(57)【要約】外径がテクスチャーサイズと同等な高精度に作製された柔毛の回転ブラシ（３７）をＣＶＤ成膜直後の太陽電池セル（１０）にテクスチャーサイズに相当する分だけ押し当てて、テクスチャー欠けによるｐｎ接合破壊を回避し、異物微粒子（１４）、異物粗大粒子（１４Ｇ）などのＣＶＤ異物のみを回転ブラシ（３７）の回転力で除去する。これにより、グリッド電極幅３０μｍ〜１５０μｍの印刷に支障をきたすＣＶＤ異物を除去しながらも、セル表面にキズを付けたり、印刷工程でトラブルを引き起こすようなブラシ材をセル表面に付着させることなく太陽電池を製造することが可能となる。
2014184971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セル表面に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
太陽電池セルを平滑面で保持して搬送する搬送部と、
多数本の非金属製の毛状体からなり、前記搬送部上の前記太陽電池セルに、接触して異物を除去するブラシと、
前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落とす払い板と、
を有する異物除去装置。
【請求項２】
前記ブラシが回転ブラシであることを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
【請求項３】
前記払い板を囲い、前記ブラシと離間して設置され、前記払い板の周りを排気する集塵ノズルを有することを特徴とする請求項１または２に記載の異物除去装置。
【請求項４】
前記払い板が、前記回転ブラシの先端が下降する側で接触することを特徴とする請求項３に記載の異物除去装置。
【請求項５】
前記払い板と前記集塵ノズルとの間の空間は６ｍｍ以下、前記空間の排気速度５ｍ／ｓｅｃ以上、前記払い板の前記集塵ノズルからの突出量が１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項４に記載の異物除去装置。
【請求項６】
前記ブラシは、前記毛状体の外径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項７】
前記ブラシは、前記毛状体の長さが５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項８】
前記ブラシは、前記毛状体の断面密度が２０％から８０％であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項９】
前記ブラシは、金属の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１０】
前記太陽電池セルのセル表面より前記ブラシが外にはみ出たはみ出し部を有する場合、前記はみ出し部に対向する箇所に受けローラを設けて、セル搬送系と受けローラとブラシの３者の同期を取る同期機構を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１１】
前記ブラシのブラシ周速度と前記太陽電池セルのセル表面の相対速度が６００ｍｍ/ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１２】
前記太陽電池セルのセル表面に前記ブラシを押込む量が０．００1ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１３】
前記ブラシの外径寸法精度を０．０１ｍｍ以下、かつ、セル表面にブラシを押込む量を０．００１ｍｍから０．１ｍｍの高さ精度を有する場合、ブラシ周速度とセル表面の相対速度を２０００ｍｍ/ｓｅｃ以下としたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１４】
前記ブラシが直線状ブラシであることを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
【請求項１５】
前記太陽電池セルのセル表面に前記ブラシを押込む量が０から５ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載の異物除去装置。
【請求項１６】
前記ブラシは、前記太陽電池セルを構成する太陽電池用基板より硬度が小さい高分子繊維で構成された請求項１から１５のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１７】
自動搬送印刷ラインにおいて１台の印刷機の各機能が処理順にセル投入位置決めポジション、セル表面異物清掃ポジション、電極印刷ポジション、セル検査排出ポジションを有しており、前記セル表面異物清掃ポジションで前記ブラシによってセル表面を掃引して異物除去を行うことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１８】
さらに、前記ブラシの先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行って清掃する清掃部を具備したことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１９】
テクスチャ構造を有する第１の表面側に、第２導電型の半導体層を有する第１導電型の結晶系半導体基板を用意する工程と、
前記第２導電型の半導体層上に反射防止膜を形成する工程と、
多数本の非金属製の毛状体からなり、搬送部上の前記反射防止膜の形成された結晶系半導体基板に、接触して異物を除去するブラシと、前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落とす払い板とを備えた異物除去装置を用い、
前記反射防止膜表面を、前記払い板で、前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落としつつ、前記ブラシでブラッシング処理することで異物除去を行う工程と、
前記反射防止膜上に、前記第２導電型の半導体層に電気的に接続する受光面側電極を形成する工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記異物除去装置は、さらに
前記ブラシの先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行って清掃する清掃部を具備しており、
前記異物除去を行なう工程は、
前記反射防止膜表面を、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行いつつ、ブラシでブラッシング処理することで異物除去を行う工程であることを特徴とする請求項１９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、異物除去装置及びこれを用いた太陽電池の製造方法に係り、特に太陽電池セル表面に付着した異物を除去するブラシ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルは、例えば、シリコン基板に、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換するｐｎ接合と、受光面側の基板上に設けられて太陽光の反射を抑制する反射防止膜と、反射防止膜上に設けられて電気エネルギーを外部へ出力する集電電極とを形成したものである。多くの場合、反射防止膜は窒化シリコンで形成され、その成膜にはプラズマＣＶＤ装置が用いられる。【０００３】
プラズマＣＶＤ装置を用いて、被処理基板としてのシリコン基板に窒化シリコン膜が成膜される際、成膜時に装置内部の内壁や電極、ステージ上へも膜が形成される。そして、これらの膜が剥がれて異物となり、処理前後、または処理中にシリコン基板上へ落下する。反射防止膜の形成工程で付着した異物がシリコン基板上に存在すると、次工程のスクリーン印刷により集電電極を形成する際に、集電電極が所望のパターン通りに形成できない。さらに印刷マスクのパターン部に異物が付着して目詰まりを起こし、この印刷マスクを用いてパターン形成がなされると、他のシリコン基板に対しても集電電極が所望のパターン通りに形成できなくなることがある。つまり、異物が付着していない太陽電池セルでも同様の不良が発生する場合がある。このような不良を抑制するために、定期的に印刷マスクの交換を実施するが、印刷マスクコストの増加と、交換にかかる時間により生産性が低下するという問題がある。【０００４】
