JP2003282901A

JP2003282901A - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2003282901A
Application number: JP2002089142A
Authority: JP
Inventors: Takao Abe; 孝夫阿部
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの形状を維持した円状の太陽電池セ
ルを用いることにより、半導体単結晶ウェーハの利用歩
留まりの向上と加工コストの低減とを図るとともに、セ
ル取付面の形状や寸法がまちまちな場合でも、面積充填
率の高いモジュールを得ることができる太陽電池モジュ
ールの製造方法を提供する。【解決手段】製造するべき太陽電池モジュール６０の
セル取付面１に、円状セル単位２をはみ出しが生じない
最大枚数にて取り付けたときの、該セル取付面１のセル
非取付領域の面積Ｓ−Ｓ’が最小化するように、予め与
えられたセル取付面１の形状及び寸法に応じて、円状セ
ル単位の直径Ｄを個別に決定する。そして、その決定さ
れた直径Ｄに対応する外径の半導体単結晶インゴットを
製造し、該インゴットからスライスされたウェーハを用
いて円状セル単位２を製造し、与えられた形状・寸法の
セル取付面１に最密充填配列する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体単結晶基板
を使用した太陽電池セルを複数配置して構成される太陽
電池モジュールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体単結晶ウェーハを用いた太陽電池
セルは、多結晶やアモルファスを用いた場合と比較して
エネルギー変換効率が高く、半導体単結晶ウェーハも比
較的安価であることから、現在普及している太陽電池の
主力となっている。

【０００３】ところで、複数の太陽電池セルをモジュー
ルのセル取付面に取り付けて太陽電池モジュールを形成
する場合、セル取付面に対する太陽電池セルの面積充填
率が大きいほど、モジュール全体の発電効率が高められ
ることはいうまでもない。この場合、セル形状を長方形
状や正方形状にすることが、上記面積充填率を高める上
で有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チョクラルスキー法
（Czochralski法、以下、単にＣＺ法という）や、浮遊
帯域溶融法（Floating zone法、以下、単にＦＺ法とい
う）によって得られる半導体単結晶をスライスして得ら
れる単結晶ウェーハは円板状である。円板状の半導体単
結晶ウェーハを切断して長方形状や正方形状にすると、
切断により生ずる結晶断片が無駄になる問題がある。ま
た、切断加工が必要となる分だけ、製造能率の低下とコ
ストアップを招く。

【０００５】そこで、結晶の無駄や加工工数の増加を省
くため、セル形状を長方形状や正方形状とせず、半導体
単結晶ウェーハの形状を引き継いだ円板状のセルを用
い、これをなるべく密に配列したモジュールを採用する
ことも見直され始めている。しかし、太陽電池セルのセ
ル取付面の形状や面積は、モジュール取付先の要望に応
じて、種々の仕様が定められており一定ではない。特
に、建築物の外装に組み入れた形で太陽電池モジュール
の設計を行う場合は、モジュールのセル取付面の形状や
寸法は建築物毎に固有であるといっても過言ではなく、
設計変更のマージンも小さいのが通常である。

【０００６】ところで、太陽電池セル用のシリコン単結
晶ウェーハは、ＩＣやディスクリート部品などのデバイ
ス用に使用するウェーハ直径を基準に設計・製造されて
おり、その値は１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、
２００ｍｍ、３００ｍｍなど、選択の幅が小さい。この
ように、決められた大きさのウェーハから作製された円
板状のセルを、セル取付面からはみ出さないように配置
してモジュールを構成しようとすると、セル取付面の形
状や寸法によってはセル配列の周囲に大きな余白が生
じ、セル取付面に対する太陽電池セルの面積充填率が大
幅に低下する問題がある。

【０００７】本発明は、ウェーハの形状を維持した円状
の太陽電池セルを用いることにより、半導体単結晶ウェ
ーハの利用歩留まりの向上と加工コストの低減とを図る
とともに、セル取付面の形状や寸法がまちまちな場合で
も、面積充填率の高いモジュールを得ることができる太
陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明の太陽電池モジュールの製造方
法は、半導体単結晶ウェーハを用いて製造された全円状
の太陽電池セル、又は半導体単結晶ウェーハを用いて製
造された半円状の太陽電池セルの弦部を互いに隣接させ
た円状太陽電池セル対のいずれかを円状セル単位として
定め、製造するべき太陽電池モジュールのセル取付面
に、円状セル単位をはみ出しが生じない最大枚数にて取
り付けたときの、該セル取付面のセル非取付領域の面積
が最小化するように、予め与えられたセル取付面の形状
及び寸法に応じて、円状セル単位の直径Ｄを個別に決定
する直径決定工程と、該直径Ｄを有する複数の円状セル
単位を、モジュールのセル取付面に対し、最密充填配列
しつつ取り付けて太陽電池モジュールを得る組立工程
と、を有することを特徴とする。

