图形加工用激光加工装置制造方法
图形加工用激光加工装置制造方法
【专利摘要】具备：具有在通过恒速输送装置（3）以规定速度向一方向输送工件（5）的同时使一根激光束（70）向与工件（5）的输送方向交叉的方向从照射开始侧（S）向照射结束侧（E）对工件（5）的薄膜层（6）扫描的光束头（22、23）的光束头单元（20）；向光束头（22、23）照射激光束（70）的激光振荡器（21）；和相对地控制由光束头（22、23）照射的激光束（70）的扫描速度和工件（5）的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线（11）的控制装置（60）；控制装置（60）形成为切换加工加工线（11）的光束头（22、23）而交替地加工加工线（11）的结构。借助于此，在以规定速度输送工件的同时在该工件的薄膜层上高效率地形成加工线。
【专利说明】图形加工用激光加工装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及在薄膜系的太阳能电池和柔性太阳能电池等的制造工序中的图形加工中所使用的激光加工装置。
【背景技术】
[0002]以往,作为用于太阳能发电的太阳能电池,例如有薄膜娃和CIGS (Copper indiumgallium selenide ;铜铟镓硒)太阳能电池等(在本说明书及权利要求书中统称为“薄膜太阳能电池”)。关于该薄膜太阳能电池，使金属膜和硅膜等的半导体在玻璃基板的一面上成膜(“deposit1n (沉积)”或“film format1n (成膜)”)而形成薄膜层(例如数百纳米~数十微米左右)，并且在该薄膜层上实施图形加工的薄膜太阳能电池已被使用。以下，以该薄膜太阳能电池的基板(以下简称为“工件”)为例进行说明。
[0003]作为薄膜太阳能电池的基板的制造工序，例如如图8A~图8G所示，在玻璃基板110 (图8A)的上表面使透明电极层(薄膜层)111成膜(图SB)，在该透明电极层111上从激光加工装置照射激光束115，以此将透明电极层111局部地去除而图形加工出直线状的加工线112A (图8C)。对于在透明电极层111上形成有加工线112A的基板110，通过在透明电极层111的上表面使光电转换层(薄膜层)113成膜(图8D),并且在该光电转换层113上从激光加工装置照射激光束115，从而图形加工出加工线112B (图8E)。之后，对于在该光电转换层113上形成有加工线112B的基板110，在光电转换层113的上表面使背电极层(薄膜层)114成膜(图8F)。然后，在该背电极层114上从激光加工装置照射激光束115而图形加工出加工线112C (图8G)。这样图形加工出的基板110成为模块化的太阳能电池。
[0004]作为这种激光加工装置100，例如如图9所示，将来自于激光振荡器101的激光束102 (以下简称为“光束”)通过光束分光器103分束为多条，将这些光束通过导光镜104向工件106变换方向。然后，通过光束聚光透镜105使该光束102在工件106的薄膜层107上聚焦而进行照射，以此剥离薄膜层107而形成加工线108。
[0005]通过该激光加工装置100进行的图形加工是通过在工件输送装置109的台上固定工件106，并且向X方向输送该工件106，对该工件106照射激光束102而形成加工线108。之后，在将工件106向Y方向输送规定量(加工线间距)后，将该工件106以与上述输送相反的方向向X方向输送，并且对该工件106照射激光束102而形成加工线108。然后，通过重复该作业，以此在工件106上依次形成加工线108。即，工件106间歇性地重复在X方向上输送而形成加工线108的作业、和在Y方向上输送的作业。
[0006]另外，作为这种现有技术，例如具有将从激光振荡器射出的激光束通过反射镜分光，将这些激光束通过聚光透镜照射在太阳能电池的薄膜层上，以此形成加工线的技术(例如参照专利文献I)。
[0007]又，作为其他现有技术，具有通过柱面透镜生成横截面细线状的激光束，并且通过该细线状的激光束以使一部分重叠的状态重叠地形成细线状的加工痕，以此加快基板的搬运速度，借助于此试图缩短激光加工的节拍的技术(例如参照专利文献2)。
[0008]现有技术文献:
专利文献:
专利文献1:日本特开2004-170455号公报；
专利文献2:日本特开2010-221274号公报。
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题:
然而，近年来更加关注通过天然能源的发电，并且存在试图通过太阳能电池的生产性的改善等实现低成本化而谋求进一步的促进的趋势。因此，要求在太阳能电池的生产工序中的进一步的节拍(单位工序的作业时间)缩短化(高速化)。
[0010]然而，如上所述，在将工件106的整个面固定在工件输送装置109的台上并进行激光加工时，使工件106在搬运方向上数次往复而进行加工，因此在将一个工件106加工结束之前无法将其移送至下一个工序。因此，加工需要长时间，效率差。
[0011]又，通过将来自于激光振荡器101的激光束102分光而分割出的多个光束102进行加工，因此各光束质量上容易产生不均匀且加工质量不稳定。如果想要搭载多个激光振荡器101而使用稳定的多个光束，则需要较大的空间，且激光加工装置100变得高成本。
[0012]因此，这样的激光加工装置100中的加工时间长和高成本等因素妨碍太阳能电池的低成本化。另外，上述专利文献I记载的发明也具有同样的问题。
[0013]此外，通过上述专利文献2所记载的现有技术实现的加工时间的缩短化要依赖光束的加工方向长度，因此能够缩短的时间是有限的，从而期待进一步的通过加工时间的缩短实现的加工效率的改善。
[0014]解决问题的手段:
因此，本发明的目的是提供在以规定速度输送工件的同时能够在该工件的薄膜层上以高效率形成加工线的图形加工用激光加工装置。
[0015]为了实现上述目的，本发明是在形成于工件的薄膜层上通过激光束形成加工线的图形加工用激光加工装置，具备:使所述工件以规定的输送速度向一方向输送的恒速输送装置；具有在通过所述恒速输送装置以规定速度输送工件的同时、或检测工件的输送速度并输送工件的同时使一根激光束向与所述工件的输送方向交叉的方向从照射开始侧向照射结束侧对工件的薄膜层扫描的多个光束头的光束头单元；向所述光束头照射激光束的激光振荡器；和相对地控制由所述光束头照射的激光束的扫描速度和所述工件的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线的控制装置；所述控制装置形成为切换加工所述加工线的光束头而同时或交替地加工所述加工线的结构。
[0016]根据该结构，在将工件在正确的位置上支持并输送的同时由光束头单元使一根激光束对工件的薄膜层进行扫描,从而可以在与工件的输送方向交叉的方向上形成加工线，因此可以在工件的薄膜层上以高效率加工出加工线。此外，通过切换多个光束头，以此大致连续且高效地照射激光束而形成加工线，因此可以谋求太阳能电池的生产工序中的进一步的节拍的缩短化而谋求生产效率的改善。而且，使用检测工件的速度并进行反馈控制而调节激光束的扫描正时的方式，以此可以应对卷对卷制造方法等的连续移动的工件。
[0017]又，也可以是具有对于使从所述激光振荡器照射的激光束对所述多个光束头中的哪一个照射进行切换的切换器；所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的往复动作式的结构；所述控制装置形成为切换所述切换器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
[0018]根据该结构，在一个光束头的激光加工工作中使另一个光束头返回至照射开始侧，因此激光加工中断的时间非常少，可以谋求加工时间的节拍缩短。
[0019]又，也可以是具有切断从所述激光振荡器照射的激光束照射至所述光束头的切断器；所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的循环式的结构；所述控制装置形成为控制所述切断器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
[0020]根据该结构，在一个光束头的激光加工工作中使另一个光束头返回至照射开始侧，因此激光加工中断的时间非常少，可以谋求加工时间的节拍缩短。
[0021 ] 又，也可以是所述光束头单元具有使所述多个光束头在水平方向或垂直方向上循环的循环机构。
