划线设备和划线方法

专利名称：划线设备和划线方法
技术领域：
本发明涉及一种划线设备和在用于划线目标薄膜形成在其上的带状连续的柔性薄膜上执行划线的方法。
背景技术：
光电转换装置用于诸如太阳能电池等的各种应用中，光电转换装置具有通过吸收光线产生电流的光电转换层和用于引出在光电转换层中产生的电流的电极。传统的太阳能电池大部分是使用散装单晶硅、多晶硅或薄膜非晶硅的Si电池。然而，最近已开展研究和开发不依赖硅的化合物半导体太阳能电池。作为化合物半导体太阳能电池，两种类型是已知的，其中之一是一个大容量的系统，如砷化镓(GaAs)系统等，另一种是薄膜系统，诸如由 Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素形成的CIS(Cu-In-Se)系统、CIGS(Cu-In-Ga-Se)或类似物。报导CIS系统或CIGS系统具有高的光吸收率和高的能量转换效率。在包括薄膜光电转换装置的电子装置的各个领域中，已进行用于在柔性基板上形成和加工各种功能薄膜从而层压整个装置成片状的技术的研发。这种加工可能会减少使用的材料量，并允许连续加工(卷到卷加工)从而降低制造成本。用于光电转换装置的柔性基板包括具有绝缘膜形成在其上的金属基底的基板等等。迄今为止，为了高效率和低成本，集成设备被单片制作。为此目的一个关键技术是通过在膜中设置分离槽将薄膜分割成许多单元。例如，在图5A和5B所示，薄膜光电转换设备100具有运行仅通过下电极120的第一分离槽161、延伸通过光电转换层130和缓冲层140的第二分离槽162、运行仅通过在横向剖视图中的上电极层150的第三分离槽163和延伸通过光电转换层130和缓冲层140和在纵向剖视图中的上电极层150的第四分离槽164。在上文所述的光电转换装置中，执行适合每个薄膜的材料和性质的划线。对于 CIGS装置，例如，习惯由激光划线形成第一分离槽161，而使用划线刀片通过机械划线形成第二至第四分离槽162至164。当通过卷到卷加工而划线形成在柔性基板上的目标薄膜时，为了精确和高效地执行划线，必须执行划线，同时防止柔性薄膜的翘曲、波动、偏转等。日本未经审查的专利公开公报No. 10(1998)-027918公开了一种装置，其中输送目标划线薄膜形成在其上的一片柔性基板的同时，执行激光划线，柔性基板与辊状基板支撑装置接触并且由辊状基板支撑装置挤压(权利要求2，图1等)。日本未经审查的专利公开公报No. 2001-044471公开了一种装置，其中输送目标划线薄膜形成在其上的一片柔性基板的同时，执行激光划线，柔性基板由平板状基板位置保持装置支持(权利要求3，图3等)。日本未经审查的专利公开公报No. 2004-146773公开作为传统的技术的装置， 其中输送目标划线薄膜形成在其上的一片柔性基板的同时，使用划线刀片执行机械划线，柔性基板由两个导向辊支持(权利要求3，图3等)。日本未经审查的专利公开公报No. 2004-146773还建议使用用于分离槽的形成的微等离子体干法刻蚀(权利要求1，图1
等 ο当通过卷到卷加工在柔性基板上形成的目标薄膜上执行划线时，必须以比片到片加工更快的速度高度准确地形成分离槽。例如，在光电转换装置中，如果延伸通过下电极的第一分离槽没有清楚地形成并且应该已被删除的电极的残留物仍然存在，短路发生在相邻电池的电极和电极之间，由此泄漏电流流动，并且不能得到期望的光电转换效率。另外地， 如果下电极被切割太深并且在基板上的绝缘膜也被切割，发生介质击穿，导致下电极和金属基底之间的短路。然而，日本未经审查的专利公开公报No. 10(1998)-027918，2001-044471和 2004-146773，根本没有描述应用到柔性基板的诸如张力、挤压力等的具体条件，从而在薄膜中稳定地形成精确的分离槽的具体条件不明确。如果张力或挤压力太小，很难防止柔性基板的翘曲、波动，和偏转，由此划线的定位和切削深度控制变得困难。另一方面，如果张力或挤压力过大，过度应力施加到柔性基板，在分离槽的周围造成小磨损和裂缝或无形的损害。本发明已在鉴于上述情况下发展，并且其目的是提供划线设备和划线方法，在输送一片基板时，能够在目标划线薄膜上高效执行和准确划线，具有高生产率和稳定性。

发明内容
本发明的划线设备是一种设备，包括输送装置，用于通过给柔性基板施加张力来输送其上形成目标划线薄膜的一片带状连续的柔性基板；具有凸曲面的挤压装置，用于从没有形成目标划线薄膜的一侧、通过使凸曲面与柔性基板接触来挤压柔性基板；和划线装置，用于在形成在柔性基板的由挤压装置挤压的部分的表面上的目标划线薄膜上执行划线，其中在划线过程中施加到每单位截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P满足如下公式⑴至⑶1. 5MPa ^ Tn ^ 25MPa----------(1) 4kPa 彡 P 彡 50kPa-------------(2)5GPa2 ^ TnXP ^ 800GPa2------(3)张力Tn和挤压力P是由下面的公式表示的参数Tn = T/Ss (Pa), P = T/(WXR) (Pa)(其中，T表示施加到柔性基板的整个横截面的张力，Ss表示柔性基板的横截面面积，W表示柔性基板的宽度，和R表示凸曲面的曲率半径。)在本发明的划线设备中，柔性基板可通过连续输送或间歇性输送而传输。在间歇输送的情况下，在基板输送或停止时可以执行划线。对柔性基板和金属基板没有任何具体的限制，并且金属基板、具有绝缘膜形成在其上的金属基底的基板、树脂基板等被引用。柔性基板可能包括在基板的表面和目标划线薄膜之间的任何一个或多个类型薄膜，如绝缘膜，电极等。在这种情况下，柔性基板的横截面积被定义为包括形成在目标划线薄膜下的层
