(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが２００μｍ以下の半導体基板の表面に電極が形成されてなる太陽電池セル本体を１回以上−７０℃以下に冷却することにより太陽電池セル本体の反りを除去する工程と、反りが除去された太陽電池セル本体に物理的に支持または保護できる支持板を５０℃から常温の範囲内で接着する工程とを備えることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
太陽電池セル本体の反りを除去する工程が、液体に太陽電池セル本体を浸すことによりなされることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
液体が液体ヘリウム、液体ネオン、液体窒素または液体アルゴンのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
太陽電池セル本体の反りを除去する工程において、太陽電池セル本体を保持する保持部と、保持部を搬送可能な搬送部と、冷却部とを備えた冷却装置を使用し、太陽電池セル本体を保持する保持部を搬送部により冷却部へ搬送して太陽電池セル本体を冷却することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
冷却装置の冷却部が液体の冷媒を収容する槽であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
冷却装置に乾燥部がさらに備えられ、乾燥部が冷却部の液体の冷媒によって冷却された太陽電池セル本体を常温に戻すことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池セルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池セルの製造方法としては、まず、半導体基板の一方表面に受光面となるＰ型またはＮ型の不純物拡散層を形成してＰＮ接合を行い、その後、半導体基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を蒸着し、受光面側にはさらに反射防止膜を蒸着した後、所定の寸法に切り出して太陽電池セルとする製造方法が知られている。
【０００３】
また一般的に、太陽電池セルの受光面には、放射線の被曝低減、紫外線遮断等の目的のためにカバーガラスがシリコン接着剤等で貼り合わせられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造方法で製造された太陽電池セルでは、電極の形成中に半導体基板の温度が上昇するため、形成後に半導体基板を常温に戻すと電極（例えば銀製）と半導体基板（例えばシリコン製）との熱膨張係数の差によって電極の方が大きく収縮し、完成後の太陽電池セルが受光面側を上にして凸型に反る現象が生じていた。
【０００５】
これは具体的に説明すると、太陽電池セルに用いられる半導体基板は通常、受光面側と裏面側の電極構造が異なっており、裏面側は半導体基板のほぼ全面にわたって電極が形成されているのに対し、受光面側には半導体基板の５％程度の面積にしか電極が形成されない。
このため、製造工程中に加熱されると、電極面積の大きな裏面側から半導体基板に対して大きな収縮力が加えられ、結果として太陽電池セルが受光面側を上にして凸型に反ってしまうのである。
【０００６】
また、一般的に半導体基板には５０μｍ〜２００μｍ程度の厚さのものが用いられるが、半導体基板の厚みが薄いほど太陽電池セルの反りは大きくなる。
しかし、太陽電池セルには軽量化および放射線による特性劣化の軽減を目的として、一般的に薄い半導体基板が用いられている。
このため曲げに対する機械的強度が弱く、太陽電池セルの反りを助長させている。
【０００７】
一方、太陽電池セルの受光面の接着されるカバーガラスは平面である。
そこで、この反りが生じている太陽電池セルの受光面にカバーガラスを接着すると、図７に示すようにカバーガラス４９と太陽電池セルの受光面４４との間に生じる空間を接着剤５０で埋める必要が生じる。
このため、接着剤５０の使用量が増えて完成後の太陽電池セル４１は厚く重くなり、また個々の製品の厚みも不均一になるという問題があった。
なお、図７において符号３２で示されるのは、カバーガラス４９を太陽電池セル４１に接着する工程で用いられる太陽電池セル保持治具であり、符号３３は前記接着工程で用いられる位置合わせ用ピンを示している。
【０００８】
また、反りのある太陽電池セルはその裏面を太陽電池パネルに貼り付ける際にもカバーガラスの接着と同様に接着剤の使用量が増えてしまい、結果として太陽電池パネルの重量が増加し、また厚さも不均一になるという問題があった。
