(57)【要約】【課題】太陽電池に用いられる基板の表面をホーン式超音波洗浄装置で液中で洗浄する際に良好な動作を可能とするトレイを提供する。【解決手段】トレイ１７に載置した基板１８を水槽に入れて超音波を当てて洗浄する太陽電池基板の洗浄装置であって、上記トレイ１７の基板載置面２７に溝２８を設けると共に、この基板載置面２７の周縁部に上記基板１８が水平方向にずれることを防止するための突出部１９を設けた。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレイに載置した基板を水槽に入れて超音波を当てて洗浄する太陽電池基板の洗浄装置において、前記トレイの基板載置面に溝を設けると共に、この基板載置面の周縁部に前記基板が水平方向にずれることを防止するための突出部を設けたことを特徴とする太陽電池基板の洗浄装置。
【請求項２】
前記基板が厚さ２００〜６００μｍの結晶系基板であり、かつ前記トレイの基板載置面における前記基板との当接面積が前記基板の面積の３％以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池基板の洗浄装置。
【請求項３】
前記基板が厚さ２００〜６００μｍの結晶系基板であり、かつ前記溝が形成された領域の面積が前記基板の面積の１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池基板の洗浄装置。
【請求項４】
前記溝が前記基板載置面に対して０．２ｍｍ以上の深さを有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池用基板の洗浄装置に関し、特に基板を載置するトレイを有する太陽電池用基板の洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
太陽電池は入射した光エネルギを電気エネルギに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。
【０００４】
太陽電池では、電気エネルギへの変換効率を向上させるために従来から様々な試みがなされてきた。そのひとつに基板に入射する光の反射を低減する技術があり、表面での光の反射を低減することで電気エネルギヘの変換効率を高めることができる。
【０００５】
シリコン基板を用いて太陽電池素子を形成する場合、基板の表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液でエッチングすると、基板の表面に微細な凹凸が形成され、反射をある程度低減できる。面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いた場合、このような方法でテクスチャ構造と呼ばれるピラミッド構造を基板の表面に均一に形成することができるものの、アルカリ水溶液によるエッチングは結晶の面方位に依存することから、多結晶シリコン基板で太陽電池素子を形成する場合、ピラミッド構造を均一には形成できず、そのため全体の反射率も効果的には低減できないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、太陽電池素子を多結晶シリコンで形成する場合に、その表面に微細な凹凸を反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法で形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面方位に左右されずに微細な凹凸を均一に形成し、多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においても反射率をより効果的に低減しようとするものである。
【０００７】
ところが、この方法で太陽電池の表面に微細な凹凸を形成すると、エッチングされた基板の表面にはエッチング残渣が発生する。次の工程で基板の表面が清浄であることが必要な場合には、このエッチング残渣は取り除いておく必要がある。この残渣を取り除く方法として、水槽内の水中で超音波洗浄で除去する方法がある。
【０００８】
この方法では、水槽内に貯めた水の中に基板を載置したトレイを設置し、その上から超音波ホーンで基板表面に超音波を印加して残渣を除去するものである。また、残渣の除去作業を連続して行うためには、例えば特願２００２−７３０５７号明細書にあるように、太陽電池基板を載置するための複数のトレイなどを備えたベルトまたはチェーンを設け、このベルトまたはチェーンを回転させて複数のトレイ上の基板が超音波ホーンを連続して通過するときに超音波を印加するようにする。
【０００９】
ところが、この方法では基板を載置したトレイが水中に入る際に基板が水面の表面張力で浮いてしまうことがあった。また、基板が浮く際に、トレイに対して水平方向へずれてトレイからはみ出したりすることがあった。
【００１０】
