WO2012056715A1 - 薄膜太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法 - Google Patents

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WO2012056715A1
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laser
electrode layer
infrared laser
irradiation source
film solar
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PCT/JP2011/006047
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良明 山本
伸一 朝比奈
遊子 田口
吉本　龍太郎
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株式会社アルバック
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for a thin-film solar cell module having a cell isolation structure for avoiding a hot spot phenomenon and a peripheral isolation structure for ensuring a withstand voltage.
  • a thin film solar cell module in which a plurality of thin film photoelectric conversion cells are connected in series has a structure in which a plurality of thin film photoelectric conversion cells formed in a strip shape are integrated in the short axis direction.
  • a thin film photoelectric conversion cell typically has a multilayer structure in which a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a back electrode layer are sequentially laminated on a transparent substrate.
  • the thin film solar cell module having such a configuration, when a light shielding object such as a leaf or bird dropping adheres to the light receiving surface, the thin film solar cell module behaves as a diode connected in series in the direction opposite to the power generation direction. The output of the entire module is greatly reduced. Furthermore, when a voltage higher than the reverse withstand voltage is applied to the cell that behaves as the diode, local heating called a hot spot phenomenon occurs, which may lead to destruction of the module. The hot spot phenomenon is particularly problematic in a module configuration in which each cell has a high electromotive voltage, such as a solar cell module having a tandem structure.
  • Patent Document 1 is formed by dividing a thin-film photoelectric conversion cell formed in a strip shape in the major axis direction and connecting the divided cells in series.
  • a thin film photoelectric conversion module having a plurality of series arrays and in which the plurality of series arrays are connected in parallel to each other is described.
  • Patent Document 2 describes a method of separating a cell integration region and a peripheral region by a laser scribing method. As a result, an electrical short circuit with a metal frame attached to the peripheral edge of the substrate, or a decrease in power generation performance due to moisture infiltration from the peripheral edge of the substrate can be suppressed.
  • Both the cell separation line for hot spot countermeasures and the peripheral separation line for ensuring withstand voltage can be formed by laser scribing.
  • the separation line forming conditions are different in each process, and the optimum laser absorption wavelength is different for each of the transparent electrode layer, the semiconductor layer, and the back electrode layer.
  • the cell separation line and the peripheral edge separation line are generally formed by using different laser processing apparatuses, and it is therefore difficult to improve productivity.
  • an object of the present invention is to provide a thin-film solar cell module manufacturing apparatus capable of forming a cell isolation structure for hot spot countermeasures and a peripheral isolation structure for ensuring withstand voltage with a common apparatus. And providing a manufacturing method.
  • a thin-film solar cell module manufacturing apparatus includes a photoelectric conversion device including a first electrode layer having optical transparency and a semiconductor layer having absorption characteristics for light in an infrared wavelength band.
  • An apparatus for manufacturing a thin film solar cell module in which a plurality of power generation cells each formed of a laminated film of a conversion layer and a second electrode layer are connected in series on a transparent substrate, A laser irradiation source, a second laser irradiation source, a moving mechanism, and a control unit are provided.
  • the first laser irradiation source generates a first infrared laser, and irradiates the peripheral portion of the transparent substrate with the first infrared laser, thereby removing the peripheral film from which the laminated film on the peripheral portion has been removed.
  • a separation part is formed.
  • the second laser irradiation source generates a second infrared laser, and irradiates the second infrared laser on a region where the power generation cell is formed on the transparent substrate, thereby dividing the power generation cell.
  • a cell separation line is formed.
  • the moving mechanism includes a stage for supporting the transparent substrate, and moves the first laser irradiation source and the second laser irradiation source relative to the stage.
  • the control unit controls the first laser irradiation source, the second laser irradiation source, and the moving mechanism, respectively.
  • a method for manufacturing a thin-film solar cell module includes a first electrode layer having optical transparency, a photoelectric conversion layer including a semiconductor layer having absorption characteristics for light in an infrared wavelength band, and a second A step of producing a cell integrated substrate in which a plurality of power generation cells each formed of a laminated film with an electrode layer are connected in series on a transparent substrate.
  • a cell separation line for dividing the power generation cell is formed by irradiating a second infrared laser from a second laser irradiation source to the formation region of the power generation cell on the cell integrated substrate supported by the stage. It is formed.
  • An apparatus for manufacturing a thin-film solar cell module includes a first electrode layer having optical transparency, a photoelectric conversion layer including a semiconductor layer having absorption characteristics for light in an infrared wavelength band, and a second An apparatus for manufacturing a thin film solar cell module in which a plurality of power generation cells each formed of a laminated film with an electrode layer of the first electrode layer are connected in series on a transparent substrate, comprising: a first laser irradiation source; 2 laser irradiation sources, a moving mechanism, and a control unit.
  • the first laser irradiation source generates a first infrared laser, and irradiates the peripheral portion of the transparent substrate with the first infrared laser, thereby removing the peripheral film from which the laminated film on the peripheral portion has been removed.
  • a separation part is formed.
  • the second laser irradiation source generates a second infrared laser, and irradiates the second infrared laser on a region where the power generation cell is formed on the transparent substrate, thereby dividing the power generation cell.
  • a cell separation line is formed.
  • the moving mechanism includes a stage for supporting the transparent substrate, and moves the first laser irradiation source and the second laser irradiation source relative to the stage.
  • the control unit controls the first laser irradiation source, the second laser irradiation source, and the moving mechanism, respectively.
  • the manufacturing apparatus includes a first laser irradiation source for forming the peripheral separation portion and a second laser irradiation source for forming the cell separation line. Since the photoelectric conversion layer includes a semiconductor layer having absorption characteristics for light in the infrared wavelength band, it can be removed together with the second electrode layer by irradiation with an infrared laser. Further, the first electrode layer is removed by adjusting the laser output of the infrared laser. Therefore, according to the manufacturing apparatus described above, the cell isolation structure for preventing hot spots and the peripheral isolation structure for ensuring withstand voltage can be formed by a common apparatus, thereby improving the productivity.
  • the controller removes the photoelectric conversion layer and the second electrode layer by irradiating the first infrared laser from the first laser irradiation source with a first output
  • the first electrode layer is removed by irradiating the first infrared laser with a second output higher than the first output.
  • control unit removes the first electrode layer by irradiating the second infrared laser from the second laser irradiation source in a first focus state, and then the second laser irradiation source.
  • the photoelectric conversion layer and the second electrode layer are removed by irradiating an infrared laser in a second focus state different from the first focus state.
  • the manufacturing apparatus may further include a dust collection unit.
  • the dust collection unit has a first suction port, a suction pump, and a valve mechanism.
  • the first suction port is disposed on the stage so as to face the formation region of the peripheral separation portion of the transparent substrate supported by the stage, and is divided into a plurality of portions divided along the formation direction of the peripheral separation portion.
  • the valve mechanism is disposed between the first suction port and the suction pump, and the plurality of suction ports can be individually connected to the suction pump.
  • the control unit controls the valve mechanism so that the plurality of suction ports are individually connected to the suction pump, corresponding to the irradiation position of the first infrared laser scanned on the peripheral region. .
  • the dust collecting unit sucks the dust of the laminated film generated when the peripheral separation portion is formed by the irradiation of the first infrared laser, and avoids contamination of the apparatus due to the dust adhering to the stage or the like.
  • the dust collection efficiency is increased, the operating power of the suction pump is reduced, and further downsizing of the suction pump can be realized.
  • the dust collection unit may further have a second suction port.
  • the second suction port is disposed to face the cell separation line formation region on the transparent substrate supported by the stage, and is connected to the suction pump via the valve mechanism.
  • the control unit controls the valve mechanism so that the second suction port is connected to the suction pump only when the second infrared laser is irradiated from the second laser irradiation source.
  • the second suction port sucks the dust of the laminated film generated when the cell separation line is formed by the irradiation of the second infrared laser, and avoids contamination of the apparatus due to the adhesion of the dust to the stage or the like. Since the second suction port is connected to the suction pump only when the cell separation line is formed, the driving power of the suction pump can be reduced when the peripheral separation portion is formed.
  • a method for manufacturing a thin-film solar cell module includes a first electrode layer having optical transparency, a photoelectric conversion layer including a semiconductor layer having absorption characteristics for light in an infrared wavelength band, and a second method.
  • the peripheral separation part from which the laminated film on the peripheral part is removed is formed.
  • the A cell separation line for dividing the power generation cell is formed by irradiating a second infrared laser from a second laser irradiation source to the formation region of the power generation cell on the cell integrated substrate supported by the stage. It is formed.
  • the cell isolation structure for hot spot countermeasures and the peripheral isolation structure for ensuring withstand voltage can be formed by a common apparatus, and productivity can be improved.
  • FIG. 1 is a process flow showing a method for manufacturing a thin-film solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing a thin-film solar cell module according to the present embodiment includes a cell integrated substrate manufacturing process (ST1), an edge dilation process (ST2), and a hot spot countermeasure cell separation process ( ST3) and a modularization step (ST3).
  • ST1 cell integrated substrate manufacturing process
  • ST2 edge dilation process
  • ST3 hot spot countermeasure cell separation process
  • ST3 modularization step
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the cell integrated substrate in the order of steps.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the cell integrated substrate.
  • a transparent electrode layer 11 (first electrode layer) having optical transparency is formed on the transparent substrate 10 (FIG. 2A).
  • the transparent substrate 10 is formed in a rectangular shape and is made of a transparent material that transmits light having a wavelength of 300 nm or more.
  • a white glass substrate is used as the transparent substrate 10, but is not limited to this, and for example, soda lime glass, blue plate glass, borosilicate glass, or the like may be used.
  • the size of the transparent substrate 10 is not particularly limited. For example, the long side is 1400 mm, the short side is 1100 mm, and the thickness is 3.2 mm.