【０００９】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、薄く軽量で、個々の製品の厚さにも不均一が生じない太陽電池セルの製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、厚さが２００μｍ以下の半導体基板の表面に電極が形成されてなる太陽電池セル本体を１回以上−７０℃以下に冷却することにより太陽電池セル本体の反りを除去する工程と、反りが除去された太陽電池セル本体に物理的に支持または保護できる支持板を５０℃から常温の範囲内で接着する工程とを備えることを特徴とする太陽電池セルの製造方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
【００１２】
この発明において、太陽電池セル本体とは、半導体基板の一方の表面にＰ型またはＮ型の不純物拡散層が形成され、さらに半導体基板の表面上に電極が形成されたものを指す。
【００１３】
この発明では主に電極形成時に発生した太陽電池セル本体の反りを太陽電池セル本体を−７０℃以下に冷却することにより除去し、その後約５０℃から常温の範囲内で支持板に接着することにより、反りのない太陽電池セルを得ることができる。
以下にこのような温度による物理的な変化を利用するこの発明の原理について図１に基づいて説明する。
【００１４】
図１は厚さ１００μｍのシリコン基板の一方表面のほぼ全面に厚さ５μｍの銀からなる電極を蒸着した太陽電池セル本体を冷却処理した際の太陽電池セル本体の冷却温度と反り量との関係を示すものである。図１の横軸は太陽電池セル本体の冷却温度を示し、縦軸は太陽電池セル本体の反り量と長さの比率を示している。
【００１５】
図１に示されるように、太陽電池セル本体の冷却温度が約−７０℃以下の領域から太陽電池セル本体の反り量は急激に減少し、約−９０℃以下の領域で太陽電池セル本体の反り量はほぼなくなっている。
【００１６】
これは次のような原理によるものである。
冷却に伴い、電極とシリコン基板との熱膨張係数の違いから電極の収縮がさらに大きくなり、大きな収縮力がシリコン基板と電極の界面に生じる。
【００１７】
その収縮力がある大きさ以上になると、電極の結晶構造が耐えられなくなって、部分的な構造の転移を生じ、そこに生じている収縮力を吸収してしまう。このため、太陽電池セル本体の反りが除去されるのである。
【００１８】
そして、この約−７０℃以下に冷却された太陽電池セル本体を常温に戻す過程では、電極が部分的な結晶構造の転移を保持したまま熱膨張を起こすので、常温（約２５℃）下でも太陽電池セル本体の反りは除去されている。
但し、太陽電池セル本体を約５０℃以上の温度まで加熱すると電極の結晶構造の転移は元に戻ってしまい、反り量も元に戻る。
【００１９】
しかし、太陽電池セル本体の温度を約５０℃未満に維持したまま何らかの支持板（例えばカバーガラス）に接着すれば、その後は太陽電池セル本体の温度が約５０℃以上になっても支持板の剛性が太陽電池セルの反る力よりも勝っているので再び反ることはない。
なお、支持板の接着に用いる接着剤の硬化に際して約５０℃以上の高温が必要となる場合は、予め約５０℃未満の低温で部分的にでも接着剤を硬化させておけば、その後は全体を約５０℃以上の高温で硬化させてもよい。
【００２０】
以上、温度による物理的な変化を利用するこの発明の原理について、シリコン基板と銀からなる電極の組み合わせを例に説明したが、シリコン以外の材質からなる半導体基板と銀以外の材質からなる電極との組み合わせにおいてもこの発明の原理は同じである。
【００２１】
この発明において用いることができる半導体基板はシリコン基板に限られず、例えばゲルマニウム基板、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体基板等を用いることができる。
【００２２】
また、太陽電池セルに用いることのできる半導体基板の厚さは、特に限定されるものではないが、半導体基板の厚さが薄い程、太陽電池セルは受光面を上にして凸型に反りやすくなる。
このため、半導体基板の厚みが２００μｍ以下の場合に、特に太陽電池セルの製造工程中に半導体基板の反りを除去することを特徴とするこの発明の効果は最大限に発揮される。
【００２３】
太陽電池セル本体とは、前述のように半導体基板の一方の表面にＰ型またはＮ型の不純物拡散層が形成され、さらに半導体基板の表面上に電極が形成されたものを指す。
【００２４】
なお、上記の半導体基板に形成されるＰ型またはＮ型の不純物拡散層は公知の方法、例えばイオン注入、熱拡散等の方法により形成することができる。
この際、半導体基板の一方の表面にＰ型またはＮ型の不純物拡散層を形成してもよいし、一方の表面にＰ型とＮ型の両方の型の拡散層を形成してもよいし、または両表面にＰ型とＮ型の不純物拡散層をそれぞれ形成してもよい。
