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JP7324499B2 - Groove forming method and groove forming apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、第1層と、第1層の上に形成された第2層と、第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、第2層及び第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する溝形成方法及び溝形成装置に関する。 The present invention provides a layered structure that includes a first layer, a second layer formed over the first layer, and a third layer formed over the second layer. The present invention relates to a groove forming method and a groove forming apparatus for forming grooves by laser processing layers simultaneously.

薄膜太陽電池は、ガラス基板上に下部電極層、半導体層、及び上部電極層が積層されて構成されている。
薄膜太陽電池の製造工程の一例を説明する。
最初に、ガラス基板が用意される。
次に、下部電極層がガラス基板に形成される。
次に、溝加工によって、下部電極層がパターン化される(P1工程)。
A thin-film solar cell is constructed by laminating a lower electrode layer, a semiconductor layer, and an upper electrode layer on a glass substrate.
An example of the manufacturing process of a thin-film solar cell will be described.
First, a glass substrate is prepared.
A bottom electrode layer is then formed on the glass substrate.
Next, the lower electrode layer is patterned by grooving (process P1).

次に、パターン化された下部電極層上に、半導体層が形成される。
次に、溝加工によって、半導体層がパターン化される(P2工程)。
次に、パターン化された半導体層上に、上部電極層が形成される。
最後に、溝加工によって、上部電極層と半導体層がパターン化される(P3工程)。
A semiconductor layer is then formed over the patterned bottom electrode layer.
Next, the semiconductor layer is patterned by groove processing (P2 process).
A top electrode layer is then formed over the patterned semiconductor layer.
Finally, the upper electrode layer and the semiconductor layer are patterned by grooving (process P3).

上記のP1工程、P2工程、及びP3工程をレーザスクライビングによって実行する太陽電池加工方法も知られている(例えば、特許文献1を参照)。 A solar cell processing method is also known in which the above P1, P2, and P3 steps are performed by laser scribing (see, for example, Patent Document 1).

特開2011-189408号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-189408

上部電極層は、例えば、特定範囲の波長の光に対して透光性を有する透明導電性酸化物(TCO:Transparent Conductive Oxide)からなる。したがって、P3工程をレーザスクライビングによって実行すると、下記の問題が生じることがある。
つまり、上部電極層を通過したレーザ光は主に半導体層によって吸収され、したがって半導体層の一部が蒸散してガスを発生する。このガスによって、上部電極層が半導体層から剥がれてしまい、その結果、薄膜太陽電池の品質が低下する。
図12及び図13を用いて、そのような例を具体的には説明する。図12は、参考例のP3工程を示す模式的平面図である。図13は、参考例のP3工程後の平面写真である。図12に示すように透明導電膜27(上部電極層)及びその下の光吸収層(図示せず)に対して、分割溝41をレーザ加工によって形成すると、光吸収層の一部が蒸散することでガスを発生する。その結果、図13に示すように、分割溝の平面視周辺において、透明導電膜が複数の箇所で剥離してしまう。
The upper electrode layer is made of, for example, a transparent conductive oxide (TCO) that is transparent to light in a specific range of wavelengths. Therefore, when the P3 process is performed by laser scribing, the following problems may occur.
In other words, the laser light that has passed through the upper electrode layer is mainly absorbed by the semiconductor layer, and therefore part of the semiconductor layer evaporates to generate gas. This gas causes the upper electrode layer to separate from the semiconductor layer, resulting in deterioration of the quality of the thin-film solar cell.
Such an example will be specifically described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG. FIG. 12 is a schematic plan view showing the P3 process of the reference example. FIG. 13 is a plane photograph of the reference example after the P3 process. As shown in FIG. 12, when dividing grooves 41 are formed in the transparent conductive film 27 (upper electrode layer) and the underlying light absorbing layer (not shown) by laser processing, part of the light absorbing layer evaporates. This produces gas. As a result, as shown in FIG. 13, the transparent conductive film peels off at a plurality of locations around the dividing groove in plan view.

本発明の目的は、第1層と、第1層の上に形成された第2層と、第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、第2層及び第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する溝形成方法及び溝形成装置において、第3層の剥離を減らすことにある。 It is an object of the present invention to provide a layered structure comprising a first layer, a second layer formed over the first layer, and a third layer formed over the second layer. An object of the present invention is to reduce peeling of the third layer in a groove forming method and a groove forming apparatus for forming grooves by laser processing the third layer at the same time.

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。 A plurality of aspects will be described below as means for solving the problem. These aspects can be arbitrarily combined as needed.

本発明の一見地に係る溝形成方法は、第1層と、第1層の上に形成された第2層と、第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、第2層及び第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する。この溝形成方法は、下記のステップを備えている。
◎第3層の溝形成予定箇所の一部において、第2層まで貫通する通気路を形成する第1工程。
◎第1工程後に、第2層の溝形成予定箇所及び第3層の溝形成予定箇所をレーザ加工することで、溝を形成する第2工程。
この方法では、第1工程によって通気路があらかじめ形成されているので、第2工程において第2層と第3層がレーザ加工されるときに、第2層から発生するガスが、通気路から外部に出て行く。その結果、第3層の剥離が減る。
前記層構造は、薄膜太陽電池であり、前記第2層が半導体層であ、前記第3層が透明電極層である
A groove forming method according to one aspect of the present invention is applied to a layered structure including a first layer, a second layer formed on the first layer, and a third layer formed on the second layer. Then, the second layer and the third layer are simultaneously laser-machined to form grooves. This grooving method comprises the following steps.
⊚ A first step of forming an air passage penetrating to the second layer in a part of the third layer where the groove is to be formed.
⊚ A second step of forming grooves by performing laser processing on the planned groove formation locations of the second layer and the groove formation planned locations of the third layer after the first step.
In this method, since the ventilation path is formed in advance in the first step, when the second layer and the third layer are laser-processed in the second step, the gas generated from the second layer is released from the ventilation path to the outside. go out to As a result, delamination of the third layer is reduced.
The layer structure is a thin film solar cell, the second layer is a semiconductor layer, and the third layer is a transparent electrode layer.