  • the transparent electrode layer 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.
  • AZO zinc oxide-based material
  • Ga gallium
  • a system material (GZO) or the like is applicable.
  • AZO and GZO are excellent in plasma resistance, and both conductivity and light transmittance in the near infrared region are high.
  • the transparent electrode layer 11 is composed of an AZO film.
  • the transparent electrode layer 11 is formed with a thickness of, for example, about 600 nm by a sputtering method, but is not limited thereto.
  • the transparent electrode layer 11 may have a predetermined texture on the surface thereof. Thereby, since the surface area of the transparent electrode layer 11 increases, it becomes possible to improve the light transmission efficiency and the adhesiveness with the upper layer (photoelectric conversion layer).
  • the texture forming method for example, an etching process using an aqueous ammonium salt solution can be employed.
  • a step of patterning the transparent electrode layer 11 is performed by irradiating a predetermined region of the transparent electrode layer 11 on the transparent substrate 10 with a laser beam (FIG. 2B).
  • the transparent electrode layer 11 is irradiated with infrared pulse laser light, and the infrared pulse laser light is scanned while overlapping a part of the irradiation range, whereby the transparent electrode layer 11 has a first separation groove 11a.
  • the infrared pulse laser beam is irradiated from the transparent substrate 10 side toward the transparent electrode layer 11. Thereby, contamination of the laser irradiation part by the processing waste (dust) of the transparent electrode layer 11 can be prevented.
  • Each transparent electrode layer 11 on the transparent substrate 10 is divided into a plurality of strip-shaped cells by the separation groove 11a, and each cell is electrically insulated.
  • the cell width is 8.9 mm and the number of cells is 119.
  • the photoelectric conversion layer 12 is formed on the transparent substrate 10 (FIG. 2C).
  • the photoelectric conversion layer 12 is formed so as to cover the transparent electrode layer 11 and the first separation groove 11a.
  • the photoelectric conversion layer 12 includes a semiconductor layer having absorption characteristics for light in the infrared wavelength band.
  • the photoelectric conversion layer 12 is composed of a laminated body of an amorphous silicon layer and a microsilicon layer containing microcrystalline silicon.
  • the amorphous silicon layer mainly generates light by receiving light in the visible light region having a wavelength of 400 to 600 nm
  • the microsilicon layer generates power by receiving light in the near infrared region mainly having a wavelength of 700 to 1300 nm.
  • the photoelectric conversion layer 12 having a tandem structure is formed.
  • Each of the amorphous silicon layer and the micro silicon layer is formed by, for example, a plasma CVD method.
  • the thickness of each layer is not particularly limited, and the thickness of the amorphous silicon layer is, for example, 150 to 250 nm, and the thickness of the microsilicon layer is, for example, 800 to 2000 nm.
  • the photoelectric conversion layer 12 is patterned into a strip shape by irradiating a predetermined region of the photoelectric conversion layer 12 on the transparent substrate 10 with a laser beam (FIG. 2D).
  • the photoelectric conversion layer 12 is irradiated with pulse laser light, and the pulse laser light is scanned while overlapping a part of the irradiation range, thereby forming the second separation groove 12a in the photoelectric conversion layer 12.
  • 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 transparent substrate 10 side as described above.
  • the oscillation wavelength of the laser light may be an infrared laser or its second harmonic (green laser).
  • the back electrode layer 13 (second electrode layer) is formed on the transparent substrate 10 (FIG. 2E).
  • the back electrode layer 13 is formed so as to cover the photoelectric conversion layer 12 and the second separation groove 12a. Thereby, the transparent electrode layer 11 and the back electrode layer 13 are electrically connected via the separation groove 12a.
  • the back electrode layer 13 is made of a metal material having a relatively high reflectivity, such as aluminum or silver.
  • the film thickness of the back electrode layer 13 is not particularly limited and is, for example, several hundred nm to several ⁇ m.
  • the back electrode layer 13 is patterned into a strip shape by irradiating a predetermined region of the back electrode layer 13 on the transparent substrate 10 with a laser beam (FIG. 2F).
  • the back electrode layer 13 is irradiated with green pulse laser light, and the green pulse laser light is scanned while overlapping a part of the irradiation range, whereby the third separation groove 13a is formed in the back electrode layer 13.
  • 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 light is irradiated from the transparent substrate 10 side as described above, and the back electrode layer 13 is removed together with the photoelectric conversion layer 12 located in the formation region of the separation groove 13a.
  • the cell integrated substrate 15 in which a plurality of power generation cells are connected in series is manufactured on the transparent substrate 10 (FIG. 2F).
  • Each power generation cell is composed of a laminated film of a transparent electrode layer 11, a photoelectric conversion layer 12, and a back electrode layer 13.
  • the cell integrated substrate 15 has a plurality of strip-shaped power generation cells 14 having a longitudinal direction in the long side direction (Y-axis direction) connected in series in the short side direction (X-axis direction). It has a cell array.
  • the peripheral separator V1 and the hot spot countermeasure cell separation line V2 are formed on the cell integrated substrate 15.
  • the peripheral separation portion V1 is formed in an annular shape along the peripheral portion 1a of the cell integrated substrate 15, and the cell separation line V2 is formed in the power generation region 1b on the inner side of the peripheral portion 1a.
  • a plurality of lines are formed linearly in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the.
  • the peripheral separation portion V1 is formed by a laser scribing method in the edge delineation process, and the cell separation line V2 is formed in the cell separation process.
  • the peripheral separation part V1 is formed by irradiating the peripheral part 1a of the cell integrated substrate 15 with an infrared laser.
  • 4A and 4B are cross-sectional views of the peripheral edge portion 1a of the cell integrated substrate 15 for explaining the edge dilation process. As shown in the figure, in the edge dilation process, the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 on the peripheral edge 1a are removed (first processing process), and the transparent electrode layer 11 on the peripheral edge 1a is removed. Process (second processing step).
  • the first infrared laser L1 having an oscillation wavelength in the near infrared band is used.
  • an Nd: YAG laser (wavelength 1064 nm) having a maximum output of 450 W, a repetition frequency of 6 kHz, and a pulse width of 40 nsec is used as the first infrared laser L1.
  • the first infrared laser L1 is irradiated from the first laser irradiation source from the transparent substrate 10 side.
  • the spot diameter of the first infrared laser L1 on the transparent substrate 10 is, for example, 1 mm square.
  • the first laser irradiation source has a variable dimming mechanism, for example, and can arbitrarily adjust the laser output required for processing.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of the first laser irradiation source that irradiates the first infrared laser L1.
  • the first laser irradiation source 100 includes an oscillator 101, a variable attenuator 102, a condenser lens 107, a homogenizer 103, a scanner 104, and an f ⁇ lens 105.
  • the oscillator 101 emits infrared laser light.
  • the variable attenuator 102 attenuates the laser light emitted from the oscillator 101 and adjusts the output.
  • the condensing lens 107 condenses the laser light emitted from the variable attenuator 102 on the homogenizer 103.
  • the scanner 104 scans with laser light.
  • a polygon scanner composed of a rotating polyhedral mirror, a galvano scanner composed of a mirror that vibrates due to an external magnetic field, a resonant scanner composed of a mirror that vibrates due to resonance, and the like are used.
  • the f ⁇ lens 105 corrects the scanning speed and laser spot shape of the laser light scanned by the scanner 104.
  • the first infrared laser L1 is formed by laser light that has passed through the f ⁇ lens 105.
  • FIG. 6 is a partial plan view of the cell integrated substrate 15 showing how the scanner 104 scans the first infrared laser L1.
  • the first infrared laser L1 is scanned in the X-axis direction in FIG.
  • the first laser irradiation source moves in the Y-axis direction in FIG. 6 in order to avoid the first infrared laser L1 irradiating the same region by the scanning of the scanner 104.
  • the scanning speed by the scanner 104 is about 5400 mm / sec
  • the scanning speed of the first laser irradiation source is about 300 mm / sec.
  • the cell integrated substrate 15 is placed on a stage (not shown) with the transparent substrate 10 side facing upward.
  • the first laser irradiation source scans the first infrared laser L1 on the peripheral edge 1a of the cell integrated substrate 15 by emitting the first infrared laser L1 while moving above the stage.
  • the first laser light L1 passes through the transparent substrate 10 and the transparent electrode layer 11 and is absorbed by the photoelectric conversion layer 12, and the photoelectric conversion layer 12 is removed. Thereby, the back electrode layer 13 which is the upper layer is also removed. Thereby, the photoelectric converting layer 12 and the back surface electrode layer 13 are removed on the peripheral part 1a.
  • the photoelectric conversion layer 12 includes a semiconductor layer (microcrystalline silicon layer) having absorption characteristics in the near infrared region, it is efficiently removed by the first infrared laser L1.
  • the output of the first infrared laser L1 is not particularly limited, but when the energy density of the laser is excessively large, the transparent electrode layer 11 is also fused at the same time. At this time, a phenomenon called shunt may occur in which the processing waste of the transparent electrode layer 11 adheres to the back electrode layer 13 and causes a short circuit. Moreover, there is a possibility that cracks may occur in the transparent substrate 10. For this reason, the output (first output) of the first infrared laser L1 in the first processing step is set to such a size that the transparent electrode layer 11 is not removed, for example, about 70 W (1.33 J / cm 2 ).
  • the transparent electrode layer 11 remaining on the peripheral edge 1a is removed.
  • the laser output is adjusted to be larger than the laser output irradiated in the first processing step.
  • the output (second output) of the first infrared laser L1 is 270 W (5.13 J / cm 2 ).
  • the peripheral separation portion V1 is formed on the peripheral portion 1a of the cell integrated substrate 15.
  • the formation width of the peripheral separation portion V1 is not particularly limited, but is about 10 mm here.
