JP3956200B2 - Thin film laser processing method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体や感光体などの薄膜にレーザ光を照射して加工するレーザ加工方法および装置、特に、電気絶縁性基板上にユニットセルを複数個直列接続する薄膜太陽電池などの薄膜パターンを形成する際の薄膜のレーザ加工方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化されている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【0003】
上記の薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィルム基板上に第1電極(下電極)、薄膜半導体層からなる光電変換層および第2電極(透明電極)が積層されてなる光電変換素子(またはセル)が複数形成されている。ある光電変換素子の第1電極と隣接する光電変換素子の第2電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第1電極と最後の光電変換素子の第2電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流100Vを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は100V以上が望ましく、実際には数10個以上の素子が直列接続される。
【0004】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法の一例は、例えば特開平10−233517号公報,特開2000−77690号公報や特願平11−19306号に記載されている。
【0005】
図7は、前記特開2000−77690に記載された薄膜太陽電池の構成を、模式的に示す平面図で、図7(a)は光電変換部が形成された表面の平面図、図7(b)は接続電極層が形成された裏側の平面図を示す。
【0006】
図7(a)において、1は基板、uは透明電極層、Hは共通の接続孔、sはパターニングされた分離部を示す。また、図7(b)において、eは接続電極層としての第4電極層、sはパターニングされた分離部、t1およびt2は接続電極層の端部の取出し電極を示す。接続電極層は、第1接続電極層(第3電極層)および第2接続電極層(第4電極層)からなり、この二つの電極層間に、図7には図示されていない電気絶縁層が形成されている。
【0007】
この薄膜太陽電池の製造方法の詳細は、上記公開特許公報に記載されているが、その概要は下記のとおりである。先ず、接続孔Hが開けられた基板1の表面に第1電極層を、裏面に第3電極層を製膜する。接続孔Hの内壁で第1電極層と第3電極層とが重なり導通する。次に、第1電極層を所定の形状にレーザ加工して第1電極層をパターニングした後、第3電極層も同様にレーザ加工して第3電極層をパターニングする。
【0008】
次に、第3電極層上に電気絶縁層を形成する。このとき、接続孔Hの内壁にも電気絶縁層を形成する。第1電極層上には、a−Siからなる光電変換層、透明電極層を製膜し、裏側の電気絶縁層上には、第4電極層の製膜を行なう。接続孔Hの内壁で透明電極層uと第4電極層eとが重なり、導通する。次いで透明電極層と第4電極層の積層をレーザ加工し、それぞれ透明電極層u、電力取り出し電極t1、t2および第4電極層eをパターニングする。
【0009】
最後に、第3電極層と第4電極層のパターニングライン間の一部をレーザ加工して電気絶縁層を一部除去し、この絶縁層除去部で第3電極層と第4電極層とを電気的に接続することにより、薄膜太陽電池の直列接続を完成する。なお、第3電極層と第4電極層との間には、前述の電気絶縁層を設けずに、電気的に接続する場合もある。
【0010】
ところで、薄膜太陽電池のパターン形成用のレーザ加工方法および装置に関しては、例えば特許第2831280号特許公報に記載されている。この公報に記載された装置の概略構成を図6に示す。
【0011】
図6に示す装置は、巻出しロール6aと巻取りロール7aとを有する基板搬送装置と、レーザ出射部3aと基板保持台4aとを有するレーザパターニング装置5aと、転写ロール9aと粘着ゴムロール10aとを有するクリーニングロール8aとを備え、基板1に開けた図示しない搬送マ−カ孔を光検出器2aで検出し、基板1を、前記レーザパターニング装置5aの所定の位置に導き基板を平坦に固定した後、基板上に形成された薄膜をレーザ加工法を用いてパターニングし、その後、レーザ加工部よりも下流において、前記粘着ゴムロール10aを用いて、レーザ加工時に基板に付着した汚れ(レーザ加工残渣)を除去するものである。
【0012】
前記レーザ加工法および装置によれば、搬送される可撓性基板の一部分に張力を与えて平坦に保持することにより、その保持部分にレーザ光を照射しての加工が容易にでき、加工強度および加工再現性の良いレーザ加工を行うことができる。また、加工によって発生する塵を基板面上から除去する機構を設けたことにより歩留まりの向上が図れる。この結果、薄膜太陽電池の製造に有効に使用できるレーザ加工装置が得られる。
【0013】
ところで、上記図6に示すレーザ加工方法および装置においては、ロールツーロール搬送の利点である高生産性と枚葉搬送の利点である高精度パターン形成が行えるという特徴を有しているものの、単位薄膜太陽電池領域を平坦に固定しなければならないため、装置が大型化するとともに、基板固定に多くの時間が必要となり、生産性が低下する問題があった。また、複雑な固定機構も必要であった。
