(57)【要約】本発明は、太陽電池の需要を拡大するために、レーザ加工や機械加工などのプロセスを経ることなく、貫通孔（１３Ａ）や切欠部（３１Ｂ）を有する板状シリコン（１１，３１）を低コストで提供することを目的とする。また、得られた板状シリコン（１１，３１）を用いて、意匠性の高い光透過型（シースルー型）の太陽電池、太陽電池モジュール、あるいはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低価格で提供することを目的とする。このため、本発明の板状シリコンの製造方法は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、基板表面に板状シリコン（１１，３１）を結晶成長させながら、板状シリコン（１１，３１）に貫通孔（１３Ａ）および／または切欠部（３１Ｂ）を形成する工程を備えることを特徴とする。
2003072500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの融液に基板を接触させ、該基板表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、前記基板表面に板状シリコン（１１，３１）を結晶成長させながら、該板状シリコン（１１，３１）に貫通孔（１３Ａ）および／または切欠部（３１Ｂ）を形成する工程を備えることを特徴とする板状シリコンの製造方法。
【請求項２】
前記基板が、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項３】
前記基板は、シリコンの融液に接触する面（２２）に突起（２２Ｃ）が周期的に並設され、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部（２２Ａ）および／または切欠部形成部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の板状シリコンの製造方法。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載の製造方法において使用し、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする板状シリコン製造用基板。
【請求項５】
前記貫通孔形成部は、基板表面の凸部（１２Ａ）または凹部（１２Ｅ）であり、凸部（１２Ａ）の高さ寸法または凹部（１２Ｅ）の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコン（１１）の厚さ寸法より大きいことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の板状シリコン製造用基板。
【請求項６】
前記切欠部形成部は、基板表面の凸部（３２Ｂ）または凹部（３２Ｆ）であり、凸部（３２Ｂ）の高さ寸法または凹部（３２Ｆ）の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコン（３１）の厚さ寸法より大きいことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の板状シリコン製造用基板。
【請求項７】
請求の範囲第１項に記載の方法により製造され、貫通孔（１３Ａ）および／または切欠部（３１Ｂ）を有することを特徴とする板状シリコン。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載の方法により製造した板状シリコン（１１，３１）を用いたことを特徴とする太陽電池。
【請求項９】
光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
請求の範囲第８項に記載の太陽電池を用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、シリコンの融液に基板を接触させて、基板の表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法、その製造方法に使用する基板およびその方法により製造される板状シリコンに関する。また、本発明は、その板状シリコンを用いて製造された太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
背景技術
従来、太陽電池は、単結晶シリコンウェハを用いて製造されてきた。しかしながら、単結晶シリコンウェハは、シリコンのインゴットを長時間かけて製造することなどから非常に高価なウェハであり、それから製造される太陽電池も非常に高価である。
一方、近年では、多結晶シリコンを用いたシリコン太陽電池の低コスト化が進み、その生産量の増加は著しい。しかしながら、さらなる太陽電池の普及を考えた場合、一層の低コスト化が必要な状況である。
現在、急速に普及が進んでいる太陽電池に用いられているウェハは、主に多結晶シリコンである。この多結晶シリコンの製造方法は、たとえば、特開平１１−２１１２０号公報に示されるようなキャスト法を用いて製造した多結晶シリコンが多く用いられている。キャスト法では、るつぼ内で溶融したシリコンを、るつぼ底から徐々に冷却を行なうことでシリコンを固化させ、るつぼ底面から成長した長い結晶粒を主体とするインゴット（塊状）を得ている。さらに、このインゴットを薄板状にスライスすることで太陽電池用に使用可能なウェハが完成する。この方法では、スライスによるシリコンの損失が大きいことおよび、スライス工程に費やす時間およびコストが問題となっている。
多結晶シリコンの製造方法として、本発明者らは、スライス工程を必要とせず、低コストで大量生産が可能な板状シリコンの製造方法を特開２００１−２２３１７２号公報で紹介している。上記板状シリコンの製造方法をシリコンに適用した場合、スライス損失をなくし、しかもスライス工程に要する時間を削減でき、低コストで多結晶シリコンの大量生産が可能となる。
太陽電池の低コスト化が急務である一方で、高効率化も必要である。シリコンウェハを用いたシリコン太陽電池の効率を上げる方法として、Ａ．Ｋｒｅｓｓ  ｅｔ  ａｌ．，“１０×１０ｃｍ２  ＳＣＲＥＥＮ  ＰＲＩＮＴＥＤ  ＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＣＥＬＬ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＥＭＩＴＴＥＲ”，Ｐｒｏｃ．２８ｔｈ  ＩＥＥＥ  ＰＶＳＣ  ２０００，ｐｐ．２１３〜２１６に掲載されているように、太陽電池の光入射面に配置された電極による光損失を回避するため、シリコンウェハに孔をあけ、光入射面の電極を裏面側に配置させるという方法が提案されている（エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池）。この方法により、受光面側に電極が存在しないために、電極による光損失をなくし、高効率な太陽電池を得ようとしている。
また、異なった方法でシリコンウェハに孔を形成する太陽電池の研究もなされている。たとえば、Ａｒｎｄ  Ｂｏｕｅｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｌａｔｅｓｔ  ｒｅｓｕｌｔｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ＰＯＷＥＲ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１１，Ｓａｐｐｏｒｏ，Ｈｏｋｋａｉｄｏ，Ｊａｐａｎ，１９９９，ｐｐ．１３５〜１３６に掲載されているように、シリコンウェハの片面に機械的にＶ溝加工を施し、もう一方の面には、それと直交するようにＶ溝加工を施すことで、溝加工部分の谷の部分で貫通孔を形成するという方法が提案されている。この方法によって溝加工を施したシリコンを用いて製造された太陽電池には、貫通孔を有するために光が透過する構造になっており、その透過した光を再利用できるようなセル構造にすることで、より効率の高い太陽電池を得ようとしている。
このような貫通孔を有するような透過型の太陽電池は、住宅用として用いられること以外に、ビルなどの窓や外壁へ用いるなどの新規な需要も見込まれ、今後の太陽電池市場の発展には必要な技術となる。いずれの場合においても、透過型の太陽電池を製造する場合には、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｌａｌｓｋｉ）やＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）などの単結晶ウェハ、キャスト基板、電磁キャスト基板、リボンウェハなどのようなウェハから、ウェハの表面から裏面まで貫通した孔を作製することが必ず必要となる。
しかしながら、通常、太陽電池に用いられる形状のウェハを用いて、貫通した孔を有する太陽電池を製造するには、シリコンウェハにレーザなどで孔をあけるなどの加工が必要となる。そのため、太陽電池を完成するまでのプロセス数が多くなるだけでなく、熱を伴った太陽電池製造プロセスを経ることにより、孔形成時に発生したダメージ層に導入された欠陥の増加により、太陽電池特性の低下を招く虞があることが考えられる。さらに、ウェハに孔を空けるため、シリコンの利用効率も悪くなり、結果として、太陽電池、太陽電池モジュールの価格が高くなる。
さらに、Ａｒｎｄ  Ｂｏｕｅｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｌａｔｅｓｔ  ｒｅｓｕｌｔｓ  ｏｆ  ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ＰＯＷＥＲ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１１，Ｓａｐｐｏｒｏ，Ｈｏｋｋａｉｄｏ，Ｊａｐａｎ，１９９９，ｐｐ．１３５〜１３６に示されたように、機械加工により溝を形成する場合においては、ダイサを用いることで貫通した孔を形成している。本方法においては、シリコンウェハの両面とも機械加工でＶ字溝を形成するために、シリコンの利用効率が非常に悪くなる。さらには、ウェハ両面ともに機械加工によるダメージ層が存在することから、ダメージ層を完全に除去する工程が、さらに必要になる。ダメージ層を完全に除去せず、太陽電池を製造した場合、接合部分でのリークが多くなりセル特性が悪くなることが予想される。また、シリコンウェハの両面からの溝加工のために、シリコンの利用効率の低下、プロセスの増加などにより、結果として、太陽電池、太陽電池モジュールの価格が高くなる。
そこで、太陽電池の需要を拡大できるような、意匠性の高い光透過型（シースルー型）の太陽電池、太陽電池モジュール、あるいはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低コストに提供するためには、レーザ加工や機械加工などのプロセスの増加につながる処理を必要とせず、貫通孔および／または切欠部を有するシリコンウェハ（板状シリコン）を低コストで得ることが必要となる。
