レーザパターニング装置及びレーザパターニング方法
【課題】可撓性基板に形成された薄膜を、歩留まり良くレーザパターニング可能なレーザパターニング装置及びレーザパターニング方法を提供する。
【解決手段】薄膜が表面に形成された可撓性基板１が配置される加工基準面３３を備える加工ステージ３０と、可撓性基板１の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されている皺取り装置４０と、可撓性基板１に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段２０とを備えたレーザパターニング装置を用いて可撓性基板に形成された薄膜をレーザパターニングする。
【解決手段】薄膜が表面に形成された可撓性基板１が配置される加工基準面３３を備える加工ステージ３０と、可撓性基板１の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されている皺取り装置４０と、可撓性基板１に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段２０とを備えたレーザパターニング装置を用いて可撓性基板に形成された薄膜をレーザパターニングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザパターニング装置及びレーザパターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、単一の領域に第１電極層、光電変換層、第２電極層の３層が積層した薄膜からなる太陽電池素子が、絶縁性基板上に複数形成された構成をなしている。そして、ある太陽電池素子の第１電極と、隣接する太陽電池素子の第２電極とを電気的に直列接続することで、必要な電圧を出力している。このように直列接続される太陽電池素子は、各層の成膜と、パターニング及びそれらの組み合わせ手順により形成される。このパターニングでは、前工程で加工された１次パターニングライン上に重ね合わせて、２次パターニングラインを加工する必要がある。このため、パターニングには高い精度が要求され、加工精度に優れたレーザパターニングが広く用いられている。
【０００３】
薄膜太陽電池の基板には、従来よりガラス基板が使用されていたが、近年では、プラスチックフィルムなどの可撓性基板が使用されつつある。可撓性基板を用いた薄膜太陽電池は、軽量で取り扱い性に優れる。また、基板のフレキシブル性を生かして、ロールトゥーロール方式により大量生産が可能である。
【０００４】
しかしながら、可撓性基板は、反り、弛み、皺等が発生し易く、レーザ加工面の平坦度が低下し易かった。このため、可撓性基板は、ガラス基板に比べて、レーザパターニングの加工精度が悪化し易かった。
【０００５】
そこで、可撓性基板表面の薄膜をレーザパターニングする際には、特許文献１、２に記載されるように、可撓性基板の両端を、搬送方向に直交する方向に張力を加えて伸ばした状態で加工ステージに配置し、レーザパターニングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５６８６号公報（段落番号００１９、図４）
【特許文献２】特開平８−９０２７１号公報（段落番号００１０、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、可撓性基板の両端を、搬送方向に直交する方向に張力を加えても、反り、弛み、皺等を十分に解消できないことがあった。例えば、可撓性基板の弛みや反りが大きい場合、弛みや反りを解消するために張力を大きくする必要があるが、張力を大きくすると、搬送方向に沿って皺が発生し易かった。皺等が発生した状態でレーザパターニングを行うと、ライン直線性やライン幅等が悪化し、製品不良となり、歩留まりが損なわれる。
【０００８】
よって、本発明の目的は、可撓性基板に形成された薄膜を、歩留まり良くレーザパターニングすることが可能なレーザパターニング装置及びレーザパターニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するにあたり、本発明のレーザパターニング装置は、
薄膜が表面に形成され、ロールトゥーロールで搬送される可撓性基板が配置される加工基準面を備える加工部と、
前記加工基準面に配置された可撓性基板の皺取りを行う皺取り装置と、
前記可撓性基板に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段とを備えたレーザパターニング装置であって、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように、引っ張る手段で構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザパターニング装置は、皺取り装置が、可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されているので、可撓性基板を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面に固定できる。このため、可撓性基板を加工精度よくレーザパターニングできる。
【００１１】
本発明のレーザパターニング装置の加工基準面の好ましい態様の一つは、可撓性基板の周縁部のみが当接する形状をなしていることである。この態様において、加工部は、加工基準面の内側の可撓性基板が接しない背面側に、加工残渣の吸引部を有していることが好ましい。この態様によれば、レーザパターニング時に、加工残渣が可撓性基板の裏面側に回り込んだとしても、吸引部から除去されるので、可撓性基板の裏面に加工残渣が付着するといった不具合を防止できる。
【００１２】
本発明のレーザパターニング装置の加工基準面の好ましい別の態様は、可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状をなしていることである。この態様によれば、可撓性基板の弛みや反りをより効果的に解消できる。可撓性基板に形成された薄膜の膜応力が大きく、反りや弛みの大きい場合に特に有効的である。
【００１３】
本発明のレーザパターニング装置は、加工部が、加工基準面に当接する可撓性基板を、前記加工基準面上に吸着する吸引機構を備える加工ステージを有することが好ましい。そして、吸引機構は、吸引孔が形成された吸着面と、該吸着面の内部より吸引する機構とで構成されていることが好ましい。この態様によれば、可撓性基板を、加工基準面に吸着固定できるので、可撓性基板の弛みや反りをより効果的に解消できる。また、皺取りを効率よく行うことができる。
【００１４】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい態様の一つは、可撓性基板を損傷しない材質からなるプレートと、このプレートを可撓性基板に押し付けて、加工ステージの外周方向に移動させる駆動機構とを有していることである。
【００１５】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい別の態様は、可撓性基板を損傷しない材質からなるローラと、このローラを可撓性基板に押し付けて、可撓性基板が加工ステージの外周方向に移動するように回転させる回転機構とを有していることである。
【００１６】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい別の態様は、可撓性基板の両側を把持して引っ張る把持機構からなり、該把持機構は、加工ステージの両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた、可撓性基板を損傷しない材質からなる把持部を有し、把持部は、引っ張り方向及び引っ張り力を個別に調整可能とされていることである。把持部は、その引っ張り方向を、可撓性基板の搬送方向に対して３０〜１５０°の角度範囲で調整可能とされていることが好ましい。また、把持部は、可撓性基板の両側面を挟み込む一対のローラで構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のレーザパターニング方法は、薄膜が表面に形成された可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記可撓性基板を加工部の加工基準面に配置し、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行い、その状態で前記可撓性基板に形成された薄膜をレーザ光によってパターニングすることを特徴とする。
【００１８】
本発明のレーザパターニング方法の好ましい態様の一つは、前記加工基準面として、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域を除く周縁部のみを当接させ、前記可撓性基板の周縁部を前記加工基準面に押し付けつつ、前記加工基準面の外周方向に引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行うことである。
【００１９】
本発明のレーザパターニング方法の好ましい態様のもう一つは、前記加工基準面として、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域の背面側を当接させ、前記加部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた把持部により前記可撓性基板の両側を把持し、該把持部によって前記可撓性基板の幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行うことである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、可撓性基板を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面に固定できるので、可撓性基板を加工精度よくレーザパターニングできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同レーザパターニング装置に用いられる加工ステージの概略図である。