【0014】
例えば、可撓性基板上の高品質な薄膜のパターニングのためにレーザ加工を行うには、基板を±0.1mm以内の平坦度で保持しなければならない。従来は、このような保持を、基板を平坦な基板保持台(加工ステージ)上に、真空吸着することによって実現していた。しかしながら、孔のあいた基板を真空吸着すると、基板にあいた孔の部分からの空気漏れのため、加工ステージに基板が密着せず、基板の平坦度が悪くなり、加工距離のずれ幅が大きく、加工幅がばらつくという問題があった。
【0015】
上記のような問題を解消するために本願出願人は、改良されたレーザ加工方法および装置を特願2001−305124号により出願している。図4は、その装置の模式的構成図、図5は、パターニングラインが一部に形成された基板の模式的部分拡大図であり、部番を一部変更して示す。
【0016】
図4および5に示すレーザ加工方法および装置は、概ね下記を特徴とする(詳細は、前記特願2001−305124号参照)。即ち、巻出しロール6aと巻取りロール7aと基板支持ロール30aとを有する基板搬送装置と、レーザ出射部70と、パターニングの位置決めを行なうためのマーカ20aまたは基準とするパターニングラインの検出部60と、搬送およびパターニング加工制御を行なう制御部50とを有するパターニング装置とを備える薄膜パターン形成装置により、ロール状の長尺基板を間歇的に搬送し、その搬送距離は、少なくとも隣接するパターニングラインの間隔より大きいものの比較的短い所定距離とし、前記基板支持ロールに支持された基板上に形成された薄膜を、レーザによりパターニングすることを特徴とする。
【0017】
前記方法によれば、円筒状のロールに支持された基板は、実質的に平坦な面に支持される。これにより、前記ロール上でも、精度の高いパターニング加工が可能となる。また、円筒状の支持ロールは、基板の搬送用ロールと兼用させることができるので、生産性の向上を図ることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記改良されたレーザ加工方法および装置においても、下記のような問題があった。
【0019】
前記装置における円筒状の支持ロールは金属製であり、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金のような金属よりなる加工ステージは、レーザ加工時にレーザ光により損傷され、表面に凹凸が生ずる。このような凹凸が生じた加工ステージは、可撓性基板であるフィルムを傷つけやすく、品質の安定性を損なう問題があった。
【0020】
また、従来のレーザ加工法(YAGレーザ)では、レーザのビーム出射部をXYステージ等で移動させて加工を行っているが、レーザのビーム出射部と発振器とは、ファイバ光学系などを用いて接続されており、移動体の慣性負荷が大きくなり、また高速化には大きな動力が必要となり、生産性が劣る問題があった。
【0021】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の課題は、円筒状のロールに支持された薄膜の、品質安定性の良いレーザ加工を可能とし、かつ、高精度にして生産性の高いレーザ加工方法とその装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、ロール状の可撓性長尺基板を所定の基板支持部に搬送し、前記基板の少なくとも一方の主面に形成された薄膜にレーザ光を照射して加工する薄膜のレーザ加工方法において、
前記基板支持部は透光性中空ロールとし、この透光性中空ロールの外周部に前記基板を搬送して基板に張力をかけた状態で位置決めした後、前記透光性中空ロールの中空側から薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成し、この焦点を、前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させることにより加工する(請求項1の発明)。
【0023】
上記請求項1の発明によれば、搬送される可撓性基板を透光性中空ロールに密着させて平坦に保持し、その内側からレーザ光を照射して可撓性基板上の薄膜を加工することで、高精度で安定性の高いレーザ加工を行うことができる。
【0024】
また、前記透光性中空ロールは、基板の搬送用ロールを兼用し、かつ、ファイバ光学系なしに内側から加工できるので、生産性のさらなる向上を図ることができる。上記方法によれば、精度の高いパターニング加工が容易に実施可能となる。
【0025】
さらに、前記方法を実施するための装置としては、下記請求項2ないし8の発明が好ましい。即ち、ロール状の可撓性長尺基板を所定の基板支持部に搬送し、前記基板の少なくとも一方の主面に形成された薄膜にレーザ光を照射して加工する薄膜のレーザ加工装置において、前記基板支持部としての透光性中空ロールの外周部に前記基板を送り出し基板に張力をかけた状態で位置決めし、かつ加工後の基板を巻き取るための基板搬送手段と、前記透光性中空ロールの中空側から薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成し、この焦点を、前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させることにより加工するレーザ光照射手段とを備えるものとする(請求項2の発明)。
【0026】