例えば、６０ｎｍ〜９５ｎｍ厚の反射防止膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成する方法が開示されている（例えば特許文献１）。この方法では、プラズマＣＶＤ装置は、成膜回数が多くなると反射防止膜と同じ材質の膜がチャンバー内や周辺冶具に堆積し、この膜が剥離して異物となってセルに落下して不良を引き起こす。ＣＶＤ膜成膜後に異物は１ｍｍ以下のサイズでセル上に乗って出てくる。異物の粒子径分布は、１０μｍ以下が９５％以上である。ＣＶＤ膜成膜後の電極形成工程では、スクリーン印刷法で３０μｍ〜１５０μｍ幅の櫛状のグリッド電極を印刷する。この際に、グリッド幅と同程度以上のサイズの異物がマスクの開口を塞ぐと印刷不良が発生して、セル特性不良が連続して発生する。【０００５】
このＣＶＤ膜成膜後の異物は、０．１ｍｍ以上のサイズのものはエアーブローで除去できるものが多いが、０．１ｍｍ以下のサイズのものは２／３以上がエアーブローでは除去できない。【０００６】
ところで、太陽電池セルは太陽光を効率良く閉じ込めるためピラミッド状のテクスチャーを形成している。テクスチャーはアルカリ系あるいは酸系のウエット液で形成する場合、一般的にテクスチャー段差は１μｍ〜３０μｍである場合が多く、プラズマを用いたドライエッチング技術で形成した場合は０．５μｍ〜３μｍである場合が多い。【０００７】
このようなテクスチャー上に１個の数μｍ以上のＣＶＤ異物が乗った状態を観察すると、数個のテクスチャー頭頂部に異物が乗って点接触し、点接触部を形成している。分析調査を進めた結果、ＣＶＤ膜成膜中に異物がセル上に乗ることで、ＣＶＤ膜が少し異物上に堆積して下地セルと数ｎｍ厚のＣＶＤ膜とで点接触部が保護されて除去しにくい状態になっていると考えられる。ＣＶＤ異物を硬い物体で除去しようとすると、太陽電池セル表面に形成したｐｎ接合が異物サイズと同等サイズで破壊されてセル出力が著しく劣化する。このＣＶＤ異物は０．１Ｎ程度の力を加えると容易に除去が出来るが、一般的なセルサイズ１５６ｍｍ□では、１枚のセルに１０μｍ〜１００μｍの異物は数千個以上乗っていることが判っており、異物粒子は粒子径が小さくなると指数関数的に激増する。このような無数に存在する異物を１個ずつ除去するには手間が要り過ぎ、生産の大きな障害となっている。このためＣＶＤ成膜装置のチャンバー等のメンテナンスに多大な労力を払う必要がある。ＣＶＤ異物発生の事例は特許文献２などに開示されている。【０００８】
また、ＣＶＤチャンバー内の異物清掃を帯電板で実施する方法も開示されている（特許文献３）。【０００９】
また、特許文献４には回転ブラシが開示されている。この例では、ＣｄＴｅ膜を用いた太陽電池の製造で使用済みの保護膜を硬い樹脂の回転軸に貼り付けて擦って除去するものであり、この装置をＣＶＤ異物除去に使用してもセル表面に著しくキズがつき特性劣化を招く。【００１０】
また本発明者らは、ビニル製の柔らかい樹脂で形成されたネットや布でセル表面を擦ってＣＶＤ異物除去を試みたが、異物は除去できてもセル表面に目視で判る明瞭なスジ痕が入ることが判った。テクスチャー部のｐｎ接合が破壊されたり、ビニルがテクスチャー頭頂部に付着したりすることもあった。ビニルがテクスチャー形状に付着すると、ＣＶＤ異物が付着していた場合と同様、印刷工程においてＣＶＤ異物が印刷マスクに付着し目詰りになる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１４４２４１号公報
【特許文献２】特許第３６５１９７７号公報
【特許文献３】特開２００９−１４４１９３号公報
【特許文献４】特開２００１−１５７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、グリッド電極幅３０μｍ〜１５０μｍなど微細な線幅の印刷に支障をきたすＣＶＤ異物を除去しながらも、セル表面にキズを付けたり、印刷工程でトラブルを引き起こすようなブラシ材をセル表面に付着させることのない異物除去装置及びこれを用いた太陽電池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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の異物除去装置は、太陽電池セル表面に付着する異物を除去するための異物除去装置で、太陽電池セルを平滑面で保持して搬送する搬送部と、多数本の非金属製の毛状体からなり、前記搬送部上の前記太陽電池セルに、接触して異物を除去するブラシと、前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落とす払い板とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブラシと払い板とを用いて、ブラシに付着した異物を払い板で払い落としつつ、異物除去を行なうようにしているため、テクスチャー欠けによるｐｎ接合破壊を回避し、印刷工程での不良の発生を防止することができる。その結果、セル良品率向上や生産性の向上をはかることができるだけでなく、ＣＶＤ異物分布が多い微細な領域でも微細なグリッド電極が形成できる。従って、セル出力の向上及び低コスト化が可能となり、高品質の太陽電池セルを生産性よく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる、回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる、回転ブラシ装置を用いた異物除去装置で、図１のＡ−Ａ断面図の模式図である。
【図３】図３は、セル端部受けローラがない回転ブラシ装置の模式図である。
【図４】図４は、図１の要部拡大図である。
【図５】図５は、回転ブラシの毛先が乱れている場合の模式図である。
【図６】図６は、回転ブラシを高速回転して毛先を真っ直ぐにして毛先端をカットして外径精度を出す模式図である。
【図７】図７は、ターンテーブル方式の印刷ステージを示す図であり、（ａ）は配置及び機能図、（ｂ）は平ブラシによる異物除去装置の模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの構成を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３にかかる異物除去工程を示す工程断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４にかかる回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態５にかかる回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態６にかかる回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる異物除去装置及びこれを用いた太陽電池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。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の断面図であり、この異物除去装置は、ＣＶＤ成膜後の太陽電池セル（以下セルということもある）を搬送する搬送ベルト２０上に搭載されている。この異物除去装置は、太陽電池を構成するセル１０表面に付着する異物の除去装置であって、搬送部としての搬送ベルト２０と、搬送ベルト２０上のセル１０に、接触させて異物を除去する回転ブラシ３７と、回転ブラシ３７と接触し、回転ブラシ３７に付着した異物を払い落とす払い板４０と、清掃部とを有する。搬送ベルト２０は、セル１０を平滑面で保持して搬送する。この回転ブラシ３７は、多数本の非金属製の毛状体からなり、太陽電池セルを構成する太陽電池用基板であるシリコンより硬度が小さい、高分子繊維で構成されている。清掃部は、回転ブラシ３７の先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行って清掃する。図４は、図１の要部拡大図である。この太陽電池セル１０では、基板２としてのｐ型単結晶シリコン基板の受光面側に、第２導電型の半導体層として、リン拡散によってｎ型不純物拡散層３が形成され、ｐｎ接合を有する半導体基板１１を構成している。このようにｎ型不純物拡散層３が形成された基板２表面に、ＣＶＤ成膜法により反射防止膜４が形成される。
【００１８】
