(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリコンパネルを製造するための方法であって、
シリコン溶融液（４、７４）が吐出可能に充填された容器（２、７２）を準備することと
製造される前記シリコンパネルの全幅に渡って延びている1つ以上の第1の溝部（１７）を一面に有し、前記シリコン溶融液が結晶化するようにこのシリコン溶融液よりも低い温度を有するバンド状の基板（８、７８）の前記一面に、前記容器（２、７２）から吐出されるようにシリコン溶融液（４、７４）を接触させることと、
前記基板（８、７８）の前記一面にシリコンフォイル（１６）が形成されるように、前記シリコン溶融液（４、７４）に対してこの基板（８、７８）を移動させることと、
前記シリコンフォイルを前記基板から離すこととを具備し、前記シリコンフォイル（１６）は、前記第1の溝部（１７）が形成されている所で、シリコンパネルに夫々分割される方法において、
前記バンド状の基板（８、７８）は、前記シリコン溶融液により実質的に充填されるようなディメンションを有した少なくとも１つの第２の溝部（５２，５４，９２）を前記一面に有し、この場所で前記シリコンフォイルの厚い補強部分が形成され、かくして、厚い補強部分が、前記少なくとも１つの第２の溝部（５２，５４，９２）内で前記シリコンパネルに形成され、シリコンパネルの残りの部分は、薄いままであり、前記厚い補強部分は、シリコンパネルを全体的に補強することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記シリコンパネルは、前記補強部分を除く面全体に渡って１００ないし３５０μｍの平均厚さを有する請求項１の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の溝部は、５０ないし５００μｍの深さを有する請求項１又は２の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２の溝部は、２ないし５ｍｍの幅を有する請求項１ないし３のいずれか１の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の溝部は、前記シリコンパネルの上面にほぼ平行に延びる底面を有する請求項１ないし４のいずれか１の方法。
【請求項６】
前記バンド状の基板（８）は、これと同じパターンが前記シリコンパネル（１６）の表面に形成されるように、基板（８）の前記一面に形成されたリセス並びに突出部分（２２，２３，２４，２５）の少なくとも一方を有する請求項１ないし５のいずれか１の方法。
【請求項７】
前記バンド状の基板は、前記シリコン溶融液が充填されるような深さ並びに幅の複数の前記リセスを有する請求項６の方法。
【請求項８】
前記バンド状の基板は、結晶化されたシリコンによりブリッジが形成されるような深さ並びに幅の複数の前記リセスを有する請求項６の方法。
【請求項９】
前記バンド状の基板は、複数の前記リセスを有し、これらリセスは、夫々複数のキャビティ（９３）を有し、これらキャビティは、キャビティ（９３）が前記基板（８）に形成されているポイントで、ホールが前記シリコンパネルにそれぞれ形成されるようなディメンションを有する請求項６の方法。
【請求項１０】
前記突出部分は、複数のストリップを有する請求項６の方法。
【請求項１１】
前記バンド状の基板（８）は、少なくとも１つのリセス（９３）を前記一面に有し、前記リセスは、前記液体シリコンの結晶化が前記少なくとも１つのリセス内で生じないようなディメンションを有し、この結果として、ホールが、前記シリコンパネルに局所的に形成されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１２】
前記バンド状の基板（７８）は、前記容器に充填されたシリコン溶融液（７４）の表面上でこのシリコン溶融液（７４）１に接触され、このシリコン溶融液から離れるように案内される請求項１の方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１の方法により製造されたシリコンパネル。
【請求項１４】
複数のシリコンパネルを製造するための装置であって、
シリコン溶融液を吐出可能に収容する容器（２、７２）と、
製造されるシリコンパネルの全幅に渡って延びている１つ以上の第１の溝部（１７）を有し、シリコン溶融液が結晶化するようにこのシリコン溶融液よりも低い温度に少なくとも動作時に維持され、前記容器内のシリコン溶融液と接触するか、前記容器からのシリコン溶融液と接触するようにして、前記容器に対して移動されるバンド状の基板（８、７８）と、
この基板（８）の一面に前記シリコン溶融液を接触させるように配置され、かつシリコンフォイルを基板（８）の一面に形成するようにシリコン溶融液に対して基板（８）を移動させるように配置されている駆動手段とを具備し、前記シリコンフォイル（１６）は、前記第１の溝部（１７）が形成されている所でシリコンパネルに夫々分割される装置において、
