(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に対するエッチング処理を行って厚みが２００μｍ以下の前記シリコン基板を用意する用意工程と、
前記シリコン基板の重量を測定し、測定された重量が予め定められた重量範囲内にあるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程において測定された重量が前記重量範囲内にあると判定されたシリコン基板を用いて光電変換部を作製する光電変換部作製工程と、
前記光電変換部の上に一対の電極を形成することにより太陽電池を得る工程と、
を備える、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記用意工程において、前記エッチング処理は、シリコンインゴットをスライスすることにより作製されたシリコン板に対して行われ、前記エッチング処理は、前記シリコン板の両主面を等方性エッチングして平坦化した後に少なくとも一方の主面を異方性エッチングする処理を含む、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記光電変換部作製工程は、前記シリコン基板の上に、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を形成する工程を含む、請求項１〜２のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記光電変換部作製工程は、前記シリコン基板内に、ｐ型ドーパントを拡散させてｐ型ドーパント拡散領域を形成すると共に、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型ドーパント拡散領域を形成する工程を含む、請求項１〜２のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷が小さいエネルギー源として太陽電池に対する注目が高まってきている。現在、最も一般的に用いられている太陽電池は、特許文献１等に記載されているシリコン基板を用いたシリコン太陽電池である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４７０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、シリコン太陽電池に対して、光電変換効率をさらに高めたいという要望に加え、シリコン太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきを小さくしたいという要望が高まってきている。
【０００５】
本発明の目的は、シリコン太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る太陽電池の製造方法では、シリコン基板を用意する用意工程を行う。シリコン基板の重量を測定し、測定された重量が予め定められた重量範囲内にあるか否かを判定する判定工程を行う。判定工程において測定された重量が重量範囲内にあると判定されたシリコン基板を用いて光電変換部を作製する光電変換部作製工程を行う。光電変換部の上に一対の電極を形成することにより太陽電池を得る工程を行う。
【０００７】
本発明に係る太陽電池の製造装置は、光電変換部と、光電変換部の上に配された一対の電極とを有する太陽電池を製造するための製造装置に関する。本発明に係る太陽電池の製造装置は、重量測定部と、判定部と、光電変換部作製部とを備えている。重量測定部は、シリコン基板の重量を測定する。判定部は、測定された重量が予め定められた重量範囲内にあるか否かを判定する。光電変換部作製部は、判定部において、測定された重量が重量範囲内にあると判定されたシリコン基板を用いて光電変換部を作製する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シリコン太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態における太陽電池の製造装置の模式的ブロック図である。
【図３】シリコンインゴットの模式的側面図である。
【図４】スライス後のシリコン板の略図的断面図である。
【図５】等方性エッチング後のシリコン板の略図的断面図である。
【図６】シリコン基板の略図的断面図である。
【図７】本発明の一実施形態における光電変換部の略図的断面図である。
【図８】本発明の一実施形態における太陽電池の略図的断面図である。
【図９】第１の変形例における光電変換部の略図的断面図である。
【図１０】第２の変形例における光電変換部の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１１】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１２】
