JP2008227080A

JP2008227080A - 集光型太陽電池の製造方法および電気特性測定装置

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Publication number: JP2008227080A
Application number: JP2007062006A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshida; 篤史吉田; Hiroyuki Juso; 博行十楚; Tatsuya Takamoto; 達也高本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】集光型太陽電池の生産性を向上することができる集光型太陽電池の製造方法およびその方法に用いられる電気特性測定装置を提供する。
【解決手段】基板上に複数の化合物半導体層を積層することによって少なくとも１つのｐｎ接合を有する化合物半導体層積層体を形成する工程と、化合物半導体層積層体の最表面に表面電極を形成する工程と、基板の裏面に裏面電極を形成する工程と、裏面電極に導電性テープを貼り付ける工程と、基板を分割することによって導電性テープに貼り付けられた複数の集光型太陽電池を形成する工程と、集光型太陽電池が導電性テープに貼り付けられた状態で集光型太陽電池の電気特性を測定する工程と、を含む、集光型太陽電池の製造方法とその方法に用いられる電気特性測定装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、集光型太陽電池の製造方法および電気特性測定装置に関し、特に、集光型太陽電池の生産性を向上することができる集光型太陽電池の製造方法およびその方法に用いられる電気特性測定装置に関する。

図６（ａ）〜図６（ｈ）の模式的断面図および図７（ａ）〜図７（ｃ）の模式的側面図に従来の集光型太陽電池の製造方法が図解されている。以下、図６（ａ）〜図６（ｈ）および図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照して、従来の集光型太陽電池の製造方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、基板１０１上に、互いに組成の異なる化合物半導体層であるバッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４およびコンタクト層１０５を順次積層することによって、バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４およびコンタクト層１０５からなる化合物半導体層積層体１１０を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、コンタクト層１０５の表面の一部に表面電極１０６をリフトオフ法により形成し、その後、表面電極１０６のシンタリングを行なう。

次に、図６（ｃ）に示すように、表面電極１０６をマスクとして、マスクが形成されていない部分のコンタクト層１０５をエッチングにより除去してエミッタ層１０４の表面を露出させる。

次に、フォトリソグラフィ法を利用して所定のパターンのフォトレジスト膜を集光型太陽電池の表面に形成した後に、化合物半導体層積層体１１０の一部および基板１０１の一部をエッチングにより除去することによって、図６（ｄ）に示すように、基板１０１の表面を露出させる。

次に、図６（ｅ）に示すように、基板１０１の裏面に裏面電極１０７を形成するとともに、エミッタ層１０４の露出した表面上に反射防止膜１０８を形成する。その後、裏面電極１０７のシンタリングを行なう。

次に、図６（ｆ）に示すように、基板１０１の裏面の裏面電極１０７に非導電性の粘着シート１０９を貼り付ける。

次に、図６（ｇ）に示すように、基板１０１の露出した表面部分をダイシングにより機械的に切断することによって、最終形状であるセル状態の複数の集光型太陽電池に分割する。

そして、分割された複数の集光型太陽電池のそれぞれを粘着シートから取り外して、図６（ｈ）に示す形状の個々のセル状態の集光型太陽電池１１１を得る。

次に、図７（ａ）に示すように、上記のようにして得られた集光型太陽電池１１１を１つずつステージ１１２に搬入する。

そして、図７（ｂ）に示すように、ステージ１１２に搬入された集光型太陽電池１１１をステージ１１２上に設置した状態で集光型太陽電池１１１の電気特性を測定する。

そして、図７（ｃ）に示すように、電気特性が測定された集光型太陽電池１１１はステージ１１２から搬出されて、電気特性に問題がなければ商品として出荷され、問題があれば不良品として廃棄される。
特開２００５−１３６３３３号公報

一般に、集光型太陽電池は小さく、１枚の基板から数十から数百個の集光型太陽電池が得られる。そのため、セル状態に分割した後に行なわれる集光型太陽電池の電気特性の測定においては、集光型太陽電池を所定の測定位置まで１つずつ搬入しなければならないことから非常に作業時間が長くなり、集光型太陽電池の生産性が低下する原因になっている。

また、集光型太陽電池の電気特性を測定する従来の電気特性測定装置は、集光型太陽電池をセル状態で搬送するものであったことから、集光型太陽電池に対するダメージを少なくするような搬送方法および搬送スピードが必要となることから、複雑な搬送機構を備える必要があるとともに、生産性の向上も見込めないという問題もあった。

そこで、本発明の目的は、集光型太陽電池の生産性を向上することができる集光型太陽電池の製造方法およびその方法に用いられる電気特性測定装置を提供することにある。

本発明は、基板上に複数の化合物半導体層を積層することによって少なくとも１つのｐｎ接合を有する化合物半導体層積層体を形成する工程と、化合物半導体層積層体の最表面に表面電極を形成する工程と、基板の裏面に裏面電極を形成する工程と、裏面電極に導電性テープを貼り付ける工程と、基板を分割することによって導電性テープに貼り付けられた複数の集光型太陽電池を形成する工程と、集光型太陽電池が導電性テープに貼り付けられた状態で集光型太陽電池の電気特性を測定する工程と、を含む、集光型太陽電池の製造方法である。