発明の開示
本発明者らは鋭意研究の結果、特開２００１−２２３１７２号公報に掲載されている、板状シリコン製造方法で用いられる基板形状を工夫することで、上述の問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の板状シリコンの製造方法は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる方法であって、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成する工程を備えることを特徴とする。この製造方法の実施において、基板は、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有するものが好ましい。また、基板は、シリコンの融液に接触する面に突起が周期的に並設され、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部および／または切欠部形成部が設けられているものが好ましい。
本発明の板状シリコン製造用基板は、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする。貫通孔形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。一方、切欠部形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。
本発明の板状シリコンは、上述の方法により製造され、貫通孔および／または切欠部を有することを特徴とする。また、本発明の太陽電池は、この板状シリコンを用いて製造されたことを特徴とし、光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されているものが好ましい。本発明の太陽電池モジュールは、この太陽電池を用いたことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
（板状シリコン製造用基板）
本発明の板状シリコン製造用基板は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法において使用され、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする。かかる特徴を有する基板を用いることにより、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成することができる。このため、レーザ加工や機械加工などのプロセスなしに、貫通孔、切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することが可能となる。また、この板状シリコンから太陽電池、太陽電池モジュールを製造することで、意匠性の高い、光透過型の太陽電池、太陽電池モジュール、またはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低価格で供給することが可能となり、太陽電池の需要を拡大することができる。
つぎに、図１Ａ〜図１Ｃを用いて、本発明における結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンの製造方法で用いる基板の特徴について説明する。図１Ａは結晶成長により形成された貫通孔１３Ａを有する板状シリコン１１、図１Ｂおよび図１Ｃは上記板状シリコンの成長の際、シリコンの融液に接触させた基板１２ＡＳ、１２ＥＳである。基板は、シリコン成長面に貫通孔形成部１２Ａ、１２Ｅを有している。この基板のシリコン成長面をシリコンの融液に接触させると、後述の理由により、貫通孔形成部に対応した位置に、結晶成長によって形成された貫通孔を形成することが可能である。基板に形成する貫通孔形成部としては、図１Ｂのような凸部１２Ａ、および／または図１Ｃのような凹部１２Ｅを形成すればよい。
図１Ｂのような凸部１２Ａを有する基板をシリコンの融液に接触させた場合、シリコンの融液は大きな表面張力のために凸部１２Ａを覆い尽くすことができず、結果的に貫通孔を有する板状シリコンと凸部１２Ａの上平面に成長したシリコンが得られる。基板からの剥離は容易であり、結晶成長によって形成された貫通孔を有する板状シリコンが容易に得られる。
図１Ｃの基板をシリコンの融液に接触させた場合も同様で、シリコンの融液は大きな表面張力のために凹部１２Ｅを覆い尽くすことができない。そのため、貫通孔を有する板状シリコンと凹部１２Ｅの下平面に成長したシリコンが得られる。基板からの板状シリコンの剥離は容易であり、結晶成長によって形成された貫通孔を有する板状シリコンが容易に得られる。
図１Ｃの凹部１２Ｅの深さ寸法が１ｍｍ程度以上ある場合、幅寸法が５ｍｍ程度以下なら、凹部１２Ｅの下平面にはシリコンの融液が接触せず、その部分にシリコンは成長しない。したがって、この場合には貫通孔を有する板状シリコンのみが得られることになる。結晶成長によって形成された幅寸法が５ｍｍ以上の貫通孔を有する板状シリコンのみを製造するためには、さらに凹部１２Ｅの深さ寸法を大きくすればよい。
図１Ｂの凸部１２Ａ、図１Ｃの凹部１２Ｅによって再現性よく貫通孔を形成するためには、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいことが望ましい。成長させる板状シリコンの厚さ寸法によっても異なるが、貫通孔を再現性よく形成するため、一般には、凸部の高さ寸法および凹部の深さ寸法は１ｍｍ以上であるとより望ましい。
大きな面積の貫通孔形成部として、図１０に示すような閉じた溝のような構造を有する基板１０２Ｓを用いることも可能である。この場合には、閉じた溝１０２Ｈで囲まれた部分の外側に、貫通孔を有する板状シリコンが成長するほかに、内側にも板状シリコンが成長する。内側に成長した板状シリコンは基板からの剥離後、小面積の太陽電池を製造するために用いることができ、あるいは、るつぼに投入することで再利用することもできるため、シリコン原料を有効利用できる。
また、シリコンの融液は温度とともに表面張力が小さくなるため、シリコンの融液の温度が低いほど、貫通孔を有する板状シリコンが形成しやすい。シリコンの融液の温度は、シリコンの融点以上で、かつ、シリコンの融点より５０℃高い温度以下が望ましい。
基板のシリコンの融液に対する濡れ性によっても、貫通孔を有する板状シリコンの製造の容易さが異なる。基板のシリコンの融液に対する濡れ性が高い場合には、シリコンの融液は融液自身の表面張力よりも、基板との界面エネルギーに支配されるため、図１Ｂの凸部１２Ａ、または図１Ｃの凹部１２Ｅを覆いつくしやすくなる。したがって、基板のシリコンの融液に対する濡れ性は低い方が好ましい。濡れ性は、基板の材質だけでなく、基板表面の粗さなどにもよるため、状況に応じて材質、表面粗さなどを変更することが好ましい。
基板の表面粗さを再現性よく制御するために、基板におけるシリコンの融液に接触する面に突起が周期的に並設されている態様が好ましい。突起の大きさは、板状シリコンを分断してしまわない程度が好ましい。たとえば、図２に示すように、基板のシリコン融液に接触する面２２に、突起２２Ｃとして同じ大きさの四角錘を同じ向きに周期的に並べた形状に表面を加工することが好ましい。かかる態様により、板状シリコンの結晶成長の起点を四角錘の先端部近傍に位置させることが可能となる。さらに、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部２２Ａおよび／または切欠部形成部が設けられている態様が好ましい。かかる態様により、板状シリコンの面内均一性を保持することができる。なお、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては貫通孔形成部のみを図示し、基板表面の突起は図示していない。
図１Ａの例では、結晶成長により形成された貫通孔が４つある場合を図示したが、貫通孔の数、形状はこの図に示したものに限定されない。貫通孔の位置、形状、数および大きさなどは、板状シリコンを透過する光の量など、目的に応じて基板の貫通孔形成部を設計することで、適宜選択することができる。また、貫通孔の代りに、図３Ａに示すような、切欠部３１Ｂを有する板状シリコン３１の場合も同様に製造することができる。すなわち、切欠部を有する板状シリコンは、切欠部形成部として図３Ｂに示すような凸部３２Ｂを有する基板３２ＢＳ、または切欠部形成部として図３Ｃに示すような凹部３２Ｆを有する基板３２ＦＳを用いて、同様に製造することができる。
切欠部形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、再現性よく切欠部を形成するため、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。成長させる板状シリコンの厚さ寸法によっても異なるが、切欠部を再現性よく形成するため、一般には、凸部の高さ寸法および凹部の深さ寸法は１ｍｍ以上であるとより望ましい。さらに、１枚の板状シリコン製造用基板が貫通孔形成部と切欠部形成部とを同時に有していてもよい。板状シリコン製造用基板の貫通孔形成部や切欠部形成部の位置、大きさ、形状などを適宜設計することで、任意の形状の貫通孔および切欠部を持つ板状シリコンを製造できる。また、１枚の板状シリコンを成長させるための基板が複数であってもよい。
板状シリコン製造用基板の構造およびその基板を用いて製造した板状シリコンの形状について、さらに、その具体的な実施の形態を、図１６Ａ〜図１９Ｂを用いて説明する。ただし、ここに挙げる基板形状および板状シリコンの形状は単なる一実施形態であり、本発明の範囲はここに挙げた例に限定されない。
図１６Ｂにおける基板１６２は、その基板表面に凹凸構造を有する。すなわち、板状シリコン成長させるための基板１６２には、板状シリコンの成長面に存在する点状の凸部（突起）１６２Ｃ、および凹部１６２Ｄを有する。図１６Ａに示す板状シリコン１６１は、基板１６２の点状の凸部（突起）１６２Ｃの先端部近傍から成長し始めるため、凹部の配列によって、板状シリコン外周部からの切欠部１６１Ｂおよび板状シリコン内部の貫通孔１６１Ａを容易に作製することができる。
このように、基板表面に、直角に交差した溝を形成し、さらに基板表面に貫通孔形成部および切欠部形成部を設けることで、貫通孔および切欠部を有する均一な板状シリコンを容易に製造することができる。得られた板状シリコンに貫通孔および切欠部を形成するのではなく、あらかじめ基板側に、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、得られる板状シリコンに欠陥を導入することなく、貫通孔および切欠部が形成された、所望の板状シリコンを得ることが可能となる。