まず、図１の機能の概略は、搬送ベルト２０上のセル１０が搬送され、第１段階でエアーブロー３５を用いて異物粗大粒子１４Ｇを第１の集塵機３６へ除去回収し、第２段階で回転ブラシ３７を用いてセル１０に付着している異物微粒子１４を第２の集塵機４１へ除去回収する。回転ブラシ３７が１回転する間に、異物粗大粒子１４Ｇ、異物微粒子１４の中で回転ブラシ３７の毛状体と毛状体の隙間に挟まる物を、静電気除去対策がなされた、金属を含まない導電性の払い板４０で回転ブラシ３７の毛先を払い落とすか、エアーブロー４２で回転ブラシ３７の毛先に吹き付けて飛ばし、第２の集塵機４１や第３の集塵機４３で回収する。ここでブラシ処理やエアーブローで移動させたり浮遊させた異物を回収する部分すなわち、第１の集塵機３６，第２の集塵機４１,第３の集塵機４３までの捕集経路のダクト断面積は一定にするのが望ましい。特にカバー４４を断面一定の筒状体とし、回転ブラシ３７の近傍でダクト断面積を一定にするのが望ましい。ここで回転ブラシ３７の近傍とは、回転ブラシ３７の回転軸３９に垂直な断面内にある部分をさすものとし、少なくともこの領域で断面一定の筒状体となるように形成されている。このように、ダクト断面積を一定にすることにより、層流状態を維持しながら第１の集塵機３６，第２の集塵機４１,第３の集塵機４３まで効率よく流速を維持することが可能となり、浮遊速度ギリギリで飛んだ異物が、気流速度の低下により想定外の箇所で落下堆積するのを抑制することができる。ここで静電気除去対策がなされた、金属を含まない導電性の払い板４０としては、制電プレートと呼ばれるものが有効である。例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）基板表面に導電処理をしたものが、制電プレートとして用いられる。
【００１９】
次に回転ブラシの各機能の詳細について主に図１について述べる。図示していないが搬送ベルト２０には１〜３ｍｍΦの吸着穴がセル１枚当り数個設けられ、この吸着穴を介して吸引することでセル１枚あたり数十ｋＰａの負圧で吸着している。この吸着穴により、セル１０が搬送ベルト２０上で位置ずれをしないようになっており、セル１０を搬送ベルト２０から取り除く際には吸着を切って負圧を解除してから行う。図１ではセル１０が搬送ベルト２０によって図の左から右方向へ移動している。移動方法は色々あり、（１）一定速度である場合や、（２）セルサイズより大きいピッチ分だけ移動したら一定時間停止して、また同じように移動することを繰り返すようにピッチ送りする場合や、（３）（１）と（２）の組合せである場合がある。このように搬送ベルト２０とセル１０は、一体となって、加速、減速を繰り返している。
【００２０】
図１において、セル１０上には異物粗大粒子１４Ｇ、異物微粒子１４などのＣＶＤ異物が乗った状態が示されている。このＣＶＤ異物は、エアーブロー３５あるいはカバー４４の隙間から流入する大気流３５Ｎで浮遊除去できる異物粗大粒子１４Ｇと回転ブラシ３７で除去できる異物微粒子１４などである。ＣＶＤ異物粒子サイズと浮遊速度の関係を計算すると、反射防止膜４がＳｉＮＯＨ膜であれば、グリッド印刷工程で問題となる５０μｍサイズの球形粒子であれば浮遊速度は０．３ｍ/ｓｅｃである。１０μｍサイズでは浮遊速度は０．０１ｍ/ｓｅｃである。浮遊速度は粒子サイズで指数関数的に変化する。０．１ｍｍサイズの大きな粗大粒子は１〜２ｍ／ｓｅｃのエアーブローで舞い上がる。
【００２１】
最初に、異物粗大粒子１４Ｇで回転ブラシ３７が劣化することを避けるため、エアーブロー３５で２ｍ／ｓｅｃ以上のエアーを吹きつけて上流側にある第１の集塵機３６に回収する。回収すべき異物が外部へ撒き散らないようにカバー４４が設けられている。
【００２２】
回転ブラシ３７は、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂等の柔らかくてセル表面にキズを付けない硬度の直線的な繊維の汎用材料が望ましい。但し、ブラシに金属を含んでいたり、表面汚染していたりすると太陽電地セルの出力は大きく劣化する。例えば、Ｆｅ汚染の場合、シリコン結晶系太陽電池セル表面に２Ｅ１２ａｔｏｍ／ｃｍ2を超えると顕著なセル出力低下を招く。ブラシ材料がＦｅを１０００ｐｐｍ以上含有していると、ブラシ痕が1μｍ3の体積でテクスチャー表面に密度１Ｅ−３個/ｍｍ2で付着すれば、セル出力が低下しはじめる。毛状体を数千本以上束ねて回転軸３９に巻きつけた構造が回転ブラシ３７である。ブラシの毛状体の径は、理想的には除去すべき異物サイズとセル表面に形成されているテクスチャーサイズで決定されるべきであるが、毛状体の直線性の維持力やブラシ加工性によって限定される。また、ブラシの毛状体の径は毛先のカット面の精度でも決まる。ここでは、除去したいターゲットの異物微粒子１４の平均サイズを５０μｍとすると、回転ブラシの１本の毛状体は５０μｍΦ、５〜４０ｍｍ長さが望ましい。特に望ましくは１０〜３０ｍｍである。ブラシの毛状体の密度は１本５０μｍΦの毛状体で４００００本／ｃｍ2もある。毛状体の断面方向の最密断面積計算では、毛状体断面積密度はπ/４〜８０％である。セル表面に接触する際には、多くの毛状体がセルと接触し、その際にかかる力は２０Ｐａであり、セル破壊応力より十分に小さい。ブラシの毛状体が必ずセル表面の異物に接触除去するのに必要な毛状体断面積密度は２０％以上が必要である。
【００２３】
次に、セル１０上のＣＶＤ異物である異物微粒子１４は回転軸３９に図示していないモータで回転させて回転ブラシ３７に接触される。同様に図示はしていないが回転ブラシ３７は上下駆動モータによりミクロンオーダーで精度良く高さ位置決めが出来る構成とするのが望ましい。セル１０へ回転ブラシ３７を３ｍｍ以上押込んで回転ブラシ３７を高速回転すると、ブラシ先端の毛状体が硬いセル１０のピラミッド状テクスチャー（図示はしていない）で卸し金状態になって、毛先がテクスチャー頭頂部に削り取られて、一部はテクスチャー頭頂部に引っかかった状態になり、白スジ状のブラシ痕が目視でも観察できるようになる。傷の抑制には、セル１０への回転ブラシ３７の押し込み量は０．００１〜３ｍｍとするのが望ましい。安全をみるとセル１０への回転ブラシ３７の押し込み量は０．００１〜０．１ｍｍとするのが望ましい。このブラシ痕は後の印刷工程で印刷不良を誘発する。このため、ブラシ痕が形成されないように異物除去を行なうことが望ましい。ブラシ痕はブラシ材料によるものが多い。電極印刷で不良が発生しない程度であればブラシ材料が燃焼する温度よりも十分に高い電極焼成工程で処理すれば、ブラシ痕は消失する。ブラシ材料に重金属が含有されているとセル出力は低下するが、ＣＶＤ異物除去をしてセル出力が向上する分とトレードオフの関係にあるので、生産条件では最適なブラシ押込み量とブラシ回転数を決める必要がある。
【００２４】
搬送ベルト２０とセル１０の搬送速度を一定６００ｍｍ／ｓとして、回転ブラシ３７の毛状体を２０ｍｍ長、回転軸外径を４０ｍｍΦとし、回転ブラシ３７の外径を８０ｍｍΦとする。そして、回転方向を図１の方向を正とし、ブラシがセル表面を追い抜いていく場合を相対速度の正とすると、ブラシ回転数とセル表面との相対速度との関係は表１の関係となる。
【００２５】
【表１】
2014184971.tif 000003
【００２６】
表１より、セル表面の回転ブラシに対する相対速度が６００ｍｍ/ｓｅｃ以上でブラシ痕が顕在化するので、回転数の制御が重要であることが判る。色々な搬送モードにも対応するように、搬送ベルト２０と回転ブラシ３７の駆動系は加速、減速ともに同期させることが望ましい。表１では搬送ベルト２０がかなり速い一定速度で移動して、ブラシ先端と搬送ベルト２０が接触して磨耗するので、ベルト静止状態で回転ブラシが左右にも移動してブラシ除去処理をすることも望ましい。但し、搬送系を停止させることは生産性を著しく低下させる場合が多い。
【００２７】
ブラシ痕を左右するパラメータは、ブラシのセルへの押し当て量、ブラシ回転数、ブラシ外径精度、ブラシ押込み制御精度である。ここで、ブラシ回転数は、下げるとＣＶＤ異物除去率低下を招きやすいので、他のパラメータでブラシ痕抑制をはかるべきである。
【００２８】
次に、図１に示す回転ブラシ３７とセル１０の反対側に示す受けローラ３８の役割について説明する。図１のＡ−Ａ断面図を図２に示す。図２に示すように搬送ベルト２０よりもセル１０が外側に出ており、回転ブラシ３７を押し当てるとセル１０周辺部が下側に反り返って、セル吸着不良やセル搬送不良、セル破損が問題となる。受けローラ３８は図２で示すように搬送ベルト２０と同じ高さで、図１に示すように回転方向は回転ブラシ３７と反対方向で、かつ、搬送ベルト２０と同じ周速度で同期させることが望ましい。特に、太陽電池セルのセル表面より前記ブラシが外にはみ出たはみ出し部を有する場合、はみ出し部に対向する箇所に受けローラ３８を設けて、セル搬送系と受けローラとブラシの３者の同期を取る同期機構を形成することで、製造歩留まりが向上する。図３に受けローラ３８が無い場合を示す。回転ブラシ３７をセル１０に押し当てる前後の状態図であり、受けローラ３８が無いと搬送ベルト２０より外側のセル周辺部高さは高速ビデオカメラ撮影ではセル厚みが０．２ｍｍでは１ｍｍ上下動することが判っている。このセル周辺の上下動は回転ブラシを高速回転で使用する場合はブラシ痕が発生しやすく推奨できない。