  • Cell separation step (ST3) In the cell separation step, a plurality of cell separation lines V2 (FIG. 3) are formed in each of the power generation cells 14 arranged on the power generation region 1b of the cell integrated substrate 15. As a result, the power generation cells 14 are converted from a single-row serial array to a multi-row serial array, thereby preventing a reduction in power generation output or module destruction due to a hot spot phenomenon.
  • the cell separation line V2 is formed by irradiating the formation region of the power generation cell 14 on the cell integrated substrate 15 with an infrared laser. Thereby, each power generation cell 14 is divided into a plurality of cells.
  • 7A and 7B are cross-sectional views of the main part of the cell integrated substrate 15 for explaining the cell separation process.
  • the cell separation step includes a step of removing the transparent electrode layer 11 located in the formation region of the cell separation line V2 (third processing step), and a photoelectric conversion layer located immediately above the transparent electrode layer 11. 12 and the back electrode layer 13 are removed (fourth processing step).
  • a second infrared laser L2 having an oscillation wavelength in the near infrared band is used.
  • a fiber laser (wavelength 1060 nm) having a maximum output of 20 W, a repetition frequency of 40 kHz, and a pulse width of 30 nsec is used as the second infrared laser L1.
  • the second infrared laser L2 is irradiated from the second laser irradiation source from the transparent substrate 10 side.
  • the spot diameter of the second infrared laser L2 on the transparent substrate 10 is, for example, 50 ⁇ m.
  • the second laser irradiation source is movable in the Z-axis direction (height direction) with respect to the stage on which the cell integrated substrate 15 is placed. This makes it possible to arbitrarily adjust the processing height.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the second laser irradiation source.
  • the second laser irradiation source 200 includes an oscillator 201, an optical fiber 202, a collimator lens 203, an isolator 204, an expander 205, and a condenser lens 206.
  • the laser beam generated in the oscillator 301 is transmitted in the optical fiber 302 and enters the collimator lens 303 from the exit end of the optical fiber 302.
  • the laser light incident on the collimator lens 303 is converted into parallel light by the collimator lens 303, passes through the isolator 304, and enters the expander 305.
  • the isolator 304 is for preventing, for example, laser light reflected on the condenser lens 306 and the cell integrated substrate 15 from returning to the optical fiber 302 side.
  • the laser light transmitted through the isolator 304 is adjusted to an appropriate beam diameter by the expander 305 and then condensed at a predetermined focal position by the condenser lens 306.
  • the expander 305 is of a variable magnification type, and adjusts the spot diameter d of the focused beam at the substrate irradiation position.
  • the second infrared laser L2 is formed by laser light that has passed through the condenser lens 206.
  • an infrared pulse laser beam 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 is used as the second infrared laser L2.
  • the laser oscillator 201 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 302. .
  • the laser light emitted from the oscillator 301 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.
  • the cell integrated substrate 15 is placed on a stage (not shown) with the transparent substrate 10 side facing upward.
  • the second laser irradiation source emits the second infrared laser L2 while moving above the stage, so that the second infrared laser L2 is short on the power generation cell 14 on the power generation region 1b of the cell integrated substrate 15. Scan along the direction (X-axis direction in FIGS. 3 and 7).
  • the second laser beam L1 is transmitted through the transparent substrate 10 and absorbed by the transparent electrode layer 11.
  • the transparent electrode layer 11 is removed, and the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 which are upper layers thereof are also removed.
  • the first groove portion G1 is formed in the power generation cell 14.
  • the output of the second infrared laser L2 in the third processing step is, for example, 7 W (9.5 J / cm 2 ).
  • the scanning speed of the second laser irradiation source with respect to the cell integrated substrate 15 is, for example, 600 mm / sec.
  • the second infrared laser L2 is focused on the transparent electrode layer 11.
  • the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 located around the first groove G1 are removed.
  • the second infrared laser L2 is irradiated at the same 7 W as the laser output in the third processing step.
  • the second infrared laser L ⁇ b> 2 is irradiated on the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 in a defocused state by setting the focal point to the transparent substrate 10 side with respect to the transparent electrode layer 11. .
  • a second groove G2 having a width larger than that of the first groove G1 is formed in the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13.
  • the cell separation line V2 including the first groove portion G1 and the second groove portion G2 is formed in the power generation region 1b of the cell integrated substrate 15.
  • the width of the first groove G1 is 30 to 100 ⁇ m
  • the width of the second groove G2 is 100 to 500 ⁇ m.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part showing the modularized thin-film solar cell module 20.
  • the cell integrated substrate 15 in which the peripheral separation portion V1 and the cell separation line V2 are formed is completed as the thin film solar cell module 20.
  • wiring (not shown) connected to each of the transparent electrode layer 11 and the back electrode layer 13 is formed.
  • the wiring is formed by a method such as solder paste reflow, sealing with a conductive adhesive, or plating.
  • an insulating layer 17 made of an insulating resin is formed on the back electrode layer 13.
  • EVA Ethylene Vinyl Acetate Copolymer
  • a protective layer 18 made of a highly moisture-proof material is formed on the insulating layer 17.
  • the protective layer 18 may be a laminate of PET (Polyethylene Terephthalate), Al, PET, or the like.
  • the insulating layer 17 and the protective layer 18 are formed by covering the back electrode layer 13 side of the cell integrated substrate 15 with an EVA sheet and a PET / Al / PET sheet, and laminating them under reduced pressure.
  • a frame (not shown) is attached on the protective layer 18, and the cell integrated substrate 15 is modularized. Such a modularization process is an example and is not limited to the one shown here.
  • FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a side view thereof.
  • the laser processing apparatus 50 includes a stage 51, a first laser irradiation source 100, a second laser irradiation source 200, and first and second laser irradiation sources 100 and 200 with respect to the stage 51.
  • a moving mechanism for relative movement and a control unit 57 are provided.
  • the stage 51 supports the cell integrated substrate 15 manufactured by the process shown in FIG.
  • a plurality of pins 52 are arranged on the upper surface of the stage 51, and the cell integrated substrate 15 is arranged on the pins 52 with the transparent substrate 10 side facing upward.
  • the first laser irradiation source 100 has the configuration shown in FIG. 5, and the first infrared laser L1 for forming the peripheral separation portion V1 on the peripheral portion 1a of the cell integrated substrate 15 is provided on the stage 51. The light is emitted toward the cell integrated substrate 15.
  • the second laser irradiation source 200 has the configuration shown in FIG. 8, and a second infrared laser L2 for forming a cell separation line V2 in the power generation region 1b of the cell integrated substrate 15 is provided on the stage 51. The light is emitted toward the cell integrated substrate 15.
  • the first and second laser irradiation sources 100 and 200 are supported by the head member 53 in common.
  • a guide rail (not shown) extending in the Z-axis direction in FIG. 10 is laid on the head member 53, and the first and second laser irradiation sources 100 and 200 extend along the guide rail in the Z-axis direction. It can move in the direction.
  • the head member 53 is supported by a gantry 54 installed on the stage 51.
  • a guide rail 55 extending in the Y-axis direction in FIG. 10 is laid on the gantry 54, and the head member 53 can move relative to the gantry 54 along the guide rail 55.
  • a pair of guide rails 56 extending in the X-axis direction in FIG. 10 are laid on the upper surface of the stage 51, and the gantry 54 can move relative to the stage 51 along these guide rails 56.
  • the head member 53 is configured to be movable relative to the stage 51 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • the head member 53, the gantry 54, and each of the guide rails correspond to a moving mechanism that moves the first and second laser irradiation sources 100 and 200 relative to the stage 51.
  • the moving mechanism includes a driving unit such as a linear motor for each axis.
  • the control unit 57 controls driving of the first and second laser irradiation sources 100 and the moving mechanism, respectively.
  • edge delineation processing and cell separation processing are performed on the cell integrated substrate 15.
  • the emission timing and output adjustment of the infrared lasers L1 and L2 in each step are controlled, and the relative movement control of the head member 53 with respect to the stage 51 by the moving mechanism is performed.
  • the control unit 57 irradiates the first infrared laser L1 from the first laser irradiation source 100 with the first output (70 W) in the edge dilation process, thereby the cell integrated substrate 15.
  • the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 located on the peripheral edge 1a are removed.
  • the control unit 57 irradiates the first infrared laser L1 from the first laser irradiation source 100 with the second output (270 W), so that the transparent electrode layer positioned on the peripheral portion 1a of the cell integrated substrate 15 is obtained. 11 is removed. Thereby, the peripheral separation part V1 is formed in the cell integrated substrate 15.
  • the control unit 57 irradiates the second infrared laser L2 from the second laser irradiation source 200 in a focused state in which the transparent electrode layer 11 is focused on the cell integrated substrate 15.
  • the transparent electrode layer located in the cell separation line forming region is removed.
  • the control unit 57 defocuses the second infrared laser L2 from the second laser irradiation source 200 with respect to the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 positioned on the cell separation line formation region.
  • the photoelectric conversion layer 12 and the back electrode layer 13 are removed.
  • the cell separation line V ⁇ b> 2 is formed on the cell integrated substrate 15.
  • the focal position of the infrared laser L2 is adjusted by moving the second laser irradiation source 200 in the Z-axis direction with respect to the head member 53.
  • the laser processing apparatus 50 includes a detector 58 that monitors the laser outputs of the first and second infrared lasers L1 and L2 irradiated to the cell integrated substrate 15.
  • the detector 58 is disposed on the stage 51.
  • a thermopile detector is used, and the temperature is measured by a thermocouple by causing the absorber to absorb light.
  • the first and second laser irradiation sources 100 and 200 are moved immediately above the detector 58.
  • the output of the detector 58 is supplied to the control unit 57, and the control unit 57 controls the laser irradiation sources 100 and 200 based on the detection signal of the detector 58.
