(57)【要約】【課題】太陽電池用ウェハの裏面に、アルミニウムなどの金属ペーストを印刷し、焼成するときに生じるウェハの反りを防止する。また、かかる反りを防止することにより、モジュール工程における割れを防止し、良品率を向上させる。【解決手段】本発明の太陽電池用ウェハは、受光面の反対側の面に裏面電極を形成するウェハであって、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であることを特徴とする。ウェハの凸面の高さは、ウェハの最長辺の長さの１．５％〜６％が好ましい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面の反対側の面に裏面電極を形成する太陽電池用ウェハにおいて、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であることを特徴とする太陽電池用ウェハ。
【請求項２】
前記凸面の高さは、前記ウェハの最長辺の長さの１．５％〜６％であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用ウェハ。
【請求項３】
シリコン融液に基体を浸漬し、基体表面にシート状のウェハを成長させる太陽電池用ウェハの製造方法において、基体のウェハ成長面に曲面部があることを特徴とする太陽電池用ウェハの製造方法。
【請求項４】
受光面の反対側の面に裏面電極を形成する太陽電池用ウェハであって、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であるウェハから得られる太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造に用いられるシリコンウェハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池に用いられているウェハの製造方法は、まず、不活性雰囲気中でリンまたはボロンなどのドーパントを添加した高純度シリコン材料をルツボ中で加熱溶融させ、シリコン融液を鋳型に流し込み、それを徐冷することで多結晶インゴットを得る。つぎに、このインゴットをワイヤーソーや内周刃法などを用いて、厚さおよそ３００μｍ程度にスライシングすることで太陽電池セルに使用可能なウェハが得る。このようにして得られたウェハについて、太陽電池セルとしての光起電力を得るために、ｐｎ接合部を形成し、受光面側に銀を主成分とし、樹脂で練ったペーストをグリッド状に印刷し、表電極を形成し、一方、裏面の略全面には、アルミニウムなどの金属ペーストを印刷し、焼成することにより裏面電極を形成する（特許文献１参照）。
【０００３】
太陽電池用ウェハの別の製造方法としては、シリコンが溶融されているルツボ中に、キャタピラ状に配置された基体を順次浸漬させ、基体の主表面上に太陽電池用ウェハを形成する方法がある。この方法は、スライス工程の必要がない点で有利である（特許文献２参照）。このようにして製造された太陽電池用ウェハも先の発明と同様、太陽電池として光起電力を得るためにｐｎ接合部を形成し、受光面側に銀を主成分とし、樹脂で練ったペーストをグリッド状に印刷し表電極を形成し、裏面の略全面にアルミニウムなどの金属ペーストを印刷し、焼成することにより裏面電極を形成する。形成された太陽電池セルを複数枚並べ、その上部に透明なガラスまたは樹脂を貼り付けて太陽電池モジュールとし、太陽電池としての強度を持たせている。
【０００４】
しかし、多結晶インゴットをワイヤーソーや内周刃法などを用いてスライシングされることにより形成されるウェハ、または、シリコン融液に基体を浸漬し、その主表面に形成されるウェハの形状はいずれも平面を呈していることになる。かかる平面形状を呈するウェハの裏面の略全面にアルミニウムなどの金属ペーストを印刷し、焼成すると、焼成時にペーストが収縮するためウェハの反りが生じる。かかる反りの生じたウェハを複数枚並べ、その上部に透明なガラスまたは樹脂を貼り付け太陽電池モジュールとすると、ウェハに反りがあるためにセル割れが生じやすく、製品としての歩留りが悪くなる。特にモジュール工程は最終工程であるため、最終工程での不良品の発生は、製品コストに大きな影響を及ぼす。