【０００９】上記本発明の方法によると、モジュールの
セル取付面におけるセルの面積充填率を高めるために、
半導体単結晶ウェーハに基づく円状セル単位の直径Ｄ
を、セル取付面のセル非取付領域の面積が最小化するよ
うに、予め与えられたセル取付面の形状及び寸法に応じ
た個別の最適値に決定する。そして、その決定された直
径Ｄに対応する円状セル単位を用意して使用するので、
セル取付面の形状や寸法がまちまちな場合でも、面積充
填率の高いモジュールを常に得ることができる。

【００１０】なお、直径Ｄを有するウェーハないし円状
セル単位が、市販品や在庫品等で偶然代用できる場合
は、それを選択して用いればよいが、一般には、該直径
Ｄは、製造すべき太陽電池モジュールのセル取付面の仕
様に特有の値となる場合、市販品等では代用できない場
合が多い。この場合は、決定された直径Ｄの値に応じ
て、対応した外径を有する半導体単結晶インゴットを製
造するインゴット製造工程と、半導体単結晶インゴット
をスライスして直径Ｄを有する半導体単結晶ウェーハを
製造するウェーハ製造工程と、該半導体単結晶ウェーハ
に電極形成して太陽電池セルを得るセル製造工程と、を
追加すればよい。すなわち、セル取付面の形状及び寸法
に応じて、最適の直径Ｄを有する半導体単結晶インゴッ
トを製造するので、いかなる仕様のセル取付面に対して
も、円状セル単位の充填率を常に最大化することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、太陽電池モジュールの製
造工程の一例を示す流れ図である。太陽電池モジュール
製造工程は大きくわけて、基板となる単結晶ウェーハ製
造工程と、太陽電池セルを製造する工程とに分けられ
る。

【００１２】基板となる単結晶ウェーハ製造工程につい
て簡単に説明する。太陽電池用半導体単結晶ウェーハと
しては、シリコン単結晶ウェーハが一般的である。これ
らシリコン単結晶ウェーハはＣＺ法又はＦＺ法にて得ら
れる単結晶棒をスライスして得ることができるので、Ｃ
Ｚ法にてまずシリコン単結晶インゴットを製造する（図
１：Ｔ１）。

【００１３】図４は、ＣＺ法によるシリコン単結晶イン
ゴットの育成装置の一例を示す概略図である。該単結晶
育成装置１００は、育成炉３を備えており、育成炉３の
内部には、シリコン融液１０を保持するための内側が石
英製で外側が黒鉛からなるルツボ７と、前記ルツボ内の
シリコンを加熱溶融するためのヒータ６と、ヒータ６か
らの輻射熱が育成炉３の内壁に直接当たらないように保
護するための断熱材５から構成されている。シリコン単
結晶インゴット８の育成を行なう場合は、まず、ワイヤ
９の先端の種ホルダ１３に種結晶１７を取り付け、他
方、ルツボ７に入れた多結晶原料をヒータ６により加熱
溶融する。原料の溶融が完了したら、ワイヤ９を静かに
巻き出して種結晶先端をシリコン融液１０に着液させ、
回転させながら静かにワイヤ９を巻き取ることによっ
て、種結晶の先端にシリコン単結晶インゴット８を育成
させる。種結晶１７は、シリコン融液１０に着液させた
時の熱衝撃によって生じたスリップ転位を除去するため
に、一旦、結晶径を細くして絞り部８ｎを作ることによ
ってスリップ転位を除去する。絞り部８ｎの形成後は、
所定の径となるまで径拡大を行い所望の径となったとこ
ろで径拡大を止め、所望とする一定直径の定径部８ｃの
育成を行なう。径の制御は、周知のごとく、主にシリコ
ン融液１０の温度制御により行なうことができる。

【００１４】後述の通り、このシリコン単結晶インゴッ
ト８の定径部８ｃをスライスすることにより、円状セル
単位となるシリコン単結晶ウェーハが製造される。円状
セル単位の直径Ｄは、太陽電池モジュールのセル取付面
に、円状セル単位をはみ出しが生じない最大枚数にて取
り付けたときの、該セル取付面に残留する余白面積が最
小化するように、予め与えられたセル取付面の形状及び
寸法に応じて、予め決定されている。従って、育成され
るシリコン単結晶インゴット８の定径部８ｃの外径も、
得るべき円状セル単位の直径Ｄに対応するものとなるよ
うに設定される。

【００１５】なお、ルツボ７は育成している結晶と反対
方向に回転させているが、シリコン単結晶中に導入され
る酸素量を所望の値とするために、ルツボ７の回転を適
宜調整して、ルツボ７の内側にある石英ルツボからの酸
素の溶出速度を制御している。また、育成中の結晶直径
を一定に保つために融液面を常に一定位置に保持する必
要があるので、結晶が引上げられたことにより融液面が
下がった分だけルツボ７を非図示のルツボ移動機構によ
り押し上げ、融液面を常に一定に保つようにしている。
なお、大直径あるいは長尺の単結晶棒を育成する場合
は、磁場発生装置４によってシリコン融液１０に磁場を
印加するＭＣＺ法により、ルツボ７内での融液の対流を
抑制することが有効である。