また、残渣除去作業を連続して行うためには、これに対応した基板の自動供給回収装置が必要となる。一般的に基板のような板状のものを枚葉で供給するためには搬送アームに付属した吸着パッド等で基板を吸着して残渣除去装置のベルトに固定されたトレイ上に搬送して供給する。この後、水中で残渣が除去された基板を吸着アームで再度トレイから吸着して基板を回収するが、このときにトレイと基板が水の介在によって必要以上に吸着し、吸着パッドでの回収が困難になることがあった。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池に用いられる基板の表面をホーン式超音波洗浄装置で液中で洗浄する際に良好な動作を可能とするトレイを提供する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−１０２６２５号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池基板の洗浄装置では、トレイに載置した基板を水槽に入れて超音波を当てて洗浄する太陽電池基板の洗浄装置において、前記トレイの基板載置面に溝を設けると共に、この基板載置面の周縁部に前記基板が水平方向にずれることを防止するための突出部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記基板が厚さ２００〜６００μｍの結晶系基板であり、かつ前記トレイの基板載置面における前記基板との当接面積が前記基板の面積の３％以上であることが望ましい。
【００１５】
また、前記基板が厚さ２００〜６００μｍの結晶系基板であり、かつ前記溝が形成された領域の面積が前記基板の面積の１０％以上であることが望ましい。
【００１６】
さらに、前記溝が前記基板載置面に対して０．２ｍｍ以上の深さを有することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る基板のエッチング方法とエッチング装置で形成される太陽電池素子の構造を示す図である。図１において、１はシリコン基板、２は凹凸、３は受光面側の不純物拡散層、４は裏面側の不純物拡散層（ＢＳＦ）、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極を示している。
【００１８】
前記シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶のシリコン基板である。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板となる。
【００１９】
シリコン基板１の表面側には、入射する光を反射させずに有効に取り込むために凹凸２を形成する。これは真空引きされたチャンバ内にガスを導入して一定圧力に保持してチャンバ内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用によって基板の表面をエッチングするものである。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法と呼ばれるこの方法は図２のように示される。
【００２０】
図２において、１はシリコン基板、８はマスフローコントローラ、９はＲＦ電極、１０は圧力調整器、１１は真空ポンプ、１２はＲＦ電源、１３はアース、１４はチャンバである。装置内にマスフローコントローラ８部分からエッチングガスを導入するとともに、ＲＦ電極９からＲＦ電力を供給することでプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性化して、ＲＦ電極９の上部に設置したシリコン基板１の表面に作用させてエッチングする。
【００２１】
発生した活性種のうち、イオンがエッチングに作用する効果を大きくした方法を一般に反応性イオンエッチング法と呼んでいる。類似する方法にプラズマエッチングなどがあるが、プラズマの発生原理は基本的に同じであり、基板に作用する活性種の種類の分布をチャンバ構造、電極構造、あるいは発生周波数等によって異なる分布に変化させているだけである。そのため、本発明は反応性イオンエッチング法に限らず、プラズマエッチング法全般に対して有効である。
【００２２】
本発明では、例えば塩素（Ｃｌ２）、酸素（Ｏ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を１：５：５の割合で流しながら、反応圧力７Ｐａ、プラズマを発生させるＲＦパワー１ｋＷで５分間程度エッチングする。これによりシリコン基板１の表面には凹凸が形成される。シリコンはエッチングすると基本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が吸着して基板の表面に残渣として残る。つまり、シリコン基板１の表面を反応性イオンエッチング法および類似のドライエッチング法で粗面化する際に、エッチングされたシリコンを主成分とするエッチング残渣をシリコン基板１の表面に再付着させる速度を促進させ、これをエッチングのマイクロマスクとして利用することでシリコン基板１の表面に凹凸を形成するものである。なお、このエッチング残渣は最終的には除去される。
【００２３】
また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどをシリコンのエッチング残渣がシリコン基板１の表面に残るような条件に設定すると、凹凸を確実に形成することができる。ただし、その凹凸のアスペクト比は最適化する必要がある。逆に、シリコン基板１の表面にエッチング残渣が残らないような条件では凹凸を形成することは困難である。
【００２４】
この凹凸形成の後、後工程での処理を行う前に表面の残渣を除去する。この残渣の除去の方法としては、例えば特願２００２−７３０５７号明細書にあるようにホーン式の超音波洗浄装置を用いて水中で行う方法がある。
【００２５】
