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WO2010018869A1 - 太陽電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

太陽電池の製造方法及び製造装置 Download PDF

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WO2010018869A1
WO2010018869A1 PCT/JP2009/064361 JP2009064361W WO2010018869A1 WO 2010018869 A1 WO2010018869 A1 WO 2010018869A1 JP 2009064361 W JP2009064361 W JP 2009064361W WO 2010018869 A1 WO2010018869 A1 WO 2010018869A1
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scribe line
solar cell
image
defect
width
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和弘 山室
湯山　純平
克巳 山根
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Ulvac Inc
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    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method and an apparatus for manufacturing a solar cell capable of detecting and repairing a structural defect quickly at a low cost.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-209209 for which it applied on August 15, 2008, and uses the content here.
  • a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
  • a solar cell using a silicon single crystal uses a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal ingot, a large amount of energy is consumed for manufacturing the ingot and the manufacturing cost is high.
  • a solar cell is manufactured using a silicon single crystal, a considerable cost is required at present. Therefore, solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films that can be manufactured at lower cost are widely used as low-cost solar cells.
  • Amorphous silicon solar cells use a semiconductor film having a layer structure called a pin junction in which an amorphous silicon film (i-type) that generates electrons and holes when receiving light is sandwiched between p-type and n-type silicon films. . Electrodes are formed on both sides of the semiconductor film. Electrons and holes generated by sunlight move actively due to the potential difference between the p-type and n-type semiconductors, and this is continuously repeated, causing a potential difference between the electrodes on both sides.
  • i-type amorphous silicon film
  • a transparent electrode such as TCO (Transparent Conductive Oxide) is formed on a glass substrate as a lower electrode, and a semiconductor film made of amorphous silicon, an upper electrode, A structure in which an Ag thin film or the like is formed is employed.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • an amorphous silicon solar cell having a photoelectric conversion body composed of such upper and lower electrodes and a semiconductor film there is a problem that a potential difference is small and a resistance value is large only by depositing each layer uniformly over a wide area on a substrate. .
  • an amorphous silicon solar battery is configured by forming partition elements in which photoelectric conversion bodies are electrically partitioned for each predetermined size and electrically connecting partition elements adjacent to each other.
  • a groove called a scribe line (scribe line) is formed on a photoelectric conversion body uniformly formed in a large area on a substrate using a laser beam or the like to obtain a large number of strip-shaped partition elements.
  • a structure in which the partition elements are electrically connected in series is employed.
  • an amorphous silicon solar cell having such a structure it is known that some structural defects occur in the manufacturing stage. For example, when an amorphous silicon film is formed, particles may be mixed or pinholes may be generated, so that the upper electrode and the lower electrode may be locally short-circuited.
  • Patent Document 1 A method of preventing a failure such as a short circuit by electrically separating from a non-existing portion is generally known (for example, Patent Document 1).
  • the stage on which the solar cell is placed is set at a predetermined distance. Only move and again irradiate with laser light to form irradiation marks. Next, an area including these two irradiation marks is picked up using an imaging device or the like, and the number of pixels between the two irradiation marks is measured on the obtained image. Then, the stage movement distance (actual size) per pixel is specified from the number of pixels between the two irradiation marks and the stage movement distance. Based on the conversion value between one pixel on the image thus obtained and the actual size on the stage, the movement of the stage is controlled so that the image of the structural defect on the image matches the laser irradiation position. ing.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and based on an image obtained by imaging a region including a structural defect, a solar cell capable of easily controlling a position irradiated with laser light with a few procedures.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus.
  • the solar cell manufacturing method includes a plurality of partition elements partitioned by a scribe line, and the partition elements adjacent to each other are electrically connected to each other.
  • a photoelectric conversion body is formed, a structural defect existing in the partition element is detected (defect detection step), and an image is obtained by imaging a region including the structural defect and the scribe line with a predetermined resolution (imaging) Step), on the image, the first pixel number corresponding to the interval between the scribe lines adjacent to each other or the width of the scribe line is specified (first specification step), and the pre-stored adjacent to each other
  • the actual size per pixel is calculated (first calculation step), and the second pixel number corresponding to the distance between the structural defect and the scribe line is specified on the image (second specification step), Comparing the second number of pixels with the actual size per pixel, the defect position information indicating the actual size from the scribe line to the position where the structural defect exists is calculated (second calculation step)
  • the method includes controlling the position where the laser beam is irradiated based on the defect position information, and electrically isolating the structural defect by irradiating the laser beam (repair process).
  • the solar cell manufacturing apparatus includes a plurality of partition elements partitioned by a scribe line, and the partition elements adjacent to each other are electrically connected to each other.