【００１６】なお、育成されるシリコン単結晶棒は、例
えばガリウムやボロンを添加することによりｐ型に導電
型が調整される。ｐ型シリコン単結晶の抵抗率が高い場
合、太陽電池セルの内部抵抗により電力が消費されるの
でエネルギー変換効率が低下する。ｐ型シリコン単結晶
の抵抗率の低減は、一般にはシリコン単結晶中のボロン
濃度を高くすることにより行われるが、ボロンドープＣ
Ｚ結晶には、製造工程上の要因により不可避的に酸素が
混入するためボロンと酸素とが共存しており、結晶の抵
抗率が低下するに従って少数キャリアのライフタイムが
低くなり、エネルギー変換効率が損なわれる問題があ
る。そこで、太陽電池セルを構成するシリコン単結晶基
板中に、ボロンとともに、該ボロンに比べ酸素と深いエ
ネルギー準位を形成しづらいガリウムを添加すれば、少
数キャリアのライフタイムの低下を抑制しながら、結晶
の抵抗率を低くすることができる。

【００１７】こうして得られた単結晶インゴット８は、
定径部における一定の抵抗率範囲の部位が切断により取
り出され（図１：Ｔ２）、その後、図５の工程（ａ）に
示すように、例えば厚さ３００μｍ程度に薄くスライシ
ングされる（図１：Ｔ３）。スライシング後のシリコン
単結晶ウェーハ（以下、単にウェーハともいう）は、工
程（ｂ）に示すように、遊離砥粒を用いて両面がラッピ
ングされる（図１：Ｔ４）。次に、工程（ｃ）に示すよ
うに、これをエッチング液に浸漬することにより、両面
が化学エッチング処理される（図１：Ｔ５）。この化学
エッチング工程は、Ｔ２〜Ｔ４の機械加工工程において
シリコン単結晶ウェーハの表面に生じたダメージ層を除
去するために行われる。このダメージ層の化学エッチン
グによる除去は、例えば弗酸と硝酸と酢酸からなる混酸
水溶液による酸エッチングにより行われる。なお、太陽
電池用基板としてウェーハが製造される場合、Ｔ４のラ
ッピング工程は省略されることが多く、Ｔ５のエッチン
グ工程とＴ６のテクスチャ工程とを同時に行なうことも
ある。

【００１８】化学エッチング処理（図１：Ｔ５）までの
工程が施されたシリコン単結晶ウェーハに、図２に示す
ように第一主表面側にｎ型ドーパントの拡散層４２を形
成することにより、ｐ−ｎ接合部４８を形成する（図
１：Ｔ７）。ウェーハ４１の主表面からｐ−ｎ接合４８
までの深さは、通常０．５μｍ程度である。なお、ｎ型
ドーパントの拡散層４２は、ｐ型シリコン単結晶ウェー
ハの主表面から、例えば燐（Ｐ）を拡散することにより
形成する。

【００１９】ｐ−ｎ接合部４８が形成されたウェーハ４
１は、さらに、酸化膜４３を第一主表面に形成した後
に、第一主表面及び第二主表面に電極４４，４５を設
け、円板状の太陽電池セルとなる（図１：Ｔ８）。電極
を形成したのち、光の反射による光エネルギーの損失を
減らすために、第一主表面側に反射防止膜４７を付ける
ことにより（図１：Ｔ９）、円板状のシリコン単結晶ウ
ェーハの形状を維持した太陽電池セルとなる。

【００２０】なお、図２の第一主表面（受光面）側の電
極４４は、ｐ−ｎ接合部４８への光の入射効率を高める
ために、例えば図３に示すようにフィンガー電極とさ
れ、さらに、内部抵抗低減のため適当な間隔で太いバス
バー電極が設けられる。他方、第二主表面側の電極４５
は該第二主表面の略全面を覆うものとされる（図３：裏
面電極）。一方、図２の反射防止膜４７は、シリコンと
屈折率の異なる透明材料にて構成される。

【００２１】受光面が平坦である場合は、反射防止膜４
７を形成しても多かれ少なかれ反射が生じてしまうが、
化学エッチング工程（図１：Ｔ５）の後に、図６に示す
ように、外面が（１１１）面の多数のピラミッド状突起
からなるテクスチャ構造を第一主表面に形成することに
より、反射をさらに抑制することができる（図１：Ｔ
６）。このようなテクスチャ構造は、シリコン単結晶の
（１００）面を、ヒドラジン水溶液や水酸化ナトリウム
などのエッチング液を用いて異方性エッチングすること
により形成することができる。また、セルの軽量化のた
め基板の厚さを薄くする場合は、第二主表面側の電極４
５での少数キャリアの再結合・消滅を防止するために、
図２に示すように、該第二主表面側に基板４１と同一導
電型であってより高濃度の裏面高濃度層４６を形成する
ことができる。