【図３】同レーザパターニング装置に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図４】同レーザパターニング装置の変形例１に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図５】同レーザパターニング装置の変形例２に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図６】本発明のレーザパターニング装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図７】同レーザパターニング装置に用いられる加工ステージの概略図である。
【図８】同レーザパターニング装置の皺取り装置の底面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明で用いる、「薄膜が表面に形成された可撓性基板」は、特に限定は無く、どのような形態のものであっても好ましく用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）等の材質から構成される樹脂フィルム等の表面に、半導体薄膜、金属薄膜等の薄膜が形成された、薄膜太陽電池等が挙げられる。以下、「薄膜が表面に形成された可撓性基板」として、薄膜太陽電池形成基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１〜３を用いて、本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態を説明する。
図１に示すように、このレーザパターニング装置は、薄膜太陽電池形成基板１を巻取った巻出しロール２が収容される巻出し室３と、薄膜太陽電池形成基板１を巻取る巻取りロール４が収容される巻取り室５と、巻出し室３と巻取り室５との間で薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向（図中の矢印方向）に沿って配置されるレーザ加工室１０とで主に構成される。
【００２４】
巻出し室３及び巻取り室５には、薄膜太陽電池形成基板１をガイドしつつ、薄膜太陽電池形成基板１にかかる張力を均一にするためのガイドローラ６，７が、それぞれ複数個（本実施形態では２個）設けられている。
【００２５】
レーザ加工室１０には、レーザ加工ユニット２０と、加工ステージ３０と、皺取り装置４０とが配置されている。
【００２６】
レーザ加工ユニット２０は、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面にレーザ光を照射してパターニングする装置であって、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に対向して配置されている。
【００２７】
レーザ加工ユニット２０は、レーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光をレーザ出力系２３へと導く光ファイバー２２と、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に移動させるＸＹステージ２４とを備えている。また、レーザ出力系２３は、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を反射して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に導くレーザ用ミラー２５を備えている。
【００２８】
加工ステージ３０は、薄膜太陽電池形成基板１を、加工基準面の所定位置に固定配置するものであり、図示しない昇降装置によって昇降可能とされている。
【００２９】
図２を併せて参照すると、この加工ステージ３０は、額縁状をなす加工基準面３３を有し、その内周が開口部３１をなしている。そして、開口部３１の背面側は、加工基準面３３に対して垂直な周壁３７と、該周壁３７の長辺方向の底部から中央部に向けて縮径するように延出された底壁３６と、底壁３６の中央部に形成されたスリット状の開口部３２とで囲まれている。スリット状の開口部３２は、レーザパターニング時に発生した加工残渣の排出口をなし、吸引装置３５（図１参照）で負圧吸引することにより、加工残渣が、スリット状の開口部３２を通して系外に廃棄されるようになっている。
【００３０】
加工基準面３３には、複数の吸引孔３４が形成されている。吸引装置３５で吸引孔３４を負圧吸引することにより、薄膜太陽電池形成基板１が加工基準面３３に吸着固定される。
【００３１】
吸引孔３４の孔径は、φ０．３〜φ１．５ｍｍが好ましく、φ０．５〜φ１．０ｍｍがより好ましい。吸引孔３４の孔径がφ２．０ｍｍを超えると、薄膜太陽電池形成基板１の吸着固定時に、薄膜太陽電池形成基板１が変形する恐れがある。
【００３２】
図３を併せて参照すると、皺取り装置４０は、加工ステージ３０に配置される薄膜太陽電池形成基板１の皺を取り除く装置であり、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域の外周を、幅方向の両側外方（図３のＡ，Ｂ方向）と、搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）とのそれぞれに張力がかかるように、引っ張る手段で構成されている。
【００３３】
この皺取り装置４０は、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるプレート４１からなり、加工基準面３３に沿って複数個所（この実施形態では８か所）に配置されている。プレート４１の材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。プレート４１は、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１の加工基準面３３上に位置する部分を押し付け、加工ステージ３０の外周方向へ向かって水平移動するように、図示しない制御装置で駆動制御されている。
【００３４】
すなわち、この実施形態では、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側に配置されたプレート４１ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けつつ、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向外側（図３のＡ，Ｂ方向）に水平移動するように駆動制御されている。また、加工基準面３３の前方に配置されたプレート４１ｂ及び後方に配置されたプレート４１ｃは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けつつ、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）に水平移動するように駆動制御されている。
【００３５】
次に、図１に示すレーザパターニング装置を用いた場合を例に挙げて、本発明のレーザパターニング方法の第１の実施形態について説明する。
【００３６】
薄膜太陽電池形成基板１を巻出しロール２から引き出してレーザ加工室１０に導く。そして、薄膜太陽電池形成基板１の位置決めを行った後、図示しない昇降装置を作動して加工ステージ３０を薄膜太陽電池形成基板１に向かって近接させ、加工ステージ３０の所定位置に薄膜太陽電池形成基板１を配置する。
【００３７】
薄膜太陽電池形成基板１の位置の位置決め方法としては特に限定はない。従来公知の方法を採用できる。例えば、マーカーホールを基準に位置決めセンサにより位置決め停止する方法が挙げられる。なお、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１と、加工ステージの加工基準面３３とは、所定の距離をおいて離れている。
【００３８】
次に、吸引装置３５を作動して吸引孔３４を負圧吸引し、薄膜太陽電池形成基板１の周縁部を、加工基準面３３に吸着固定する。そして、吸引装置３５の作動と同時あるいは、作動後、プレート４１ａ、４１ｂ、４１ｃを、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、加工ステージの外周方向へ水平移動させて、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域外周を幅方向外側（図３のＡ，Ｂ方向）及び搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）に引っ張る。
【００３９】
薄膜太陽電池形成基板１の加工領域の外周が、プレート４１ａ、４１ｂ、４１ｃで、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張られるので、薄膜太陽電池形成基板１は、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面３３に固定される。
【００４０】
そして、加工ステージ３０に薄膜太陽電池形成基板１が固定された状態で、吸引装置３５を作動させ、レーザ発振器２１からレーザ光を出力し、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に走査して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面をレーザパターニングする。