  • An apparatus for manufacturing a solar cell including a photoelectric conversion body, the imaging unit imaging a region including a structural defect existing in the partition element and the scribe line with a predetermined resolution, and an image obtained by the imaging unit An image for specifying the first pixel number corresponding to the interval between the scribe lines adjacent to each other or the width of the scribe line, and the second pixel number corresponding to the distance between the structural defect and the scribe line.
  • One pixel on the image is compared with the processing unit, a memory that stores an actual value indicating the width of the partition element or the width of the scribe line, and the first number of pixels and the actual value.
  • the actual size of each is calculated, the actual size per pixel is compared with the second number of pixels, and defect position information indicating the actual size from the scribe line to the position where the structural defect exists is calculated.
  • a laser irradiation unit that controls the position irradiated with the laser beam based on the defect position information and irradiates the laser beam.
  • the distance between the imaging unit and the solar cell varies due to a slight difference in thickness or the like, or a structural defect is detected for each solar cell manufacturing lot.
  • the actual size per pixel on the image changes due to the increase in the imaging magnification to increase the accuracy
  • the actual actual size value (measured value) stored in the memory in advance
  • the actual size per pixel is always calculated based on the number of constituent pixels.
  • the production lot or imaging magnification of the solar cell is changed, the actual dimension per pixel is recalculated and then the stage is moved to adjust the position irradiated with the laser light. Becomes unnecessary, the time required for the process of repairing the defect of the solar cell can be reduced, and the efficiency in the repair process can be greatly increased.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the second aspect of the present invention it is not necessary to form marking marks on the partition elements of the solar cell each time the actual size per pixel is calculated. It is possible to manufacture a solar cell with excellent power generation efficiency without causing any damage to the partition elements.
  • FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an example of a main part of an amorphous silicon type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing the layer structure of the solar cell of FIG.
  • FIG. 2B is an enlarged view in which a portion indicated by reference numeral B in FIG. 2A is enlarged.
  • the solar cell 10 has a photoelectric conversion body 12 formed on a first surface 11a (one surface) of a transparent insulating substrate 11.
  • substrate 11 is formed with the insulating material which is excellent in the transmittance
  • first electrode layer (lower electrode) 13 is made of a transparent conductive material, for example, a light-transmitting metal oxide such as TCO or ITO (Indium Tin Oxide).
  • the second electrode layer (upper electrode) 15 is formed of a conductive metal film such as Ag or Cu.
  • the semiconductor layer 14 has, for example, a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18 as shown in FIG. 2B.
  • a potential difference is generated between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 (photoelectric conversion).
  • the photoelectric conversion body 12 is divided by a scribe line (scribe line) 19 into a large number of partition elements 21, 21.
  • the partition elements 21, 21,... Are electrically partitioned from each other and electrically connected in series between the partition elements 21 adjacent to each other.
  • the photoelectric conversion body 12 has a structure in which the partition elements 21, 21... Are all electrically connected in series. In this structure, a high potential difference current can be extracted.
  • the scribe line 19 is formed, for example, by forming the photoelectric conversion body 12 uniformly on the first surface 11a of the substrate 11 and then forming grooves in the photoelectric conversion body 12 at a predetermined interval by laser light or the like.
  • a protective layer made of an insulating resin or the like on the second electrode layer (upper electrode) 15 constituting the photoelectric converter 12.
  • FIG. 3 is a flowchart showing step by step the method for manufacturing a solar cell of the present invention. Among these, the process from the position specification of the structural defect to the repair will be described in detail.
  • the photoelectric conversion body 12 is formed on the first surface 11a of the transparent substrate 11 (photoelectric conversion body forming step: P1).
  • a structure of the photoelectric converter 12 for example, a structure in which a first electrode layer (lower electrode) 13, a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the first surface 11 a of the substrate 11. Used.
  • the structural defect A1 caused by impurities (contamination) mixed into the semiconductor layer 14 or the semiconductor layer 14 Problems such as structural defect A2 in which fine pinholes are generated may occur.
  • Such structural defects A1 and A2 locally short-circuit (leak) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • the photoelectric conversion body 12 is irradiated with, for example, a laser beam to form a scribe line (scribe line) 19, thereby forming a large number of partition elements 21, 21. Step of forming: P2).
  • a predetermined defect detection device is used as a method for detecting structural defects present in the partition elements 21, 21.
  • the type of defect detection device is not particularly limited.
  • a method for detecting a defect a resistance value between adjacent partition elements 21 and 21 is measured at a predetermined interval in the long side direction of the partition element 21, and a region where the resistance value decreases, That is, there is a method for identifying a region where a defect that causes a short circuit is expected to exist.