また、上記請求項2に記載の加工装置において、前記透光性中空ロールは、ガラス製円筒からなり、円筒表面には反射防止用被膜を形成してなるものとする(請求項3の発明)。これにより、レーザ光の吸収や反射が抑制され、レーザ加工のエネルギー効率が向上する。
【0027】
さらに、請求項2または3に記載の加工装置において、前記位置決めした際の基板と前記透光性中空ロール外周部との基板搬送方向の接触長さ寸法は、前記基板の搬送方向のレーザ加工長さ寸法以上とする(請求項4の発明)。これにより、基板搬送方向の所望長さのレーザ加工が安全に実施できる。
【0028】
また、前記発明におけるレーザ光照射手段の実施態様としては、下記請求項5の発明が好ましい。即ち、請求項2ないし4のいずれか1項に記載の加工装置において、レーザ光照射手段は、レーザ発振器と、このレーザ発振器に光学的に接続され、かつ前記透光性中空ロール内に配設され、前記薄膜の所定のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成するビーム出射手段と、前記焦点を前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させるための出射部駆動手段とを備えるものとする。
【0029】
さらに、前記発明におけるビーム出射手段の実施態様としては、下記請求項6ないし7の発明が好ましい。即ち、請求項5に記載の加工装置において、前記レーザ発振器は、前記透光性中空ロールの一方の中心軸端部に配設され、前記ビーム出射手段は、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を半径方向に反射する反射ミラーと、前記焦点形成用のレンズユニットとを備えるものとする(請求項6の発明)。また、前記請求項6に記載の加工装置において、前記ビーム出射手段は、複数個の前記レンズユニットと、最終段のレンズユニット部に設けた全反射ミラーと、最終段を除く他のレンズユニット部に設けたハーフミラーとを備えるものとする(請求項7の発明)。
【0030】
さらにまた、上記発明における出射部駆動手段の実施態様としては、下記請求項8の発明が好ましい。即ち、請求項6または7に記載の加工装置において、前記出射部駆動手段は、前記ミラーおよびレンズユニットを取付けるための投光部本体と機械的に接続した投光部取付軸と、この投光部取付軸を軸支するスパイライン回転軸受と、前記投光部取付軸を軸方向駆動および/または回転駆動するための駆動装置を備えるものとする。
【0031】
【発明の実施の形態】
図1ないし図3に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【0032】
図1は、この発明に関わる実施例の薄膜のレーザ加工装置の模式的構成図であり、図2は、図1における模式的部分側断面図、図3はパターン形成の模式図である。
【0033】
図1および図2に示すレーザ加工装置において、可撓性を有する厚さ50μmのポリイミドフィルム材の上に成膜を終えた状態の可撓性基板1は、直径150mmのロールルコアに巻き付けて送り出しロール2に装着され、送り出し手段21内の前記送り出しロール2からマーカ検出器3を経て、加工室22の側板22a及び22bにおいて軸受11により可動的に支持された透光性中空ロール4上に薄膜形成面を内側にして送り出され、マーカホールlaを位置決め基準として位置決め固定される。
【0034】
なお、上記において、前記フィルム材の材質がレーザ光を透過するものであって、薄膜形成面が片側の場合には、薄膜形成面を外側にして加工することも可能である。また透光性中空ロール4は、中空ロールの内側からレーザ光を透過して外側にある可撓性基板1上の薄膜を加工する必要があるため、材質はレーザ光の吸収が少ないガラス管などを使用することが望ましい。例えば、レーザ光として、YAG第2高調波(波長:532nm)を用いた場合、ガラス管におけるレーザ光の透過率は、98〜99%である。
【0035】
さらに、ガラス管表面には反射防止用のコーティング(例えば、MgF2やSiO2など)を施すことにより、レーザ光の反射ロスを低減することが望ましい。
【0036】
図2に示すように、本装置におけるレーザ光照射手段は、レーザ発振器15と、このレーザ発振器15に光学的に接続され、かつ前記透光性中空ロール4内に配設され、薄膜の所定のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成するビーム出射手段40と、前記焦点を透光性中空ロール4の軸方向および/または円周方向に移動させるための出射部駆動手段42とを備える。
【0037】
前記出射部駆動手段42は、後述するミラーおよびレンズユニットを取付けるための投光部本体41と機械的に接続した投光部取付軸6と、この投光部取付軸6を軸支するスパイライン回転軸受5と、前記投光部取付軸6を軸方向駆動および/または回転駆動するための駆動装置を備える。
【0038】
即ち、加工室22の側板22aからスプライン回転軸受5を介して、軸方向の移動と回転が可能な投光部取付軸6が、透光性中空ロール4の軸心と同じになるように取付られている。スプライン回転軸受5の回転部分に取付られた受側タイミングプーリ7は、加工室22の側板22aに支持された回転移動用モータ8に取り付けられた、駆動タイミングプーリ9とタイミングベルト10を介して連結されており、回転移動用モータ8により投光部取付軸6の回転運動の制御を行う。
【0039】