また、コスト削減のためウェハをできるだけ薄くしようとする傾向があり、ウェハの反りは、ウェハの厚さが薄くなればなる程大きくなるため、ウェハの反りは大きな障害となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６４９１３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２４７３９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、太陽電池用ウェハの裏面に、アルミニウムなどの金属ペーストを印刷し、焼成するときに生じるウェハの反りを防止することにある。また、かかる反りを防止することにより、モジュール工程における割れを防止し、良品率を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池用ウェハは、受光面の反対側の面に裏面電極を形成するウェハであって、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であることを特徴とする。ウェハの凸面の高さは、ウェハの最長辺の長さの１．５％〜６％が好ましい。
【０００９】
本発明の太陽電池用ウェハの製造方法は、シリコン融液に基体を浸漬し、基体表面にシート状のウェハを成長させる太陽電池用ウェハの製造方法であって、基体のウェハ成長面に曲面部があることを特徴とする。
【００１０】
本発明の太陽電池は、受光面の反対側の面に裏面電極を形成する太陽電池用ウェハであって、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であるウェハから得られることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（太陽電池用ウェハ）
本発明の太陽電池用ウェハは、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面であることを特徴とする。ウェハが既に凸面を形成しているため、ウェハの凸面の略全面に、裏面電極となるアルミニウムなどの金属ペーストを塗布し焼成すると、焼成時に金属ペーストが熱収縮することにより、金属ペーストの熱収縮とウェハの反りとが互いに打ち消し合い、平坦な太陽電池を形成することができる。
【００１２】
太陽電池用ウェハの凸面の高さは、ウェハの最長辺の長さの１．５％〜６％が好ましい。金属ペーストの熱収縮による反りは、主に形成されるウェハの厚さに左右されることとなる。ウェハの厚さが３５０μｍの場合、金属ペーストによる熱収縮の影響を受けると、凸方向の高さがウェハの最長辺に対して最小で１．５％、最大で３％程度の反りを生じることになる。また、ウェハの厚さが２５０μｍの場合、凸方向の高さがウェハの最長辺に対して最小で３％、最大で６％程度の反りを生じることになる。したがって、金属ペーストの熱収縮とウェハの反りとが互いに打ち消し合い、平坦な太陽電池を形成するために、ウェハの凸面の高さは、ウェハの最長辺の長さの１．５％〜６％が好ましく、２％〜４％がより好ましい。ここで、太陽電池用ウェハの厚さは、現在薄いもので２５０μｍ、厚いもので３５０μｍ程度であるので、電極印刷プロセス後の金属ペーストの熱収縮による反りを防止するためには、最小で１．５％、最大で６％の凸面を形成すればよいことになる。
【００１３】
太陽電池ウェハの凸面は、球面を呈する場合のほか、たとえば、円筒面を呈する場合でも、アルミニウムなどの金属ペーストを塗布焼成した後の、ウェハの反りを防止することが可能である。金属ペーストの熱収縮により、円筒の周面方向の反りは従来通り発生することとなるが、円筒の軸方向の反りは構造上、起こり難いからである。このような円筒の凸面を呈するウェハでも、球面を呈するウェハと同様に、凸方向の高さは、形成されるウェハの厚さが３５０μｍの場合、凸方向の高さはウェハの最長辺に対して最小で１．５％、最大で３％、望ましくは２％である。また、ウェハの厚さが２５０μｍの場合、凸方向の高さはウェハの最長辺に対して最小で３％、最大で６％、望ましくは４％である。太陽電池ウェハの凸面の曲率は一定である場合のほか、一定でない場合も本発明の１実施形態として含まれる。太陽電池用ウェハの厚さが一定ではない場合は、その厚さに応じてウェハの曲率を変化させる態様が好ましい。
【００１４】
（太陽電池用ウェハの製造方法）
本発明の太陽電池用ウェハの製造方法は、シリコン融液に基体を浸漬し、基体表面にシート状のウェハを成長させる製造方法であって、基体のウェハ成長面に曲面部があることを特徴とする。基体のウェハ成長面が曲面部を有するため、凸面を有するウェハを製造することができる。
【００１５】