  • a method of identifying a rough region where a structural defect exists by applying a bias voltage to the entire partition element and detecting Joule heat generated at a short-circuited portion (location where a structural defect exists) with an infrared sensor. Also mentioned.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the defect position specifying and repairing apparatus (solar cell manufacturing apparatus) of the present invention used in the defect position specifying process or the repairing process which is the next process.
  • the defect position identifying and repairing apparatus 30 captures images of a stage (moving stage) 31 on which the solar cell 10 is placed and the partition elements 21, 21... Of the solar cell 10 placed on the stage 31 with a predetermined resolution. Part (camera) 32.
  • an image processing unit 34 that processes the captured image data is connected to the imaging unit 32. Further, the image processing unit 34 is connected to a calculation unit 37 that compares the number of pixels of the image with the actual size value (actual measurement value).
  • a stage moving mechanism 35 that controls the movement of the stage 31 is connected to the stage 31.
  • the defect location specifying repair device 30 includes a laser irradiation unit 33 as a repair unit (repair device) that electrically separates (removes) the structural defects D of the partition elements 21, 21. That is, in the defect position identifying and repairing apparatus 30, the solar cell 10 placed on the stage 31 and the imaging unit 32 can move relative to each other, and the solar cell 10 and the laser irradiation unit 33 are connected to each other. It is possible to move relatively.
  • the stage 31 can move the solar cell 10 with predetermined accuracy in the X-axis and Y-axis directions.
  • the imaging unit 32 for example, a camera provided with a solid-state imaging device (CCD) is used.
  • the laser irradiation unit 33 is fixed at a predetermined position, and laser light is irradiated from the laser irradiation unit 33 toward the substrate 11 of the solar cell 10.
  • the laser irradiation unit 33 for example, a light source that emits green laser light is used.
  • the stage moving mechanism 35 moves the stage 31 in the X-axis and Y-axis directions, the position where the laser beam is irradiated onto the substrate 11 is controlled.
  • the image processing unit 34 On the image having a predetermined resolution obtained by the imaging unit 32, the image processing unit 34 has a contrast ratio due to a difference in height (thickness difference) between the formation portion of the partition element 21 and the region of the scribe line 19 or the like.
  • the partition element 21, the scribe line 19, and the structural defect D are specified.
  • the calculation unit 37 is composed of, for example, a CPU, and compares the number of pixels indicating the width of the partition element 21 (interval between adjacent scribe lines) obtained in the image processing unit 34 with the actual size value. . In addition, the calculation unit 37 outputs movement data to the stage moving mechanism 35 based on the obtained actual size data per pixel. Further, a memory 36 for storing the actual size width value of each partition element 21 and the actual size width value of the scribe line 19 is connected to the calculation unit 37.
  • the image pickup unit is located in the approximate region where the structural defect detected in the defect detection step (P3) as the previous step exists using the defect position specifying and repairing device 30 as described above.
  • the stage 31 moves so that the imaging range of 32 matches.
  • the structural defect D present in the partition element 21 and an image including the nearest scribe line 19 are imaged at a predetermined magnification and a predetermined resolution (imaging process: P4a).
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of an image M obtained by the imaging unit 32.
  • Data of the image M obtained by the imaging unit 32 is sent to the image processing unit 34.
  • the partition elements 21 and the scribe lines 19 are specified on the image M based on the contrast ratio of the image M (P4b). Then, the number of pixels corresponding to the width of the partition element 21 or the number of pixels corresponding to the width of the scribe line 19 is detected on the image M to obtain a first pixel number p1 (first specifying step).
  • the first pixel number p ⁇ b> 1 corresponding to the width w of the partition element 21 on the image M corresponds to 27 pixels.
  • the resolution of the image M obtained by actually imaging a solar cell is finer than the said resolution by 27 pixels.
  • the pixel size is expressed largely coarsely.
  • the first pixel number p ⁇ b> 1 obtained in this way is input to the calculation unit 37.
  • the calculation unit 37 reads the actual width value of the partition element 21 or the actual width value of the scribe line 19 from the memory 36 (reference process: P4c).
  • the value of the actual width of the partition element 21 is read out.
  • the actual size width value of the partition element 21 is compared with the first pixel number p1 corresponding to the width w of the partition element 21, and the actual size value Q per pixel is calculated (first calculation step: P4d (FIG. 6B)).
  • the image processing unit 34 detects the number of pixels corresponding to the distance between the edge of the scribe line 19 and the structural defect D on the image M, and inputs it to the calculation unit 37 as the second pixel number p2 (second specification).
