【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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon wafer used for manufacturing a solar cell and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The method of manufacturing a wafer used for a solar cell is as follows. First, a high-purity silicon material added with a dopant such as phosphorus or boron is heated and melted in a crucible in an inert atmosphere, and a silicon melt is poured into a mold. Is gradually cooled to obtain a polycrystalline ingot. Next, this ingot is sliced to a thickness of about 300 μm using a wire saw or an inner peripheral blade method to obtain a wafer usable for a solar cell. In order to obtain photovoltaic power as a solar cell, a wafer obtained in this manner is formed with a pn junction, and a paste made of a resin containing silver as a main component and resin is printed in a grid shape on the light receiving surface side. Then, a front electrode is formed, while a metal paste such as aluminum is printed and baked on substantially the entire back surface to form a back electrode (see Patent Document 1).
[0003]
As another method for manufacturing a solar cell wafer, there is a method in which substrates arranged in a caterpillar shape are sequentially immersed in a crucible in which silicon is melted, and a solar cell wafer is formed on the main surface of the substrate. . This method is advantageous in that a slicing step is not required (see Patent Document 2). The solar cell wafer manufactured in this manner also has a pn junction for obtaining photovoltaic power as a solar cell, a paste containing silver as a main component on the light-receiving surface side and kneaded with a resin, as in the previous invention. Are printed in a grid pattern to form a front electrode, and a metal paste such as aluminum is printed on substantially the entire back surface, followed by firing to form a back electrode. A plurality of formed solar cells are arranged, and a transparent glass or resin is pasted on an upper portion thereof to form a solar cell module, which has strength as a solar cell.
[0004]
However, the shape of a wafer formed by slicing a polycrystalline ingot using a wire saw or an inner peripheral blade method, or a wafer formed by immersing a substrate in a silicon melt and forming a main surface thereof will eventually change. Also presents a plane. When a metal paste such as aluminum is printed and baked on substantially the entire back surface of the wafer having such a planar shape, the paste shrinks at the time of baking, so that the wafer is warped. When a plurality of such warped wafers are arranged and a transparent glass or resin is pasted on the wafer to form a solar cell module, the wafer is likely to be warped and cell cracks are likely to occur, resulting in poor product yield. In particular, since the module process is the final process, occurrence of defective products in the final process greatly affects the product cost. In addition, there is a tendency to reduce the thickness of the wafer as much as possible in order to reduce costs, and the warpage of the wafer becomes greater as the thickness of the wafer becomes thinner.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-64913
[Patent Document 2]
JP 2001-247396 A
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to print a metal paste such as aluminum on the back surface of a solar cell wafer and prevent the wafer from warping when firing. Another object of the present invention is to prevent such warpage, thereby preventing cracks in the module process and improving the yield rate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The solar cell wafer of the present invention is a wafer in which a back electrode is formed on the surface opposite to the light receiving surface, and the surface on which the back electrode is formed is a convex surface before firing the back electrode. The height of the convex surface of the wafer is preferably 1.5% to 6% of the length of the longest side of the wafer.
[0009]
The method for manufacturing a solar cell wafer according to the present invention is a method for manufacturing a solar cell wafer in which a substrate is immersed in a silicon melt and a sheet-like wafer is grown on the surface of the substrate. It is characterized by having.
[0010]
The solar cell of the present invention is a solar cell wafer in which a back electrode is formed on the surface opposite to the light receiving surface, and the surface on which the back electrode is formed is obtained from a wafer that is convex before firing the back electrode. It is characterized by.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Solar cell wafer)
The solar cell wafer of the present invention is characterized in that the surface on which the back electrode is formed is a convex surface before firing the back electrode. Since the wafer has already formed a convex surface, when a metal paste such as aluminum serving as a back electrode is applied and baked to almost the entire convex surface of the wafer, the metal paste thermally shrinks at the time of sintering. And the warpage of the wafer cancel each other, and a flat solar cell can be formed.