【００４１】
この実施形態によれば、薄膜太陽電池形成基板１を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な表面状態で加工ステージ３０に固定配置できるので、加工精度が良好で、歩留まりが良い。また、加工残渣の一部が薄膜太陽電池形成基板１の裏面に回り込んだとしても、加工ステージ３０のスリット状の開口部３２から系外に廃棄されるので、加工残渣が薄膜太陽電池形成基板１に付着するといった不具合の発生を抑制できる。
【００４２】
（第１の実施形態の変形例１）
本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の変形例１について、図４を用いて説明する。
この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、皺取り装置４０ａが、図４に示す構成をなしている点で相違する。
【００４３】
すなわち、この皺取り装置４０ａは、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるローラ４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、加工基準面３３に沿って、加工基準面３３の両側辺及び加工基準面３３の前後辺部にそれぞれ配置されている。ローラの材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。
【００４４】
ローラ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の外周方向に移動するように、図示しない駆動装置によって、図４中の矢印で示すように回転する。すなわち、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側に配置されたローラ４２ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられて、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の幅方向外側に移動する方向に回転し、加工基準面３３の前方に配置されたローラ４２ｂ及び後方に配置されたローラ４２ｃは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられて、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の搬送方向の前後外方に移動する方向に回転する。
【００４５】
（第１の実施形態の変形例２）
本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の変形例２について、図５を用いて説明する。
この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、皺取り装置４０ｂが、図５に示す構成をなしている点で相違する。
【００４６】
すなわち、この皺取り装置４０ｂは、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるローラ４３が、加工基準面３３に沿って、加工基準面３３の両側辺に配置されたローラ４３ａと、加工基準面３３の角部に斜めに配置されたローラ４３ｂとで構成されている。ローラの材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。
【００４７】
ローラ４３ａ，４３ｂは、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の外周方向に移動するように、図示しない駆動装置によって図５中の矢印方向に回転する。すなわち、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側辺に配置されたローラ４３ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられ、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の幅方向外側に移動する方向に回転し、加工基準面３３の角部に配置されたローラ４３ｂは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられ、薄膜太陽電池形成基板１に対して加工ステージ３０の搬送方向前後に張力が作用するように、斜め外方に移動する方向に回転する。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明のレーザパターニング装置の第２の実施形態について、図６〜９を用いて説明する。この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、加工ステージ、皺取り装置が第１の実施形態と相違している。
【００４９】
図７に示すように、この実施形態では、加工ステージ３０ａは、長尺の板状の形状をなしている。また、加工基準面３３ａには、吸引孔３４ａが複数形成されている。吸引装置３５（図６参照）で吸引孔３４ａを負圧吸引することにより、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域裏面が、加工基準面３３ａに吸着固定される。
【００５０】
加工ステージ３０ａは、幅方向の長さが、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向の長さよりも短くされている。好ましくは、１０〜５０ｍｍ短くされ、より好ましくは３０〜４０ｍｍ短くされている。加工ステージ３０ａの幅方向の長さが、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向の長さよりも短くされているので、薄膜太陽電池形成基板１の両端を、後述するグリップ６０（図８，９参照）で保持しつつ、薄膜太陽電池形成基板１の裏面を加工ステージ３０ａの加工基準面に当接させることができる。その結果、薄膜太陽電池形成基板１の弛みや反りなどを効率よく解消して、皺の発生を抑制できる。
【００５１】
図８、９を併せて参照すると、加工ステージ３０ａの下面に配置された薄膜太陽電池形成基板１の幅方向両端には、左右一対のグリップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ（以下、これらを総称して「グリップ６０」とする）が、搬送方向に沿って複数組（この実施形態では３対）配置されている。
【００５２】
グリップ６０は、上部押圧部６１と、下部押圧部６２とで構成され、それぞれ支軸６３を介して、開閉装置６４に接続されている。開閉装置６４は、支軸６３を介して、上部押圧部６１と、下部押圧部６２とを開閉させるように構成されている。
【００５３】
グリップ６０の材質は、特に限定は無く、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるものであればよい。例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、ふっ素ゴム等が挙げられる。
【００５４】
また、グリップ６０の表面には、凹凸加工が施されていても良い。グリップ６０の表面に凹凸を形成することで、グリップ６０で薄膜太陽電池形成基板１を保持した際に、滑りを防止することができる。このため、薄膜太陽電池形成基板１に対して効率よく張力を加えて引っ張ることができる。
【００５５】
開閉装置６４は、支持板６５、ロッド６８を介して、加工ステージ３０ａ上に設置されたエアシリンダ６６に連結されている。そして、エアシリンダ６６の作動により、ロッド６８が伸縮することによって、グリップ６０が薄膜太陽電池形成基板１に対して内方及び外方に移動するようになっている。
【００５６】
また、エアシリンダ６６は、支軸６７を介して、加工ステージ３０ａに対して回動可能に設置されており、それによって、図８に示すように、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に対して、グリップ６０の支軸３０の角度を所定角度、好ましくは３０〜１５０°の角度範囲で変更可能となっている。
【００５７】
この実施形態の場合、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に沿って中央に位置する左右一対のグリップ６０ｂは、その支軸６７が、上記搬送方向に対してほぼ直角に伸びるように配置され、搬送方向の前方に位置する左右一対のグリップ６０ａは、その支軸６７が、搬送方向に向けて斜め外方に伸びるように配置され、搬送方向の後方に位置する左右一対のグリップ６０ｃは、その支軸６７が搬送方向後方に向けて斜め外方に伸びるように配置されている。
【００５８】
次に、図６に示すレーザパターニング装置を用いた場合を例に挙げて、本発明のレーザパターニング方法の第２の実施形態について説明する。
【００５９】
薄膜太陽電池形成基板１を巻出しロール２から引き出してレーザ加工室１０に導く。そして、薄膜太陽電池形成基板１の位置決めを行った後、図示しない昇降装置を作動して加工ステージ３０ａを薄膜太陽電池形成基板１に向かって近接させ、加工ステージ３０ａの所定位置に薄膜太陽電池形成基板１を配置する。
【００６０】
次に、吸引装置３５を作動して、吸引孔３４ａを負圧吸引し、薄膜太陽電池形成基板１の裏面を加工基準面３３ａ上に吸着固定する。
【００６１】