[0022]根据该结构，可以根据使用条件等而使光束头在水平方向或垂直方向上循环，从而在通过一个光束头从照射开始侧向照射结束侧进行激光加工的同时使另一个光束头从照射结束侧向照射开始侧返回，因此可以大致连续地进行激光加工，从而可以实现激光加工的节拍缩短的高效率的激光加工。
[0023]又，也可以是所述光束头单元具备向所述多个光束头照射的激光束的光程长度恒定机构。
[0024]根据该结构，可以确保由从照射开始侧向照射结束侧移动的光束头向工件照射的激光束的强度保持恒定。
[0025]又，也可以是所述控制装置形成为根据所述多个光束头的配置、进行激光加工的一个光束头和工件的输送速度决定对工件的在输送方向上的扫描位置的结构。
[0026]根据该结构，预先通过控制装置决定多个光束头对工件的扫描位置，因此可以通过多个光束头对工件进行正确的图形加工。
[0027]发明效果:
根据本发明，在以规定速度输送工件的同时在该工件上通过一根激光束大致连续且高效地加工出与工件的输送方向交叉的加工线，因此可以使图形加工大幅度高速化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是示意性地示出根据本发明的激光加工装置的立体图；
图2是示意性地示出通过图1所示的激光加工装置进行加工的加工线的俯视图；
图3是示出根据本发明的第一实施形态的激光加工装置的结构的俯视图；
图4是图3所示的激光加工装置的侧视图；
图5是配备在图3所示的激光加工装置上的光程长度恒定装置的概略图；
图6是示出根据本发明的第二实施形态的激光加工装置的结构的立体图；
图7是示出根据本发明的第三实施形态的激光加工装置的结构的立体图；
图8A是示出通过激光加工装置进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图； 图8B是示出接着图8A进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8C是示出接着图SB进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8D是示出接着图SC进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8E是示出接着图8D进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8F是示出接着图SE进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8G是示出接着图8F进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图9是示意性地示出现有的激光加工装置的立体图。
【具体实施方式】
[0029]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施形态。在以下的实施形态中，以在玻璃基板7上形成有薄膜层6的工件5为例进行说明。
[0030]如图1所示，该实施形态的激光加工装置I具备检测工件5的加工基准位置(端面等)的摄像机2、和将已检测位置的工件5向输送方向(Y方向，以下用“Y”表示)正确输送的恒速输送装置3。该实施形态的恒速输送装置3形成为通过工件夹具4把持工件5并在工件支持机构8的辊9上输送工件5的工件夹具台车方式的结构。
[0031]该恒速输送装置3在工件夹具4上设置平面方向的旋转轴(Θ轴)以及必要时设置X轴(与输送方向交叉的方向).Y轴(与输送方向平行的方向)的驱动轴，使其与恒速输送装置3的输送同步，从而能够在向抑制工件5产生扭转的方向进行修正的同时进行加工。作为该恒速输送装置3，例如也可以是输送机方式、驱动辊输送机方式等的其他结构。又，在该实施形态中，通过恒速输送装置3输送的工件5以使薄膜层6作为上表面的状态且从下方支持玻璃基板7的状态被输送。此外，作为上述工件支持机构8，除了上述辊9以外，例如可以使用活动轴承(free bearing)、非接触空气吸附单元(从下方通过空气吸引工件5的吸引机构等)等。
[0032]而且，在由上述恒速输送装置3输送的工件5的输送方向规定位置上设置有对输送的工件5执行图形加工的光束头单元(beam head unit)20。光束头单元20以使激光束70在与工件5的输送方向Y交叉的扫描方向(X方向，以下以“X”表不)上扫描的形式进行配置。图示的左侧为照射开始侧S，右侧为照射结束侧E。像这样，将光束头单元20配置在规定位置上，并且从该光束头单元20正确地照射激光束70。借助于此，可以对由上述恒速输送装置3正确地输送的工件5高精度地形成加工线(划线)11。这些通过恒速输送装置3进行的工件5的输送和光束头70的照射由控制装置60进行控制。
[0033]在光束头单元20上具备使从激光振荡器21照射的激光束70弯曲而向工件5照射以此进行图形加工的多个光束头(图3、图4、图6、图7)22、23。对于从该光束头单元20向工件5照射的激光束70，使由激光振荡器21照射出的一根激光束70向工件5照射。光束头单兀20的详细内各在后面叙述。
[0034]另外，在设置有上述光束头单元20的加工部10上具备将由恒速输送装置3输送的工件5支持在正确的位置(高度)上并输送的工件位置保持机构(图示省略)。作为该工件位置保持机构，例如采用从上方非接触地按压工件5的空气吹出机构、通过按压辊等进行按压的工件按压机构等。通过该工件按压机构和上述工件支持机构8的辊9，将工件5在光束头单元20的部分上输送至正确的位置。这些工件按压机构及工件支持机构8可以采用公知的技术。
[0035]像这样，通过在工件5的下方设置工件支持机构8且在上方设置工件按压机构(图示省略)，以此防止在加工部10上向输送方向Y输送的工件5的上下方向位置(高度)发生改变，这样可以在输送工件5的同时防止加工加工线11的激光束70的焦点偏离。
[0036]另外，可以在上述工件5的上方设置吸引形成加工线11时被去除的薄膜和蒸发物等的吸引导管(图示省略)，这样可以防止被去除的薄膜和蒸发物等再次附着在薄膜层6等上。
[0037]另一方面，如图2所示，关于通过上述激光加工装置I在将工件5向工件输送方向Y输送的同时照射激光束70以此进行的图形加工，其激光扫描位置是固定的。而且，使激光束70以一定间隔时间从照射开始侧S向照射结束侧E向扫描方向X扫描，从而通过该激光束70对以规定速度输送的工件5执行图形加工。
[0038]在该情况下，控制装置60以使由激光束扫描方向X和工件输送方向Y的合成速度所形成的加工线11相对于输送方向Y成直角的方式对工件5的输送速度和激光束70的扫描速度相对地进行控制。
[0039]具体而言，将工件5的输送速度作为“输送速度VY”，从地面观察的扫描方向作为“对地扫描方向XG”，相对于地面的扫描速度作为“对地扫描速度VXG”，将作为工件5的宽度方向的扫描方向作为“相对扫描方向XW”，将在工件5的宽度方向上扫描的速度作为“相对扫描速度VXW”，将在水平面内对地扫描方向XG和相对扫描方向XW所形成的角度作为“倾斜角Φ”。而且，输送速度VY除以对地扫描速度VXG即可得出倾斜角Φ的正弦(8?ηΦ=νΥ/νΧ6)0 又，对地扫描速度VXG乘以倾斜角Φ的余弦即可得出相对扫描速度VXW(VXff=VXGX cos Φ)0此外，工件5的输送方向上的加工线11之间的间隔LY除以工件5的宽度方向上的加工线11的长度LX即可得出倾斜角Φ的正切(tan (ji=LY/LX)。
[0040]因此，由这样的关系，在使激光束70相对于以规定的输送速度VY输送的工件5以对地扫描速度VXG向对地扫描方向XG进行扫描时，可以对工件5以规定的间隔LY连续地形成与相对扫描方向XW平行的加工线11。这些工件输送速度VY与激光束扫描速度VXG的相对控制通过控制装置60 (图1)进行。
[0041]而且，通过激光加工装置I连续地执行这样的加工，以此将工件5向输送方向Y输送一次即可完成图形加工。又，由于将工件5向一方向输送一次即可完成图形加工，因此不仅对规定长度的工件5的加工而且对如卷对卷方式那样的连续体的工件也可以进行图形加工。
[0042]另外，作为上述激光束70，使用扁平光束(包含线光束等)，以此能够以更高速加工加工线11。作为扁平光束，以使加工线11相对于工件输送方向Y成直角的方式控制扁平光束的方向并进行照射。
[0043]接着，基于图3、图4说明根据第一实施形态的激光加工装置的结构。另外，对于与上述图1所示的结构相同的结构标以相同的符号进行说明。