基体のウェハ成長面の曲率は、形成される太陽電池用ウェハの形状に左右されることとなる。したがって、基体の凸面の高さは、基体の最長辺の長さの１．５％〜６％が好ましく、２％〜４％がより好ましい。また、図１に示すように、基体の曲面部１０１が球面を呈する基体のほか、図２に示すように、曲面部２０１が円筒面を呈する基体も有効である。これは、図２における矢印Ｓ１方向は、球面の場合と同様に、アルミニウムなどの金属ペーストの焼成時の熱収縮により反りが発生しやすいから、この反りと打ち消し合うための反対の反りを予めウェハに形成しておくことが有効なためである。一方、図２の矢印Ｓ２方向への反りは、構造上、起こり難いため、打ち消し合うための反りを予めウェハに形成しておく必要はないからである。図１および図２に示す例ではいずれも基体の曲率が一定であるが、たとえば、基体表面に成長するウェハの厚さが一定ではない場合には、ウェハの厚さに応じて曲率を変化させる態様の基体が好ましい。
【００１６】
本発明の太陽電池ウェハは、たとえば、図３に示すような装置により製造することができる。本体チャンバ３０１の内部では、加熱ヒータ３０２により、昇降機構を備えるルツボ台３０３上のルツボ３０４内のシリコン塊を融点以上に加熱し、シリコン融液３０５とすることができるようになっている。また、本体チャンバ３０１内は、真空引きを行ない、Ａｒなどの不活性ガスにて置換を行なう。シリコン塊は溶融すると体積が減るため、原料投入ポート３０６を設け、シリコン塊の追加投入を行ない、融液面の高さの調整ができる構造となっている。
【００１７】
シリコン融液３０５に浸漬して、太陽電池用ウェハを形成するための曲面部を有する基体３０８は、回転軸３０７に取り付けられた脚の先端に配置されており、回転軸３０７が回転することにより、基体３０８はシリコン融液３０５に浸漬し、シート状のウェハを基体３０８の表面に成長させる。基体３０８上に形成された太陽電池用ウェハ３１３は、回転軸３０７が回転することにより、吸着部３０９と回転軸３０７の中心との線分上に位置した時点で停止する。本体チャンバ３０１内と同圧に調整された副室３１０と本体チャンバ３０１とを仕切るゲートバルブ３１１を開き、吸着部３０９が矢印Ｓ３方向に移動し、基体３０８上の太陽電池用ウェハ３１３を吸着部３０９に吸着する。この吸着システムは吸着部３０９にシリコンゴムなどの耐熱性ゴムを用いて、内部を真空装置にて負圧にすることにより吸着する方法、または、吸着部３０９にセラミックス素材などを用い、フローチャックにて吸着する方法などがある。
【００１８】
基体３０８より太陽電池用ウェハ３１３を剥離した後、再び本体チャンバ３０１と副室３１０とを仕切るゲートバルブ３１１を閉める。ゲートバルブ３１１を閉めるのは、副室扉３１２を開放したときに、副室３１０から本体チャンバ３０１内へ空気が流入するのを防止するためである。形成された太陽電池用ウェハ３１３を副室３１０から取り出した後、再び副室扉３１２を閉め、真空ポンプにて副室３１０内の空気を排気し、Ａｒなどの不活性ガスを本体チャンバ３０１内と同圧になるまで供給し、つぎの基体３０８が所定の位置に来るまで待機し、再び同様の工程を繰り返して、形成された太陽電池用ウェハ３１３を装置外へ取り出す。複数のウェハ３１３を副室３１０内に置いておき、一度に複数のウェハ３１３を装置外に取り出してもよい。装置外に取り出された太陽電池用ウェハ３１３は、その後、不要な部分（支持部）をダイサーまたはレーザなどにてカッティングし、除去される。
【００１９】
（太陽電池）
本発明の太陽電池は、受光面の反対側の面に裏面電極を形成する太陽電池用ウェハであって、裏面電極を形成する面が、裏面電極の焼成前に凸面である太陽電池用ウェハから得られることを特徴とする。前述の方法により製造される太陽電池用ウェハは、その後に拡散工程、反射防止膜の形成工程、電極の印刷工程などを経て、最終的にモジュール形成工程の後、太陽電池となる。本発明の太陽電池は、金属ペーストの焼成によってもウェハに反りが生じないため、モジュール工程において割れが発生せず、製品歩留りを高めることができる。
【００２０】
【実施例】
実施例１
図３に示すように、本体チャンバ３０１内に設置されたカーボン製のルツボ３０４に、直径５０ｍｍ前後のシリコン塊を５ｋｇ装填した後、本体チャンバ３０１内を４００Ｐａになるまでロータリーポンプを用いて排気を行ない、その後５Ｐａになるまで、メカニカルブースターポンプを用いて排気を行なった。つぎに、加熱ヒータ３０２で周波数５ｋＨｚ、電力１００ｋＷのインバータを用いて、５℃／ｍｉｎの昇温レートで２００℃まで、ルツボ３０４を昇温した。本体チャンバ３０１内を５Ｐａ、ルツボ３０４の温度を２００℃の状態で３０分間維持することにより、多孔質であるところのカーボン製ルツボ３０４に含まれている水分を除去した。水分を除去することにより、水に含まれている酸素によって、シリコンと酸素とが反応し、シリコン酸化物が発生するのを防止することが可能となる。