【００２２】以上のようにして得られた太陽電池セル
は、ウェーハ４１の形状を維持した全円状である。以
下、これを円状セル単位２と称する。本発明の方法によ
り、該円状セル単位２を用いて太陽電池モジュールを製
造する工程の詳細を、以下に説明する。図７に示すよう
に、太陽電池モジュール６０のセル取付面１は長方形
（正方形を概念として含む）状とされ、縦横の寸法が仕
様によりまちまちである。円状セル単位２は、このよう
なセル取付面１に、円状セル単位２のはみ出しが生じな
い最大枚数にて取り付けられる。具体的には、円状セル
単位２の中心が直径Ｄに対応する間隔で第一方向Ｌに直
線的に配列する第一セル列Ｇ１と、該第一セル列Ｇ１と
平行に隣接配置され、円状セル単位２の中心位置が第一
セル列Ｇ１に対してＤ／２に対応する間隔だけずれた第
二セル列Ｇ２とが、第一方向Ｌと直交する第二方向Ｃに
おいて交互に配列して、最密充填配列を形成している。

【００２３】なお、円により平面を最密充填するには、
隣接する各円は厳密には互いに接していなければならな
いが、セル取付面に対する円状セル単位の配置に関して
は、図８に示すように、ハンドリングや寸法公差の吸収
等を目的として、隣接する円状セル単位２間に若干の隙
間ｇを形成する場合がある。この場合、円状セル単位２
の直径Ｄに対し、隙間ｇの大きさが５％程度までの範囲
に留まるのであれば、これも最密充填の概念に属するも
のとみなす。

【００２４】図７に戻り、第一方向Ｌと第二方向Ｃとは
セル取付面１の直交する２辺のそれぞれと一致するよう
に定められている。そして、セル取付面１の面積をＳ、
最密充填配列した円状セル単位２の合計面積をＳ’とし
て、セル非充填領域の面積であるＳ−Ｓ’が最小化され
るように、円状セル単位の直径Ｄが定められている。そ
して、使用するシリコン単結晶インゴットは、定径部８
ｃの外径が、上記定められた円状セル単位の直径Ｄに対
応するものとなるように（つまり、外周研削等の研削代
を除いて、円状セル単位の直径Ｄに等しくなるように）
育成される。

【００２５】なお、図７においては、セル取付領域１を
なす長方形が、円状セル単位２の配列に対する外接長方
形とほぼ一致しており、円状セル単位２の配列の外側に
は余白に相当する領域がほとんど生じていない。セル取
付領域１に対する円状セル単位２の面積充填率向上とい
う観点においては、これが理想的ではあるが、一般のセ
ル取付領域に対しては、決定された直径Ｄにおいて、図
１２の斜線領域に示すような余白が生ずる。円状セル単
位２の直径Ｄを無制限に小さくできるなら、該余白領域
を生じにくくなるという観点から、直径Ｄは小さければ
小さいほど好都合となる。しかし、直径Ｄを極端に変更
しようとすると、ウェーハを製造するためのシリコン単
結晶インゴットの製造条件や製造設備も大幅に変えなけ
ればならず、さらには、電極等を形成するセル化プロセ
スも同一のものを適用しがたくなる。また、直径Ｄが極
端に小さくなると、取り付けるべきセル数が膨大とな
り、太陽電池セルの組立工数の増大を招く。従って、円
状セル単位の直径Ｄは一定以上に大きくしなければなら
ないし、許容されるＤの選択幅も適当に制限されるべき
である。

【００２６】円状セル単位の直径Ｄに下限値Ｄminが存
在すると、長方形状のセル取付面の縦横に配列可能な円
状セル単位２の数は、該下限値Ｄminによって制限され
る。セル取付面の第一方向Ｌにおける寸法が、下限値Ｄ
minの整数倍から大きく隔たっている場合は、各円状セ
ル単位２の直径Ｄを少しずつ大きくして、第一方向Ｌに
生ずる余白領域長さρを縮小することを考えなければな
らない。当然、第二方向Ｃにおける余白領域長さσが大
きくなりすぎてはいけないので、バランスを考慮して直
径Ｄを定めなければならない。いずれにしろ、最終的に
セル取付面に生ずる余白領域が最小化されるためには、
下限値Ｄmin以上のある値に最適の直径Ｄが見出される
こととなる。

【００２７】例えば、シリコン単結晶インゴットの場
合、これを用いて製造される円状セル単位２の直径Ｄの
下限値Ｄminは９５ｍｍ程度である。これより小さい直
径Ｄでは、組み付けるべき円状セル単位２の数が多くな
りすぎて、モジュールの組立工数が大幅に増大し、コス
トアップにつながる。また、直径Ｄの上限値Ｄmaxは３
１５ｍｍ程度である。直径Ｄが３１５ｍｍを超えると、
ウェーハの薄肉化が困難になる。さらに、デバイス用に
使用されるウェーハ直径（例えば、１００ｍｍ、１２５
ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ）の±５％
以内（より望ましくは±３％以内）にて、円状セル単位
２の直径Ｄを選択すれば、既存のウェーハの製造設備を
変更する必要がないので望ましい。

【００２８】また、円状セル単位２が上記のような全円
状の太陽電池セルにより構成される場合、第一セル列Ｇ
１は第二セル列Ｇ２よりも円状セル単位２の配列個数が
１つ多くされ、第二方向Ｃにおいて、両端に配置される
セル列が第一セル列Ｇ１となる条件を満たしている必要
がある。第二方向Ｃにおける端に、円状セル単位２の配
列個数が少ない第二セル列が位置していると、最密充填
配列に外接する長方形内の円状セル単位２の充填面積率
自体が減少してしまうためである。従って、全円状の太
陽電池セルを用いる場合は、この条件も合わせ考えてＳ
−Ｓ’が最小化される直径Ｄを見出さなければならな
い。

