(57)【要約】【課題】ＰＮ接合層にダメージを与えることなく半導体基板を分割できる太陽電池セルの製造方法を提供すること。【解決手段】太陽電池セルの製造方法は、一方の表面側にＰＮ接合層が形成され分割を要する半導体基板を加工ステージ上に位置決めし、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより分割溝を形成し、分割溝を利用して半導体基板を分割し太陽電池セルを得る工程を備え、半導体基板を加工ステージ上に位置決めする前記工程は、半導体基板の一方の表面が加工ステージと対向するように加工ステージ上に位置決めする工程であり、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査する前記工程は、半導体基板の他方の表面側から所望の分割線に沿ってレーザーを走査して他方の表面側に分割溝を形成する工程である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面側にＰＮ接合層が形成され分割を要する半導体基板を加工ステージ上に位置決めし、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより分割溝を形成し、分割溝を利用して半導体基板を分割し太陽電池セルを得る工程を備え、半導体基板を加工ステージ上に位置決めする前記工程は、半導体基板の一方の表面が加工ステージと対向するように加工ステージ上に位置決めする工程であり、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査する前記工程は、半導体基板の他方の表面側から所望の分割線に沿ってレーザーを走査して他方の表面側に分割溝を形成する工程である太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
レーザーを走査する前記工程は、分割溝の深さが半導体基板の厚さの５０〜９０％となるようにレーザーを走査する工程である請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
レーザーを走査する前記工程は、曲線状の分割溝が形成されるようにレーザーを走査する工程である請求項１又は２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
半導体基板は一方の表面に受光面電極が形成され、他方の表面に裏面電極が形成されてなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
半導体基板は加工ステージ上に真空吸着によって位置決めされる請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
半導体基板は加工ステージ上に圧着固定されることにより位置決めされる請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池セルの製造方法に関し、詳しくは、ＰＮ接合層が形成された半導体基板を分割して個々の太陽電池セル得るための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、半導体基板を分割して複数の太陽電池セルを得る方法であって、半導体基板の裏面に形成された電極による断差を被覆膜で覆って平坦化し、平坦化された半導体基板の裏面を粘着テープを介してダイシングステージ上に固定し、ダイシングステージ上に固定された半導体基板を半導体基板の表面側からダイシングソーを用いて分割し複数の太陽電池セルを得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８３９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
太陽電池セルの製造においては、半導体基板の表面にＰＮ接合層を形成し、半導体基板の表面および裏面に複数の太陽電池セルに相当する受光面電極と裏面電極をそれぞれ形成し、半導体基板を分割して各太陽電池セルを得る方法が一般的に行われている。
このような製造方法において、半導体基板を分割する工程では、分割すべき半導体基板をダイシングステージ上に真空吸着によってしっかり固定し、高速回転するダイシングソーによって半導体基板の表面に分割溝を形成し、形成された分割溝を利用して半導体基板を分割（ブレイク）するという方法が一般的にとられている。
【０００４】