【００２１】
このようなベーキングと呼ばれる作業を経た後、一旦インバータの出力を停止し、ルツボ３０４の加熱を停止した。その状態で本体チャンバ３０１内が８００ｈＰａになるまでＡｒガスを充填した。これは、インバータを稼動させた状態でＡｒガスを導入すると、本体チャンバ３０１内の圧力が数十ｈＰａから１００ｈＰａ前後の間で、ルツボ３０４と加熱ヒータ３０２の間でグロー放電を起こすためである。本体チャンバ３０１内が８００ｈＰａに達した時点で、再びルツボ３０４を昇温レート５℃／ｍｉｎにて加熱し、ルツボ３０４の温度が１５００℃になるまで待機した。シリコンの融点は１４１５℃であるから、ルツボ３０４の温度を１５００℃で安定させることにより、ルツボ３０４内のシリコン塊はやがて全て溶解して、シリコン融液３０５となった。
【００２２】
つぎに、シリコン融液３０５の高さをルツボの上端より１５ｍｍ下に設定するために、必要なシリコン塊を追加した。これは、ルツボ３０４へのシリコン塊の装填において、シリコン塊間に空間が生じるため、装填率が低くなるためである。そこで、直径１０ｍｍ前後のシリコン塊を１．５ｋｇ原料投入ポート３０６よりルツボ３０４に追装して、シリコン融液３０５を設定した高さになるようにした。追加投入したシリコン塊が全て溶融したことを確認した後、ルツボ３０４の設定温度を１４３０℃にまで落として、シリコン融液３０５の温度を安定化させるため、この状態を３０分間維持した。
【００２３】
回転軸３０７に固定されている脚は、１２０°間隔で３本あり、そのうちの１本は、吸着部３０９と回転軸３０７の中心を結ぶ線分上に位置するように設定した。また、回転軸３０７および脚の内部は水により冷却されており、回転軸３０７に固定されている脚の先端には、図１に示すような、太陽電池用ウェハの成長面が曲面を呈している基体３０８をセッティングした。なお、この曲面は、凸部の高さが基体３０８の最長辺の長さの２％であった。シリコン融液３０５の温度が安定化した後、基体３０８の凸部の中央部がシリコン融液３０５に１０ｍｍの深さで浸漬するようにルツボ台３０３の高さを調整し、基体３０８の表面に形成されたシート状の太陽電池用ウェハの厚さが３５０μｍ程度になるように、０．７５ｒｐｍで回転軸３０７を回転させた。
【００２４】
基体３０８をシリコン融液３０５に浸漬させ、１２０°移動した時点で回転を停止させた。同様に、再度回転軸３０７を０．７５ｒｐｍで回転させ、１２０°移動した時点で回転を停止させた。そうすることにより、最初にシリコン融液に浸漬した基体３０８は、吸着部３０９と回転軸３０７の中心を結ぶ線分上に位置した。基体３０８がその位置に停止した状態で、副室３１０と本体チャンバ３０１を仕切っているゲートバルブ３１１を開け、耐熱性のあるシリコンゴムで構成された吸着部３０９を、基体３０８上に形成されたの太陽電池用ウェハ３１３に密着させ、吸着部３０９内を負圧にした上、再び吸着部３０９を副室３１０内へ格納した。
【００２５】
吸着部３０９が副室３１０内へ格納されたことを確認した上で、本体チャンバ３０１と副室３１０を仕切っているゲートバルブ３１１を閉め、副室３１０内を大気圧と同じ１０１３ｈＰａに合わせた後、副室扉３１２を開けた。吸着部３０９直下へ、太陽電池用ウェハ３１３を取り出すための受け皿を配置した状態で吸着部３０９の内部を大気圧に戻すことで、吸着されていた太陽電池用ウェハ３１３を受け皿上に取り出した。取り出した太陽電池用ウェハ３１３は、ダイサーにて不要な部分をカッティングした。同様に製造した太陽電池用ウェハ３１３を１００枚抜き取り、その反り量を測定した。その結果を図４に示す。図４は、横軸にウェハの最長辺の長さに対する反り量（％）、縦軸に度数を採ったものであり、反り量は平均で２．０％であった。
【００２６】
得られた太陽電池用ウェハを用いて、通常の多結晶シリコン太陽電池用ウェハと同様に拡散工程、反射防止膜形成工程、電極印刷工程などの各プロセスを行ない、太陽電池を得た。電極印刷工程に使用されるステージおよびマスクは印刷される太陽電池用ウェハと同等の曲率を持ったものを使用した。裏面電極用にアルミニウムの金属ペーストを、ウェハの凸面の全面に印刷し、焼成したところ、アルミニウムの金属ペーストの熱収縮作用により平坦化されることが確認された。つぎに、アルミニウムの金属ペーストを印刷し焼成を行なった後のウェハを１００枚抜き取り、その反り量を測定した。その結果を図５に示す。
