(57)【要約】【課題】連続的に搬送される基板の両面に塗布された各被熱処理物の互いに異なる焼成温度をそれぞれ一定に保つこと。【解決手段】上述の課題を解決する焼成処理装置１は、基板Ｗの上面Ｗ１を照射して加熱するランプヒータ１０と、基板Ｗの下面Ｗ２と対面するように配置されたセラミック系ボード２２と、セラミック系ボード２２を加熱する第２のヒータ２０を備えている。また、焼成領域３における基板Ｗの上面Ｗ１と対向する部分の温度を検知する第１の熱電対１５と、セラミック系ボード２２の温度を検知する第２の熱電対２５と、温度コントローラとを備えている。温度コントローラは、第１の熱電対１５によって検知される温度が第１の所定温度となるようにランプヒータ１０の出力を制御し、且つ、第２の熱電対２５によって検知される温度が第２の所定温度となるように第２のヒータ２０の出力を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の焼成領域に基板が連続的に搬送されて、当該基板の両面に塗布されている各被熱処理物を互いに異なる温度で焼成処理する熱処理装置であって、
前記基板の一方の面を照射して加熱する第１のヒータと、
前記基板の他方の面と対面するように配置された板状をなす炉床温度制御部材と、
前記炉床温度制御部材を加熱する第２のヒータと、
前記焼成領域における前記基板の一方の面と対向する部分の温度を検知する第１の温度センサと、
前記炉床温度制御部材の温度を検知する第２の温度センサと、
温度コントローラとを備えており、
前記温度コントローラは、前記第１の温度センサによって検知される温度が第１の所定温度となるように前記第１のヒータの出力を制御し、且つ、前記第２の温度センサによって検知される温度が第２の所定温度となるように前記第２のヒータの出力を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記第２のヒータは、面状の発熱体であり、前記炉床温度制御部材と対面するように配置されている請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記第２の温度センサは、前記炉床温度制御部材における前記基板の中心部分と対向する部分の温度を検知する請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記基板は多列で搬送され、且つ、搬送列ごとに前記第２のヒータ、前記炉床温度制御部材及び前記第２の温度センサが配設されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第２の温度センサは、前記炉床温度制御部材における前記第１のヒータから発せられた光が常に遮蔽されている部分の温度を検知する請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、太陽電池の電極ペーストの焼成処理を行う熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、例えば、以下のような構成である。
ボロン（Ｂ）などのｐ型の半導体不純物をドープさせたシリコン基板の受光側に、リン（Ｐ）などのｎ型の半導体不純物をドープさせた拡散層が形成されることで、ｐ型のシリコン基板とｎ型の拡散層との界面にｐｎ接合部が形成されている。また、拡散層の受光側面は太陽光の吸収を促進させるために凹凸状に形成されている。更に、拡散層の受光側面上に太陽光の反射を防止する反射防止膜が形成されている。シリコン基板の非受光側には、シリコン基板中のキャリアの再結合を防止するボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型の不純物元素が高濃度に拡散された裏面電界領域（ＢＳＦ領域）が形成されている。
【０００３】
拡散層の受光側面上には、例えば、Ａｇペーストを所定の電極形状に塗布し、これを乾燥及び脱バインダーの後、焼成することにより表面電極が形成されている。一方、ＢＳＦ領域の非受光側面上には、例えば、Ａｌペーストをほぼ全面に塗布し、これを乾燥及び脱バインダーの後、焼成すること等により裏面電極が形成されている。
【０００４】
拡散層の受光側面上のＡｇペースト及びシリコン基板の非受光側面上のＡｌペーストは、通常、同時に、乾燥、脱バインダー及び焼成の各熱処理がなされる。
これら一連の熱処理を行う熱処理装置は、一般に、炉の入口側から出口側へ向かって、被熱処理物の乾燥及び脱バインダー処理を行う乾燥・脱バインダー領域と、被熱処理物の焼成を行う焼成領域と、をこの順に備えている。太陽電池となる基板は、メッシュベルトコンベア等によって、乾燥・脱バインダー領域を搬送されながら乾燥及び脱バインダー処理された後、焼成領域を搬送されながら焼成され、その後、炉外に搬出される（特許文献１参照）。太陽電池となる基板は、例えば、表面電極（Ａｇペースト）側を上面、裏面電極（Ａｌペースト）を下面にして搬送される。
