(57)【要約】【課題】基板の分割工程に起因した特性劣化を抑制することができる光起電力装置の製造方法を得ること。【解決手段】半導体基板１の一面側２に第１レーザ光２１を照射することにより、前記半導体基板１を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、前記半導体基板１の一面側２に第２レーザ光２２ｂ、２２ｃを照射することにより、前記半導体接合を前記走査の方向に沿って切断して前記半導体接合の一部を電気的に分離する半導体接合分離加工を行い、前記溝加工または切断加工と、前記半導体接合分離加工とを同一走査中に行う。【選択図】図１
2011253908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機能を有する半導体接合を半導体基板の一面側に形成する半導体接合形成工程と、
前記半導体基板に対してレーザ光を照射しながら前記レーザ光と前記半導体基板とを相対的に走査することにより前記半導体基板を局部的に溶融、蒸発させて前記半導体基板を複数に分割する分割工程と、
を有する光起電力装置の製造方法であって、
前記分割工程では、
前記半導体基板の一面側に第１レーザ光を照射することにより、前記半導体基板を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、
前記半導体基板の一面側に第２レーザ光を照射することにより、前記半導体接合を前記走査の方向に沿って切断して前記半導体接合の一部を電気的に分離する半導体接合分離加工を行い、
前記溝加工または切断加工と、前記半導体接合分離加工とを同一走査中に行うこと、
を特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とのパルス幅が異なること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の一面側における前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との照射位置が、前記走査の方向において異なること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とが、１つのレーザ光を分岐したレーザ光であること、
を特徴とする請求項１又は３に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との波長が異なること、
を特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１レーザ光が基本波であり、
前記第２レーザ光が前記第１レーザ光を波長変換して発生させた高調波であること、
を特徴とする請求項１、２、３又は５のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との照射位置を一部重複させること、
を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板が他面側に導電層を有し、
前記半導体基板の一面側における前記導電層に対応した位置に前記第１レーザ光を照射すること、
を特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置の製造方法に関するものであり、特に、結晶シリコン系半導体基板を分割して得られる光起電力装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光起電力装置である太陽電池セルの製造においては、受光面となる半導体基板の表面にＰＮ接合層を形成し、その表面に受光面電極、光反射率を抑制する構造などを形成する。また、半導体基板の裏面（受光面と反対の面）に裏面電極および裏面電解層などの構造を形成する。そして、このような構成を形成した半導体基板を分割して、各太陽電池セルを得る方法が一般的に行われている。
【０００３】
ここで、半導体基板の分割に関しては、例えば半導体基板の受光面となる表面がステージ面側に対向するように半導体基板を加工ステージ上に固定した状態で半導体基板の裏面側からレーザ光を走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより所定の位置に溝加工を形成し、この分割溝を利用して半導体基板を分割する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような半導体基板の分割においてレーザ光による溝加工によるＰＮ接合層への悪影響を低減するために、表面側のＰＮ接合層に達しない深さで分割溝を形成し、この分割溝を利用して半導体基板を分割する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６０１７号公報（[００１７]−[００２４]、図５〜図７）
【特許文献２】特開２００８−６０２０５号公報（[００２０]−[００２５]、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、レーザ光による溝加工の際に、溝加工面の半導体が溶融・凝固した部分の電気抵抗が下がるため、ＰＮ接合層間の電気抵抗が低下する。この場合、リーク電流が発生し、太陽電池の特性が低下する、という問題があった。また、半導体基板の受光面となる表面側を加工ステージに接触させる必要があり、溝加工の際に、表面に形成された受光面電極、光反射率を抑制する構造などに損傷を与え、太陽電池の特性が劣化する、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の分割工程に起因した特性劣化を抑制することができる光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、発電機能を有する半導体接合を半導体基板の一面側に形成する半導体接合形成工程と、前記半導体基板に対してレーザ光を照射しながら前記レーザ光と前記半導体基板とを相対的に走査することにより前記半導体基板を局部的に溶融、蒸発させて前記半導体基板を複数に分割する分割工程と、を有する光起電力装置の製造方法であって、前記分割工程では、前記半導体基板の一面側に第１レーザ光を照射することにより、前記半導体基板を前記走査の方向に沿って分割するための溝を形成する溝加工または切断加工を行い、前記半導体基板の一面側に第２レーザ光を照射することにより、前記半導体接合を前記走査の方向に沿って切断して前記半導体接合の一部を電気的に分離する半導体接合分離加工を