そして、開閉装置６４を作動させて、グリップ６０の上部押圧部６１と下部押圧部６２とで、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を挟持させる。続いて、エアシリンダ６６を作動させて、ロッド６８をより長く突出させて、グリップ６０で挟持した薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を外方に引っ張る。
【００６２】
その結果、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に沿って中央に位置する左右一対のグリップ６０ｂは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を幅方向外方に引っ張られ、搬送方向の前方に位置する左右一対のグリップ６０ａは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を搬送方向に向けて斜め外方に引っ張られ、搬送方向の後方に位置する左右一対のグリップ６０ｃは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を搬送方向後方に向けて斜め外方に引っ張られる。
【００６３】
このようにすることで、薄膜太陽電池形成基板１の裏面が、加工ステージに吸着固定され、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域外周が、幅方向外側及び搬送方向の前後外方に引っ張られるので、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に、反り、弛み、皺等の無い状態で加工基準面３３ａの所定位置に固定配置される。
【００６４】
そして、この状態で、レーザ発振器２１からレーザ光を出力し、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に走査して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面をレーザパターニングする。
【００６５】
この実施形態においても、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に、反り、弛み、皺等の無い状態で加工基準面３３の所定位置に固定配置できるので、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面が極めて平坦な状態でレーザ光を照射できる。このため、加工精度が良好で、歩留まりが良い。
【００６６】
なお、グリップ６０として、第１の実施形態の変形例２と同様に、一対のローラで構成されたものを使用することもでき、その場合には、ローラを回転させることにより、薄膜太陽電池形成基板１に対して張力を与えることができる。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
ポリイミドフィルムに、シリコン膜が２μｍ製膜されたものを試料片とし、この試料片を、図６〜９に示すレーザパターニング装置を用い、吸引孔３４ａを負圧吸引して加工ステージ３０ａに試料片を吸着固定すると共に、グリップ６０ａを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に４５°、グリップ６０ｂを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に９０°、グリップ６０ｃを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に１３５°に設定して、それぞれの方向に引っ張り、この状態でレーザ光を操作して、レーザパターニングを行った。
レーザパターニング中は、試料片に反り、弛み、皺等がなく、平坦性を確保でき、加工精度よくレーザパターニングを行うことができた。
【００６８】
（比較例１）
実施例１において、グリップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのそれぞれを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に９０°に設定して引っ張った。しかしながら、試料片の搬送方向に沿って、スジ状の皺が発生した。張力を高めてもスジ状の皺を解消できなかった。
【符号の説明】
【００６９】
１：薄膜太陽電池形成基板
２：巻出しロール
３：巻出し室
４：巻取りロール
５：巻取り室
６，７：ガイドローラ
１０：レーザ加工室
２０：レーザ加工ユニット
２１：レーザ発振器
２２：光ファイバー
２３：レーザ出力系
２４：ＸＹステージ
２５：レーザ用ミラー
３０、３０ａ：加工ステージ
３１、３２：開口部
３３、３３ａ：加工基準面
３４、３４ａ：吸引孔
３５：吸引装置
４０、４０ａ、４０ｂ：皺取り装置
４１、４１ａ、４１ｂ，４１ｃ：プレート
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４３ａ、４３ｂ：ローラ
６０、６０ａ、６０ｂ：グリップ
６１：上部押圧部
６２：下部押圧部
６３、６７：支軸
６４：開閉装置
６５：支持板
６６：エアシリンダ
６８：ロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザパターニング装置及びレーザパターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、単一の領域に第１電極層、光電変換層、第２電極層の３層が積層した薄膜からなる太陽電池素子が、絶縁性基板上に複数形成された構成をなしている。そして、ある太陽電池素子の第１電極と、隣接する太陽電池素子の第２電極とを電気的に直列接続することで、必要な電圧を出力している。このように直列接続される太陽電池素子は、各層の成膜と、パターニング及びそれらの組み合わせ手順により形成される。このパターニングでは、前工程で加工された１次パターニングライン上に重ね合わせて、２次パターニングラインを加工する必要がある。このため、パターニングには高い精度が要求され、加工精度に優れたレーザパターニングが広く用いられている。
【０００３】
薄膜太陽電池の基板には、従来よりガラス基板が使用されていたが、近年では、プラスチックフィルムなどの可撓性基板が使用されつつある。可撓性基板を用いた薄膜太陽電池は、軽量で取り扱い性に優れる。また、基板のフレキシブル性を生かして、ロールトゥーロール方式により大量生産が可能である。
【０００４】
しかしながら、可撓性基板は、反り、弛み、皺等が発生し易く、レーザ加工面の平坦度が低下し易かった。このため、可撓性基板は、ガラス基板に比べて、レーザパターニングの加工精度が悪化し易かった。
【０００５】
そこで、可撓性基板表面の薄膜をレーザパターニングする際には、特許文献１、２に記載されるように、可撓性基板の両端を、搬送方向に直交する方向に張力を加えて伸ばした状態で加工ステージに配置し、レーザパターニングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５６８６号公報（段落番号００１９、図４）
【特許文献２】特開平８−９０２７１号公報（段落番号００１０、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、可撓性基板の両端を、搬送方向に直交する方向に張力を加えても、反り、弛み、皺等を十分に解消できないことがあった。例えば、可撓性基板の弛みや反りが大きい場合、弛みや反りを解消するために張力を大きくする必要があるが、張力を大きくすると、搬送方向に沿って皺が発生し易かった。皺等が発生した状態でレーザパターニングを行うと、ライン直線性やライン幅等が悪化し、製品不良となり、歩留まりが損なわれる。
【０００８】
よって、本発明の目的は、可撓性基板に形成された薄膜を、歩留まり良くレーザパターニングすることが可能なレーザパターニング装置及びレーザパターニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するにあたり、本発明のレーザパターニング装置は、
薄膜が表面に形成され、ロールトゥーロールで搬送される可撓性基板が配置される加工基準面を備える加工部と、
前記加工基準面に配置された可撓性基板の皺取りを行う皺取り装置と、
前記可撓性基板に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段とを備えたレーザパターニング装置であって、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように、引っ張る手段で構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザパターニング装置は、皺取り装置が、可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されているので、可撓性基板を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面に固定できる。このため、可撓性基板を加工精度よくレーザパターニングできる。
【００１１】
本発明のレーザパターニング装置の加工基準面の好ましい態様の一つは、可撓性基板の周縁部のみが当接する形状をなしていることである。この態様において、加工部は、加工基準面の内側の可撓性基板が接しない背面側に、加工残渣の吸引部を有していることが好ましい。この態様によれば、レーザパターニング時に、加工残渣が可撓性基板の裏面側に回り込んだとしても、吸引部から除去されるので、可撓性基板の裏面に加工残渣が付着するといった不具合を防止できる。
【００１２】