前記バンド状の基板（８）は、前記シリコン溶融液により実質的に充填されるようなディメンションを有した少なくとも１つの第２の溝部（５２，５４，９２）を前記一面に有し、かくして、厚い補強部分が、前記少なくとも１つの第２の溝部（５２，５４；９２）内で、前記シリコンパネルに形成され、また、シリコンパネルの残りの部分は、薄いままであり、また、前記厚い補強部分は、シリコンパネルを全体的に補強することを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記バンド状の基板（８）は、少なくとも１つのリセス（９３）を前記一面に有し、前記リセスは、前記シリコン溶融液の結晶化が前記少なくとも１つのリセス内で生じないようなディメンションを有し、この結果として、ホールが、前記シリコンパネルに局所的に形成されることを特徴とする請求項１４の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従ったシリコンパネルを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、広く知られている。このような方法の一例は、Ribbon Growth on Substrate(RGS)として知られるフォイル引き抜き方法である。この方法では、キャスティングフレームに、例えば液体シリコンが充填されている。また、このキャスティングフレームが所定の位置にとどまり、バンド状の基板がこのキャスティングフレームの下を通過する所で、表面がシリコン溶融液と接触するように駆動されるバンド状の基板が、使用されている。このバンド状の基板がキャスティングフレームを離れるキャスティングフレーム側へと、結晶化されたシリコンフォイルは、この時点で逃れる。このシリコンフォイルは、複数のピースに分割され、これらピースは、例えば太陽電池を製造するための基礎部材となることができる。
【０００３】
太陽電池の表面には、この表面への入射光の反射を低減するために所定の構造とすることは、知られている。このための一例として、太陽電池の表面を大きくするように、複数の溝部を設けて、太陽電池の効率を向上させている。
【０００４】
特許公報ＵＳ５７０４９９２は、特別な鋸歯によりフォイルにＶ字形状の溝部を形成する方法を、記載している。この鋸歯は、鋭い外形を有し、高速で回転する。また、公報ＵＳ４６０８４５１に従えば、所定の構造が、金属フォイルの表面に導入される。後者の公報では、複数の溝部が、フォイルにエッチングされる。所定のマスクが、フォイルに装着され、このフォイル上で、マスクは、エッチング材と接触される。この場合、Ｖ字形状の溝部が、また、フォイルに形成されることができる。また、同じ効果を得るために、でこぼこ若しくは二次元の構造をエッチングにより適用することも可能である。
【０００５】
しかし、これら技術を使用した場合、所望の構造を表面に得るために、製造の後に金属フォイルを更に処理する必要がある。
【０００６】
公報ＪＰ２００１２０６７９８は、フォイル引き抜き方法により形成されたシリコンパネルを製造し得る装置を記載している。回転形式の基板が使用され、この基板上で、シリコンの結晶化が生じる。基板の表面は、機械加工されておらず、従って、製造されたシリコンパネルは、表面に、例えばのこ歯構造が与えられる。これは、効果的なエリアを大きくし、太陽電池の効率を改善する。
【０００７】
前記フォイル引き抜き方法は、非常に薄いフォイルを製造するのに理想的である。このようなフォイルは、２５０μｍ未満の厚さを有するように製造されることができる。この方法の主な利点は、パネル、例えば太陽電池１つ当りのシリコンの量が非常に限定されることである。非常に薄いシリコンパネルの欠点は、シリコンパネルが簡単に破損し得ることである。このようなリスクは、特に、太陽電池の更なる製造において事実である。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術により製造されるパネルよりも強固なパネルを製造するフォイル引き抜き方法により薄いシリコンパネルを製造することである。この目的は、液体シリコンが実質的に充填されるようなディメンションを有した少なくとも１つの第２の溝部を基板が有し、かつ前記少なくとも１つの第２の溝部がシリコンパネルに形成されている位置に補強部分を形成することを特徴とする、導入部分に示されているような方法により達成される。
【０００９】
前記補強部分は、１つ以上の第２の溝部を基板に形成することにより、シリコンパネルに形成される。これら補強部分は、パネルを全体的に補強し、パネルの残りの部分は、薄いままであり得る。
【００１０】
一実施液体では、シリコンパネルは、補強部分を除く面全体に渡って１００ないし３５０μｍの平均厚さを有している。
【００１１】
前記少なくとも１つの第２の溝部は、５０ないし５００μｍの深さを有することが好ましい。