ここで、半導体基板は、ダイシング中にダイシングソーから受ける力によって動くことのないよう、裏面電極を有する裏面側がダイシングステージ上に真空吸着によってしっかり固定され、受光面電極を有する表面側に分割溝が形成される。
というのは、半導体基板の表面側は受光面電極に起因する凹凸が裏面側よりも大きく、真空吸着し難いからである。
さらに、受光面電極と裏面電極が形成された半導体基板は、受光面電極が形成された表面側に向かって凸状に反る傾向があり、この反りが表面側の真空吸着をより一層困難にしている。
【０００５】
半導体基板の表面側にはＰＮ接合層が形成されており、分割後の光電変換特性に与える影響を考慮すると、半導体基板の表面側に分割溝を形成することはＰＮ接合層にダメージを与えるため好ましくない。
このため、半導体基板の表面側をダイシングステージ上に固定して、半導体基板の裏面側に分割溝を形成することが望ましいが、半導体基板の表面側をダイシングに耐え得る程度の固定力でダイシングステージ上に固定しようとすれば、別途、ダイシングテープ等を用いる必要があり、製造コストの増大を招く。
【０００６】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、ＰＮ接合層にダメージを与えることなく半導体基板を分割できる太陽電池セルの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、一方の表面側にＰＮ接合層が形成され分割を要する半導体基板を加工ステージ上に位置決めし、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより分割溝を形成し、分割溝を利用して半導体基板を分割し太陽電池セルを得る工程を備え、半導体基板を加工ステージ上に位置決めする前記工程は、半導体基板の一方の表面が加工ステージと対向するように加工ステージ上に位置決めする工程であり、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査する前記工程は、半導体基板の他方の表面側から所望の分割線に沿ってレーザーを走査して他方の表面側に分割溝を形成する工程である太陽電池セルの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＰＮ接合層が形成された半導体基板の一方の表面側を加工ステージ上に位置決めし、ＰＮ接合層が形成されていない半導体基板の他方の表面側からレーザーを走査して他方の表面側に分割溝を形成するので、ＰＮ接合層にダメージを与えることなく分割溝を形成でき、光電変換特性の優れた太陽電池セルが得られる。
また、レーザーは半導体基板に対して物理的に非接触であるため、半導体基板は加工ステージ上に位置決めされるだけで十分であり、加工ステージにしっかり固定される必要はない。
さらに、レーザーでは曲線状の分割溝も容易に形成でき、得られる太陽電池セルの意匠性の向上にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明による太陽電池セルの製造方法は、一方の表面側にＰＮ接合層が形成され分割を要する半導体基板を加工ステージ上に位置決めし、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査して半導体基板を局部的に溶融させることにより分割溝を形成し、分割溝を利用して半導体基板を分割し太陽電池セルを得る工程を備え、半導体基板を加工ステージ上に位置決めする前記工程は、半導体基板の一方の表面が加工ステージと対向するように加工ステージ上に位置決めする工程であり、位置決めされた半導体基板にレーザーを走査する前記工程は、半導体基板の他方の表面側から所望の分割線に沿ってレーザーを走査して他方の表面側に分割溝を形成する工程であることを特徴とする。
【００１０】
この発明による太陽電池セルの製造方法において、半導体基板としては、例えば、一方の表面にＰＮ接合層が形成された厚さ２００〜３００μｍ程度のＰ型シリコン基板を用いることができる。
また、この発明による太陽電池セルの製造方法において、レーザーとしては、例えば、ＹＡＧレーザー（発振波長１．０６μｍ）を用いることができる。
例えば、出力が１〜１００Ｗ程度、ビーム径が１〜１０ｍｍ程度のＹＡＧレーザーを半導体基板上におけるビーム径が５〜５００μｍ程度となるようにフォーカスし、５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ．程度のスイープ速度で分割線に沿って走査させることにより分割溝を形成することができる。