溝は一方向に長く延びていてもよい。
第1工程では、通気路は第3層の溝形成予定箇所に沿って形成されていてもよい。
この方法では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
The groove may be elongated in one direction.
In the first step, the ventilation path may be formed along the groove-formed portion of the third layer.
In this method, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1工程では、通気路は、第3層の溝形成予定箇所の両長手縁に沿って形成されてもよい。
この方法では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
In a first step, the air passages may be formed along both longitudinal edges of the third layer where the grooves are to be formed.
In this method, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1工程では、通気路は、第3層の溝形成予定箇所の幅方向中心に沿って形成されてもよい。
この方法では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
In the first step, the ventilation path may be formed along the widthwise center of the third layer where the groove is to be formed.
In this method, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1工程はレーザ加工で行われてもよい。
この方法では、第1工程と第2工程がレーザ加工で行われるので、共通のレーザ加工装置を利用できる。
The first step may be performed by laser processing.
In this method, since the first step and the second step are performed by laser processing, a common laser processing apparatus can be used.

本発明の他の見地に係る溝形成装置は、第1層と、第1層の上に形成された第2層と、第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、第2層及び第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する装置である。
この装置は、第1加工装置と、第2加工装置とを有する。第1加工装置は、第3層の溝形成予定箇所の一部において、第2層まで貫通する通気路を形成する。第2加工装置は、第2層の溝形成予定箇所及び第3層の溝形成予定箇所をレーザ加工することで、溝を形成する。
この装置では、第1加工装置によって通気路が形成されるので、第2加工装置によって第2層と第3層がレーザ加工されるときに、第2層から発生するガスが、通気路から外部に出て行く。その結果、第3層の剥離が減る。
前記層構造は、薄膜太陽電池であり、前記第2層が半導体層であり、前記第3層が透明電極層である。
Another aspect of the present invention is a grooving apparatus having a layer structure including a first layer, a second layer formed over the first layer, and a third layer formed over the second layer. On the other hand, this apparatus forms grooves by laser processing the second layer and the third layer at the same time.
The apparatus has a first processing device and a second processing device. The first processing device forms an air passage penetrating to the second layer in a portion of the third layer where the groove is to be formed. The second processing device forms grooves by performing laser processing on the planned groove formation locations of the second layer and the groove formation planned locations of the third layer.
In this apparatus, since the first processing device forms the ventilation path, when the second layer and the third layer are laser-processed by the second processing device, the gas generated from the second layer is released from the ventilation path to the outside. go out to As a result, delamination of the third layer is reduced.
The layer structure is a thin film solar cell, the second layer is a semiconductor layer, and the third layer is a transparent electrode layer.

溝は一方向に長く延びていてもよい。
第1加工装置は、通気路を、第3層の溝形成予定箇所に沿って形成してもよい。
この装置では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
The groove may be elongated in one direction.
The first processing device may form the ventilation path along the groove formation scheduled location of the third layer.
In this device, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1加工装置は、通気路を、第3層の溝形成予定箇所の両長手縁に沿って形成してもよい。
この装置では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
The first processing device may form the ventilation path along both longitudinal edges of the third layer where the groove is to be formed.
In this device, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1加工装置は、通気路を、第3層の溝形成予定箇所の幅方向中心に沿って形成してもよい。
この装置では、第2層から発生するガスが、通気路から外部に効率良く出て行く。
The first processing device may form the ventilation path along the widthwise center of the third layer where the groove is to be formed.
In this device, the gas generated from the second layer is efficiently discharged to the outside through the air passage.

第1加工装置はレーザ加工を行ってもよい。
この装置では、第1加工装置と第2加工装置がレーザ加工を行うので、共通のレーザ加工装置を利用できる。
The first processing device may perform laser processing.
In this device, since the first processing device and the second processing device perform laser processing, a common laser processing device can be used.

本発明に係る溝形成方法及び溝形成装置では、第2層と第3層がレーザ加工されるときに、第2層から発生するガスが通気路から外部に出て行く。その結果、第3層の剥離が減る。 In the grooving method and the grooving apparatus according to the present invention, gas generated from the second layer goes out through the air passage when the second layer and the third layer are laser-processed. As a result, delamination of the third layer is reduced.

第1実施形態のレーザ加工装置の模式図。1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態の太陽電池の製造工程を段階的に示す模式的断面図。4A to 4C are schematic cross-sectional views showing stepwise the manufacturing process of the solar cell of the first embodiment. P3工程前の状態を示す模式的断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the state before the P3 process; P3工程の第1工程を示す模式的断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step; P3工程の第1工程を示す模式的平面図。FIG. 4 is a schematic plan view showing the first step of the P3 step; P3工程の第2工程を示す模式的断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the P3 step; 第1実施例のP3工程後の平面写真。Plane photograph after P3 process of 1st Example. 第2実施形態のP3工程の第1工程を示す模式的断面図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step of the second embodiment; P3工程の第1工程を示す模式的平面図。FIG. 4 is a schematic plan view showing the first step of the P3 step; P3工程の第1工程を示す模式的断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step; 第2実施例のP3工程後の平面写真。Plane photograph after P3 process of 2nd Example. 参考例のP3工程を示す模式的平面図。FIG. 4 is a schematic plan view showing the P3 process of the reference example; 参考例のP3工程後の平面写真。Plane photograph after P3 process of a reference example.