[0012]
The height of the convex surface of the solar cell wafer is preferably 1.5% to 6% of the length of the longest side of the wafer. The warpage due to the heat shrinkage of the metal paste mainly depends on the thickness of the wafer to be formed. When the thickness of the wafer is 350 μm, when affected by the heat shrinkage due to the metal paste, the height in the convex direction may be warped by 1.5% at the minimum and 3% at the maximum with respect to the longest side of the wafer. become. When the thickness of the wafer is 250 μm, the height in the convex direction causes a warp of about 3% at a minimum and about 6% at a maximum with respect to the longest side of the wafer. Therefore, the height of the convex surface of the wafer is 1.5% to 6% of the length of the longest side of the wafer so that the heat shrinkage of the metal paste and the warpage of the wafer cancel each other and a flat solar cell is formed. , And more preferably 2% to 4%. Here, the thickness of the solar cell wafer is currently about 250 μm for a thin one and about 350 μm for a thick one. Therefore, in order to prevent warpage due to thermal shrinkage of the metal paste after the electrode printing process, the minimum is 1. It is only necessary to form a convex surface of 5%, at most 6%.
[0013]
In addition to the case where the convex surface of the solar cell wafer has a spherical surface, for example, even if it has a cylindrical surface, it is possible to prevent the warpage of the wafer after applying and firing a metal paste such as aluminum. This is because, due to the heat shrinkage of the metal paste, the warpage in the circumferential direction of the cylinder occurs as before, but the warp in the axial direction of the cylinder hardly occurs due to its structure. Even in the case of a wafer having such a cylindrical convex surface, similarly to a wafer having a spherical surface, the height in the convex direction is 350 μm, and the height in the convex direction is larger than the longest side of the wafer. The minimum is 1.5%, the maximum is 3%, and preferably 2%. When the thickness of the wafer is 250 μm, the height in the convex direction is 3% at the minimum, 6% at the maximum, and preferably 4% with respect to the longest side of the wafer. An embodiment of the present invention includes a case where the curvature of the convex surface of the solar cell wafer is not constant, as well as a case where it is not constant. When the thickness of the solar cell wafer is not constant, it is preferable to change the curvature of the wafer according to the thickness.
[0014]
(Method of manufacturing solar cell wafer)
The method for manufacturing a solar cell wafer according to the present invention is a method for immersing a substrate in a silicon melt to grow a sheet-shaped wafer on the surface of the substrate, wherein the substrate has a curved surface portion on a wafer growth surface. And Since the wafer growth surface of the base has a curved portion, a wafer having a convex surface can be manufactured.
[0015]
The curvature of the wafer growth surface of the base depends on the shape of the formed solar cell wafer. Therefore, the height of the convex surface of the base is preferably 1.5% to 6% of the length of the longest side of the base, and more preferably 2% to 4%. Further, as shown in FIG. 1, in addition to a substrate having a curved surface portion 101 having a spherical surface, a substrate having a curved surface portion 201 having a cylindrical surface as shown in FIG. 2 is also effective. This is because, in the direction of arrow S1 in FIG. 2, as in the case of the spherical surface, warping is likely to occur due to thermal contraction during firing of a metal paste such as aluminum, and therefore, the opposite warping for canceling out this warping is previously performed on the wafer. This is because it is effective to form it in advance. On the other hand, since the warpage in the direction of arrow S2 in FIG. 2 is hard to occur structurally, it is not necessary to previously form a warp to cancel each other out on the wafer. 1 and 2, the curvature of the substrate is constant. For example, when the thickness of the wafer growing on the surface of the substrate is not constant, the curvature is changed according to the thickness of the wafer. Substrates of the embodiment are preferred.
[0016]
The solar cell wafer of the present invention can be manufactured by, for example, an apparatus as shown in FIG. Inside the main body chamber 301, the silicon mass in the crucible 304 on the crucible table 303 having the elevating mechanism can be heated to a melting point or higher by the heater 302 to form a silicon melt 305. Further, the inside of the main body chamber 301 is evacuated and replaced with an inert gas such as Ar. Since the volume of the silicon lump decreases when it is melted, a material input port 306 is provided, and the silicon lump is additionally charged, so that the height of the melt surface can be adjusted.