  • the laser processing apparatus 50 includes the first laser irradiation source 100 for forming the peripheral separation portion V1 and the second laser irradiation source 200 for forming the cell separation line V2. Have. Thereby, the cell isolation structure for hot spot countermeasures and the peripheral isolation structure for ensuring withstand voltage can be formed by a common device, and the productivity of the thin film solar cell module 20 can be improved.
  • the laser processing apparatus 50 of the present embodiment has a dust collection unit 65.
  • the dust collection unit 65 collects processing waste generated during laser processing on the cell integrated substrate 15. Thereby, it is possible to prevent the dust of the laminated film generated when the peripheral separation portion V1 and the cell separation line V2 are formed from adhering to the cell integrated substrate 15, the stage 51, and the like, and to avoid contamination of the product and the apparatus. it can.
  • the dust collecting unit 65 includes a suction jig 60, a valve mechanism 63, and a suction pump 64.
  • FIG. 12 is a plan view of the suction jig 60.
  • the suction jig 60 has a first suction port 61 (61a, 61b, 61c and 61d) and a second suction port 62 (62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f, 62g and 62h).
  • the first suction ports 61a to 61d are combined in a frame shape so as to correspond to the peripheral edge 1a of the cell integrated substrate 15.
  • the second suction ports 62a to 62h are appropriately disposed inside the frame of the first suction ports 61a to 61d so as to correspond to the formation region of the cell separation line V2 of the cell integrated substrate 15.
  • each suction port of the suction jig 60 opens in the opposite direction (upward) with respect to the direction of gravity so as to face the film formation surface of the cell integrated substrate 15.
  • the valve mechanism 63 is disposed between the suction jig 60 and the suction pump 64. As shown in FIG. 12, the valve mechanism 63 includes a plurality of first on-off valves P1a, P1b, P1c, and P1d that respectively correspond to the first suction ports 61a to 61d and the second suction ports 62a to 62h. And a plurality of second on-off valves P2a, P2b, P2c, P2d, P2e, P2f, P2g, and P2h. The valve mechanisms 63 are individually opened and closed according to instructions from the control unit 57.
  • the suction pump 64 is driven and controlled by the control unit 57.
  • the suction pump 64 is always driven when the peripheral separation portion V1 and the cell separation line V2 are formed on the cell integrated substrate 15.
  • the suction port for sucking the formation region of the peripheral separation portion V1 and the cell separation line V2 is divided into a plurality of suction ports 61a to 61d and 62a to 62h. Therefore, the control unit 57 controls the valve mechanism 63 to connect the suction ports 61a to 61d and 62a to 62h independently to the suction pump 64, and to control the suction ports individually. .
  • the control unit 57 includes a plurality of control units 57 corresponding to the irradiation positions of the first infrared laser L1 scanned on the peripheral part 1a of the cell integrated substrate 15.
  • the valve mechanism 63 is controlled so that the first suction ports 61a to 61d are individually connected to the suction pump 64. In this case, when one suction port is connected to the suction pump 64, the valve mechanism 63 is controlled so that the other suction port is not connected to the suction pump 64.
  • the dust collection efficiency is increased, the driving power of the suction pump 64 is reduced, and the suction pump is further reduced.
  • a reduction in size of 64 is also possible.
  • the control unit 57 blocks the first suction ports 61a to 61d from the suction pump 64 and the second suction ports 62a to 62h.
  • the valve mechanism 63 is controlled so as to be connected. As a result, only the second suction ports 62a to 62h can be operated, so that the dust collection effect is improved and the driving power of the suction pump 64 is reduced compared with the case where all the suction ports are operated. The size of the pump 64 can be reduced.
  • the valve mechanism 63 may be controlled so as to sequentially switch the intake port to perform the suction operation in accordance with the irradiation position of the second infrared laser L2. As a result, the above effect becomes more remarkable.
  • the first laser irradiation source 100 and the second laser irradiation source 200 are supported by the common head member 53 and configured to be movable relative to the stage 51 by a common moving mechanism. I made it.
  • each laser irradiation source may be configured to be individually movable by an individual moving mechanism. Accordingly, it is possible to simultaneously form the peripheral separation portion V1 and the cell separation line V2 with respect to the cell integrated substrate 15.
  • the infrared laser may be divided into two, the transparent conductive layer may be removed with one laser, and the photoelectric conversion layer and the back electrode layer may be removed with the other laser.
  • a YAG laser of about 500 W may be used to divide the output into 1: 9, and a large output laser beam and a small output laser beam may be generated simultaneously.
  • the high-power laser beam can be focused on a 1 mm square beam spot and scanned by a galvano