【００１２】
一実施形態では、前記少なくとも１つの第２の溝部は、２ないし５ｍｍの幅を有している。
【００１３】
更なる実施形態では、少なくとも１つの第２の溝部が、シリコンパネルの上面にほぼ平行に延びる底面を有している。
【００１４】
更なる実施形態では、基板は、これと同じパターンがシリコンパネルの表面に形成されるように、基板の一表面にリセスと突出部分との少なくとも一方を有している。前記リセスは、シリコン溶融液が充填されるような深さ、幅、並びに側壁の傾斜角度を有することができる。また、前記リセスは、結晶化したシリコンによりブリッジが形成されるような深さと幅とを有することも可能である。
【００１５】
特定の実施形態では、複数の第１の溝部の断面は、シリコン溶融液が充填される程度に大きく、また、複数の第２の溝部は、シリコン溶融液が充填されない程度に大きい。複数の第１の溝部は、例えばローラー印刷方法による処理の後にシリコン接点として機能する突出部分をフォイルに形成する程度の深さであり得る。
【００１６】
前記リセスは、１ｍｍよりも狭いことが好ましい。基板のこのように狭い溝部は、シリコンにより、結晶化の間にブリッジが形成される。この方法を使用すると、例えば太陽電池の効果的なエリアを増加させ得るＶ字形状の互いに平行な溝部を一側面に有する非常に薄いフォイルが、製造され得る。このように面が大きいと、光学的性質が改善され、太陽電池の効率が高くなる。
【００１７】
本発明の一実施形態では、前記リセスは、複数のキャビティを有し、これらキャビティは、基板に形成されているポイントで、ホールがフォイルにそれぞれ形成されるようなディメンションを有している。かくして形成されたホールは、例えば、フォイルの前部と後部とのシリコン接点が互いに接続される次の工程に使用されることができる。例えばレーザーを使用してこれらホールを特別に形成することが、もはや必要されない。これらホールは、１ｍｍないし２ｍｍの幅を有することが好ましい。
【００１８】
他の実施形態では、前記突出部分は、バンドを有している。これらバンドは、所定の長さの基板に設けられた突出部分である。これら突出部分は、まっすぐであっても良いが、湾曲されていても良い。特別な実施形態では、これらバンドの断面は、ジグザグ形状であると考えられる。このような特別なジグザグ形状は、言わば、ジグザグ構造をフォイルに形成するのに使用されることができる。これにより、太陽電池の効率が向上され得る。
【００１９】
本発明は、また、上述された方法により製造されたシリコンパネルと、シリコンパネルを製造するための装置とに関する。
本発明の更なる利点並びに特徴は、添付図面を参照した個々の実施形態の説明に関連して詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に従ったフォイル引き抜き装置(drawing device)の概略的な側面図を示している。このシリコンフォイルを製造するための装置は、液体シリコン、即ち、シリコン溶融液が中に注入され得るキャスティングフレーム２からなっている。シリコン溶融液(metal melt)４とも称される液体シリコン４が、供給装置６により、このキャスティングフレーム２中に注入される。このキャスティングフレーム２の下側には、シリコン溶融液と接触してシリコン溶融液を吐出させながら所定のスピードでキャスティングフレーム２の下を移動するように設計された基材バンド８の形態の、即ち、バンド状の基板８がある。このために要求された駆動手段が、図１に示され、参照符号１５により示されている。このフォイル引き抜き装置は、また、キャスティングフレーム２内の液体シリコン４の高さを決定するように設計された制御モジュール１０と高さ測定器１２とを有している。前記バンド状の基板８の温度は、液体シリコン４がバンド状の基板８の表面で結晶化するように、調整されている。液体シリコンの代表的な温度は、１２００℃である。バンド状の基板８は、図１の右方向へと移動するので、フォイル１６は、キャスティングフレーム２の下流側に逃れる。そして、このフォイル１６は、キャスティングフレーム２を下流側で上方に押し上げて、キャスティングフレームをわずかに傾斜させている。バンド状の基板８には、移動方向に対して直交する複数の溝部１７が、規則的な間隔で設けられている。これら溝部１７は、液体シリコン４がこの液体シリコンの表面張力のためにこれら溝部１７内に流れ込まないで、破断部(interruptions)１８がシリコンフォイル１６に形成されるような幅と深さとを有している。このため、太陽電池に適した矩形のフォイルが、非常に簡単に製造され得る。これら矩形のフォイルは、冷却され、最終的にはわずかに収縮する。従って、これらフォイルは、バンド状の基板８から離されるようになる。そして、これらフォイルは、例えば更なる処理のために、ロボットアームにより、バンド状の基板８から除去されることができる。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態に従ったバンド状の基板８の上面図を示している。