  • Step: P4e (see FIG. 6C)).
  • the computing unit 37 compares the second pixel number p2 with the actual size value Q per pixel, and obtains defect position information that is the actual size value L between the edge of the scribe line 19 and the structural defect D (first).
  • the position and structure irradiated with the laser light Based on the defect position information indicating the actual size value L between the edge of the scribe line 19 and the structural defect D obtained through the defect position specifying step (P4) as described above, the position and structure irradiated with the laser light.
  • the stage 31 is accurately guided so that the position in the vicinity of the defect D coincides.
  • a laser beam is irradiated from the laser irradiation unit 33 while focusing on the structural defect D to form a repair line surrounding the structural defect D (repair process: P5).
  • the structural defect D is electrically separated (removed) from a region where no defect exists.
  • the distance between the imaging unit 32 and the solar cells 10 varies due to a slight difference in thickness or the like, or the detection accuracy of structural defects is increased.
  • the actual size per pixel on the image changes due to the increased imaging magnification, it is based on the specified actual size value stored in the memory in advance and the number of constituent pixels. The actual size per pixel is always calculated.
  • the manufacturing lot or imaging magnification of the solar cell 10 is changed, the actual size per pixel is recalculated, and then the stage is moved to adjust the position irradiated with the laser light. The procedure becomes unnecessary, the time required for the process of repairing the defect of the solar cell 10 can be reduced, and the efficiency in the repair process can be greatly increased.
  • the solar cell 10 can be manufactured.
  • the present invention provides a method for manufacturing a solar cell and a solar cell that can easily control the position irradiated with laser light with few procedures based on an image obtained by imaging a region including a structural defect. It is useful for manufacturing equipment.

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Abstract

　この太陽電池の製造方法は、区画素子（２１）に存在する構造欠陥（Ａ１，Ａ２）を検出し、前記構造欠陥（Ａ１，Ａ２）と前記スクライブ線（１９）とを含む領域を撮像することにより画像（Ｍ）を得て、互いに隣接するスクライブ線（１９）どうしの間隔、又は前記スクライブ線（１９）の幅に相当する第一の画素数を特定し、予め記憶された互いに隣接する前記スクライブ線（１９）どうしの間隔、又は予め記憶された前記スクライブ線（１９）の幅を示す実測値を参照し、前記第一の画素数と前記実測値とを比較して、前記画像（Ｍ）上における１画素あたりの実寸法を算出し、前記構造欠陥（Ａ１，Ａ２）と前記スクライブ線（１９）との距離に相当する第二の画素数を特定し、前記第二の画素数と前記１画素あたりの実寸法とを比較して欠陥位置情報を算出し、前記欠陥位置情報に基づきレーザー光を照射して前記構造欠陥（Ａ１，Ａ２）を電気的に分離する。

Description

太陽電池の製造方法及び製造装置
　本発明は、太陽電池の製造方法及び製造装置に関し、詳しくは、低コストで迅速に構造欠陥の検出、修復が可能な太陽電池の製造方法及び製造装置に関する。