5或多层的横截面面积。目标划线薄膜可以是单层膜或层压膜。在本发明的划线设备中，优选地输送装置包括用于输出柔性基板的第一辊和用于卷起经受划线后的柔性基板的第二辊，和挤压装置包括用于挤压柔性基板的挤压辊。在这种结构中，优选地挤压辊具有40毫米至300毫米的半径。在本发明的划线设备中，优选地其中凸曲面的位置能够相对于柔性基板改变。至于划线设备，可以采用具有划线刀片和执行机械划线的划线设备。在这种情况下，优选地划线刀片的材料是钻石。当划线设备是具有划线刀片和执行机械划线的划线设备时，优选地在划线刀片的相对于柔性基板移动的一侧上的表面和柔性基板的表面的法线之间形成的角α 是-80°彡α，更优选地是-70° ^ α ^ 0°。上述角α被称为“前角”。图8Β是图解说明一个柔性基板B、目标划线薄膜Μ、划线刀片31和前角α的剖视图。当划线刀片31的在相对柔性的基板B移动的一侧上的面Sl关于柔性基板B的法线V 倾斜向与相对运动方向D相反一侧时，在此限定为α >0，并且当面Sl关于柔性基板的法线V倾斜向与相对运动方向D相同的方向时，在此限定为α <0。在8Β中，当α > 0时划线刀片31的示例位置通过实线表示，当α < 0时划线刀片31的示例位置通过虚线表示。
划线装置可以是具有激光发射光学系统并且执行激光划线的装置。优选地，所述划线设备是包括多组挤压装置和划线装置的设备，以便增加将以逐步方式形成在目标划线薄膜中的分离槽的深度和/或宽度。本发明的划线装置优选地应用在如下情况柔性基板是在金属基底上形成绝缘膜的基板和目标划线薄膜是半导体膜、导电膜或这些膜的层压膜等。本发明的划线设备优选地用于光电转换装置的设备。本发明的划线设备优选地用于制造具有光电转换层的光电转换装置的设备，所述光电转换层包括由Λ族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的化合物半导体。本发明的划线设备优选地用于制造具有光电转换层的光电转换装置的设备，所述光电转换层包括由从Cu和Ag组成的组选择的至少一种Λ族元素、从Al、Ga和h组成的组选择的至少一种Inb族元素和从S、Se和Te组成的组选择的至少一种Vrt族元素形成的化合物半导体。族元素表示在这里是基于简略周期表。Λ族元素、inb族元素和Vrt族元素形成的复合物半导体在这里有时表示为“I-III-VI族半导体”。I-III-VI族半导体的构成元素的族元素、Inb族元素和VH3族元素每个可以是两种或多种元素。而且，包括在光电转换层中的I-III-VI半导体可以是一种或两种或多种半导体。本发明的划线方法是用于在目标划线薄膜上执行划线的划线方法，当通过给柔性基板施加张力来输送其上形成目标划线薄膜的一片带状连续的柔性基板时，从没有形成目标划线薄膜的一侧、通过使凸曲面与柔性基板接触来挤压柔性基板，在柔性基板被凸曲面挤压的状态下，在目标划线薄膜上执行划线；其中在划线过程中施加到每单位截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P满足如下公式⑴至(3)1. 5MPa ^ Tn ^ 25MPa----------(1)4kPa 彡 P 彡 50kPa-------------(2)5GPa2 ^ TnXP ^ 800GPa2------(3)
张力Tn和挤压力P是由下面的公式表示的参数
Tn = T/Ss (Pa), P = T/(WXR) (Pa)(其中，T表示施加到柔性基板的整个横截面的张力，Ss表示柔性基板的横截面面积，W表示柔性基板的宽度，和R表示凸曲面的曲率半径)。根据本发明的划线设备和划线的方法，在输送基板片的同时，能够在目标划线薄膜上高效和准确执行划线，具有高生产率和稳定性。


图1是根据本发明实施例的划线设备的透视图。图2是图1中所示装置的设计修改。图3是如图1中所示装置的设计修改。图4是是如图1中所示装置的设计修改。图5A是说明其示例性结构的沿横向方向获得的光电转换装置的示意性剖视图。图5B是说明其示例性结构的沿纵向方向获得的光电转换装置的示意性剖视图。图6是说明其结构的基板的示意性剖视图。图7是说明其制造方法的基板的示意性剖视图。图8A是从划线刀片的行进方向看的划线刀片和相邻部分的正视图。图8B是示意性图解说明柔性的基板、目标划线薄膜、划线刀片和倾角的剖视图。
具体实施例方式[划线设备]根据本发明实施例的划线设备的结构将参考