[0044]该激光加工装置30是使多个光束头22、23在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的往复动作式的示例。在该实施形态中具备两个光束头22、23，并且采用使这些第一光束头22和第二光束头23向相反方向往复动作的平行方式。
[0045]如图所示，在由恒速输送装置3搬运的工件5的上方设置有在与该工件5的输送方向Y交叉的扫描方向X上延伸的轨道31。在该轨道31的两侧上，将上述第一光束头22和第二光束头23以分别能够在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的形式进行设置。作为使该光束头22、23往复移动的结构，例如可以采用由沿着轨道31设置的直线导轨(图示省略)引导且通过驱动马达等在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的那样的等速驱动机构等。作为使该光束头22、23往复移动的结构，也可以是其他结构。
[0046]又，在上述轨道31的照射开始侧S上设置有上述激光振荡器21。该激光振荡器21以与光束头22、23的移动方向平行地照射激光束70的形式配置。从该激光振荡器21照射出的激光束70被第一弯曲镜24向正交方向弯曲。该弯曲的激光束70被第二弯曲镜25或26向正交方向弯曲，从而向上述光束头22、23照射。
[0047]如图4所示，该实施形态的上述第一弯曲镜24在上下方向上配置有两个弯曲镜24A、24B。一个弯曲镜24A以使激光束70正确地向一个第二弯曲镜25弯曲的形式配置。另一个弯曲镜24B以使激光束70正确地向另一个第二弯曲镜26弯曲的形式配置。
[0048]而且，这些弯曲镜24A、24B可以一体地在上下方向上移动而进行切换。使这些弯曲镜24A、24B —体地上下移动的结构(例如流体压力缸等)为切换器29。该第一弯曲镜24的切换可以通过上述控制装置60 (图1)进行控制。
[0049]另外，在该实施形态中设置两个弯曲镜24A、24B并进行切换，但是也可以将一个弯曲镜24进行角度控制，而将激光束70向各个第二弯曲镜25、26正确地弯曲。
[0050]此外，在上述光束头22、23上分别设置有使向水平方向照射的激光束70向下方弯曲的第三弯曲镜27、和使由该第三弯曲镜27弯曲的激光束70聚光的聚光透镜28。
[0051 ] 而且，如图3、图4所示，在通过第一光束头22进行激光加工时，由上述第一弯曲镜24A弯曲的激光束70被第二弯曲镜25向第一光束头22的扫描方向弯曲，并向第一光束头22照射。照射到该第一光束头22的激光束70通过设置于第一光束头22上的第三弯曲镜
27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。通过该激光束70在工件5上形成加工线11。
[0052]又，在通过设置于相对于轨道31与第一光束头22相反一侧的面上的第二光束头23进行激光加工时，通过上述切换器29将第一弯曲镜24由弯曲镜24A切换为弯曲镜24B，从而使激光束70向第二弯曲镜26弯曲。照射到该第二弯曲镜26的激光束70从第二弯曲镜26照射至第二光束头23。照射至该第二光束头23的激光束70与上述第一光束头22相同地通过设置于第二光束头23上的第三弯曲镜27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。通过该激光束70在工件5上形成加工线11。
[0053]另外，在该第一实施形态中说明了具备两个光束头22、23的示例，但是在具备三个以上光束头的情况下，如图3中双点划线所示，可以在工件输送方向Y上并列设置上述轨道31，并且在该轨道31B上配备第三光束头22B (根据需要配备第四光束头(图示省略))。在该情况下，可以使新设置轨道31B的方向上的第二弯曲镜25在上下方向上可移动，并且在通过第三光束头22B进行激光加工时降低第二弯曲镜25而使激光束70通过，并且通过新设置的第二弯曲镜25B向第三光束头22B弯曲。
[0054]又，在配备三个以上的光束头的情况下，在将多个光束头切换着进行的交替加工时，使其与由一部分的光束头进行的同时加工组合进行，以此也可以实现进一步的加工时间的缩短化。
[0055]另一方面，如上所述在使光束头22、23移动时，从激光振荡器21的距离发生变化而光束强度发生改变。因此，如图5所示，也可以设置与光束头22、23的移动量无关地使激光束70以相同的光程长度向光束头22、23照射的光程长度恒定装置40。图5是以第一光束头22侧为例。
[0056]图5所示的光程长度恒定装置40形成为使由第二弯曲镜25 (26)弯曲的激光束70通过具有在光束头22 (23)的移动方向前方设置的第四弯曲镜41、第五弯曲镜42的反射镜单元43照射到光束头22 (23)的结构。该光程长度恒定装置40的第四弯曲镜41、第五弯曲镜42以使来自于第二弯曲镜25 (26)的激光束70向180°反方向反射的形式设置。该光程长度恒定装置40形成为使反射镜单元43以光束头22 (23)的移动量的一半的距离进行移动的结构。
[0057]根据这样的光程长度恒定装置40，通过使反射镜单元43以光束头22 (23)的一半移动量向相同方向移动，以此可以使激光束70的光程长度保持恒定地向光束头22 (23)进行照射。该光程长度恒定装置40只是一个示例，也可以通过使用了连杆机构(link)、光纤等的其他结构确保激光束70的光程长度保持恒定。
[0058]根据如上述的第一实施形态的激光加工装置1，通过具备多个光束头22、23的光束头单元20，在由一个光束头22 (23)进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)向照射开始侧S移动。因此，只要将两个光束头22、23以相同速度向反方向移动，即可在一个光束头22 (23)到达加工结束位置时，使另一个光束头23 (22)配置在加工开始位置上。
[0059]因此，通过两个光束头22、23交替地执行激光加工，以此能够实现大致连续的激光加工。例如，图3所示的[I]的加工线11是通过第一光束头22进行加工，[2]的加工线11是通过第二光束头23进行加工，通过交替地重复该加工以此可以实现大致连续的激光加工。因此，例如使光束头22、23以10?20m/秒的速度移动，从而可以高效率地执行大致连续的激光加工。
[0060]因此,在将工件5朝着输送方向Y向一方向输送的同时加工加工线11,以此可以大幅度缩短加工线形成作业的节拍，可以大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，从而可以谋求太阳能电池利用的促进。
[0061]图6是示出根据第二实施形态的激光加工装置50的要部的图。该第二实施形态的激光加工装置50是使多个光束头在照射开始侧S和照射结束侧E之间循环的循环式的示例。即是以使多个光束头向相同方向循环的返回方式工作的示例。另外，在该实施形态中，说明与光束头单元51相关的结构，对于与上述图3、图4所示的结构相同的结构标以相同的符号进行说明。又，在该第二实施形态中，说明将光束头单元51配置在工件5的下方的示例。
[0062]如图所示，该实施形态的激光加工装置50也具备两个光束头22、23。这些光束头22,23除了驱动方式以外具有与上述图3、图4所示的光束头22、23相同的结构。
[0063]这些实施形态的光束头22、23通过由同步带轮52驱动的同步带53在照射开始侧S和照射结束侧E之间移动，并且在两端部上向水平方向转弯以此循环。
[0064]又，如图所示，在同步带53的一侧，在从照射开始侧S向照射结束侧E移动的一侧(图示的左侧)上，激光振荡器21配置在延长线上。该激光振荡器21以向从照射开始侧S向照射结束侧E移动的光束头22 (23)正确地照射激光束70的形式配置。
[0065]此外，在该激光振荡器21和光束头22、23之间设置有在光束头22、23在端部上转弯的规定期间切断激光束70的光束切断器(shutter) 54。作为光束切断器54，可以使用电气式切断器和机械式切断器等。通过该光束切断器54，可以以在规定速度循环的光束头22,23向光束扫描方向X移动的规定范围内，使从激光振荡器21照射的激光束70向光束头22、23照射而进行激光加工的形式进行控制。光束切断器54的开闭是例如基于驱动上述同步带轮52的步进马达等的信息进行控制。