行い、前記溝加工または切断加工と、前記半導体接合分離加工とを同一走査中に行うこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１において分割溝加工が実施された半導体基板の断面形状を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１において分割加工が実施された半導体基板の平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１において切断加工が実施された半導体基板の断面形状を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザのパルス波形を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法において用いるレーザ装置のレーザ光分岐機構を示した構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置による基板分割工程を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態７において切断加工が実施された半導体基板の断面形状を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態７において半導体基板の分割加工が実施された状態を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態８において切断加工が実施された裏面構造を有する半導体基板の断面形状を示す断面図である。
【図１５−１】図１５−１は、本発明の実施の形態９にかかる光起電力装置の断面図である。
【図１５−２】図１５−２は、本発明の実施の形態９にかかる光起電力装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる光起電力装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置１００による基板分割工程を示す模式図である。以下では、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法としてレーザ光の照射により半導体基板を分割する太陽電池の製造方法について説明する。
【００１２】
基板分割対象である半導体基板１としては、例えば、一方の表面に第１導電型層であるＰ層と第２導電型層であるＮ層とからなる発電機能を有するＰＮ接合（半導体接合）が形成された厚さ１００μｍ〜３００μｍ程度のＰ型シリコン基板を用いる。半導体基板１の受光面２は、発電の高効率化のためにテクスチャー構造などが形成されている状態でもよく、さらに電力を取り出す電極が形成された状態でもよい。なお、半導体基板１はこれに限定されず、一方の表面に第１導電型層であるＰ層と第２導電型層であるＮ層とからなるＰＮ接合が形成されたＮ型シリコン基板を用いてもよい。
【００１３】
レーザ装置１００は、レーザ発振器として、第１のレーザ発振器１０ａ、第２のレーザ発振器１０ｂ、第３のレーザ発振器１０ｃを備える。第１のレーザ発振器１０ａから放出された第１のレーザ発振光１１ａは、加工ヘッド１２に入射する。そして、第１のレーザ発振光１１ａは、該加工ヘッド１２において、半導体基板１を分割するための溝を形成する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。
【００１４】
第２のレーザ発振器１０ｂから放出された第２のレーザ発振光１１ｂは、ミラー１９で反射されて加工ヘッド１２に導かれる。そして、第２のレーザ発振光１１ｂは、該加工ヘッド１２において、受光面２の表層に存在するＰＮ接合の一部の分離加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。
【００１５】
第３のレーザ発振器１０ｃから放出された第３のレーザ発振光１１ｃは、ミラー１９で反射されて加工ヘッド１２に導かれる。そして、第３のレーザ発振光１１ｃは、該加工ヘッド１２において、受光面２の表層に存在するＰＮ接合の一部の分離加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｒ２２ｃとして半導体基板１に照射される。
【００１６】
主レーザ光２１は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う。すなわち、主レーザ光２１を半導体基板１に照射することにより該半導体基板１を局部的に溶融、蒸発させることで半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工が行われる。主レーザ光２１としては、半導体基板１の厚みが２００μｍの場合、溝加工の場合は平均出力２０Ｗ程度、切断加工の場合は平均出力４０Ｗ程度以上のパルスレーザ光が用いられる。主レーザ光２１の波長は、半導体基板１に吸収される波長が用いられ、１μｍ程度あるいはそれ以下であれば、シリコンからなる半導体基板１の加工が可能である。主レーザ光２１としては、例えば、パルス固体レーザの基本波および高調波、パルスファイバーレーザの基本波および高調波を用いることができる。また、分割溝幅や切断幅を狭くするために、レーザの横モードはシングルモード近傍が好ましい。
【００１７】
副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、ＰＮ接合一部の分離加工を行う。副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、半導体基板１の受光面２の近傍、数μｍから十数μｍ程度の深さの加工を行うので、主レーザ光２１の１／２から１／２０程度の平均出力でよい。
【００１８】
また、レーザ装置１００は、半導体基板１を固定し、保持するステージ７を備える。半導体基板１は、受光面２をおもて面とし、半導体基板１の受光面と反対側の面（裏面）をステージ７上に接触した状態で真空吸引等により固定される。半導体基板１は、ステージ７の図１における紙面垂直方向への走査によって、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して、相対的に走査される。
【００１９】
ステージ７の走査速度は、上記レーザ光（主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃ）のパスル繰返し周波数、平均出力によって変わるが、およそ１００ｍｍ／ｓから１０００ｍｍ／ｓの速度とされる。