本発明のレーザパターニング装置の加工基準面の好ましい別の態様は、可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状をなしていることである。この態様によれば、可撓性基板の弛みや反りをより効果的に解消できる。可撓性基板に形成された薄膜の膜応力が大きく、反りや弛みの大きい場合に特に有効的である。
【００１３】
本発明のレーザパターニング装置は、加工部が、加工基準面に当接する可撓性基板を、前記加工基準面上に吸着する吸引機構を備える加工ステージを有することが好ましい。そして、吸引機構は、吸引孔が形成された吸着面と、該吸着面の内部より吸引する機構とで構成されていることが好ましい。この態様によれば、可撓性基板を、加工基準面に吸着固定できるので、可撓性基板の弛みや反りをより効果的に解消できる。また、皺取りを効率よく行うことができる。
【００１４】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい態様の一つは、可撓性基板を損傷しない材質からなるプレートと、このプレートを可撓性基板に押し付けて、加工ステージの外周方向に移動させる駆動機構とを有していることである。
【００１５】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい別の態様は、可撓性基板を損傷しない材質からなるローラと、このローラを可撓性基板に押し付けて、可撓性基板が加工ステージの外周方向に移動するように回転させる回転機構とを有していることである。
【００１６】
本発明のレーザパターニング装置の皺取り装置の好ましい別の態様は、可撓性基板の両側を把持して引っ張る把持機構からなり、該把持機構は、加工ステージの両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた、可撓性基板を損傷しない材質からなる把持部を有し、把持部は、引っ張り方向及び引っ張り力を個別に調整可能とされていることである。把持部は、その引っ張り方向を、可撓性基板の搬送方向に対して３０〜１５０°の角度範囲で調整可能とされていることが好ましい。また、把持部は、可撓性基板の両側面を挟み込む一対のローラで構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のレーザパターニング方法は、薄膜が表面に形成された可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記可撓性基板を加工部の加工基準面に配置し、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行い、その状態で前記可撓性基板に形成された薄膜をレーザ光によってパターニングすることを特徴とする。
【００１８】
本発明のレーザパターニング方法の好ましい態様の一つは、前記加工基準面として、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域を除く周縁部のみを当接させ、前記可撓性基板の周縁部を前記加工基準面に押し付けつつ、前記加工基準面の外周方向に引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行うことである。
【００１９】
本発明のレーザパターニング方法の好ましい態様のもう一つは、前記加工基準面として、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域の背面側を当接させ、前記加部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた把持部により前記可撓性基板の両側を把持し、該把持部によって前記可撓性基板の幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行うことである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、可撓性基板を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面に固定できるので、可撓性基板を加工精度よくレーザパターニングできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同レーザパターニング装置に用いられる加工ステージの概略図である。
【図３】同レーザパターニング装置に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図４】同レーザパターニング装置の変形例１に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図５】同レーザパターニング装置の変形例２に用いられる皺取り装置の概略図である。
【図６】本発明のレーザパターニング装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図７】同レーザパターニング装置に用いられる加工ステージの概略図である。
【図８】同レーザパターニング装置の皺取り装置の底面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明で用いる、「薄膜が表面に形成された可撓性基板」は、特に限定は無く、どのような形態のものであっても好ましく用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）等の材質から構成される樹脂フィルム等の表面に、半導体薄膜、金属薄膜等の薄膜が形成された、薄膜太陽電池等が挙げられる。以下、「薄膜が表面に形成された可撓性基板」として、薄膜太陽電池形成基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１〜３を用いて、本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態を説明する。
図１に示すように、このレーザパターニング装置は、薄膜太陽電池形成基板１を巻取った巻出しロール２が収容される巻出し室３と、薄膜太陽電池形成基板１を巻取る巻取りロール４が収容される巻取り室５と、巻出し室３と巻取り室５との間で薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向（図中の矢印方向）に沿って配置されるレーザ加工室１０とで主に構成される。
【００２４】
巻出し室３及び巻取り室５には、薄膜太陽電池形成基板１をガイドしつつ、薄膜太陽電池形成基板１にかかる張力を均一にするためのガイドローラ６，７が、それぞれ複数個（本実施形態では２個）設けられている。
【００２５】
レーザ加工室１０には、レーザ加工ユニット２０と、加工ステージ３０と、皺取り装置４０とが配置されている。
【００２６】
レーザ加工ユニット２０は、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面にレーザ光を照射してパターニングする装置であって、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に対向して配置されている。
【００２７】
レーザ加工ユニット２０は、レーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光をレーザ出力系２３へと導く光ファイバー２２と、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に移動させるＸＹステージ２４とを備えている。また、レーザ出力系２３は、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を反射して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に導くレーザ用ミラー２５を備えている。
【００２８】
加工ステージ３０は、薄膜太陽電池形成基板１を、加工基準面の所定位置に固定配置するものであり、図示しない昇降装置によって昇降可能とされている。
【００２９】
図２を併せて参照すると、この加工ステージ３０は、額縁状をなす加工基準面３３を有し、その内周が開口部３１をなしている。そして、開口部３１の背面側は、加工基準面３３に対して垂直な周壁３７と、該周壁３７の長辺方向の底部から中央部に向けて縮径するように延出された底壁３６と、底壁３６の中央部に形成されたスリット状の開口部３２とで囲まれている。スリット状の開口部３２は、レーザパターニング時に発生した加工残渣の排出口をなし、吸引装置３５（図１参照）で負圧吸引することにより、加工残渣が、スリット状の開口部３２を通して系外に廃棄されるようになっている。
【００３０】
加工基準面３３には、複数の吸引孔３４が形成されている。吸引装置３５で吸引孔３４を負圧吸引することにより、薄膜太陽電池形成基板１が加工基準面３３に吸着固定される。
【００３１】
吸引孔３４の孔径は、φ０．３〜φ１．５ｍｍが好ましく、φ０．５〜φ１．０ｍｍがより好ましい。吸引孔３４の孔径がφ２．０ｍｍを超えると、薄膜太陽電池形成基板１の吸着固定時に、薄膜太陽電池形成基板１が変形する恐れがある。
【００３２】
図３を併せて参照すると、皺取り装置４０は、加工ステージ３０に配置される薄膜太陽電池形成基板１の皺を取り除く装置であり、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域の外周を、幅方向の両側外方（図３のＡ，Ｂ方向）と、搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）とのそれぞれに張力がかかるように、引っ張る手段で構成されている。
【００３３】