  • the small-power laser beam can be focused on a 50 ⁇ m beam spot and scanned by a moving mechanism. .
  • the second laser processing is performed by irradiating the laser in the defocused state.
  • the laser (beam) is divided into two without defocusing, and these are applied to both ends of the first irradiated portion. You may make it irradiate along.

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Abstract

【課題】ホットスポット対策用のセル分離構造と絶縁耐圧確保のための周縁分離構造とを共通の装置で形成することができる薄膜太陽電池モジュールの製造装置を提供する。 【解決手段】上記製造装置５０は、第１のレーザ照射源１００と、第２のレーザ照射源２００とを具備する。第１のレーザ照射源１００は、第１の赤外線レーザＬ１を生成し、セル集積基板１５に周縁分離部Ｖ１を形成する。第２のレーザ照射源２００は、第２の赤外線レーザＬ２を生成し、セル集積基板１５上の個々の発電セルを分断するためのセル分離線を形成する。セル集積基板１５を支持するステージ５１に対して、１のレーザ照射源１００及び第２のレーザ照射源２００を相対移動させながら、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２をそれぞれ形成する。

Description

薄膜太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法
　本発明は、ホットスポット現象を回避するためのセル分離構造と、絶縁耐圧を確保するための周縁分離構造とを有する薄膜太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法に関する。
　一般に、複数の薄膜光電変換セルを直列接続してなる薄膜太陽電池モジュールは、帯状に形成された複数の薄膜光電変換セルをその短軸方向に集積した構造を有している。薄膜光電変換セルは、典型的には、透明基板上に透明電極層、光電変換層、裏面電極層が順に積層された多層構造を有する。
　このような構成の薄膜太陽電池モジュールにおいては、木の葉や鳥の糞などの遮光物が受光面に付着すると、発電方向と逆方向に直列接続されたダイオードとして振る舞うため、その部分の光起電力が低下しモジュール全体の出力が大幅に低下する。さらに、上記ダイオードとして振る舞うセルに逆方向耐電圧以上の電圧が印加されると、ホットスポット現象と呼ばれる局所的な加熱が生じ、モジュールの破壊にまで至ることがある。ホットスポット現象は、タンデム構造を有する太陽電池モジュールのような各セルの起電圧が高いモジュール構成において特に問題となる。
　ホットスポット現象に関する問題を回避するため、例えば下記特許文献１には、短冊状に形成された薄膜光電変換セルを長軸方向に分割して、分割されたセルをそれぞれ直列接続することで形成された複数の直列アレイを有し、上記複数の直列アレイが相互に並列接続された薄膜光電変換モジュールが記載されている。
　一方、薄膜太陽電池モジュールの製造工程には、モジュールの絶縁耐圧を確保するため、エッジディレーションと呼ばれる工程がある。例えば下記特許文献２には、レーザスクライブ法によりセル集積領域と周縁領域とを分離する方法が記載されている。これにより基板の周縁部に取り付けられる金属製フレームとの電気的短絡、あるいは基板の周縁部からの水分の浸潤による発電性能の低下が抑えられる。
特開２００１－６８７１３号公報 特開平１１－１８６５７３号公報
　ホットスポット対策のためのセル分離線と耐電圧確保のための周縁分離線は、いずれもレーザスクライブ法で形成することが可能である。しかしながら、各工程において分離線の形成条件は異なり、透明電極層、半導体層及び裏面電極層各々について最適なレーザ吸収波長も異なる。このため従来では、上記セル分離線と上記周縁分離線とを異なるレーザ加工装置を用いて形成するのが一般的であり、したがって生産性を向上させることは困難であった。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ホットスポット対策用のセル分離構造と絶縁耐圧確保のための周縁分離構造とを共通の装置で形成することができる薄膜太陽電池モジュールの製造装置及び製造方法を提供することにある。
　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モジュールの製造装置は、光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続された薄膜太陽電池モジュールを製造するための装置であって、第１のレーザ照射源と、第２のレーザ照射源と、移動機構と、制御部とを具備する。
　上記第１のレーザ照射源は、第１の赤外線レーザを生成し、上記透明基板の周縁部に上記第１の赤外線レーザを照射することで、上記周縁部上の上記積層膜が除去された周縁分離部を形成する。
　上記第２のレーザ照射源は、第２の赤外線レーザを生成し、上記透明基板上の上記発電セルの形成領域に上記第２の赤外線レーザを照射することで、上記発電セルを分断するためのセル分離線を形成する。
　上記移動機構は、上記透明基板を支持するためのステージを有し、上記第１のレーザ照射源及び上記第２のレーザ照射源を上記ステージに対して相対移動させる。
　上記制御部は、上記第１のレーザ照射源、上記第２のレーザ照射源及び上記移動機構をそれぞれ制御する。
　本発明の一形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続されたセル集積基板を作製する工程を含む。
　ステージに支持された上記セル集積基板の周縁部に、第１のレーザ照射源から第１の赤外線レーザを照射することで、上記周縁部上の上記積層膜が除去された周縁分離部が形成される。
　上記ステージに支持された上記セル集積基板上の上記発電セルの形成領域に、第２のレーザ照射源から第２の赤外線レーザを照射することで、上記発電セルを分断するためのセル分離線が形成される。
本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法を説明する工程フローである。 上記薄膜太陽電池モジュール製造用のセル集積基板の製造方法を説明する工程断面図である。 上記セル集積基板の平面図である。 上記セル集積基板に周縁分離部を形成する工程を示す要部の断面図である。 上記周縁分離部の形成に用いられる赤外線レーザの照射源の構成を示す概略図である。 上記周縁分離部の形成方法を説明する要部の平面図である。 上記セル集積基板にセル分離線を形成する工程を示す要部の断面図である。 上記セル分離線の形成に用いられる赤外線レーザの照射源の構成を示す概略図である。 上記セル集積基板のモジュール工程を示す要部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造装置を示す概略平面図である。 上記製造装置の概略側面図である。 上記製造装置に設けられる集塵ユニットの要部平面図である。
　本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造装置は、光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続された薄膜太陽電池モジュールを製造するための装置であって、第１のレーザ照射源と、第２のレーザ照射源と、移動機構と、制御部とを具備する。
　上記第１のレーザ照射源は、第１の赤外線レーザを生成し、上記透明基板の周縁部に上記第１の赤外線レーザを照射することで、上記周縁部上の上記積層膜が除去された周縁分離部を形成する。
　上記第２のレーザ照射源は、第２の赤外線レーザを生成し、上記透明基板上の上記発電セルの形成領域に上記第２の赤外線レーザを照射することで、上記発電セルを分断するためのセル分離線を形成する。
　上記移動機構は、上記透明基板を支持するためのステージを有し、上記第１のレーザ照射源及び上記第２のレーザ照射源を上記ステージに対して相対移動させる。
　上記制御部は、上記第１のレーザ照射源、上記第２のレーザ照射源及び上記移動機構をそれぞれ制御する。
　上記製造装置は、周縁分離部を形成するための第１のレーザ照射源と、セル分離線を形成するための第２のレーザ照射源とを有する。光電変換層は、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含むため、赤外線レーザの照射により第２の電極層とともに除去可能である。また、赤外線レーザのレーザ出力を調整することにより、第１の電極層が除去される。したがって上記製造装置によれば、ホットスポット対策用のセル分離構造と絶縁耐圧確保のための周縁分離構造とを共通の装置で形成することができ、これにより生産性を向上させることができる。
　一実施形態において、上記制御部は、上記第１のレーザ照射源から上記第１の赤外線レーザを第１の出力で照射させることで上記光電変換層及び上記第２の電極層を除去した後、上記第１の赤外線レーザを上記第１の出力よりも高い第２の出力で照射させることで上記第１の電極層を除去する。これにより、周縁分離部を効率よく形成することができる。
　一実施形態において、上記制御部は、上記第２のレーザ照射源から上記第２の赤外線レーザを第１のフォーカス状態で照射させることで前記第１の電極層を除去した後、前記第２の赤外線レーザを前記第１のフォーカス状態とは異なる第２のフォーカス状態で照射させることで前記光電変換層及び前記第２の電極層を除去する。これにより、セル分離線を効率よく形成することができる。
　上記製造装置は、集塵ユニットをさらに具備してもよい。
　上記集塵ユニットは、第１の吸引ポートと、吸引ポンプと、弁機構とを有する。上記第１の吸引ポートは、上記ステージに支持される上記透明基板の上記周縁分離部の形成領域に対向して上記ステージに配置され、上記周縁分離部の形成方向に沿って分割された複数の吸引口を有する。上記弁機構は、上記第１の吸引ポートと上記吸引ポンプとの間に配置され上記複数の吸引口を個々に上記吸引ポンプと接続可能である。上記制御部は、上記周縁領域上を走査される上記第１の赤外線レーザの照射位置に対応して、上記複数の吸引口が個々に上記吸引ポンプと接続されるように上記弁機構を制御する。
　集塵ユニットは、第１の赤外線レーザの照射により周縁分離部を形成する際に発生する上記積層膜の塵埃を吸引し、ステージ等への塵埃の付着による装置の汚染を回避する。また吸引口を分割し、レーザの照射位置に対応して吸引口を切り替える構造とすることで、集塵効率が高まり、吸引ポンプの運転動力が低減され、さらに吸引ポンプの小型化も実現可能となる。
　上記集塵ユニットは、第２の吸引ポートをさらに有してもよい。上記第２の吸引ポートは、上記ステージに支持される上記透明基板上の上記セル分離線の形成領域に対向して配置され、上記弁機構を介して上記吸引ポンプと接続される。上記制御部は、上記第２のレーザ照射源から上記第２の赤外線レーザを照射する場合にのみ上記第２の吸引ポートが上記吸引ポンプと接続されるように上記弁機構を制御する。
　第２の吸引ポートは、第２の赤外線レーザの照射によりセル分離線を形成する際に発生する上記積層膜の塵埃を吸引し、ステージ等への塵埃の付着による装置の汚染を回避する。第２の吸引ポートは、セル分離線の形成時にのみ吸引ポンプと接続されるので、周縁分離部の形成時における吸引ポンプの運転動力の低減を図ることができる。
　本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続されたセル集積基板を作製する工程を含む。
　ステージに支持された上記セル集積基板の周縁部に、第１のレーザ照射源から第１の赤外線レーザを照射することで、上記周縁部上の上記積層膜が除去された周縁分離部が形成される。
　上記ステージに支持された上記セル集積基板上の上記発電セルの形成領域に、第２のレーザ照射源から第２の赤外線レーザを照射することで、上記発電セルを分断するためのセル分離線が形成される。