[0066]又，光束头22、23与上述图3、图4相同，但是在该实施形态中举出在工件5的下方设置有光束头22、23，并且从这些光束头22、23向上照射激光束70的示例。由激光振荡器21照射的激光束70被光束头22 (23)的第三弯曲镜27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。
[0067]在该第二实施形态的激光加工装置50的情况下，在通过一个光束头22 (23)从照射开始侧S进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)从照射结束侧E向照射开始侧S移动。
[0068]图7是作为上述图6所示的第二实施形态的激光加工装置50的变形例的第三实施形态的激光加工装置55。对于与上述图6所示的第二实施形态相同的结构标以相同的符号，并且省略其说明。
[0069]该实施形态的激光加工装置55使上述光束头22、23在照射开始侧S和照射结束侧E之间移动，并且在两端部上向垂直方向转弯而循环。该实施形态也同样在从照射开始侧S向照射结束侧E移动的一侧(图示的左侧)上，激光振荡器21配置在延长线上。该激光振荡器21以向从照射开始侧S向照射结束侧E移动的光束头22、23照射激光束70的形式配置。
[0070]此外，在该实施形态中也同样在激光振荡器21和光束头22 (23)之间设置有在光束头22 (23)在端部上转弯的期间切断激光束70的切断器54。其他结构与上述第二实施形态相同，因此省略说明。
[0071]该第三实施形态的激光加工装置55的情况也同样在通过一个光束头22 (23)从照射开始侧S进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)从照射结束侧E向照射开始侦U S移动。
[0072]另外，在这些第二实施形态、第三实施形态中，设置光程长度恒定装置的情况下，可以与上述光程长度恒定装置40不同，例如采用连接器式的光程长度恒定装置。
[0073]又，如这些第二实施形态、第三实施形态那样从工件5的下方照射激光束70的情况下，将激光束70以透过工件5的玻璃基板7后在形成于上表面的薄膜层6上聚焦的方式进行照射。
[0074]根据如上述那样的第二实施形态、第三实施形态的激光加工装置50、55，也同样可以通过具备多个光束头22、23的光束头单元51，在使一个光束头22 (23)从照射开始侧S向照射结束侧E进行激光加工时，使另一个光束头23 (22)向照射开始侧S移动，因此可以有效地进行大致连续的激光加工。
[0075]因此,通过在使工件5朝输送方向Y向一方向输送的同时加工加工线11，以此可以大幅度缩短加工线形成作业的节拍，可以大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，从而可以促进太阳能电池的利用。
[0076]如上所述，根据上述激光加工装置1、50、55，在使工件5向输送方向Y以一定速度连续输送(或以一定间隔间歇输送)的同时向与该输送方向Y交叉的扫描方向X以规定的扫描速度照射激光束70。而且，通过控制装置60以使一根激光束70的加工线11相对于工件5的输送方向Y成直角的方式相对地控制这些工件5的输送速度和激光束70的扫描速度，因此可以对薄膜层6高速地进行图形加工。而且，将工件5向输送方向Y以规定速度输送一次即可完成激光加工，因此可以在短时间内完成对一个工件5的加工。
[0077]此外,在向一方向输送工件5的同时使激光束70扫描而形成加工线11以此完成激光加工，因此不仅可以实现对每个基板的工件5的加工，而且对柔性太阳能电池的卷对卷制造方法的连续的工件也可以实现高速的连续加工。
[0078]而且，如上述图8A~图SG所示，即使在多个成膜层上形成加工线11的情况下，也只要在输送方向上并列设置多台上述激光加工装置I和成膜机(图示省略)，即可在向一方向搬运工件5的同时连续地进行图形加工，从而可以大幅度缩短图形加工的节拍，大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，可以促进太阳能电池的利用。
[0079]此外，不需要使用通过分光?分束?多个振荡器装载所形成的多个激光束，因此也可以谋求能够制作加工质量稳定的太阳能电池40的激光加工装置I的制作成本的降低。
[0080]另外，在上述实施形态中，说明了在将工件5以一定速度向输送方向Y连续地输送的同时进行加工的示例，但是也可以在根据加工条件等以一定间隔间歇地输送工件5的同时进行加工，而并不限于上述实施形态。
[0081]又，在上述实施形态中，使激光振荡器21独立于光束头22、23构成，但是如果是小型轻量的激光振荡器21 ，则也可以形成为与光束头单元22、23 —体地移动的结构。
[0082]又，上述实施形态仅示出一个示例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更，本发明并不限于上述实施形态。
[0083]工业应用性:
根据本发明的激光加工装置可以利用于薄膜太阳能电池和柔性太阳能电池(卷对卷制造方法)等的制造工序中。
[0084]符号说明:
I激光加工装置；
3 恒速输送装置；
5工件；
6薄膜层；
7基板(玻璃基板)；
II加工线(划线)；
20光束头单兀；
21激光振荡器；
22第一光束头；
23第二光束头；
24第一弯曲镜；
24A、24B 弯曲镜；25,26第二弯曲镜；
27第三弯曲镜；
28聚光透镜；
29切换器；
30激光加工装置；
31轨道；
32光束扫描单兀；
40光程长度恒定装置；
41第四弯曲镜；
42第五弯曲镜；
43反射镜单元；
50激光加工装置；
51光束头单兀；
54光束切断器；
55激光加工装置；
60控制装置；
70激光束；
S照射开始侧；
E照射结束侧；
X激光束扫描方向；
Y工件输送方向。
【权利要求】
1.一种图形加工用激光加工装置，其特征在于， 是在形成于工件的薄膜层上通过激光束形成加工线的图形加工用激光加工装置， 具备: 使所述工件以规定的输送速度向一方向输送的恒速输送装置； 具有在通过所述恒速输送装置以规定速度输送工件的同时、或检测工件的输送速度并输送工件的同时使一根激光束向与所述工件的输送方向交叉的方向从照射开始侧向照射结束侧对工件的薄膜层扫描的多个光束头的光束头单元； 向所述光束头照射激光束的激光振荡器；和 相对地控制由所述光束头照射的激光束的扫描速度和所述工件的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线的控制装置； 所述控制装置形成为切换加工所述加工线的光束头而同时或交替地加工所述加工线的结构。
2.根据权利要求1所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于， 具有对于使从所述激光振荡器照射的激光束对所述多个光束头中的哪一个照射进行切换的切换器； 所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的往复动作式的结构； 所述控制装置形成为切换所述切换器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
3.根据权利要求1所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于， 具有切断从所述激光振荡器照射的激光束照射至所述光束头的切断器； 所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的循环式的结构； 所述控制装置形成为控制所述切断器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
4.根据权利要求3所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述光束头单元具有使所述多个光束头在水平方向或垂直方向上循环的循环机构。
5.根据权利要求2或3所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述光束头单元具备向所述多个光束头照射的激光束的光程长度恒定机构。
6.根据权利要求5所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述控制装置形成为根据所述多个光束头的配置、进行激光加工的一个光束头和工件的输送速度决定对工件的在输送方向上的扫描位置的结构。