【００２９】縦横比が一定のセル取付面１だけを考えれ
ばよい場合は、図７に示すように、相似則により、セル
取付面１の寸法が小さくなるほど、円状セル単位２の直
径Ｄも小さく設定すればよい（ただし、直径Ｄが下限値
Ｄminを下回った場合は、下限値Ｄmin以上となるように
最適の直径Ｄを設定しなおす）。しかし、縦横比が一定
でない場合は、この原理はもはや成立せず、例えば図９
に示すように、面積の大きいセル取付面１に対する円状
セル単位２の最適直径Ｄが、面積の小さいセル取付面１
に対する最適直径Ｄ’より小さくなるようなことも起こ
りえる。

【００３０】図１０は、長方形状のセル取付面１の長辺
長さＡと短辺長さＢとが与えられたとき、円状セル単位
２の最適の直径Ｄ（ただし、Ｄmin≦Ｄ≦Ｄmax）を見出
すコンピュータプログラムの一例を示すものである。Ｓ
１において長辺長さＡと短辺長さＢとを入力し、Ｓ２で
データインデックスｉと、方向識別フラグＦとを初期化
する（本実施形態では、ｉ＝１、Ｆ＝０としている）。

【００３１】次にＳ３において、図１２（ａ）に示すよ
うに、円状セル単位２の配列の第一方向Ｌを長辺方向に
設定し、第二方向Ｃを短辺方向に設定する。すなわち、
セル取付面１の第一方向寸法ＪLに長辺長さＡをセット
し、第二方向寸法ＪCに短辺長さＢをセットする。Ｓ４
において、計算開始のため、直径ＤをＤminにセットす
る（もちろんＤmax側から計算を始めてもよい）。

【００３２】Ｓ５以下は、設定したＤに対する縦横の配
列個数と、セル非充填領域の面積を算出するループであ
る。第一方向Ｌにおいては、円状セル単位２は間隔Ｄに
て配列するので、第一方向寸法ＪLをＤで除して整数化
（演算記号を「ＩＮＴ」で表している）することによ
り、第一方向配列個数ＮLを算出できる（これは、第一
セル列Ｇ１の配列個数に相当する）。他方、第二方向Ｃ
においては、図１１に示すように、両端のセル列の占有
長さをＥ、中間のセル列の占有長さをＭとすれば、それ
ぞれ幾何学的に、Ｅ＝｛（２＋√３）／４｝×ＤＭ＝（√３／２）×Ｄとして算出できるので、第二方向配列個数ＮCは、ＮC＝ＩＮＴ｛（ＪC−２Ｅ）／Ｍ｝＋２として算出できる。

【００３３】Ｓ６では、第二方向配列個数ＮCが偶数で
あるか否かを判定する（（Ｎc／２）−ＩＮＴ（ＮC／
２）が０であれば偶数である）。偶数になった場合は、
両端セル列が第一セル列Ｇ１となる条件を満たさないの
で、Ｓ１２に進んで、このデータは不採用とする（デー
タインデックスｉをデクリメントすることにより、この
データは次の処理時に上書き消去される）。一方、偶数
にならなかった場合は、両端のセル列が第一セル列Ｇ１
となる条件を満たしうるので、データインデックスｉの
データとして採用し、Ｓ７で、現在の第一方向配列個数
ＮL及び第二方向配列個数ＮCを、それぞれＮLi及びＮCi
として記憶する。Ｓ９では、セル非充填領域の面積Ｕi
を、Ｕi＝Ａ×Ｂ−Ｑにより算出できる（図１１も参照）。ただし、Ｑは、配
列する円状セル単位２の合計面積であり、図１０中にそ
の算出式を示している。また、Ｓ１０では、現在の方向
識別フラグＦ及び直径Ｄの各値を、インデックスｉの値
Ｆi及びＤiとして記憶する。

【００３４】以上でループを終了し、Ｓ１１では直径Ｄ
の値をΔＤ（例えば０．１〜１ｍｍの範囲の適当な値に
設定する）だけ増加する。Ｓ１３では、Ｄが最大値Ｄma
xを超えたかどうかを判断する。超えていない場合はＳ
１４に進み、データインデックスｉをインクリメントし
てＳ５に戻り、Ｓ１０までの処理を繰り返す。この繰り
返し処理は、ＤがＤmaxに到達するまで継続される。他
方、Ｓ１３でＤが最大値Ｄmaxを超えている場合はＳ１
５に進み、方向識別フラグＦの内容を確認する。Ｆ＝０
なら、図１２（ｂ）に示すような、第一方向Ｌと第二方
向Ｃとを入れ換えた場合の処理が未実施であることを意
味するから、Ｓ１６においてＪL＝Ｂ、ＪC＝Ａに設定し
なおし、Ｓ１７で方向識別フラグＦを１とし、Ｓ１８で
データインデックスｉをインクリメントしてＳ４に戻
る。ここで、再びＤはＤminに設定しなおされ、第一方
向Ｌと第二方向Ｃとを入れ換えた場合について、以降の
処理が全く同様に繰り返される。