この皺取り装置４０は、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるプレート４１からなり、加工基準面３３に沿って複数個所（この実施形態では８か所）に配置されている。プレート４１の材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。プレート４１は、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１の加工基準面３３上に位置する部分を押し付け、加工ステージ３０の外周方向へ向かって水平移動するように、図示しない制御装置で駆動制御されている。
【００３４】
すなわち、この実施形態では、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側に配置されたプレート４１ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けつつ、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向外側（図３のＡ，Ｂ方向）に水平移動するように駆動制御されている。また、加工基準面３３の前方に配置されたプレート４１ｂ及び後方に配置されたプレート４１ｃは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けつつ、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）に水平移動するように駆動制御されている。
【００３５】
次に、図１に示すレーザパターニング装置を用いた場合を例に挙げて、本発明のレーザパターニング方法の第１の実施形態について説明する。
【００３６】
薄膜太陽電池形成基板１を巻出しロール２から引き出してレーザ加工室１０に導く。そして、薄膜太陽電池形成基板１の位置決めを行った後、図示しない昇降装置を作動して加工ステージ３０を薄膜太陽電池形成基板１に向かって近接させ、加工ステージ３０の所定位置に薄膜太陽電池形成基板１を配置する。
【００３７】
薄膜太陽電池形成基板１の位置の位置決め方法としては特に限定はない。従来公知の方法を採用できる。例えば、マーカーホールを基準に位置決めセンサにより位置決め停止する方法が挙げられる。なお、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１と、加工ステージの加工基準面３３とは、所定の距離をおいて離れている。
【００３８】
次に、吸引装置３５を作動して吸引孔３４を負圧吸引し、薄膜太陽電池形成基板１の周縁部を、加工基準面３３に吸着固定する。そして、吸引装置３５の作動と同時あるいは、作動後、プレート４１ａ、４１ｂ、４１ｃを、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、加工ステージの外周方向へ水平移動させて、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域外周を幅方向外側（図３のＡ，Ｂ方向）及び搬送方向の前後外方（図３のＣ，Ｄ方向）に引っ張る。
【００３９】
薄膜太陽電池形成基板１の加工領域の外周が、プレート４１ａ、４１ｂ、４１ｃで、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張られるので、薄膜太陽電池形成基板１は、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な状態で加工基準面３３に固定される。
【００４０】
そして、加工ステージ３０に薄膜太陽電池形成基板１が固定された状態で、吸引装置３５を作動させ、レーザ発振器２１からレーザ光を出力し、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に走査して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面をレーザパターニングする。
【００４１】
この実施形態によれば、薄膜太陽電池形成基板１を、反り、弛み、皺等が無く、極めて平坦な表面状態で加工ステージ３０に固定配置できるので、加工精度が良好で、歩留まりが良い。また、加工残渣の一部が薄膜太陽電池形成基板１の裏面に回り込んだとしても、加工ステージ３０のスリット状の開口部３２から系外に廃棄されるので、加工残渣が薄膜太陽電池形成基板１に付着するといった不具合の発生を抑制できる。
【００４２】
（第１の実施形態の変形例１）
本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の変形例１について、図４を用いて説明する。
この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、皺取り装置４０ａが、図４に示す構成をなしている点で相違する。
【００４３】
すなわち、この皺取り装置４０ａは、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるローラ４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、加工基準面３３に沿って、加工基準面３３の両側辺及び加工基準面３３の前後辺部にそれぞれ配置されている。ローラの材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。
【００４４】
ローラ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の外周方向に移動するように、図示しない駆動装置によって、図４中の矢印で示すように回転する。すなわち、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側に配置されたローラ４２ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられて、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の幅方向外側に移動する方向に回転し、加工基準面３３の前方に配置されたローラ４２ｂ及び後方に配置されたローラ４２ｃは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられて、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の搬送方向の前後外方に移動する方向に回転する。
【００４５】
（第１の実施形態の変形例２）
本発明のレーザパターニング装置の第１の実施形態の変形例２について、図５を用いて説明する。
この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、皺取り装置４０ｂが、図５に示す構成をなしている点で相違する。
【００４６】
すなわち、この皺取り装置４０ｂは、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるローラ４３が、加工基準面３３に沿って、加工基準面３３の両側辺に配置されたローラ４３ａと、加工基準面３３の角部に斜めに配置されたローラ４３ｂとで構成されている。ローラの材質としては、特に限定は無く、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム系材料が挙げられる。
【００４７】
ローラ４３ａ，４３ｂは、薄膜太陽電池形成基板１の搬送時及び位置決め時は、薄膜太陽電池形成基板１から所定の距離をおいて離れているが、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時に、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けると共に、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の外周方向に移動するように、図示しない駆動装置によって図５中の矢印方向に回転する。すなわち、薄膜太陽電池形成基板１の皺取り時において、加工基準面３３の両側辺に配置されたローラ４３ａは、薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられ、薄膜太陽電池形成基板１が加工ステージ３０の幅方向外側に移動する方向に回転し、加工基準面３３の角部に配置されたローラ４３ｂは、それぞれ薄膜太陽電池形成基板１に押し付けられ、薄膜太陽電池形成基板１に対して加工ステージ３０の搬送方向前後に張力が作用するように、斜め外方に移動する方向に回転する。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明のレーザパターニング装置の第２の実施形態について、図６〜９を用いて説明する。この実施形態のレーザパターニング装置は、第１の実施形態と基本構成は同一であるが、加工ステージ、皺取り装置が第１の実施形態と相違している。
【００４９】
図７に示すように、この実施形態では、加工ステージ３０ａは、長尺の板状の形状をなしている。また、加工基準面３３ａには、吸引孔３４ａが複数形成されている。吸引装置３５（図６参照）で吸引孔３４ａを負圧吸引することにより、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域裏面が、加工基準面３３ａに吸着固定される。
【００５０】
加工ステージ３０ａは、幅方向の長さが、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向の長さよりも短くされている。好ましくは、１０〜５０ｍｍ短くされ、より好ましくは３０〜４０ｍｍ短くされている。加工ステージ３０ａの幅方向の長さが、薄膜太陽電池形成基板１の幅方向の長さよりも短くされているので、薄膜太陽電池形成基板１の両端を、後述するグリップ６０（図８，９参照）で保持しつつ、薄膜太陽電池形成基板１の裏面を加工ステージ３０ａの加工基準面に当接させることができる。その結果、薄膜太陽電池形成基板１の弛みや反りなどを効率よく解消して、皺の発生を抑制できる。