また、投光部取付軸6の投光部と反対側に位置する軸端には、投光部取付軸6を軸方向の移動のみを拘束し回転可能な軸受12が取付られており、この軸受12はスライドテーブル13の移動ステージ13aに固定されて、スライドテーブル13駆動用の送り移動用モータ14により、投光部取付軸6の軸方向の直線運動の制御を行う。
【0040】
さらに、加工室22の投光部取付軸6が取り付けらている側板22aと対向する側板22bには、投光部取付軸6の軸心が光軸となるように位置が調整されたレーザ発振器15が取付られている。
【0041】
レーザ発振器15から出たレーザ光はレンズユニット16を通して平行光として投光部取付軸6の軸心方向に向かって照射される。照射されたレーザ光は先ず投光部取付軸6に取付られたハーフミラー17に導かれ、ハーフミラー17の反射率分のレーザ光は投光部取付軸6の軸心と直交する方向に曲げられ、レンズユニット18を介して集光されたレーザ光が透光性中空ロール4の基板の加工面に照射される。照射されたレーザ光は、透光性中空ロール4を透過して、透光性中空ロール4に固定されている可撓性基板1上の薄膜面に焦点を合わせる。
【0042】
この状態で、レーザパルスに同期させて投光部取付軸6の回転運動と軸方向の直線運動の制御を行うことにより、可撓性基板1上の薄膜に任意のパターンが加工できる。
【0043】
またハーフミラー17を透過したレーザ光は、全反射ミラー19により投光部取付軸6の軸心と直交する方向に曲げられ、レンズユニット20を通して集光されたレーザ光が、透光性中空ロール4を介して可撓性基板1上の薄膜面に焦点を合わせることで薄膜の加工を行う。
【0044】
前記実施例は、レーザ光を2分岐させる例を示すが、3分岐以上可能なように、ハーフミラーの透過率を変え、かつレンズユニット18を複数個設けることも可能である。これにより、複数列の同時加工が実施可能となり、装置の処理能力を向上させることができる。
【0045】
上記のようにして加工された後、図1に示すように、可撓性基板1はフィルムクリーナ24を通過させて加工塵を取り除いた後、巻き取り手段23内の巻き取りロール25に取付られたロールコアに巻き取られる。また、透光性中空ロール4上に付着した加工塵についても、次の加工を行う際にレーザ光の妨げになり加工不良の原因となることを防止するため、ロールクリーナ26により加工後に洗浄を行う。なお、基板搬送手段としては、ガイドロールやテンションロールなどの基板の搬送を円滑にし、かつ基板に適正な張力をかけるための補助手段を、適宜設ける。
【0046】
次に、図3を参照して、パターンの加工方法について説明する。図3は、可撓性基板1上の薄膜に形成するパターニングの模式図である。一般的なパターンは、図3に示すように格子状に形成される。
【0047】
先ず、ロール送り方向のパターニングライン30を形成する場合には、投光部取付軸6の軸方向の直線運動の制御を行い、レンズユニット18とレンズユニット20を、パターニングラインに合わせて位置決めを行う。次に、回転移動用モータ8により投光部取付軸6の回転運動の制御を行い、レンズユニット18とレンズユニット20を回転させ、レーザ発振器15の制御により、回転中にパターニングの必要な回転角だけレーザ光を照射することにより、ロール送り方向の目的のパターニングを行う事ができる。
【0048】
この動作で加工できる長さは、透光性中空ロール4上で、可撓性基板1が接触している部分のみであるから、送り方向パターニングライン長32(図3)以上の接触長33(図1)を有するように、透光性中空ロール4の外径を決定すると効率的な加工が行えることとなる。
【0049】
上記のようにして、投光部取付軸6の軸方向の直線運動の制御と回転運動の制御を繰り返して、ロール送り方向パターニングライン30の加工を行う。
【0050】
次に、ロール幅方向パターニングライン31を形成する場合は、先ず、回転移動用モータ8により投光部取付軸6の回転運動の制御を行い、レンズユニット18とレンズユニット20を回転させ、加工するパターニングラインに合わせて回転角を調整して位置決めを行う。次に、投光部取付軸6の軸方向の直線運動の制御を行い、パターニング開始位置まで移動させ位置決めした後、パターニングラインに沿ってレーザを照射させながら隣り合うレンズユニットのパターニング開始位置まで移動させ、この実施例では、レンズユニット20がレンズユニット18のパターニング開始位置に移動したところでレーザの照射を止める。
【0051】
これにより、ロール幅方向パターニングライン31を形成することができる。当然のことながら、ヘッド数、即ちレンズユニット18の数が多くなれば移動距離が短くなるため、加工時間を短くすることができる。
【0052】
【発明の効果】
この発明によれば、前述のように、ロール状の可撓性長尺基板を所定の基板支持部に搬送し、前記基板の少なくとも一方の主面に形成された薄膜にレーザ光を照射して加工する薄膜のレーザ加工装置において、前記基板支持部としての透光性中空ロールの外周部に前記基板を送り出し基板に張力をかけた状態で位置決めし、かつ加工後の基板を巻き取るための基板搬送手段と、前記透光性中空ロールの中空側から薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成し、この焦点を、前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させることにより加工するレーザ光照射手段とを備えるものとし、