【００３５】他方、Ｓ１５でＦ＝１なら、第一方向Ｌと
第二方向Ｃとを入れ換えた場合についての処理も終わっ
ていることを意味するので、Ｓ１９に進み、最適のＤを
見出す処理に移る。すなわち、Ｓ１９では、算出されて
いる全ての余白領域面積Ｕiの最小値Ｕjを周知のアルゴ
リズムにより見出す。そして、Ｓ２０では、最小値Ｕj
に対応する第一方向配列個数ＮLj、第二方向配列個数Ｎ
Cj、直径Ｄj、方向識別フラグＦjを読み出す。Ｓ２１で
は、方向識別フラグＦjの値により、第一方向が長辺方
向であるか短辺方向であるかを判定し、例えばＦj＝０
であれば、Ｓ２２において、最適化された直径Ｄjの値
と、長辺方向（第一方向Ｌ）の円状セル単位２の配列個
数ＮLjと、短辺方向（第二方向Ｃ）の円状セル単位２の
配列個数ＮCjとを、結果として出力する。また、Ｆj＝
１であれば、Ｓ２３において、最適化された直径Ｄjの
値と、短辺方向（第一方向Ｌ）の円状セル単位２の配列
個数ＮLjと、長辺方向（第二方向Ｃ）の円状セル単位２
の配列個数ＮCjとを、結果として出力する。なお、図８
のように、隙間ｇを形成する場合は、算出されたＤから
隙間ｇを減じた値を、実際に製造すべき円状セル単位２
の直径として使用すればよい。

【００３６】なお、図１２に示すような余白の面積は、
例えば図１０のＳ８において、最密充填配列に外接する
長方形の第一方向寸法ＫL（＝ＮLi×Ｄ）及び第二方向
寸法ＫC（＝｛２Ｅ＋（ＮCi−２）×Ｍ｝×Ｄ）を算出
すれば、ＡＢ−ＫL×ＫCにより算出できる。余白がごく
小さい場合は、与えられた長辺長さＡと短辺長さＢと
を、そのまま設計値として採用すればよい。他方、余白
がある程度大きい場合は、これを縮小するために、許容
範囲内で長辺長さＡと短辺長さＢとを微調整する（例え
ば、ＡをＮLに、ＢをＮCに、それぞれ一致させるか、も
しくは近づける）設計変更を行ってもよい。

【００３７】以上、円状セル単位が全円状の太陽電池セ
ルである場合について、例を説明したが、図１３に示す
円状セル単位２０のように、半円状の太陽電池セル２１
の弦部２２を互いに隣接させた円状太陽電池セル対とす
ることもできる。ここでも、第一セル列Ｇ１は第二セル
列Ｇ２よりも円状セル単位２０の配列個数が１つ多く設
定されている。また、第二セル列Ｇ２の両端に隣接形成
されるセル取付面１上のスペース２３は、全円状の太陽
電池セルの場合はセルがはみ出すため、デッドスペース
とならざるを得なかった。しかし、半円状の太陽電池セ
ルの場合は、はみ出しを生じないので、１枚の半円状の
太陽電池セル２１ａを補充配列することが可能であり、
充填面積率をさらに増加することができる。

【００３８】半円状の太陽電池セルは全円状の太陽電池
セルを分割することにより製造できる。この場合、太陽
電池セル化のための処理（セル形成プロセス）は、ウェ
ーハを分割したのちに行なうことも可能であるが、望ま
しくは分割する以前のウェーハに対して行なうのがよ
い。すなわち、ウェーハの状態で半円状の太陽電池セル
への分割の予定された各領域のそれぞれにセル形成プロ
セスを行い、プロセス終了後にセルへ分割処理を行なう
とよい。このようにすると、セル形成のためのパターン
は分割予定領域毎に必要となるが、セル形成プロセス自
体は全てウェーハ全体で一括して行なえるので特別な工
程を含まず、従来と同様の装置をそのまま適用して太陽
電池モジュールを製造できる。

【００３９】半円状の太陽電池セル２１の弦部２２の向
きは、図１３のように一方向にそろえてもよいし、図１
４に示すように、必要に応じて一部の弦部２２の方向
を、他のものと異ならせるようにしてもよい。さらに、
セル枚数が変更されず、かつセル取付面１からのはみ出
しを生じないない限り、半円状の太陽電池セル２１の配
置レイアウトはどのように変更してもよく、これらも全
て最密充填配列の概念に属するものとみなす。また、第
二セル列Ｇ２の両端に形成されるセル取付面１上のスペ
ース２３もセル２１ａにより充填されるので、図１５に
示すように、第二方向Ｃの端部に位置するセル列が、第
二セル列Ｇ２となっていても全く差し支えない。この場
合、図１０の直径Ｄの決定処理は、Ｓ６の第二方向Ｃに
おけるセル列数判定（及びＳ１２への分岐処理）を省略
した形で、他は同様に行なうことができる。また、図１
２の斜線領域に示すような余白の面積が大きい場合、許
容範囲内で長辺長さＡと短辺長さＢとを微調整する代り
に、半円状の太陽電池セル２１ａを、その余白に充填す
ることももちろん可能である。また、円状セル単位２０
に含まれる半円状の太陽電池セル２１の弦部２２の向き
を、それら円状セル単位２０の配列方向と一致させた場
合、そのような円状セル単位２０の配列は、直線的に並
ぶ弦部２２によって、２つの半円状の太陽電池セル２１
の配列に分割して把握することができる。この場合、セ
ルの最密充填状態を維持しつつ、それら半円状の太陽電
池セル２１の２つの配列を分離・移動させる形で再配列
を行なうこともできる。