図１は、本実施形態における太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。図２は、本実施形態における太陽電池の製造装置の模式的ブロック図である。
【００１３】
まず、図２を参照しながら、太陽電池の製造装置１０の構成について説明し、その後、図１を主として参照しながら製造装置１０を用いた太陽電池の製造方法について説明する。
【００１４】
（太陽電池の製造装置１０の構成）
製造装置１０は、重量測定部１１と、選別部１２と、光電変換部形成部１４と、電極形成部１５と、重量測定部１１、選別部１２、光電変換部形成部１４及び電極形成部１５を制御する制御部１３とを備えている。
【００１５】
重量測定部１１には、シリコン基板２４（図６を参照）が供給される。重量測定部１１は、制御部１３からの信号に基づいて、供給されたシリコン基板２４の重量を測定する。重量測定部１１は、測定したシリコン基板２４の重量を制御部１３に出力する。
【００１６】
選別部１２には、重量測定部１１において重量が測定されたシリコン基板２４が供給される。選別部１２は、判定部としての機能を兼ね備える制御部１３からの信号に基づいて、シリコン基板２４の判別を行う。選別部１２は、判定結果に基づいて、シリコン基板２４を排出するか、または光電変換部形成部１４に移送する。
【００１７】
光電変換部形成部１４は、選別部１２から移送されたシリコン基板２４を用いて光電変換部２６（図７を参照）を作製する。光電変換部形成部１４は、例えば、半導体層を形成するための薄膜形成装置や、シリコン基板２４にドーパントをドープするための装置を有していてもよい。薄膜形成装置の具体例としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やスパッタリング装置等が挙げられる。
【００１８】
光電変換部形成部１４により作製された光電変換部２６は、電極形成部１５に移送される。電極形成部１５は、光電変換部２６の上に、一対の電極２７ｐ、２７ｎ（図８を参照）を形成し、太陽電池３０を完成させる。完成した太陽電池３０は、製造装置１０から搬出される。
【００１９】
電極形成部１５は、例えば、スパッタリング装置や、導電性ペーストを塗布する塗布装置、めっき膜を形成するめっき装置、ＣＶＤ装置等を有していてもよい。
【００２０】
（太陽電池３０の製造方法）
（用意工程）
まず、ステップＳ１において、シリコン基板２４を用意する（用意工程）。このシリコン基板２４の厚みは、シリコン基板２４の主面２４ａに入射した光の一部がシリコン基板２４を透過して主面２４ｂから出射する程度の厚みであることが好ましい。具体的に、シリコン基板２４の厚みは、２００μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
シリコン基板２４は、少なくとも一方の主面にテクスチャ構造が設けられたシリコン基板であることが好ましい。
【００２２】
ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造が挙げられる。
【００２３】
具体的には、ステップＳ１は、ステップＳ１−１，Ｓ１−２及びＳ１−３を有する。
【００２４】
ステップＳ１−１では、図３に示すように、シリコンインゴット２１をカットラインＬに沿ってスライスする。これにより、図４に示すシリコン板２２を作製する。スライス後のシリコン板２２の両主面２２ａ、２２ｂは、ソーマークと呼ばれるスライス時に形成されたランダムな凹凸構造を有しており、平坦ではない。
【００２５】
なお、シリコンインゴット２１のスライスは、例えば、ワイヤーソーなどを用いて行うことができる。
【００２６】
次に、ステップＳ１−２において、シリコン板２２の等方性エッチングを行う。これにより、主面２２ａ、２２ｂを平坦化し、図５に示すように、略平坦な主面２３ａ、２３ｂを有するシリコン板２３を作製する。
【００２７】
次に、ステップＳ１−３において、シリコン板２３の主面２３ａ、２３ｂの少なくとも一方を異方性エッチングすることにより、少なくとも一方の主面にテクスチャ構造が設けられたシリコン基板２４を有する。本実施形態では、具体的には、シリコン板２３の主面２３ａ、２３ｂのうちの主面２３ａのみを異方性エッチングすることによって、図６に示すように、主面２４ａにテクスチャ構造を有し、主面２４ｂが略平坦なシリコン基板２４を作製する。本実施形態では、このシリコン基板２４の導電型がｎ型である場合について説明するが、シリコン基板２４の導電型はｐ型であってもよい。
【００２８】
なお、本実施形態では、ステップＳ１−１，Ｓ１−２及びＳ１−３は、製造装置１０外で行われる。但し、本発明は、この構成に限定されない。製造装置１０が、等方性エッチング及び異方性エッチングを行うエッチング部を有し、製造装置１０内においてステップＳ１−１，Ｓ１−２及びＳ１−３を行ってもよい。