　本願は、２００８年８月１５日に出願された特願２００８－２０９２０９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
　アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型及びｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
　こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などが形成された構成が採用される。
　このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
　具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザー光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
　ところで、こうした構造のアモルファスシリコン太陽電池においては、製造段階で幾つかの構造欠陥が生じることが知られている。例えば、アモルファスシリコン膜の成膜時にパーティクルが混入したりピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することがある。
　このように、光電変換体において、半導体膜を挟んで上部電極と下部電極との間で局所的に短絡するような構造欠陥が生じると、発電電圧の低下や光電変換効率が低下するといった不具合を引き起こす。このため、従来のアモルファスシリコン太陽電池の製造工程においては、こうした短絡等の構造欠陥を検出し、構造欠陥が存在する箇所（領域）を除去（電気的に分離）することにより、不具合を修復している。
　従来、区画素子上で構造欠陥が生じている箇所を除去する際には、レーザー光を用いて構造欠陥を囲むような溝（リペア線）を形成し、構造欠陥が存在する領域を構造欠陥が存在していない部分から電気的に分離させて、短絡等の障害を防止する方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１）。
　レーザー光が照射される位置の位置決めを行う際には、例えば、区画素子上の任意の点にレーザー光を照射して照射痕を形成した後、太陽電池が載置されたステージを所定の距離だけ動かし、再びレーザー光を照射して照射痕を形成する。
　次に、撮像装置等を用いてこれら２つの照射痕を含む領域を撮像し、得られた画像上で、２つの照射痕の間の画素数を計測する。
　そして、２つの照射痕の間の画素数とステージの移動距離とから、１画素あたりのステージの移動距離（実寸）を特定する。
　このように得られた画像上の１画素とステージ上での実寸法との変換値に基づいて、画像上の構造欠陥の像とレーザー照射位置とが合致するように、ステージの移動が制御されている。
特開昭６１－９６７７４号公報
　しかしながら、上述した従来のようなレーザー光が照射される位置を制御する方法においては、撮像装置と太陽電池との距離が変動したり、あるいは撮像倍率を変更する度に撮像した画像における１画素あたりの実寸法が変わったりする。
　このため、個々の太陽電池ごとに１画素あたりの実寸法を算出し直してから、ステージを移動させて、レーザー光が照射される位置を調整するという手間の掛かる欠陥修復手順が必要であった。
　また、１画素あたりの実寸法を算出するたびに、太陽電池の区画素子にマーキングとなるレーザー痕を形成する必要があるので、無用な損傷を区画素子に与えてしまうという課題もあった。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、構造欠陥を含む領域を撮像した画像に基づいて、レーザー光が照射される位置を少ない手順で容易に制御することが可能な太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１態様の太陽電池の製造方法は、スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、前記区画素子に存在する構造欠陥を検出し（欠陥検出工程）、前記構造欠陥と前記スクライブ線とを含む領域を所定の解像度で撮像することによって画像を得て（撮像工程）、前記画像上で、互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は前記スクライブ線の幅に相当する第一の画素数を特定し（第一特定工程）、予め記憶された互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は予め記憶された前記スクライブ線の幅を示す実測値を参照し（参照工程）、前記第一の画素数と、前記実測値とを比較して、前記画像上における１画素あたりの実寸法を算出し（第一算出工程）、前記画像上で、前記構造欠陥と前記スクライブ線との距離に相当する第二の画素数を特定し（第二特定工程）、前記第二の画素数と、前記１画素あたりの実寸法とを比較して、前記スクライブ線から前記構造欠陥が存在する位置までの実寸法を示す欠陥位置情報を算出し（第二算出工程）、前記欠陥位置情報に基づいてレーザー光が照射される位置を制御し、前記レーザー光を照射することにより、前記構造欠陥を電気的に分離する（修復工程）を含む。
　上記課題を解決するために、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置は、スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有して互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を含む太陽電池の製造装置であって、前記区画素子に存在する構造欠陥と前記スクライブ線とを含む領域を所定の解像度で撮像する撮像部と、前記撮像部によって得られた画像上で、互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は前記スクライブ線の幅に相当する第一の画素数、及び前記構造欠陥と前記スクライブ線との距離に相当する第二の画素数を特定する画像処理部と、前記区画素子の幅、又は前記スクライブ線の幅を示す実測値を記憶するメモリと、前記第一の画素数と前記実測値とを比較して、前記画像上における１画素あたりの実寸法を算出し、前記１画素あたりの実寸法と前記第二の画素数とを比較して、前記スクライブ線から前記構造欠陥が存在する位置までの実寸法を示す欠陥位置情報を算出する演算部と、前記欠陥位置情報に基づいてレーザー光が照射される位置を制御し、前記レーザー光を照射するレーザー照射部と、を含む。