。图1是装置的示意性透视图。本实施例的划线设备1包括输送设备10，用于通过施加张力到柔性基板来输送一片带状连续的柔性基板B，目标划线薄膜M形成在柔性基板B上；挤压装置20，用于从没有目标划线薄膜M形成在其上的一侧挤压柔性基板B;和划线装置30，用于在形成在柔性基板B的由挤压装置20挤压的部分的表面上的目标划线薄膜M上执行划线。对柔性基板B没有任何特别的限制，并且金属基板、具有绝缘膜形成在其上的金属基底的基板、树脂基板等被引用。对划线薄膜M没有任何特别的限制，并且半导体薄膜、 导电薄膜，这些薄膜的层压膜等等被引用。在本实施例中，输送工具10大致地由第一可旋转辊(输出辊)11和第二可旋转辊 (卷起辊)12构成，第一可旋转辊用于输出目标划线薄膜M形成其上的带状连续柔性基板 B，第二可旋转辊用于卷起经受划线之后的基板B。第一辊11可以是从先前工序输送基板到划线工序的输送辊。同样地，第二辊12可以是从划线工序输送基板到下一个工序的输送棍。挤压装置20大致地由用于挤压柔性基板B的可旋转挤压辊21和在上下方向上调整辊21的位置的位置调整机构(未显示)构成。挤压辊21具有从没有目标划线薄膜M形成在其上的一侧接触柔性基板B的凸曲面21S。挤压辊21具有用于划线的定位功能和用于挤压柔性基板B的功能。
在本实施例中，挤压辊21在上下方向上的位置可以通过位置调整机构调整，通过挤压辊21施加到柔性基板B上的挤压力和张力可以通过调整挤压辊21 (凸曲面21 的位置而调整。对柔性基板B的宽度W没有任何特别限制，例如，150毫米至2000毫米。对第一辊 11、第二辊12和挤压辊21的宽度没有任何特别限制，柔性基板B的宽度W的1. 2至1. 5倍的宽度是可取的。在挤压辊21的半径上没有任何特别的限制，40毫米至300毫米是可取的。对基板的输送速度没有任何特定的限制，例如为，1米/分钟到150米/分钟。划线设备30跨过柔性基板B设置在挤压辊21对面，并且大致由用于机械地执行划线的多个划线刀片31构成。多个划线刀片31在柔性基板B的宽度方向上布置。每个划线刀片31在基板的宽度方向和上下方向上的位置可调。在图1中，参考符号H表示通过划线形成的分离槽。本实施例的设备1还包括曲折矫正装置40，每个曲折矫正装置由曲折检测传感器 41和多个曲折校正辊42构成。在本实施例中，每个划线刀片31在基板的宽度方向上的位置和每个划线刀片31 和挤压辊21之间的间隙根据目标划线薄膜M的划线部分和将被形成的分离槽H的深度而设置为具体值，并且当张力和挤压力施加到柔性基板B时，特定的负载施加到划线刀片31 以执行划线，从而目标划线薄膜M的表面被刮划。在本实施例中，划线刀片31的位置在划线的关断时间(off-time)过程中调整并且在划线过程中基本上固定的。然而，优选地，在划线刀片31上执行精细动作控制，以使划线刀片31和挤压辊21之间的间隙在装置的振动等之后保持恒定。这种控制的执行允许分离沟槽H在深度和宽度的微小振动的情况下形成。对划线刀片的切削刃的宽度31W没有任何特定的限制，并且根据分离槽H的宽度选择。切削刃的宽度31W是指在从划线刀片的行进方向上看的划线刀片31的正面图中与目标薄膜M接触的最大宽度(图8A，其是从划线刀片的行进方向上看的划线的刀片和相邻部分的正面图)。划线刀片31的切削刃的宽度31W例如从10 μ m至300 μ m的范围内选择。 对施加到划线刀片31的负载没有任何特定限制，并且例如从150mN到400mN的范围选择。为了通过防止柔性基板B的翘曲、波动和偏转，在目标划线薄膜M上稳定地形成分离槽H，施加到柔性基板B的张力和挤压力很重要。本实施例的设备1被调整以使在划线时施加到每单位横截面积的柔性基板B的张力Tn和挤压力P满足如下公式(1)至(3)。1. 5MPa ^ Tn ^ 25MPa----------(1)4kPa 彡 P 彡 50kPa-------------(2)5GPa2 ^ TnXP ^ 800GPa2------(3)张力Tn和挤压力P是由下面的公式表示的参数。Tn = T/Ss (Pa), P = T/(WXR) (Pa)(其中，T表示施加到柔性基板的整个横截面的张力，Ss表示柔性基板的横截面面积，W表示柔性基板的宽度，和R表示凸曲面的曲率半径。)如上所述，在本实施例中，挤压辊21在上下方向上的位置是可调节的，并且由挤压辊21施加到柔性基板B的挤压力和张力是可调的。在本实施例中，挤压辊的位置被调整以使在划线过程中满足上述公式(1)至(3)并且保持被调整位置。
对划线刀片31的材料没有任何特别限制，并且优选使用耐破损和磨损的硬质材料。这些材料包括钻石、氮化硼、各类金属等。其中，最优选使用钻石，因为钻石耐久并且允许稳定尺寸和形状的划线。对在划线刀片31的相对于柔性基板B移动的一侧上的面Sl和柔性基板的表面的法线之间形成的角度(倾角)没有任何特定的限制(对于α及其加/减，参考“发明内容” 和图8Β中的描述)。本发明的发明人已经证实有利的划线可以至少在-80° < α <35° 范围内的倾角α的情况下执行(示例15至22)。如图8Β所示，如果α > 0，划线刀片31的在相对柔性基板B移动的一侧上的面 Sl关于柔性基板B的法线V与相对运动方向D相反地倾斜。在这种情况下，划线刀片31采取侵入柔性基板B和现在要切削的目标划线薄膜M的未切削部分之间的形式。