【００１１】
１つの分割溝を形成するにあたって、レーザーの走査は１回でもよいし、複数回であってもよいが、レーザー走査による熱が半導体基板の一方の表面側に形成されたＰＮ接合層（表面側からの深さは数μｍ程度）に達しないように注意する必要がある。
というのは、レーザー走査による熱がＰＮ接合層に達した場合、接合部でのリークが発生し、得られた太陽電池セルの曲線因子（ＦＦ）が低下し、これに伴い最大出力（Ｐｍａｘ）も低下するからである。ダメージが大きい場合には、接合部の損傷につながり、開放電圧（Ｖｏｃ）や短絡電流（Ｉｓｃ）も低下しかねない。
なお、上記のレーザーの仕様は典型値であり、この発明で用いうるレーザーを限定するものではない。
例えば、ＹＡＧレーザー以外にも、各次ＹＡＧ、ＣＯ２、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等のレーザーを用いることができる。
【００１２】
また、この発明による太陽電池セルの製造方法において、レーザーを走査する前記工程は、分割溝の深さが半導体基板の厚さの５０〜９０％となるようにレーザーを走査する工程であることが好ましい。
というのは、分割溝の深さが半導体基板の厚さの５０〜９０％程度となるようにレーザーを走査すれば、レーザーの走査による熱が半導体基板の一方の表面側に形成されたＰＮ接合層に達することを防止でき、かつ、良好な分割特性が得られるからである。
【００１３】
また、この発明による太陽電池セルの製造方法において、レーザーを走査する前記工程は、曲線状の分割溝が形成されるようにレーザーを走査する工程であってもよい。
上述の通り、レーザーは半導体基板に対して物理的に非接触であるため、曲線状に走査することも容易であり、曲線状の分割溝を形成するのにも適している。曲線状の分割溝を形成することによって、意匠性に優れた太陽電池セルが得られるようになる。
【００１４】
また、この発明による太陽電池セルの製造方法において、半導体基板は一方の表面に受光面電極が形成され、他方の表面に裏面電極が形成されていてもよい。
受光面電極は裏面電極に比べて凹凸が大きいため、受光面電極が形成された半導体基板の一方の表面側は加工ステージ上にしっかり固定し難くなる。
しかし、この発明では上述の通り、半導体基板に非接触なレーザーによって分割溝を形成するため、半導体基板が加工ステージにしっかりと固定される必要はなく、加工ステージ上に位置決めされていれば十分である。
このため、この発明による太陽電池セルの製造方法において、半導体基板は加工ステージ上に真空吸着によって位置決めされてもよい。
【００１５】
また、この発明による太陽電池セルの製造方法において、半導体基板は加工ステージ上に圧着固定されることにより位置決めされていてもよい。
また、このような方法において、半導体基板はその縁が部分的に加工ステージ上に圧着固定されてもよい。
このような位置決め方法は、半導体基板の一方の表面側に向かって凸状の反りが生じている場合に特に有効となる。
というのは、半導体基板の一方の表面側に向かって凸状の反りが生じている場合、半導体基板の縁近傍では、レーザーが他の領域よりも深く入る傾向があり、ＰＮ接合層にダメージを与える恐れがあるからである。
しかし、上記のように、半導体基板の縁を部分的に圧着固定すれば、半導体基板の縁でレーザーが深く入り過ぎることを防止でき、ＰＮ接合層にダメージが加わらず、特性の優れた太陽電池セルが得られる。
【００１６】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、以下に示す複数の実施例において、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
【実施例】
【００１７】
実施例１
この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法について、図１〜７に基づいて説明する。図１および図３〜５、並びに、図７は実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図、図２は図１のＡ部拡大図、図６は図５のＢ部拡大図である。
【００１８】