　本発明の第１態様の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の製造ロット毎に、僅かな厚みの差などで撮像部と太陽電池との距離が変動したり、あるいは、構造欠陥の検出精度を高めるために撮像倍率を高めたことに起因して画像上での１画素あたりの実寸法が変わったりした場合であっても、予めメモリに記憶させた規定の実寸値（実測値）とその構成画素数とに基づいて１画素あたりの実寸法が常に算出される。
　これにより、太陽電池の製造ロット又は撮像倍率を変更する度に、１画素あたりの実寸法を算出し直した後に、ステージを移動させてレーザー光が照射される位置を調整するという手間の掛かる手順が不要となり、太陽電池の欠陥を修復する工程に要する時間を削減し、修復工程における効率を大いに高めることが可能になる。
　また、１画素あたりの実寸法を算出する度に、太陽電池の区画素子にマーキング用のレーザー痕を形成する必要もないので、無用な損傷を区画素子に与えることがなく、発電効率に優れた太陽電池を製造する事が可能になる。
　また、本発明の第２態様の太陽電池の製造装置によれば、１画素あたりの実寸法を算出するたびに、太陽電池の区画素子にマーキング用のレーザー痕を形成する必要がないので、無用な損傷を区画素子に与えることがなく、発電効率に優れた太陽電池を製造する事が可能になる。
アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す拡大斜視図である。 アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す断面図である。 アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す断面図であり、図２Ａにおいて符号Ｂによって示された部分が拡大された拡大図である。 本発明の太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 太陽電池に存在する構造欠陥の一例を示す断面図である。 欠陥位置特定修復装置（太陽電池の製造装置）を示す概略図である。 欠陥位置を特定する様子を説明するための平面図である。 欠陥位置を特定する様子を説明するための平面図であって、図６Ａにおいて符号Ｃによって示された部分が拡大された拡大図である。 欠陥位置を特定する様子を示す説明するための平面図である。
　以下、本発明に係る太陽電池の製造方法、及びこれに用いられる本発明の太陽電池の製造装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。
　なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものである。本発明の技術範囲は以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　また、以下の説明に用いる各図面では、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
　図１は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。また、図２Ａは図１の太陽電池の層構成を示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａにおいて符号Ｂによって示された部分が拡大された拡大図である。
　太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の第１面１１ａ（一方の面）に形成された光電変換体１２を有する。基板１１は、例えば、カラス又は透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されている。この基板１１の第２面１１ｂ（他方の面）には太陽光が入射する。
　光電変換体１２においては、基板１１から順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層されている。
　第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＴＣＯ，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性の金属酸化物から形成されている。
　また、第二電極層（上部電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されている。
　半導体層１４は、例えば、図２Ｂに示すように、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との間にｉ型アモルファスシリコン膜１６が挟まれて構成されたｐｉｎ接合構造を有する。そして、この半導体層１４に太陽光が入射すると電子とホールが生じ、ｐ型アモルファスシリコン膜１７とｎ型アモルファスシリコン膜１８との電位差によって電子及びホールは活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差が生じる（光電変換）。
　光電変換体１２は、スクライブ線（スクライブライン）１９によって、外形が短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割されている。この区画素子２１，２１…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子２１どうしの間で、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、区画素子２１，２１…が全て電気的に直列に繋がれた構造を有する。この構造においては、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー光などによって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。