【文档编号】H01L31/04GK104080571SQ201380008161
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】中泽睦裕, 高原一典, 大串修己 申请人:川崎重工业株式会社
【专利摘要】具备：具有在通过恒速输送装置（3）以规定速度向一方向输送工件（5）的同时使一根激光束（70）向与工件（5）的输送方向交叉的方向从照射开始侧（S）向照射结束侧（E）对工件（5）的薄膜层（6）扫描的光束头（22、23）的光束头单元（20）；向光束头（22、23）照射激光束（70）的激光振荡器（21）；和相对地控制由光束头（22、23）照射的激光束（70）的扫描速度和工件（5）的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线（11）的控制装置（60）；控制装置（60）形成为切换加工加工线（11）的光束头（22、23）而交替地加工加工线（11）的结构。借助于此，在以规定速度输送工件的同时在该工件的薄膜层上高效率地形成加工线。
【专利说明】图形加工用激光加工装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及在薄膜系的太阳能电池和柔性太阳能电池等的制造工序中的图形加工中所使用的激光加工装置。
【背景技术】
[0002]以往,作为用于太阳能发电的太阳能电池,例如有薄膜娃和CIGS (Copper indiumgallium selenide ;铜铟镓硒)太阳能电池等(在本说明书及权利要求书中统称为“薄膜太阳能电池”)。关于该薄膜太阳能电池，使金属膜和硅膜等的半导体在玻璃基板的一面上成膜(“deposit1n (沉积)”或“film format1n (成膜)”)而形成薄膜层(例如数百纳米~数十微米左右)，并且在该薄膜层上实施图形加工的薄膜太阳能电池已被使用。以下，以该薄膜太阳能电池的基板(以下简称为“工件”)为例进行说明。
[0003]作为薄膜太阳能电池的基板的制造工序，例如如图8A~图8G所示，在玻璃基板110 (图8A)的上表面使透明电极层(薄膜层)111成膜(图SB)，在该透明电极层111上从激光加工装置照射激光束115，以此将透明电极层111局部地去除而图形加工出直线状的加工线112A (图8C)。对于在透明电极层111上形成有加工线112A的基板110，通过在透明电极层111的上表面使光电转换层(薄膜层)113成膜(图8D),并且在该光电转换层113上从激光加工装置照射激光束115，从而图形加工出加工线112B (图8E)。之后，对于在该光电转换层113上形成有加工线112B的基板110，在光电转换层113的上表面使背电极层(薄膜层)114成膜(图8F)。然后，在该背电极层114上从激光加工装置照射激光束115而图形加工出加工线112C (图8G)。这样图形加工出的基板110成为模块化的太阳能电池。
[0004]作为这种激光加工装置100，例如如图9所示，将来自于激光振荡器101的激光束102 (以下简称为“光束”)通过光束分光器103分束为多条，将这些光束通过导光镜104向工件106变换方向。然后，通过光束聚光透镜105使该光束102在工件106的薄膜层107上聚焦而进行照射，以此剥离薄膜层107而形成加工线108。
[0005]通过该激光加工装置100进行的图形加工是通过在工件输送装置109的台上固定工件106，并且向X方向输送该工件106，对该工件106照射激光束102而形成加工线108。之后，在将工件106向Y方向输送规定量(加工线间距)后，将该工件106以与上述输送相反的方向向X方向输送，并且对该工件106照射激光束102而形成加工线108。然后，通过重复该作业，以此在工件106上依次形成加工线108。即，工件106间歇性地重复在X方向上输送而形成加工线108的作业、和在Y方向上输送的作业。
[0006]另外，作为这种现有技术，例如具有将从激光振荡器射出的激光束通过反射镜分光，将这些激光束通过聚光透镜照射在太阳能电池的薄膜层上，以此形成加工线的技术(例如参照专利文献I)。
[0007]又，作为其他现有技术，具有通过柱面透镜生成横截面细线状的激光束，并且通过该细线状的激光束以使一部分重叠的状态重叠地形成细线状的加工痕，以此加快基板的搬运速度，借助于此试图缩短激光加工的节拍的技术(例如参照专利文献2)。
[0008]现有技术文献:
专利文献:
专利文献1:日本特开2004-170455号公报；
专利文献2:日本特开2010-221274号公报。
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题:
然而，近年来更加关注通过天然能源的发电，并且存在试图通过太阳能电池的生产性的改善等实现低成本化而谋求进一步的促进的趋势。因此，要求在太阳能电池的生产工序中的进一步的节拍(单位工序的作业时间)缩短化(高速化)。
[0010]然而，如上所述，在将工件106的整个面固定在工件输送装置109的台上并进行激光加工时，使工件106在搬运方向上数次往复而进行加工，因此在将一个工件106加工结束之前无法将其移送至下一个工序。因此，加工需要长时间，效率差。
[0011]又，通过将来自于激光振荡器101的激光束102分光而分割出的多个光束102进行加工，因此各光束质量上容易产生不均匀且加工质量不稳定。如果想要搭载多个激光振荡器101而使用稳定的多个光束，则需要较大的空间，且激光加工装置100变得高成本。
[0012]因此，这样的激光加工装置100中的加工时间长和高成本等因素妨碍太阳能电池的低成本化。另外，上述专利文献I记载的发明也具有同样的问题。
[0013]此外，通过上述专利文献2所记载的现有技术实现的加工时间的缩短化要依赖光束的加工方向长度，因此能够缩短的时间是有限的，从而期待进一步的通过加工时间的缩短实现的加工效率的改善。
[0014]解决问题的手段:
因此，本发明的目的是提供在以规定速度输送工件的同时能够在该工件的薄膜层上以高效率形成加工线的图形加工用激光加工装置。
[0015]为了实现上述目的，本发明是在形成于工件的薄膜层上通过激光束形成加工线的图形加工用激光加工装置，具备:使所述工件以规定的输送速度向一方向输送的恒速输送装置；具有在通过所述恒速输送装置以规定速度输送工件的同时、或检测工件的输送速度并输送工件的同时使一根激光束向与所述工件的输送方向交叉的方向从照射开始侧向照射结束侧对工件的薄膜层扫描的多个光束头的光束头单元；向所述光束头照射激光束的激光振荡器；和相对地控制由所述光束头照射的激光束的扫描速度和所述工件的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线的控制装置；所述控制装置形成为切换加工所述加工线的光束头而同时或交替地加工所述加工线的结构。
[0016]根据该结构，在将工件在正确的位置上支持并输送的同时由光束头单元使一根激光束对工件的薄膜层进行扫描,从而可以在与工件的输送方向交叉的方向上形成加工线，因此可以在工件的薄膜层上以高效率加工出加工线。此外，通过切换多个光束头，以此大致连续且高效地照射激光束而形成加工线，因此可以谋求太阳能电池的生产工序中的进一步的节拍的缩短化而谋求生产效率的改善。而且，使用检测工件的速度并进行反馈控制而调节激光束的扫描正时的方式，以此可以应对卷对卷制造方法等的连续移动的工件。
[0017]又，也可以是具有对于使从所述激光振荡器照射的激光束对所述多个光束头中的哪一个照射进行切换的切换器；所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的往复动作式的结构；所述控制装置形成为切换所述切换器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
[0018]根据该结构，在一个光束头的激光加工工作中使另一个光束头返回至照射开始侧，因此激光加工中断的时间非常少，可以谋求加工时间的节拍缩短。
[0019]又，也可以是具有切断从所述激光振荡器照射的激光束照射至所述光束头的切断器；所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的循环式的结构；所述控制装置形成为控制所述切断器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
[0020]根据该结构，在一个光束头的激光加工工作中使另一个光束头返回至照射开始侧，因此激光加工中断的时间非常少，可以谋求加工时间的节拍缩短。
