(57)【要約】【課題】シリコンウエハへのレーザ加工後のシリコン粉末の集塵システムにおいて、吸気ダクト及び集塵機における温度上昇を監視し、吸気ダクト及び集塵機の熱による損傷を未然に防ぐ。【解決方法】太陽電池セルを研削処理した際に発生するシリコン粉末を集塵するシリコン粉末の集塵システムであって、シリコン粉末の集塵システムは、吸気ダクトと、集塵機と、温度センサとを有し、温度センサは吸気ダクトまたは集塵機に取り付けられているシリコン粉末の集塵システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルを研削処理した際に発生するシリコン粉末を集塵するシリコン粉末の集塵システムであって、
前記シリコン粉末の集塵システムは、吸気ダクトと、集塵機と、温度センサとを有し、
前記温度センサは、前記吸気ダクトまたは前記集塵機に取り付けられているシリコン粉末の集塵システム。
【請求項２】
前記温度センサは、前記吸気ダクトの吸気口または集塵機との接続部に取り付けられている、請求項１に記載のシリコン粉末の集塵システム。
【請求項３】
前記吸気ダクトは、屈曲箇所を有し、前記屈曲箇所には前記温度センサが取り付けられている、請求項１または２に記載のシリコン粉末の集塵システム。
【請求項４】
前記シリコン粉末の集塵システムは、制御装置を有し、
前記制御装置は、前記温度センサと接続され、前記温度センサで検知した結果を記録する請求項１〜３のいずれか１つに記載のシリコン粉末の集塵システム。
【請求項５】
前記シリコン粉末の集塵システムは、警報機を有し、
前記警報機は、前記制御装置と接続され、前記温度センサで検知した結果に基づいて警報を発する請求項４に記載のシリコン粉末の集塵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン粉末の集塵システム、具体的には、太陽電池セルのシリコンウエハのレーザ加工時に発生するシリコン粉末の集塵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題がある石油等の化石燃料の代替エネルギ源として、太陽電池が注目されている。太陽電池の発電素子である太陽電池セルにはいくつかの種類が存在するが、現在最も多く使用されているのは、単結晶または多結晶のシリコンウエハを基板にし、ｐｎ接合と電極を形成した結晶シリコン太陽電池セルである。
【０００３】
図５は、特許文献１に開示されている従来の結晶シリコン太陽電池の構造を示している。太陽電池セル１００は、ｐｎ接合部１１１ｃを形成するようにｐ型半導体層１１１ａとｎ型半導体層１１１ｂとが積層されてなる半導体基板１１１と、半導体基板１１１の受光面に形成された表面電極部１１２と、半導体基板１１１の受光面とは反対側の裏面に形成された裏面電極部１１３と、半導体基板１１１の受光面の外周縁に沿って形成されたｐｎ接合部１１１ｃの一部を分離するための接合分離溝１１４とを備える。半導体基板１１１は、例えば、表面に入射光の吸収促進のための微細な凹凸を有する単結晶または太陽電池結晶のｐ型シリコンウエハ（厚み１４０〜２３０μｍ程度）の表層に、ｎ型不純物であるリンを拡散するための拡散剤として、ＰＯＣｌ３ガスを用いる拡散、またはリン酸の水溶液やリンを含む有機溶剤を塗布し熱拡散することにより、ｎ型半導体層（ｎ＋層）１１１ｂが形成され、それによってｐｎ接合部１１１ｃが形成されたものである。この拡散処理により、ｐ型シリコンウエハの全表面に、層厚３００〜８００ｎｍ程度のｎ型半導体層（ｎ＋層）１１１ｂが形成され、ｐ型シリコンウエハのｎ型不純物が拡散していない部分がｐ型半導体層１１１ａとなる。また、半導体基板１１１は、ｐ型半導体層１１１ａの裏面側に、ｐ＋型半導体層１１１ａ１を有している。このｐ＋型半導体層１１１ａ１は、後述する裏面電極部１１３の第１裏面電極１１３ａを形成する際に、ｐ型半導体層１１１ａの裏面側のｎ型半導体層１１１ｂの外周縁領域を除く領域にｐ型不純物が拡散することによって形成された層である。さらに、特許文献１の太陽電池セル１００では、入射光の反射を防止するための反射防止膜１１６が半導体基板１１１の表面に膜厚５０〜１００ｎｍ程度で積層されている。裏面電極部１１３は、半導体基板１１１の裏面の外周縁領域を除く領域に形成された第１裏面電極１１３ａと、第１裏面電極１１３ａ上に一方向に延びて形成された平行な２本の第２裏面電極１１３ｂとからなる。
【０００４】
ここで、特別な処理、すなわち、接合分離（ｐｎ分離）の処理を行わなければ、半導体基板１１１の外周面（ｎ型半導体層１１１ｂの外面）を介して、受光面電極部１１２と裏面電極部１１３が電気的に短絡してしまうため、半導体基板１１１の受光面の外周縁に沿ってｐｎ接合部１１１ｃの一部を分離するための接合分離溝１１４が形成されている。接合分離溝１１４は、例えば、レーザ、サンドブラスト、ダイシングソー、ウォータージェット等によって、反射防止膜１１６を有する半導体基板１１１の受光面の外周縁に沿ってｐ型半導体層１１１ａに達するまでｎ型半導体層１１１ｂを物理的に取り除くことにより形成される。
【０００５】