【００２９】
次に、回転ブラシ３７とセル１０の押込み量の精度を向上させてもブラシが５０μｍΦの細い毛先の集合体であるため、毛状体に癖が付くあるいは、毛並みが揃わない場合、回転ブラシ外径精度が得られず、ブラシ痕が発生しやすくなる。図５に毛並みや毛状体長さが揃っていない通常の回転ブラシ４５の模式図を示す。図５の場合ではブラシ外径８０ｍｍ±２ｍｍとブラシ痕にとっては問題となるレベルである。図５の回転ブラシ４５の毛状体の癖を取るために、あらかじめ回転軸３９の周りで超高速回転させると、図６に示すように回転ブラシ３７は遠心力で毛先が真っ直ぐに伸びて癖が取れる。更に、毛状体をカットするカット刃４６を有しており、このカット刃４６で毛状体の長さが異なる回転ブラシ３７の外径を所望の値になるようにカットする。ブラシの毛先をカットする場合、高速回転であるため邪魔な静止物体があると気流乱れで毛先が曲がる。このため、ブラシ毛先をカットする際は真空中が望ましい。
【００３０】
図１で回転ブラシ３７の外径と高さ、回転数を高精度に制御できるので、テクスチャー高さと同等レベルに設定すると、回転ブラシ３７と連動して、搬送ベルト２０と受けローラ３８が同じ速度で同期する。このため、セル表面とブラシ先端の相対速度が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上を超える領域でも、ＣＶＤ異物である異物微粒子１４は回転ブラシ３７の毛先で弾かれて空気中に除去される。この際、ブラシ毛先はセル表面を擦り始めると毛状体が押し戻されて大半の毛状体がセル表面と接触しないので、ブラシ痕が発生しにくい状態となる。このように、回転ブラシの毛状体１本の先端カット部は垂直断面でカットすることが出来るようになり、回転ブラシ外径は回転ブラシの毛状体１本のカット面の精度に近くなる。このため、回転ブラシ３７をセル１０に押込む量の精度はブラシの毛状体１本の径に近くなるので、ブラシの毛状体１本の外径を小さくし、毛状体１本の長さを長くするほどブラシ痕を抑制するには良い。このような観点から、ブラシの毛状体の外径は、０．２ｍｍ以下とするのが望ましい。０．２ｍｍを越えると回転ブラシ３７をセル１０に押込む量の精度を得ることができない。しかしながら、ブラシの毛状体の外径が、細くなりすぎると、毛状体の加工や操作性が悪くなる傾向がある。
【００３１】
図１で、回転ブラシ３７によってセル１０表面から飛ばされた異物微粒子１４は５０μｍΦで浮遊速度０．３ｍ/ｓｅｃであるので、それ以上の風量で排気して第２の集塵機４１へ回収される。回転ブラシ３７の毛状体と毛状体の隙間に異物粗大粒子１４Ｇや異物微粒子１４が挟まれる場合もある。この状態でセル１０表面を回転ブラシ３７で擦るとセル１０に傷が付いてセル出力が劣化するので、回転ブラシ３７は１回転する間に全て払い落とすことが望ましい。
【００３２】
図１では、回転ブラシ３７の毛先に払い板４０を１ｍｍ押込んで当ててＣＶＤ異物である異物粗大粒子１４Ｇ，異物微粒子１４を払い落としている。払い落とした異物は第２の集塵機４１へ回収される。強制的にＣＶＤ異物を混ぜ込んだ回転ブラシ３７で払い板４０の効果を確認すると、数割除去できないことが判った。引き続き、エアーブロー４２で回転ブラシ３７の毛先を１０ｍ/ｓｅｃ〜２０ｍ/ｓｅｃでエアーブローするとブラシ付着のＣＶＤ異物である異物粗大粒子１４Ｇや異物微粒子１４は皆無となった。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、テクスチャーサイズと同程度高精度に作製された回転ブラシをＣＶＤ膜成膜直後のセルに対し、テクスチャーサイズに相当する分だけ押し当てることで、テクスチャー欠けによるｐｎ接合破壊を回避し、ＣＶＤ異物のみをブラシの回転力で除去することが可能となる。
【００３４】
実施の形態２．
ＣＶＤ起因の異物除去は実施の形態１の回転ブラシ３７が望ましいが、ＣＶＤ成膜工程の後工程である印刷工程でも、搬送中に付着する異物も同時に除去したい場合がある。そこで本実施の形態では直線状ブラシ（以下平ブラシと呼称）を用いた異物除去装置について説明する。
【００３５】
本発明の実施の形態２の太陽電池製造装置に用いられる異物除去装置の一例を図７（ａ）及び（ｂ）に示す。図７（ａ）は、この異物除去装置が印刷装置に取り付けられたときの印刷装置の全体配置図を示す図であり、ターンテーブル式の印刷装置である。ターンテーブル２１の４個のステージＲ１〜Ｒ４が上下左右対称、点対称に配置されていて、セル１０が供給されて処理される順番の機能は、セル投入位置決めポジションＲ１→ブラシ清掃ポジションＲ２→印刷ポジションＲ３→印刷検査セル排出ポジションＲ４とする。
【００３６】
図７（ｂ）は２番目のセル表面を清掃するブラシ清掃ポジションＲ２を示す要部拡大図である。ブラシ清掃ポジションＲ２ではターンテーブル２１上にステージ板２２が設けられ、この上にセル１０が配置されている。この図７（ｂ）において、ターンテーブル２１が回転して、ステージ板２２に吸着されたセル１０を平ブラシ４９でブラシ先端が触れる程度に下方向（Ｖ1）に降下させて接触させるものである。図７（ｂ）の左から右へスキャン移動させ（Ｈ2）、終了すれば上方向（Ｖ2）に退避する。引き続き、ターンテーブル２１が回転して次の印刷ポジションＲ３にセルが行く間に右から左（Ｈ1）、上から下（Ｖ1）へと移動し元の位置に戻る。このとき、払い板４０Ｐに接触して、平ブラシ４９に残留している異物が除去される。払い板４０Ｐは上下動可能に形成されており、平ブラシ４９に残留している異物を除去すると、払い板４０Ｐは上方にシフトし、平ブラシ４９に接触しなくなる。平ブラシ４９は、実施の形態１で述べた材質やスキャン速度、押込み量で良いが、平ブラシ４９は回転ブラシ３７と比較して、毛先が曲がって癖が付くと、癖を矯正することが難しく、セルへの押込み量が変動することが課題である。平ブラシ４９は癖によって寿命が回転ブラシ３７より短く、高さ制御は難しいが、回転ブラシ３７と同等な効果が得られる上に、装置が簡便なため利用しやすい。
【００３７】
セル表面で微小なキズがデバイス特性劣化を誘発するが、セル裏面は微小なキズには尤度がある。ここでベルト搬送等の水平移動部に直線状のブラシすなわち平ブラシ４９を用いた場合、毛先へのセル１０の押込み深さがセル通過部より０〜５ｍｍ程度で、接触するように押し込むことで、セル裏面に付着しているＣＶＤ異物を除去することができる。平ブラシ４９の毛先へのセル１０の押込み深さが５ｍｍを越えるとセル１０に傷が付くため、５ｍｍを越えないようにするのが望ましい。
【００３８】
また、平ブラシ４９の１本の毛状体は５０μｍΦ程度、５〜４０ｍｍの長さが望ましい。特に望ましくは１０〜３０ｍｍである。毛状体の長さが４０ｍｍを越えると、毛先をカットする際に加工精度を得るのが困難である。また使用を続けていくと、毛先が曲がって癖がつきやすい。特に平ブラシの場合、癖の矯正が難しいため３０ｍｍ以下とするのが望ましい。また、毛状体の長さが５ｍｍに満たないとキズがつきやすくなる。
【００３９】
実施の形態３．
この発明にかかる太陽電池セルの製造方法、太陽電池セルの構成およびその製造過程について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、太陽電池セルの構成について説明する。図８（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１０の構成を説明するための断面図、図８（ｂ）は、受光面側からみた太陽電池セル１０の上面図、図８（ｃ）は、受光面と反対側からみた太陽電池セル１０の下面図である。図８（ａ）は、図８（ｃ）のＸ−Ｘ方向における断面図である。図９は同太陽電池セル１０の製造工程を示すフローチャートである。この太陽電池セル１０では、基板２としてのｐ型単結晶シリコン基板の受光面側に、第２導電型の半導体層として、リン拡散によってｎ型不純物拡散層３が形成され、ｐｎ接合を有する半導体基板１１を構成している。そして、このｎ型不純物拡散層３上には、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）よりなる反射防止膜４が形成されている。本実施の形態では、反射防止膜４の成膜後、受光面側及び裏面側に電極を形成するに先立ち、回転ブラシ３７を用いた異物除去工程(図９：ステップＳ４０)を追加したことを特徴とする。
【００４０】
