing the laminated film made of.

また以上の実施形態では、透明導電膜11の構成材がAZO膜である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、GZO、IGZO(インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物)等の他の酸化亜鉛系材料で構成された透明導電膜に対しても、本発明は適用可能である。   In the above embodiment, the case where the constituent material of the transparent conductive film 11 is an AZO film has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other materials such as GZO and IGZO (indium-gallium-zinc oxide) are used. The present invention can also be applied to a transparent conductive film made of a zinc oxide-based material.

10…ガラス基板
11…透明導電膜
11a…第1の分離溝
12…半導体層
12a…第2の分離溝
13…金属膜
13a…第3の分離溝
15…太陽電池モジュール
20…レーザ加工装置
21…基台
22…ステージ
23X、23Y…ガイドレール
24…ガントリー
26…レーザ光源ユニット
26r…赤外線パルスレーザ光源
26g…緑色パルスレーザ光源
28…制御部
31…発振器
32…光ファイバー
33…コリメータレンズ
34…アイソレータ
35…エキスパンダ
36…集光レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Glass substrate 11 ... Transparent electrically conductive film 11a ... 1st separation groove 12 ... Semiconductor layer 12a ... 2nd separation groove 13 ... Metal film 13a ... 3rd separation groove 15 ... Solar cell module 20 ... Laser processing apparatus 21 ... Base 22 ... Stage 23X, 23Y ... Guide rail 24 ... Gantry 26 ... Laser light source unit 26r ... Infrared pulse laser light source 26g ... Green pulse laser light source 28 ... Control unit 31 ... Oscillator 32 ... Optical fiber 33 ... Collimator lens 34 ... Isolator 35 ... Expander 36 ... Condensing lens

Claims (7)

中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を形成し、
透明基板上に形成された酸化亜鉛系の透明導電膜に対し前記赤外線パルスレーザ光を照射し、照射範囲の一部を重複させながら前記赤外線パルスレーザ光を走査することで、前記透明導電膜をパターニングする
薄膜太陽電池の製造方法。
Infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution with a higher beam intensity in the peripheral part than in the central part is formed,
The zinc oxide-based transparent conductive film formed on the transparent substrate is irradiated with the infrared pulsed laser light, and the transparent conductive film is scanned by scanning the infrared pulsed laser light while overlapping a part of the irradiation range. Patterning A method of manufacturing a thin film solar cell.
請求項1に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、さらに、
前記透明導電膜の上に半導体層を形成し、
前記半導体層の上に金属膜を形成する
薄膜太陽電池の製造方法。
It is a manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 1, Comprising: Furthermore,
Forming a semiconductor layer on the transparent conductive film;
A method for manufacturing a thin-film solar cell, comprising forming a metal film on the semiconductor layer.
請求項2に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透明導電膜は、アルミニウムを添加元素として含む酸化亜鉛系材料である
薄膜太陽電池の製造方法。
It is a manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 2,
The transparent conductive film is a zinc oxide-based material containing aluminum as an additive element.
請求項3に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記赤外線パルスレーザ光は、1000nm以上1500nm以下の波長を有する
薄膜太陽電池の製造方法。
It is a manufacturing method of the thin film solar cell according to claim 3,
The infrared pulsed laser beam has a wavelength of 1000 nm to 1500 nm.
請求項1に記載の薄膜太陽電池の製造方法であって、さらに、
パターニングされた前記透明導電膜を洗浄する
薄膜太陽電池の製造方法。
It is a manufacturing method of the thin film solar cell of Claim 1, Comprising: Furthermore,
A method for manufacturing a thin film solar cell, wherein the patterned transparent conductive film is washed.
透明基板上に形成された酸化亜鉛系の透明導電膜を有する薄膜太陽電池の製造装置であって、
中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布を有する赤外線パルスレーザ光を出射させるレーザ光源と、
前記透明基板を支持するステージと、
前記ステージを前記透明基板の面内方向に移動させることが可能な移動機構と、
前記透明導電膜に対する前記赤外線パルスレーザ光の照射範囲の一部が重複するように前記移動機構を制御する制御ユニットと
を具備する薄膜太陽電池の製造装置。
A thin-film solar cell manufacturing apparatus having a zinc oxide-based transparent conductive film formed on a transparent substrate,
A laser light source that emits infrared pulsed laser light having a cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity in the peripheral part is higher than that in the central part;
A stage for supporting the transparent substrate;
A moving mechanism capable of moving the stage in an in-plane direction of the transparent substrate;
An apparatus for manufacturing a thin-film solar cell, comprising: a control unit that controls the moving mechanism so that a part of an irradiation range of the infrared pulsed laser light on the transparent conductive film overlaps.
請求項6に記載の薄膜太陽電池の製造装置であって、
前記レーザ光源は、前記断面強度分布を有するレーザ光を形成する光ファイバーを含む
薄膜太陽電池の製造装置。
It is a manufacturing apparatus of the thin film solar cell of Claim 6, Comprising:
The laser light source includes an optical fiber that forms a laser beam having the cross-sectional intensity distribution.
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