1.第1実施形態
(1)レーザ加工装置の全体構成
図1に、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置1(第1加工装置、第2加工装置の一例)の全体構成を示す。図1は、本発明の第1実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
1. First Embodiment (1) Overall Configuration of Laser Processing Apparatus FIG. 1 shows the overall configuration of a laser processing apparatus 1 (an example of a first processing apparatus and a second processing apparatus) according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

レーザ加工装置1は、レーザ装置3を備えている。レーザ装置3は、基板21(後述)にレーザ光を照射するためのレーザ発振器15と、レーザ制御部17とを有している。レーザ制御部17はレーザ発振器15の駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ装置3は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系5を有している。伝送光学系5は、例えば、集光レンズ19、複数のミラー(図示せず)、プリズム(図示せず)等を有する。
A laser processing apparatus 1 includes a laser device 3 . The laser device 3 has a laser oscillator 15 for irradiating a substrate 21 (described later) with laser light, and a laser controller 17 . A laser control unit 17 can control the driving of the laser oscillator 15 and the laser power.
The laser device 3 has a transmission optical system 5 that transmits laser light to a mechanical drive system, which will be described later. The transmission optical system 5 has, for example, a condenser lens 19, a plurality of mirrors (not shown), a prism (not shown), and the like.

レーザ加工装置1は、レンズの位置を光軸方向に移動させることによって、レーザ光の集光角を変更する駆動機構11を有している。
レーザ加工装置1は、基板21が載置される加工テーブル7を有している。加工テーブル7は、テーブル駆動部13によって移動される。テーブル駆動部13は、加工テーブル7をベッド(図示せず)に対して水平方向に移動させる移動装置(図示せず)を有している。移動装置は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。
The laser processing apparatus 1 has a driving mechanism 11 that changes the converging angle of laser light by moving the position of the lens in the optical axis direction.
The laser processing apparatus 1 has a processing table 7 on which the substrate 21 is placed. The processing table 7 is moved by a table driving section 13 . The table drive unit 13 has a moving device (not shown) that horizontally moves the processing table 7 with respect to a bed (not shown). The moving device is a known mechanism having guide rails, motors, and the like.

レーザ加工装置1は、制御部9を備えている。制御部9は、プロセッサ(例えば、CPU)と、記憶装置(例えば、ROM、RAM、HDD、SSDなど)と、各種インターフェース(例えば、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェースなど)を有するコンピュータシステムである。制御部9は、記憶部(記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応)に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部9は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
The laser processing apparatus 1 has a control section 9 . The control unit 9 has a processor (eg, CPU), a storage device (eg, ROM, RAM, HDD, SSD, etc.), and various interfaces (eg, A/D converter, D/A converter, communication interface, etc.). computer system. The control unit 9 performs various control operations by executing programs stored in a storage unit (corresponding to part or all of the storage area of the storage device).
The control unit 9 may be composed of a single processor, or may be composed of a plurality of independent processors for each control.

制御部9は、レーザ制御部17を制御できる。制御部9は、駆動機構11を制御できる。制御部9は、テーブル駆動部13を制御できる。
制御部9には、図示しないが、基板21の大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
The controller 9 can control the laser controller 17 . The controller 9 can control the drive mechanism 11 . The control section 9 can control the table driving section 13 .
The control unit 9 is connected to a sensor for detecting the size, shape and position of the substrate 21, sensors and switches for detecting the state of each device, and an information input device (not shown).

(2)太陽電池の構造
図2を用いて、太陽電池20の構造を説明する。太陽電池20は、例えば、半導体層にペロブスカイト結晶化合物を用いるペロブスカイト型薄膜太陽電池モジュールである。図2は、第1実施形態の太陽電池の製造工程を段階的に示す模式的断面図である。
(2) Structure of Solar Cell The structure of the solar cell 20 will be described with reference to FIG. The solar cell 20 is, for example, a perovskite-type thin-film solar cell module using a perovskite crystal compound for a semiconductor layer. 2A to 2C are schematic cross-sectional views showing stepwise the manufacturing process of the solar cell of the first embodiment.

図2(g)に、太陽電池20を示す。
太陽電池20は、基板21と、裏面電極層23(第1層の一例)と、ペロブスカイト結晶化合物層(光吸収層)25(第2層の一例)と、透明導電膜27(第3層の一例)とを有し、基板21上に、裏面電極層23、光吸収層25、及び透明導電膜27が順次積層されている。
The solar cell 20 is shown in FIG.2(g).
The solar cell 20 includes a substrate 21, a back electrode layer 23 (an example of a first layer), a perovskite crystal compound layer (light absorption layer) 25 (an example of a second layer), and a transparent conductive film 27 (an example of a third layer). An example), and a back electrode layer 23 , a light absorption layer 25 and a transparent conductive film 27 are sequentially laminated on a substrate 21 .