【００２０】
以上のようなレーザ装置１００を用いた実施の形態１にかかる半導体基板１の分割加工においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとは、受光面２の面内において所定の距離だけ離間して半導体基板１に照射される。そして、ステージ７に吸着固定された半導体基板１に対して主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃが照射された状態で、ステージ７を走査させる。
【００２１】
ステージ７の走査により、ステージ７に吸着固定された半導体基板１は、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して相対的に走査され、半導体基板１を走査方向に沿って分割する溝加工あるいは切断加工と、ＰＮ接合の一部を走査方向に沿って切断してＰＮ接合の一部を電気的に分離する分離加工とが同じ走査中に同一方向（走査方向）において行われる。走査中に主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照査位置関係は変わらないので、受光面２の面内における溝加工位置あるいは切断加工位置と、ＰＮ接合の分離加工位置とが一定間隔に保たれた状態で加工ができる。したがって、分割部分の近傍においてＰＮ分離溝加工が行われる。
【００２２】
図２は、実施の形態１において分割溝加工が実施された半導体基板１の断面形状を示す断面図である。図２では、主レーザ光２１による分割溝加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が、半導体基板１の裏面に達していない。また、受光面２の面内における主レーザ光による半導体除去部分３の両側に、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによりＰＮ接合の一部の分離加工が行われてＰＮ分離加工部４が形成されている。このような加工を半導体基板１の全体に施し、主レーザ光による半導体除去部分３を基準に割断することで、図３に示すように半導体基板１を分離することができる。これにより、半導体基板１を複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分割することができる。図３は、実施の形態１において分割加工が実施された半導体基板１の平面図である。ここで、図３における半導体基板１の走査方向は、紙面上下方向である。
【００２３】
図４は、実施の形態１において切断加工が実施された半導体基板１の断面形状を示す断面図である。図４では、主レーザ光２１で切断加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が半導体基板１の裏面に達している。また、受光面２の面内における主レーザ光による半導体除去部分３の両側に、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによりＰＮ接合の一部の分離加工が行われてＰＮ分離加工部４が形成されている。このような加工を半導体基板１の全体に施すことで、図３に示すように半導体基板１を複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分離することができる。
【００２４】
上述した実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の一部の分離加工とを同じ走査中に行う。半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う際に、分割面の半導体が溶融し、凝固した部分の電気抵抗が下がるため、分割面でのＰＮ層間の電気抵抗が下がる。そこで、半導体基板１の面内における溝加工位置あるいは切断加工位置の近傍の表面にＰＮ接合の一部の分離加工を同時に行う。これにより、分割面に半導体が溶融し、凝固した部分があってもＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。
【００２５】
また、実施の形態１においては、半導体基板１の裏面をステージ７上に接触させて受光面２を上面とした状態で受光面側から加工するため、半導体基板１の受光面２側がステージ７に接触することなく、受光面２側の構造を傷つけることがない。これにより、製造された光起電力装置の性能の劣化を抑制できる。
【００２６】
また、実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と、ＰＮ接合の一部の分離加工とを同時に行う。これにより、分割工程とＰＮ接合の分離加工工程とを別個の工程で行わずに済むため、工程が削減できる効果がある。
【００２７】
また、実施の形態１においては、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工と、ＰＮ接合の一部の分離加工とを同一工程で実施することで、分割位置とＰＮ分離加工位置とを一定に保つことができ、溝加工あるいは切断加工と、ＰＮ接合の分離加工との処理毎の位置あわせ工程も不要になる効果がある。
【００２８】
さらに、実施の形態１においては、分割位置とＰＮ分離加工位置を極力短い距離にすることができ、ＰＮ分離加工での発電に有効な面積の減少を極力小さくでき、発電に有効な受光面２の面積を大きく取れる。これにより、製造された光起電力装置の性能の劣化を抑制できる。
【００２９】
したがって、実施の形態１によれば、基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００３０】
なお、上記においては、ステージ７上に半導体基板１を固定し、ステージ７を走査する例を示したが、ステージ７を固定し、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いてレーザ光を走査してもよい。この場合においても、上記と同様の効果を奏する。
【００３１】
また、主レーザ光２１の照射ビームの大きさは、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射ビームの大きさと異なってもよい。
【００３２】
また、半導体基板１のレーザ光に対する走査は、複数回行ってもよく、走査回数に応じて主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの平均出力等を設定すればよい。