【０００５】
太陽電池の製品特性（品質）を均一にするためには、熱処理装置の焼成領域を一定の高温度に安定して保持することが重要である。また、ＡｇペーストとＡｌペーストの融点の違いから上面よりも下面の焼成温度を低くしなければならない。このため、図４に示すように、従来の熱処理装置１００は、例えば、焼成領域１０３における基板Ｗの上方及び下方にランプヒータ１１０，１１２を備えており、基板Ｗ上方の温度を熱電対１５０により検知し、この温度が所定温度となるように上下のランプヒータ１１０，１１２の出力を制御していた。また、例えば、下方のランプヒータ１１２の出力を上方のランプヒータ１１０の出力の２０％とする設定で焼成処理を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述のような熱処理装置１００では、基板Ｗを連続搬送する場合に、焼成領域１０３において基板Ｗの投入始め、投入中、及び投入終わりで基板Ｗの温度にむらが発生していた。これは次のような要因によるものと考えられる。
すなわち、連続搬送の場合、多くの基板Ｗが連続的に焼成領域１０３に入って来ることによって、連続して配置された複数の基板Ｗによって処理空間Ｓ１０３が上下に仕切られる。そのため、上方のランプヒータ１１０の光が基板Ｗで反射して上方の空間に向けて放射され、投入始めにおいて、基板Ｗ上方の温度が一旦上昇する。しかし、基板Ｗ上方の温度は、この温度を検知する熱電対１５０からの信号に基づくヒータ制御により上昇が抑制され、投入中においてほぼ一定に維持される。一方、基板Ｗ下方の温度は、投入始めにおいて、連続搬送の基板Ｗが入って来たことにより上方のランプヒータ１１０の光が炉床１３１に届かなくなり、炉床１３１の温度が低下するために下降する。更に、基板Ｗ上方の温度の上昇を抑制しようとする前述したヒータ制御により、投入中において基板Ｗ下方の温度は下降する。そして、投入終わりでは、基板Ｗが通過することにより、基板Ｗの位置より上方と下方の空間が一つになることで、上方空間と下方空間との間での熱の移動により基板Ｗ上方の温度が下降するとともに基板Ｗ下方の温度が上昇する。このようにして、連続搬送時の基板Ｗ下方の温度は、当該基板Ｗの投入始め、投入中及び投入終わりまでの間に大きく変化する。また、基板Ｗが連続的に搬送される途中の箇所で、基板Ｗの抜けにより基板Ｗ間に大きな間隔が発生するような場合にも大きな温度の変化が生じる。このような温度の変動が大きい焼成処理では、安定した品質の太陽電池を得ることができない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、連続的に搬送される基板の両面に塗布された各被熱処理物の互いに異なる焼成温度をそれぞれ一定に保つことができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の熱処理装置は、炉内の焼成領域に基板が連続的に搬送されて、当該基板の両面に塗布されている各被熱処理物を互いに異なる温度で焼成処理する熱処理装置であって、
前記基板の一方の面を照射して加熱する第１のヒータと、
前記基板の他方の面と対面するように配置された板状をなす炉床温度制御部材と、
前記炉床温度制御部材を加熱する第２のヒータと、
前記焼成領域における前記基板の一方の面と対向する部分の温度を検知する第１の温度センサと、
前記炉床温度制御部材の温度を検知する第２の温度センサと、
温度コントローラとを備えており、
前記温度コントローラは、前記第１の温度センサによって検知される温度が第１の所定温度となるように前記第１のヒータの出力を制御し、且つ、前記第２の温度センサによって検知される温度が第２の所定温度となるように前記第２のヒータの出力を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記のように構成された熱処理装置では、焼成領域における基板の一方側の温度及び基板の他方側の温度がそれぞれ第１の所定温度及び第２の所定温度となるように２つのヒータを独立に制御できる。また、基板と第２のヒータの間には、一定の熱容量を有するため装置内の流動する雰囲気に比べて温度変動が少ない炉床温度制御部材が基板の他方の面と対面するように配置されており、第２のヒータは炉床温度制御部材の温度が所定温度となるように制御される。これらにより、基板の搬送に伴い、焼成領域における基板の他方の面側の温度が変動することを抑制できる。したがって、連続的に搬送される基板の両面に塗布された各被熱処理物の互いに異なる焼成温度をそれぞれ一定に保つことができる。