[0017]
A base body 308 having a curved surface portion for forming a solar cell wafer by immersion in the silicon melt 305 is disposed at the tip of a leg attached to the rotation shaft 307, and the rotation shaft 307 rotates. The substrate 308 is immersed in the silicon melt 305 to grow a sheet-like wafer on the surface of the substrate 308. The solar cell wafer 313 formed on the base body 308 stops when the rotation shaft 307 rotates and is positioned on a line segment between the suction unit 309 and the center of the rotation shaft 307. The gate valve 311 that separates the main chamber 301 from the sub-chamber 310 adjusted to the same pressure as the inside of the main chamber 301 is opened, and the suction unit 309 moves in the direction of arrow S3, and the solar cell wafer 313 on the base body 308 is moved to the suction unit. Adsorb to 309. This suction system uses a heat-resistant rubber such as silicon rubber for the suction section 309 and performs suction by applying a negative pressure to the inside with a vacuum device. Alternatively, a ceramic material or the like is used for the suction section 309, and a flow chuck is used. And adsorption methods.
[0018]
After the solar cell wafer 313 is separated from the base 308, the gate valve 311 that separates the main chamber 301 from the sub chamber 310 is closed again. The reason why the gate valve 311 is closed is to prevent air from flowing into the main chamber 301 from the sub chamber 310 when the sub chamber door 312 is opened. After taking out the formed solar cell wafer 313 from the sub-chamber 310, the sub-chamber door 312 is closed again, the air in the sub-chamber 310 is exhausted by a vacuum pump, and an inert gas such as Ar is supplied into the main chamber 301. And wait until the next substrate 308 comes to a predetermined position. The same process is repeated again to take out the formed solar cell wafer 313 out of the apparatus. A plurality of wafers 313 may be placed in the sub chamber 310 and the plurality of wafers 313 may be taken out of the apparatus at one time. After that, the solar cell wafer 313 taken out of the apparatus is removed by cutting unnecessary portions (supporting portions) with a dicer or a laser.
[0019]
(Solar cells)
The solar cell of the present invention is a solar cell wafer in which a back electrode is formed on the surface opposite to the light receiving surface, wherein the surface on which the back electrode is formed is a convex surface before firing the back electrode. It is characterized by being obtained. The solar cell wafer manufactured by the above-described method then undergoes a diffusion step, an antireflection film forming step, an electrode printing step, and the like, and finally becomes a solar cell after a module forming step. In the solar cell of the present invention, since the wafer does not warp even when the metal paste is fired, cracks do not occur in the module process, and the product yield can be improved.
[0020]
【Example】
Example 1
As shown in FIG. 3, after loading 5 kg of a silicon lump having a diameter of about 50 mm into a carbon crucible 304 installed in the main body chamber 301, the inside of the main body chamber 301 is evacuated using a rotary pump until the pressure reaches 400 Pa. After that, evacuation was performed using a mechanical booster pump until the pressure became 5 Pa. Next, the temperature of the crucible 304 was raised to 200 ° C. at a rate of 5 ° C./min by using an inverter having a frequency of 5 kHz and a power of 100 kW by the heater 302. By maintaining the inside of the main body chamber 301 at 5 Pa and the temperature of the crucible 304 at 200 ° C. for 30 minutes, moisture contained in the porous carbon crucible 304 was removed. By removing moisture, it is possible to prevent silicon from reacting with oxygen due to oxygen contained in the water to generate silicon oxide.