[0021 ] 又，也可以是所述光束头单元具有使所述多个光束头在水平方向或垂直方向上循环的循环机构。
[0022]根据该结构，可以根据使用条件等而使光束头在水平方向或垂直方向上循环，从而在通过一个光束头从照射开始侧向照射结束侧进行激光加工的同时使另一个光束头从照射结束侧向照射开始侧返回，因此可以大致连续地进行激光加工，从而可以实现激光加工的节拍缩短的高效率的激光加工。
[0023]又，也可以是所述光束头单元具备向所述多个光束头照射的激光束的光程长度恒定机构。
[0024]根据该结构，可以确保由从照射开始侧向照射结束侧移动的光束头向工件照射的激光束的强度保持恒定。
[0025]又，也可以是所述控制装置形成为根据所述多个光束头的配置、进行激光加工的一个光束头和工件的输送速度决定对工件的在输送方向上的扫描位置的结构。
[0026]根据该结构，预先通过控制装置决定多个光束头对工件的扫描位置，因此可以通过多个光束头对工件进行正确的图形加工。
[0027]发明效果:
根据本发明，在以规定速度输送工件的同时在该工件上通过一根激光束大致连续且高效地加工出与工件的输送方向交叉的加工线，因此可以使图形加工大幅度高速化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是示意性地示出根据本发明的激光加工装置的立体图；
图2是示意性地示出通过图1所示的激光加工装置进行加工的加工线的俯视图；
图3是示出根据本发明的第一实施形态的激光加工装置的结构的俯视图；
图4是图3所示的激光加工装置的侧视图；
图5是配备在图3所示的激光加工装置上的光程长度恒定装置的概略图；
图6是示出根据本发明的第二实施形态的激光加工装置的结构的立体图；
图7是示出根据本发明的第三实施形态的激光加工装置的结构的立体图；
图8A是示出通过激光加工装置进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图； 图8B是示出接着图8A进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8C是示出接着图SB进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8D是示出接着图SC进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8E是示出接着图8D进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8F是示出接着图SE进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图8G是示出接着图8F进行的薄膜太阳能电池的制造步骤的侧剖视图；
图9是示意性地示出现有的激光加工装置的立体图。
【具体实施方式】
[0029]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施形态。在以下的实施形态中，以在玻璃基板7上形成有薄膜层6的工件5为例进行说明。
[0030]如图1所示，该实施形态的激光加工装置I具备检测工件5的加工基准位置(端面等)的摄像机2、和将已检测位置的工件5向输送方向(Y方向，以下用“Y”表示)正确输送的恒速输送装置3。该实施形态的恒速输送装置3形成为通过工件夹具4把持工件5并在工件支持机构8的辊9上输送工件5的工件夹具台车方式的结构。
[0031]该恒速输送装置3在工件夹具4上设置平面方向的旋转轴(Θ轴)以及必要时设置X轴(与输送方向交叉的方向).Y轴(与输送方向平行的方向)的驱动轴，使其与恒速输送装置3的输送同步，从而能够在向抑制工件5产生扭转的方向进行修正的同时进行加工。作为该恒速输送装置3，例如也可以是输送机方式、驱动辊输送机方式等的其他结构。又，在该实施形态中，通过恒速输送装置3输送的工件5以使薄膜层6作为上表面的状态且从下方支持玻璃基板7的状态被输送。此外，作为上述工件支持机构8，除了上述辊9以外，例如可以使用活动轴承(free bearing)、非接触空气吸附单元(从下方通过空气吸引工件5的吸引机构等)等。
[0032]而且，在由上述恒速输送装置3输送的工件5的输送方向规定位置上设置有对输送的工件5执行图形加工的光束头单元(beam head unit)20。光束头单元20以使激光束70在与工件5的输送方向Y交叉的扫描方向(X方向，以下以“X”表不)上扫描的形式进行配置。图示的左侧为照射开始侧S，右侧为照射结束侧E。像这样，将光束头单元20配置在规定位置上，并且从该光束头单元20正确地照射激光束70。借助于此，可以对由上述恒速输送装置3正确地输送的工件5高精度地形成加工线(划线)11。这些通过恒速输送装置3进行的工件5的输送和光束头70的照射由控制装置60进行控制。
[0033]在光束头单元20上具备使从激光振荡器21照射的激光束70弯曲而向工件5照射以此进行图形加工的多个光束头(图3、图4、图6、图7)22、23。对于从该光束头单元20向工件5照射的激光束70，使由激光振荡器21照射出的一根激光束70向工件5照射。光束头单兀20的详细内各在后面叙述。
[0034]另外，在设置有上述光束头单元20的加工部10上具备将由恒速输送装置3输送的工件5支持在正确的位置(高度)上并输送的工件位置保持机构(图示省略)。作为该工件位置保持机构，例如采用从上方非接触地按压工件5的空气吹出机构、通过按压辊等进行按压的工件按压机构等。通过该工件按压机构和上述工件支持机构8的辊9，将工件5在光束头单元20的部分上输送至正确的位置。这些工件按压机构及工件支持机构8可以采用公知的技术。
[0035]像这样，通过在工件5的下方设置工件支持机构8且在上方设置工件按压机构(图示省略)，以此防止在加工部10上向输送方向Y输送的工件5的上下方向位置(高度)发生改变，这样可以在输送工件5的同时防止加工加工线11的激光束70的焦点偏离。
[0036]另外，可以在上述工件5的上方设置吸引形成加工线11时被去除的薄膜和蒸发物等的吸引导管(图示省略)，这样可以防止被去除的薄膜和蒸发物等再次附着在薄膜层6等上。
[0037]另一方面，如图2所示，关于通过上述激光加工装置I在将工件5向工件输送方向Y输送的同时照射激光束70以此进行的图形加工，其激光扫描位置是固定的。而且，使激光束70以一定间隔时间从照射开始侧S向照射结束侧E向扫描方向X扫描，从而通过该激光束70对以规定速度输送的工件5执行图形加工。
[0038]在该情况下，控制装置60以使由激光束扫描方向X和工件输送方向Y的合成速度所形成的加工线11相对于输送方向Y成直角的方式对工件5的输送速度和激光束70的扫描速度相对地进行控制。
[0039]具体而言，将工件5的输送速度作为“输送速度VY”，从地面观察的扫描方向作为“对地扫描方向XG”，相对于地面的扫描速度作为“对地扫描速度VXG”，将作为工件5的宽度方向的扫描方向作为“相对扫描方向XW”，将在工件5的宽度方向上扫描的速度作为“相对扫描速度VXW”，将在水平面内对地扫描方向XG和相对扫描方向XW所形成的角度作为“倾斜角Φ”。而且，输送速度VY除以对地扫描速度VXG即可得出倾斜角Φ的正弦(8?ηΦ=νΥ/νΧ6)0 又，对地扫描速度VXG乘以倾斜角Φ的余弦即可得出相对扫描速度VXW(VXff=VXGX cos Φ)0此外，工件5的输送方向上的加工线11之间的间隔LY除以工件5的宽度方向上的加工线11的长度LX即可得出倾斜角Φ的正切(tan (ji=LY/LX)。
[0040]因此，由这样的关系，在使激光束70相对于以规定的输送速度VY输送的工件5以对地扫描速度VXG向对地扫描方向XG进行扫描时，可以对工件5以规定的间隔LY连续地形成与相对扫描方向XW平行的加工线11。这些工件输送速度VY与激光束扫描速度VXG的相对控制通过控制装置60 (图1)进行。
[0041]而且，通过激光加工装置I连续地执行这样的加工，以此将工件5向输送方向Y输送一次即可完成图形加工。又，由于将工件5向一方向输送一次即可完成图形加工，因此不仅对规定长度的工件5的加工而且对如卷对卷方式那样的连续体的工件也可以进行图形加工。
[0042]另外，作为上述激光束70，使用扁平光束(包含线光束等)，以此能够以更高速加工加工线11。作为扁平光束，以使加工线11相对于工件输送方向Y成直角的方式控制扁平光束的方向并进行照射。