しかしながら、接合分離溝１１４の形成をレーザによる研削で行う場合、レーザにより研削されたシリコンが粉末となるため、その粉末を集塵するシステムが必要となる。上記に対応したものとして、特許文献２には、レーザ加工などの熱切断加工時に発生したヒュームや粉塵を効率よく集塵する集塵装置が開示されている。
【０００６】
図６に示す、従来の熱切断加工機の集塵装置２００は、ワーク２０２を熱切断加工する加工機本体２０１を覆うように設けられた集塵カバー２０３と、上記集塵カバー２０３に吸気ダクト２０４を介して接続された集塵機２０５と、上記集塵カバー２０３及び集塵機２０５の間に設けられた風量調整手段２０６と、集塵カバー２０３内の温度を検出する温度検出手段２０７と、上記温度検出手段２０７が検出した温度に応じて上記風量調整手段２０６を制御する制御手段とより構成され、集塵カバー２０３内を高温にせずに、ワーク加工時発生したヒュームや粉塵などを効率よく集塵することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１‐１５１１９２号公報
【特許文献２】特開平１１‐１５６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の太陽電池セルの接合分離溝１１４の加工時に発生したシリコン粉末を、従来の熱切断加工機の集塵装置２００を用いて集塵した場合、吸気ダクト２０４及び集塵機２０５内の温度が上昇し、吸気ダクト２０４及び集塵機２０５を構成する材料が熱により損傷する恐れがあるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、シリコンウエハへのレーザ加工後のシリコン粉末の集塵システムにおいて、吸気ダクト及び集塵機における温度上昇を監視し、吸気ダクト及び集塵機の熱による損傷を未然に防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のシリコン粉末の集塵システムは、太陽電池セルを研削処理した際に発生するシリコン粉末を集塵するシリコン粉末の集塵システムであって、シリコン粉末の集塵システムは、吸気ダクトと、集塵機と、温度センサとを有し、温度センサは、吸気ダクトまたは集塵機に取り付けられている。
【００１１】
ここで、本発明のシリコン粉末の集塵システムの温度センサは、吸気ダクトの吸気口または集塵機との接続部に取り付けられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のシリコン粉末の集塵システムの吸気ダクトは、屈曲箇所を有し、屈曲箇所には温度センサが取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のシリコン粉末の集塵システムは、制御装置を有し、制御装置は、温度センサと接続され、温度センサで検知した結果を記録することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のシリコン粉末の集塵システムは、警報機を有し、警報機は、制御装置と接続され、温度センサで検知した結果に基づいて警報を発することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、シリコンウエハへのレーザ加工後のシリコン粉末の集塵システムにおいて、吸気ダクト及び集塵機における温度上昇を監視することにより、吸気ダクト及び集塵機の熱による損傷を未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システムの概略図である。
【図２】図１における吸気ダクトのＡ部及びＢ部、並びに集塵機内のＣ部の各箇所における堆積物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像及びエネルギ分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）での定性分析の結果である。
【図３】Ａ部に堆積したシリコン粉末のうち、粒径が３００以下の粉末に対して粒径分布測定を行った結果である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システムの概略図である。
【図５】従来の太陽電池セルの概略図である。
【図６】従来の熱切断加工機の集塵機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システムの概略図である。本発明の第１の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム１０は、レーザユニット１１と、吸気ダクト１２と、集塵機１３と、温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、制御装置１５と、警報機１６から構成される。
【００１９】
レーザユニット１１は、直下に載置されたシリコンウエハ１７にレーザ光１８を照射することにより、シリコンウエハ１７を研削処理する。
【００２０】
吸気ダクト１２は、一方の端部が、シリコンウエハ１７にレーザ光１８が照射される箇所の直近に設置され、もう一方の端部が、集塵機１３に接続されている。吸気ダクト１２を吸気口とし、吸引力を集塵機１３で発生させることにより、シリコンウエハ１７にレーザ光１８が照射された際に発生するシリコン粉末１９を空気とともに吸引し、集塵機１３へ送り込むことが出来る。吸気ダクト１２は、たとえば、ステンレスを材料として作られており、耐熱温度は５００℃である。
