溝槽加工工具及安裝有該溝槽加工工具的刻劃裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是關(guān)于一種在制造使用有黃銅礦(chalcopyrite)化合物或碲化鎘(cadmium telluride)等化合物等的積體型薄膜太陽電池時(shí)使用的溝槽加工工具及安裝有該溝槽加工工具的刻劃裝置。
[0002]此處，所謂的黃銅礦化合物，除了 CIGS (Cu (In，Ga) Se2)夕卜，還包括CIGSS (Cu (In, Ga) (Se, S) 2)、CIS (CuInS2)等。
【背景技術(shù)】
[0003]在使用化合物半導(dǎo)體作為光吸收層的薄膜太陽電池中，一般是在基板上串聯(lián)連接有多個(gè)單位晶胞(unit cell)的積體型構(gòu)造。
[0004]針對習(xí)知的黃銅礦化合物積體型薄膜太陽電池的制造方法進(jìn)行說明。圖7(a)?圖7(c)是表示CIGS薄膜太陽電池的制造步驟的示意圖。首先，如圖7(a)所示，在由鈉鈣玻璃(soda-lime glass ；SLG)等構(gòu)成的絕緣基板21上，以派鍍法(sputtering)形成有成為正側(cè)的下部電極的Mo (鉬)電極層22后，借由刻劃加工形成下部電極分離用的溝槽P1。
[0005]之后，如圖7(b)所示，在Mo電極層22上，積層由化合物半導(dǎo)體(CIGS)薄膜構(gòu)成的光吸收層23，并在其上形成用于異質(zhì)接合的由ZnS薄膜等構(gòu)成的緩沖(buffer)層24，進(jìn)一步地在其上形成由ZnO薄膜構(gòu)成的絕緣層25。而且，在從下部電極分離用的溝槽Pl往橫方向隔離既定距離的位置，借由刻劃加工形成到達(dá)Mo電極層22的電極間接觸用的溝槽P2。
[0006]接著，如圖7(c)所示，從絕緣層25上形成由ZnO:AI薄膜構(gòu)成的作為上部電極的透明電極層26，借由刻劃加工形成到達(dá)下部的Mo電極層22的電極分離用的溝槽P3。
[0007]在上述的制造積層型薄膜太陽電池的步驟中，作為借由刻劃而加工電極分離用的溝槽P2及P3的技術(shù)，一直以來是使用激光刻劃法與機(jī)械刻劃法。
[0008]激光刻劃法，例如在專利文獻(xiàn)I所揭示般，是借由弧光燈(arc lamp)等連續(xù)放電燈，照射激發(fā)Nd:YAG結(jié)晶而發(fā)出的激光而借此形成電極分離用的溝槽，但恐有在刻劃時(shí)因激光的熱而使光吸收層23的光電轉(zhuǎn)換特性劣化的憂慮。
[0009]此外，機(jī)械刻劃法，例如在專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3所揭示般，是借由將前端成為尖細(xì)狀的溝槽加工工具的刃前端以既定壓力按壓于基板并使其移動(dòng)，而加工電極分離用的溝槽的技術(shù)?，F(xiàn)今大多為采用該機(jī)械刻劃法。
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-312815號公報(bào)[0011 ] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-094089號公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特開2004-115356號公報(bào)
[0013]在機(jī)械刻劃法中所使用的溝槽加工工具，一般而言大多是使用成本低廉且可高精度地精加工的旋盤的圓斷面形狀者。作為如此般的圓斷面形狀的溝槽加工工具，在專利文獻(xiàn)2、3中揭示有如圖8 (a)所示般的將棒狀的本體27的下方設(shè)成尖細(xì)狀的圓錐梯形的錐部28并水平地切割其前端，且將水平的底面29的角部作為刃前端30者。
[0014]此外，為了精密地精加工被加工溝槽的左右側(cè)壁的平行度，存在有如圖8(b)所示般的在錐部28的下部形成上下均等直徑的圓柱部31，且將其前端角部32作為刃前端者。工具前端的水平的底面29，是為了在溝槽加工時(shí)作為銳利的刃前端的前端以借此不傷及Mo電極層而設(shè)置。