[0043]接着，基于图3、图4说明根据第一实施形态的激光加工装置的结构。另外，对于与上述图1所示的结构相同的结构标以相同的符号进行说明。
[0044]该激光加工装置30是使多个光束头22、23在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的往复动作式的示例。在该实施形态中具备两个光束头22、23，并且采用使这些第一光束头22和第二光束头23向相反方向往复动作的平行方式。
[0045]如图所示，在由恒速输送装置3搬运的工件5的上方设置有在与该工件5的输送方向Y交叉的扫描方向X上延伸的轨道31。在该轨道31的两侧上，将上述第一光束头22和第二光束头23以分别能够在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的形式进行设置。作为使该光束头22、23往复移动的结构，例如可以采用由沿着轨道31设置的直线导轨(图示省略)引导且通过驱动马达等在照射开始侧S和照射结束侧E之间往复移动的那样的等速驱动机构等。作为使该光束头22、23往复移动的结构，也可以是其他结构。
[0046]又，在上述轨道31的照射开始侧S上设置有上述激光振荡器21。该激光振荡器21以与光束头22、23的移动方向平行地照射激光束70的形式配置。从该激光振荡器21照射出的激光束70被第一弯曲镜24向正交方向弯曲。该弯曲的激光束70被第二弯曲镜25或26向正交方向弯曲，从而向上述光束头22、23照射。
[0047]如图4所示，该实施形态的上述第一弯曲镜24在上下方向上配置有两个弯曲镜24A、24B。一个弯曲镜24A以使激光束70正确地向一个第二弯曲镜25弯曲的形式配置。另一个弯曲镜24B以使激光束70正确地向另一个第二弯曲镜26弯曲的形式配置。
[0048]而且，这些弯曲镜24A、24B可以一体地在上下方向上移动而进行切换。使这些弯曲镜24A、24B —体地上下移动的结构(例如流体压力缸等)为切换器29。该第一弯曲镜24的切换可以通过上述控制装置60 (图1)进行控制。
[0049]另外，在该实施形态中设置两个弯曲镜24A、24B并进行切换，但是也可以将一个弯曲镜24进行角度控制，而将激光束70向各个第二弯曲镜25、26正确地弯曲。
[0050]此外，在上述光束头22、23上分别设置有使向水平方向照射的激光束70向下方弯曲的第三弯曲镜27、和使由该第三弯曲镜27弯曲的激光束70聚光的聚光透镜28。
[0051 ] 而且，如图3、图4所示，在通过第一光束头22进行激光加工时，由上述第一弯曲镜24A弯曲的激光束70被第二弯曲镜25向第一光束头22的扫描方向弯曲，并向第一光束头22照射。照射到该第一光束头22的激光束70通过设置于第一光束头22上的第三弯曲镜
27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。通过该激光束70在工件5上形成加工线11。
[0052]又，在通过设置于相对于轨道31与第一光束头22相反一侧的面上的第二光束头23进行激光加工时，通过上述切换器29将第一弯曲镜24由弯曲镜24A切换为弯曲镜24B，从而使激光束70向第二弯曲镜26弯曲。照射到该第二弯曲镜26的激光束70从第二弯曲镜26照射至第二光束头23。照射至该第二光束头23的激光束70与上述第一光束头22相同地通过设置于第二光束头23上的第三弯曲镜27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。通过该激光束70在工件5上形成加工线11。
[0053]另外，在该第一实施形态中说明了具备两个光束头22、23的示例，但是在具备三个以上光束头的情况下，如图3中双点划线所示，可以在工件输送方向Y上并列设置上述轨道31，并且在该轨道31B上配备第三光束头22B (根据需要配备第四光束头(图示省略))。在该情况下，可以使新设置轨道31B的方向上的第二弯曲镜25在上下方向上可移动，并且在通过第三光束头22B进行激光加工时降低第二弯曲镜25而使激光束70通过，并且通过新设置的第二弯曲镜25B向第三光束头22B弯曲。
[0054]又，在配备三个以上的光束头的情况下，在将多个光束头切换着进行的交替加工时，使其与由一部分的光束头进行的同时加工组合进行，以此也可以实现进一步的加工时间的缩短化。
[0055]另一方面，如上所述在使光束头22、23移动时，从激光振荡器21的距离发生变化而光束强度发生改变。因此，如图5所示，也可以设置与光束头22、23的移动量无关地使激光束70以相同的光程长度向光束头22、23照射的光程长度恒定装置40。图5是以第一光束头22侧为例。
[0056]图5所示的光程长度恒定装置40形成为使由第二弯曲镜25 (26)弯曲的激光束70通过具有在光束头22 (23)的移动方向前方设置的第四弯曲镜41、第五弯曲镜42的反射镜单元43照射到光束头22 (23)的结构。该光程长度恒定装置40的第四弯曲镜41、第五弯曲镜42以使来自于第二弯曲镜25 (26)的激光束70向180°反方向反射的形式设置。该光程长度恒定装置40形成为使反射镜单元43以光束头22 (23)的移动量的一半的距离进行移动的结构。
[0057]根据这样的光程长度恒定装置40，通过使反射镜单元43以光束头22 (23)的一半移动量向相同方向移动，以此可以使激光束70的光程长度保持恒定地向光束头22 (23)进行照射。该光程长度恒定装置40只是一个示例，也可以通过使用了连杆机构(link)、光纤等的其他结构确保激光束70的光程长度保持恒定。
[0058]根据如上述的第一实施形态的激光加工装置1，通过具备多个光束头22、23的光束头单元20，在由一个光束头22 (23)进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)向照射开始侧S移动。因此，只要将两个光束头22、23以相同速度向反方向移动，即可在一个光束头22 (23)到达加工结束位置时，使另一个光束头23 (22)配置在加工开始位置上。
[0059]因此，通过两个光束头22、23交替地执行激光加工，以此能够实现大致连续的激光加工。例如，图3所示的[I]的加工线11是通过第一光束头22进行加工，[2]的加工线11是通过第二光束头23进行加工，通过交替地重复该加工以此可以实现大致连续的激光加工。因此，例如使光束头22、23以10?20m/秒的速度移动，从而可以高效率地执行大致连续的激光加工。
[0060]因此,在将工件5朝着输送方向Y向一方向输送的同时加工加工线11,以此可以大幅度缩短加工线形成作业的节拍，可以大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，从而可以谋求太阳能电池利用的促进。
[0061]图6是示出根据第二实施形态的激光加工装置50的要部的图。该第二实施形态的激光加工装置50是使多个光束头在照射开始侧S和照射结束侧E之间循环的循环式的示例。即是以使多个光束头向相同方向循环的返回方式工作的示例。另外，在该实施形态中，说明与光束头单元51相关的结构，对于与上述图3、图4所示的结构相同的结构标以相同的符号进行说明。又，在该第二实施形态中，说明将光束头单元51配置在工件5的下方的示例。
[0062]如图所示，该实施形态的激光加工装置50也具备两个光束头22、23。这些光束头22,23除了驱动方式以外具有与上述图3、图4所示的光束头22、23相同的结构。
[0063]这些实施形态的光束头22、23通过由同步带轮52驱动的同步带53在照射开始侧S和照射结束侧E之间移动，并且在两端部上向水平方向转弯以此循环。
[0064]又，如图所示，在同步带53的一侧，在从照射开始侧S向照射结束侧E移动的一侧(图示的左侧)上，激光振荡器21配置在延长线上。该激光振荡器21以向从照射开始侧S向照射结束侧E移动的光束头22 (23)正确地照射激光束70的形式配置。
[0065]此外，在该激光振荡器21和光束头22、23之间设置有在光束头22、23在端部上转弯的规定期间切断激光束70的光束切断器(shutter) 54。作为光束切断器54，可以使用电气式切断器和机械式切断器等。通过该光束切断器54，可以以在规定速度循环的光束头22,23向光束扫描方向X移动的规定范围内，使从激光振荡器21照射的激光束70向光束头22、23照射而进行激光加工的形式进行控制。光束切断器54的开闭是例如基于驱动上述同步带轮52的步进马达等的信息进行控制。