搬送される可撓性基板を透光性中空ロールに密着させて平坦に保持し、その内側からレーザ光を照射して可撓性基板上の薄膜を加工することで、高精度で安定性の高いレーザ加工を行うことができた。また、加工時に移動させるレーザ照射部とレーザ発振器を接続するファイバ光学系を無くすことで、レーザ照射部の慣性負荷を少なくでき、また移動の自由度を増すことができ、高い生産性でのレーザ加工が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例に関わるレーザ加工装置の模式的構成図
【図2】 図1のレーザ加工装置の部分側断面図
【図3】 この発明の実施例に関わるパターン形成の模式図
【図4】 従来の改良されたレーザ加工装置の模式的構成図
【図5】 図4の装置によりパターニングされた基板の模式的部分拡大図
【図6】 従来のレーザ加工装置の概略構成図
【図7】 薄膜太陽電池の構成の一例を示す図
【符号の説明】
1:基板、2:送り出しロール、3:マーカ検出器、4:透光性中空ロール、5:スプライン回転軸受、6:投光部取付軸、15:レーザ発信器、16,18,20:レンズユニット、17:ハーフミラー、19:全反射ミラー、21:送り出し手段、22:加工室、23:巻取り手段、25:巻取りロール、30:ロール送り方向パターニングライン、31:ロール幅方向パターニングライン、40:ビーム出射手段、41:投光部本体、42:出射部駆動手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method and apparatus for processing a thin film such as a semiconductor or a photoreceptor by irradiating a laser beam, and in particular, a thin film pattern such as a thin film solar cell in which a plurality of unit cells are connected in series on an electrically insulating substrate. The present invention relates to a laser processing method and apparatus for a thin film during formation.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of flexible solar cells using plastic films has been promoted and put into practical use in terms of weight reduction, workability, and mass productivity. Furthermore, the thing using the film substrate which carried out the insulation coating to the flexible metal material is also developed. Taking advantage of this flexibility, mass production became possible by a roll-to-roll method or a stepping roll method.
[0003]
The above thin film solar cell is a photoelectric conversion element (or cell) in which a first electrode (lower electrode), a photoelectric conversion layer made of a thin film semiconductor layer, and a second electrode (transparent electrode) are laminated on an electrically insulating film substrate. A plurality of are formed. By repeating electrically connecting the first electrode of a certain photoelectric conversion element and the second electrode of the adjacent photoelectric conversion element, the first electrode of the first photoelectric conversion element and the second electrode of the last photoelectric conversion element Can output the voltage required for For example, in order to obtain an alternating current of 100 V as a commercial power source by alternating current with an inverter, the output voltage of the thin-film solar cell is desirably 100 V or higher, and actually several tens or more elements are connected in series.