　これにより、ホットスポット対策用のセル分離構造と絶縁耐圧確保のための周縁分離構造とを共通の装置で形成することができ、生産性を向上させることができる。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示す工程フローである。同図に示すように、本実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、セル集積基板の作製工程（ＳＴ１）と、エッジディレーション工程（ＳＴ２）と、ホットスポット対策用のセル分離工程（ＳＴ３）と、モジュール化工程（ＳＴ３）とを有する。以下、それぞれの工程について説明する。
［セル集積基板の作製工程（ＳＴ１）］
　図２は、セル集積基板の作製工程を工程順に説明する断面図である。図３は、セル集積基板を概略的に示す平面図である。
　まず、透明基板１０上に光透過性を有する透明電極層１１（第１の電極層）が形成される（図２（Ａ））。
　透明基板１０は矩形状に形成され、波長３００ｎｍ以上の光を透過する透明な材料で構成される。本実施形態では透明基板１０として白板ガラス基板が用いられるが、これに限られず、例えばソーダ石灰ガラス、青板ガラス、ホウ珪酸ガラス等が用いられてもよい。透明基板１０の大きさは特に限定されず、例えば、長辺１４００ｍｍ、短辺１１００ｍｍ、厚み３．２ｍｍとされる。
　透明電極層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光の透過率がいずれも高い。本実施形態において、透明電極層１１は、ＡＺＯ膜で構成される。透明電極層１１は、スパッタリング法により、例えば６００ｎｍ程度の厚みで形成されるが、勿論これに限られない。
　必要に応じて、透明電極層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、透明電極層１１の表面積が増大するため、光の透過効率や上層（光電変換層）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。
　次に、透明基板１０上の透明電極層１１の所定領域にレーザ光を照射することで、透明電極層１１をパターニングする工程が行われる（図２（Ｂ））。
　本実施形態では、透明電極層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、透明電極層１１に第１の分離溝１１ａを形成する。赤外線パルスレーザ光は、透明基板１０側から透明電極層１１に向けて照射される。これにより、透明電極層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。
　透明基板１０上の個々の透明電極層１１は、分離溝１１ａによって短冊状の複数のセルに分割され、それぞれのセルが電気的に絶縁される。本実施形態では、セルの幅を８．９ｍｍ、セルの数は１１９個とした。
　次に、透明基板１０上に光電変換層１２が形成される（図２（Ｃ））。
　光電変換層１２は、透明電極層１１及び第１の分離溝１１ａを被覆するように成膜される。光電変換層１２は、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む。本実施形態では、アモルファスシリコン層と、微結晶シリコンを含むマイクロシリコン層の積層体で光電変換層１２が構成される。アモルファスシリコン層は、主として波長４００～６００ｎｍの可視光領域の光を受けて発電し、マイクロシリコン層は、主として波長７００～１３００ｎｍの近赤外領域の光を受けて発電する。これによりタンデム構造の光電変換層１２が形成される。
　アモルファスシリコン層およびマイクロシリコン層はそれぞれ、例えばプラズマＣＶＤ法で成膜される。各層の厚みは特に限定されず、アモルファスシリコン層の厚みは、例えば１５０～２５０ｎｍであり、マイクロシリコン層の厚みは、例えば８００～２０００ｎｍである。
　続いて、透明基板１０上の光電変換層１２の所定領域にレーザ光を照射することで、光電変換層１２が短冊状にパターニングされる（図２（Ｄ））。
　本実施形態では、光電変換層１２に対し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パルスレーザ光を走査することで、光電変換層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、上述と同様に透明基板１０側から照射される。レーザ光の発振波長は、赤外線レーザでもよいし、その第２高調波（緑色レーザ）でもよい。
　次に、透明基板１０上に裏面電極層１３（第２の電極層）が形成される（図２（Ｅ））。
　裏面電極層１３は、光電変換層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を介して透明電極層１１と裏面電極層１３とが電気的に接続される。本実施形態において、裏面電極層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。裏面電極層１３の膜厚は特に限定されず、例えば数百ｎｍ～数μｍとされる。
　続いて、透明基板１０上の裏面電極層１３の所定領域にレーザ光を照射することで、裏面電極層１３が短冊状にパターニングされる（図２（Ｆ））。
　本実施形態では、裏面電極層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、裏面電極層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、上述と同様に透明基板１０側から照射され、裏面電極層１３は、分離溝１３ａの形成領域に位置する光電変換層１２と共に除去される。
　以上のようにして、透明基板１０上に、複数の発電セルが直列的に接続されたセル集積基板１５が作製される（図２（Ｆ））。各々の発電セルは、透明電極層１１と光電変換層１２と裏面電極層１３との積層膜で構成される。セル集積基板１５は、図３に示すように、長辺方向（Ｙ軸方向）に長手方向を有する短冊状の複数の発電セル１４が短辺方向（Ｘ軸方向）に直列して接続されたセルアレイを有する。
　次に、セル集積基板１５に周縁分離部Ｖ１とホットスポット対策用のセル分離線Ｖ２とが形成される。周縁分離部Ｖ１は、図３に示すようにセル集積基板１５の周縁部１ａに沿って環状に形成され、セル分離線Ｖ２は、周縁部１ａより内方側の発電領域１ｂに、発電セル１４の長手方向と直交する方向に直線的に複数本形成される。後述するように、周縁分離部Ｖ１はエッジディレーション工程において、セル分離線Ｖ２はセル分離工程において、レーザスクライブ法によってそれぞれ形成される。
［エッジディレーション工程（ＳＴ２）］
　エッジディレーション工程は、セル集積基板１５の周縁部１ａ上に位置する積層膜（透明電極層１１、光電変換層１２及び裏面電極層１３）を除去する。これにより、これらの層と後述するモジュール化工程（ＳＴ４）で周縁部１ａに取り付けられる金属フレーム等とがショートし、あるいは薄膜太陽電池モジュールとして完成された後に、周縁部１ａからの水分の浸潤による発電性能の低下を防止することができる。
　周縁分離部Ｖ１は、セル集積基板１５の周縁部１ａに赤外線レーザを照射することで形成される。図４（Ａ），（Ｂ）は、エッジディレーション工程を説明するセル集積基板１５の周縁部１ａの断面図である。図示するように、エッジディレーション工程は、周縁部１ａ上の光電変換層１２及び裏面電極層１３を除去する工程（第１の加工工程）と、周縁部１ａ上の透明電極層１１を除去する工程（第２の加工工程）とを有する。
　エッジディレーション工程では、近赤外線帯域に発振波長を有する第１の赤外線レーザＬ１が用いられる。本実施形態では、第１の赤外線レーザＬ１として、最大出力４５０Ｗ、繰り返し周波数６ｋＨｚ、パルス幅４０ｎｓｅｃを有するＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）が用いられる。
　第１の赤外線レーザＬ１は、透明基板１０側から第１のレーザ照射源から照射される。透明基板１０上での第１の赤外線レーザＬ１のスポット径は例えば１ｍｍ角とされる。上記第１のレーザ照射源は、例えば可変式減光機構を有し、加工に要するレーザ出力を任意に調整することが可能である。
　図５は、第１の赤外線レーザＬ１を照射する第１のレーザ照射源の一構成例を示す概略図である。図５に示すように第１のレーザ照射源１００は、発振器１０１と、可変減衰器１０２と、集光レンズ１０７と、ホモジナイザ１０３と、スキャナ１０４と、ｆθレンズ１０５とを有する。
　発振器１０１は、赤外線レーザ光を出射する。可変減衰器１０２は、発振器１０１から出射されたレーザ光を減衰させ、出力を調節する。集光レンズ１０７は、可変減衰器１０２から出射されたレーザ光を、ホモジナイザ１０３に集光させる。スキャナ１０４は、レーザ光を走査する。スキャナ１０４は、回転する多面体のミラーからなるポリゴンスキャナ、外部磁界により振動するミラーからなるガルバノスキャナ、共振により振動するミラーからなるレゾナントスキャナ等が用いられる。ｆθレンズ１０５は、スキャナ１０４で走査されたレーザ光の走査速度及びレーザスポット形状を補正する。
　第１の赤外線レーザＬ１は、ｆθレンズ１０５を通過したレーザ光で形成される。図６は、スキャナ１０４によって第１の赤外線レーザＬ１が走査される様子を示すセル集積基板１５の部分平面図である。第１の赤外線レーザＬ１は、スキャナ１０４によって図６においてＸ軸方向に走査される。この際、スキャナ１０４の走査によって同一領域上を第１の赤外線レーザＬ１が照射することを避けるため、第１のレーザ照射源が図６においてＹ軸方向に移動する。本実施形態では、スキャナ１０４による走査速度が５４００ｍｍ／ｓｅｃ程度とされ、第１のレーザ照射源の走査速度が３００ｍｍ／ｓｅｃ程度とされる。
　セル集積基板１５は、透明基板１０側を上方に向けて図示しないステージ上に載置される。第１のレーザ照射源は、ステージの上方を移動しながら第１の赤外線レーザＬ１を出射することで、第１の赤外線レーザＬ１をセル集積基板１５の周縁部１ａ上で走査する。
　図４（Ａ）に示す第１の加工工程において、第１のレーザ光Ｌ１は、透明基板１０及び透明電極層１１を透過して光電変換層１２に吸収され、光電変換層１２が除去されることにより、その上層である裏面電極層１３も除去される。これにより、周縁部１ａ上に、光電変換層１２及び裏面電極層１３が除去される。
　光電変換層１２は、近赤外領域に吸収特性を有する半導体層（微結晶シリコン層）を含むため、第１の赤外線レーザＬ１により効率よく除去される。第１の赤外線レーザＬ１の出力は特に限定されないが、レーザのエネルギー密度が過度に大きい場合、透明電極層１１も同時に溶断される。このとき、透明電極層１１の加工屑が裏面電極層１３に付着して短絡を生じさせるシャントと呼ばれる現象が生じ得る。また、透明基板１０にクラックが生じるおそれがある。このため、第１の加工工程における第１の赤外線レーザＬ１の出力（第１の出力）は透明電極層１１が除去されない大きさに設定され、例えば７０Ｗ（１．３３Ｊ／ｃｍ2）程度とされる。
　図４（Ｂ）に示す第２の加工工程においては、周縁部１ａに残存する透明電極層１１が除去される。この工程では、第１の加工工程において照射されるレーザ出力よりも大きなレーザ出力に調整される。本実施形態では、第１の赤外線レーザＬ１の出力（第２の出力）は２７０Ｗ（５．１３Ｊ／ｃｍ2）とされる。そして図４（Ｂ）に示すように、領域Ａ１のセル側の端部から所定距離（例えば１ｍｍ）だけ離れた領域に第１の赤外線レーザＬ１を照射することで、周縁部１ａの領域内に透明電極層１１の端部１１ａが部分的に露出するように、周縁部１ａ上の透明電極層１１が除去される。これにより、シャント及びクラックの発生を防止することができる。
　以上のようにして、セル集積基板１５の周縁部１ａに周縁分離部Ｖ１が形成される。周縁分離部Ｖ１の形成幅は特に限定されないが、ここでは約１０ｍｍとされる。
［セル分離工程（ＳＴ３）］
　セル分離工程は、セル集積基板１５の発電領域１ｂ上に配列された発電セル１４各々に複数のセル分離線Ｖ２（図３）を形成する。これにより、発電セル１４が単列の直列アレイから多列の直列アレイに変換されることで、ホットスポット現象に起因する発電出力の低下あるいはモジュールの破壊を防止することができる。