【００３３】
また、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの走査回数は異なってもよい。例えば、第１回の走査では主レーザ光２１のみを照射し、第２回目の走査では主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃを照射してよい。
【００３４】
さらに、上記においては、３つのレーザ発振器を用いた場合について説明したが、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃは、１つの発振器から放出されたレーザ光を分岐したものでもよい。
【００３５】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザ光のパルスを示す図である。実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００３６】
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、図５に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の主レーザ光パルス４１と、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの副レーザ光Ｌパルス４２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの副レーザ光Ｒパルス４２ｃとが異なっている点である。図５では、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の主レーザ光パルス４１は主レーザ光パルス幅４３が広く、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの副レーザ光Ｌパルス４２ｂの副レーザ光Ｌパルス幅４４ｂ、および副レーザ光Ｒ２２ｃの副レーザ光Ｒパルス４２ｃの副レーザ光Ｒパルス幅４４ｃが狭い例を示している。
【００３７】
この場合は、溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１は主レーザ光パルス幅４３が広いため、大きなエネルギーが必要でもパルスピークパワーを下げられるので、半導体基板１へのレーザ光照射衝撃によるダメージが抑制できる。一方、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂと副レーザ光Ｒ２２ｃは、パルス幅４４ｂおよび副レーザ光Ｒパルス幅４４ｃが狭いため、小さなエネルギーでパルスピークパワーを大きくすることで、レーザ光照射衝撃によるアブレーション加工によって半導体基板１の表層を浅く削ることができる。
【００３８】
以上のような実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００３９】
また、実施の形態２によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の分離加工とを異なるパルス幅のレーザ光で行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工とに適したパルス幅を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００４０】
上記においては、主レーザ光２１の主レーザ光パルス幅４３が広く、副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃのパルス幅が狭い例について説明したが、レーザ光のパルス波形はこれに限定されない。レーザ出力、波長、パルス繰返し周波数により、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の分離加工とにおいて、前者の深い加工と後者の浅い加工に適したパルス幅を適宜選択可能である。
【００４１】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００４２】
実施の形態３が実施の形態１と異なる点は、図６に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の照射ビーム断面３１が、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの照射ビーム断面３２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射ビーム断面３２ｃよりも、半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している点である。すなわち、加工中の同時刻において、主レーザ光２１の照射位置が、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置よりも半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している。すなわち、主レーザ光２１の照射位置と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置とがステージ７の走査方向に対して異なる。
【００４３】
通常、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工では、半導体基板１がレーザ光を吸収し、半導体基板１のレーザ光照射位置近傍の温度が上昇する。この温度の上昇により、半導体基板１でのレーザ光の吸収率が変化する。そのため、主レーザ光２１の照射位置近傍に、副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃを照射すると、主レーザ光２１の影響で吸収率が変化し、安定な加工ができない可能性がある。
【００４４】
そこで、実施の形態３では、上述したようにレーザ光の照射位置を設定する。これにより、ＰＮ接合の分離加工時に、分割する溝加工あるいは切断加工で受ける熱の影響を抑制でき、ＰＮ接合の分離加工が安定して行える。
【００４５】
また、主レーザ光２１の照射位置近傍では、分割する溝加工あるいは切断加工より時間的に遅れてＰＮ接合の分離加工を行う。このため、分割する溝加工あるいは切断加工時に溶融物が飛散して、ＰＮ接合の分離加工部に付着しても、ＰＮ接合の分離加工時にこの付着物を除去できる。これにより、確実にＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。