另一方面，如果α < 0，划线刀片31的在相对柔性基板B移动的一侧上的面Sl关于柔性基板的法线V倾斜向相对运动方向D。在这种情况下，划线刀片31采取悬在现在要切削的目标划线薄膜M的未切削部分上的形式。本发明的发明人发现，在α >0时频繁发生而当α <0时很少发生所谓的撬开，在所述撬开中现在要切削的未切削部分不规则地分离超过过分范围。当撬开发生时， 防止准确的划线并且生产率下降。因此，α <0是可取的，并且和α <0是更可取的。 此外，当α <-70°时，划线刀片31过于倾向到水平侧面，其可能阻止在纵深方向上准确划线。优选地，前角α为-70° ^ α <0，更优选地是-70° < α，特别是优选地，-60° 彡 α 彡-35°。对在划线刀片31的相对柔性基板B移动的一侧相反的面S2和柔性基板B的表面之间形成的角度Y (间隙角)没有任何特别的限制，并且优选地是不小于10°。当Y在上述范围中时，可执行质量稳定的划线。本实施例的划线设备1以上述方式构成。在本实施例中，在划线时施加到柔性基板B的张力和挤压力在优选范围内被调整，以使翘曲、波动、挠度等有利地降低。这允许容易控制定位、切削深度和相同划线，由此可以执行准确划线。此外，它是，过度的张力或挤压力不可能施加到柔性基板B，过度的张力或挤压力可能引起分离槽H周围的小的磨损和裂缝的形成或无形的损害。因此，根据本实施例的划线设备1和使用划线设备1的划线的方法，可以在目标划线薄膜M上以高生产率和稳定性进行高效、准确划线。本实施例的划线设备1的使用允许甚至在需要比片到片的处理更快的处理速度的卷到卷的处理的情况下而高度准确地形成分离沟槽H。本实施例的划线设备1可用于制造需要划线的任何电子装置。本实施例的划线设备1可以优选地用于制造光电转换装置。本实施例的划线设备1可以优选地用于制造具有包括由族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的化合物半导体的光电转换层的光电转换装置。本实施例的划线设备1可以优选地用于制造具有包括由从Cu和Ag的组成的组选择的至少一种Λ族元素、从Al、Ga和h组成的组选择的至少一种Inb族元素和从S、Se 和Te组成的组选择的至少一种Vrt族元素形成的化合物半导体的光电转换层的光电转换
直ο置能够执行高度精确的划线和减少的在加工过程中产生的应力，由此减少缺陷或损坏。(设计变化)本发明并不限于上文所述的实施方式，并且在不偏离本发明的精神的情况下，可以对设计适当变化。挤压装置20的形式并不限于挤压辊21，并且可以采用任何形式，只要其具有凸曲如图2所示划线设备2，划线刀片31可以被配置以在基板的宽度方向上可扫描。 这种结构允许在关于基板的输送方向的平行方向、垂直方向和斜方向上划线。例如，可以通过间歇地输送基板并且在输送停止时在基板宽度方向扫描划线刀片31而执行垂直划线。如图3所示的划线设备3，划线装置可以是大致由激光发射光学系统50构成并且执行激光划线的装置。激光发射光学系统50包括由电源51通电并且振荡激光的激光振荡器52、用于控制或传输激光的光控制/传输光学系统53到56和用于发射激光在形成在柔性基板B上的目标划线薄膜M的表面上的激光头59。光控制/传输光学系统包括用于控制在激光振荡器56中振荡的激光能量的衰减器53、将激光的光学图像形成为狭缝状形状的缝54和用于聚集形成为狭缝状形状的激光的聚光镜55和用于传输由聚光镜55聚集的激光的光纤56。激光头59包括用于重塑通过光纤56传输的激光的光学图像成具有所需尺寸的裂隙状的形式的可变狭缝57和聚光镜58。激光头59被配置以可在基板的宽度方向上扫描。对激光的波长没有任何特定限制，并且根据目标划线薄膜M的光吸收波长适当地设计。例如时，当目标划线薄膜M是光电转换装置的Mo下部电极时，优选地使用具有500nm 到IlOOnm的中心波长的激光。如果目标划线薄膜M是光电转换层或光电转换装置的上部电极时，优选地的使用中心波长不大于400nm的激光灯。激光发射的条件，诸如波长、发射能量、激光输出模式、发射时间等，根据目标划线薄膜M的光吸收系数调整，据此可以执行具有所需深度和宽度的精确划线。在短的波长范围内，吸收系数高并且衍射效应或类似效应小，以使激光发射范围可以容易地确定，而没有不必要的能量被应用到周边区区域，由此划线可进行准确地执行。激光发射光学系统50不仅限于如图3所示那些，并且是在设计中的适当的变化。如图4所示的划线设备4，可以设置多组挤压装置20和划线装置30。这种结构允许分离槽H的宽度和/或深度以逐步的方式增加。这样的设计变化，也可以适用于在图3 中所示的装置。用于以逐步的方式增加将形成在目标划线薄膜M上的分离槽H的宽度和/或深度的结构可能减少在划线时由分离槽H的周围的区域引起的瞬时负载(在机械划线的机械负荷和热负荷在激光划线)，由此可以提高生产率和装置性能。此外，由挤压辊21引起的负载(在机械划线中的机械负荷和在激光划线中的热负荷)也可能减少，由此可能会增加装置的耐久性。[光电转换装置]将参考