[0021]
After such an operation called baking, the output of the inverter was temporarily stopped, and the heating of the crucible 304 was stopped. In this state, Ar gas was filled until the inside of the main chamber 301 reached 800 hPa. This is because, when Ar gas is introduced while the inverter is operating, glow discharge occurs between the crucible 304 and the heater 302 when the pressure in the main chamber 301 is between several tens hPa and about 100 hPa. When the inside of the main body chamber 301 reached 800 hPa, the crucible 304 was heated again at a heating rate of 5 ° C./min, and waited until the temperature of the crucible 304 reached 1500 ° C. Since the melting point of silicon was 1415 ° C., by stabilizing the temperature of the crucible 304 at 1500 ° C., all the silicon lump in the crucible 304 was eventually dissolved to form a silicon melt 305.
[0022]
Next, necessary silicon chunks were added in order to set the height of the silicon melt 305 to 15 mm below the upper end of the crucible. This is because a space is generated between the silicon chunks when the silicon chunks are loaded into the crucible 304, so that the loading ratio is low. Therefore, a lump of silicon having a diameter of about 10 mm was added to the crucible 304 from the 1.5 kg raw material input port 306 so that the silicon melt 305 had a set height. After confirming that all the added silicon lump was melted, the temperature of the crucible 304 was lowered to 1430 ° C., and this state was maintained for 30 minutes in order to stabilize the temperature of the silicon melt 305.
[0023]
There are three legs fixed to the rotation shaft 307 at 120 ° intervals, and one of them is set to be located on a line connecting the suction part 309 and the center of the rotation shaft 307. The rotation shaft 307 and the inside of the leg are cooled by water, and the growth surface of the solar cell wafer has a curved surface at the tip of the leg fixed to the rotation shaft 307 as shown in FIG. Was set. In this curved surface, the height of the convex portion was 2% of the length of the longest side of the base 308. After the temperature of the silicon melt 305 is stabilized, the height of the crucible table 303 is adjusted so that the center of the convex portion of the base 308 is immersed in the silicon melt 305 at a depth of 10 mm. The rotating shaft 307 was rotated at 0.75 rpm so that the thickness of the formed sheet-shaped solar cell wafer was about 350 μm.
[0024]
The substrate 308 was immersed in the silicon melt 305 and stopped rotating when it was moved by 120 °. Similarly, the rotation shaft 307 was again rotated at 0.75 rpm, and stopped when it had moved 120 °. By doing so, the substrate 308 first immersed in the silicon melt was located on a line connecting the suction part 309 and the center of the rotating shaft 307. With the base 308 stopped at that position, the gate valve 311 separating the sub-chamber 310 and the main chamber 301 was opened, and the suction portion 309 made of heat-resistant silicon rubber was formed on the base 308. Then, the inside of the suction unit 309 was set to a negative pressure, and the suction unit 309 was stored in the sub chamber 310 again.
[0025]
After confirming that the suction section 309 is stored in the sub-chamber 310, the gate valve 311 separating the main chamber 301 and the sub-chamber 310 is closed, and the inside of the sub-chamber 310 is adjusted to 1013 hPa which is the same as the atmospheric pressure. The sub-room door 312 was opened. By returning the inside of the suction unit 309 to the atmospheric pressure in a state in which a tray for taking out the solar cell wafer 313 is disposed immediately below the suction unit 309, the sucked solar cell wafer 313 was taken out on the plate. Unnecessary portions of the removed solar cell wafer 313 were cut by a dicer. One hundred solar cell wafers 313 manufactured in the same manner were extracted, and the amount of warpage was measured. The result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the amount of warpage (%) with respect to the length of the longest side of the wafer, and the vertical axis indicates the frequency. The average amount of warpage was 2.0%.
[0026]
Using the obtained solar cell wafer, processes such as a diffusion step, an antireflection film forming step, and an electrode printing step were performed in the same manner as in a normal polycrystalline silicon solar cell wafer, to obtain a solar cell. The stage and the mask used in the electrode printing process had the same curvature as the solar cell wafer to be printed. When a metal paste of aluminum for the back electrode was printed on the entire convex surface of the wafer and baked, it was confirmed that the aluminum metal paste was flattened by the heat shrinkage action. Next, 100 wafers after printing and firing an aluminum metal paste were extracted, and the amount of warpage was measured. The result is shown in FIG.