基板21は、裏面電極層23、光吸収層25、及び透明導電膜27を形成する基体となる部分である。基板21としては、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等のガラス基板、ステンレス等の金属基板、エポキシ樹脂等の樹脂基板からなる。基板21の厚さは、例えば、数mm程度である。 The substrate 21 is a portion that serves as a base on which the back electrode layer 23, the light absorption layer 25, and the transparent conductive film 27 are formed. The substrate 21 is made of, for example, a glass substrate such as soda lime glass or low alkali glass, a metal substrate such as stainless steel, or a resin substrate such as epoxy resin. The thickness of the substrate 21 is, for example, about several millimeters.

裏面電極層23は、太陽電池20の一方の電極として機能する層であり、基板21上に形成されている。裏面電極層23は、例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)やクローム(Cr)からなる。裏面電極層23の厚さは、例えば、数10nm~数μm程度である。
裏面電極層23は、紙面直交方向に沿って設けられた第1分割溝23aにより分割されている。第1分割溝23aの幅は、例えば、数10~数100μm程度である。
Back electrode layer 23 is a layer that functions as one electrode of solar cell 20 and is formed on substrate 21 . The back electrode layer 23 is made of, for example, molybdenum (Mo), titanium (Ti), or chromium (Cr). The thickness of the back electrode layer 23 is, for example, about several tens of nm to several μm.
The back electrode layer 23 is divided by first dividing grooves 23a provided along the direction perpendicular to the paper surface. The width of the first dividing groove 23a is, for example, about several tens to several hundred μm.

光吸収層25は、照射された太陽光等を光電変換する部分である。光吸収層25が光電変換することにより生じた起電力は、裏面電極層23及び透明導電膜27にそれぞれはんだ等で取り付けられた電極リボン(銅箔リボン)から外部に電流として取り出すことができる。
光吸収層25は、p型半導体からなる層であり、裏面電極層23上及び第1分割溝23a内に形成されている。光吸収層25は、紙面直交方向に沿って設けられた第2分割溝25aにより分割されている。第2分割溝25aの幅は、例えば、数10~数100μm程度である。
光吸収層25としては、例えば、無機化合物や有機無機化合物からなる半導体化合物等を用いることができる。前記無機半導体化合物としては、例えば、CIGS(CuInGaSe)系化合物、CZTS(CuZnS)系化合物、CdTe系化合物を挙げることができ、有機無機半導体化合物としては、例えば、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト(例えば、CHNHPbI)等のペロブスカイト結晶化合物を挙げることができる。光吸収層25の厚さは、例えば、数μm~数10μm程度である。
The light absorption layer 25 is a portion that photoelectrically converts irradiated sunlight or the like. The electromotive force generated by the photoelectric conversion of the light absorption layer 25 can be taken out as current from electrode ribbons (copper foil ribbons) attached to the back electrode layer 23 and the transparent conductive film 27 by soldering or the like.
The light absorbing layer 25 is a layer made of a p-type semiconductor, and is formed on the back electrode layer 23 and in the first dividing grooves 23a. The light absorption layer 25 is divided by second division grooves 25a provided along the direction perpendicular to the plane of the drawing. The width of the second dividing groove 25a is, for example, about several tens to several hundred μm.
As the light absorption layer 25, for example, a semiconductor compound made of an inorganic compound or an organic-inorganic compound can be used. Examples of the inorganic semiconductor compounds include CIGS (CuInGaSe)-based compounds, CZTS (CuZnS)-based compounds, and CdTe-based compounds. Examples of the organic-inorganic semiconductor compounds include lead halide-based perovskites (e.g., CH 3 NH 3 PbI 3 ) and other perovskite crystalline compounds. The thickness of the light absorption layer 25 is, for example, about several micrometers to several tens of micrometers.

透明導電膜27は、太陽電池20の他方の電極として機能する層である。透明導電膜27は、n型半導体からなる透明な層であり、光吸収層25上及び第2分割溝25a内に形成されて、光吸収層25とpn接合を形成している。透明導電膜27は、例えば、酸化亜鉛系薄膜(ZnO)やITO薄膜からなる。酸化亜鉛系薄膜(ZnO)を用いる場合には、硼素(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。透明導電膜27の厚さは、例えば、数μm~数10μm程度である。
なお、透明導電膜27は、光吸収層25が吸収する光の波長領域に対して光を透過させ易い性質(光透過性ともいう)を有する素材であることが好ましい。
The transparent conductive film 27 is a layer that functions as the other electrode of the solar cell 20 . The transparent conductive film 27 is a transparent layer made of an n-type semiconductor, is formed on the light absorption layer 25 and in the second division groove 25a, and forms a pn junction with the light absorption layer 25. As shown in FIG. The transparent conductive film 27 is made of, for example, a zinc oxide thin film (ZnO) or an ITO thin film. When a zinc oxide-based thin film (ZnO) is used, it is preferable to add boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), or the like as a dopant so that the resistance can be lowered. The thickness of the transparent conductive film 27 is, for example, about several micrometers to several tens of micrometers.
The transparent conductive film 27 is preferably made of a material having a property (also referred to as light transmittance) that easily transmits light in the wavelength range of light absorbed by the light absorption layer 25 .