さらに、図１７における板状シリコン１７１を得るには、図１６Ｂにおける点状の凸部（突起）が線状の凸部（突起）になるような凹凸構造を有する基板を用いることで製造可能となる。板状シリコン１７１は線状の凸部（突起）の先端部近傍から成長し始めるため、凹部の配列によって図１７に示したように板状シリコン１７１を製造することができる。また、基板に、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、板状シリコンの外周部からの切欠部１７１Ｂおよび板状シリコン内部に貫通孔１７１Ａを作製することが可能になる。このように、基板表面に、複数の平行な溝を形成し、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、貫通孔および切欠部を有する均一な板状シリコンを容易に形成することができる。
図１６Ａおよび図１７に示した板状シリコンは、どちらの場合も、基板表面に貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、任意の場所に、貫通孔および切欠部を有する板状シリコンを得ることができる。すなわち、得られる板状シリコンの形状は、基板で制御することが可能となる。また、この板状シリコンの表面は曲面構造を有するように制御することも可能である。
図１８Ｂは、貫通孔形成部１８２Ａおよび切欠部形成部１８２Ｂを有する板状シリコン製造用基板１８２を示す。また、図１８Ａは、その基板を用いて得られた板状シリコン１８１の形状を示す。基板１８２に切欠部形成部１８２Ｂおよび貫通孔形成部１８２Ａを設けることで、基板１８２に対応した位置に切欠部１８１Ｂおよび貫通孔１８１Ａを有する板状シリコン１８１を容易に成長させることが可能となる。このような基板１８２の貫通孔形成部１８２Ａおよび切欠部形成部１８２Ｂは、機械加工で容易に作製可能であるために、所望の形状の板状シリコンを容易に製造することができる。この基板１８２において、ハッチング部１８Ｓｂが板状シリコン１８１の成長面となる。
これまで、１枚の基板から製造された板状シリコンの形状について説明してきたが、複数枚の基板を用いても、同様の形状を有する板状シリコンを得ることが可能となる。図１９Ａおよび図１９Ｂにおいて、複数の基板を用いて一枚の板状シリコンを成長させる場合の例を示す。すなわち、図１９Ｂのように、２つの独立した基板１９２Ｌ，１９２Ｒを用いても、板状シリコンの外周部より内部に向かう切欠部１９１Ｂと貫通孔１９１Ａを有する板状シリコン１９１を得ることができる。基板１９２Ｌおよび基板１９２Ｒは、それぞれは、切欠部分だけを有する基板である。しかしながら、基板１９２Ｌおよび基板１９２Ｒを組合せることで、新たに、貫通孔形成部１９２Ｅと切欠部形成部１９２Ｆが形成される。したがって、複数枚の基板であっても、少なくともどちらか一方の基板に貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有していれば、貫通孔および／または切欠部を有する板状シリコンを製造することができる。
例えば、２枚の基板で考えると、一方の基板には貫通孔形成部または切欠部形成部がなくても、もう一方の基板に孔や切欠部分があればいいことになる。また、基板が複数枚であることの効果として、基板表面上に存在する凹凸と同じ効果をもたらすことも可能となる。これは、個々の基板を完全に密着させずに、少し隙間をあけてもいいことを意味する。基板間に５ｍｍ以上の隙間を空けると、シリコンの表面張力により、１枚の板状シリコンを得にくくなる傾向がある。
さらに、図１１のように５角形の基板を４枚使用することで本発明の板状シリコンを製造することも可能である。図１１では、４個の独立した基板１１２Ｇ，１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊを組合せることで、基板に貫通した孔１１２Ｋを形成することができる。このようにして得られた基板を用いることで、貫通孔１１１Ａを有する板状シリコン１１１を製造することが可能になる。独立した基板１１２Ｇ，１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊは、それぞれが５角形の形状であるが、それら４個を組合せて、１枚の板状シリコン１１１を製造するための基板と考えれば、４個の基板を組合せた基板には、貫通孔１１２Ｋを有することになる。
板状シリコン１１１の貫通孔１１１Ａに対応した基板の貫通孔１１２Ｋは、必ずしも基板を貫通している必要はない。すなわち、板状シリコンが成長しなければ、凹部であっても構わない。貫通した孔にするか、または凹部にするかは、基板表面の材質、形状、融液材料と基板との濡れ性および融液材料の表面張力などによって、決定することが必要である。例えば、融液と濡れ易い材料を基板として用いる場合、凹部より、むしろ貫通した孔の方が好ましい。すなわち、シリコン融液と基板が濡れ易ければ、基板の凹部にまで融液が進入する可能性があるためである。
板状シリコンが成長する基板表面には、図１６Ｂに示すような点状の凸部（突起）などからなる凹凸構造を有することが好ましい。この凹凸構造のピッチ、幅、深さおよび溝形状などは、適宜選択すればよいが、好ましくは、０．５ｍｍピッチ以上５ｍｍピッチ以下であり、さらに好ましくは、１ｍｍピッチ以上３ｍｍピッチ以下である。ここでいうピッチとは、凸部（突起）間の距離のことを指す。これは、０．５ｍｍ以下のピッチでは、得られる板状シリコンの結晶粒が細かくなるために太陽電池を製造した場合のセル特性が悪くなるためである。５ｍｍ以上のピッチでは、結晶粒は大きくなる傾向があるが、製造した板状シリコンの表面凹凸が大きくなり、太陽電池を製造するためにプロセスが増加したり、簡単で低コストなプロセスを用いることが困難になるためである。
また、ピッチの深さは、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。ここでいう深さとは、凸部（突起）の高さ寸法、または凸部と凹部の高低差のことを指す。これは、０．１ｍｍよりも浅いと、結晶核の形成される場所を規定しているにも関わらず、必ずしも凸部（突起）の先端部近傍で結晶核の発生が行なわれないためである。一方、５ｍｍよりも深い溝であると、基板形状に沿った板状シリコンが形成され、その表面凹凸が大きくなり、太陽電池を製造するためにプロセスが増加したり、簡単で低コストなプロセスを用いることが困難になるためである。
また、溝の断面形状は、Ｖ字型の断面、Ｕ字型の断面、台形状の断面であっても構わない。Ｖ字型の断面形状とは、たとえば、図１６Ｂまたは図２０に示すような形状であり、Ｕ字型の断面形状とは、たとえば、図２１のような形状であり、また、台形状の断面形状とは、たとえば、図２２のような形状を指す。
基板自身を金属などで作製した場合は、比較的微細加工は容易であるが、得られる板状シリコンに不純物として取り込まれる可能性も生じる。そのため、基板の材質には、高純度黒鉛を用いることが好ましい。しかし、高純度黒鉛は、黒鉛粒子を固めたものであるため、微細加工には限界がある。この点、凸部（突起）の先端は、必ずしも尖っている必要はなく、丸みを帯びた形状であっても構わない。すなわち、結晶成長の起点となる部分が存在していればよい。以上のように、板状シリコンの剥離面側にある凹凸構造の制御は、基板の表面形状の影響を大きく受け、さらに、融液温度、基板温度、および基板の進行速度などのような基板の浸漬条件にも依存する。
基板の表面は、高純度な被膜が形成されていても良い。被膜材料には、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、熱分解炭素、ダイヤモンドのうち少なくとも１種類の材料で被覆されていることが好ましい。すなわち、基板表面に高純度な被膜が存在することにより、得られる板状シリコンへの基板からの汚染も避けることができる。さらには、基板上の融液と接触する面を被覆する材料を選択することによって、基板表面の凹部への融液の進入を制御することも可能になる。すなわち、シリコン融液に対して、濡れ性の低い材料を用いることで、基板の凹部への進入を防ぐことができるようになる。一方、濡れ性の高い材料を用いると、基板の凹部に融液が進入する可能性が大きくなったり、得られる板状シリコンの凹凸が大きくなったり、基板との剥離が困難になる傾向がある。
しかしながら、濡れ性の高い材質でも、熱分解炭素のように層構造を有する材質を被覆すると、被覆膜自身が剥離することで、基板から板状シリコンを容易に剥離することが可能になる。このように、凹凸構造の最表面の膜材質を適宜選択することで、基板表面上に成長した板状シリコンの剥離面の形状や剥離性を制御することが可能となる。また、基板表面には、複数の被膜が存在していても構わない。たとえば、基板の凸部（突起）には濡れ性の高い材質を、凸部（突起）以外には濡れ性の低い材質で被覆することも可能である。これによって、凸部（突起）は濡れ性が高いために、結晶核が容易に発生し、基板からの抜熱により結晶成長しやすくなる。このとき、凹部は濡れ性が低いために、融液は進入しにくくなる。
凸部（突起）には、ＳｉＣ、ダイヤモンド、熱分解炭素を用いることが好ましい。一方、凹部には、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４を用いることが好ましい。特に、凸部（突起）に用いる被膜は、ＣＶＤ法などの製膜法を用いるのが好ましい。凹部に用いる材質は、ＢＮやＳｉ３Ｎ４などの粒子（粉体）をバインダーと共にポットミルで粉砕・混合したスラリーを吹き付けた後に、乾燥、焼成する方法を用いることが好ましい。基板表面の被覆材料は、１種類以上の材料で被覆するが、その材料の熱膨張係数が極端に異ならない方が好ましい。これは、高温に曝される基板表面と温度制御されている基板側との熱膨張係数の差によって、被膜が剥れないようにするためである。すなわち、２種類以上の材料で被覆するのであれば、被覆膜厚、熱膨張係数および熱伝導率なども考慮し、適宜設計することが好ましい。
（板状シリコンの製造方法）
本発明の板状シリコンの製造方法は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる方法であって、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成する工程を備えることを特徴とする。基板表面に板状シリコンを成長させながら、貫通孔および切欠部を形成するため、レーザ加工および機械加工などのプロセスが必要でなく、貫通孔および切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することができる。
本発明の板状シリコンの製造方法を実施する際に用いる製造装置の一例を図１２に示す。しかしながら、本発明の板状シリコンを得る装置は、これに限定されることはない。図１２に示す製造装置は、板状シリコン１２１を成長させるための基板１２２、るつぼ１２３、シリコンの融液１２４、加熱用ヒータ１２５、るつぼ台１２６、断熱材１２７、るつぼ昇降用台１２８、および基板１２２を固定する軸１２９とからなる。ただし、基板１２２を移動させる手段、るつぼ台１２６を昇降させる手段、加熱用ヒータ１２５を制御する手段、シリコンを追加投入する手段、および真空排気ができるようなチャンバなどの装置の外部については図示していない。