なお、基板２としてはｐ型単結晶シリコン基板に限定されず、ｐ型の多結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００４１】
また、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。また、半導体基板１１の受光面側には、表銀グリッド電極６および表銀バス電極５を含む受光面側電極１２が形成されている。図８（ｂ）に示すように、表銀バス電極５は該表銀グリッド電極６と直交するように設けられており、それぞれ底面部においてｎ型不純物拡散層３に電気的に接続している。これら表銀バス電極５および表銀グリッド電極６は銀材料により構成されている。
【００４２】
一方、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）には、全体にわたってアルミニウム材料からなる裏面電極７が設けられ、また表銀バス電極５と同一方向に延在して銀材料からなる裏面集電電極８が設けられている。そして、裏面電極７と裏面集電電極８とにより第２電極である裏面側電極１３が構成される。
【００４３】
このように構成された太陽電池セル１０では、太陽光が太陽電池セル１０の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（基板２とｎ型不純物拡散層３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成される。ｐｎ接合部の電界によって、生成された電子はｎ型不純物拡散層３に向かって移動し、ホールは基板２に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層３に電子が過剰となり、基板２にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層３に接続した受光面側電極１２がマイナス極となり、基板２に接続した裏面側電極１３がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００４４】
次に、太陽電池セル１０の製造方法の一例について説明する。図９は、太陽電池セル１０の製造工程を説明するためのフローチャートである。図１０（ａ）〜図１０（ｇ）は、太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【００４５】
まず、基板２として例えばｐ型単結晶シリコン基板を用意し、該ｐ型単結晶シリコン基板をフッ化水素、純水などを用いて洗浄する。その後、このｐ型単結晶シリコン基板に対して該ｐ型単結晶シリコン基板の表面に微小凹凸を形成して表面にテクスチャー構造（ピラミッド構造）を形成する（図９：ステップＳ１０、図１０（ａ））。テクスチャー形成としては、例えばｐ型単結晶シリコン基板を、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液（加えて添加剤等を添加する場合もある）によるエッチングを行う。
【００４６】
次に、ｐ型単結晶シリコン基板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ｐ型単結晶シリコン基板の表面にリンガラスを形成する。これにより、ｐ型単結晶シリコン基板中にリンを拡散させ、ｐ型単結晶シリコン基板の表層にｎ型不純物拡散層３を形成して、ｐｎ接合を形成する（図９：ステップＳ２０、図１０（ｂ））。ここで、ｎ型不純物拡散層３の形成直後の表面のガラスを主成分とするリンガラス層、またｐ型単結晶シリコン基板の裏面に形成されたｎ型不純物拡散層３をフッ酸（ＨＦ）/硝酸（ＨＮＯ3）/硫酸（Ｈ2ＳＯ4）の混酸等によるウェットエッチング処理により除去する。これにより、第１導電型層であるｐ型単結晶シリコンからなる基板２と、該基板２の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層３とによりｐｎ接合が形成された半導体基板１１が得られる（図１０（ｃ））。
【００４７】
次に、反射防止膜４としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をｎ型不純物拡散層３上に形成する（図９：ステップＳ３０、図１０（ｄ））。反射防止膜４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、反射防止膜４として屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜４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。
【００４８】
この後、図１に示した回転ブラシ３７を用いた異物除去装置により反射防止膜４表面を軽く擦ることで、表面に付着している異物除去を行なう(図９：ステップＳ４０)。この工程が本実施の形態の特徴であり、この工程については後に詳細に説明する。
【００４９】
ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、裏面側電極１３を作成する（焼成前）。すなわち、ｐ型単結晶シリコン基板の裏面側にスクリーン印刷によって、裏面電極７の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペースト７ａを塗布し１００℃〜３００℃程度で乾燥する。さらに裏面集電電極８の形状に電極材料ペーストである銀ペースト８ａを塗布し、１００℃〜３００℃程度で乾燥する（図９：ステップＳ５０、図１０（ｅ））。
【００５０】
次に、受光面側（表面側）電極１２を作製する（焼成前）。すなわち、基板２としてのｐ型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜４上に、表銀バス電極５と表銀グリッド電極６の形状に、銀ペースト１２ａをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペースト１２ａを乾燥する（図９：ステップＳ６０、図１０（ｆ））。
【００５１】
その後、温度７００℃〜９００℃程度で、数分から十数分間の時間だけペーストを焼成する。これにより、受光面側電極１２としての表銀バス電極５および表銀グリッド電極６と、裏面側電極１３としての裏面電極７および裏面集電電極８が得られる（図９：ステップＳ７０、図１０（ｇ））。
【００５２】
以上のような工程を実施することにより、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示した太陽電池セル１０を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番については、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
【００５３】
次に、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法における異物除去工程Ｓ４０について説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本実施の形態にかかる異物除去工程Ｓ４０を示す要部拡大断面図である。反射防止膜の形成工程において（図９：ステップＳ３０）、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮＯＨ膜を成膜した際、成膜中に異物が半導体基板上に落下して付着することで、その後の電極印刷工程で以下のような不都合が生じることがある。つまり、太陽電池セル表面にスクリーン印刷で電極材料ペーストの塗布を行う際、異物が存在することで塗布したい箇所に電極材料ペーストが所望の形状に塗布されないことがある。そしてさらには、印刷マスクパターンに異物が目詰まりすることにより、電極材料ペーストを所望の形状に塗布できなくなるため、異物付着のない太陽電池セルでも電極材料ペーストが所望の形状に塗布できなくなる場合がある。このように電極材料ペーストが所望の形状に塗布できない場合、曲率因子（フィルファクター：Ｆ．Ｆ）低下により光電変換効率が低下、所望の光電変換効率が得られない場合は不良となるため、不良率が増加する。また、異物が目詰まりした印刷マスクの交換を実施した場合、生産性が低下する。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、反射防止膜の形成工程後に異物除去工程（図９：ステップＳ４０）として、図１に示した異物除去装置を用いて、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行いつつ、回転ブラシ３７で反射防止膜表面を擦る。