【００２５】
また、上記の半導体基板の表面に形成される電極の形成方法としては、公知の方法、例えばスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
この際の電極の厚みは特に限定されないが、例えば１μｍ〜２０μｍ程度が挙げられる。
さらに、電極の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば銀、アルミニウム、銅、金、亜鉛、すず、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、ＩＴＯ等の酸化物、あるいは２種以上の積層膜との組み合わせ等を用いることができる。
【００２６】
また、上記の半導体基板の表面に形成される電極の構成としては、
（１）半導体基板の受光面の一部のみに形成、
（２）半導体基板の裏面の一部のみに形成、
（３）半導体基板の受光面の一部及び裏面の全面にそれぞれ形成、
（４）半導体基板の受光面の全面または裏面の全面に形成、
等のいずれの構成であってもよい。
【００２７】
なかでも、半導体基板において、通常、受光面または裏面の全面にのみ電極が形成されたものであれば太陽電池セル本体の反りが大きくなるので、この発明の効果は特に顕著である。
しかし、半導体基板の受光面、裏面及びその全面、一部を問わず、半導体基板の表面のどこかに電極が形成され、太陽電池セル本体に反りが生じていればこの発明の効果は発揮されるので、電極の構成については特に限定されるものではない。
【００２８】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法においては、太陽電池セル本体を冷却する温度として好ましくは約−７０℃以下、さらに好ましくは約−９０℃以下であり、一方、反りが除去された太陽電池セル本体に支持板を接着する際の温度として約５０℃から常温の範囲内であることが好ましい。
【００２９】
つまり、例えば厚さ１００μｍ程度のシリコン基板に厚さ５μｍ程度の銀からなる電極が蒸着された太陽電池セル本体において、約−７０℃というのは太陽電池セル本体の反りが除去される温度であり、約５０℃というのは冷却により反りが除去された太陽電池セルが再び反り始める温度である。
しかし、太陽電池セル本体に用いられる半導体基板および電極の厚みや材質、が上記の具体例と異なる場合には、太陽電池セル本体の反りを除去できる温度や、太陽電池セル本体が再び反り始める温度も異なってくるので、この場合には製造工程におけるそれぞれの温度の設定を変更することで対応すればよい。
【００３０】
なお、支持板を太陽電池セル本体へ接着する際の温度を常温からとしているのは、接着剤の硬化のし易さを考慮したものであり、常温（約２５℃）よりも低温で硬化させることができる接着剤を使用する場合にはこの限りではない。
【００３１】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法において、太陽電池セル本体の冷却は、太陽電池セル本体に反りが生じた後から支持板に接着するまでの間であれば製造工程中のどこで行ってもよい。
そして、その冷却回数も１回に限られるものではなく、製造工程中の太陽電池セル本体に反りが生じる度に冷却を行い、結果として冷却が複数回になっても構わない。
【００３２】
また、この発明の太陽電池セルには、太陽電池セル本体を物理的に支持または保護できる支持板として、特に限定されるものではないが、例えばガラス板、プラスチック板、金属板等を用いることができ、なかでもガラス板が好ましい。
ガラス板の場合には、太陽電池セル本体の受光面に放射線の被曝低減、紫外線遮断等の目的で備えられるカバーガラスの役目も果たすことができるからである。
しかし当然のことながら、カバーガラスとしてのガラス板を太陽電池セル本体の受光面に接着し、さらに太陽電池セル本体の支持のみを目的として太陽電池セル本体の裏面に金属板のような支持板を接着するようにしてもよい。
【００３３】
なお、ガラス板に支持板とカバーガラスとの役目も兼ねさせる場合には、厚さが５０μｍ〜３００μｍ程度のガラス板を用いることが、重量及び強度等の点からみて好ましい。
【００３４】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法においては、太陽電池セル本体の反りを除去する工程が、液体に太陽電池セル本体を浸すことによりなされるようにしてもよい。
これは、太陽電池セル本体を冷却する方法として液体に浸ける方法が簡単で効果的だからである。
【００３５】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法においては、太陽電池セル本体が浸けられる液体として、液体ヘリウム（沸点−２６８．９℃）、液体ネオン（沸点−２４５．９℃）、液体窒素（沸点−１９５．８℃）または液体アルゴン（沸点−１８５．９℃）のいずれかを用いることが好ましい。