この製造装置は、密閉性の良好なチャンバ内に設置されており、真空排気後に不活性ガスなどでガス置換を行なえる構造とするのが好ましい。このとき、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどを使用することが可能であるが、コスト面を考慮するとアルゴンがより好ましく、循環システムを構築しておくことが、より低コスト化に繋がる。また、酸素成分を含むガスを用いると、シリコン酸化物が生成し、基板表面やチャンバ壁に付着するため、酸素成分はできる限り除去する必要がある。さらには、ガスの循環システムには、フィルタなどを通して、シリコン酸化物の粒子の除去を行なうことが好ましい。
図１２に示すように、シリコンの融液の温度以下の基板１２２が、図中左側から、るつぼ１２３中にあるシリコンの融液１２４中に進入し、シリコンの融液１２４に浸漬される。このとき、シリコンの融液は、融点以上に加熱用ヒータ１２５で保持されている。融液温度の調節と、チャンバ内の雰囲気温度と、基板１２２の温度を厳密に制御できるような装置構成にすることが、板状シリコンの製造の再現性をよくする点で好ましい。
基板の材質は、特に限定されないが、熱伝導性のよい材料および耐熱性に優れた材料であることが好ましく、より好ましくは高純度処理などが施された黒鉛が好ましい。たとえば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、金属なども使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すればよい。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。基板の材質は、工業的に安価であること、得られる板状シリコンの品質などの種々の特性を考慮し、融液材料と基板の組合せは、適宜選択することが可能である。さらに、基板に金属を用いる場合、基板の融点以下の温度で使用し、得られた板状シリコンの特性にさほど影響を与えなければ、材質は特に問題はない。温度制御を容易にするには、銅製の基板を用いると好都合である。
基板の冷却手段は、大きく分けると、自然放冷、直接冷却と間接冷却の３種類が考えられる。自然放冷とは、特別な冷却手段を用いずに、浸漬直後で高温の基板および板状シリコンが輻射熱を放出してその温度を下げることである。装置構成が簡単になるという利点を有する。直接冷却は、基板に直接ガスを吹きかけて冷却する手段である。間接冷却は、基板を間接的にガスもしくは液体により冷却する手段である。冷却ガスの種類は特に限定されないが、板状シリコンの酸化を防ぐ目的で、不活性ガスである窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることが好ましい。特に、冷却能力を考慮すると、ヘリウムまたはヘリウムと窒素との混合ガスが好ましいが、コストを考慮すると窒素が好ましい。冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらなるコスト低減を図ることができ、結果として安価な板状シリコンを提供できることになる。
さらに、基板を加熱することができる機構を有することもできる。シリコン融液中へ進入した基板は、その基板表面に板状シリコンが成長する。その後、基板は融液から脱出するが、基板側はシリコン融液から熱を受け、基板の温度が上昇する傾向にある。したがって、その基板を同じ温度でシリコン融液へ浸漬させようとすると、基板の温度を下げるための冷却機構が必要である。一方、直接冷却または間接冷却でも、冷却速度すなわち基板温度を随時制御するのは困難であるため、加熱機構を有することが好ましい。すなわち、一度シリコン融液から脱出した基板は、冷却機構で冷却され、つぎにシリコン融液に浸漬される前までに、加熱機構を用いて、基板の温度制御を行なうことが好ましい。加熱機構は、高周波誘導加熱方式でも、抵抗加熱方式でも構わない。ただし、シリコンの融液状態を保持するための加熱用ヒータに影響を与えない方がよい。冷却機構と加熱機構を併用することで、板状シリコンの製造の安定性は、格段に向上する。
融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対もしくは、放射温度計などで制御可能である。融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的だが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入されるためにあまり好ましくない。また、融液の温度を融点近傍で設定していると、上記保護管が融液に接することでシリコンの湯面が凝固を起こす可能性がある。したがって、るつぼなどに熱電対を装入する際、熱電対がシリコンの融液と直接接することがないようにするなどして、間接的に温度を制御することが好ましい。
融液が入ったるつぼ１２３は、断熱材１２７の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、るつぼ底からの抜熱を抑制するために用いられている。その断熱材１２７の上には、るつぼ台１２６が設置されている。このるつぼ台１２６には、るつぼ昇降軸１２８が接続されており、昇降機構が設けられていることが必要である。これは、基板１２２上で板状シリコンを成長させるため、融液の増減に関わらず常に基板１２２が融液１２４に、同じ深さで浸漬されていることが好ましいためである。
板状シリコンの製造とともに、るつぼ内のシリコンは減っていくので、適時シリコンをるつぼに補充する必要がある。シリコンをるつぼに補充する方法として、シリコンの多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能であり、特に限定されない。ただし、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面、を乱すと、そのときに発生する波形状が、得られる板状シリコンの融液面側に反映され、得られるシートの均一性を損なう可能性があるためである。
つぎに、図１２に示す板状シリコンの製造装置を例として取り上げ、本発明の板状シリコンの製造方法について説明する。まず、得られる板状シリコンの比抵抗が、たとえば２Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン塊を、高純度の黒鉛などからなるるつぼ１２３に充填する。つぎに、るつぼ１２３を、図１２に示すような装置内に設置する。つづいて、チャンバ内の真空引きを行ない、チャンバ内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバ内にアルゴンガスなどを導入し、常に１０Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりアルゴンガスを流したままにする。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。
つぎに、シリコン溶融用のヒータ１２５の温度を１５００℃に設定し、るつぼ１２３内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶融することで液面が低くなることから、シリコンの融液１２４の湯面が、るつぼ１２３の上面から１ｃｍ下の位置になるように、新たにシリコン粉末を投入する。シリコン溶融用のヒータは、一度に１５００℃に上げるのではなく、１３００℃位まで１０〜５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その後、所定温度まで上げるのが好ましい。これは、急激に温度を上げると熱応力がるつぼの角部などに集中的にかかり、るつぼの破損に繋がる虞があるためである。
その後、シリコンの融液の温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図り、るつぼ昇降機構１２８を用いて、るつぼ１２３を所定の位置に移動させる。このときのシリコンの融液の温度は、１４１０℃以上、１５００℃以下が好ましい。シリコンの融点が１４１０℃付近であるため、１４１０℃以下に設定すると、るつぼの壁から徐々に湯面が固まってくるためである。また、１５００℃以上に設定すると、得られる板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪く、好ましくないためである。
つぎに、板状シリコン１２１を成長させるため、板状シリコン製造用基板１２２を、図１２の矢印のように左側から右側へ移動させる。このとき、基板１２２の結晶成長面側をシリコンの融液１２４に接触させながら移動させる。このように、基板１２２の結晶成長面がシリコンの融液１２４に接することで、板状シリコン１２１が形成される。特に、シリコンの融液への進入時の基板の表面温度は、１００℃以上、１１００℃以下が好ましい。
これは、基板の温度が１００℃未満であると、安定した制御が困難となるからである。すなわち、連続生産する場合、チャンバ内で、浸漬待ちの基板はシリコンの融液からの輻射熱を受け、常に１００℃未満の一定温度に維持することが困難となり、得られる板状シリコンの品質にばらつきが生じることに繋がるためである。また、基板の温度が１１００℃より高温であると、板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなり好ましくないためである。
基板の温度を調整するには、冷却機構と加熱機構の両方を備えている方が好ましい。これらの機構を設けることで、生産性が向上するだけでなく、製品の歩留まり向上、さらには品質の安定化を図ることができる。
（板状シリコン）
本発明の板状シリコンは、上述の方法により製造され、貫通孔および／または切欠部を有することを特徴とする。シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら貫通孔および切欠部を形成するため、レーザ加工によって生じる欠陥が導入されず、シリコン結晶の品質の低下を招くことがない。また、材料の利用効率が向上し、低価格な板状シリコンを提供できる。さらに、貫通孔や切欠部があることで、意匠性の高い太陽電池を提供できる。
図１４の例において、板状シリコン１４１には貫通孔１４１Ａがあり、また、図１５の例において、板状シリコン１５１には、板状シリコンの外周部から内部に向かう切欠部１５１Ｂがある。図１４では、板状シリコン内部に貫通孔が１つある例を示したが、孔の数、形状はこの図に示した限りではない。貫通孔１４１Ａの形状、数およびサイズなどは、板状シリコンを透過する光の量および板状シリコンの強度、すなわち厚さなどにも依存する。しかしながら、光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その目的に応じて、板状シリコン表面の面積と開口部分の面積を適宜選択することで意匠性に優れた太陽電池を製造することが可能となる。図１４において、ハッチング部１４Ｓａが太陽電池として発電する領域となり、開口部分の孔１４１Ａが非発電領域となる。