[0066]又，光束头22、23与上述图3、图4相同，但是在该实施形态中举出在工件5的下方设置有光束头22、23，并且从这些光束头22、23向上照射激光束70的示例。由激光振荡器21照射的激光束70被光束头22 (23)的第三弯曲镜27向工件5弯曲，并从聚光透镜28向工件5照射。
[0067]在该第二实施形态的激光加工装置50的情况下，在通过一个光束头22 (23)从照射开始侧S进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)从照射结束侧E向照射开始侧S移动。
[0068]图7是作为上述图6所示的第二实施形态的激光加工装置50的变形例的第三实施形态的激光加工装置55。对于与上述图6所示的第二实施形态相同的结构标以相同的符号，并且省略其说明。
[0069]该实施形态的激光加工装置55使上述光束头22、23在照射开始侧S和照射结束侧E之间移动，并且在两端部上向垂直方向转弯而循环。该实施形态也同样在从照射开始侧S向照射结束侧E移动的一侧(图示的左侧)上，激光振荡器21配置在延长线上。该激光振荡器21以向从照射开始侧S向照射结束侧E移动的光束头22、23照射激光束70的形式配置。
[0070]此外，在该实施形态中也同样在激光振荡器21和光束头22 (23)之间设置有在光束头22 (23)在端部上转弯的期间切断激光束70的切断器54。其他结构与上述第二实施形态相同，因此省略说明。
[0071]该第三实施形态的激光加工装置55的情况也同样在通过一个光束头22 (23)从照射开始侧S进行激光加工时，可以使另一个光束头23 (22)从照射结束侧E向照射开始侦U S移动。
[0072]另外，在这些第二实施形态、第三实施形态中，设置光程长度恒定装置的情况下，可以与上述光程长度恒定装置40不同，例如采用连接器式的光程长度恒定装置。
[0073]又，如这些第二实施形态、第三实施形态那样从工件5的下方照射激光束70的情况下，将激光束70以透过工件5的玻璃基板7后在形成于上表面的薄膜层6上聚焦的方式进行照射。
[0074]根据如上述那样的第二实施形态、第三实施形态的激光加工装置50、55，也同样可以通过具备多个光束头22、23的光束头单元51，在使一个光束头22 (23)从照射开始侧S向照射结束侧E进行激光加工时，使另一个光束头23 (22)向照射开始侧S移动，因此可以有效地进行大致连续的激光加工。
[0075]因此,通过在使工件5朝输送方向Y向一方向输送的同时加工加工线11，以此可以大幅度缩短加工线形成作业的节拍，可以大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，从而可以促进太阳能电池的利用。
[0076]如上所述，根据上述激光加工装置1、50、55，在使工件5向输送方向Y以一定速度连续输送(或以一定间隔间歇输送)的同时向与该输送方向Y交叉的扫描方向X以规定的扫描速度照射激光束70。而且，通过控制装置60以使一根激光束70的加工线11相对于工件5的输送方向Y成直角的方式相对地控制这些工件5的输送速度和激光束70的扫描速度，因此可以对薄膜层6高速地进行图形加工。而且，将工件5向输送方向Y以规定速度输送一次即可完成激光加工，因此可以在短时间内完成对一个工件5的加工。
[0077]此外,在向一方向输送工件5的同时使激光束70扫描而形成加工线11以此完成激光加工，因此不仅可以实现对每个基板的工件5的加工，而且对柔性太阳能电池的卷对卷制造方法的连续的工件也可以实现高速的连续加工。
[0078]而且，如上述图8A~图SG所示，即使在多个成膜层上形成加工线11的情况下，也只要在输送方向上并列设置多台上述激光加工装置I和成膜机(图示省略)，即可在向一方向搬运工件5的同时连续地进行图形加工，从而可以大幅度缩短图形加工的节拍，大幅度改善太阳能电池等的生产性。又，借助于此，可以谋求太阳能电池的低成本化，可以促进太阳能电池的利用。
[0079]此外，不需要使用通过分光?分束?多个振荡器装载所形成的多个激光束，因此也可以谋求能够制作加工质量稳定的太阳能电池40的激光加工装置I的制作成本的降低。
[0080]另外，在上述实施形态中，说明了在将工件5以一定速度向输送方向Y连续地输送的同时进行加工的示例，但是也可以在根据加工条件等以一定间隔间歇地输送工件5的同时进行加工，而并不限于上述实施形态。
[0081]又，在上述实施形态中，使激光振荡器21独立于光束头22、23构成，但是如果是小型轻量的激光振荡器21 ，则也可以形成为与光束头单元22、23 —体地移动的结构。
[0082]又，上述实施形态仅示出一个示例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更，本发明并不限于上述实施形态。
[0083]工业应用性:
根据本发明的激光加工装置可以利用于薄膜太阳能电池和柔性太阳能电池(卷对卷制造方法)等的制造工序中。
[0084]符号说明:
I激光加工装置；
3 恒速输送装置；
5工件；
6薄膜层；
7基板(玻璃基板)；
II加工线(划线)；
20光束头单兀；
21激光振荡器；
22第一光束头；
23第二光束头；
24第一弯曲镜；
24A、24B 弯曲镜；25,26第二弯曲镜；
27第三弯曲镜；
28聚光透镜；
29切换器；
30激光加工装置；
31轨道；
32光束扫描单兀；
40光程长度恒定装置；
41第四弯曲镜；
42第五弯曲镜；
43反射镜单元；
50激光加工装置；
51光束头单兀；
54光束切断器；
55激光加工装置；
60控制装置；
70激光束；
S照射开始侧；
E照射结束侧；
X激光束扫描方向；
Y工件输送方向。
【权利要求】
1.一种图形加工用激光加工装置，其特征在于， 是在形成于工件的薄膜层上通过激光束形成加工线的图形加工用激光加工装置， 具备: 使所述工件以规定的输送速度向一方向输送的恒速输送装置； 具有在通过所述恒速输送装置以规定速度输送工件的同时、或检测工件的输送速度并输送工件的同时使一根激光束向与所述工件的输送方向交叉的方向从照射开始侧向照射结束侧对工件的薄膜层扫描的多个光束头的光束头单元； 向所述光束头照射激光束的激光振荡器；和 相对地控制由所述光束头照射的激光束的扫描速度和所述工件的输送速度而控制以规定速度输送的工件上形成的加工线的控制装置； 所述控制装置形成为切换加工所述加工线的光束头而同时或交替地加工所述加工线的结构。
2.根据权利要求1所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于， 具有对于使从所述激光振荡器照射的激光束对所述多个光束头中的哪一个照射进行切换的切换器； 所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的往复动作式的结构； 所述控制装置形成为切换所述切换器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
3.根据权利要求1所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于， 具有切断从所述激光振荡器照射的激光束照射至所述光束头的切断器； 所述光束头单元形成为在至少一个光束头从照射开始侧向照射结束侧移动而进行激光加工的期间使至少一个光束头返回至所述照射开始侧的循环式的结构； 所述控制装置形成为控制所述切断器而将激光束照射至进行激光加工的光束头的结构。
4.根据权利要求3所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述光束头单元具有使所述多个光束头在水平方向或垂直方向上循环的循环机构。
5.根据权利要求2或3所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述光束头单元具备向所述多个光束头照射的激光束的光程长度恒定机构。
6.根据权利要求5所述的图形加工用激光加工装置，其特征在于，所述控制装置形成为根据所述多个光束头的配置、进行激光加工的一个光束头和工件的输送速度决定对工件的在输送方向上的扫描位置的结构。
【文档编号】H01L31/04GK104080571SQ201380008161
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】中泽睦裕, 高原一典, 大串修己 申请人:川崎重工业株式会社
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