　セル分離線Ｖ２は、セル集積基板１５上の発電セル１４の形成領域に赤外線レーザを照射することで形成される。これにより、個々の発電セル１４が複数のセルに分断される。図７（Ａ），（Ｂ）は、セル分離工程を説明するセル集積基板１５の要部の断面図である。図示するように、セル分離工程は、セル分離線Ｖ２の形成領域に位置する透明電極層１１を除去する工程（第３の加工工程）と、当該透明電極層１１の直上に位置する光電変換層１２及び裏面電極層１３を除去する工程（第４の加工工程）とを有する。
　セル分離工程では、近赤外線帯域に発振波長を有する第２の赤外線レーザＬ２が用いられる。本実施形態では、第２の赤外線レーザＬ１として、最大出力２０Ｗ、繰り返し周波数４０ｋＨｚ、パルス幅３０ｎｓｅｃを有するファイバーレーザ（波長１０６０ｎｍ）が用いられる。
　第２の赤外線レーザＬ２は、透明基板１０側から第２のレーザ照射源から照射される。透明基板１０上での第２の赤外線レーザＬ２のスポット径は例えば５０μｍとされる。上記第２のレーザ照射源は、セル集積基板１５が載置されるステージに対してＺ軸方向（高さ方向）に移動可能である。これにより任意に加工高さを調整することが可能である。
　図８は、第２のレーザ照射源の一構成例を示すブロック図である。第２のレーザ照射源２００は、発振器２０１と、光ファイバー２０２と、コリメータレンズ２０３と、アイソレータ２０４と、エキスパンダ２０５と、集光レンズ２０６とを有する。
　発振器３０１内で生成されたレーザ光は、光ファイバー３０２内で伝送され、光ファイバー３０２の射出端からコリメータレンズ３０３へ入射する。コリメータレンズ３０３へ入射したレーザ光は、コリメータレンズ３０３で平行光とされた後、アイソレータ３０４を透過してエキスパンダ３０５へ入射する。アイソレータ３０４は、例えば集光レンズ３０６やセル集積基板１５上で反射したレーザ光が光ファイバー３０２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３０４を透過したレーザ光は、エキスパンダ３０５によって適切なビーム径に調整された後、集光レンズ３０６によって所定の焦点位置に集光される。
　エキスパンダ３０５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３０５への入射ビームの直径をＤ、エキスパンダ３０５の倍率をｍ、集光レンズ３０６の焦点距離をｆ、光の波長をλ、ビーム品質をＭ２としたとき、以下の式で表すことができる。
　ｄ＝（Ｍ２×４×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、Ｍ２＝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。
　第２の赤外線レーザＬ２は、集光レンズ２０６を通過したレーザ光で形成される。本実施形態の形態では、第２の赤外線レーザＬ２として、中央部よりも周辺部のビーム強度が高い断面強度分布（ビームプロファイル）を有する赤外線パルスレーザ光が用いられる。これによりレーザ照射位置と非照射位置との境界部をシャープに形成できることで、セル集積基板１５を高度精度に加工することができる。
　ここで、レーザ発振器２０１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３０２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３０１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３０２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。
　セル集積基板１５は、透明基板１０側を上方に向けて図示しないステージ上に載置される。第２のレーザ照射源は、ステージの上方を移動しながら第２の赤外線レーザＬ２を出射することで、第２の赤外線レーザＬ２をセル集積基板１５の発電領域１ｂ上で発電セル１４の短手方向（図３、図７においてＸ軸方向）に沿って走査する。
　図７（Ａ）に示す第３の加工工程において、第２のレーザ光Ｌ１は、透明基板１０を透過して透明電極層１１に吸収される。これにより、透明電極層１１が除去されるとともに、その上層である光電変換層１２及び裏面電極層１３も除去される。これにより、発電セル１４に、第１の溝部Ｇ１が形成される。
　第３の加工工程における第２の赤外線レーザＬ２の出力は例えば７Ｗである（９．５Ｊ／ｃｍ2）。セル集積基板１５に対する第２のレーザ照射源の走査速度は例えば６００ｍｍ／ｓｅｃである。第２の赤外線レーザＬ２の焦点は、透明電極層１１に合わせられる。
　図７（Ｂ）に示す第４の加工工程においては、第１の溝部Ｇ１の周囲に位置する光電変換層１２及び裏面電極層１３が除去される。この工程では、第３の加工工程におけるレーザ出力と同じ７Ｗで第２の赤外線レーザＬ２が照射される。この際、第２の赤外線レーザＬ２は、その焦点が透明電極層１１よりも透明基板１０側に設定されることで、光電変換層１２及び裏面電極層１３に対してデフォーカス状態で照射される。これにより、第１の溝部Ｇ１より幅が大きい第２の溝部Ｇ２が光電変換層１２及び裏面電極層１３に形成される。
　以上のようにして、セル集積基板１５の発電領域１ｂに第１の溝部Ｇ１及び第２の溝部Ｇ２からなるセル分離線Ｖ２が形成される。例えば、第１の溝部Ｇ１の幅は３０～１００μｍ、第２の溝部Ｇ２の幅は１００～５００μｍとされる。
［モジュール化工程（ＳＴ４）］
　図９は、モジュール化された薄膜太陽電池モジュール２０を示す要部の断面図である。モジュール化工程ＳＴ４は、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２を形成したセル集積基板１５を薄膜太陽電池モジュール２０として完成させる。
　セル集積基板１５には、透明電極層１１及び裏面電極層１３のそれぞれに接続される図示しない配線が形成される。配線は、例えばハンダペーストのリフロー、導電性の接着剤による封止、メッキ等の方法によって形成される。
　次に、裏面電極層１３上に絶縁性樹脂からなる絶縁層１７を形成する。絶縁性樹脂には例えばＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate Copolymer）が用いられる。次に、絶縁層１７上に防湿性が高い材料からなる保護層１８が形成される。保護層１８は、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）、Ａｌ、ＰＥＴ等の積層体であってもよい。絶縁層１７及び保護層１８は、セル集積基板１５の裏面電極層１３側をＥＶＡシート及びＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴシートによって被覆し、減圧下でラミネートすることにより形成される。次に、保護層１８上に図示しないフレームを取り付け、セル集積基板１５がモジュール化される。このようなモジュール化工程は一例であり、ここに示すものに限られない。
［レーザ加工装置］
　続いて、以上のようにして製造される薄膜太陽電池モジュールの製造装置について説明する。本実施形態の製造装置は、上述したエッジディレーション工程（ＳＴ２）とセル分離工程（ＳＴ３）とを実施するためのレーザ加工装置に係る。図１０は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す平面図であり、図１１はその側面図である。
　本実施形態のレーザ加工装置５０は、ステージ５１と、第１のレーザ照射源１００と、第２のレーザ照射源２００と、ステージ５１に対して第１及び第２のレーザ照射源１００，２００を相対移動させる移動機構と、制御部５７とを有する。
　ステージ５１は、図２に示した工程によって作製されたセル集積基板１５を支持する。ステージ５１の上面には複数のピン５２が配置されており、セル集積基板１５は、その透明基板１０側を上方に向けてピン５２上に配置される。
　第１のレーザ照射源１００は、図５に示した構成を有しており、セル集積基板１５の周縁部１ａに周縁分離部Ｖ１を形成するための第１の赤外線レーザＬ１をステージ５１上のセル集積基板１５へ向けて出射する。第２のレーザ照射源２００は、図８に示した構成を有しており、セル集積基板１５の発電領域１ｂにセル分離線Ｖ２を形成するための第２の赤外線レーザＬ２をステージ５１上のセル集積基板１５へ向けて出射する。
　第１及び第２のレーザ照射源１００，２００はそれぞれヘッド部材５３に共通に支持されている。ヘッド部材５３には、図１０においてＺ軸方向に延在するガイドレール（図示略）が敷設されており、第１及び第２のレーザ照射源１００，２００は、上記ガイドレールに沿ってＺ軸方向に移動可能である。
　ヘッド部材５３は、ステージ５１上に設置されたガントリー５４に支持されている。ガントリー５４には、図１０においてＹ軸方向に延びるガイドレール５５が敷設されており、ヘッド部材５３は、ガイドレール５５に沿ってガントリー５４に対して相対移動可能である。一方、ステージ５１の上面には、図１０においてＸ軸方向に延びる一対のガイドレール５６が敷設されており、ガントリー５４は、これらガイドレール５６に沿ってステージ５１に対して相対移動可能である。
　以上のようにして、ヘッド部材５３は、ステージ５１に対してＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にそれぞれ相対移動可能に構成される。ここで、ヘッド部材５３、ガントリー５４及び上記各ガイドレールは、第１及び第２のレーザ照射源１００，２００をステージ５１に対して相対移動させる移動機構に相当する。当該移動機構は、例えばリニアモータ等の駆動部を各軸について備えている。
　制御部５７は、第１及び第２のレーザ照射源１００及び上記移動機構の駆動をそれぞれ制御する。本実施形態では、セル集積基板１５に対してエッジディレーション処理及びセル分離処理を実行する。この際、各工程における赤外線レーザＬ１，Ｌ２の出射タイミング、出力調整等を制御するとともに、上記移動機構によるヘッド部材５３のステージ５１に対する相対移動制御を行う。
　上述の例によれば、制御部５７は、エッジディレーション工程において、第１のレーザ照射源１００から第１の赤外線レーザＬ１を第１の出力（７０Ｗ）で照射させることで、セル集積基板１５の周縁部１ａ上に位置する光電変換層１２及び裏面電極層１３を除去する。その後、制御部５７は、第１のレーザ照射源１００から第１の赤外線レーザＬ１を第２の出力（２７０Ｗ）で照射させることで、セル集積基板１５の周縁部１ａ上に位置する透明電極層１１を除去する。これにより、セル集積基板１５に周縁分離部Ｖ１が形成される。
　一方、制御部５７は、セル分離工程において、第２のレーザ照射源２００から第２の赤外線レーザＬ２を、透明電極層１１に焦点を合わせたフォーカス状態で照射させることで、セル集積基板１５上のセル分離線の形成領域に位置する透明電極層を除去する。その後、制御部５７は、第２のレーザ照射源２００から第２の赤外線レーザＬ２を、上記セル分離線の形成領域上に位置する光電変換層１２及び裏面電極層１３に対してデフォーカス状態で照射させることで、これら光電変換層１２及び裏面電極層１３を除去する。これにより、セル集積基板１５にセル分離線Ｖ２が形成される。なお赤外線レーザＬ２の焦点位置は、第２のレーザ照射源２００をヘッド部材５３に対してＺ軸方向へ移動することによって調整される。
　本実施形態のレーザ加工装置５０は、セル集積基板１５に照射される第１及び第２の赤外線レーザＬ１，Ｌ２のレーザ出力をモニタする検出器５８を有する。検出器５８はステージ５１上に配置されている。検出器５８は、例えばサーモパイル方式の検出器が用いられ、吸収体に光を吸収させてその温度を熱電対で測定する。検出時、第１及び第２のレーザ照射源１００，２００は、検出器５８の直上に移動される。検出器５８の出力は制御部５７へ供給され、制御部５７は、検出器５８の検出信号に基づいて、レーザ照射源１００，２００を制御する。
　以上のように本実施形態のレーザ加工装置５０は、周縁分離部Ｖ１を形成するための第１のレーザ照射源１００と、セル分離線Ｖ２を形成するための第２のレーザ照射源２００とを有する。これにより、ホットスポット対策用のセル分離構造と絶縁耐圧確保のための周縁分離構造とを共通の装置で形成することができ、薄膜太陽電池モジュール２０の生産性を向上させることができる。