すなわち、板状シリコン１４１表面の開口部分の面積（貫通孔１４１Ａの断面積）が大きくなれば、太陽電池の出力は低下するが、反対に、透過光は多くなる。逆に、板状シリコン１４１表面の開口部分の面積が小さくなれば、太陽電池の出力は向上するが、透過光は少なくなる。このように、光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その用途・目的に応じて、孔の形状、数およびサイズを選択すればよいことになる。
また、図１５では板状シリコン外周部から内部に向かって切欠部が１つある板状シリコンを示したが、切欠部の数および形状はこの限りではなく、かつ、貫通孔と切欠部を同時に有する板状シリコンも本発明に含まれる。すなわち、切欠部の形状、数およびサイズなどは、板状シリコンを透過する光の量および板状シリコンの強度、すなわち厚さなどにも依存する。光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その目的に応じて、板状シリコン表面の面積と開口部分の面積を適宜選択する必要がある。ただし、図１４の貫通孔と同じ開口部分の面積であっても、切欠部だけで開口部が形成されていると、板状シリコンの強度が低下することに繋がる。そのため、開口部分の面積の大きな板状シリコンを製造する場合には、貫通孔を空けることで対応する方がより好ましい。
通常、太陽電池に用いるシリコンの厚さは３００μｍ程度であり、本発明の板状シリコンの厚さも同程度が好ましい。さらに好ましくは２５０μｍ程度である。しかしながら、厚さが薄くなればなるほど、機械的強度が弱くなるために、透過光量を考慮して、欠損部の数、形状および大きさを適宜選択する必要がある。
（太陽電池）
本発明の太陽電池は、上述の方法により製造した板状シリコンを用いたことを特徴とする。このため、本発明の太陽電池は、シリコンの利用効率が高く、安価である。本発明の太陽電池について、結晶成長により形成された貫通孔を有する太陽電池を例に取り上げ、図４Ａと図４Ｈを用いて説明する。
図４Ａは、本発明の製造方法で得られ、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンの斜視図である。また、図４Ｈは、その板状シリコンから製造された太陽電池の断面図である。この太陽電池は、光入射側から、受光面電極４４、反射防止膜４５、第２の導電型を示す拡散層４６、第１の導電型を示す板状シリコン４１、裏面電極４８とからなる、シースルータイプ（光透過型）の太陽電池である。さらに、この太陽電池には、貫通孔４３Ａが１箇所空いている。このような太陽電池では、入射光の一部は、貫通孔４３Ａを通過することになり、太陽電池の裏面側にも光が届くことになる。このように、板状シリコン自身に貫通孔が空いているために、レーザ加工などを施すことなく、シースルータイプの太陽電池が製造できる。
本発明の太陽電池は、光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されているものが好ましい。図５Ｈは、本発明の太陽電池の断面図である。この太陽電池は、本発明の製造方法で得られ、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンを用いて製造され、光入射面側に電極を持たない。本発明による板状シリコンは、貫通孔を有しているために、拡散層５６に設ける電極５４を裏面側に回すことが可能で、エミッタ・ラップ・スルー型の太陽電池を製造することが可能となる。
図４Ｈの受光面電極４４と、図５Ｈの拡散層に設ける電極５４は、どちらも第２の導電型を示す拡散層に設けられた電極であるが、両者の構造の差異は、電極が太陽電池の受光面側にあるか、裏面側にあるかである。図４Ｈのように、受光面側の第２の導電型の拡散層に電極が形成されていると、電極が形成されている部分は、発電に寄与しない。一方、図５Ｈにあるような、電極が裏面側で第２の導電型の拡散層と接触している場合は、入射光をロスすることがなくなり、太陽光の有効利用が図れることになる。したがって、得られる出力も大きくなる。さらに、人の目に触れる受光面側に電極が見えないため、意匠性にすぐれた太陽電池を提供することが可能になる。後述のように、上記電極を太陽光の入射側に設けるか、裏面側に設けるかによって、太陽電池のセルプロセスも若干変更を要することになる。
さらには、図６Ｈのような断面構造を有する太陽電池であっても、光透過型かつエミッタ・ラップ・スルー型の太陽電池を製造可能である。すなわち、板状シリコンにある貫通孔の側面（内面）に筒状に電極６４を配置することも可能である。これによると、図４Ｈにあるような構造の太陽電池と比較すると、受光面電極部分でのロスが少なくなり、太陽電池特性が良くなる。一方で、図５Ｈにある、ような構造の太陽電池よりも、透過光量が少なくなる。これは、板状シリコンの貫通孔の内面に電極を設けているために生じるが、筒状の電極厚さを変更すれば、透過光量を容易に制御することが可能となる。極端な例では、貫通孔すべてを埋めるような電極を形成すれば、透過光は無くなる。こうすることで、シリーズ抵抗の低減を図ることができ、太陽電池の特性は良くなる。図４Ｈ、図５Ｈと図６Ｈに示すように、電極の形成場所によって、太陽電池の特性や透過光量を制御できるため、目的にあった太陽電池を容易に製造することが可能となる。
つぎに、図４Ｈに示すような、貫通孔を有する板状シリコンの受光面側にｎ側電極を設けた太陽電池の製造方法について説明する。なお、通常、住宅用などに用いられている太陽電池は、ｐ型板状シリコンに、第２の導電型（ｎ層）を付与している。ここでも、板状シリコンの第１の導電型をｐ型とし、第２の導電型をｎ型として、説明する。
まず、図４Ａに示すような、貫通孔４３Ａを有する板状シリコン４１を、ＲＣＡ洗浄などの方法を用いて洗浄する（図４Ｂ）。つぎに、板状シリコンの裏面を上にしてスピンコータにセットし、ＴＧ（ｔｉｔａｎａｔｅ  ｇｌａｓｓ）液を塗付する（図４Ｃ）。ＴＧ液とは、テトラ−ｉ−プロポキシチタンとアルコールなどを混合した液である。このときＴＧ液は板状シリコンの側面および貫通孔を通じて受光面側にも一部まわりこむ。塗付後、ＴＧ液を乾燥させる。
つぎに、リンを含有するシリケートガラスなどを用いた固相拡散では、板状シリコン表面にＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）液を滴下し、スピンコートにより、表面に均一な厚さのＰＳＧ膜を形成する（図４Ｄ）。その後、ＰＳＧ膜を乾燥・焼成することで、ＰＳＧ膜に含まれるリンをシリコンに拡散させることで、拡散層４６を板状シリコンの受光面に形成する（図４Ｅ）。つづいて、エッチング処理を用いてＰＳＧ膜およびＴＧ膜を除去する（図４Ｆ）。
つぎに、プラズマＣＶＤ法を用いて、板状シリコンの受光面に反射防止膜４５となるシリコン窒化膜を堆積する（図４Ｇ）。その後、スクリーン印刷法を用いて、裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷する（図示せず。）。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成する。つづいて、スクリーン印刷法を用いて、裏面にアルミペーストを印刷する。このアルミペーストは上記配線用電極を避けた位置に印刷する。これを乾燥・焼成し、裏面電極４８およびＢＳＦ層を形成する。
つぎに、スクリーン印刷法を用いて、受光面の反射防止膜４５の表面に銀ペーストを印刷する。銀電極は、たとえば魚骨型などのパターンで形成することが、銀電極の影となって光が照射されない部分を極力減らして太陽電池の発電効率を向上できる点で好ましい。また、貫通孔を避けた位置に銀電極を形成することが、裏面ｐ層との電気的な短絡を防止する点で好ましい。これを乾燥・焼成することで、反射防止膜を突き抜けてｎ層と接触した銀電極を形成し、太陽電池が完成する（図４Ｈ）。
つぎに、受光面には電極がなく裏面のみに電極を形成した光透過型の太陽電池の製造方法について説明する。図５Ａにあるような、１個の貫通孔５３Ａが存在する板状シリコン５１を、まず、洗浄する（図５Ｂ）。これは、第１の導電型を有する板状シリコンの表面に存在する有機物や金属イオンなどを除去し、清浄な表面を出すために行なう。つぎに、板状シリコン表面の反射率を低減する目的で、アルカリエッチングや酸エッチングを行なう。この処理により、板状シリコン表面に微細な凹凸を形成できる。その後、第２の導電型を付与する。第２の導電型を付与する場合、気相拡散と固相拡散の方法が挙げられる。
また、図５Ａにあるような貫通孔を有する板状シリコンには、気相拡散を用いることができる。具体的には、オキシ三塩化リン（ＰＯＣｌ３）などを用いた気相拡散を用いれば、太陽電池の受光面となる面だけでなく、板状シリコン表面すべてにｎ層５６が形成される（図５Ｃ）。つぎに、上記拡散工程でｎ層の表面に形成されたリンシリケイトガラスをフッ酸でエッチング除去する。つぎに、太陽電池の特性向上のために受光面側に反射防止膜５５を形成する（図５Ｄ）。反射防止膜は、入射する光を反射させずにできるだけ多くの太陽光を太陽電池に取り込むために設ける膜で、酸化チタン膜、窒化シリコン膜、フッ化マグネシウム膜、酸化ケイ素膜などを用いることができる。これらの膜は、単膜で用いても構わないし、２種類以上の複合膜構造とすることも可能である。この中でも、特に、窒化シリコン膜が好ましい。これは、プラズマＣＶＤ法で製膜することができ、水素が板状シリコンの欠陥などを終端し、セル特性も向上するためである。
つぎに、ｎ層を部分的に除去するために、反射防止膜および裏面側のｎ層表面に耐酸性のある粘着テープ５Ｆｆ，５Ｆｒを貼り付ける（図５Ｅ）。裏面側のｎ層表面には、後述の工程にてｎ側電極が形成されるパターンになるように上記粘着テープを貼り付ける。一方、反射防止膜上にはその全面に粘着テープを貼り付ける。反射防止膜にも粘着テープを貼るのは、この粘着テープがなければ貫通孔を通してエッチング液が裏面側に回り込み，貫通孔の近傍において裏面側に貼り付けた粘着テープと裏面側ｎ層との間でのサイドエッチングが生じるのを防ぐためである。
つぎに、硝酸とフッ酸との混合水溶液を用いて、上記粘着テープを貼らなかった部分のｎ層をエッチング除去した（図５Ｆ）。その後、粘着テープをはがし、アセトンなどの有機溶媒を用いて洗浄した。つづいて、配線用電極を形成するために、銀ペーストを板状シリコンの裏面側の所定の部分に印刷焼成法で形成した（図示せず。）。配線用電極を形成するのは、ｐ側電極はアルミを主成分としていることから、後述の太陽電池間の接続配線のためのはんだ付けがうまくいかないためである。配線用電極の印刷位置は、複数の太陽電池間の電気的な接続のために都合のよい位置を選ぶことができる。