【００５５】
回転ブラシ３７を用いた異物除去で異物除去率が向上した要因について図１１（ａ）〜図１１（ｃ）を用いて説明する。図１１（ａ）は反射防止膜４の成膜前に異物微粒子１４が付着した場合の半導体基板１１表面付近の拡大図を示す。この工程は図１０（ｄ）における反射防止膜４の成膜工程中における半導体基板１１表面付近の拡大図に相当する。反射防止膜４の成膜前に、ｎ型不純物拡散層３にＣＶＤ装置から異物微粒子１４（又は異物粗大粒子）が落下し、ｎ型不純物拡散層３の表面に付着する。異物付着後、この反射防止膜４の成膜工程において、図１１（ｂ）に示すように反射防止膜４が異物微粒子１４の周辺を取り囲むようにして成膜される。図１１（ｂ）中のＡ部分のように反射防止膜４が異物微粒子１４を取り囲んでいる箇所は、水洗処理では異物除去率が低い。しかし、図１１（ｃ）に示すように、回転ブラシ３７を用いて軽く擦ることで、Ａ’部分のように異物微粒子１４周辺に回り込んでいる反射防止膜４を含めて異物微粒子１４が剥離する。
【００５６】
このように回転ブラシ３７により擦る工程を実施することで、異物微粒子１４が半導体基板１１の表面から剥がれやすくなり、異物除去率が向上する。また、異物微粒子１４周辺に回り込んでいる反射防止膜４の除去に際し、本実施の形態３では、回転ブラシ３７によって擦る物理的処理を用いたが、フッ素ガス系（Ｆ2、ＮＦ3、ＣｌＦ3等）のプラズマによる、ドライエッチング処理などの化学処理を併用しても良い。
【００５７】
ブラッシング処理を行う際に、反射防止膜４表面（窒化シリコン）またはｎ型不純物拡散層３（シリコン）に傷がついたり、テクスチャー構造が破壊されたりすると、光電変換効率が低下する原因となる。このため、回転ブラシ３７を構成する毛状体材の硬さは、水酸窒化シリコンまたはシリコンより十分柔らかい材質を使用しなければならない。好ましくは、モース硬度３以下の軟質な材質が良い。例えば、ナイロン、ポリプロピレン等が挙げられる。また、回転ブラシの毛状体径が細い場合、異物を除去する力が弱くなり、太すぎると基板表面のテクスチャー形状の溝にある異物が除去しにくくなるため、所望の異物除去率を得るには、回転ブラシの毛状体径は１０〜１００μｍとするのが好ましい。
【００５８】
さらに、ブラッシング処理により異物微粒子１４が付着した回転ブラシ３７で反射防止膜４の表面をブラッシング処理すると、再付着により所望の異物除去率が得られない場合がある。あるいは、反射防止膜４表面（窒化シリコン）またはｎ型不純物拡散層３（シリコン）に傷がついたり、テクスチャー構造が破壊されたりする場合もある。これらは、いずれも光電変換効率が低下する原因となる。
【００５９】
本実施の形態では、図１に示したように回転ブラシ３７からなる除去機構に、ブラシに付いた異物微粒子１４又は異物粗大粒子１４Ｇを吸引する第３の集塵機４３を設置して、回転ブラシ３７に付着した異物を除去する。これにより、所望の異物除去率が安定して得られ、窒化シリコンまたはシリコンに傷がついたり、テクスチャー構造が破壊されたりするのを防止することができる。
【００６０】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４の回転ブラシ装置を用いた異物除去装置の断面図であり、この異物除去装置は、回転ブラシ３７の先端が下降する側すなわち、セル１０と接触後、２７０度回転したところで、接触する払い板４０Ｓを設けたものである。そしてこの払い板４０Ｓは、回転ブラシ３７と離間して設置された集塵ノズル５０で覆われており、払い板４０Ｓの周りを排気する。この払い板４０Ｓと集塵ノズル５０との間の空間は６ｍｍ以下、空間の排気速度５ｍ／ｓｅｃ以上、払い板４０Ｓの集塵ノズル５０からの突出量Ｘは１０ｍｍ以内としている。そして集塵ノズル５０は第４の集塵機５１に接続され、払い板４０Ｓの周囲を排気する。この払い板４０Ｓの先端は回転ブラシ３７の軸心から距離ＳAの位置に来るように配置される。したがって払い板４０Ｓの先端と回転ブラシ３７との距離は、回転ブラシ３７の半径Ｒから距離ＳAを引いた値となっている。又払い板４０Ｓは搬送ベルト２０から距離ＳCの位置に図示しない支持具で支持されている。この払い板４０Ｓの高さは回転ブラシ３７の軸心の高さつまり、搬送ベルト２０から距離ＳBの位置にあり、わずかに払い板４０Ｓが低くなっている。なお、ブラシ先端がセルに押し込む量と、ブラシ先端が払い板に押込む量は同じで１ｍｍ以下が望ましい。距離ＳB、距離ＳCは同じ値が望ましく、差があったとしても２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００６１】
そしてこの異物除去装置は、前記実施の形態１〜３と同様、ＣＶＤ法により機能膜を成膜した後の太陽電池セルを搬送する搬送ベルト２０上に搭載されている。この異物除去装置は、太陽電池を構成するセル１０表面に付着する異物微粒子１４の除去装置であって、搬送部としての搬送ベルト２０と、搬送ベルト２０上のセル１０に、接触させて異物を除去する回転ブラシ３７と、回転ブラシ３７と接触し、回転ブラシ３７に付着した異物を払い落とす払い板４０Ｓと、清掃部とを有する。搬送ベルト２０は、セル１０を平滑面で保持して矢印Ａで示す方向に搬送する。この回転ブラシ３７は、多数本の非金属製の毛状体からなり、太陽電池セルを構成する太陽電池用基板であるシリコンより硬度が小さい、高分子繊維で構成されている。
【００６２】
この異物除去装置によれば、異物微粒子１４は回転ブラシ３７に払われて大半は吹き飛ばされたり、第４の集塵機５１に回収される。そして、中には払い板４０Ｓに吸着する物があるが、集塵ノズル５０によって排除されるため、異物微粒子１４が大量に発生した場合にも払い板４０Ｓからブラシ毛隙間に大量に落下してブラシを汚してしまったり、セル１０に異物微粒子１４が大量に再付着するような事態を回避することができる。
【００６３】
図１２に示すように、セル１０上の異物微粒子１４は回転ブラシ３７の毛先に付着した後、払い板４０Ｓに吸着される。この払い板４０Ｓは集塵ノズル５０から僅かに払い板４０Ｓ先端が「舌状に」突き出ており、払い板４０Ｓを覆う集塵ノズル５０は狭い隙間を気流速度Ｖで排気して、異物微粒子１４を第４の集塵機５１によって集塵排気して除去回収する。
【００６４】
隙間ｄ＝６ｍｍ以下、排気速度Ｖ＝５ｍ／ｓｅｃ以上あれば、０．５ｍｍ以下のサイズの異物微粒子１４は払い板４０Ｓから集塵ノズル５０までの距離Ｘ＝１０ｍｍ以内であれば全て第４の集塵機５１まで排気回収できる。なお、隙間ｄが６ｍｍを越えると、十分に排気流を払い板４０Ｓに当てるのが困難となり、排気回収が難しくなる。また、排気速度がＶ＝５ｍ／ｓｅｃに満たないと、集塵ノズル５０の内壁に異物微粒子１４が付着したままとなり、異物微粒子１４を排気回収するのが困難となる。望ましくは１０から３０ｍ／ｓｅｃ程度の排気速度での排気を実現することで、確実に異物微粒子１４を排気回収することができる。
【００６５】
本発明の実施の形態４では、太陽電池セルの搬送ベルト２０と、太陽電池セルに接触する回転ブラシ３７を設けることにより、太陽電池セルの表面に付着した異物を除去することができる。また、回転ブラシ３７の毛先に接触する払い板４０Ｓを設けることにより、回転ブラシ３７の毛先に付着した異物を除去することができるので、回転ブラシ３７に付着した異物によって太陽電池セルが傷付いたり、回転ブラシ３７に付着した異物が太陽電池セルに再付着したりするのを防止することができる。また、払い板４０Ｓの周囲を集塵ノズル５０で囲って排気することにより、異物微粒子１４が払い板４０Ｓに吸着するのを防止し、異物微粒子１４が払い板４０Ｓから回転ブラシ３７に再付着するのを防止することができる。
【００６６】
なお、図１２に示したように、払い板４０Ｓは、半径Ｒの回転ブラシ３７の先端が下降する側で接触する。図１２のように回転方向が反時計まわりであれば、回転ブラシ３７の左側半分では回転ブラシ３７の先端は下降するので、左側半分に払い板４０Ｓを設置する。これにより、回転ブラシ３７の毛先から払い落とされた異物微粒子１４は払い板４０Ｓの上側に浮遊する。これにより、集塵ノズル５０の吸引力が一時的に低下しても、異物を払い板４０Ｓ上に受けることができるので、異物のセル１０への落下を防止する効果がある。前記実施の形態では、エアーブローを行わなかったが、本実施の形態においても、回転ブラシ３７の先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度で図示しないエアーブローを行って清掃するようにしてもよい。
【００６７】
実施の形態５．