[0015]雖將該溝槽加工工具以不從薄膜太陽電池基板分離的方式一邊以一定的壓力按壓，并一邊使其沿刻劃預(yù)定線相對移動(dòng)而進(jìn)行溝槽加工，但在被加工面的凹凸，由于溝槽加工工具承受慣性力產(chǎn)生的上下方向的力而彈跳，因此為了抑制此情況而一定的按壓力、例如0.5N以上的力是必要的。
[0016]然而，一旦一邊將溝槽加工工具的刃前端以上述的按壓力按壓于薄膜太陽電池一邊進(jìn)行使用，則相當(dāng)于加工溝槽深度h的外周側(cè)面與底面的刃前端的角部30、32因與太陽電池基板的膜接觸而從圖9 (a)的新品狀態(tài)產(chǎn)生磨耗，如圖9(b)所示般，刃前端的左右寬度變小并且切割能力劣化。一旦刃前端的前端部的左右寬度變小，則被加工溝槽寬度變狹窄從而無法精度佳地加工規(guī)定尺寸的溝槽，亦會(huì)產(chǎn)生在圖7(a)?圖7(c)的電極分離用的溝槽P2、P3無法得到充分的絕緣效果的情況。此外，若刃前端的切割能力劣化，則不僅無法漂亮地加工溝槽，亦存在有一部分薄膜不規(guī)則地大剝落而去除了必要程度以上的情況，且存在有太陽電池的特性及良率降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]有鑒于上述課題，本發(fā)明目的在于提供一種借由對刃前端部分加以處理，而能夠提高耐磨耗性并延長使用壽命，并且能夠抑制溝槽加工時(shí)的膜剝落等現(xiàn)象的溝槽加工工具及安裝有此溝槽加工工具的刻劃裝置。
[0018]為了解決上述課題而完成的本發(fā)明的薄膜太陽電池用的溝槽加工工具，是使薄膜太陽電池基板的薄膜剝離而形成溝槽，其構(gòu)成為:具備棒狀的本體、形成于該本體下部的尖細(xì)狀錐部、以及于該錐部的前端部或連接于該錐部而形成的圓柱部的前端部所形成的刃前端區(qū)域；該刃前端區(qū)域，由水平的底面、和于該底面與該圓柱部或該錐部的外周側(cè)面的角部所形成的刃前端構(gòu)成；該外周側(cè)面鍍膜(coating)由較工具材質(zhì)更硬的硬質(zhì)材料構(gòu)成的被膜，并且該底面露出工具材質(zhì)的質(zhì)地。
[0019]本發(fā)明的溝槽加工工具，是安裝在被組入于刻劃裝置的刻劃頭的保持具而使用。在刻劃加工時(shí)，由于在本發(fā)明的溝槽加工工具中，外周側(cè)面以較工具材質(zhì)更硬的硬質(zhì)材料鍍膜，因此外周側(cè)面的耐磨耗性提高，且緩和上述的刃前端部分因磨耗而變細(xì)般的情況。此夕卜，借此能夠?qū)⒈患庸喜蹖挾缺３忠欢ú⑦M(jìn)行高精度的溝槽加工，并且能夠延長工具壽命O
[0020]此外，由于底面是以工具材質(zhì)的質(zhì)地露出的狀態(tài)殘留，因此使形成于外周側(cè)面的高硬度的被膜的磨耗速度、與比該被膜硬度低的底面(工具材質(zhì))的磨耗速度均衡，且使磨耗以大致水平的姿勢且?guī)缀蹙鹊剡M(jìn)行。借此，具有能夠保持成為刃前端之尖的角部并防止切割能力劣化的效果。
[0021]在本發(fā)明中，亦可構(gòu)成為:該刃前端區(qū)域形成于該錐部的前端部，該錐部的外周側(cè)面的中心角于(以20°為中心)10°?30°的范圍內(nèi)形成。
[0022]借此，能夠?qū)⒐ぞ叩恼駝?dòng)(沖擊)如實(shí)驗(yàn)值所示般抑制成較小，并且借由將中心角設(shè)為較小而能夠維持被加工溝槽的左右側(cè)壁面的平行度，且能夠精密地加工漂亮的溝槽。此外，不會(huì)有被加工溝槽左右的邊緣被傾斜地切削般的情況并能夠抑制膜剝落的產(chǎn)生。進(jìn)一步地，錐部由于角度是從較小的底面至上方的直徑變大，因此與正圓柱體的工具相比能夠提高強(qiáng)度，且能夠抑制在刻劃中產(chǎn)生彎折等不佳情況。
[0023]在本發(fā)明中，亦可構(gòu)成為:該錐部借由上段錐部、與外周側(cè)面的中心角度較該上段錐部小的下段錐部而以2段形狀形成，下段錐部的前端部分形成該刃前端區(qū)域，該下段錐部的中心角于(以20°為中心)10°?30°的范圍內(nèi)形成，且該下段錐部的高度形成為大于應(yīng)加工溝槽深度的尺寸，小于該底面的直徑。