【００４６】
上述した主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃとの照射位置の配置は、加工ヘッド１２内での光軸設定を調整することにより行うことができる。また、図７に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１のパルスより時間的に遅れて、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃのパルスを発生させて照射する方法を採用してもよい。この方法でも、主レーザ光２１と副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃとの照射位置の配置の設定が可能である。図７は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法における照射レーザのパルス波形を示す図である。
【００４７】
以上のような実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００４８】
また、実施の形態３によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の一部の分離加工とを走査方向に対して異なる位置で行うことで、ＰＮ接合の分離加工時に、分割する溝加工あるいは切断加工により受ける熱の影響を抑制でき、ＰＮ接合の分離加工が安定して行える。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置２００による基板分割工程を示す模式図である。実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００５０】
実施の形態４が実施の形態１と異なる点は、図８に示すように、レーザ装置２００が１つのレーザ発振器１０を備え、該レーザ発振器１０から放出されたレーザ光をレーザ光分岐機構１３により分岐する点である。すなわち、レーザ発振器１０から放出されたレーザ発振光１１は、レーザ光分岐機構１３に入射する。そして、レーザ発振光１１は、該レーザ光分岐機構１３において、第１のレーザ発振光１１ａ、第２のレーザ発振光１１ｂ、第３のレーザ発振光１１ｃに分岐されて加工ヘッド１２に導かれる。
【００５１】
そして、第１のレーザ発振光１１ａは、加工ヘッド１２において、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。第２のレーザ発振光１１ｂは、加工ヘッド１２において、受光面２の表層に存在するＰＮ接合の一部の分離加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。第３のレーザ発振光１１ｃは、加工ヘッド１２において、受光面２の表層に存在するＰＮ接合の一部の分離加工を行うビーム形状に成型され、副レーザ光Ｌ２２ｃとして半導体基板１に照射される。
【００５２】
半導体基板１は、実施の形態１と同様に受光面２をおもて面とし、半導体基板１の受光面と反対側の面（裏面）をステージ７上に接触した状態で真空吸引等により固定される。半導体基板１は、ステージ７の図８における紙面垂直方向への走査によって、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃに対して、相対的に走査される。
【００５３】
以上のような実施の形態４によれば、基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００５４】
また、実施の形態４によれば、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃを１つのレーザ発振光１１から分岐することで、レーザ発振器の台数を最小限にでき、設備を簡略化でき、コストの低減が図れる。
【００５５】
また、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、同一のレーザ発振器１０から放出されたレーザ光を分岐したものであるため、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの位置関係が安定している。これにより、受光面２における分割面の近傍でのＰＮ分離加工が可能になり、受光面２において発電に有効な面積を大きく取ることができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５にかかる光起電力装置の製造方法では、上記実施の形態１〜４において、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いる。そして、用いるレーザ光の波長以外は、基本的に実施の形態１〜４と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００５７】
以上のような実施の形態５によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００５８】
また、実施の形態５によれば、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の分離加工とを異なる波長のレーザ光で行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工に適した波長を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００５９】
例えば半導体基板１がシリコン基板である場合は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１としては浸透深さの深い１μｍの波長のレーザ光を使用し、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃとしては浸透深さの浅い６００ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いるとよい。特に、ＰＮ接合の分離加工では、レーザ光の必要加工深さ以上の進入による熱変性を防ぐために、６００ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いることが好ましい。
【００６０】