【００２１】
集塵機１３は、吸気ダクト１２を介してシリコン粉末１９を空気と共に吸引し、内蔵のフィルタ（図示せず）に通すことで、吸引したシリコン粉末１９を回収する。集塵機１３内のシリコン粉末回収場所は、たとえば、ステンレスとセラミックフィルタとを材料として作られており、耐熱温度は５００℃である。
【００２２】
温度センサ１４Ａは、吸気ダクト１２のレーザユニット１１側の端部であるＡ部に設置されている。また、温度センサ１４Ｂは、吸気ダクト１２の集塵機１３側の端部であるＢ部に設置されている。また、温度センサ１４Ｃは、集塵機１３内であるＣ部に設置されている。温度センサ１４Ａ〜１４Ｃには、たとえば、熱電対、測温抵抗体またはサーミスタといった測温体などを用いることが出来る。
【００２３】
制御装置１５は、温度センサ１４Ａ〜１４Ｃに接続され、Ａ部〜Ｃ部の温度を記録している。また、制御装置１５は、警報機１６にも接続されている。そして、制御装置１５は、温度センサ１４Ａ〜１４Ｃのいずれか１つがあらかじめ設定された温度以上になると、警報機１６から光または音による警報を発報し、吸気ダクト１２または集塵機１３の温度が設定温度以上になったことを周囲に知らせることが出来る。
【００２４】
次に、吸気ダクト１２及び集塵機１３において、シリコン粉末１９がどのように温度上昇するのかを説明する。
【００２５】
図２は、吸気ダクト１２のＡ部及びＢ部、並びに集塵機１３内のＣ部各箇所における堆積物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像及びエネルギ分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）での定性分析の結果である。図２のＥＤＸでの定性分析の結果において、Ａ部の堆積物からはシリコンに起因するピークのみが確認されたのに対し、Ｂ部及びＣ部の堆積物からはシリコンと酸素のピークが確認された。本結果より、Ａ部の堆積物はシリコンであり、Ｂ部及びＣ部の堆積物はシリコンとシリコン酸化物の混合物であることが判った。また、Ｂ部の堆積物とＣ部の堆積物との比較では、Ｃ部の堆積物の方が酸素のピークが強く出ていることが確認された。よって、シリコン粉末１９は、Ａ部からの距離が大きくなるほど酸化反応が進んでいる事が判る。
【００２６】
次に、Ａ〜Ｃの各部に堆積したシリコン粉末が、酸化によりどの程度温度上昇するかを確認するため、以下の実験を行った。
【００２７】
表１は、Ａ〜Ｃの各部から採取したシリコン粉末に意図的に酸化反応を促進させるため、霧吹きにて水分を与え、温度変化をサーモカメラにて測定した結果である。
【００２８】
【表１】
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表１の結果より、レーザユニット１１からの距離が大きくなる程、発熱反応が弱まっていることがわかる。よって、堆積したシリコン粉末は、Ａ部ではその多くが酸化されていないため、堆積後の酸化により熱を多く発生するが、Ｂ部及びＣ部では、Ａ部に比べて酸化による熱の発生が少ないことがわかる。これは、Ｂ部及びＣ部に堆積したシリコン粉末は、吸気ダクト１２の吸気口の近くであるＡ部から搬送される過程で、ある程度酸化が進んでいるためと考えられる。
【００２９】
一方で、吸気ダクト１２の吸気口から吸引されたシリコン粉末１９は、吸気ダクト１２の吸気口からの距離が遠い場所程堆積し易いため、Ａ部よりＢ部の方がシリコン粉末１９が堆積し易い。また、集塵機１３内であるＣ部はシリコン粉末１９の回収場所であるため、Ａ部及びＢ部より多くのシリコン粉末１９が堆積する。そのため、Ｂ部及びＣ部では、多くの堆積物が堆積することにより、シリコン粉末１９の酸化による発熱が少なくても温度が上昇する虞がある。
【００３０】
以上より、本発明の第１の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム１０は、吸気ダクト１２の吸気口の近くであるＡ部に設置された温度センサ１４Ａにより、シリコン粉末１９の酸化による温度上昇が最も大きい箇所における温度上昇を検知出来、さらに、吸気ダクト１２の吸気口から離れた位置であるＢ部に設置された温度センサ１４Ｂ及び集塵機１３内であるＣ部に設置された温度センサ１４Ｃにより、シリコン粉末１９の堆積による温度上昇を検知することが出来る。そして、シリコン粉末の集塵システム１０は、温度センサ１４Ａまたは１４Ｂが吸気ダクト１２の耐熱温度近くまで温度上昇したことを検知した場合に、もしくは温度センサ１４Ｃが集塵機１３のシリコン粉末回収場所の耐熱温度近くまで温度上昇を検知した場合に、警報機１６から警報を発するよう制御装置１５を設定することにより、周囲の人にシリコン粉末の集塵システム１０の異常を知らせることが出来る。そしてシリコン粉末の集塵システム１０の警報を認知した者が吸気ダクト１２及び集塵機１３のシリコン粉末の堆積物を除去する作業をすることにより、吸気ダクト１２及び集塵機１３の熱による損傷を未然に防ぐことが可能となる。