【００２７】
従来の平坦な太陽電池ウェハにアルミニウムの金属ペーストを印刷し、焼成を行なったものは、アルミニウムの金属ペーストの焼成時の熱収縮作用により、太陽電池ウェハに反りを生じさせていた。このときの反り量を図６に示す。これらの結果から、アルミニウムの金属ペーストの焼成時における熱収縮作用を予め考慮し、熱収縮による反りの逆方向に予め反らした太陽電池用ウェハを用いることで、アルミニウムの金属ペーストの焼成時の反りを抑制できることが確認できた。これにより、太陽電池製造の最終工程であるモジュール工程における不良率を低減させることが可能であり、本発明の太陽電池用ウェハを用いることにより、従来のモジュール工程における良品率９１．３％を、９６．６％と向上させることが可能であった。
【００２８】
実施例２
実施例１と同様の装置にて、太陽電池用ウェハの成長面に曲面部を有する基体３０８を用いて、太陽電池用ウェハ３１３を製造した。この基体３０８は、凸面の高さが基体の最長辺の長さの４％であった。基体３０８の曲面に形成されるシート状の太陽電池用ウェハ３１３の厚さが２５０μｍになるように、１．０６ｒｐｍで回転軸３０７を回転させて、基体３０８をシリコン融液３０５に浸漬させた。その後、実施例１と同様に取り出された太陽電池用ウェハ３１３はダイサーにて不要な部分をカッティングした。得られた太陽電池用ウェハを１００枚抜き取り、その反り量を測定した。その結果を図７に示す。反り量は、平均で４．０％であった。
【００２９】
つぎに、得られた太陽電池用ウェハを用いて、拡散工程、反射防止膜形成工程を行なった後、裏面電極用にアルミニウムの金属ペーストを、太陽電池用ウェハの凸面の全面に印刷し、焼成して、太陽電池を得た。得られた太陽電池について、同様に１００枚抜き取り、その反り量を測定した。その結果を図８に示す。従来の平坦な厚さ２５０μｍの太陽電池用ウェハにアルミニウムの金属ペーストを印刷し、焼成を行なったものを１００枚抜き取り、反り量を測定した。その結果を図９に示す。図８および図９の結果を比較すると、裏面電極を形成する面を凸面とすることにより、電極印刷工程後の太陽電池用ウェハの反り量が大幅に減少したことが確認できた。また、これらの太陽電池用ウェハを用いてモジュールを形成したところ、従来の良品率８５．６％を９０．２％に向上させることが可能であった。
【００３０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、太陽電池用ウェハにアルミニウムなどの金属ペーストを印刷した後、焼成する際の金属ペーストの熱収縮による太陽電池用ウェハの反りを防止することが可能となる。これにより、モジュール工程において、太陽電池用ウェハのガラスまたは樹脂の押し付けによる割れを防止することが可能となり、モジュール工程における良品率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池用ウェハの製造方法で用いることができる基体であって、ウェハが成長する曲面部が球面を呈する基体の斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池用ウェハの製造方法で用いることができる基体であって、ウェハが成長する曲面部が円筒面を呈する基体の斜視図である。
【図３】本発明の太陽電池用ウェハの製造方法で用いることができる製造装置の構造を表す模式図である。
【図４】本発明の太陽電池用ウェハの焼成前の反り量を表す図である。
【図５】本発明の太陽電池用ウェハの焼成後の反り量を表す図である。
【図６】従来の太陽電池用ウェハの焼成後の反り量を表す図である。
【図７】本発明の太陽電池用ウェハの焼成前の反り量を表す図である。
【図８】本発明の太陽電池用ウェハの焼成後の反り量を表す図である。
【図９】従来の太陽電池用ウェハの焼成後の反り量を表す図である。
【符号の説明】
１０１，２０１　基体の曲面部、３０１　本体チャンバ、３０２　加熱ヒータ、３０３　ルツボ台、３０４　ルツボ、３０５　シリコン融液、３０６　原料投入ポート、３０７　回転軸、３０８　基体、３０９　吸着部、３１０　副室、３１１　ゲートバルブ、３１２　副室扉、３１３　ウェハ。
【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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