　また、本実施形態のレーザ加工装置５０は、集塵ユニット６５を有する。集塵ユニット６５は、セル集積基板１５に対するレーザ加工の際に発生する加工屑を収集する。これにより、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２の形成の際に発生する積層膜の塵埃がセル集積基板１５やステージ５１等へ付着することを防止し、製品及び装置の汚染を回避することができる。
　集塵ユニット６５は、吸引治具６０と、弁機構６３と、吸引ポンプ６４とを有する。
　吸引治具６０は、ステージ５１に支持されたセル集積基板１５と対向するように、ステージ５１に設置されている。図１２は、吸引治具６０の平面図である。吸引治具６０は、第１の吸引ポート６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ及び６１ｄ）と、第２の吸引ポート６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ及び６２ｈ）とを有する。第１の吸引ポート６１ａ～６１ｄは、セル集積基板１５の周縁部１ａに対応するように枠状に組み合わせて構成されている。第２の吸引ポート６２ａ～６２ｈは、セル集積基板１５のセル分離線Ｖ２の形成領域に対応するように、第１の吸引ポート６１ａ～６１ｄの枠体の内方に適宜配置されている。
　本実施形態において、レーザ照射源１００，２００は、ステージ５１の上方に設置されており、レーザＬ１，Ｌ２は、セル基板１５の成膜面とは反対側から照射される。一方、吸引治具６０の各吸引口は、セル集積基板１５の成膜面と向かい合わせとなるように、重力方向に対して逆向き（上向き）に開口している。これにより、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２の形成の際に発生する積層膜の加工屑を効率よく集塵することができる。
　弁機構６３は、吸引治具６０と吸引ポンプ６４との間に配置されている。図１２に示すように弁機構６３は、第１の吸引ポート６１ａ～６１ｄに個々に対応する複数の第１の開閉弁Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃ及びＰ１ｄと、第２の吸引ポート６２ａ～６２ｈに個々に対応する複数の第２の開閉弁Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃ，Ｐ２ｄ，Ｐ２ｅ，Ｐ２ｆ，Ｐ２ｇ及びＰ２ｈとを有する。弁機構６３は、制御部５７の指令に応じて個々に開閉される。
　吸引ポンプ６４は、制御部５７によって駆動制御される。吸引ポンプ６４は、セル集積基板１５への周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２の形成時は、常時駆動される。
　以上のように本実施形態の吸引治具６０は、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２の形成領域を吸引する吸引口が複数の吸引ポート６１ａ～６１ｄ，６２ａ～６２ｈに分割されている。したがって制御部５７は、弁機構６３を制御することで、吸引ポート６１ａ～６１ｄ，６２ａ～６２ｈを個々独立して吸引ポンプ６４に接続し、これら吸引ポートを個別に吸引制御することが可能である。
　例えば、制御部５７は、周縁分離部Ｖ１の形成工程（エッジディレーション工程）において、セル集積基板１５の周縁部１ａ上を走査される第１の赤外線レーザＬ１の照射位置に対応して、複数の第１の吸引ポート６１ａ～６１ｄが個々に吸引ポンプ６４と接続されるように弁機構６３を制御する。この場合、ひとつの吸引ポートが吸引ポンプ６４と接続されている場合は、他の吸引ポートは吸引ポンプ６４と接続されないように弁機構６３が制御される。上記のように、第１の赤外線レーザＬ１による加工領域に対応して吸引ポート６１ａ～６１ｄを切り替える構造とすることで、集塵効率が高まり、吸引ポンプ６４の駆動電力が低減され、さらに吸引ポンプ６４の小型化も実現可能となる。
　一方、制御部５７は、セル分離線Ｖ２の形成工程（セル分離工程）においては、第１の吸引ポート６１ａ～６１ｄを吸引ポンプ６４から遮断し、第２の吸引ポート６２ａ～６２ｈを吸引ポンプ６４と接続するように弁機構６３を制御する。これにより、第２の吸引ポート６２ａ～６２ｈのみ作動させることができるため、全ての吸引ポートを作動させる場合と比較して集塵効を高め、吸引ポンプ６４の駆動電力を低減し、さらには吸引ポンプ６４の小型化を図ることができる。
　なお、第２の吸引ポートも複数に分割されているため、第２の赤外線レーザＬ２の照射位置に対応して、吸引作動させる吸気ポートを逐次切り替えるように弁機構６３を制御してもよい。これにより上記効果が更に顕著となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
　例えば以上の実施形態では、第１のレーザ照射源１００及び第２のレーザ照射源２００は共通のヘッド部材５３に支持され、共通の移動機構によってステージ５１に対して相対移動可能に構成されるようにした。これに代えて、各レーザ照射源をそれぞれ個々の移動機構によって個別に移動可能に構成されてもよい。これにより、セル集積基板１５に対して周縁分離部Ｖ１とセル分離線Ｖ２とを同時に形成することが可能となる。
　また以上の実施形態では、周縁分離部Ｖ１及びセル分離線Ｖ２の形成に際してレーザ照射を２回に分ける例を説明したが、これに限られない。例えば、赤外線レーザを２分割し、一方のレーザで透明導電層を除去し、他方のレーザで光電変換層及び裏面電極層を除去してもよい。例えば、５００Ｗ程度のＹＡＧレーザを用いてこれを１：９に出力を分割し、大出力のレーザ光と小出力のレーザ光とを同時に生成してもよい。この際、大出力のレーザ光は例えば１ｍｍ角のビームスポットに集光してガルバノにてスキャンし、小出力のレーザ光は例えば５０μｍのビームスポットに集光して移動機構によってスキャンすることができる。
　また、セル分離線Ｖ２の形成に際して、２回目のレーザ加工はデフォーカス状態でレーザを照射したが、デフォーカスせずにレーザ（ビーム）を２分割し、これらを１回目の照射部分の両端に沿って照射するようにしてもよい。
　１０…透明基板
　１１…透明電極層
　１２…光電変換層
　１３…裏面電極層
　１４…発電セル
　１５…セル集積基板
　２０…薄膜太陽電池モジュール
　５０…レーザ加工装置
　５１…ステージ
　５７…制御部
　６５…集塵ユニット
　６１，６２…吸引ポート
　６３…弁機構
　６４…吸引ポンプ
　１００…第１のレーザ照射源
　２００…第２のレーザ照射源
　Ｌ１…第１の赤外線レーザ
　Ｌ２…第２の赤外線レーザ
　Ｖ１…周縁分離部
　Ｖ２…セル分離線

Claims (8)

  1. 　光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続された薄膜太陽電池モジュールの製造装置であって、
    　第１の赤外線レーザを生成し、前記透明基板の周縁部に前記第１の赤外線レーザを照射することで、前記周縁部上の前記積層膜が除去された周縁分離部を形成する第１のレーザ照射源と、
    　第２の赤外線レーザを生成し、前記透明基板上の前記発電セルの形成領域に前記第２の赤外線レーザを照射することで、前記発電セルを分断するためのセル分離線を形成する第２のレーザ照射源と、
    　前記透明基板を支持するためのステージを有し、前記第１のレーザ照射源及び前記第２のレーザ照射源を前記ステージに対して相対移動させる移動機構と、
    　前記第１のレーザ照射源、前記第２のレーザ照射源及び前記移動機構をそれぞれ制御する制御部と
    　を具備する薄膜太陽電池モジュールの製造装置。
  2. 　請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造装置であって、
    　前記制御部は、前記第１のレーザ照射源から前記第１の赤外線レーザを第１の出力で照射させることで前記光電変換層及び前記第２の電極層を除去した後、前記第１のレーザ照射源から前記第１の赤外線レーザを前記第１の出力よりも高い第２の出力で照射させることで前記第１の電極層を除去する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造装置。
  3. 　請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造装置であって、
    　前記制御部は、前記第２のレーザ照射源から前記第２の赤外線レーザを第１のフォーカス状態で照射させることで前記第１の電極層を除去した後、前記第２のレーザ照射源から前記第２の赤外線レーザを前記第１のフォーカス状態とは異なる第２のフォーカス状態で照射させることで前記光電変換層及び前記第２の電極層を除去する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造装置。
  4. 　請求項２又は請求項３に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造装置であって、
    　前記ステージに支持される前記透明基板の前記周縁分離部の形成領域に対向して前記ステージに配置され、前記周縁分離部の形成方向に沿って分割された複数の吸引口を有する第１の吸引ポートと、吸引ポンプと、前記第１の吸引ポートと前記吸引ポンプとの間に配置され前記複数の吸引口を個々に前記吸引ポンプと接続可能な弁機構とを有する集塵ユニットをさらに具備し、
    　前記制御部は、前記周縁領域上を走査される前記第１の赤外線レーザの照射位置に対応して、前記複数の吸引口が個々に前記吸引ポンプと接続されるように前記弁機構を制御する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造装置。
  5. 　請求項４に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造装置であって、
    　前記集塵ユニットは、第２の吸引ポートをさらに有し、
    　前記第２の吸引ポートは、前記ステージに支持される前記透明基板上の前記セル分離線の形成領域に対向して配置され、前記弁機構を介して前記吸引ポンプと接続され、
    　前記制御部は、前記第２のレーザ照射源から前記第２の赤外線レーザを照射する場合にのみ前記第２の吸引ポートが前記吸引ポンプと接続されるように前記弁機構を制御する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造装置。
  6. 　光透過性を有する第１の電極層と、赤外線波長帯域の光に吸収特性を有する半導体層を含む光電変換層と、第２の電極層との積層膜で各々形成された複数の発電セルが透明基板上に直列的に接続されたセル集積基板を作製し、
    　ステージに支持された前記セル集積基板の周縁部に、第１のレーザ照射源から第１の赤外線レーザを照射することで、前記周縁部上の前記積層膜が除去された周縁分離部を形成し、
    　前記ステージに支持された前記セル集積基板上の前記発電セルの形成領域に、第２のレーザ照射源から第２の赤外線レーザを照射することで、前記発電セルを分断するためのセル分離線を形成する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 　請求項６に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
    　前記周縁分離部を形成する工程は、
    　前記第１の赤外線レーザを第１の出力で照射することで前記光電変換層及び前記第２の電極層を除去し、
    　前記第１の赤外線レーザを前記第１の出力よりも高い第２の出力で照射することで前記第１の電極層を除去する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 　請求項６に記載の薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
    　前記セル分離線を形成する工程は、
    　前記第２の赤外線レーザを第１のフォーカス状態で照射することで前記第１の電極層を除去し、
    　前記第２の赤外線レーザを前記第１のフォーカス状態とは異なる第２のフォーカス状態で照射することで前記光電変換層及び前記第２の電極層を除去する
    　薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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