沟槽加工工具及安装有该沟槽加工工具的刻划装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明是关于一种在制造使用有黄铜矿(chalcopyrite)化合物或碲化镉(cadmium telluride)等化合物等的积体型薄膜太阳电池时使用的沟槽加工工具及安装有该沟槽加工工具的刻划装置。
[0002]此处，所谓的黄铜矿化合物，除了 CIGS (Cu (In，Ga) Se2)夕卜，还包括CIGSS (Cu (In, Ga) (Se, S) 2)、CIS (CuInS2)等。
【背景技术】
[0003]在使用化合物半导体作为光吸收层的薄膜太阳电池中，一般是在基板上串联连接有多个单位晶胞(unit cell)的积体型构造。
[0004]针对习知的黄铜矿化合物积体型薄膜太阳电池的制造方法进行说明。图7(a)?图7(c)是表示CIGS薄膜太阳电池的制造步骤的示意图。首先，如图7(a)所示，在由钠钙玻璃(soda-lime glass ；SLG)等构成的绝缘基板21上，以派镀法(sputtering)形成有成为正侧的下部电极的Mo (钼)电极层22后，借由刻划加工形成下部电极分离用的沟槽P1。
[0005]之后，如图7(b)所示，在Mo电极层22上，积层由化合物半导体(CIGS)薄膜构成的光吸收层23，并在其上形成用于异质接合的由ZnS薄膜等构成的缓冲(buffer)层24，进一步地在其上形成由ZnO薄膜构成的绝缘层25。而且，在从下部电极分离用的沟槽Pl往横方向隔离既定距离的位置，借由刻划加工形成到达Mo电极层22的电极间接触用的沟槽P2。
[0006]接着，如图7(c)所示，从绝缘层25上形成由ZnO:AI薄膜构成的作为上部电极的透明电极层26，借由刻划加工形成到达下部的Mo电极层22的电极分离用的沟槽P3。
[0007]在上述的制造积层型薄膜太阳电池的步骤中，作为借由刻划而加工电极分离用的沟槽P2及P3的技术，一直以来是使用激光刻划法与机械刻划法。
[0008]激光刻划法，例如在专利文献I所揭示般，是借由弧光灯(arc lamp)等连续放电灯，照射激发Nd:YAG结晶而发出的激光而借此形成电极分离用的沟槽，但恐有在刻划时因激光的热而使光吸收层23的光电转换特性劣化的忧虑。
[0009]此外，机械刻划法，例如在专利文献2及专利文献3所揭示般，是借由将前端成为尖细状的沟槽加工工具的刃前端以既定压力按压于基板并使其移动，而加工电极分离用的沟槽的技术。现今大多为采用该机械刻划法。
[0010]专利文献1:日本特开平11-312815号公报[0011 ] 专利文献2:日本特开2002-094089号公报
[0012]专利文献3:日本特开2004-115356号公报
[0013]在机械刻划法中所使用的沟槽加工工具，一般而言大多是使用成本低廉且可高精度地精加工的旋盘的圆断面形状者。作为如此般的圆断面形状的沟槽加工工具，在专利文献2、3中揭示有如图8 (a)所示般的将棒状的本体27的下方设成尖细状的圆锥梯形的锥部28并水平地切割其前端，且将水平的底面29的角部作为刃前端30者。
[0014]此外，为了精密地精加工被加工沟槽的左右侧壁的平行度，存在有如图8(b)所示般的在锥部28的下部形成上下均等直径的圆柱部31，且将其前端角部32作为刃前端者。工具前端的水平的底面29，是为了在沟槽加工时作为锐利的刃前端的前端以借此不伤及Mo电极层而设置。
[0015]虽将该沟槽加工工具以不从薄膜太阳电池基板分离的方式一边以一定的压力按压，并一边使其沿刻划预定线相对移动而进行沟槽加工，但在被加工面的凹凸，由于沟槽加工工具承受惯性力产生的上下方向的力而弹跳，因此为了抑制此情况而一定的按压力、例如0.5N以上的力是必要的。
[0016]然而，一旦一边将沟槽加工工具的刃前端以上述的按压力按压于薄膜太阳电池一边进行使用，则相当于加工沟槽深度h的外周侧面与底面的刃前端的角部30、32因与太阳电池基板的膜接触而从图9 (a)的新品状态产生磨耗，如图9(b)所示般，刃前端的左右宽度变小并且切割能力劣化。一旦刃前端的前端部的左右宽度变小，则被加工沟槽宽度变狭窄从而无法精度佳地加工规定尺寸的沟槽，亦会产生在图7(a)?图7(c)的电极分离用的沟槽P2、P3无法得到充分的绝缘效果的情况。此外，若刃前端的切割能力劣化，则不仅无法漂亮地加工沟槽，亦存在有一部分薄膜不规则地大剥落而去除了必要程度以上的情况，且存在有太阳电池的特性及良率降低的问题。
【发明内容】
[0017]有鉴于上述课题，本发明目的在于提供一种借由对刃前端部分加以处理，而能够提高耐磨耗性并延长使用寿命，并且能够抑制沟槽加工时的膜剥落等现象的沟槽加工工具及安装有此沟槽加工工具的刻划装置。
[0018]为了解决上述课题而完成的本发明的薄膜太阳电池用的沟槽加工工具，是使薄膜太阳电池基板的薄膜剥离而形成沟槽，其构成为:具备棒状的本体、形成于该本体下部的尖细状锥部、以及于该锥部的前端部或连接于该锥部而形成的圆柱部的前端部所形成的刃前端区域；该刃前端区域，由水平的底面、和于该底面与该圆柱部或该锥部的外周侧面的角部所形成的刃前端构成；该外周侧面镀膜(coating)由较工具材质更硬的硬质材料构成的被膜，并且该底面露出工具材质的质地。