実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態４において主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いる例について説明する。図９は、本発明の実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法において用いるレーザ装置のレーザ光分岐機構を示した構成図である。実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法では、図８に示した構成においてレーザ光分岐機構１３が図９に示す構成を有するレーザ装置を用いて加工を行う。実施の形態６にかかる光起電力装置の製造方法においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとに異なる波長のレーザ光を用いること以外は、基本的に実施の形態４と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００６１】
実施の形態６では、レーザ発振器１０から放出された１つのレーザ発振光１１を基本波とし、レーザ光分岐機構１３内の波長変換結晶１４により、第２高調波１１ｄを発生させる。そして、ダイクロックミラー１７で、第２高調波１１ｄに変換されずに波長変換結晶１４を透過した基本波（レーザ発振光１１）と、波長変換結晶１４で変換された第２高調波１１ｄに分離する。
【００６２】
ダイクロックミラー１７で分離された基本波（レーザ発振光１１）は、第１のレーザ発振光１１ａとして加工ヘッド１２に導かれ、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行うビーム形状に成型され、主レーザ光２１として半導体基板１に照射される。
【００６３】
ダイクロックミラー１７で分離された第２高調波１１ｄは、さらにビームスプリッター１８で２分岐される。そのうちの一方は、ミラー１９で反射して第２のレーザ発振光１１ｂとして加工ヘッド１２に導かれ、副レーザ光Ｌ２２ｂとして半導体基板１に照射される。他方は、そのまま第３のレーザ発振光１１ｃとして加工ヘッド１２に導かれ、副レーザ光Ｒ２２ｃとして半導体基板１に照射される。
【００６４】
レーザ発振器１０として、パルス固体レーザあるいはパルスファイバーレーザを用いると、基本波は波長１μｍ近傍に、第２高調波は５００ｎｍ近傍になる。例えば半導体基板１がシリコン基板である場合は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１としては浸透深さの深い１μｍの波長の基本波を使用し、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃとしては浸透深さの浅い第２高調波を用いるとよい。
【００６５】
以上のような実施の形態６によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００６６】
また、実施の形態６によれば、波長の異なる主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃを１つのレーザ発振光１１から分岐することで、レーザ発振器の台数を最小限にでき、設備を簡略化でき、コストの低減が図れる。
【００６７】
また、主レーザ光２１、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃは、同一のレーザ発振器１０から放出されたレーザ光を分岐したものであるため、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの位置関係が安定している。これにより、受光面２における分割面の近傍でのＰＮ分離加工が可能になり、受光面２において発電に有効な面積を大きく取ることができる。
【００６８】
さらに、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の分離加工とを異なる波長のレーザで行うことで、半導体基板１の厚み方向において前者の深い加工と後者の浅い加工に適した波長を選択できる。これにより、効率的且つ安定した加工を行うことができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００６９】
なお、上記においては、主レーザ光２１と、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの組み合わせとして基本波と第２高調波との組み合わせを示したが、他の組み合わせでも同様の効果を奏する。
【００７０】
実施の形態７．
図１０は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ装置３００による基板分割工程を示す模式図である。レーザ装置３００は、実施の形態１にかかるレーザ装置１００と基本的に同じ構成を有し、実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法においては、基本的に実施の形態１と同じ方法により半導体基板をレーザ光の照射により分割する。
【００７１】
レーザ装置３００がレーザ装置１００と異なる点は、図１０に示すように、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の照射位置と、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置とが一部重複する構成とされていることである。すなわち、実施の形態７では、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の照射位置と、ＰＮ接合の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置とを一部重複させて、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工とＰＮ接合の分離加工とを同時に行う。これにより、半導体基板１の受光面２において半導体基板１の切断面（分割面）に接した領域に対してＰＮ接合の分離加工を行う。
【００７２】