光吸収層25及び透明導電膜27は、紙面直交方向に沿って設けられた第3分割溝27aにより分割されている。第3分割溝27aの幅は、例えば、数10~数100μm程度である。第3分割溝27aにより分割された各部分は複数のセル31を構成している。所定のセル31の第3分割溝27a内に形成されている透明導電膜27は、第3分割溝27aを介して隣接するセル31の裏面電極層23と電気的に接続されている。つまり、第3分割溝27aにより分割された複数のセル31は、直列に接続されている。 The light absorbing layer 25 and the transparent conductive film 27 are divided by a third dividing groove 27a provided along the direction perpendicular to the plane of the drawing. The width of the third dividing groove 27a is, for example, about several tens to several hundred μm. Each portion divided by the third dividing groove 27a constitutes a plurality of cells 31. As shown in FIG. The transparent conductive film 27 formed in the third dividing groove 27a of the predetermined cell 31 is electrically connected to the back electrode layer 23 of the adjacent cell 31 through the third dividing groove 27a. That is, the plurality of cells 31 divided by the third dividing grooves 27a are connected in series.

(3)太陽電池の製造方法
次に、太陽電池20の製造方法を説明する。
(3-1)裏面電極層の形成
図2(a)に示すように、基板21を準備し、その上に、図2(b)に示すように、例えばスパッタ法等により、裏面電極層23を成膜する。
(3) Method for Manufacturing Solar Cell Next, a method for manufacturing the solar cell 20 will be described.
(3-1) Formation of Back Electrode Layer As shown in FIG. 2(a), a substrate 21 is prepared. to form a film.

(3-2)P1工程
図2(c)に示すように、裏面電極層23に第1分割溝23aを形成する。第1分割溝23aは、裏面電極層23を紙面直交方向に沿って分割する。第1分割溝23a内には、基板21の表面が露出する。具体的には、第1分割溝23aは、レーザ加工装置1を用いてパルス状のレーザ光L1を裏面電極層23の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の裏面電極層23が除去されて形成される。
(3-2) Step P1 As shown in FIG. 2(c), the first dividing grooves 23a are formed in the back electrode layer . The first dividing grooves 23a divide the back electrode layer 23 along the direction perpendicular to the plane of the drawing. The surface of the substrate 21 is exposed in the first dividing grooves 23a. Specifically, the first dividing grooves 23a are formed by irradiating a portion of the back electrode layer 23 with a pulsed laser beam L1 using the laser processing apparatus 1, thereby forming the portion of the back electrode layer 23 irradiated with the laser beam. 23 is removed and formed.

(3-3)光吸収層の形成
図2(d)に示すように、裏面電極層23上及び第1分割溝23a内に、光吸収層25を成膜する。光吸収層25は、例えば、印刷法、スパッタ法や蒸着法により形成される。
(3-3) Formation of Light Absorbing Layer As shown in FIG. 2D, the light absorbing layer 25 is formed on the back electrode layer 23 and in the first dividing grooves 23a. The light absorption layer 25 is formed by, for example, a printing method, a sputtering method, or a vapor deposition method.

(3-4)P2工程
図2(e)に示すように、光吸収層25に第2分割溝25aを形成する。第2分割溝25aは、光吸収層25を紙面直交方向に沿って分割する。第2分割溝25a内には、裏面電極層23の表面が露出する。具体的には、第2分割溝25aは、レーザ加工装置1を用いてパルス状のレーザ光L2を光吸収層25の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の光吸収層25が除去されて形成される。
(3-4) Step P2 As shown in FIG. The second dividing groove 25a divides the light absorption layer 25 along the direction perpendicular to the plane of the drawing. The surface of the back electrode layer 23 is exposed in the second dividing groove 25a. Specifically, the second dividing groove 25a is formed by irradiating a portion of the light absorbing layer 25 with a pulsed laser beam L2 using the laser processing apparatus 1, thereby forming the portion of the light absorbing layer 25 irradiated with the laser beam. 25 is removed and formed.

(3-5)透明導電膜の形成
図2(f)に示すように、光吸収層25上及び第2分割溝25a内に、透明導電膜27を成膜する。透明導電膜27は、例えば、スパッタ法や蒸着法により形成される。
(3-5) Formation of Transparent Conductive Film As shown in FIG. 2(f), a transparent conductive film 27 is formed on the light absorbing layer 25 and in the second dividing grooves 25a. The transparent conductive film 27 is formed by, for example, sputtering or vapor deposition.

(3-6)P3工程
図2(g)に示すように、透明導電膜27に第3分割溝27aを形成する。第3分割溝27aは、光吸収層25及び透明導電膜27を紙面直交方向に沿って分割する。第3分割溝27a内には、裏面電極層23の表面が露出する。具体的には、第3分割溝27aは、レーザ加工装置1を用いてパルス状のレーザ光L3を光吸収層25及び透明導電膜27の一部に照射することにより、レーザ光が照射された部分の光吸収層25及び透明導電膜27が除去されて形成される。
以上の工程により太陽電池20が完成する。
(3-6) Step P3 As shown in FIG. 2(g), the transparent conductive film 27 is formed with a third dividing groove 27a. The third dividing groove 27a divides the light absorption layer 25 and the transparent conductive film 27 along the direction perpendicular to the plane of the drawing. The surface of the back electrode layer 23 is exposed in the third dividing groove 27a. Specifically, the third dividing groove 27a is formed by irradiating a portion of the light absorption layer 25 and the transparent conductive film 27 with a pulsed laser beam L3 using the laser processing apparatus 1. A portion of the light absorption layer 25 and the transparent conductive film 27 is removed.
The solar cell 20 is completed through the above steps.