【００３１】
次に、シリコン粉末の粒径と温度上昇との関係について説明する。
【００３２】
図２のＳＥＭ写真より、堆積したシリコン粉末の粒径は、Ａ部より、Ｂ部の方が大きく、さらに、Ｂ部より、Ｃ部の方が大きいことがわかる。
【００３３】
ここで、シリコン粉末の粒径分布を調べるため、Ａ部に堆積したシリコン粉末を超音波ホモジナイザを用いて３０秒間分散させた後、３００μｍのふるいを用いてふるい分けを行った。その結果、粒径が３００μｍ以上の粉末が全体の７８重量％であったのに対し、粒径が３００μｍ以下の粉末が全体の２２重量％であった。
【００３４】
さらに、粒径が３００μｍ以下の粉末について、粒度分析計による粒径分布測定を行った。図３は、Ａ部に堆積したシリコン粉末のうち、粒径が３００μｍ以下の粉末に対して粒径分布測定を行った結果である。なお、粒径分布測定には、日機装製ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ粒度分析計９３２０−Ｘ１００  ＨＲＡを用いた。図３の結果より、前記ふるい分けで得られた粒径３００μｍ以下の粉末は、粒径が３μｍ以上３００μｍ以下のものであることが判った。
【００３５】
次に、シリコン粉末の粒径と、シリコン粉末の酸化による温度上昇との関係を確認するため、以下の実験を行った。
【００３６】
表２は、前記ふるい分けで得られた２種類の粒径分布のシリコン粉末に対して、意図的に酸化反応を促進させるため、霧吹きにて水分を与え、温度変化をサーモカメラにて測定した結果である。
【００３７】
【表２】
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表２の結果より、粒径が３μｍ以上３００μｍ以下のシリコン粉末では８．６℃の発熱が有ったが、粒径が３００μｍ以上のシリコン粉末では発熱が起こらないことが確認された。表２の結果は、粒径が小さいシリコン粉末程、空気中の酸素及び水分との接触面積が大きくなり、その結果酸化反応も促進し易いことを示している。
【００３８】
よって、本発明に係るシリコン粉末の集塵システムは、レーザ加工時に発生するシリコン粉末の平均粒径が３μｍ以上３００μｍ以下の場合において、より効果を発揮する。
【００３９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システムの概略図である。本発明の第２の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム２０は、レーザユニット２１と、吸気ダクト２２と、集塵機２３と、温度センサ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄと、制御装置２５と、警報機２６から構成される。
【００４０】
図１で示した本発明の第１の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム１０との違いは、シリコン粉末の集塵システムの吸気ダクトの形状と、吸気ダクトに設けた温度センサの数である。吸気ダクトは、第１の実施形態は直線状であるのに対し、第２の実施形態は屈曲部分を有している。温度センサは、第１の実施形態では吸気ダクト１２の吸気口及び集塵機１３との接続部のみであるのに対し、第２の実施形態は、吸気ダクト２２の吸気口及び集塵機２３との接続部に加え、屈曲箇所のＤ部にも温度センサ２４Ｄが設置されている。
【００４１】
本発明の第２の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム２０においては、シリコンウエハ２７をレーザ光２８により研削処理した際に発生したシリコン粉末２９が吸気ダクト２２に吸引されて吸気ダクト２２内を移動する際、吸気ダクト２２の屈曲箇所の内部の側壁に衝突するため、吸気ダクト２２の屈曲箇所にはシリコン粉末２９が堆積し易く、そのため温度上昇も発生し易い。本発明の第２の実施形態に係るシリコン粉末の集塵システム２０は、吸気ダクト２２の屈曲箇所のＤ部での温度上昇も温度センサ２４Ｄにより検知することが出来、これにより吸気ダクト２２の屈曲箇所における熱による損傷を防ぐことが可能である。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることはもちろんである。
【００４３】
温度センサ設置場所における設定温度以上の温度上昇を知らせる手段は、警報機の代わりに表示装置による文字または絵による警報表示、もしくはスピーカーからの音であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０，２０：シリコン粉末の集塵システム、１１，２１：レーザユニット、１２，２２：吸気ダクト、１３，２３：集塵機、１４Ａ〜１４Ｄ，２４Ａ〜２４Ｄ：温度センサ、１５，２５：制御装置、１６，２６：警報機、１７，２７：シリコンウエハ、１８，２８：レーザ光、１９，２９：シリコン粉末
【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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