図１１は、実施の形態７において切断加工が実施された半導体基板１の断面形状を示す断面図である。図１１では、主レーザ光２１により切断加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が、半導体基板１の裏面に達している。また、半導体基板１の切断面（分割面）における主レーザ光による半導体除去部分３に連続して、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによりＰＮ接合の一部の分離加工が行われてＰＮ分離加工部４が形成されている。このような加工を半導体基板１の全体に施すことで、図１２に示すように半導体基板１を分離することができる。これにより、半導体基板１を複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分割することができる。図１２は、実施の形態７において半導体基板１の分割加工が実施された状態を示す平面図である。ここで、図１２における半導体基板１の走査方向は、紙面上下方向である。
【００７３】
また、実施の形態７においては、図１３に示すように、実施の形態３と同様に半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行う主レーザ光２１の照射ビーム断面３１が、ＰＮ接合層の一部の分離加工を行う副レーザ光Ｌ２２ｂの照射ビーム断面３２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射ビーム断面３２ｃよりも、半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している。すなわち、加工中の同時刻において、主レーザ光２１の照射位置が、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置よりも半導体基板１の相対移動方向５に対して上流に配置している。図１３は、本発明の実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法におけるレーザ光照射位置を示す平面図である。
【００７４】
通常、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工では、半導体基板１がレーザ光を吸収し、半導体基板１のレーザ光照射位置近傍の温度が上昇する。この温度の上昇により、半導体基板１でのレーザ光の吸収率が変化する。そのため、主レーザ光２１の照射位置近傍に重複して副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃを照射すると、副レーザ光Ｌ２２ｂ、Ｒ２２ｃの吸収率が増加し、主レーザ光２１で溶融した半導体材料がＰＮ接合の分離加工領域に浸透し、正常なＰＮ接合層の分離ができない可能性がある。
【００７５】
そこで、実施の形態７では、上述したように主レーザ光２１の照射位置と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの照射位置と一部重複させるが、主レーザ光２１の照射位置と副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃとの照射時間（タイミング）をずらすことにより、主レーザ光２１で溶融した半導体材料が冷却した後に、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによるＰＮ接合の分離加工を行う。これにより、ＰＮ接合の分離加工時に、分割する溝加工あるいは切断加工で受ける熱の影響を抑制でき、ＰＮ接合の分離加工が安定して行える。
【００７６】
以上のような実施の形態７によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００７７】
また、実施の形態７においては、主レーザ光２１の照射位置と副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃの照射位置とを一部重複させて、半導体基板１の受光面２において半導体基板１の切断面（分割面）に接した領域に対してＰＮ接合の分離加工を行うことで、分割位置とＰＮ分離加工位置を最小距離にすることができ、ＰＮ分離加工での受光面２の面積の減少を最小にでき、発電に有効な受光面２の面積を最大限大きく取れる。これにより、製造された光起電力装置の性能の劣化を抑制できる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００７８】
なお、上記においては、主レーザ光２１により半導体基板１を分割する切断加工を実施する場合を例に説明したが、主レーザ光２１により半導体基板１を分割する溝加工を実施するでも同様の効果を奏する。
【００７９】
実施の形態８．
実施の形態８では、導電性を有する裏面構造（裏面導電層）６を有する半導体基板１の分割加工について説明する。図１４は、実施の形態８において切断加工が実施された裏面構造を有する半導体基板の断面形状を示す断面図である。実施の形態８にかかる半導体基板１は、実施の形態７にかかる光起電力装置の製造方法により分割加工が実施されている。図１４では、主レーザ光２１により切断加工が行われて形成された主レーザ光による半導体除去部分３が、半導体基板１の裏面に達している。また、半導体基板１の裏面に形成された導電性を有する裏面構造６も主レーザ光２１により切断加工が行われて分離されている。これにより、半導体基板１が裏面構造６ごと、複数のセル基板１ａおよびセル基板１ｂに分割されている。
【００８０】
光起電力装置を構成する半導体基板１では、発電の高効率化および電力を取り出すため、受光面２に対応する裏面にも裏面電極および裏面電解層などの導電性を有する裏面構造６を形成している。半導体基板１の分割を行う際に、導電性を有する裏面構造６を同時に切断すると、裏面構造６の導電性の物質の一部が分割面に付着してＰＮ層間の電気抵抗が下がる場合がある。
【００８１】
しかし、実施の形態８によれば、主レーザ光２１は、半導体基板１を分割する溝加工あるいは切断加工を行い、副レーザ光Ｌ２２ｂ、副レーザ光Ｒ２２ｃでＰＮ接合層の分離加工を行う。このため、裏面構造６に含まれる導電性の材料が、主レーザ光２１での加工時に溶け出し、その一部が分割面に付着して分断面のＰＮ接合層の抵抗を下げても、副レーザ光Ｌ２２ｂおよび副レーザ光Ｒ２２ｃによるＰＮ接合の分離加工により分割面に付着した導電性の物質を除去して、ＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。また、分割加工として溝加工を実施した場合も同様である。
【００８２】