[0027]
A conventional flat solar cell wafer printed with an aluminum metal paste and baked has caused the solar cell wafer to warp due to the heat shrinkage effect during the sintering of the aluminum metal paste. FIG. 6 shows the amount of warpage at this time. From these results, the heat shrinkage effect of the aluminum metal paste during firing is considered in advance, and the warpage of the aluminum metal paste during firing is performed by using a solar cell wafer that has been warped in the opposite direction to the warpage due to the heat shrinkage. Can be suppressed. This makes it possible to reduce the defective rate in the module process, which is the final process of manufacturing a solar cell. By using the solar cell wafer of the present invention, the non-defective rate of 91.3% in the conventional module process can be reduced. It was possible to improve it to 96.6%.
[0028]
Example 2
Using the same apparatus as in Example 1, a solar cell wafer 313 was manufactured using the substrate 308 having a curved surface on the growth surface of the solar cell wafer. In the base 308, the height of the convex surface was 4% of the length of the longest side of the base. The rotating shaft 307 was rotated at 1.06 rpm so that the thickness of the sheet-shaped solar cell wafer 313 formed on the curved surface of the substrate 308 was 250 μm, and the substrate 308 was immersed in the silicon melt 305. Thereafter, unnecessary portions of the solar cell wafer 313 taken out in the same manner as in Example 1 were cut by a dicer. One hundred solar cell wafers were obtained, and their warpage was measured. FIG. 7 shows the result. The amount of warpage was 4.0% on average.
[0029]
Next, using the obtained solar cell wafer, after performing a diffusion step and an antireflection film forming step, an aluminum metal paste for a back electrode is printed on the entire convex surface of the solar cell wafer, and baked. Then, a solar cell was obtained. About 100 obtained solar cells were similarly extracted, and the amount of warpage was measured. FIG. 8 shows the result. An aluminum metal paste was printed on a conventional 250 μm-thick solar cell wafer, and 100 pieces of the fired aluminum paste were taken out and the amount of warpage was measured. The result is shown in FIG. Comparing the results of FIGS. 8 and 9, it was confirmed that the amount of warpage of the solar cell wafer after the electrode printing step was significantly reduced by making the surface on which the back electrode was formed a convex surface. In addition, when a module was formed using these solar cell wafers, it was possible to improve the conventional non-defective product rate of 85.6% to 90.2%.
[0030]
The embodiments and examples disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0031]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, after printing a metal paste, such as aluminum, on a solar cell wafer, it becomes possible to prevent the solar cell wafer from warping due to heat shrinkage of the metal paste when firing. This makes it possible to prevent cracks due to pressing of the glass or resin of the solar cell wafer in the module process, thereby improving the yield rate in the module process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a substrate that can be used in the method of manufacturing a solar cell wafer according to the present invention, wherein the curved surface on which the wafer grows has a spherical surface.
FIG. 2 is a perspective view of a substrate that can be used in the method for manufacturing a solar cell wafer of the present invention, wherein the curved surface on which the wafer grows has a cylindrical surface.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a structure of a manufacturing apparatus that can be used in the method of manufacturing a solar cell wafer according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing the amount of warpage of a solar cell wafer of the present invention before firing.
FIG. 5 is a diagram showing a warpage amount after firing of a solar cell wafer of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the amount of warpage of a conventional solar cell wafer after firing.
FIG. 7 is a view showing the amount of warpage of a solar cell wafer of the present invention before firing.
FIG. 8 is a view showing the warpage of a solar cell wafer of the present invention after firing.
FIG. 9 is a diagram illustrating a warpage amount of a conventional solar cell wafer after firing.
[Explanation of symbols]
101, 201 Curved surface of base, 301 main chamber, 302 heater, 303 crucible base, 304 crucible, 305 silicon melt, 306 raw material input port, 307 rotation axis, 308 base, 309 adsorption part, 310 sub chamber, 311 gate Valve, 312 sub chamber door, 313 wafer.