本発明の熱処理装置において、前記第２のヒータは、面状の発熱体であり、前記炉床温度制御部材と対面するように配置されていることが好ましい。
この場合、炉床温度制御部材を均等に加熱することができ、その結果、基板の他方の面を均等に加熱することができる。
【００１１】
また、本発明の熱処理装置において、前記第２の温度センサは、前記炉床温度制御部材における前記基板の中心部分と対向する部分の温度を検知することが好ましい。
炉床温度制御部材における基板の中心部分と対向する部分は、第１のヒータからの光が基板によって最も多く遮蔽されて届かない部分である。したがって、この部分の温度が所定温度となるように第２のヒータを制御することにより、焼成領域における基板の他方の面側の温度の低下を効果的に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の熱処理装置において、前記基板は多列で搬送され、且つ、搬送列ごとに前記第２のヒータ、前記炉床温度制御部材及び前記第２の温度センサが配設されていることが好ましい。
この場合、搬送列ごとに炉床温度制御部材の温度を制御できるので、焼成領域における基板の他方側の温度が場所によってばらつくことを抑制できる。したがって、基板の他方の面側に塗布されている被熱処理物の焼成温度が搬送列ごとに異なることを防止できる。
【００１３】
また、本発明の熱処理装置において、前記第２の温度センサは、前記炉床温度制御部材における前記第１のヒータから発せられた光が常に遮蔽されている部分の温度を検知することが好ましい。
この場合、第２の温度センサによって検知される温度が、第１のヒータの光が当たるか否かによって過敏に変動することにより、第２のヒータの制御が困難になることを回避できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱処理装置によれば、連続的に搬送される基板の両面に塗布された各被熱処理物の互いに異なる焼成温度をそれぞれ一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の側面説明図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面説明図である。
【図３】基板の多列連続搬送の平面説明図である。
【図４】従来の熱処理装置の横断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１の側面説明図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面説明図であり、図３は、基板Ｗの多列連続搬送の平面説明図である。
熱処理装置１は、太陽電池の表面（受光側）電極及び裏面（非受光側）電極を形成するために、太陽電池となる基板Ｗの表面Ｗ１側に塗布されている表面電極ペースト及び裏面Ｗ２側に塗布されている裏面電極ペーストを、同時に、乾燥及び脱バインダーの後、焼成する装置である。表面電極ペーストとして例えばＡｇペーストを挙げることができ、裏面電極ペーストとして例えばＡｌペーストを挙げることができる。
【００１７】
熱処理装置１は、図１に示すように、炉１１の入口１１ａ側から出口１１ｂ側へ向かって、被熱処理物（表面電極としてのペースト及び裏面電極としてのペースト）の乾燥及び脱バインダー処理を行う乾燥・脱バインダー領域２と、被熱処理物の焼成を行う焼成領域３と、をこの順に備えている。また、熱処理装置１は、炉１１の入口から乾燥・脱バインダー領域２と焼成領域３を順次通過して出口へと基板Ｗを搬送するメッシュベルトコンベア４（以下、単に「コンベア」という。）を備えている。
【００１８】
乾燥・脱バインダー領域２内の空間Ｓ２は、４００℃程度に保たれており、基板Ｗは乾燥・脱バインダー領域２を通過しつつ、乾燥・脱バインダー処理される。また、焼成領域３内の空間Ｓ３は、８００〜９００℃程度に保たれており、基板Ｗは焼成領域３を通過しつつ、焼成処理される。
基板Ｗは、Ａｇペーストが塗布されている表面を上面Ｗ１、Ａｌペーストが塗布されている裏面を下面Ｗ２にしてコンベア４により搬送される。基板Ｗは、図３に示すように、コンベア４上に２列に配列されて搬送される。基板Ｗは、コンベア４の幅方向の中央に対して対称に配置されており、複数の基板Ｗが搬送方向Ｘにほぼ連続するように配列されている。コンベア４には、基板Ｗの端部が載置されて、基板Ｗの下面Ｗ２とコンベア４の上面との間に隙間を生ぜしめる載置具４ａが備えられており、基板Ｗは載置具４ａに載置されて搬送される。
【００１９】