これは、上記の液体が低温で化学的に安定な性質を有し、太陽電池セル本体の冷却に好適だからである。
【００３６】
太陽電池セル本体を冷却する方法としては液体に浸ける以外にも様々な方法を採用することができ、例えば、−７０℃以下の気体を太陽電池セル本体に吹きつける方法や、−７０℃以下の雰囲気中に太陽電池セル本体を保持する方法等を採用できる。
つまり、太陽電池セル本体を損傷させることなく−７０℃以下に冷却することができればどのような方法であっても構わない。
【００３７】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法では、太陽電池セル本体の反りを除去する工程において、太陽電池セル本体を保持する保持部と、保持部を搬送可能な搬送部と、冷却部とを備えた冷却装置を使用し、太陽電池セル本体を保持する保持部を搬送部により冷却部へ搬送して半導体基板を冷却するようにしてもよい。
このようにすると、太陽電池セル本体を冷却する工程を自動化することができるようになる。
【００３８】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法では、冷却装置の冷却部が液体の冷媒を収容する槽であってもよい。
このように構成することにより、低温で化学的に安定な液体を用いて容易に太陽電池セル本体を冷却できるようになる。
【００３９】
また、この発明の太陽電池セルの製造方法では、冷却装置に乾燥部がさらに備えられ、乾燥部が冷却部の液体の冷媒によって冷却された太陽電池セル本体を常温に戻すようにしてもよい。
【００４０】
なお、この発明による太陽電池セルの製造方法は、薄く軽量で、個々の製品による厚みの均一さが求められる人工衛星や宇宙ステーション等に搭載される宇宙環境用の太陽電池セルの製造方法として特に適したものである。
【００４１】
さらに、この発明による太陽電池セルの製造方法は、太陽電池セル、すなわち表面に電極が形成された半導体基板を冷却して、半導体基板の反りを除去する点に特徴があり、当然のことながら冷却の対象は太陽電池セルに用いられる半導体基板だけに限定されず、その他の半導体装置に用いられる半導体基板の反りの除去にも適用できるものである。
【００４２】
【実施例】
以下に図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。なお、この実施例によってこの発明が限定されるものではない。
なお、実施例ではＰ形基板を使用したシリコン太陽電池セルの製造方法について第１工程〜第４工程に分けて説明する。
【００４３】
第１工程ではまず、図２（ａ）に示すように厚さ約１００μｍのＰ型のシリコン基板２の両面にＰ／Ｎ接合を形成するためにリン等の不純物を拡散してＮ型の不純物拡散層３を形成する。
その後、図２（ｂ）に示すように片面の不純物拡散層３をエッチングにより取り除き第１工程が完了する。なお、符号４で示されるのは受光面である。
【００４４】
続いて第２工程では、図２（ｃ）に示すように不純物拡散層３が残っている受光面４側にフォトレジストを使用して電極パターン５を形成する。
次に、図２（ｄ）に示すように電極材料である銀を受光面４側に部分的に蒸着して厚さ約５μｍの表面電極６を成膜する。
次に、図３（ｅ）に示すように、電極パターン５を剥離し不要な電極材料を取り除く。
その後、図３（ｆ）に示すように、シリコン基板２の裏面全面に電極材料である銀を蒸着して厚さ約５μｍの裏面電極７を成膜し、第２工程が完了する（すなわち太陽電池本体が作成される）。
なお、表面電極６と裏面電極７の成膜後には図３（ｇ）に示すように、受光面４側に反射防止膜８を蒸着することが望ましい。
【００４５】
また、図３（ｆ）および図３（ｇ）に示されるように、裏面電極７が成膜された後のシリコン基板２には受光面４側を上にして凸形に反る現象が生じている。これは、裏面電極７の成膜中にシリコン基板２の温度が約５０℃以上に上昇し、その後常温に戻る過程で裏面電極７を構成する銀がシリコン基板２よりも大きく収縮するためである。
【００４６】
続いて第３工程では、第２工程を経て反りが生じているシリコン基板２（図３（ｇ））を液体窒素（液温約−１９６℃）に５秒程度浸けることによりシリコン基板２が約−９０℃以下に冷却され、図３（ｈ）に示すように反りが除去された状態のシリコン基板２となる。
【００４７】
なお、第３工程は図５に示される冷却装置２１を用いてシリコン基板２の冷却作業を自動化することもできる。
冷却装置２１は、シリコン基板２を保持するキャリア２２（保持部）と、キャリア２２が搭載されるローダー部２３およびアンローダー部２４と、キャリア２２を搬送する搬送装置２５（搬送部）と、液体窒素２８を収容する冷却槽２７（冷却部）と、ドライヤー２９を備える乾燥部３０とから構成されている。