【００４０】以上説明した実施形態では、太陽電池セル
として第一主表面にフィンガー電極を形成する場合を例
に取ったが、以下のような別の種類の太陽電池を用いる
こともできる。すなわち、図１６に示すように、太陽電
池セルとして、第一主表面１２４ａ上に互いに略平行な
複数の溝１０２が形成され、各溝１０２の幅方向片側に
おける内側面に出力取出用の電極１０６が設けられた構
造を有するものを用いる。このような構造は、ＯＥＣＯ
（Obliquely Evaporated Contact）構造と呼ばれる。溝
内面を利用することにより電極１０６の主表面上への射
影面積を低減できる結果、電池のシャドウイングロスが
大幅に軽減され、高いエネルギー変換効率が達成可能と
なる。

【００４１】図１６においては、ｐ型シリコン単結晶基
板の第一主表面１２４ａ上に、例えば幅数１００μｍ程
度、深さ１００μｍ程度の多数の溝１０２が互いに平行
に形成されている。上記溝刻設した基板の第一主表面１
２４ａには、ｎ型ドーパントであるリンを熱拡散するこ
とによりエミッタ層１０４が形成され、ｐ−ｎ接合部１
１８が形成されている。そして、そのｐ−ｎ接合部の上
に、トンネル絶縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜
１０５が、例えば熱酸化法により形成されている。

【００４２】そして上記シリコン酸化膜１０５の上に電
極１０６が形成されている。該電極１０６は、蒸着装置
内において電極材料（例えばアルミニウム等の金属）を
溝の内側面に蒸着することにより形成されたものであ
り、その蒸着時においては、溝幅方向における片側の内
側面に優先的に電極材料が蒸着されるよう、蒸着源に対
し基板１０１を所定角度以上に相対的に傾けて配置する
ようにする（これが、ＯＥＣＯの命名の由来でもある：
なお、該蒸着時には、溝１０２，１０２間に形成された
凸状部１２３の頂面にも余分の電極材料が堆積するが、
これは塩酸溶液等のエッチング液にて除去される）。そ
して、電極１０６を含む基板１０１の第一主表面１２４
ａの全体が、保護層および反射防止膜として機能する窒
化シリコン膜１０７により覆われている。

【００４３】ＯＥＣＯ構造を有するセルにおいては、溝
形成方向に対して太陽光が最適の角度で当たったとき、
変換効率も最大となる。従って、１つのモジュールの中
でセルの溝の向きがまちまちになっていると、出力ムラ
を生じてモジュール全体の発電効率を大幅に減少させる
ことにつながる。そこで、モジュール内においては、溝
の向きが互いに一致するようにセルを配列することが望
ましい。図１７に示すように、この溝１０２は溝入れ刃
により、円板状のウェーハの段階で一括形成される。

【００４４】例えば、図１８は、全円状のセル１０１の
溝１０２の向きをそろえてセル取付面１に取り付けたモ
ジュール６０の例を示している。また、図１９は、半円
状の太陽電池セル２０１の弦部２０３を互いに隣接させ
た円状太陽電池セル対２０２の、各太陽電池セル２０１
の溝の向きをそろえてセル取付面１に取り付けたモジュ
ール６０の例を示している。本実施形態では、いずれも
長方形状のセル取付面の１辺方向に溝１０２の向きを一
致させている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの製造工程の
一例を示す流れ図。