　なお、このような光電変換体１２を構成する第二電極層（上部電極）１５の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層（図示せず）を形成するのが好ましい。
　以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。
　図３は本発明の太陽電池の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の位置特定から修復に至る工程について詳述する。
　まず、図１に示すように、透明な基板１１の第１面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程：Ｐ１）。光電変換体１２の構造としては、例えば、基板１１の第１面１１ａから順に第一電極層（下部電極）１３，半導体層１４，及び第二電極層（上部電極）１５が積層された構造が用いられる。
　このような構造を有する光電変換体１２の形成工程の中で、例えば図４に示すように、半導体層１４に不純物等が混入すること（コンタミネーション）によって生じる構造欠陥Ａ１や、半導体層１４に微細なピンホールが生じる構造欠陥Ａ２などの不具合が発生する場合がある。このような構造欠陥Ａ１，Ａ２は、第一電極層１３と第二電極層１５との間を局所的に短絡（リーク）させ、発電効率を低下させる。
　次に、光電変換体１２に向けて、例えばレーザー光線などを照射して、スクライブ線（スクライブライン）１９を形成し、短冊状に分割された多数の区画素子２１，２１…を形成する（区画素子の形成工程：Ｐ２）。
　以上の工程を経て形成された太陽電池１０においては、区画素子２１，２１…に存在する構造欠陥（上述したＡ１，Ａ２に代表される欠陥）が検出される（欠陥検出工程：Ｐ３）。この欠陥検出工程において、区画素子２１，２１…に存在する構造欠陥を検出する方法は、所定の欠陥検出装置が用いられる。
　欠陥検出装置の種類は、特に限定されない。欠陥を検出する方法の一例としては、互いに隣接する区画素子２１，２１間の抵抗値を、区画素子２１の長辺方向に所定の間隔で測定していき、抵抗値が低下している領域、即ち短絡の原因である欠陥が存在することが予測される大よその領域を特定する方法が挙げられる。
　また、例えば、区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所（構造欠陥が存在する箇所）において生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することで、構造欠陥が存在する大よその領域を特定する方法も挙げられる。
　上述したような方法によって、区画素子２１，２１…に構造欠陥が存在する大よその領域が確認（発見）されたら、次に、この構造欠陥をレーザー光によって電気的に分離させる前工程として、この構造欠陥の正確な位置を測定する（欠陥位置特定工程：Ｐ４）。
　図５は、欠陥位置特定工程、又は次工程である修復工程に用いられる、本発明の欠陥位置特定修復装置（太陽電池の製造装置）を示す概念図である。
　欠陥位置特定修復装置３０は、太陽電池１０が載置されるステージ（移動ステージ）３１と、このステージ３１に載置される太陽電池１０の区画素子２１，２１…を所定の解像度で撮像する撮像部（カメラ）３２とを含む。
　また、撮像部３２には、撮像された画像データの処理を行う画像処理部３４が接続される。更に、この画像処理部３４には、画像の画素数と実寸値（実測値）との比較などを行う演算部３７が接続される。ステージ３１には、このステージ３１の移動を制御するステージ移動機構３５が接続される。また、欠陥位置特定修復装置３０は、区画素子２１，２１…の構造欠陥Ｄを電気的に分離（除去）する修復部（修復装置）として、レーザー照射部３３を有する。
　即ち、欠陥位置特定修復装置３０においては、ステージ３１に載置された太陽電池１０と撮像部３２とが相対的に移動することが可能であり、また、太陽電池１０とレーザー照射部３３とが相対的に移動することが可能である。
　ステージ３１は、例えば、太陽電池１０を載置してＸ軸及びＹ軸方向に所定の精度で移動することができる。撮像部３２としては、例えば、固体撮像素子（ＣＣＤ）を備えたカメラが用いられる。
　レーザー照射部３３は、所定の位置で固定され、このレーザー照射部３３から太陽電池１０の基板１１に向けてレーザー光が照射される。
　レーザー照射部３３としては、例えば、グリーンレーザー光を照射する光源が用いられる。
　ステージ移動機構３５がステージ３１をＸ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、基板１１上にレーザー光が照射される位置が制御される。
　画像処理部３４は、撮像部３２により得られた所定の解像度を有する画像上で、区画素子２１の形成部分とスクライブ線１９の領域との高低差（厚み差）などに起因するコントラスト比により、区画素子２１，スクライブ線１９，及び構造欠陥Ｄ等を特定する。
　演算部３７は、例えばＣＰＵ等から構成され、画像処理部３４において得られた区画素子２１の幅（互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔）を示す画素数と、実寸値との比較などを行う。また、演算部３７は、得られた１画素あたりの実寸法データ等に基づいて、ステージ移動機構３５に対して移動データを出力する。
　また、この演算部３７には、それぞれの区画素子２１の実寸幅の値や、スクライブ線１９の実寸幅の値を記憶するメモリ３６が接続される。
　欠陥位置特定工程（Ｐ４）では、上述したような欠陥位置特定修復装置３０を用いて、前工程である欠陥検出工程（Ｐ３）で検出された構造欠陥が存在する大よその領域に、撮像部３２の撮像範囲が合致するように、ステージ３１が移動する。
　そして、区画素子２１に存在する構造欠陥Ｄと、その直近のスクライブ線１９を含む画像とを、所定の倍率及び所定の解像度で撮像する（撮像工程：Ｐ４ａ）。
　図６Ａは、撮像部３２で得られた画像Ｍの一例を示す模式図である。
　撮像部３２によって得られた画像Ｍのデータは、画像処理部３４に送られる。画像処理部３４においては、画像Ｍのコントラスト比等に基づき、画像Ｍ上で区画素子２１とスクライブ線１９とが特定される（Ｐ４ｂ）。
　そして、画像Ｍ上で区画素子２１の幅に相当する画素数、あるいはスクライブ線１９の幅に相当する画素数を検出し、第一画素数ｐ１を得る（第一特定工程）。