[0004]
Such a photoelectric conversion element and its series connection are formed by forming an electrode layer and a photoelectric conversion layer, patterning each layer, and a combination procedure thereof. Examples of the configuration and manufacturing method of the solar cell are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-233517, 2000-77690, and Japanese Patent Application No. 11-19306.
[0005]
FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of the thin film solar cell described in JP-A-2000-77690. FIG. 7A is a plan view of the surface on which the photoelectric conversion unit is formed, and FIG. b) shows a plan view of the back side on which the connection electrode layer is formed.
[0006]
In FIG. 7A, 1 is a substrate, u is a transparent electrode layer, H is a common connection hole, and s is a patterned separation part. In FIG. 7B, e is a fourth electrode layer as a connection electrode layer, s is a patterned separation portion, and t1 and t2 are extraction electrodes at the end of the connection electrode layer. The connection electrode layer is composed of a first connection electrode layer (third electrode layer) and a second connection electrode layer (fourth electrode layer). Between these two electrode layers, there is an electric insulating layer not shown in FIG. Is formed.
[0007]
The details of the method for manufacturing the thin-film solar cell are described in the above-mentioned published patent publication, and the outline thereof is as follows. First, the first electrode layer is formed on the surface of the
[0008]
Next, an electrical insulating layer is formed on the third electrode layer. At this time, an electrical insulating layer is also formed on the inner wall of the connection hole H. A photoelectric conversion layer made of a-Si and a transparent electrode layer are formed on the first electrode layer, and a fourth electrode layer is formed on the electrical insulating layer on the back side. The transparent electrode layer u and the fourth electrode layer e are overlapped with each other on the inner wall of the connection hole H and are electrically connected. Next, the lamination of the transparent electrode layer and the fourth electrode layer is laser processed, and the transparent electrode layer u, the power extraction electrodes t1 and t2, and the fourth electrode layer e are patterned, respectively.
[0009]
Finally, a part of the patterning line between the third electrode layer and the fourth electrode layer is laser processed to remove a part of the electrical insulating layer, and the third electrode layer and the fourth electrode layer are removed by this insulating layer removal portion. The series connection of thin film solar cells is completed by electrical connection. In some cases, the third electrode layer and the fourth electrode layer are electrically connected without providing the above-described electrical insulating layer.
[0010]
Incidentally, a laser processing method and apparatus for forming a pattern of a thin film solar cell are described in, for example, Japanese Patent No. 283280. A schematic configuration of the apparatus described in this publication is shown in FIG.
[0011]
The apparatus shown in FIG. 6 includes a substrate transport apparatus having an unwinding roll 6a and a
[0012]
According to the laser processing method and apparatus, by applying tension to a part of the flexible substrate to be conveyed and holding it flat, the holding part can be easily processed by irradiating the laser beam, and the processing strength In addition, laser processing with good processing reproducibility can be performed. In addition, the yield can be improved by providing a mechanism for removing dust generated by processing from the substrate surface. As a result, a laser processing apparatus that can be used effectively in the manufacture of thin film solar cells is obtained.
[0013]
By the way, the laser processing method and apparatus shown in FIG. 6 have the feature that high productivity, which is an advantage of roll-to-roll conveyance, and high-precision pattern formation, which is an advantage of single wafer conveyance, can be performed. Since the thin-film solar cell region has to be fixed flatly, the apparatus becomes large, and a lot of time is required for fixing the substrate, resulting in a problem that productivity is lowered. Also, a complicated fixing mechanism was necessary.
[0014]
For example, in order to perform laser processing for patterning a high-quality thin film on a flexible substrate, the substrate must be held with a flatness within ± 0.1 mm. Conventionally, such holding has been realized by vacuum suction of a substrate on a flat substrate holding table (processing stage). However, if the substrate with holes is vacuum-adsorbed, air leaks from the holes in the substrate, so that the substrate does not adhere to the processing stage, the flatness of the substrate deteriorates, the processing distance is large, and the processing distance is large. There was a problem that the width varied.
[0015]
In order to solve the above problems, the present applicant has applied for an improved laser processing method and apparatus by Japanese Patent Application No. 2001-305124. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the apparatus, and FIG. 5 is a schematic partial enlarged view of a substrate on which a patterning line is partially formed.