(4)P3工程の詳細説明
図3~図7を用いて、第3分割溝27aを形成する溝形成方法であるP3工程を詳細に説明する。図3は、P3工程前の状態を示す模式的断面図である。図4は、P3工程の第1工程を示す模式的断面図である。図5は、P3工程の第1工程を示す模式的平面図である。図6は、P3工程の第2工程を示す模式的断面図である。図7は、第1実施例のP3工程後の平面写真である。
(4) Detailed Description of P3 Process The P3 process, which is a groove forming method for forming the third dividing grooves 27a, will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 7. FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the state before the P3 process. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step. FIG. 5 is a schematic plan view showing the first step of the P3 step. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the second step of the P3 step. FIG. 7 is a plane photograph after the P3 process of the first embodiment.

P3工程は、裏面電極層23(第1層の一例)と、裏面電極層23の上に形成された光吸収層25(第2層の一例)と、光吸収層25の上に形成された透明導電膜27(第3層の一例)とを含む層構造に対して、光吸収層25及び透明導電膜27を同時にレーザ加工して第3分割溝27aを形成する。 In the P3 process, the back electrode layer 23 (an example of the first layer), the light absorption layer 25 (an example of the second layer) formed on the back electrode layer 23, and the light absorption layer 25 formed on the light absorption layer 25 In the layered structure including the transparent conductive film 27 (an example of the third layer), the light absorption layer 25 and the transparent conductive film 27 are simultaneously laser processed to form the third dividing grooves 27a.

P3工程は、図3の初期状態から実行する第1工程と第2工程とを有している。
第1工程では、図4及び図5に示すように、透明導電膜27の溝形成予定箇所27bの一部において、レーザ光L3aによって、光吸収層25まで貫通する通気路33が形成される。通気路33は、より具体的には、透明導電膜27の溝形成予定箇所27bの幅方向中心に沿って形成される。通気路33は、連続的な線状の開口(溝)として形成されてもよく、また、断続的又は離散的な開口として形成されてもよいが、ガス抜き穴としての効果より、連続的な溝として形成されていることが好ましい。第1工程においては、レーザ光のフォーカス位置、出力、照射ビーム径、走査速度等を制御することにより、第3層のみが加工され、第2層が加工されないようにすることができる。
上記のように第1工程はレーザ加工で行われるので、第2工程と共通のレーザ加工装置1を利用できる。
The P3 process has a first process and a second process that are executed from the initial state of FIG.
In the first step, as shown in FIGS. 4 and 5, the ventilation path 33 penetrating to the light absorption layer 25 is formed by the laser light L3a in a part of the groove formation planned portion 27b of the transparent conductive film 27. FIG. More specifically, the air passage 33 is formed along the center of the width direction of the groove-formed portion 27 b of the transparent conductive film 27 . The ventilation path 33 may be formed as a continuous linear opening (groove), or may be formed as an intermittent or discrete opening. It is preferably formed as a groove. In the first step, by controlling the focus position, output, irradiation beam diameter, scanning speed, etc. of the laser beam, only the third layer is processed and the second layer is not processed.
Since the first step is performed by laser processing as described above, the same laser processing apparatus 1 as that for the second step can be used.

第2工程では、第1工程後に、図6に示すように、レーザ光L3bによって、光吸収層25の溝形成予定箇所25b(図4)及び透明導電膜27の溝形成予定箇所27b(図4)をレーザ加工することで、第3分割溝27aが形成される。
以上に述べたP3工程では、第1工程によって通気路33があらかじめ形成されているので、第2工程において光吸収層25と透明導電膜27がレーザ加工されるときに、光吸収層25から発生するガスが、通気路33から外部に出て行く。その結果、図7に示すように、透明導電膜27の剥離が減る。
In the second step, after the first step, as shown in FIG. 6, a groove formation planned portion 25b (FIG. 4) of the light absorption layer 25 and a groove formation planned portion 27b (FIG. 4) of the transparent conductive film 27 are irradiated with a laser beam L3b. ) is laser-processed, the third dividing groove 27a is formed.
In the above-described P3 process, since the air passage 33 is formed in advance in the first process, when the light absorbing layer 25 and the transparent conductive film 27 are laser-processed in the second process, the light absorbing layer 25 emits light. The gas to be discharged goes out from the air passage 33 to the outside. As a result, as shown in FIG. 7, peeling of the transparent conductive film 27 is reduced.

なお、図7は、下記の条件で行った第1実施例の結果を示す写真である。
第1実施例では、第1工程と第2工程では、レーザ光の波長及び走査速度が同じである。また、レーザ出力は第2工程が大きい。また、加工Z位置は、第1工程が第3層に対してジャストフォーカスであり、第2工程がデフォーカスである。一例として、レーザ光の波長は355nmであり、走査速度は500mm/sである。レーザ出力は、第1工程では0.1W(第1層のみが加工され、第2層は加工されないレーザ出力)であり、第2工程では0.4W(第2層及び第3層が加工されるレーザ出力)である。第1工程において通気路が加工幅の中央に形成され(ガス抜き穴形成)、第2工程では、加工幅の中央がレーザ操作される(パターニング)。
FIG. 7 is a photograph showing the results of Example 1 performed under the following conditions.
In the first embodiment, the wavelength of the laser light and the scanning speed are the same between the first step and the second step. Also, the laser output is large in the second step. Also, the processing Z position is just in focus with respect to the third layer in the first step, and defocused in the second step. As an example, the wavelength of laser light is 355 nm and the scanning speed is 500 mm/s. The laser output is 0.1 W in the first step (laser output in which only the first layer is processed and the second layer is not processed), and in the second step is 0.4 W (the second and third layers are processed). laser output). In the first step, a vent path is formed in the center of the processing width (formation of gas vent holes), and in the second step, the center of the processing width is laser-operated (patterning).