可以通过本发明的划线设备制造的光电转换装置的示例结构。图 5A是光电转换装置在横向方向上示意性剖视图，图5B是光电转换装置在纵向方向上示意性剖视图。图6是说明其结构的基板的示意性剖视图，和图7是说明其制造方法的基板的透视图。在图纸中，每个模块不按比例绘制，以便于视觉识别。一般来说，和“光电转换装置的横向方向”和“光电转换装置的纵向方向”分别地对应于使用的柔性基板的宽度方向和输送方向。正如在图5A和5B所示，光电转换设备100是具有依序堆积的下电极(背面电极)120、光电转换层130、缓冲层140和上电极层150的柔性基板110的装置。光电转换装置100具有延伸仅通过下电极120的第一分离槽161、延伸通过光电转换层130和缓冲层140的第二分离槽162、延伸仅通过在横向剖视图中上电极层150的第三分离槽163和延伸通过光电转换层130、缓冲层140和在纵向剖视图中的上电极层150 的第四分离槽164。上述配置可以设置其中装置通过第一至第四分离槽的161至164被分成许多单元 C的结构。此外，上电极150填充在第二分离槽162中，由此可以获得其中特定单元C的上电极150被连续地连接到相邻的单元C的下电极的120的结构。这种配置允许集成装置的制造，其中多个单元装置通过非常简单的重复薄膜形成和分离槽形成的工艺流程串联地连接。(柔性基板)在本实施方式中，柔性基板110是通过阳极处理铝基金属基底111的至少一个表面侧而获得的基板。基板110可以是在如图6的左侧图示的每侧上具有阳极处理膜112的金属基底111的基板或在如图6的右侧图示的任一侧上具有的阳极处理膜112的金属基底 111的基板。在这里，阳极处理膜112是Al2O3基膜。对金属基底111和阳极处理膜112的厚度没有任何具体的限制。金属基底111的厚度为，例如，50μπι到500μπι，并且阳极处理膜112的厚度为，例如，0. 5μπι至20μπι。“金属基底的主要组成部分”在此限定为质量占50%或更多的组分。金属基底111 可以是包括微量元素、纯铝基板或具有另一种金属元素的铝合金的金属基底。作为阳极处理膜112形成在其上的金属基底111，优选使用具有铝含量质量不少于95%的纯铝基板。阳极处理可以通过沉浸被清洗的、通过抛光而平滑化及所需要等处理的金属基底 111来执行，阳极和阴极在电解质中，并且在阳极和阴极之间施加电压。如在图7中所示，当铝基的金属基底111被阳极处理时，氧化反应从表面Ills在大致垂直于表面Ills的方向上进行，并且形成Al2O3基的阳极处理膜112。通过阳极处理生成的阳极处理膜112具有多个细柱状体紧密排列其中的结构，每个细柱状体在平面视图中具有大致规则六边形形状。 每个细柱状体11 在大致中心具有细孔112b，从表面11 Is在纵深方向上大致线性地延伸， 并且每个细柱状体11 的底部表面具有圆形。通常情况下，没有任何细孔112b的阻隔层形成在细柱状体11 的底部区域处。没有任何细孔112b的阳极处理膜112还可以通过合适地布置阳极处理条件而形成。(光电转换层)光电转换层130包括至少一种Λ族元素、至少一种II Ib族元素和至少一种Mb 族元素(I-III-VI族半导体)的一种或多种的化合物半导体并且通过吸收光线产生电流。优选的光电转换层130是包括从Cu和Ag组成的组中选择的至少一种让族元素、 从B、Al、Ga和h组成的组中选择的至少一种Inb族元素和从0、S、Se和1Te组成的组中选择的至少一种Vrt族元素(I-III-VI族半导体)的一种或多种的化合物半导体的层。
为了高的光吸收率和高的光电转换效率，优选地，光电转换层130包括从Cu和Ag 组成的组中选择的至少一种Ib族元素、从Al、Ga和In组成的组中选择的至少一种IIIb族元素和从S、Se和Te组成的组中选择的至少一种VIb族元素的一种或多种的化合物半导体。上文所述的化合物半导体可能包括但不限于CuAlS2, CuGaS2, CuInS2, CuAlSe2, CuGaSe2, CuInSe2 (CIS), AgAlS2, AgGaS2, AgInS2, AgAlSe2, AgGaSe2, AgInSe2, AgAlTe2, AgGaTe2, AgInTe2, Cu (In1^Gax) Se2 (CIGS)，Cu (In1^Alx) Se2, Cu (In1^Gax) (S, Se) 2, Ag (In1^Gax) Se2, and Ag (In1^Gax) (S, Se)2。特别优选地，光电转换层130包括用Ga凝固的CuInSe2 (CIS)和/或CuInSe2,即 Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)。CIS和CIGS是具有黄铜矿的晶体结构的半导体，并报道高的光吸收率和高的能量转换效率。由于曝光量他们还具有良好耐久性和具有效率的较少退化。光电转换层130包括杂质，用于获得期望的半导体导电类型。杂质可以通过从相邻层扩散或者通过活性掺杂包括在光电转换层130中。光电转换层130可以具有I-III-VI族半导体和/或杂质的组成元件的密度分布， 并且可以具有多个不同半导体传导率的层区域，诸如η型、P型、i型等等。例如，在CIGS系统中，带隙宽度/载流子迁移率等可以通过在厚度方向上在光电转换层130中设置Ga的数量分布而控制，由此高转换效率可被设计。