図３にこの超音波洗浄装置の一例を示す。図３において、１５は超音波振動子ユニット、１６は超音波ホーン、１７はトレイ、１８は太陽電池基板、１９は水槽、２０は水、２１は超音波発振器、２２はチェーンである。回転式のチェーン２２にトレイ１７を固定し、そのトレイ１７に基板１８を載置し、チェーン２２が回転してトレイ１７が水槽２０の水中で、超音波発振器２１と超音波振動子２１とで駆動する超音波ホーン１６の下部を通過する際にホーン１６の超音波で残渣を除去するものである。ただし、これは一例であって超音波の媒体となる物質は水に限らず、専用の洗浄液を用いることもでき、有機溶剤を用いることも可能である。また、凹凸形成の際の残渣の除去を一例としてあげているが、その他の洗浄にも用いることができる。
【００２６】
図４および図５に本発明に係るトレイの一例を示す。図４および図５において、１６はホーン、１７はトレイ、１８は基板、２４は水面、２７は基板載置面、２８は溝、２９は突出部を示す。図５は図４のトレイを上方向から見たものである。
【００２７】
本発明では基板１８が密着しやすいようにトレイ１７の表面に基板載置面２７を設ける。この基板載置面２７はより平坦で滑らかであるほど基板１８との密着性がよくなる。この密着性は残渣除去を行う際の超音波の媒体によって異なるが、一般にこの媒液の粘度が高いほど、また、基板１８側の接触表面の粗さが平坦であるほど、密着性はよくなる。また、ホーン１６側の基板１８表面の粗さや基板１８の重量によって必要な密着性は異なる。
【００２８】
トレイ１７の基板載置面２７における基板１８との当接面積もこれらによって最適化する必要がある。基板１８が厚さ２００〜６００μｍの結晶基板である場合、トレイ１７の基板載置面２７における基板１８との当接面積は載置する基板１８の面積の３％以上とすることが望ましい。これにより、トレイ１７上の基板１８が超音波媒液中に搬送される際に基板１８がずれないような最低の吸着が確保できる。
【００２９】
残渣除去作業を連続して行うためには、これに対応した基板１８の自動供給回収装置が必要となる。一般的に基板１８等の板状のものを枚葉で供給するには搬送アームに付属した吸着パッド（不図示）で基板を吸着し、それを残渣除去装置のベルトに固定されたトレイ１７上に搬送して供給する。この後、水中で残渣除去された基板１８を吸着アームで再度トレイ１７から吸着して基板１８を回収するが、このときにトレイ１７と基板１８が水の介在によって必要以上に吸着してしまい、吸着パッドでの回収が困難になってしまう。
【００３０】
これを解決するため、本発明においては、トレイ１７における基板１８との当接部の他に、トレイ１７の基板載置面２７に溝２８を設ける。さらに、基板１８がトレイ１７載置面に水平方向にずれることを防止するための突出部２９を設ける。溝２８によって基板１８が超音波媒体の液体でトレイ１７上に吸着する力が弱まり、吸着パッドでの回収が容易になる。したがって、基板１８が適度にトレイ１７に吸着し、ずれも生じないスムーズなホーン式超音波洗浄装置となる。
【００３１】
この溝２８は吸着パッドの吸着力にもよるが、基板１８が厚さ２００〜６００μｍの結晶系の基板１８の場合、基板１８面積の１０％以上の面積を有することが望ましい。また、溝２８は基板１８の載置面に対して０．２ｍｍ以上の深さを持つことが望ましい。このように構成することで、溝２８を超音波の媒液が抜けていくことにより、基板１８とトレイ１７との吸着が弱くなり、自動供給回収装置の搬送アームによるトレイ１７の吸着の際に基板１８の離れ具合が好適になる。
【００３２】
基板１８の離れ具合がよりよくなると基板１８は浮きやすくなるが、基板１８とトレイ１７は超音波で密着するので、トレイ１７が水中に入るだけでは基板１８は浮かないようにすることができる。ただし、基板１８はトレイ１７に密着しながらもトレイ１７に水平方向にはズレが生じるので、トレイ１７の周辺部には突出部２９を設ける。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池基板の洗浄装置によれば、基板を載置して水槽に入れて超音波を当てて洗浄するトレイの基板載置面に溝を設けると共に、この基板載置面の周縁部に基板が水平方向にずれることを防止するための突出部を設けたことから、自動機よって基板の供給回収を行う際にもトラブルを発生することがなく、また超音波媒体中でも基板がずれることのない装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る洗浄装置を用いて作成した太陽電池素子を示す図である。
【図２】本発明に係る洗浄装置で洗浄される前にエッチングを行う装置を示す図である。
【図３】本発明に係る超音波洗浄装置の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る超音波洗浄装置のトレイの一例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る超音波洗浄装置のトレイの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１７；トレイ、１８；太陽電池基板、２７；基板載置面、２８；溝、２９；突出部
【図１】
2004243245.tif 000003
【図２】
2004243245.tif 000004
【図３】
2004243245.tif 000005
【図４】
2004243245.tif 000006
【図５】
2004243245.tif 000007