2.第2実施形態
第1実施形態では通気路33は透明導電膜27の溝形成予定箇所27bの幅方向中心に沿って形成されていたが、第2工程時にガスが十分に放出されればよいので、通気路の位置、形状、個数は特に限定されない。
図8~図11を用いて、そのような実施例を第2実施形態として説明する。図8は、第2実施形態のP3工程の第1工程を示す模式的断面図である。図9は、P3工程の第1工程を示す模式的平面図である。図10は、P3工程の第1工程を示す模式的断面図である。図11は、第2実施例のP3工程後の平面写真である。
2. Second Embodiment In the first embodiment, the air passage 33 was formed along the widthwise center of the groove-formed portion 27b of the transparent conductive film 27. , the position, shape and number of air passages are not particularly limited.
Such an example will be described as a second embodiment with reference to FIGS. 8 to 11. FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step of the second embodiment. FIG. 9 is a schematic plan view showing the first step of the P3 step. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the P3 step. FIG. 11 is a plane photograph after the P3 process of the second embodiment.

P3工程は、図3の初期状態から実行する第1工程と第2工程とを有している。
第1工程では、図8及び図9に示すように、レーザ光L3aによって、透明導電膜27の溝形成予定箇所27bの一部において、光吸収層25まで貫通する通気路35が形成される。通気路35は、より具体的には、透明導電膜27の溝形成予定箇所27bの両長手縁に沿って形成される。
The P3 process has a first process and a second process that are executed from the initial state of FIG.
In the first step, as shown in FIGS. 8 and 9, a ventilation path 35 penetrating to the light absorption layer 25 is formed in a part of the groove formation planned portion 27b of the transparent conductive film 27 by the laser beam L3a. More specifically, the air passage 35 is formed along both longitudinal edges of the groove-formed portion 27 b of the transparent conductive film 27 .

第2工程では、第1工程後に、図10に示すように、レーザ光L3bによって、光吸収層25の溝形成予定箇所25b及び透明導電膜27の溝形成予定箇所27bをレーザ加工することで、第3分割溝27aが形成される。
以上に述べたP3工程では、第1工程によって通気路35があらかじめ形成されているので、第2工程において光吸収層25と透明導電膜27がレーザ加工されるときに、光吸収層25から発生するガスが、通気路35から外部に出て行く。その結果、図11に示すように、透明導電膜27の剥離が減る。
なお、図11は、上記の第1実施例と同じ条件で行った第2実施例の結果を示す写真である。第1実施形態に比べて、第2工程では加工幅の中央がレーザ走査される(パターニング)点は同じであるが、第1工程では通気路が加工幅の両エッジに形成されている(ガス抜き穴形成工程)点が異なる。
In the second step, after the first step, as shown in FIG. 10, a groove formation planned location 25b of the light absorption layer 25 and a groove formation planned location 27b of the transparent conductive film 27 are laser-processed with a laser beam L3b. A third dividing groove 27a is formed.
In the P3 process described above, since the ventilation path 35 is formed in advance in the first process, when the light absorbing layer 25 and the transparent conductive film 27 are laser-processed in the second process, the light absorbing layer 25 emits light. The gas to be discharged goes out from the air passage 35 to the outside. As a result, as shown in FIG. 11, peeling of the transparent conductive film 27 is reduced.
FIG. 11 is a photograph showing the results of the second example performed under the same conditions as the first example. Compared to the first embodiment, the second step is the same in that the center of the processing width is laser-scanned (patterning). punch hole forming step).

3.他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
太陽電池の種類は特に限定されない。太陽電池は、例えば、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、ペロブスカイト太陽電池のいずれでもよい。
本発明は、太陽電池以外の層構造にも適用される。特に、本発明は、第3層が透明性を有しており、第2層がレーザ光吸収する層構造に適用されることが好ましい。
3. Other Embodiments Although a plurality of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the invention. In particular, multiple embodiments and modifications described herein can be arbitrarily combined as required.
The type of solar cell is not particularly limited. The solar cell may be, for example, a silicon solar cell, a compound solar cell, or a perovskite solar cell.
The invention also applies to layer structures other than solar cells. In particular, the present invention is preferably applied to a layered structure in which the third layer has transparency and the second layer absorbs laser light.

第1工程は、ダイヤモンド等のメカニカルツールによって薄膜の一部を除去するメカニカルスクライブ法が用いられもよい。
第1工程では、通気路は平面視で加工幅のいずれの位置に形成されてもよい。
第1工程では、通気路は平面視で連続的に線状に形成されもよいし、断続的に形成されてもよいし、両者を組み合わせて形成されてもよい。
第1工程では、通気路は平面視で直線上に形成されてもよいし、曲線状に形成されてもよいし、両者を組み合わせて形成されてもよい。
In the first step, a mechanical scribing method that removes part of the thin film with a mechanical tool such as diamond may be used.
In the first step, the air passage may be formed at any position in the processing width in plan view.
In the first step, the ventilation path may be formed continuously linearly in a plan view, may be formed intermittently, or may be formed by combining both.
In the first step, the air passage may be formed in a straight line in plan view, may be formed in a curved shape, or may be formed by combining the two.