[0016]
The laser processing method and apparatus shown in FIGS. 4 and 5 are generally characterized as follows (for details, see Japanese Patent Application No. 2001-305124). That is, a substrate transport apparatus having an unwinding roll 6a, a winding
[0017]
According to the method, the substrate supported by the cylindrical roll is supported on a substantially flat surface. Thereby, highly accurate patterning can be performed even on the roll. Further, since the cylindrical support roll can be used also as the substrate transport roll, productivity can be improved.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the improved laser processing method and apparatus also have the following problems.
[0019]
The cylindrical support roll in the apparatus is made of metal, and a processing stage made of metal such as stainless steel or aluminum alloy is damaged by laser light during laser processing, and unevenness is generated on the surface. The processing stage having such irregularities has a problem of easily damaging the film which is a flexible substrate and impairing the quality stability.
[0020]
In the conventional laser processing method (YAG laser), processing is performed by moving the laser beam emitting portion with an XY stage or the like. The laser beam emitting portion and the oscillator are formed using a fiber optical system or the like. As a result, the inertia load of the moving body becomes large, and a large power is required for speeding up, resulting in poor productivity.
[0021]
The present invention was made to solve the above problems, and the object of the present invention is to enable laser processing with good quality stability of a thin film supported by a cylindrical roll, and An object of the present invention is to provide a highly accurate and highly productive laser processing method and apparatus.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, a roll-shaped flexible long substrate is transported to a predetermined substrate support, and a thin film formed on at least one main surface of the substrate is irradiated with laser light. In the laser processing method of the thin film to be processed,
The substrate support portion is a translucent hollow roll, and the substrate is transported to the outer peripheral portion of the translucent hollow roll and positioned in a state where tension is applied to the substrate, and then from the hollow side of the translucent hollow roll. The thin film is irradiated with laser light, the focal point of the laser light is formed in the laser processing portion of the thin film, and the focal point is processed by moving in the axial direction and / or the circumferential direction of the translucent hollow roll ( (Invention of Claim 1)
[0023]
According to the first aspect of the present invention, the flexible substrate to be conveyed is brought into close contact with the translucent hollow roll and held flat, and the thin film on the flexible substrate is processed by irradiating laser light from the inside. By doing so, highly accurate and highly stable laser processing can be performed .
[0024]
Moreover, since the said translucent hollow roll can also be used as the board | substrate conveyance roll and can be processed from an inner side without a fiber optical system, the further improvement of productivity can be aimed at. According to the above method, highly accurate patterning can be easily performed.
[0025]
Further, as an apparatus for carrying out the method, the inventions of the following
[0026]
Further, in the processing apparatus according to
[0027]
Furthermore, in the processing apparatus according to
[0028]
As an embodiment of the laser beam irradiation means in the invention, the invention of
[0029]
Further, as an embodiment of the beam emitting means in the invention, the inventions of the following claims 6 to 7 are preferable. That is, in the processing apparatus according to
[0030]
Furthermore, as an embodiment of the emitting part driving means in the above invention, the invention of the
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0032]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic partial side sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic diagram of pattern formation.
[0033]
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the
[0034]
In the above description, when the film material transmits laser light and the thin film forming surface is on one side, the film material can be processed with the thin film forming surface outside. Further, since the light-transmitting
[0035]
Furthermore, it is desirable to reduce the reflection loss of the laser light by applying an antireflection coating (for example, MgF 2 or SiO 2 ) to the glass tube surface.