つぎに、上記配線用電極の位置を避けてｐ側電極５８を形成する（図５Ｇ）。低コストなプロセスを用いる場合には、スクリーン印刷法を用いて、アルミペーストを印刷する。このとき、ｎ層が除去されてｐ型板状シリコンが露出する部分に対応した部分が開口したスクリーンマスクを用いることで、所望の位置にアルミペーストを印刷することができる。ただし、アルミペーストがｎ層と接触しないように、ｎ層とｐ層との境界からある程度のマージンをもって離した場所にアルミペーストを印刷する。
スクリーン印刷機は、板状シリコンの撮像のためのカメラ、画像認識のためのコンピュータ、板状シリコンの印刷位置の微調整が可能な試料台を有する。貫通孔をターゲットマークとして用いて、貫通孔の位置とスクリーンマスクの位置合せを行なうことができる。つぎに、印刷されたアルミペーストを乾燥・焼成することでｐ側電極およびｐ＋層を同時に形成する。その後、上記の工程でパターニングされた裏面側のｎ層に接続するｎ側電極を形成する。このｎ側電極は、銀を主成分とした電極が好ましい。具体的には、まず、ｎ側電極は銀ペーストをスクリーン印刷にて塗布する。ｐ側電極をｎ側電極と同一平面に形成するために、ｎ側電極をｐ層およびｐ側電極と接触しないように、ｎ層とｐ層との境界からある程度のマージンをもって離した場所に銀ペーストを印刷する必要がある。最後に、銀ペーストを乾燥・焼成することで、ｎ側電極５４を形成し、太陽電池が完成する（図５Ｈ）。
図６Ｈにあるような構造の太陽電池の場合、板状シリコン６１の貫通孔６３Ａの内面にもｎ側電極６４が形成されている。貫通孔６３Ａの内面には、第２の導電型のｎ層６６が形成され、反射防止膜６５とｐ側電極６８を有する。図６Ｅにおいては、図５Ｅと同様に粘着テープ６Ｆｆ，６Ｆｒを使用している。このように貫通孔の内面に電極を設ける場合は、スクリーン印刷法を用いることが可能である。この場合、スクリーン印刷において銀ペーストは裏面ｎ層上のみならず貫通孔の側面にも印刷塗付される。その後の焼成工程において、ｎ側電極は貫通孔側面に形成された反射防止膜を突き抜けてｎ層と接触する。したがって、図５Ｈの構造に比べると、少数キャリアがｎ層内をｎ側電極まで流れる距離が短くなり、直列抵抗値が小さくなるという点で好ましい。
また、スクリーン印刷法に換えて、スプレー方式で電極を形成する方法を用いることができる。特に、貫通孔の内部にスプレーヘッドを挿入し、電極材料を噴霧し、焼成・乾燥することで電極を形成することができる。このとき、受光面に銀ペーストが付着しないように、上記電極材料の噴霧工程の前に、貫通孔の受光面側を覆うように保護粘着テープを貼るとよい。電極の厚さを適宜変更することで、透過光量を調節することができ、意匠性の高い太陽電池を製造することが可能となる。
なお、ｎ層形成プロセスとして上記に説明した気相拡散、固相拡散は、ｎ側電極を受光面、裏面のどちらに形成する場合にも用いることができることはいうまでもない。リンを含有するシリケートガラス（ＰＳＧ液）などを用いた固相拡散では、板状シリコン表面にＰＳＧ液を滴下し、スピンコートにより、表面に均一な厚さのＰＳＧ膜を形成する。その後、ＰＳＧ膜を乾燥・焼成することで、ｎ層を形成しようとする方法である。
しかしながら、板状シリコンには、厚さ方向に貫通する欠損部（貫通孔または切欠部）を有しているために、スピンナの吸着面には、欠損部と一致するような突起部を設けることが必要となる。このような突起部を設けることで、ｎ層の形成する領域を制御することが可能となる。特に、突起部は、ＰＳＧ液を弾くような材質にするのが好ましい。板状シリコンのスピンナとの接触面には、アルミニウムとゴムを併用することで、吸着性を向上させているために、突起部もアルミニウムとすることが好ましい。さらに、撥液性を向上さるために、その突起部には、微細な凹凸を設けることがより好ましい。このような方法で製造すると、太陽電池の受光面側にのみ、ｎ層を形成することが可能となる。また、ここまで、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンについて重点的に述べてきたが、結晶成長により形成された切欠部を有する板状シリコンについても、シースルー型太陽電池、光入射面の裏面および／または側面に電極を形成したエミッタ・ラップ・アラウンド型太陽電池を容易に製造することが可能となる。ここでいうエミッタ・ラップ・アラウンド型太陽電池とは、エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の貫通孔が、板状シリコンの端部と交叉したものの一種と考えられ、エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の一種である。
（太陽電池モジュール）
本発明の太陽電池モジュールは、上述の太陽電池を用いたことを特徴とする。上述の太陽電池は、シリコンの利用効率が高く、低価格である。したがって、低価格の太陽電池モジュールを得ることができる。まず、図７Ａおよび図７Ｂに、９つの貫通孔７３Ａを有する板状シリコン７１を用いて製造した複数のエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の裏面の平面図を示し、電気的に配線する工程について説明する。図７Ｂは、図７ＡにおけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢで切断したときの断面図を示す。この太陽電池は、ｐ側電極７８、ｎ層７６、反射防止膜７５を有する。
まず、ディップ法により、配線用電極７９およびｎ側電極７４に、はんだコートをした。つぎに、図８のように、太陽電池の裏面を上向きにして並べ、太陽電池のｐ側電極上の配線用電極と、隣接する太陽電池のｎ側電極とにまたがるように、銅片８９Ｂを渡した。１つの列には太陽電池を同じ向きに並べ，隣接する列には左右逆向きに太陽電池を並べ、二つの列の一端に位置する二つの太陽電池の間に銅片８９Ａを渡した。最も端に位置する太陽電池の場合、銅片８９Ｐ，８９Ｎはモジュール８３Ｔの外部への取り出し電極となる。
つぎに、太陽電池および銅片を、１９０〜２００℃に温度制御された窒素雰囲気中の電気炉内に１分間通した。この１回の熱処理によって、太陽電池のｎ側電極と銅片、および太陽電池の配線用電極と銅片とをはんだ付けすることができる。銅片は厚さが小さいものを用いる方が、太陽電池モジュールを構成する封止材の厚さを小さくできる点で好ましく、たとえば３５μｍ厚の銅箔を用いることができる。また、図８では銅片８９Ｂは２枚の太陽電池の間に１枚となるように示したが，複数枚の小片に分けてもよい。
さらに、銅片自体にも貫通孔を設け、銅片の表面にあたった光の一部を裏面に透過できるようにしてもよい。複数の太陽電池の配置の間隔を任意に設計することで、太陽電池モジュールの光透過率を設計することもできる。セル間配線工程においては、バイパスダイオードを併用することもできる。太陽電池の一部が影になった場合には、逆耐電圧以上の電圧が太陽電池に印加され、電気的に破損される可能性がある。バイパスダイオードを太陽電池と並列接続することで、影になった太陽電池に逆電圧がかからないようにできるため、太陽電池が破損することを防止できる。
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。太陽電池モジュールは、透光性基板９１１Ａ、９１１Ｃと、封止材９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃと、銅片９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｐ、９９Ｎ、複数の太陽電池９３Ｔとからなる。透光性基板９１１Ａは、白板強化ガラスが用いられる。特に、透光性基板には、光透過性がよく、耐候性に優れ、傷やほこりがつきにくく、水蒸気透過率が小さい材料がより望ましい。なお、ガラスに代わり、アクリル、ポリカーボネート、シリコン樹脂またはフッ素樹脂などを用いてもよい。また、発電効率より意匠性を重視する場合、２枚の透光性基板のうち少なくとも１枚は着色したものを用いてもよい。
封止材９１０Ａ、９１０Ｃは、耐湿性に優れたシート状のＥＶＡ樹脂（エチレンとビニルアルコールとの共重合体）が用いられる。封止材には、光透過性に優れ、太陽電池や他の構成部材との密着性がよく、絶縁耐性が高い材料がより好ましい。なお、ＥＶＡ樹脂に代わり、紫外線劣化の少ないＰＶＢ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  Ｂｕｔｙｒａｌ）などを用いてもよい。
載置される順は、図９Ｂに示すように、透光性基板９１１Ｃ、封止材９１０Ｃ、電気的に配線された複数の太陽電池９３Ｔ、封止材９１０Ａおよび透光性基板９１１Ａである（以下、「被成型体」）という。）。封止材９１０Ａ、９１０Ｃは透光性基板と略同じ主表面形状を持つ。透光性基板の四周に載置された封止材９１０Ｂは、太陽電池と配線された銅片の厚さとを合わせた厚さと略同じ厚さを持つことが好ましい。後述のラミネート工程において、プレスの圧力が太陽電池に過剰にはかからないようにして、太陽電池の割れを防ぐためである。
また、プレス時に過剰な圧力が太陽電池にかからないようにするために、太陽電池の間に適宜スペーサを設けてもよい。スペーサは太陽電池と銅片とのそれぞれの厚さを合わせた厚さと略同じ厚さを持つことが好ましい。さらに、スペーサは透光性であっても不透明であってもよく、また、着色されたものでもよい。シースルー太陽電池モジュールの光透過量を大きくする場合は、透明なものを用いるとよい。着色されたスペーサを用いれば、太陽電池モジュールの美観を変えることができる。着色された透明なスペーサを用いれば，さらに透過光を部分的に着色した色に変えて意匠的な効果を得ることができる。スペーサの材料としては、たとえばガラスを用いることができる。また、太陽電池の貫通孔または切欠部が形成された部分にスペーサを設けてもよい。
太陽電池モジュールは、真空中で加熱しながら加圧成型する、いわゆるラミネート法で製造され、この方法には通常のラミネート装置が用いられる。ラミネート装置は、被成型体を載置する載置台、これに対して開閉自在な開閉台、真空装置および加熱装置からなる。開閉台には、耐熱性のゴムなどからなる境界シートを挟んで上下に２つの空間が形成されている（以下、この２つの空間を「上層」および「下層」という。）。
つぎに、ラミネート法による太陽電池モジュールの製造手順を簡単に説明する。まず、載置台に被成型体をセットする。つづいて、開閉台を閉じて下層を密閉し、上層および下層を共に脱気して、被成型体の内外を真空状態にする。所定時間経過後、上層のみに空気を封入する。これにより、真空状態でのプレス（１ａｔｍ）が行なわれ、透光性基板９１１Ａの上方から均一な圧力がかかることで、封止材と透光性基板および太陽電池とが密着する。さらに、それぞれの接着性を向上させるためオーブンなどで加熱すると、封止材が架橋する。