以上のような実施の形態８によれば、実施の形態１と同様に基板の分割工程に起因したＰＮ層間の電気抵抗を維持して半導体基板１を分割することができる。これにより、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置を作製することができる。
【００８３】
また、実施の形態８においては、導電性を有する裏面構造６を有する半導体基板１の分割加工においても、分断面へ付着した裏面構造６に含まれる導電性の材料を除去して裏ＰＮ層間の電気抵抗を維持できる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に適用しても同様に効果を得ることができる。
【００８４】
実施の形態９．
図１５−１および図１５−２は、本発明の実施の形態９にかかる光起電力装置を示す図であり、図１５−１は光起電力装置の断面図、図１５−２は光起電力装置の上面図である。図１５−１および図１５−２に示す光起電力装置は、基板表層に第２導電型の不純物元素を拡散した不純物拡散層であるＮ層５１ａを有する第１導電型の半導体基板であるＰ型の半導体基板５１と、半導体基板５１の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜５２と、半導体基板５１の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極５３と、半導体基板５１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面電極５４と、を備える。なお、Ｎ型の半導体基板にＰ層を備える構成としてもよい。
【００８５】
また、受光面側電極５３としては、光起電力装置のグリッド電極５３ａおよびバス電極５３ｂを含み、図１５−１においてはグリッド電極５３ａの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板５１には、基板表面にテクスチャー構造を形成した基板を使用して、光起電力装置を構成している。
【００８６】
つぎに、図１５−１および図１５−２に示す光起電力装置を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な多結晶シリコン基板を用いた光起電力装置の製造工程と同様であるため、特に図示しない。
【００８７】
基板表面にテクスチャー構造を形成した半導体基板５１を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気の存在下で加熱して基板の表面にリンガラスを形成することで半導体基板５１中にリンを拡散させ、半導体基板５１の表層にＮ層５１ａを形成する。これにより、半導体基板５１にＰＮ接合が形成される。
【００８８】
次に、フッ酸溶液中で半導体基板５１のリンガラス層を除去した後、反射防止膜５２としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＮ層５１ａ上に受光面側電極５３の形成領域を除いて形成する。反射防止膜５２の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜５２は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
【００８９】
次に、半導体基板５１の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、半導体基板５１の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極５３と裏面電極５４とを形成する。その後、半導体基板５１を分割して複数のセル基板に分割する。以上のようにして、図１５−１および図１５−２に示す光起電力装置を作製することができる。
【００９０】
実施の形態１〜実施の形態８において説明した基板の分割方法は、上述した光起電力装置の製造方法における半導体基板５１の分割に適用することができる。また、ＰＮ接合を有する半導体基板５１の形成後であれば、電極の形成前に行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、基板の分割工程に起因した特性劣化が抑制された光起電力装置の製造に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１  半導体基板
１ａ  セル基板
１ｂ  セル基板
２  受光面
３  主レーザ光による半導体除去部分
４  ＰＮ分離加工部
５  相対移動方向
６  裏面構造
７  ステージ
１０  レーザ発振器
１０ａ  第１のレーザ発振器
１０ｂ  第２のレーザ発振器
１０ｃ  第３のレーザ発振器
１１  レーザ発振光
１１ａ  第１のレーザ発振光
１１ｂ  第２のレーザ発振光
１１ｃ  第３のレーザ発振光
１１ｄ  第２高調波
１２  加工ヘッド
１３  レーザ光分岐機構
１４  波長変換結晶
１７  ダイクロックミラー
１８  ビームスプリッター
１９  ミラー
２１  主レーザ光
２２ｂ  副レーザ光Ｌ
２２ｃ  副レーザ光Ｒ
３１  主レーザ光の照射ビーム断面
３２ｂ  副レーザ光Ｌの照射ビーム断面
３２ｃ  副レーザ光Ｒの照射ビーム断面
４１  主レーザ光パルス
４２ｂ  副レーザ光Ｌパルス
４２ｃ  副レーザ光Ｒパルス
４３  主レーザ光パルス幅
４４ｂ  副レーザ光Ｌパルス幅
４４ｃ  副レーザ光Ｒパルス幅
５１  半導体基板
５１ａ  Ｎ層
５２  反射防止膜
５３ａ  グリッド電極
５３ｂ  バス電極
５３  受光面側電極
５４  裏面電極
１００  レーザ装置
２００  レーザ装置
３００  レーザ装置
【図１】
2011253908.tif 000003
【図２】
2011253908.tif 000004
【図３】
2011253908.tif 000005
【図４】
2011253908.tif 000006
【図５】
2011253908.tif 000007
【図６】
2011253908.tif 000008
【図７】
2011253908.tif 000009
【図８】
2011253908.tif 000010
【図９】
2011253908.tif 000011
【図１０】
2011253908.tif 000012
【図１１】
2011253908.tif 000013
【図１２】
2011253908.tif 000014
【図１３】
2011253908.tif 000015
【図１４】
2011253908.tif 000016
【図１５−１】
2011253908.tif 000017
【図１５−２】
2011253908.tif 000018