【００２９】
（判定及び選別工程）
ステップＳ１の用意工程に続いて、ステップＳ２の判定工程を行う。ステップＳ２では、具体的には、判定部としての機能を兼ね備えた制御部１３は、重量測定部１１から出力されたシリコン基板２４の重量が、予め定められた重量範囲（許容重量範囲）内にあるか否かを判定し、その結果を選別部１２に対して出力する。
【００３０】
次に、ステップＳ３において、選別部１２は、制御部１３からの出力結果に基づいてシリコン基板２４の選別を行う。具体的には、選別部１２は、制御部１３によって、重量が許容重量範囲内にあると判断されたシリコン基板２４を光電変換部形成部１４に移送する一方、重量が許容重量範囲内にないと判断されたシリコン基板２４を製造装置１０から排出する。
【００３１】
（光電変換部作製工程）
次に、ステップＳ４の光電変換部作製工程において、選別部１２から移送されたシリコン基板２４を用いて光電変換部２６を作製する。具体的には、本実施形態では、ステップＳ４は、ステップＳ４−１を有する。ステップＳ４−１において、シリコン基板２４の主面２４ａの上にｐ型半導体層２５ｐを形成すると共に、主面２４ｂの上にｎ型半導体層２５ｎを形成する。その後、ｐ型半導体層２５ｐ及びｎ型半導体層２５ｎの上に、それぞれ、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等からなる透明導電性酸化物膜２６ａ、２６ｂを形成することにより光電変換部２６を作製する。なお、半導体層２５ｐ、２５ｎ及び透明導電性酸化物膜２６ａ、２６ｂのそれぞれは、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法により形成することができる。ｐ型半導体層２５ｐは、例えば、水素を含むｐ型のアモルファスシリコンにより構成することができる。ｎ型半導体層２５ｎは、例えば、水素を含むｎ型のアモルファスシリコンにより構成することができる。
【００３２】
半導体層２５ｐ、２５ｎのそれぞれとシリコン基板２４との間に、実質的に発電に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体層を形成してもよい。
【００３３】
（電極形成工程）
次に、ステップＳ５において、図８に示すように、光電変換部２６の上に一対の電極２７ｐ、２７ｎを形成する。具体的には、光電変換部２６のｐ型半導体層２５ｐ側の主面の上にｐ側電極２７ｐを形成し、ｎ型半導体層２５ｎ側の主面の上にｎ側電極２７ｎを形成する。これにより、太陽電池３０を完成させることができる。
【００３４】
なお、電極２７ｐ、２７ｎの形成は、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法等により行うことができる。
【００３５】
ところで、近年、太陽電池の薄型化が急速に進んできている。薄型の太陽電池では、従来の太陽電池とは異なり、光電変換効率の製造ばらつきが大きいという問題が生じている。この問題について、本発明者は、鋭意研究の結果、シリコン基板の厚みばらつきが、製造される太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきに大きく寄与していることを見出した。
【００３６】
シリコン基板の厚みが十分に大きく主面から入射した光がシリコン基板を実質的に透過しない太陽電池においては、シリコン基板の厚みに多少のばらつきが生じてもシリコン基板により吸収される光の量はそれほど大きくは変化しない。しかしながら、一方の主面から入射した光がシリコン基板を透過し、他方の主面から出射する程度にシリコン基板の厚みが薄い太陽電池では、シリコン基板の厚みにばらつきが生じると、シリコン基板により吸収される光の量が変化する。その結果、光電変換効率も変化するものと考えられる。
【００３７】
これに鑑み、本実施形態では、ステップＳ２の判定工程において、シリコン基板２４の重量を測定し、測定された重量が予め定められた重量範囲内にあるか否かを判定する。ここで、シリコン基板２４の重さは、シリコン基板２４の平均厚みと相関するため、シリコン基板２４の重量が、予め定められた重量範囲内にある場合には、シリコン基板２４の平均厚みが予め定められた許容厚み範囲内にあるということになる。一方、シリコン基板２４の重量が、予め定められた重量範囲内にない場合には、シリコン基板２４の平均厚みが予め定められた許容厚み範囲内にないということになる。そして、ステップＳ２の判定工程において、シリコン基板２４の重量が、予め定められた重量範囲内にあると判断されたシリコン基板２４を用いて、光電変換部２６の作製が行われる。このため、太陽電池３０を構成するシリコン基板２４の厚みの製造ばらつきを小さくすることができる。その結果、太陽電池３０の光電変換効率の製造ばらつきを小さくすることができる。