ついで、この被成型体において、透光性基板より外側にはみ出ている封止材をホットカッターで取り除き、耐湿性および絶縁性を持たせるため、ブチルゴムなどのシール材を被成型体の周縁部分に巻く（図示せず。）。最後に、太陽電池モジュール全体の強度を持たせるために、アルミニウムなどからなるフレーム枠を被成型体の四周に取り付けて、太陽電池モジュールを得ることができる（図示せず。）。
実施例１〜３
得られる板状シリコンの比抵抗が０．５Ω・ｃｍになるように、ボロン濃度を調整したシリコン原料５ｋｇを、高純度カーボン製るつぼに保護された石英るつぼ内に充填し、真空ポンプおよびヒータを備えたチャンバ内に固定した。つぎに、真空ポンプによりチャンバ内の真空引きを行ない、２×１０−５ｔｏｒｒ以下まで減圧した。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、２Ｌ／ｍｉｎでアルゴンガスを常時チャンバ上部から流したままにしておいた。このとき、シリコン溶融用ヒータを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温した。シリコン原料が完全に溶融したことを確認したのち、シリコンの融液を１４１５℃に保持し、安定化を図った。
つぎに、温度制御された板状シリコン製造用基板をシリコンの融液へ浸漬させた。このとき、用いた板状シリコン製造用基板は高純度の黒鉛を用い、基板温度２００℃で製造したものを実施例１、５００℃で製造したものを実施例２、９００℃で製造したものを実施例３とした。黒鉛基板は、図１０に示すような形状であり、外周の一辺の長さが１０ｃｍの正方形の基板の中央部に、貫通孔形成部として、９ｃｍ２の外寸３ｃｍ×３ｃｍの正方形の閉じた堀１０２Ｈを加工したものを用いた。堀１０２Ｈの幅は５ｍｍ、深さは５ｍｍであった。
このときの基板の移動速度は、すべて５００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができた。この板状シリコンは、図４Ａに示すように、中央部には約９ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを５０枚製造し、その重量から板厚を換算した。
つぎに、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池の製造を行なった。得られた板状シリコンは、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングを行ない、その後、３％の水酸化ナトリウム溶液を用いてアルカリエッチングを行なった。その後、ＰＯＣｌ３拡散によりｐ型板状シリコンにｎ層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。
つづいて、裏面側と貫通孔の内面に形成されたｎ層を除去するために、受光面側のｎ層を耐酸性のある保護粘着テープで保護し、硝酸とフッ酸との混合溶液を用いて、エッチングで除去した。裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成した。つぎに、そのｐ型板状シリコンを露出させた部分の裏面側部分だけに、スクリーン印刷法を用いてアルミペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、ｐ型電極およびｐ＋層を同時に形成した。つぎに、スクリーン印刷法を用いて受光面の貫通孔の形成されていない部分に銀ペーストを魚骨型のパターンで印刷した。これを乾燥・焼成し、受光面側の電極を形成した。その後、はんだコートを行ない、太陽電池を製造した。得られた太陽電池は、図４Ｈのような断面形状であった。
製造した太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射下にてセル特性の測定を行なった。なお、セル特性の評価方法は、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９９８））」に従って行なった。太陽電池の面積を９１ｃｍ２として短絡電流密度を計算して得られた結果の平均値を表１に示す。
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実施例４〜６
実施例１で用いた板状シリコン製造用基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中央部の貫通孔形成部である堀の面積を１５ｃｍ２（外寸３ｃｍ×５ｃｍ、実施例４）、２０ｃｍ２（外寸４ｃｍ×５ｃｍ、実施例５）、２５ｃｍ２（外寸５ｃｍ×５ｃｍ、実施例６）にしたこと以外すべて実施例１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。また、このときの短絡電流密度を計算する際には太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表２に示す。
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比較例１
比較例として、キャスト基板（多結晶のシリコンウェハ）を用いて、貫通孔を有する太陽電池を製造した。キャスト基板は、板厚３５０μｍ、一辺１０ｃｍの正方形であり、その中央部には１５ｃｍ２の大きさになるように、Ｎｄ−ＹＡＧレーザにて貫通孔を形成した。上記キャスト基板の表面にはシリコンインゴットから切り出した時の加工ダメージ層が存在し、また、上記貫通孔の近傍にはレーザ加工時にダメージ層が発生していた。これらのダメージ層を完全に除去するために、上記キャスト基板を水酸化ナトリウム水溶液を用いて５０μｍだけエッチングした。つぎに、上記キャスト基板を用いて実施例１と同様にして太陽電池を製造し、その特性を評価した。このときの短絡電流密度を計算する際には、太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表２に示す。
セル効率は同様の形状の実施例４よりも高いものの、キャスト基板製造時のスライスロス、レーザによる貫通孔形成での原料ロス、貫通孔形成プロセスの増加なども考慮すると、単位発電量あたりのコストは実施例４〜６よりも高くなった。
実施例７〜９
実施例１〜３で用いた板状シリコン製造用基板の表面に、図２に示すようなピラミッド状の突起（表面凹凸）を形成してある黒鉛基板を用いたこと以外すべて実施例１〜３と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。基板温度を３００℃としたものを実施例７、６００℃としたものを実施例８、９００℃としたものを実施例９とした。
用いた黒鉛基板は、機械加工によって略平面を有する板状シリコン製造用基板の表面に、断面形状がＶ字型のホイールで一方向に溝を形成し、その後、９０°回転させて、もう一方向に溝を形成することで、ピラミッド状の表面凹凸形状を作製した。このときの突起（凸部）のピッチは２．５ｍｍであり、突起の高さ（凸部と凹部の高低差）は、０．２ｍｍであった。表面をピラミッド状に加工した後、実施例１と同様に、基板中央部に貫通孔形成部として９ｃｍ２の外寸３ｃｍ×３ｃｍの正方形の閉じた堀を加工した。上記堀の幅は５ｍｍ、深さは５ｍｍとした。また、この堀は、ピラミッド状の突起１４４個（１２個×１２個）が形成される部分に設けた。得られた太陽電池の特性（平均値）を表３に示す。
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実施例１０
実施例１で用いた板状シリコン製造用基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中に貫通孔形成部として大きさ１ｃｍ２の正方形の９個の貫通孔を３×３のマトリクス状に同じ向きに２ｃｍの間隔で並べたこと以外、すべて実施例１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。得られた結果は、平均値でセル効率１３．０％であった。実施例１と比較すると、セル効率ではほとんど差はないが、透過する光が分散されていた。
実施例１１
得られる板状シリコンの比抵抗が２Ω・ｃｍになるように、ボロン濃度を調整したシリコン原料５ｋｇを、高純度カーボン製るつぼ内に充填し、真空ポンプおよびヒータを備えたチャンバ内に固定した。つぎに、真空ポンプによりチャンバ内の真空引きを行ない、２×１０−５ｔｏｒｒ以下まで減圧した。そのまま、シリコン溶融用ヒータを２０℃／ｍｉｎの昇温速度で１３００℃まで昇温した。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、常圧まで戻したのち、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５５０℃まで昇温した。昇温の途中は、０．５Ｌ／ｍｉｎでアルゴンガスを常時チャンバ上部から流したままにしておいた。設定温度が安定し、かつシリコン原料が完全に溶融したことを確認したのち、シリコンの融液の温度を１４１５℃に保持した。
つぎに、温度制御された板状シリコン製造用基板をシリコンの融液へ浸漬させた。このとき、用いた基板は高純度の黒鉛を用い、基板の温度は４００℃として行なった。黒鉛基板は、図１１Ｂに示すような基板を４分割した形状であり、外周の一辺の長さが５ｃｍの正方形で、板状シリコンの成長面を有する基板の一角が欠落した基板（５角形）１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊ，１１２Ｇを用いた。このような基板を４枚あわせて、貫通孔形成部として面積が９ｃｍ２の凹部１１２Ｋを中央に有する一体の板状シリコン製造用基板を用いた。外周の一辺が１０ｃｍの正方形の板状シリコンであって、その中央部に貫通孔１１１Ａを有する板状シリコン１１１が得られた。
このときの板状シリコン製造用基板の移動速度は、すべて２００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができ、その板状シリコンの中央部には約９ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを３０枚製造し、その重量から板厚を換算した。つぎに、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池の製造を行なった。得られた板状シリコンは、３％の水酸化ナトリウム溶液を用いてアルカリエッチングを行なった。
その後、受光面の貫通孔の形成されていない部分にＰＳＧ膜を形成し、熱処理により、ｐ型板状シリコンにｎ層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。つぎに、裏面側に形成されたｎ層を除去するために、受光面側のｎ層を耐酸性のある保護粘着テープで保護し、硝酸とフッ酸との混合溶液を用いて、エッチングで除去した。