この基板８は、例えば３ｍｍの幅を有した溝部２１を有している。この溝部２１は、液体シリコンにより充填されるようなサイズである。前記バンド状の基板８は、また、このバンド状の基板８の長手方向にリセス２２，２３，２４，２５のパターンを有している。比較的幅広の溝部３２，３４が、また、バンド状の基板８の両側部に長手方向にそれぞれ設けられている。これら溝部３２，３４と前記溝部１７とは、特に、ＥＰ０４９７１４８に開示され、フォイル１６（のピース）のディメンションを決定している。前記溝部３２，３４の形状と深さとは、液体シリコン４が、表面張力のためにこれら溝部３２，３４中に達することのないようになっている。従って、液体シリコン４は、溝部３２，３４の他側（外側）に達することができない。これは、キャスティングフレーム２が、液体シリコン４が溝部３２と溝部３４との内側（若しくは、これら溝部のエッジのわずか上方）のみでバンド状の基板８と接触するようなディメンションを有しているためである。
【００２２】
図３は、図２のバンド状の基板８の横断面図を示している。この例において、前記リセス２２，２３，２４，２５は、Ｖ字形状の溝部である。これら溝部２２，２３，２４，２５の幅と側壁の傾斜角度とは、液体シリコンが、これら溝部内で結晶化しないように設定されている。代わりに、この液体シリコンは、これら溝部に渡ってブリッジを形成する。このことは、図４に示され、また、フォイルは、１６により示されている。しかし、前記溝部２１には、シリコンが充填されている。結晶化の後に、シリコンパネルの厚い部分は、この場所で形成される。この厚い部分は、シリコンパネルを全体的に補強している。従って、この厚い部分は、正確には、補強部分として称されることができる。図２では、前記溝部２１が、バンド状の基板８の一方のエッジに平行に延びている。この溝部２１と、前記リセス２２，２３，２４，２５との方向は、異なっていても良く、例えば、バンド状の基板８のエッジに対して所定の角度をなしていても良い。また、溝部２１は、リセス２２，２３，２４，２５の長さとは異なる長さを有することも可能である。
【００２３】
図２ないし４は、簡略のために、幅狭の４つの溝部を単に示している。この数は、非常に多く、例えば１０００を超え得る。この実施形態の溝部２２ないし２５の幅の代表的な値は、０．１ないし１ｍｍである。また、側壁の傾斜角度α（図３を見よ）は、代表的に２０°よりも小さい。これら図では、溝部２１の相対的な幅は、正確に再現されていない。この溝部の代表的な値は、２ないし５ｍｍである。
【００２４】
他の実施形態において、基板８は、液体シリコンが充填されるような深さ、幅、並びに側壁の傾斜角度αを有した複数のリセスを備えている。側壁の傾斜角度αが、これらリセスのディメンションに対して比較的大きい場合、液体シリコンが、リセスに充填される。このような場合、フォイル１６には、溝部が形成されないが、代わりに、バー若しくはストリップのような突条部分が形成される。また、リセスに、例えば小さく丸い１つのキャビティが、基板８に完全に局所的に設けられ、かくして、フォイル１６にノブ部分を与えることが可能である。このようなノブ部分は、コンベヤシステム用のマーキングに使用されることができる。
【００２５】
図５は、基板８が２つの溝部５２，５４を有した実施形態を示している。これら溝部５２，５４の傾斜角度は、約０°である。しかし、これら溝部５２，５４は、液体シリコンが溝部５２，５４を充填する程度に幅広である。これら溝部５２，５４の代表的な幅は、２ないし５ｍｍである。また、これら溝部５３，５４の代表的な深さは、０．２ないし２ｍｍである。傾斜角度αが、例えば０ないし４５°よりも大きな値を有し得ることに、注意すべきである。図６は、図５に示されているような基板で形成された２つの太陽電池６０，６１を示している。太陽電池６０の補強部分６４，６５と、太陽電池６１の補強部分６６，６７とは、これら太陽電池（「バス・バー」）の上部に金属接続部分を装着する位置付けを強化するために使用されている。補強部分６４は、金属ジョイント７０により、太陽電池が補強部分６６を有する所でこの太陽電池の前面に接続されている。また、補強部分６５は、他の金属ジョイント７１により、補強部分６７の所で前記前面に接続されている。従って、太陽電池６０，６１は、互いに電気的に接続される。このような接続は、太陽電池の接続が代表的である。太陽電池が互いに接続されるとき、薄い電池を破損させてしまうようなかなりの力が、発生される。このような力は、主に金属ジョイント７０，７１を介して、太陽電池６０，６１に伝えられる。前記補強部分６４，６５，６６，６７は、ジョイント７０，７１の接着場所の下に設けられているので、錫の太陽電池６０，６１は、発生された力に良好な抵抗を与える。
【００２６】