図１２に示した前記実施の形態４では払い板４０Ｓと集塵ノズル５０の隙間は上側に1箇所であり、払い板４０Ｓの裏側に異物微粒子１４が付着することが懸念される。本実施の形態では、図１３に示すように、払い板４０Ｓの上下に隙間を設けている。この例では回転ブラシ３７の毛先や払い板４０Ｓに付着する異物微粒子１４を一層効率良く排気回収できる。他は前記実施の形態４と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００６８】
実施の形態６．
図１２及び図１３に示した実施の形態４及び５の異物除去装置では、払い板４０Ｓと集塵ノズル５０のみで集塵を行ったが、前記実施の形態１のようにカバー４４で覆い、回収すべき異物が外部へ撒き散らないようにしてもよい。実施の形態６として、図１４に示すように、集塵ノズル５０とカバー４４の両方を用いた例について説明する。他は前記実施の形態１及び実施の形態４と同様であり、ここでは説明を省略する。カバー４４との関係上、払い板４０ｒは回転ブラシ３７がセル１０上の異物微粒子１４を払った後、９０度回転したところに、設けられている。集塵ノズル５０は、実施の形態４と同様、払い板４０ｒの周りを覆い、第４の集塵機５１に接続されている。本実施の形態においても、Ａ−Ａ断面は前記実施の形態１と同様図２に示すようになっているが、ここでは説明を省略する。
【００６９】
図１に示した実施の形態１と同様、セル１０上には異物粗大粒子１４Ｇ、異物微粒子１４などのＣＶＤ異物が乗った状態が示されている。このＣＶＤ異物は、エアーブロー３５及びカバー４４の隙間からカバー内に流入する大気流３５Ｎで浮遊除去できる異物粗大粒子１４Ｇと回転ブラシ３７で除去できる異物微粒子１４などである。ＣＶＤ異物粒子サイズと浮遊速度の関係を計算すると、反射防止膜がＳｉＮＯＨ膜であれば、グリッド印刷工程で問題となる５０μｍサイズの球形粒子であれば浮遊速度０．３ｍ/ｓｅｃである。１０μｍサイズでは浮遊速度は０．０１ｍ/ｓｅｃである。浮遊速度は粒子サイズで指数関数的に変化する。０．１ｍｍサイズの大きな粗大粒子は１〜２ｍ／ｓｅｃのエアーブローで舞い上がる。
【００７０】
ここでも最初に、異物粗大粒子１４Ｇで回転ブラシ３７が劣化することを避けるため、エアーブロー３５で２ｍ／ｓｅｃ以上のエアーを吹きつけて上流側にある第１の集塵機３６に回収する。
【００７１】
本実施の形態においても、効率よく、異物除去がなされ、信頼性の高い太陽電池を得ることができる。ただし、本実施の形態では払い板４０ｒは回転ブラシ３７がセル１０上の異物微粒子１４を払った後、９０度回転したところに、設けられている。本実施の形態では、セル１０上の異物微粒子１４を払った直後に、回転ブラシ３７は払い板４０ｒによって異物微粒子１４を剥離され集塵ノズル５０によって効率よく回収されるため、カバー４４内での異物微粒子１４の飛翔を抑制することができる。回転ブラシ３７の軸心に対して払い板４０ｒに対向する位置に第２の払い板を設け、回転ブラシ３７の更なる清浄化をはかるようにしてもよい。
【００７２】
前記実施の形態では、ｐ型単結晶シリコン基板内にｎ型不純物を拡散してｐｎ接合を形成した拡散型太陽電池について説明したが、ｎ型単結晶シリコン基板、ｎ型多結晶シリコン基板などのシリコン基板表面にｐ型非晶質シリコン層、ｐ型多結晶シリコン層などを形成してｐｎ接合を形成した薄膜型太陽電池をはじめ、薄膜ＥＬ素子などの他の光学素子にも適用可能である。
【００７３】
また反射防止膜としては、水酸窒化シリコン膜に限定されることなく、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜あるいは、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などを積層した多層膜など、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置などチャンバー内での気相成長によって形成される無機膜に特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明にかかる異物除去装置及びこれを用いた太陽電池の製造方法は、表面に傷をつけることなく異物除去を行なうのに有用であり、特に、ＣＶＤ膜形成後の太陽電池用の基板表面の異物除去に適している。
【符号の説明】
【００７５】
２  （ｐ型単結晶シリコン）基板、３  ｎ型不純物拡散層、４  反射防止膜、５  表銀バス電極、６  表銀グリッド電極、７  裏面電極、７ａ  アルミニウムペースト、８  裏面集電電極、８ａ  銀ペースト、１０  セル、１１  半導体基板、１２  受光面側電極、１２ａ  銀ペースト、１３  裏面側電極、１４Ｇ  異物粗大粒子、１４  異物微粒子、２０  搬送ベルト、２１  ターンテーブル、２２  ステージ板、３５  エアーブロー、３５Ｎ  大気流、３６  第１の集塵機、３７  回転ブラシ、３８  受けローラ、３９  回転軸、４０，４０Ｓ，４０Ｐ，４０ｒ  払い板、４１  第２の集塵機、４２  エアーブロー、４３  第３の集塵機、４４  カバー、４５  回転ブラシ（毛乱れ）、４６  カット刃、４９  平ブラシ、５０  集塵ノズル、５１  第４の集塵機。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2014184971.tif 000015
【図１３】
2014184971.tif 000016
【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月24日(2015.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
回転ブラシ３７は、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂等の柔らかくてセル表面にキズを付けない硬度を有する直線的な繊維の汎用材料が望ましい。但し、ブラシに金属を含んでいたり、表面汚染していたりすると太陽電地セルの出力は大きく劣化する。例えば、Ｆｅ汚染の場合、シリコン結晶系太陽電池セル表面に２Ｅ１２ａｔｏｍ／ｃｍ2を超えると顕著なセル出力低下を招く。ブラシ材料がＦｅを１０００ｐｐｍ以上含有していると、ブラシ痕が1μｍ3の体積でテクスチャー表面に密度１Ｅ−３個/ｍｍ2で付着すれば、セル出力が低下しはじめる。毛状体を数千本以上束ねて回転軸３９に巻きつけた構造が回転ブラシ３７である。ブラシの毛状体の径は、理想的には除去すべき異物サイズとセル表面に形成されているテクスチャーサイズで決定されるべきであるが、毛状体の直線性の維持力やブラシ加工性によって限定される。また、ブラシの毛状体の径は毛先のカット面の精度でも決まる。ここでは、除去したいターゲットの異物微粒子１４の平均サイズを５０μｍとすると、回転ブラシの１本の毛状体は５０μｍΦ、５〜４０ｍｍ長さが望ましい。特に望ましくは１０〜３０ｍｍである。ブラシの毛状体の密度は１本５０μｍΦの毛状体で４００００本／ｃｍ2もある。毛状体の断面方向の最密断面積計算では、毛状体断面積密度はπ/４〜８０％である。セル表面に接触する際には、多くの毛状体がセルと接触し、その際にかかる力は２０Ｐａであり、セル破壊応力より十分に小さい。ブラシの毛状体が必ずセル表面の異物に接触除去するのに必要な毛状体断面積密度は２０％以上が必要である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
ブラッシング処理を行う際に、反射防止膜４表面（窒化シリコン）またはｎ型不純物拡散層３（シリコン）に傷がついたり、テクスチャー構造が破壊されたりすると、光電変換効率が低下する原因となる。このため、回転ブラシ３７を構成する毛状体材の硬さは、水酸化窒化シリコンまたはシリコンより十分柔らかい材質を使用しなければならない。好ましくは、モース硬度３以下の軟質な材質が良い。例えば、ナイロン、ポリプロピレン等が挙げられる。また、回転ブラシの毛状体径が細い場合、異物を除去する力が弱くなり、太すぎると基板表面のテクスチャー形状の溝にある異物が除去しにくくなるため、所望の異物除去率を得るには、回転ブラシの毛状体径は１０〜１００μｍとするのが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
図１２に示すように、セル１０上の異物微粒子１４は回転ブラシ３７の毛先に付着した後、払い板４０Ｓに吸着される。この払い板４０Ｓは集塵ノズル５０から僅かに払い板４０Ｓ先端が「舌状に」突き出ており、払い板４０Ｓを覆う集塵ノズル５０は狭い隙間を排気速度Ｖで排気して、異物微粒子１４を第４の集塵機５１によって集塵排気して除去回収する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