[0036]
As shown in FIG. 2, the laser beam irradiation means in this apparatus is a
[0037]
The emission unit driving means 42 includes a light projecting unit mounting shaft 6 mechanically connected to a light projecting unit
[0038]
That is, the light projecting portion mounting shaft 6 that can move and rotate in the axial direction from the
[0039]
Further, a shaft 12 positioned on the opposite side of the light projecting portion mounting shaft 6 from the light projecting portion is provided with a bearing 12 that can rotate by restricting the light projecting portion mounting shaft 6 only in the axial direction. The bearing 12 is fixed to the moving
[0040]
Further, the
[0041]
Laser light emitted from the
[0042]
In this state, an arbitrary pattern can be processed on the thin film on the
[0043]
The laser light transmitted through the
[0044]
Although the above embodiment shows an example in which the laser beam is branched into two, it is also possible to change the transmittance of the half mirror and to provide a plurality of
[0045]
After being processed as described above, as shown in FIG. 1, the
[0046]
Next, a pattern processing method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of patterning formed on a thin film on the
[0047]
First, when forming the
[0048]
Since the length that can be processed by this operation is only the portion where the
[0049]
As described above, the roll feeding
[0050]
Next, when forming the roll width
[0051]
Thereby, the roll width
[0052]
【The invention's effect】
According to this invention, as described above, a roll-shaped flexible long substrate is conveyed to a predetermined substrate support portion, and a thin film formed on at least one main surface of the substrate is irradiated with laser light. In a thin film laser processing apparatus to be processed, a substrate for feeding the substrate to an outer peripheral portion of a translucent hollow roll as the substrate support portion, positioning the substrate in a tensioned state, and winding the processed substrate Laser light is applied to the thin film from the hollow side of the transporting means and the translucent hollow roll, and the focal point of the laser light is formed on the laser processing portion of the thin film, and this focal point is set in the axial direction of the translucent hollow roll And / or laser light irradiation means for processing by moving in the circumferential direction ,
The flexible substrate to be conveyed is closely attached to the translucent hollow roll and held flat, and the thin film on the flexible substrate is processed by irradiating laser light from the inside, thereby achieving high accuracy and stability. High laser processing was possible. In addition, by eliminating the fiber optic system that connects the laser irradiation unit and the laser oscillator that are moved during processing, the inertial load on the laser irradiation unit can be reduced, and the degree of freedom of movement can be increased. Processing became possible.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial side sectional view of the laser processing apparatus of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic diagram of pattern formation according to an embodiment of the present invention. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional improved laser processing apparatus. FIG. 5 is a schematic partial enlarged view of a substrate patterned by the apparatus of FIG. 4. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional laser processing apparatus. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a thin film solar cell.
1: Substrate, 2: Feeding roll, 3: Marker detector, 4: Translucent hollow roll, 5: Spline rotary bearing, 6: Projector mounting shaft, 15: Laser transmitter, 16, 18, 20: Lens Unit: 17: Half mirror, 19: Total reflection mirror, 21: Feeding means, 22: Processing chamber, 23: Winding means, 25: Winding roll, 30: Patterning line in roll feed direction, 31: Patterning line in roll width direction , 40: beam emitting means, 41: light projecting section main body, 42: emitting section driving means.
Claims (8)
前記基板支持部は透光性中空ロールとし、この透光性中空ロールの外周部に前記基板を搬送して基板に張力をかけた状態で位置決めした後、前記透光性中空ロールの中空側から薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成し、この焦点を、前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させることにより加工することを特徴とする薄膜のレーザ加工方法。In a thin film laser processing method of transporting a roll-shaped flexible long substrate to a predetermined substrate support and processing the thin film formed on at least one main surface of the substrate by irradiating with a laser beam,
The substrate support portion is a translucent hollow roll, and the substrate is transported to the outer peripheral portion of the translucent hollow roll and positioned in a state where tension is applied to the substrate, and then from the hollow side of the translucent hollow roll. Processing the laser beam by irradiating the thin film with a laser beam, forming a focal point of the laser beam at the laser processing portion of the thin film, and moving the focal point in the axial direction and / or circumferential direction of the translucent hollow roll. A thin film laser processing method characterized by the above.
前記基板支持部としての透光性中空ロールの外周部に前記基板を送り出し基板に張力をかけた状態で位置決めし、かつ加工後の基板を巻き取るための基板搬送手段と、前記透光性中空ロールの中空側から薄膜にレーザ光を照射し、前記薄膜のレーザ加工部にレーザ光の焦点を形成し、この焦点を、前記透光性中空ロールの軸方向および/または円周方向に移動させることにより加工するレーザ光照射手段とを備えることを特徴とする薄膜のレーザ加工装置。In a thin film laser processing apparatus for transporting a roll-shaped flexible long substrate to a predetermined substrate support and processing the thin film formed on at least one main surface of the substrate by irradiating laser light,
Substrate transport means for sending the substrate to the outer peripheral portion of the translucent hollow roll as the substrate support portion, positioning the substrate in a tensioned state, and winding the processed substrate, and the translucent hollow The thin film is irradiated with laser light from the hollow side of the roll, the focal point of the laser light is formed on the laser processing portion of the thin film, and this focal point is moved in the axial direction and / or the circumferential direction of the translucent hollow roll. thin laser processing apparatus characterized by comprising a laser light irradiating means for processing by.
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