　例えば、図６Ａに示す例では、画像Ｍ上で区画素子２１の幅ｗに相当する第一画素数ｐ１が２７画素分に一致していることを示している。
　なお、太陽電池を実際に撮像することによって得られた画像Ｍの解像度は、２７画素による上記解像度よりも細かい。図６Ａにおいては、説明を容易にするために、画素のサイズを大幅に粗く表現している。こうして得られた第一画素数ｐ１は、演算部３７に入力される。
　次に、演算部３７では、区画素子２１の実寸幅の値、あるいはスクライブ線１９の実寸幅の値をメモリ３６から読み出す（参照工程：Ｐ４ｃ）。
　図６Ａに示す例では、区画素子２１の実寸幅の値が読み出される。そして、区画素子２１の実寸幅の値と、区画素子２１の幅ｗに相当する第一画素数ｐ１とを比較し、１画素あたりの実寸値Ｑを算出する（第一算出工程：Ｐ４ｄ（図６Ｂ参照））。
　次に、画像処理部３４では、画像Ｍ上でスクライブ線１９のエッジと構造欠陥Ｄとの距離に相当する画素数を検出し、第二画素数ｐ２として演算部３７に入力する（第二特定工程：Ｐ４ｅ（図６Ｃ参照））。
　そして、演算部３７において、第二画素数ｐ２と、１画素あたりの実寸値Ｑとを比較し、スクライブ線１９のエッジと構造欠陥Ｄと間の実寸値Ｌである欠陥位置情報を得る（第二算出工程：Ｐ４ｆ）。
　以上のような欠陥位置特定工程（Ｐ４）を経て得られた、スクライブ線１９のエッジと構造欠陥Ｄと間の実寸値Ｌを示す欠陥位置情報に基づいて、レーザー光が照射される位置と構造欠陥Ｄ近傍の位置とが一致するようにステージ３１を精密に誘導する。
　そして、レーザー照射部３３から構造欠陥Ｄに焦点を合わせてレーザー光を照射し、構造欠陥Ｄを取り囲むリペア線を形成する（修復工程：Ｐ５）。これにより、構造欠陥Ｄは、欠陥が存在していない領域から電気的に分離（除去）される。
　以上のような工程によれば、太陽電池１０の製造ロット毎に、僅かな厚みの差などで撮像部３２と太陽電池１０との距離が変動したり、あるいは、構造欠陥の検出精度を高めるために撮像倍率を高めたことに起因して画像上での１画素あたりの実寸法が変わったりした場合であっても、予めメモリに記憶させた規定の実寸値とその構成画素数とに基づいて１画素あたりの実寸法が常に算出される。
　これにより、太陽電池１０の製造ロット又は撮像倍率を変更する度に、１画素あたりの実寸法を算出し直した後に、ステージを移動させてレーザー光が照射される位置を調整するという手間の掛かる手順が不要となり、太陽電池１０の欠陥を修復する工程に要する時間を削減し、修復工程における効率を大いに高めることが可能になる。
　また、１画素あたりの実寸法を算出する度に、太陽電池の区画素子にマーキング用のレーザー痕を形成する必要もないので、無用な損傷を区画素子に与えることがなく、発電効率に優れた太陽電池１０を製造する事ができる。
　以上のような工程を経て、区画素子２１に存在する全ての構造欠陥Ｄを電気的に分離（除去）した後、保護層の形成工程（Ｐ６）などを経て、製品としての太陽電池が得られる。
　以上詳述したように、本発明は、構造欠陥を含む領域を撮像した画像に基づいて、レーザー光が照射される位置を少ない手順で容易に制御することができる太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に有用である。
１０　太陽電池、１１　基板、１２　光電変換体、１３　第一電極、１４　半導体層、１５　第二電極、１９　スクライブ線、２１　区画素子、３２　撮像部、３３　レーザー照射部、３４　画像処理部、３６　メモリ、３７　演算部。

Claims (2)

  1. 　太陽電池の製造方法であって、
    　スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
    　前記区画素子に存在する構造欠陥を検出し、
    　前記構造欠陥と前記スクライブ線とを含む領域を所定の解像度で撮像することによって画像を得て、
    　前記画像上で、互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は前記スクライブ線の幅に相当する第一の画素数を特定し、
    　予め記憶された互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は予め記憶された前記スクライブ線の幅を示す実測値を参照し、
    　前記第一の画素数と、前記実測値とを比較して、前記画像上における１画素あたりの実寸法を算出し、
    　前記画像上で、前記構造欠陥と前記スクライブ線との距離に相当する第二の画素数を特定し、
    　前記第二の画素数と、前記１画素あたりの実寸法とを比較して、前記スクライブ線から前記構造欠陥が存在する位置までの実寸法を示す欠陥位置情報を算出し、
    　前記欠陥位置情報に基づいてレーザー光が照射される位置を制御し、前記レーザー光を照射することにより、前記構造欠陥を電気的に分離する
    　ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 　スクライブ線によって区画された複数の区画素子を有して互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を含む太陽電池の製造装置であって、
    　前記区画素子に存在する構造欠陥と前記スクライブ線とを含む領域を所定の解像度で撮像する撮像部と、
    　前記撮像部によって得られた画像上で、互いに隣接する前記スクライブ線どうしの間隔、又は前記スクライブ線の幅に相当する第一の画素数、及び前記構造欠陥と前記スクライブ線との距離に相当する第二の画素数を特定する画像処理部と、
    　前記区画素子の幅、又は前記スクライブ線の幅を示す実測値を記憶するメモリと、
    　前記第一の画素数と前記実測値とを比較して、前記画像上における１画素あたりの実寸法を算出し、前記１画素あたりの実寸法と前記第二の画素数とを比較して、前記スクライブ線から前記構造欠陥が存在する位置までの実寸法を示す欠陥位置情報を算出する演算部と、
    　前記欠陥位置情報に基づいてレーザー光が照射される位置を制御し、前記レーザー光を照射するレーザー照射部と、
    　を備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。
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