本発明は、第1層と、第1層の上に形成された第2層と、第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、第2層及び第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する溝形成方法及び溝形成装置に広く適用できる。 The present invention provides a layered structure that includes a first layer, a second layer formed over the first layer, and a third layer formed over the second layer. It can be widely applied to a groove forming method and a groove forming apparatus for simultaneously laser-processing layers to form grooves.

1 :レーザ加工装置
20 :太陽電池
21 :基板
23 :裏面電極層
23a :第1分割溝
25 :光吸収層
25a :第2分割溝
25b :溝形成予定箇所
27 :透明導電膜
27a :第3分割溝
27b :溝形成予定箇所
31 :セル
33 :通気路
35 :通気路
1: Laser processing device 20: Solar cell 21: Substrate 23: Back electrode layer 23a: First division groove 25: Light absorption layer 25a: Second division groove 25b: Groove formation plan location 27: Transparent conductive film 27a: Third division Groove 27b : Groove-formed portion 31 : Cell 33 : Ventilation path 35 : Ventilation path

Claims (10)

第1層と、前記第1層の上に形成された第2層と、前記第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、前記第2層及び前記第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する溝形成方法であって、
前記第3層の溝形成予定箇所の一部において、前記第2層まで貫通する通気路を形成する第1工程と、
前記第1工程後に、前記第2層の溝形成予定箇所及び前記第3層の前記溝形成予定箇所をレーザ加工することで、前記溝を形成する第2工程と、
を備え、前記層構造が薄膜太陽電池であり、前記第2層が半導体層であり、前記第3層が透明電極層である溝形成方法。
For a layered structure including a first layer, a second layer formed on the first layer, and a third layer formed on the second layer, the second layer and the third A groove forming method for simultaneously laser processing layers to form grooves,
a first step of forming an air passage penetrating to the second layer in a portion of the third layer where the groove is to be formed;
After the first step, a second step of forming the groove by performing laser processing on the planned groove formation location of the second layer and the groove formation planned location of the third layer;
wherein said layer structure is a thin film solar cell, said second layer is a semiconductor layer, and said third layer is a transparent electrode layer .
前記溝は一方向に長く延びており、
前記第1工程では、前記通気路は前記第3層の前記溝形成予定箇所に沿って形成される、請求項1に記載の溝形成方法。
The groove extends long in one direction,
2. The groove forming method according to claim 1 , wherein in said first step, said ventilation path is formed along said groove-forming planned portion of said third layer.
前記第1工程では、前記通気路は前記第3層の前記溝形成予定箇所の両長手縁に沿って形成される、請求項に記載の溝形成方法。 3. The method of forming grooves according to claim 2 , wherein in said first step, said air passages are formed along both longitudinal edges of said portion of said third layer where said grooves are to be formed. 前記第1工程では、前記通気路は前記第3層の前記溝形成予定箇所の幅方向中心に沿って形成される、請求項に記載の溝形成方法。 3. The groove forming method according to claim 2 , wherein in said first step, said ventilation path is formed along the width direction center of said groove formation planned portion of said third layer. 前記第1工程はレーザ加工で行われる、請求項1~のいずれかに記載の溝形成方法。 5. The groove forming method according to claim 1, wherein said first step is performed by laser processing. 第1層と、前記第1層の上に形成された第2層と、前記第2層の上に形成された第3層とを含む層構造に対して、前記第2層及び前記第3層を同時にレーザ加工して溝を形成する溝形成装置であって、
前記第3層の溝形成予定箇所の一部において、前記第2層まで貫通する通気路を形成する第1加工装置と、
前記第2層の溝形成予定箇所及び前記第3層の前記溝形成予定箇所をレーザ加工することで、前記溝を形成する第2加工装置と、
を備え
前記層構造が薄膜太陽電池であり、前記第2層が半導体層であり、前記第3層が透明電極膜である溝形成装置。
For a layered structure including a first layer, a second layer formed on the first layer, and a third layer formed on the second layer, the second layer and the third A grooving device for simultaneously laser processing layers to form grooves,
a first processing device that forms an air passage penetrating to the second layer in a part of the groove formation scheduled location of the third layer;
a second processing device that forms the groove by performing laser processing on the planned groove formation location of the second layer and the groove formation planned location of the third layer;
with
The groove forming device , wherein the layer structure is a thin film solar cell, the second layer is a semiconductor layer, and the third layer is a transparent electrode film .
前記溝は一方向に長く延びており、
前記第1加工装置は、前記通気路を、前記第3層の前記溝形成予定箇所に沿って形成する、請求項に記載の溝形成装置。
The groove extends long in one direction,
7. The grooving apparatus according to claim 6 , wherein said first processing apparatus forms said ventilation path along said groove-forming planned portion of said third layer.
前記第1加工装置は、前記通気路を、前記第3層の前記溝形成予定箇所の両長手縁に沿って形成する、請求項に記載の溝形成装置。 8. The grooving device according to claim 7 , wherein said first processing device forms said ventilation path along both longitudinal edges of said grooving planned portion of said third layer. 前記第1加工装置は、前記通気路を、前記第3層の前記溝形成予定箇所の幅方向中心に沿って形成する、請求項に記載の溝形成装置。 8. The groove forming apparatus according to claim 7 , wherein said first processing apparatus forms said ventilation path along the width direction center of said groove formation planned portion of said third layer. 前記第1加工装置はレーザ加工を行う、請求項のいずれかに記載の溝形成装置。 10. The groove forming device according to claim 6 , wherein said first processing device performs laser processing.
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