光电转换层130可以包括除了 I-III-VI族半导体以外的一个或多个类型半导体。 除了 I-III-VI族半导体以外的半导体可以包括但不限于IVb族元素的半导体，诸如Si (IV 族半导体)，IIIb族元素和Vb族元素的半导体，诸如GaAsdII-V族半导体)，和IIb族元素和VIb族元素的半导体，诸CdTedI-VI族半导体)。光电转换层130可以包括除了半导体的任意模块和杂质，用于导致半导体在不影响性能的限度内成为期望的传导类型。对在光电转换层130中的I-III-VI族半导体没有任何特定的限制，其中按质量优选地不低于75%，按质量不低于95%是更优选的，并且按质量不少于99%是特别优选的。(电极，缓冲层)每个下电极120和上电极150由导电材料制成。在光输入侧上的上电极50需要透明。考虑到有效利用光，优选地在基板侧上的下电极120具有光反射率。当不包括相邻缓冲层140的区域的光电转换层130的主要层是ρ型半导体时，下电极120用作正极和上电极150作为负极。如果光电转换层130的主要层是η型半导体，下电极120和上电极150 的极性颠倒。对于下电极120的主要成分，优选使用Mo、Cr、W或其组合。对于上电极150的主要成分，优选使用ZnO、ITO(铟锡氧化物)、SnO2或其组合。下电极120和/或上电极150 可以具有单层结构或层状结构，诸如两层结构。对于缓冲层140，优选使用CdS、ZnS, ZnO、 ZnMg0、ZnS(0，0H)或其组合。电极和缓冲层的主要组成部分限定为按质量占50%或更多的组分。化合物的优选组合为，例如，Mo下电极/CdS的缓冲层/CIGS光电转换层/ZnO上电极。(其他层)光电转换装置100可以具有除了上面所述的所需要的任何其他层。例如，根据需要可以在基板110和下电极120之间和/或在下电极120和光电转换层130之间设置用于增加层的附着力的接触层(缓冲层)。此外，如需要可在基板110和下电极120之间设置用于防止碱金属离子扩散的碱阻隔层。用于碱阻隔层的优选实施方式的参考涉及日本未经审查的专利公开公报No. 8 (1996)-222750。本实施例的光电转换装置100以如上面所述方式构造。在光电转换装置100的制造中，划线被执行以形成第一至第四分离槽161至164。对于光电转换装置100，执行合乎材料和每个薄膜的性质的划线。对于CIGS装置，例如，通过激光划线形成第一分离槽161， 而第二至第四分离槽162至164通过使用划线刀或激光划线而机械划线形成。通过使用本发明的划线装置形成分离沟槽161至164，可在高生产率和稳定性的情况下制造具有高光电转换效率的光电转换装置100，同时输送基板织物。使用本发明的划线设备允许甚至在卷到卷的处理的情况下高准确地形成分离槽161至164，卷到卷的处理需要比片到片的处理更快的处理速度。在这里显示的光电转换装置100只是示例，并且本发明的划线设备适用于使用柔性基板制造任何类型的光电转换装置，如金属基板、绝缘膜形成在其上的金属基底的基板、 树脂基板或类似物。此外，本发明的划线设备适用于除了光电转换装置的任何其他装置的制造。[示例]现在将说明示例和比较例。(示例 1)<光电转换层基板的生产>具有不低于99. 5%纯度和300毫米宽度的带状连续Al薄板设置为金属基底。在表面抛光后，铝板在硼酸溶液中阳极处理以获得200微米厚的铝基底在每侧上具有5微米厚的阳极处理膜(Al2O3膜)的带状连续柔性基板。阳极处理膜具有以规则方式形成的细孔，其中阻隔层的厚度约为50nm，细孔的间距约150nm，并且细孔的孔径约为50nm。<光电转换装置和太阳能电池模块的生产>具有0. 7 μ m厚度的Mo下电极形成在通过氩溅射所获得的光电转换层基板的整个表面上。此后，使用图3中所示的装置在Mo下电极上执行激光划线以形成具有约0. 7微米的深度和约130微米宽度的多个第一分离槽。基板的输送速度为3米/分钟。至于激光， 使用具有中心波长1064nm的YAG激光。在基板的宽度方向上看，形成有间距10毫米的多个第一分离槽，下电极由此被分成M个单元。然后，作为光电转换层，通过多源的同时沉积，Cu (In0.7Ga0.3) Se2薄膜在具有下电极形成在其上的基板的整个表面上沉积有约1.7μπι的厚度。Cu(Ina7Giia3)Si52薄膜的沉积在约10_4Pa(10_7托)的真空度下通过在真空容器中提供Cu、In、Ga和k沉积源来执行。在这里，适当地控制沉积坩埚的温度，并且基板温度为530°C。其次，作为缓冲层，通过化学沉积，CdS薄膜在具有光电转换层形成在其上的整个基板上沉积有50nm的厚度。通过加热硝酸镉、硫脲和氨的水溶液到约80°C并且浸泡光电转换层在水溶液中来执行化学沉积。形成缓冲层后，使用如图1所示的设备在光电转换层和缓冲层上执行机械划线， 以形成具有约1. Sum的深度和约140 μ m宽度的多个第二分离槽。通过对应于将被形成的第二分离槽的数量布置划线刀片，同时地形成多个第二分离槽。基板的输送速度为18米/ 分钟。使用具有IOOym切割边缘宽度的平坦钻石划线刀片。在基板宽度方向上看，形成具有10毫米间距的多个第二分离槽，由此光电转换层和缓冲层堆栈被划分成M个单元。