図７は、方法の更なる実施形態に従って形成されたフィルム１６と基板８との横断面図を示している。この基板８は、互いに平行な複数の溝部９０を基板８の表面に有している。これら溝部は、液体シリコンがこれら溝部内で結晶化しないように、即ち、「ブリッジング」を形成しない程度に狭い。前記基板は、また、シリコンが充填される複数のリセス９２を有している。これらリセス９２は、結晶化したフォイル１６の上面９４にほぼ平行に延びている底面を有している。図８は、図７で形成されたフォイルの斜視図を示している。この図８からは、フォイル１６にジグザク状の面が与えられ、この面から、複数の突出部分(elevations)９５が突出していることが、判る。これら突出部分９５には、ローラー印刷のような知られた印刷方法により、金属層が形成されることができる。これにより、比較的簡単な方法で、太陽電池を接続するように機能し得る金属接触を形成している。
【００２７】
図９は、シリコン溶融液が充填されないようなディメンションと傾斜角度とを有する複数のキャビティ９３を備えたバンド状の基板８の横断面図を示している。このバンドは、シリコンパネルに複数のホールを局所的に形成する。用語「ホール」は、通路を称している。これらホールは、丸くても良いし、いずれの形状、例えば矩形であっても良い。これらホールは、シリコン接点がフォイル１６の前側と後側とに夫々接続される次の処理工程で使用されることができる。ここで、例えばレーザーでのこれらホールの特別な形成は、もはや必要ではない。これらホールは、１ｍｍないし２ｍｍの幅を有することが好ましい。長さは、規定される場合は、適用例により決定される。上述されたホールは、また、フォイル１６を貫通するように高い突出部分を基板８の表面に与えることにより形成されることができる。図１０は、図９の実施形態の上面図を示している。各シリコンパネルには９つのホールが形成されていることが、判る。図１０は、マトリックス状に配置されたキャビティ９３を示している。他の配置並びに数が、シリコンパネルの適用例に応じて、可能である。
【００２８】
図１１は、ルツボ７２がシリコン溶融液７４を収容した本発明の他の実施形態を示している。基板７８が、シリコン溶融液７４の表面に接触されている（図９を見よ）。この基板７８は、基板７８がシリコン溶融液７４の表面に沿ってゆっくりと摺動するように駆動手段８２により移動されるバー８０に接続されている。図１１に示されている例では、駆動手段８２は、コンベヤパス８３により案内される。基板７８は、シリコンの結晶化温度より低い温度を有している。このため、結晶化したシリコンの薄層が、基板７８の面に形成される。基板は、また、表面から離れるので、所定の厚さのフォイルが、形成される。図１２は、図１１の基板７８の下面図の一例を示している。基板７８は、複数の溝部８４を有し、これら溝部は、液体シリコン７４がこれら溝部８４を充填しないような幅と傾斜角度とを有している。代わりに、ブリッジングが、図４を参照してすでに説明されたように、これら溝部を覆うように形成されることができる。また、この実施形態では、フォイルのリセスの代わりにフォイルに突出部分を形成することも可能である。
【００２９】
形成されたフォイルは、冷却されるので、収縮する。このように収縮することにより、フォイルは、基板７８から確実に外される。
【００３０】
フォイル１６のパターンが、実際に、基板８に形成されたパターンの鏡像であることに、注意すべきである
また、パネルが、ホールだけを有し補強部分を有さない本発明に従った方法により形成され得ることにも、注意すべきである。
【００３１】
上記を読んで、変形例が、最先端の技術から容易に差し引き可能であることは、理解される。また、シリコン溶融液４の側の基板８が移動されて、フォイルが上方に流されることも可能である。このような変形例は、添付された特許請求の範囲に記載されているような適用例の範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に従った装置の概略的な側面図を示している。
【図２】一実施形態に従ったバンド状の基板の上面図を示している。
【図３】図２の基板の横断面図を示している。
【図４】基板と形成されたフォイルとの横断面図を示している。
【図５】他の実施形態に従った基板とこの基板上に形成されたパネルとの横断面図を示している。
【図６】他の実施形態に従った方法により製造され、互いに接続された２つの太陽電池を示している。
【図７】方法の更なる実施形態に従って形成されたパネルと基板との横断面図を示している。
【図８】図７に形成されたフォイルの斜視図を示している。
【図９】本発明の一実施形態に従って形成されたパネルと基板との横断面図を示している。
【図１０】図９の基板の上面図を示している。
【図１１】他の実施形態に従った装置の概略的な側面図を示している。
【図１２】図１１の基板の下面図を示している。
【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】
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