【００４８】
以上の構成からなる冷却装置２１を用いて第３工程を実施する場合は、まず図５に示すように、シリコン基板２が保持されたキャリア２２をローダー部２３に搭載する。
ローダー部２３に搭載されたキャリア２２は搬送装置２５にて冷却槽２７に搬送されて液体窒素２８中に規定時間（５秒程度）浸けられ、約−９０℃以下に冷却される。
冷却槽２７で冷却されたキャリア２２は搬送装置２５にて乾燥部３０に搬送され、乾燥部３０のドライヤー２９からの温風で常温（約５０℃以下）に戻される。  そして、常温に戻されたキャリア２２は搬送装置２５にてアンローダー部２４に搬送され、第３工程が完了する。
【００４９】
その後、図３（ｉ）に示すように、第３工程を経て反りが除去されたシリコン基板２をダイシングによって所定の寸法に切り出し、太陽電池セル１とする。
【００５０】
最後の第４工程では、図６に示されるカバーガラス保持治具３１を用いることが望ましい。なお、図６はカバーガラス保持治具３１の平面図であり、符号１で示される破線は太陽電池セルを表している。また符号３３は、太陽電池セルを所定位置に揃えるための位置合わせ用ピンを示している。
カバーガラス保持治具３１は真空吸着によりカバーガラス９（図４（ｊ））を保持できるようになっている。
【００５１】
まず、図４（ｊ）に示されるように太陽電池セル保持治具３２に所定寸法に切り出された太陽電池セル１を受光面４を上にして載せる。
次に、同じく図４（ｊ）に示されるように片面にシリコンからなる接着剤１０を塗布したカバーガラス９をカバーガラス保持治具３１を用いて真空吸着し、太陽電池セル１の上に保持する。なお、ここでシリコンからなる接着剤としては例えば、ダウコーニング社製ＤＣ９３−５００を用いることができる。
【００５２】
続いて、カバーガラス保持治具３１を太陽電池セル１に近づけていき、太陽電池セル１とカバーガラス９が接触する寸前にカバーガラス保持治具３１の真空状態を解除する。
【００５３】
その後、カバーガラス９はカバーガラス保持治具３１から離れ、図４（ｋ）に示されるように太陽電池セル１の受光面４に接着され、第４工程が完了する。
ここで、太陽電池セル１は反りが除去された状態でカバーガラス９が接着されるので使用される接着剤は少量で済む。
よって、完成後の太陽電池セル１は薄く軽量となり、さらには個々の製品による厚さの不均一も生じない。
【００５４】
なお、図４（ｊ）に示すようにしてカバーガラス９を太陽電池セル１に接着する際には太陽電池セル１の温度を常温（約２５℃）から約５０℃の範囲内にに維持しながら接着剤１０を硬化させなければならない。
しかし、図４（ｋ）に示されるように、いったん接着剤１０が硬化した後では、太陽電池セル１が約５０℃以上になり、再び反ろうする力が働いてもカバーガラス９の剛性の方が勝っているので、太陽電池セル１が反ることはない。
【００５５】
【発明の効果】
この発明によれば、表面に電極が形成された半導体基板、すなわち太陽電池セルの本体の反りを除去できるので、カバーガラスのような支持板を接着する際の接着剤の使用量を減らすことができ、軽量で薄く、個々の製品による厚さも均一な太陽電池セルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による太陽電池セルの製造方法において、太陽電池セル本体の反り量と冷却温度との関係を示すグラフ図である。
【図２】この発明による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。
【図３】この発明による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。
【図４】この発明による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。
【図５】この発明による太陽電池セルの製造方法において、半導体基板を冷却する工程で用いられる冷却装置の構成を示す概略図である。
【図６】この発明による太陽電池セルの製造方法において、太陽電池セルの受光面にカバーガラスを接着する工程で用いられるカバーガラス保持治具の平面図である。
【図７】従来の製造方法で製造された太陽電池セルを示す正面図である。
【符号の説明】
１・・・太陽電池セル
４・・・受光面
９・・・カバーガラス
１０・・・接着剤
３１・・・カバーガラス保持治具
３２・・・太陽電池セル保持治具
３３・・・位置合わせ用ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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