【図２】シリコン単結晶系太陽電池の断面構造の一例を
示す模式図。

【図３】シリコン単結晶系太陽電池の受光面における電
極形成形態の一例を模式的に示す斜視図。

【図４】ＣＺ法にてシリコン単結晶棒を育成する装置の
一例を概念的に示す図。

【図５】シリコン単結晶インゴットから、半導体デバイ
ス用あるいは太陽電池用の基板を製造するための主要工
程を模式的に説明する図。

【図６】テクスチャ構造の概念図。

【図７】種々の面積を有し、かつ縦横比が一定のセル取
付面に、直径を最適化した円状セル単位を最密充填配列
させた形で取り付ける様子を示す説明図。

【図８】円状セル単位間に隙間を形成する態様を示す
図。

【図９】縦横比の異なるセル取付面に直径を最適化した
円状セル単位を最密充填配列させた形で取り付ける様子
を示す説明図。

【図１０】円状セル単位の最適の直径Ｄを見出すコンピ
ュータプログラムの一例を示す流れ図。

【図１１】最密充填配列における円状セル単位の、第一
方向のセル間隔と、第二方向とのセル間隔とを示す幾何
学的説明図。

【図１２】長方形に対する２種の最密充填配列の形態を
説明する図。

【図１３】半円状の太陽電池セルを用いた最密充填配列
の第一例を示す図。

【図１４】同じく第二例を示す図。

【図１５】同じく第三例を示す図。

【図１６】ＯＥＣＯ構造の太陽電池セルの断面構造を模
式的に示す図。

【図１７】ＯＥＣＯ構造の太陽電池セルにおける溝形成
形態の一例を示す平面模式図。

【図１８】ＯＥＣＯ構造の太陽電池セルの溝方向をそろ
えて配置した太陽電池モジュールの第一例を示す平面
図。

【図１９】同じく第二例を示す平面図。

【符号の説明】

１セル取付面２，２０，１０１，２０２円状セル単位２，１０１全円状の太陽電池セル８シリコン単結晶インゴット（半導体単結晶インゴッ
ト）８ｃ定径部２１，２０１半円状の太陽電池セル２２，２０３弦部６０太陽電池モジュールＧ１第一セル列Ｇ２第二セル列Ｌ第一方向Ｃ第二方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F051 AA02 BA03 CB03 CB14 CB20 CB21 DA03 EA01 FA06 GA04 GA15 HA03 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体単結晶ウェーハを用いて製造され
た全円状の太陽電池セル、又は半導体単結晶ウェーハを
用いて製造された半円状の太陽電池セルの弦部を互いに
隣接させた円状太陽電池セル対のいずれかを円状セル単
位として定め、製造するべき太陽電池モジュールのセル
取付面に、前記円状セル単位をはみ出しが生じない最大
枚数にて取り付けたときの、該セル取付面のセル非取付
領域の面積が最小化するように、予め与えられたセル取
付面の形状及び寸法に応じて、前記円状セル単位の直径
Ｄを個別に決定する直径決定工程と、該直径Ｄを有する複数の円状セル単位を、モジュールの
前記セル取付面に対し、最密充填配列しつつ取り付けて
太陽電池モジュールを得る組立工程と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方
法。
【請求項２】決定された前記直径Ｄの値に応じて、対
応した外径を有する半導体単結晶インゴットを製造する
インゴット製造工程と、前記半導体単結晶インゴットをスライスして前記直径Ｄ
を有する半導体単結晶ウェーハを製造するウェーハ製造
工程と、該半導体単結晶ウェーハに電極形成して前記太陽電池セ
ルを得るセル製造工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法。
【請求項３】前記半導体単結晶ウェーハはシリコン単
結晶ウェーハであり、円状セル単位の直径Ｄを、９５ｍ
ｍ以上３１５ｍｍ以下の範囲内で決定する請求項１又は
２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】前記最密充填配列は、円状セル単位の中
心が前記直径Ｄに対応する間隔で第一方向に直線的に配
列する第一セル列と、該第一セル列と平行に隣接して配
置され、前記円状セル単位の中心位置が前記第一セル列
に対してＤ／２に対応する間隔だけずれた第二セル列と
が、前記第一方向と直交する第二方向に交互に配列した
ものであり、前記セル取付面が長方形（正方形を概念として含む）状
とされ、前記第一方向と前記第二方向とが該セル取付面
の直交する２辺のそれぞれと一致するように、円状セル
単位の最密充填配列が形成されるとともに、前記セル取
付面の面積をＳ、前記円状セル単位の総取付面積をＳ’
として、Ｓ−Ｓ’が最小化されるように、前記円状セル
単位の直径Ｄが定められることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製
造方法。
【請求項５】前記円状セル単位は全円状の太陽電池セ
ルにより構成され、前記第一セル列は前記第二セル列よ
りも前記円状セル単位の配列個数が１つ多くされ、前記
第二方向において、両端に配置されるセル列が第一セル
列となる条件を満たしつつ、前記Ｓ−Ｓ’が最小化され
るように前記円状セル単位の直径Ｄが定められることを
特徴とする請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方
法。
【請求項６】前記円状セル単位は、半円状の太陽電池
セルの弦部を互いに隣接させた円状太陽電池セル対であ
り、前記第一セル列は前記第二セル列よりも前記円状セ
ル単位の配列個数が１つ多くされるとともに、第二セル
列の両端に形成される前記セル取付面上のスペースに、
それぞれ、１枚の半円状の太陽電池セルを補充配列する
請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】前記半円状の太陽電池セルは、前記半導
体単結晶ウェーハが全円状の状態で、前記太陽電池セル
への分割の予定された各領域に各々太陽電池セル形成の
ためのセル形成プロセスが行われ、セル形成プロセス終
了後に分割処理が行われて得られたものであることを特
徴とする請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方
法。
【請求項８】前記太陽電池セルとして、第一主表面上
に互いに略平行な複数の溝が形成され、各溝の幅方向片
側における内側面に出力取出用の電極が設けられた構造
を有するものを用い、それら太陽電池セルを、前記溝の
向きが互いに一致するように配列することを特徴とする
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法。