【００５１】
図８、９を併せて参照すると、加工ステージ３０ａの下面に配置された薄膜太陽電池形成基板１の幅方向両端には、左右一対のグリップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ（以下、これらを総称して「グリップ６０」とする）が、搬送方向に沿って複数組（この実施形態では３対）配置されている。
【００５２】
グリップ６０は、上部押圧部６１と、下部押圧部６２とで構成され、それぞれ支軸６３を介して、開閉装置６４に接続されている。開閉装置６４は、支軸６３を介して、上部押圧部６１と、下部押圧部６２とを開閉させるように構成されている。
【００５３】
グリップ６０の材質は、特に限定は無く、薄膜太陽電池形成基板１を損傷しない材質からなるものであればよい。例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、ふっ素ゴム等が挙げられる。
【００５４】
また、グリップ６０の表面には、凹凸加工が施されていても良い。グリップ６０の表面に凹凸を形成することで、グリップ６０で薄膜太陽電池形成基板１を保持した際に、滑りを防止することができる。このため、薄膜太陽電池形成基板１に対して効率よく張力を加えて引っ張ることができる。
【００５５】
開閉装置６４は、支持板６５、ロッド６８を介して、加工ステージ３０ａ上に設置されたエアシリンダ６６に連結されている。そして、エアシリンダ６６の作動により、ロッド６８が伸縮することによって、グリップ６０が薄膜太陽電池形成基板１に対して内方及び外方に移動するようになっている。
【００５６】
また、エアシリンダ６６は、支軸６７を介して、加工ステージ３０ａに対して回動可能に設置されており、それによって、図８に示すように、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に対して、グリップ６０の支軸３０の角度を所定角度、好ましくは３０〜１５０°の角度範囲で変更可能となっている。
【００５７】
この実施形態の場合、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に沿って中央に位置する左右一対のグリップ６０ｂは、その支軸６７が、上記搬送方向に対してほぼ直角に伸びるように配置され、搬送方向の前方に位置する左右一対のグリップ６０ａは、その支軸６７が、搬送方向に向けて斜め外方に伸びるように配置され、搬送方向の後方に位置する左右一対のグリップ６０ｃは、その支軸６７が搬送方向後方に向けて斜め外方に伸びるように配置されている。
【００５８】
次に、図６に示すレーザパターニング装置を用いた場合を例に挙げて、本発明のレーザパターニング方法の第２の実施形態について説明する。
【００５９】
薄膜太陽電池形成基板１を巻出しロール２から引き出してレーザ加工室１０に導く。そして、薄膜太陽電池形成基板１の位置決めを行った後、図示しない昇降装置を作動して加工ステージ３０ａを薄膜太陽電池形成基板１に向かって近接させ、加工ステージ３０ａの所定位置に薄膜太陽電池形成基板１を配置する。
【００６０】
次に、吸引装置３５を作動して、吸引孔３４ａを負圧吸引し、薄膜太陽電池形成基板１の裏面を加工基準面３３ａ上に吸着固定する。
【００６１】
そして、開閉装置６４を作動させて、グリップ６０の上部押圧部６１と下部押圧部６２とで、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を挟持させる。続いて、エアシリンダ６６を作動させて、ロッド６８をより長く突出させて、グリップ６０で挟持した薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を外方に引っ張る。
【００６２】
その結果、薄膜太陽電池形成基板１の搬送方向に沿って中央に位置する左右一対のグリップ６０ｂは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を幅方向外方に引っ張られ、搬送方向の前方に位置する左右一対のグリップ６０ａは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を搬送方向に向けて斜め外方に引っ張られ、搬送方向の後方に位置する左右一対のグリップ６０ｃは、薄膜太陽電池形成基板１の両側辺を搬送方向後方に向けて斜め外方に引っ張られる。
【００６３】
このようにすることで、薄膜太陽電池形成基板１の裏面が、加工ステージに吸着固定され、薄膜太陽電池形成基板１の加工領域外周が、幅方向外側及び搬送方向の前後外方に引っ張られるので、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に、反り、弛み、皺等の無い状態で加工基準面３３ａの所定位置に固定配置される。
【００６４】
そして、この状態で、レーザ発振器２１からレーザ光を出力し、レーザ出力系２３をＸ−Ｙ方向に走査して、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面をレーザパターニングする。
【００６５】
この実施形態においても、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面に、反り、弛み、皺等の無い状態で加工基準面３３の所定位置に固定配置できるので、薄膜太陽電池形成基板１のレーザ加工面が極めて平坦な状態でレーザ光を照射できる。このため、加工精度が良好で、歩留まりが良い。
【００６６】
なお、グリップ６０として、第１の実施形態の変形例２と同様に、一対のローラで構成されたものを使用することもでき、その場合には、ローラを回転させることにより、薄膜太陽電池形成基板１に対して張力を与えることができる。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
ポリイミドフィルムに、シリコン膜が２μｍ製膜されたものを試料片とし、この試料片を、図６〜９に示すレーザパターニング装置を用い、吸引孔３４ａを負圧吸引して加工ステージ３０ａに試料片を吸着固定すると共に、グリップ６０ａを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に４５°、グリップ６０ｂを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に９０°、グリップ６０ｃを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に１３５°に設定して、それぞれの方向に引っ張り、この状態でレーザ光を操作して、レーザパターニングを行った。
レーザパターニング中は、試料片に反り、弛み、皺等がなく、平坦性を確保でき、加工精度よくレーザパターニングを行うことができた。
【００６８】
（比較例１）
実施例１において、グリップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのそれぞれを、薄膜太陽電池形成基板１の進行方向に対して水平方向に９０°に設定して引っ張った。しかしながら、試料片の搬送方向に沿って、スジ状の皺が発生した。張力を高めてもスジ状の皺を解消できなかった。
【符号の説明】
【００６９】
１：薄膜太陽電池形成基板
２：巻出しロール
３：巻出し室
４：巻取りロール
５：巻取り室
６，７：ガイドローラ
１０：レーザ加工室
２０：レーザ加工ユニット
２１：レーザ発振器
２２：光ファイバー
２３：レーザ出力系
２４：ＸＹステージ
２５：レーザ用ミラー
３０、３０ａ：加工ステージ
３１、３２：開口部
３３、３３ａ：加工基準面
３４、３４ａ：吸引孔
３５：吸引装置
４０、４０ａ、４０ｂ：皺取り装置
４１、４１ａ、４１ｂ，４１ｃ：プレート
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４３ａ、４３ｂ：ローラ
６０、６０ａ、６０ｂ：グリップ
６１：上部押圧部
６２：下部押圧部
６３、６７：支軸
６４：開閉装置
６５：支持板
６６：エアシリンダ
６８：ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜が表面に形成され、ロールトゥーロールで搬送される可撓性基板が配置される加工基準面を備える加工部と、
前記加工基準面に配置された可撓性基板の皺取りを行う皺取り装置と、
前記可撓性基板に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段とを備えたレーザパターニング装置であって、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されていることを特徴とするレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記加工基準面は、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状をなしている、請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項３】
前記加工部は、前記加工基準面の内側の前記可撓性基板が接しない背面側に、加工残渣の吸引部を有している、請求項２に記載のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記加工基準面は、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状をなしている、請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記加工部は、前記加工基準面に当接する可撓性基板を、前記加工基準面上に吸着する吸引機構を備える加工ステージを有する、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項６】