将划线刀片与基板接触的条件如下前角α =-35°刃口角β = 60°间隙角γ= 65°施加到划线刀片的负载=280mN其次，作为上电极，通过氩溅射有0. 6 μ m厚度形成铝掺杂SiO的薄膜。在形成上电极以后，使用划线刀片在上电极上执行机械划线，使用与用于形成第二分离槽的设备相同的设备，以形成具有约3. 2 μ m深度和约140 μ m宽度的多个第三分离槽，由此上电极被划分成M个单元。在基板的宽度方向上看，形成有10毫米间距的多个第二分离槽，由此上电极被划分成24个单元。使用的划线刀片和用于将划线刀片与基板接触的条件与用于形成第二分离槽是相同的。然后，使用划线刀片的机械划线在光电转换层、缓冲层和上电极上使用如图2所示的设备执行，以形成约3. 2 μ m深度和约200 μ m宽度的多个第四分离槽。基板通过间歇输送而运送，并且通过在基板的宽度方向上扫描划线刀片同时停止输送而形成每个第四分离槽。使用具有160 μ m刃口宽度的平坦钻石划线刀片。当划线刀片与基板接触时，角度和负载条件与用于形成第二分离槽的相同。多个第四分离槽的形成导致光电转换层、缓冲层和上电极的堆栈将在基板的宽度方向上布置的M个单元。此后，基板被切割成多个240毫米正方形装置，并且Al被沉积以形成引出外部电极，由此获得光电转换装置。最后，用于密封的透明树脂被层积，由此获得太阳能电池模块。 在同等条件下共生产20个太阳能电池模块。每个模块具有结构，其中三个电池单元并行连接，每个电池单元具有串联的M个单元。第一至第四分离槽在关于挤压辊的半径、在划线时施加到每单位横截面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P、TnXP相同的条件下形成。这些数据见表1。〈光电转换效率和产出率评估>使用气团(AM) = 1. 5，100mff/cm2的伪阳光，为每个生产的太阳能电池模块评估光电转换效率。为20个样品测量光电转换效率，并且在它们中具有最高值的80%或以上的光电转换效率被评为能接受的产品，那些可接受的产品以外被评为不能接受的产品。然后，能接受的产品的光电转换效率的平均值获得为光电转换效率。此外，生产率由下面的公式获得生产率=能接受的产品的数量/被评估样本总数(％ )(示例2至11，比较示例1至3)以与示例1相同的方式获得和评估太阳能电池模块，不同在于关于挤压辊的半径、在划线时施加到每单位横截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P、TnXP的条件变化到在表1所示的那些。(结果)表1所示，与设置参数在本发明的范围之外产生的比较例1至3相比，通过设置关于挤压辊的半径、在划线时施加到每单位横截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P、 TnXP的条件在本发明的范围内产生的示例1到11具有较高的光电转换效率和生产率，这意味着，具有优异性能的光电转换装置被稳定地生产。对于示例1至11，挤压辊的半径设置在从40毫米到300毫米的范围内，其提供了良好的效果。请注意，具有半径大于300毫米的挤压辊的制造困难并且其评估没有进行。(例 12)以与用于示例5同样的方式获得和评估太阳能电池模块，不同在于，第二和第三分离槽使用图4中所示的设备在两个步骤中形成。划线刀片与两对的每个挤压辊之间的间隙被调整，以使第一划线深度相当于所需的深度的70%和第二划线提供所需的深度。示例 5和12生产条件和评估结果如表2所示。如表2所示，其中对于一个分离槽划线在两个步骤中进行的示例12具有有利的结果，也就是说，与对于一个分离槽划线在单个步骤中进行的示例5相比，具有较高的光电转换效率和生产率。这表明更优选在多个步骤中执行划线。(示例 13 和 14)以示例5同样的方式获得和评估太阳能电池模块，除了划线刀片的材料改变到如下所示。示例13 氮化硼烧结体(BN)示例14 =WC-TiC-TaC-Co 合金(相当于 JIS-K-IO 材料)示例5、13和14的生产条件和评估结果如表3所示。如表3所示，钻石优选作为划线刀片的材料。(示例 15 至 22)以示例5同样的方式获得和评估太阳能电池模块，除了用于划线刀片与基板接触的条件变化到表4所示。如表4显示，通过设置前角α为-80°至35°的示例15至22提供了良好的结果。前角α设置为-70°至-5°时，获得更有利的结果，最好是-60°至-35°。(示例23)以示例1至11同样的方式获得和评估太阳能电池模块，除了第二到第四分离槽是使用图3所示的设备由激光划线形成以外。至于激光，使用具有中心波长为355nm的YAG 的第三谐波。每个模块都显示与示例1至11相同的结果。表 权利要求