隙間ｄ＝６ｍｍ以下、排気速度Ｖ＝５ｍ／ｓｅｃ以上あれば、０．５ｍｍ以下のサイズの異物微粒子１４は払い板４０Ｓから集塵ノズル５０までの距離すなわち払い板４０Ｓの集塵ノズル５０からの突出量Ｘ＝１０ｍｍ以内であれば全て第４の集塵機５１まで排気回収できる。なお、隙間ｄが６ｍｍを越えると、十分に排気流を払い板４０Ｓに当てるのが困難となり、排気回収が難しくなる。また、排気速度がＶ＝５ｍ／ｓｅｃに満たないと、集塵ノズル５０の内壁に異物微粒子１４が付着したままとなり、異物微粒子１４を排気回収するのが困難となる。望ましくは１０から３０ｍ／ｓｅｃ程度の排気速度での排気を実現することで、確実に異物微粒子１４を排気回収することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
また反射防止膜としては、水酸化窒化シリコン膜に限定されることなく、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜あるいは、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などを積層した多層膜など、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置などチャンバー内での気相成長によって形成される無機膜に特に有効である。
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月2日(2016.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セル表面に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
太陽電池セルを平滑面で保持して搬送する搬送部と、
多数本の非金属製の毛状体からなり、前記搬送部上の前記太陽電池セルのテクスチャー表面に沿うように、テクスチャーサイズに合わせて押し当てられ接触して異物を除去するブラシと、
前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落とす払い板と、
を有することを特徴とする異物除去装置。
【請求項２】
前記ブラシが、前記ブラシの高さを決定する上下駆動モータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
【請求項３】
前記ブラシが回転ブラシであることを特徴とする請求項１または２に記載の異物除去装置。
【請求項４】
前記払い板を囲い、前記ブラシと離間して設置され、前記払い板の周りを排気する集塵ノズルを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項５】
前記払い板が、前記ブラシの先端が下降する側で接触することを特徴とする請求項４に記載の異物除去装置。
【請求項６】
前記払い板と前記集塵ノズルとの間の空間は６ｍｍ以下、前記空間の排気速度５ｍ／ｓｅｃ以上、前記払い板の前記集塵ノズルからの突出量が１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項５に記載の異物除去装置。
【請求項７】
前記ブラシは、前記毛状体の外径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項８】
前記ブラシは、前記毛状体の長さが５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項９】
前記ブラシは、前記毛状体の断面密度が２０％から８０％であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１０】
前記ブラシは、金属の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１１】
前記太陽電池セルのセル表面より前記ブラシが外にはみ出たはみ出し部を有する場合、前記はみ出し部に対向する箇所に受けローラを設けて、セル搬送系と受けローラとブラシの３者の同期を取る同期機構を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１２】
前記ブラシのブラシ周速度と前記太陽電池セルのセル表面の相対速度が６００ｍｍ/ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１３】
前記太陽電池セルのセル表面に前記ブラシを押込む量が０．００１ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１４】
前記ブラシの外径寸法精度を０．０１ｍｍ以下、かつ、セル表面にブラシを押込む量を０．００１ｍｍから０．１ｍｍの高さ精度を有する場合、ブラシ周速度とセル表面の相対速度を２０００ｍｍ/ｓｅｃ以下としたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１５】
前記ブラシが直線状ブラシであることを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
【請求項１６】
前記太陽電池セルのセル表面に前記ブラシを押込む量が０から５ｍｍであることを特徴とする請求項１５に記載の異物除去装置。
【請求項１７】
前記ブラシは、前記太陽電池セルを構成する太陽電池用基板より硬度が小さい高分子繊維で構成されたことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１８】
自動搬送印刷ラインにおいて１台の印刷機の各機能が処理順にセル投入位置決めポジション、セル表面異物清掃ポジション、電極印刷ポジション、セル検査排出ポジションを有しており、前記セル表面異物清掃ポジションで前記ブラシによってセル表面を掃引して異物除去を行うことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項１９】
さらに、前記ブラシの先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行って清掃する清掃部を具備したことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の異物除去装置。
【請求項２０】
テクスチャ構造を有する第１の表面側に、第２導電型の半導体層を有する第１導電型の結晶系半導体基板を用意する工程と、
前記第２導電型の半導体層上に反射防止膜を形成する工程と、
多数本の非金属製の毛状体からなり、搬送部上の前記反射防止膜の形成された結晶系半導体基板のテクスチャー表面に沿うように、テクスチャーサイズに合わせて押し当てられ接触して異物を除去するブラシと、前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落とす払い板とを備えた異物除去装置を用い、
前記反射防止膜表面を、前記払い板で、前記ブラシと接触し、前記ブラシに付着した異物を払い落としつつ、前記ブラシでブラッシング処理することで異物除去を行う工程と、
前記反射防止膜上に、前記第２導電型の半導体層に電気的に接続する受光面側電極を形成する工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記異物除去装置は、さらに
前記ブラシの先端で、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行って清掃する清掃部を具備しており、
前記異物除去を行なう工程は、
前記反射防止膜表面を、除去すべき異物の浮遊速度より大きな速度でエアーブローを行いつつ、ブラシでブラッシング処理することで異物除去を行う工程であることを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の異物除去装置は、太陽電池セル表面に付着する異物を除去するための異物除去装置で、太陽電池セルを平滑面で保持して搬送する搬送部と、多数本の非金属製の毛状体からなり、搬送部上の太陽電池セルのテクスチャー表面に沿うように、テクスチャーサイズに合わせて押し当てられ接触して異物を除去するブラシと、ブラシと接触し、ブラシに付着した異物を払い落とす払い板とを有する。
【国際調査報告】
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2014184971.tif 000019
2014184971.tif 000020
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