前記吸引機構は、吸引孔が形成された吸着面と、該吸着面の内部より吸引する機構とで構成されている請求項５に記載のレーザパターニング装置。
【請求項７】
前記加工基準面は、少なくとも前記加工部の周囲に前記可撓性基板の一部を接するように配置され、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板を損傷しない材質からなるプレートと、このプレートを前記可撓性基板に押し付けて、前記加工部の外周方向に移動させる駆動機構とを有している請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項８】
前記加工基準面は、少なくとも前記加工部の周囲に前記可撓性基板の一部を接するように配置され、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板を損傷しない材質からなるローラと、このローラを前記可撓性基板に押し付けて、前記可撓性基板が前記加工部の外周方向に移動するように回転させる回転機構とを有している請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項９】
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の両側を把持して引っ張る把持機構からなり、該把持機構は、前記加工部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた、前記可撓性基板を損傷しない材質からなる把持部を有し、前記把持部は、引っ張り方向及び引っ張り力を個別に調整可能とされている、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項１０】
前記把持部は、その引っ張り方向を、前記可撓性基板の搬送方向に対して３０〜１５０°の角度範囲で調整可能とされている請求項９記載のレーザパターニング装置。
【請求項１１】
前記把持部は、前記可撓性基板の両側面を挟み込む一対のローラで構成されている請求項９又は１０に記載のレーザパターニング装置。
【請求項１２】
薄膜が表面に形成された可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記可撓性基板を加工部の加工基準面に配置し、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行い、その状態で前記可撓性基板に形成された薄膜をレーザ光によってパターニングすることを特徴とするレーザパターニング方法。
【請求項１３】
前記加工基準面として、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の周縁部のみを当接させ、前記可撓性基板の周縁部を前記加工基準面に押し付けつつ、前記加工基準面の外周方向に引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行う、請求項１２に記載のレーザパターニング方法。
【請求項１４】
前記加工基準面として、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域の背面側を当接させ、前記加工部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた把持部により前記可撓性基板の両側を把持し、該把持部によって前記可撓性基板の幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行う、請求項１２に記載のレーザパターニング方法。
【請求項１】
薄膜が表面に形成され、ロールトゥーロールで搬送される可撓性基板が配置される加工基準面を備える加工部と、
前記加工基準面に配置された可撓性基板の皺取りを行う皺取り装置と、
前記可撓性基板に形成された薄膜にレーザ光を照射して所定のラインに沿ってレーザ光を走査させるレーザ光走査手段とを備えたレーザパターニング装置であって、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張る手段で構成されていることを特徴とするレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記加工基準面は、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状をなしている、請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項３】
前記加工部は、前記加工基準面の内側の前記可撓性基板が接しない背面側に、加工残渣の吸引部を有している、請求項２に記載のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記加工基準面は、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状をなしている、請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記加工部は、前記加工基準面に当接する可撓性基板を、前記加工基準面上に吸着する吸引機構を備える加工ステージを有する、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項６】
前記吸引機構は、吸引孔が形成された吸着面と、該吸着面の内部より吸引する機構とで構成されている請求項５に記載のレーザパターニング装置。
【請求項７】
前記加工基準面は、少なくとも前記加工部の周囲に前記可撓性基板の一部を接するように配置され、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板を損傷しない材質からなるプレートと、このプレートを前記可撓性基板に押し付けて、前記加工部の外周方向に移動させる駆動機構とを有している請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項８】
前記加工基準面は、少なくとも前記加工部の周囲に前記可撓性基板の一部を接するように配置され、
前記皺取り装置は、前記可撓性基板を損傷しない材質からなるローラと、このローラを前記可撓性基板に押し付けて、前記可撓性基板が前記加工部の外周方向に移動するように回転させる回転機構とを有している請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項９】
前記皺取り装置は、前記可撓性基板の両側を把持して引っ張る把持機構からなり、該把持機構は、前記加工部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた、前記可撓性基板を損傷しない材質からなる把持部を有し、前記把持部は、引っ張り方向及び引っ張り力を個別に調整可能とされている、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザパターニング装置。
【請求項１０】
前記把持部は、その引っ張り方向を、前記可撓性基板の搬送方向に対して３０〜１５０°の角度範囲で調整可能とされている請求項９記載のレーザパターニング装置。
【請求項１１】
前記把持部は、前記可撓性基板の両側面を挟み込む一対のローラで構成されている請求項９又は１０に記載のレーザパターニング装置。
【請求項１２】
薄膜が表面に形成された可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記可撓性基板を加工部の加工基準面に配置し、前記可撓性基板の加工領域の外周を、幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより、前記可撓性基板の皺取りを行い、その状態で前記可撓性基板に形成された薄膜をレーザ光によってパターニングすることを特徴とするレーザパターニング方法。
【請求項１３】
前記加工基準面として、前記可撓性基板の周縁部のみが当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の周縁部のみを当接させ、前記可撓性基板の周縁部を前記加工基準面に押し付けつつ、前記加工基準面の外周方向に引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行う、請求項１２に記載のレーザパターニング方法。
【請求項１４】
前記加工基準面として、前記可撓性基板の加工領域の背面側が少なくとも当接する形状のものを用い、前記可撓性基板をロールトゥーロールで搬送する過程で、前記加工基準面に、前記可撓性基板の加工領域の背面側を当接させ、前記加工部の両側の搬送方向に沿って少なくとも３箇所に設けられた把持部により前記可撓性基板の両側を把持し、該把持部によって前記可撓性基板の幅方向の両側外方と、搬送方向の前後外方とのそれぞれに張力がかかるように引っ張ることにより前記可撓性基板の皺取りを行う、請求項１２に記載のレーザパターニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６１５０６（Ｐ２０１２−６１５０６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８７５０（Ｐ２０１０−２０８７５０）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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