1. 一种划线设备，包括输送装置，用于通过给柔性基板施加张力来输送其上形成目标划线薄膜的一片带状连续的柔性基板；具有凸曲面的挤压装置，用于通过使凸曲面从没有形成目标划线薄膜的一侧与柔性基板接触来挤压柔性基板；和划线装置，用于在形成在柔性基板的由挤压装置挤压的部分的表面上的目标划线薄膜上执行划线，其中在划线过程中施加到每单位截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P满足如下公式 ⑴至⑶1.5MPa ^ Tn ^ 25MPa----------(1)4kPa 彡 P 彡 50kPa-------------(2)5GPa2 ^ TnXP ^ 800GPa2------(3)张力Tn和挤压力P是由下面的公式表示的参数Tn = T/Ss (Pa), P = T/(WXR) (Pa)其中，T表示施加到柔性基板的整个横截面的张力，Ss表示柔性基板的横截面面积，W 表示柔性基板的宽度，且R表示凸曲面的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的划线设备，其中输送装置包括用于输出柔性基板的第一辊和用于卷起经受划线后的柔性基板的第二辊；且挤压装置包括用于挤压柔性基板的挤压辊。
3.根据权利要求2所述的划线设备，其中挤压辊具有40毫米至300毫米的半径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的划线设备，其中凸曲面的位置能够相对于柔性基板改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的划线设备，其中划线装置是具有划线刀片并且执行机械划线的装置。
6.根据权利要求5所述的划线设备，其中划线刀片的材料是钻石。
7.根据权利要求5或6所述的划线设备，其中在划线刀片的相对于柔性基板移动的一侧上的表面和柔性基板的表面的法线之间形成的角α是-80° < α <35°。
8.根据权利要求5或6所述的划线设备，其中在划线刀片的相对于柔性基板移动的一侧上的表面和柔性基板的表面的法线之间形成的角α是-70° < α。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的划线设备，其中划线装置是具有激光发射光学系统并且执行激光划线的装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的划线设备，其中所述划线设备是包括多组挤压装置和划线装置的设备，以便以逐步方式增加将形成在目标划线薄膜中的分离槽的深度和/或宽度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的划线设备，其中柔性基板是在金属基底上形成绝缘膜的基板；且目标划线薄膜是半导体膜、导电膜或这些膜的层压膜。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的划线设备，其中划线设备是用于制造光电转换装置的设备。
13.根据权利要求12所述的划线设备，其中划线设备是用于制造具有光电转换层的光电转换装置的设备，所述光电转换层包括由 Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素形成的化合物半导体。
14.根据权利要求13所述的划线设备，其中划线设备是用于制造具有光电转换层的光电转换装置的设备，所述光电转换层包括由从Cu和Ag组成的组选择的至少一种Ib族元素、从Al、Ga和In组成的组选择的至少一种 IIIb族元素和从S、Se和Te组成的组选择的至少一种VIb族元素形成的化合物半导体。
15.一种用于在目标划线薄膜上执行划线的划线方法，当通过给柔性基板施加张力来输送其上形成目标划线薄膜的一片带状连续的柔性基板时，通过使凸曲面从没有形成目标划线薄膜的一侧与柔性基板接触来挤压柔性基板，在柔性基板被凸曲面挤压的状态下，在目标划线薄膜上执行划线；其中在划线过程中施加到每单位截面面积的柔性基板的张力Tn和挤压力P满足如下公式⑴至⑶·1. 5MPa ^ Tn ^ 25MPa----------(1)4kPa 彡 P 彡 50kPa -------------(2)5GPa2 ^ TnXP ^ 800GPa2------(3)张力Tn和挤压力P是由下面的公式表示的参数Tn = T/Ss (Pa), P = T/(WXR) (Pa)其中，T表示施加到柔性基板的整个横截面的张力，Ss表示柔性基板的横截面面积，W 表示柔性基板的宽度，且R表示凸曲面的曲率半径。
全文摘要
本发明公开一种以高产量精确地执行划线的划线设备(1)，包括用于通过施加张力输送目标划线薄膜(M)形成在其上的一片带状连续的柔性基板(B)的输送装置(10)、用于通过使凸曲面(21S)与柔性基板(B)接触而从目标划线薄膜(M)没有形成在其上的侧面挤压柔性基板(B)的挤压装置(20)，和用于在目标划线薄膜(M)上执行划线的划线装置(30)，其中在划线过程中应用到每单位截面面积柔性基板的张力Tn和挤压力P满足如下公式(1)至(3)1.5MPa≤Tn≤25MPa---(1)；4kPa≤P≤50kPa---(2)5GPa2≤Tn×P≤800GPa2---(3)。
文档编号B23K26/00GK102334200SQ20108000467
公开日2012年1月25日 申请日期2010年1月12日 优先权日2009年1月16日
发明者河上洋 申请人:富士胶片株式会社