[0019]本发明的沟槽加工工具，是安装在被组入于刻划装置的刻划头的保持具而使用。在刻划加工时，由于在本发明的沟槽加工工具中，外周侧面以较工具材质更硬的硬质材料镀膜，因此外周侧面的耐磨耗性提高，且缓和上述的刃前端部分因磨耗而变细般的情况。此夕卜，借此能够将被加工沟槽宽度保持一定并进行高精度的沟槽加工，并且能够延长工具寿命O
[0020]此外，由于底面是以工具材质的质地露出的状态残留，因此使形成于外周侧面的高硬度的被膜的磨耗速度、与比该被膜硬度低的底面(工具材质)的磨耗速度均衡，且使磨耗以大致水平的姿势且几乎均等地进行。借此，具有能够保持成为刃前端之尖的角部并防止切割能力劣化的效果。
[0021]在本发明中，亦可构成为:该刃前端区域形成于该锥部的前端部，该锥部的外周侧面的中心角于(以20°为中心)10°?30°的范围内形成。
[0022]借此，能够将工具的振动(冲击)如实验值所示般抑制成较小，并且借由将中心角设为较小而能够维持被加工沟槽的左右侧壁面的平行度，且能够精密地加工漂亮的沟槽。此外，不会有被加工沟槽左右的边缘被倾斜地切削般的情况并能够抑制膜剥落的产生。进一步地，锥部由于角度是从较小的底面至上方的直径变大，因此与正圆柱体的工具相比能够提高强度，且能够抑制在刻划中产生弯折等不佳情况。
[0023]在本发明中，亦可构成为:该锥部借由上段锥部、与外周侧面的中心角度较该上段锥部小的下段锥部而以2段形状形成，下段锥部的前端部分形成该刃前端区域，该下段锥部的中心角于(以20°为中心)10°?30°的范围内形成，且该下段锥部的高度形成为大于应加工沟槽深度的尺寸，小于该底面的直径。
[0024]借此，能够将工具的振动(冲击)抑制成较小，并且借由将中心角设为较小而不会有被加工沟槽左右的边缘被倾斜地切削般的情况并能够抑制膜剥落的产生。而且，下段锥部，以较对应于应加工沟槽宽度而以较小的直径所形成的底面更小的尺寸的高度(身高)形成，而且其上部连设于具有大于下段锥部角度的上段锥部而获得补强，因此能够在刻划中不使下段锥部从中间部弯折等问题产生。此外，由于下段锥部的高度是以大于应加工沟槽深度的尺寸形成，因此能够确实地加工既定深度的沟槽。
【附图说明】
[0025]图1是表示使用有本发明的沟槽加工工具的刻划装置的一个实施例的概略性前视图。
[0026]图2(a)、图2(b)是分别表示本发明的沟槽加工工具的整体立体图与一部分放大剖面图。
[0027]图3(a)、图3(b)是分别表示本发明的沟槽加工工具的其他实施例的整体立体图与一部分放大剖面图。
[0028]图4是表示使用前端角度不同的3种工具加工了 3000m的沟槽时的刃前端的振动与膜剥落宽度的图表。
[0029]图5(a)?图5(c)是分别表示在图4的实验中使用的3种沟槽加工工具的图式。
[0030]图6(a)、图6(b)是分别表示本发明的沟槽加工工具的再其他实施例的整体立体图与一部分放大剖面图。
[0031]图7(a)?图7(c)是分别表示一般的CIGS薄膜太阳电池的制造步骤的示意图。
[0032]图8(a)、图8(b)是分别表示现有习知的沟槽加工工具的例子的前视图。
[0033]图9(a)、图9(b)是分别表示现有习知的沟槽加工工具的刃前端的磨耗的说明图。
[0034]【主要元件符号说明】
[0035]A:刻划装置W:太阳电池基板
[0036]P1、P2、P3:刻划沟槽8:沟槽加工工具
[0037]81:本体82:锥部
[0038]82a:上段锥部82b:下段锥部
[0039]83:圆柱部84:刃前端区域
[0040]85:底面86:外周侧面
[0041]87:刃前端88:被膜
[0042]10:刻划头11:保持具
【具体实施方式】
[0043]以下，针对本发明的细节，根据表示其实施例的图式详细地进行说明。
[0044]图1是表示使用有本发明的沟槽加工工具的积层型薄膜太阳电池用刻划装置的实施例的概略性前视图。
[0045]刻划装置A，具备有载置并保持太阳电池基板W的平台I。平台1，成为能够沿水平的轨条2而于Y方向(图1的前后方向)移动，并由借由马达(省略图示)而旋转的螺杆轴3驱动。进一步地，平台I成为能够借由内藏马达的旋转驱动部4而于水平面内旋动。
[0046]具备有夹着平台I设置的两侧支承柱5、5、及于X方向水平延伸的梁(横梁)6的桥架7，设置成横跨于平台I上。
[0047]在梁6，设置有于X方向水平延伸的导引件9，且在该导引件9安装有刻划头10，以使该刻划头10能够借由马达M而于X方向移动。
[0048]在刻划头10的下部，设置有保持具11，该保持具11保持对载置于平台I上的太阳电池基板W的薄膜表面进行刻划加工的沟槽加工工具8。保持具11，形成为能够借由流体汽缸12而与沟槽加工工具8 一起升降。
[0049]图2(a)