この発明による太陽電池セルの製造方法は、図４に示されるように、一方の表面にＰＮ接合層１１（図６参照）が形成され分割を要する半導体基板１０を加工ステージ２０上に位置決めする工程と、図５に示されるように、位置決めされた半導体基板１０にレーザー３１を走査して半導体基板１０を局部的に溶融させることにより分割溝１５を形成する工程と、図７に示されるように、分割溝１５を利用して半導体基板１０を分割し太陽電池セル４０を得る工程とを主に備える。
【００１９】
ここで、半導体基板１０を加工ステージ２０上に位置決めする工程では、図４に示されるように、ＰＮ接合層１１（図６参照）が形成された半導体基板１０の一方の表面１０ａと加工ステージ２０が対向するように、半導体基板１０を加工ステージ２０上に位置決めする。
また、位置決めされた半導体基板１０にレーザー３１を走査する工程では、図５に示されるように、ＰＮ接合層１１（図６参照）が形成されていない半導体基板１０の他方の表面１０ｂ側から所望の分割線に沿ってレーザー３１を走査して他方の表面１０ｂ側に分割溝１５を形成する。
【００２０】
以下、実施例による太陽電池セルの製造方法についてより具体的に説明する。
まず、図１および図２に示されるように、半導体基板１０（Ｐ型シリコン基板（厚さ３００μｍ））の一方の表面１０ａに不純物を含む溶液を塗布するか、或いは、気相中から８００〜９００℃程度で熱拡散させてＮ型の不純物拡散層１２を形成し、ＰＮ接合層１１を作り出す。
Ｎ型の不純物拡散層１２が形成された一方の表面１０ａが後の太陽電池セル４０（図７参照）における受光面となり、他方の面１０ｂが後の太陽電池セル４０における裏面となる。なお、受光面側には金属酸化物等からなる反射防止膜（図示せず）を形成しておくことが好ましい。
【００２１】
次に、図３（ａ）に示されるように、半導体基板１０の一方の表面１０ａ側にグリッド状の受光面電極１３を形成すると共に、図３（ｂ）に示されるように、他方の表面１０ｂ側に裏面電極１４を形成する。
これらの受光面電極１３や裏面電極１４は、真空蒸着法やスクリーン印刷法で形成できる。受光面電極１３および裏面電極１４の表面には、必要に応じてハンダ（図示せず）が被覆されてもよい。
【００２２】
次に、図４に示されるように、受光面電極１３が形成された半導体基板１０の一方の表面１０ａ（図３（ａ）参照）が加工ステージ２０と対向するように半導体基板１０を加工ステージ２０上に真空吸着によって位置決めする。つまり、ＰＮ接合層１１（図６参照）が形成されていない半導体基板１０の他方の表面１０ｂが加工ステージ２０上で上を向いた状態となる。
【００２３】
次に、図５に示されるように、半導体基板１０の他方の表面側１０ｂから、ＹＡＧレーザー（発振波長１．０６μｍ）を発振するレーザー発振器３０を用い、所望の分割線に沿ってレーザー３１を走査し分割溝１５を形成する（レーザースクライブ）。レーザー３１の出力は１２Ｗ、ビーム径は１．５ｍｍで、半導体基板１０上において数十μｍ程度となるようにフォーカスする。
レーザー３１のスイープ速度を５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ．に設定し、所望の分割線上を２〜３回走査することにより分割溝１５が形成される。スイープ速度を速く(２００〜３００ｍｍ／ｓｅｃ．程度)し複数回分割線上をスイープすることで、１回のみの速度の遅いスイープと比較してレーザー切断面が平滑になるためより薄い半導体基板にもダメージが少ないレーザースクライブが可能となる。
【００２４】
ここで、図６に示されるように、形成された分割溝１５の深さＤは２００μｍであり、半導体基板１０の厚さＴ（３００μｍ）の６７％となっている。このため、上述の通り、ＰＮ接合層１１に熱的なダメージが加わることなく、かつ、後の分割（ブレイク）工程で良好な分割が行なえるようになる。
なお、加工ステージ２０上に位置決めされた半導体基板１０は、受光面電極１３に起因する凹凸が比較的大きいため、真空吸着によってはしっかり固定されておらず、その固定力は位置決め程度であるが、この発明では半導体基板１０に対して物理的に非接触なレーザー３１によって分割溝１５を形成するため、位置決め程度の固定力で十分である。
その後、図７に示されるように、半導体基板１０を分割溝１５（図４参照）に沿って分割し、太陽電池セル４０を得る。
【００２５】
比較例
上述の実施例１に対する比較例としてダイシングソーを用いて太陽電池セルを作製する。