つづいて、裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成した。その後、ｐ型板状シリコンを露出させた部分の裏面側だけに、スクリーン印刷法を用いてアルミペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、ｐ型電極およびｐ＋層を同時に形成した。つぎに、スクリーン印刷法を用いて銀ペーストを魚骨型のパターンで貫通孔の形成されていない部分に印刷した。これを乾燥・焼成し、受光面側の電極を形成した。その後、はんだコートを行ない、太陽電池を製造した。製造した太陽電池は、実施例１と同様の方法にて測定した。得られた結果は、平均値でセル効率１４．６％であった。ただし、得られたセル効率は、非発電部分を除外して求めた結果である。
実施例１２
１ｃｍ２の面積を有する正方形の１６個の貫通孔を４×４のマトリクス状に同じ向きに１ｃｍの間隔で並べた１枚の板状シリコン製造用基板を用いたこと以外はすべて実施例１１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。ただし、得られたセル効率は、非発電部分を除外して求めた結果である。得られた結果は、平均値でセル効率１４．４％であった。セル効率では、ほとんど差はないことから、発電領域の太陽電池の特性はほとんど影響がないことが確認できた。また、実施例１１より、さらに透過する光が増加していることを確認した。
実施例１３、１４
図１３Ｂの板状シリコン製造用基板を用いた以外、実施例１と同様にして板状シリコンを製造し、その板状シリコンを用いて太陽電池を製造した。図１３Ｂの基板１３２Ｓは、一辺１０ｃｍの正方形のシリコン結晶成長面を有していた。また、上記成長面は、貫通孔形成部１３２Ａとして縦横とも１ｃｍおきに直径４ｍｍ、深さ３ｍｍの円錐状の凹部を８１個有していた。上記の貫通孔形成部を除いて上記成長面がほぼ平坦な形状の基板を用いた場合を実施例１３、上記の貫通孔形成部に加えて上記成長面にピッチ２ｍｍ、高さ０．２ｍｍの四角錘形状の突起を施した基板を用いた場合を実施例１４とする。どちらの基板を用いた場合も、基板の凹部に対応して直径約４ｍｍの略円形の貫通孔１３３Ａが８１個形成されている板状シリコン１３１が得られた。これらの板状シリコンを用いて、図７Ｂと同様の断面構造を持つ太陽電池を製造した。特性評価の結果を表４に示す。
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また、得られた太陽電池５４個を直列に接続し、太陽電池モジュールを製造した。モジュール変換効率は実施例１３、１４でそれぞれ９．２％、１０．０％であった。このモジュールは光入射面側に電極を有さず、外観も美しく、意匠性の高いシースルー型の太陽電池モジュールであった。本実施例では、貫通孔をもつ板状シリコンの例を示したが、図３Ａに示したような切欠部をもつ板状シリコンについても同様の方法で、太陽電池、太陽電池モジュールの製造が可能であった。
実施例１５〜１７
板状シリコン製造用基板として、外周の一辺の長さが１０ｃｍの正方形の中央部に、貫通孔形成部として１０ｃｍ２の正方形の孔が１つ開いている高純度黒鉛基板を用いて、実施例１〜３と同様にして板状シリコンを製造した。ここで、黒鉛基板温度２００℃、５００℃、９００℃で製造したものを、それぞれ実施例１５、１６、１７とした。
このときの基板の移動速度は、すべて５００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができ、その板状シリコンの中央部には約１０ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを５０枚製造し、その重量から板厚を換算した。
つぎに、得られた板状シリコンを用いて、実施例１〜３と同様にして、太陽電池の製造を行なった。製造した太陽電池は、実施例１と同様の方法で測定した。太陽電池の面積を９０ｃｍ２として短絡電流密度を計算して得られた結果の平均値を表５に示す。
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実施例１８〜２０
実施例１５で用いた基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中央部の貫通孔形成部である正方形の孔の面積が１５ｃｍ２（実施例１８）、２０ｃｍ２（実施例１９）、２５ｃｍ２（実施例２０）にしたこと以外すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。また、このときの短絡電流密度を計算する際には、太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表６に示す。
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実施例２１〜２３
実施例１５で用いた基板の表面に、ピラミッド状の突起（表面凹凸）を形成してある黒鉛基板を用いたこと以外すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。基板温度が３００℃としたものを実施例２１、６００℃としたものを実施例２２、９００℃としたものを実施例２３とした。得られた結果の平均値を表７に示す。
用いた黒鉛基板は、機械加工によって略平面を有する基板表面に、断面形状がＶ字型のホイールで一方向に溝を形成し、その後、９０°回転させて、もう一方向に溝を形成することで、ピラミッド状の表面凹凸形状を作製した。このときの突起（凸部）のピッチは２．５ｍｍであり、突起の高さ（凸部と凹部の高低差）は、０．４ｍｍであった。
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実施例２４
直径１．２ｃｍの円筒状の９個の貫通孔を３×３のマトリクス状に、互いの中心点間の距離が２．５ｃｍとなる位置に設けたこと以外は、すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。得られた結果は、平均値でセル効率１３．０％であった。実施例１５と比較すると、セル効率では、ほとんど差はなかったが、透過する光が分散されていた。
産業上の利用可能性
本発明の板状シリコンの製造方法により、レーザ加工や機械加工などのプロセスを経ることなく、貫通孔または切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することが可能となる。また、その方法で得られた板状シリコンから太陽電池、太陽電池モジュールを製造することで、意匠性の高い、光透過型（シースルー型）の太陽電池、太陽電池モジュールまたはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低価格で供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１Ｂは、貫通孔形成部が凸部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図であり、図１Ｃは、貫通孔形成部が凹部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２は、本発明の板状シリコン製造用基板における、シリコン結晶成長面の平面図である。
図３Ａは、切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図３Ｂは、切欠部形成部が凸部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図であり、図３Ｃは、切欠部形成部が凹部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図４Ａ〜図４Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
図５Ａ〜図５Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の他の製造方法を示す工程図である。
図６Ａ〜図６Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の他の製造方法を示す工程図である。
図７Ａは、貫通孔を有する本発明の太陽電池の裏面の平面図である。また、図７Ｂは、図７ＡにおけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢで切断したときの断面図である。
図８は、貫通孔を有する本発明の太陽電池を配線した状態を示す平面図である。
図９Ａは、貫通孔を有する本発明の太陽電池を用いて製造した太陽電池モジュールの平面図であり、図９Ｂは、その断面図である。
図１０は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１１Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図であり、図１１Ｂは、貫通孔形成部を有する本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１２は、本発明の板状シリコンの製造方法で用いる製造装置の断面図である。
図１３Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１３Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１４は、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１５は、切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１６Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１６Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１７は、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１８Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１８Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１９Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１９Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２０は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２１は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２２は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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