以下、焼成領域３の構成を詳しく説明する。焼成領域３には、図２に示すように、コンベア４の周りを取り囲むように断熱材３０が上下左右に配設されている。断熱材３０で囲まれた焼成空間Ｓ３は、更に、図１に示すように、コンベア４の搬送方向Ｘに沿って等間隔な複数（図示例では４つ）の区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄに仕切られている。
【００２０】
焼成空間Ｓ３において基板Ｗの上面Ｗ１と対向する位置には、当該上面Ｗ１を照射して加熱するランプヒータ（第１のヒータ）１０が備えられている。ランプヒータ１０は、細長い形状を有し、コンベア４の幅方向に平行となるように左右の断熱材３０に架設されており、コンベア４の搬送方向Ｘに所定間隔を隔てて複数配置されている。
【００２１】
焼成領域３には、当該焼成領域３における基板Ｗよりも上方の温度を検知するための第１の熱電対１５（第１の温度センサ）が設けられている。第１の熱電対１５は、区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄごとに設けられており、その異種金属の接合部分１５ａがランプヒータ１０の近傍に位置するように配置されている。
【００２２】
ランプヒータ１０と第１の熱電対１５とは温度コントローラ（図示せず）に接続されている。温度コントローラは、第１の熱電対１５によって検知される温度が第１の所定温度（例えば８９４℃）となるようにランプヒータ１０の出力をＰＩＤ制御する。この温度制御は、区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄごとに独立して行われる。すなわち、ある区域（例えば、区域Ｓ３ａ）に配置されている複数のランプヒータ１０は、当該区域Ｓ３ａに設けられている第１の熱電対１５の検知温度が第１の所定温度となるように制御され、別の区域（例えば、区域Ｓ３ｂ）に配置されている複数のランプヒータ１０は、当該区域Ｓ３ｂに設けられている第１の熱電対１５の検知温度が第１の所定温度となるように制御される。
【００２３】
また、焼成領域３には、基板Ｗの下方に、当該基板Ｗの下面Ｗ２と空間を隔てて対面するように板状に形成されたセラミック系ボード（炉床温度制御部材）２２が配置されている。セラミック系ボード２２は、区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄごとに別体として構成されており、また、コンベア４の幅方向の中央を通る鉛直面（仮想面）に対して対称に配置されている左側のボード２２Ａと右側のボード２２Ｂとからなっている（図２参照）。
【００２４】
また、セラミック系ボード２２の下方には、当該セラミック系ボード２２の下面と空間を隔てて対面するように、当該セラミック系ボード２２を加熱するための第２のヒータ２０が配置されている。第２のヒータ２０は、セラミック系ボード２２と略同一の形状および大きさをなし面状に形成されたＭＴ（モルダサーム）ヒータ（商品名；光洋サーモシステム株式会社製）により構成することができる。ＭＴヒータは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックファイバを含む断熱材に、発熱体として通電により発熱する金属抵抗線を組み込み、真空成型を用いて形成することができる。
ＭＴヒータを用いて構成された第２のヒータ２０は、その面状体の略全面を略均等な温度で発熱させることができる。第２のヒータ２０は、区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄごとに別体として構成されており、また、コンベア４の幅方向の中央を通る鉛直面（仮想面）に対して対称に配置された左側のヒータ２０Ａと右側のヒータ２０Ｂとからなっている（図２参照）。なお、上述のＭＴヒータに代えて、遠赤ヒータ、近赤ヒータ、シーズヒータ、ランプヒータ、セラミックヒータ等を第２のヒータとして用いてもよい。
【００２５】
また、焼成領域３には、セラミック系ボード２２の温度を検知するための第２の熱電対（第２の温度センサ）２５が設けられている。第２の熱電対２５は１つの区域に２本ずつ備えられており、１つの区域には、左側のボード２２Ａの温度を検知する左側の熱電対２５Ａと、右側のボード２２Ｂの温度を検知する右側の熱電対２５Ｂとが設けられている。
【００２６】
第２の熱電対２５は、図２に示すように、異種金属の接合部分２５ａがセラミック系ボード２２の下面（基板と反対側の面）と接するか、又はその近傍に位置するように配置されており、セラミック系ボード２２の下面の温度を検知する。また、第２の熱電対２５は、搬送される基板Ｗの中心部分が異種金属の接合部分２５ａの直上を通るように配置されており、セラミック系ボード２２における基板Ｗの中心部分と対向する部分の温度を検知する。