【００３８】
シリコン基板２４の平均厚みのばらつきは、ステップＳ１−２やステップＳ１−３などのエッチング工程の影響を受けて生じる可能性がある。したがって、本実施形態のステップＳ２の判定工程およびステップＳ３の選別工程は、ステップＳ１−２やステップＳ１−３などのエッチング処理の後に行うことが好ましい。その結果、ステップＳ２の判定工程およびステップＳ３の選別工程において、エッチング処理の結果の判定を行うことができる。
【００３９】
本実施形態の光電変換効率の製造ばらつきを小さくできる技術は、シリコン基板２４の厚みが２００μｍ以下、エッチング後のシリコン基板２４の厚みが１８０μｍ以下であり、シリコン基板２４に入射した光がシリコン基板２４を透過しやすい場合に特に有効である。
【００４０】
なお、シリコン基板の厚みの製造ばらつきを抑制する方法として、光電変換部を作製する前にシリコン基板の厚みを直接測定する方法を採用することも考えられる。シリコン基板の厚みの測定方法の具体例としては、例えば、触針を用いた接触式の測定方法、レーザーを用いた測定方法などが考えられる。しかしながら、光電変換効率は、シリコン基板の平均厚みと相関するところ、触針やレーザーを用いた厚み測定方法では、シリコン基板の一部分の厚みを測定できるものの、シリコン基板の平均厚みを正確に測定することは困難である。シリコン基板の少なくとも一方の主面がテクスチャ構造を有する場合には、触針やレーザーを用いた厚み測定方法では、シリコン基板の平均厚みの正確な測定がさらに困難となる。従って、製造される太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきを十分に小さくすることは困難である。
【００４１】
それに対して本実施形態では、シリコン基板２４の平均厚みに直接相関するシリコン基板２４の重量を測定する。このため、シリコン基板２４の平均厚みを正確に管理することができる。シリコン基板２４の主面２４ａ、２４ｂの少なくとも一方がテクスチャ構造を有している場合であっても、シリコン基板２４の厚みを正確に管理することができる。その結果、製造される太陽電池の光電変換効率の製造ばらつきを効果的に小さくすることができる。
【００４２】
また、触針を用いた厚み測定方法では、シリコン基板が触針と接触することにより傷つくため、シリコン基板の厚みを全数検査することはできない。それに対してシリコン基板２４の重量を測定する方法であれば、シリコン基板２４を傷つけないため、全数検査することも可能である。
【００４３】
尚、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。例えば、図９に示すように、ステップＳ４の光電変換部作製工程において、シリコン基板２４内にｐ型ドーパントを拡散させてｐ型ドーパント拡散領域２８ｐを形成すると共に、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型ドーパント拡散領域２８ｎを形成することによりシリコン基板２４を作製してもよい。
【００４４】
図１０に示すように、光電変換部２６は、シリコン基板２４の主面２４ｂの上にｐ型半導体層２５ｐ及びｎ型半導体層２５ｎが配されたものであってもよい。また、光電変換部２６は、シリコン基板２４の主面２４ｂに露出するようにｐ型ドーパント拡散領域２８ｐ及びｎ型ドーパント拡散領域２８ｎが設けられたものであってもよい。すなわち、太陽電池は、裏面接合型であってもよい。
【００４５】
太陽電池の製造装置は、電極形成部を有していなくてもよい。
【００４６】
シリコン基板の両主面のいずれもテクスチャ構造を有していなくてもよい。
【００４７】
以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…製造装置
１１…重量測定部
１２…選別部
１３…制御部
１４…光電変換部形成部
１５…電極形成部
２１…シリコンインゴット
２２…シリコン板
２３…シリコン板
２４…シリコン基板
２４ａ、２４ｂ…主面
２５ｎ…ｎ型半導体層
２５ｐ…ｐ型半導体層
２６…光電変換部
２６ａ、２６ｂ…透明導電性酸化物膜
２７ｎ…ｎ側電極
２７ｐ…ｐ側電極
２８ｎ…ｎ型ドーパント拡散領域
２８ｐ…ｐ型ドーパント拡散領域
３０…太陽電池
【図１】
0005874013.tif 000002
【図２】
0005874013.tif 000003
【図３】
0005874013.tif 000004
【図４】
0005874013.tif 000005
【図５】
0005874013.tif 000006
【図６】
0005874013.tif 000007
【図７】
0005874013.tif 000008
【図８】
0005874013.tif 000009
【図９】
0005874013.tif 000010
【図１０】
0005874013.tif 000011