図１１に示されるように、比較例では分割溝１１５を形成する際に、比較的平坦な半導体基板１１０の裏面１１０ｂ側を加工ステージ１２０上に真空吸着によってしっかり固定し、ＰＮ接合層１１１が形成された半導体基板１１０表面１１０ａ側からダイシングソー１３０でダイシングし、分割溝１１５を形成する。その他の工程は、実施例１と同じである。ただしレーザースクライブで切断した場合と異なり、ダイシングソーを用いた場合はダイシング後に純水や有機溶剤等で洗浄する工程が必要となる。これは半導体基板の切りくず等のダイシングくずがダイシングブレ−ドを冷却する純水と共に、セル受光面に残留付着するためで製造コスト増加につながる一因となっている。
【００２６】
実施例１による太陽電池セルの製造方法で作製された太陽電池セルと、比較例による太陽電池セルの製造方法で作製された太陽電池セルの光電変換特性を比較すると、実施例１による太陽電池セルはＦＦ（曲線因子）が０．７８１となるのに対して、比較例による太陽電池セルはＦＦが０．７７５となる。
つまり、実施例１による太陽電池セルの製造方法で製造された太陽電池セルは、比較例に対してＦＦが０．７％向上している。
これは、比較例による太陽電池セルでは、ダイシングソー１３０を用いた分割溝１１５の形成時にＰＮ接合層１１１が損傷し、リーク電流の発生が大きくなるためである。
【００２７】
なお、半導体基板１０を加工ステージ２０上に位置決めする方法は、真空吸着に限られるものではなく、図８に示されるように、半導体基板１０は治具２１を用いた物理的な圧着によって加工ステージ２０上に位置決め・固定されてもよい。特に半導体基板１０に受光面を凸にした反りがある場合、裏面電極１４が形成されていない半導体基板１０のエッジ付近でレーザー３１（図５参照）が他の領域と比較して深く入ってしまいＰＮ接合層１１（図６参照）にダメ−ジを与えることがあるので、分割線１５ａ上にかからないようにエッジ付近を押さえる治具２１を適用することは有効である。
また、この実施例では、裏面電極１４どおしの間に分割溝１５を形成したが、図９に示されるように、裏面電極１４にかかる任意の位置に分割溝を形成して分割し、各太陽電池セル４０ａとしてもよい。
【００２８】
実施例２
この発明の実施例２による太陽電池セルの製造方法について、図１０に基づいて説明する。
図１０に示されるように、実施例２による太陽電池セルの製造方法では、分割溝の形成工程において、加工ステージ（図示せず）をＸ−Ｙ方向に自在に移動させることにより、曲線状の分割溝１５を形成する。
実施例２では、分割溝１５を対称性のある曲線からなるハート形とし、更にブレイクし易いようにブレイク用の割線１６を曲率の大きい箇所に付加している。
実施例２によるハート形の分割溝１５の深さは、実施例１と同様に半導体基板１０の厚さの５０〜９０％程度とされるが、分割用の割線１６は半導体基板１０の表面から裏面まで貫通していてもよい。その他の工程は実施例１と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図であり、（ａ）は半導体基板の一方の表面側を示し、（ｂ）は他方の表面側を示している。
【図４】この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図である。
【図５】この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図である。
【図６】図５のＢ部拡大図である。
【図７】この発明の実施例１による太陽電池セルの製造方法を示す工程図である。
【図８】半導体基板を加工ステージ上に位置決めするための他の方法を示す説明図である。
【図９】裏面電極にかかるように分割溝を形成して分割した例を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施例２による太陽電池セルの製造方法において形成された分割溝を示す説明図であり、半導体基板の他方の表面側を平面的に示している。
【図１１】比較例による太陽電池セルの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・・半導体基板
１０ａ・・・一方の表面
１０ｂ・・・他方の表面
１１・・・ＰＮ接合層
１２・・・不純物拡散層
１３・・・電流収集電極
１４・・・裏面電極
１５・・・分割溝
１５ａ・・・分割線
１６・・・分割用の割線
２０・・・加工ステージ
２１・・・治具
３０・・・レーザー発振器
３１・・・レーザー
４０，４０ａ・・・太陽電池セル
【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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