【００２７】
第２のヒータ２０と第２の熱電対２５とは温度コントローラ（図示せず）に接続されている。温度コントローラは、第２の熱電対２５によって検知される温度が第２の所定温度（例えば８３３℃）となるように第２のヒータ２０の出力をＰＩＤ制御する。この温度制御は、区域Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄごとに独立して行われる。更に、左側のヒータ２０Ａは左側の熱電対２５Ａによって検知される温度が第２の所定温度となるように制御され、これとは独立して、右側のヒータ２０Ｂは右側の熱電対２５Ｂによって検知される温度が第２の所定温度となるように制御される。
【００２８】
なお、乾燥・脱バインダー領域２は、図１に示すように、上述の焼成領域３と同様の構成である。ただし、乾燥・脱バインダー領域２における隣り合うランプヒータ１０の間隔は、焼成領域３における隣り合うランプヒータ１０の間隔よりも広くとられている。
【００２９】
上記の実施形態に係る熱処理装置１では、焼成領域３における基板Ｗの上方側の温度及び下方側の温度がそれぞれ第１の所定温度及び第２の所定温度となるように２つのヒータ１０，２０を独立に制御できる。また、基板Ｗと第２のヒータ２０の間には、一定の熱容量を有するため装置内の流動する雰囲気に比べて温度変動が少ないセラミック系ボード２２が基板Ｗの下面Ｗ２と対面するように配置されており、第２のヒータ２０はセラミック系ボード２２の温度が所定温度となるように制御される。これらにより、基板Ｗが連続的に搬送されることにより、或いは基板Ｗが連続的に搬送される途中の箇所で基板Ｗ間に大きな間隔が発生することにより基板Ｗの下面Ｗ２側の温度が変動することを抑制できる。したがって、連続的に搬送される基板Ｗの上面Ｗ１に塗布されたＡｇペースト及び下面Ｗ２に塗布されたＡｌペースト（被熱処理物）の互いに異なる焼成温度をそれぞれ一定に保つことができる。
また、第２のヒータ２０は、面状の発熱体であり、セラミックボード２２と対面するように配置されている。このため、セラミックボード２２を均等に加熱することができ、その結果、基板Ｗの下面Ｗ２を均等に加熱することができる。
【００３０】
また、第２の熱電対２５は、セラミック系ボード２２における基板Ｗの中心部分と対向する部分の温度を検知する。セラミック系ボード２２における基板Ｗの中心部分と対向する部分は、ランプヒータ１０からの光が基板Ｗによって最も多く遮蔽されて表面に届かない部分である。したがって、この部分の温度が所定温度となるように第２のヒータ２０を制御することにより、焼成領域３における基板Ｗの下面Ｗ２側の温度の低下を最も良く防止できる。
【００３１】
また、基板Ｗは多列で搬送され、且つ、搬送列ごとに第２のヒータ２０、セラミック系ボード２２及び第２の熱電対２５が備えられている。このため、搬送列ごとにセラミック系ボード２２の温度を制御できるので、焼成領域３における基板Ｗの下方側の温度が場所によってばらつくことを抑制できる。したがって、基板Ｗの下面Ｗ１側に塗布されているＡｌペーストの焼成温度が搬送列ごとに異なることを防止できる。
【００３２】
また、第２の熱電対２５は、セラミック系ボード２２におけるランプヒータ１０から発せられた光が常に遮蔽されている部分の温度を検知する。このため、第２の熱電対２５によって検知される温度が、ランプヒータ１０の光が当たるか否かによって過敏に変動することにより、第２のヒータ２０の制御が困難になることを回避できる。
【００３３】
［その他の変形例］
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態の変形例として、第２の熱電対２５の異種金属の接合部分２５ａをセラミック系ボード２２の内部に配置してもよく、これによっても当該セラミック系ボード２２の内部温度を検知することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１：熱処理装置、３：焼成領域、１０：ランプヒータ（第１のヒータ）、１５：第１の熱電対（第１の温度センサ）、２０（２０Ａ，２０Ｂ）：第２のヒータ、２２（２２Ａ，２２Ｂ）：セラミック系ボード（炉床温度制御部材）、２５（２５Ａ，２５Ｂ）：第２の熱電対（第２の温度センサ）、Ｗ：基板、Ｗ１：上面（一方の面）、Ｗ２：下面（他方の面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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