[0024]借此，能夠?qū)⒐ぞ叩恼駝?dòng)(沖擊)抑制成較小，并且借由將中心角設(shè)為較小而不會(huì)有被加工溝槽左右的邊緣被傾斜地切削般的情況并能夠抑制膜剝落的產(chǎn)生。而且，下段錐部，以較對應(yīng)于應(yīng)加工溝槽寬度而以較小的直徑所形成的底面更小的尺寸的高度(身高)形成，而且其上部連設(shè)于具有大于下段錐部角度的上段錐部而獲得補(bǔ)強(qiáng)，因此能夠在刻劃中不使下段錐部從中間部彎折等問題產(chǎn)生。此外，由于下段錐部的高度是以大于應(yīng)加工溝槽深度的尺寸形成，因此能夠確實(shí)地加工既定深度的溝槽。
【附圖說明】
[0025]圖1是表示使用有本發(fā)明的溝槽加工工具的刻劃裝置的一個(gè)實(shí)施例的概略性前視圖。
[0026]圖2(a)、圖2(b)是分別表示本發(fā)明的溝槽加工工具的整體立體圖與一部分放大剖面圖。
[0027]圖3(a)、圖3(b)是分別表示本發(fā)明的溝槽加工工具的其他實(shí)施例的整體立體圖與一部分放大剖面圖。
[0028]圖4是表示使用前端角度不同的3種工具加工了 3000m的溝槽時(shí)的刃前端的振動(dòng)與膜剝落寬度的圖表。
[0029]圖5(a)?圖5(c)是分別表示在圖4的實(shí)驗(yàn)中使用的3種溝槽加工工具的圖式。
[0030]圖6(a)、圖6(b)是分別表示本發(fā)明的溝槽加工工具的再其他實(shí)施例的整體立體圖與一部分放大剖面圖。
[0031]圖7(a)?圖7(c)是分別表示一般的CIGS薄膜太陽電池的制造步驟的示意圖。
[0032]圖8(a)、圖8(b)是分別表示現(xiàn)有習(xí)知的溝槽加工工具的例子的前視圖。
[0033]圖9(a)、圖9(b)是分別表示現(xiàn)有習(xí)知的溝槽加工工具的刃前端的磨耗的說明圖。
[0034]【主要元件符號說明】
[0035]A:刻劃裝置W:太陽電池基板
[0036]P1、P2、P3:刻劃溝槽8:溝槽加工工具
[0037]81:本體82:錐部
[0038]82a:上段錐部82b:下段錐部
[0039]83:圓柱部84:刃前端區(qū)域
[0040]85:底面86:外周側(cè)面
[0041]87:刃前端88:被膜
[0042]10:刻劃頭11:保持具
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下，針對本發(fā)明的細(xì)節(jié)，根據(jù)表示其實(shí)施例的圖式詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0044]圖1是表示使用有本發(fā)明的溝槽加工工具的積層型薄膜太陽電池用刻劃裝置的實(shí)施例的概略性前視圖。
[0045]刻劃裝置A，具備有載置并保持太陽電池基板W的平臺(tái)I。平臺(tái)1，成為能夠沿水平的軌條2而于Y方向(圖1的前后方向)移動(dòng)，并由借由馬達(dá)(省略圖示)而旋轉(zhuǎn)的螺桿軸3驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步地，平臺(tái)I成為能夠借由內(nèi)藏馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部4而于水平面內(nèi)旋動(dòng)。
[0046]具備有夾著平臺(tái)I設(shè)置的兩側(cè)支承柱5、5、及于X方向水平延伸的梁(橫梁)6的橋架7，設(shè)置成橫跨于平臺(tái)I上。
[0047]在梁6，設(shè)置有于X方向水平延伸的導(dǎo)引件9，且在該導(dǎo)引件9安裝有刻劃頭10，以使該刻劃頭10能夠借由馬達(dá)M而于X方向移動(dòng)。
[0048]在刻劃頭10的下部，設(shè)置有保持具11，該保持具11保持對載置于平臺(tái)I上的太陽電池基板W的薄膜表面進(jìn)行刻劃加工的溝槽加工工具8。保持具11，形成為能夠借由流體汽缸12而與溝槽加工工具8 一起升降。
[0049]圖2(a)