ここで、本発明の集光型太陽電池の製造方法においては、導電性テープの厚さ方向の電気抵抗値と、導電性テープと集光型太陽電池の裏面電極との間の接触電気抵抗値と、の合計値が、集光型太陽電池の直列電気抵抗値の１／１０以下であることが好ましい。

さらに、本発明は、上記の集光型太陽電池の製造方法において集光型太陽電池の電気特性を測定するために用いられる電気特性測定装置であって、複数の集光型太陽電池が貼り付けられた導電性テープを設置するためのステージと、集光型太陽電池の表面電極に電気的に接続するための端子と、端子と電気的に接続されて集光型太陽電池の電気特性を測定するための電気特性測定部と、を備えた、電気特性測定装置である。

本発明によれば、集光型太陽電池の生産性を向上することができる集光型太陽電池の製造方法およびその方法に用いられる電気特性測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１（ａ）〜図１（ｇ）の模式的断面図および図３（ａ）〜図３（ｄ）の模式的側面図に本発明の集光型太陽電池の製造方法の一例が図解されている。以下、図１（ａ）〜図１（ｇ）および図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して、本発明の集光型太陽電池の製造方法の一例について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、導電性の基板１の表面上に、化合物半導体層であるベース層２、エミッタ層３、窓層４およびコンタクト層５を順次積層することによって、ベース層２、エミッタ層３、窓層４およびコンタクト層５からなる化合物半導体層積層体１０を形成する。ここで、化合物半導体層積層体１０においては、ベース層２とエミッタ層３とからｐｎ接合が形成されている。

たとえば、厚さ２００μｍ程度のｐ+型ＧａＡｓ基板からなる基板１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等により、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層２、ｎ+型ＧａＡｓからなるエミッタ層３、ｎ+型ＩｎＧａＰからなる窓層４およびｎ+型ＧａＡｓからなるコンタクト層５を基板１の温度が６５０℃〜７００℃程度で順次エピタキシャル成長させることによって、化合物半導体層積層体１０を形成することができる。

なお、ＭＯＣＶＤ法により化合物半導体層をエピタキシャル成長させる場合には、原料ガスとしては、たとえば、ガリウム源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、インジウム源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ヒ素源としてＡｓＨ₃（アルシン）およびリン源としてＰＨ₃（ホスフィン）を用いることができる。また、ｎ型ドーパントガスとしては、たとえばＳｉＨ₄（モノシラン）を用いることができ、ｐ型ドーパントガスとしては、たとえばＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を用いることができる。

また、基板１の材質としては、たとえば、Ｇｅ、ＧａＰまたはＧａＡｓ等を用いることができる。また、基板１の厚さは特に限定されず、実用上問題ない厚さであればよい。また、基板１としては、その表面（化合物半導体層を形成する面）付近にｐｎ接合が形成された材質を用いればよい。

また、ベース層２の材質としては、たとえば、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。また、エミッタ層３の材質としては、たとえば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。また、窓層４の材質としては、たとえば、ＩｎＧａＰまたはＡｌＧａＡｓ等を用いることができる。また、コンタクト層５は化合物半導体層積層体１０の最表層に形成されるオーミックコンタクト用の化合物半導体層であり、コンタクト層５の材質としては、たとえば、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ層等を用いることができる。

また、上記において、化合物半導体層積層体１０は、ベース層２、エミッタ層３、窓層４およびコンタクト層５の４層構造としたが、これに限定されるものではなく、たとえば、２層構造、３層構造または５層構造以上であってもよい。また、化合物半導体層積層体１０には、ベース層およびエミッタ層以外にも、バッファ層、ＢＳＦ（Back Surface Field；裏面電界）層、トンネル接合層、他のベース層および他のエミッタ層からなる群から選択された少なくとも１種の化合物半導体層が含まれていてもよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、コンタクト層５の表面の一部に表面電極６を形成する。ここで、表面電極６は、たとえば、以下のようにして形成することができる。

まず、上記のようにして形成された化合物半導体層積層体１０の表面の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を利用して表面電極６の形状に開口部が設けられた所定のパターンのフォトレジスト膜を形成する。次に、フォトレジスト膜上にたとえば蒸着法等によって金属膜を形成する。そして、リフトオフ法によって、フォトレジスト膜および不要な金属膜を除去することによって、表面電極６を形成する。その後、窒素等の不活性ガス雰囲気中で３００℃〜４５０℃の温度で表面電極６のシンタリングをすることによって、表面電極６とコンタクト層５とのオーミックコンタクトを形成する。

たとえば、表面電極６の形状に開口部が設けられた所定のパターンのフォトレジスト膜上に約１００ｎｍのＡｕ−Ｇｅ（Ａｕの質量：Ｇｅの質量＝８８：１２）膜を抵抗加熱蒸着法により形成した後に、約２０ｎｍのＮｉ膜および約３０００ｎｍのＡｕ膜をＥＢ（Electron Beam）蒸着法により形成することによって、上記の金属膜を形成することができる。また、上記以外にも、Ｔｉ膜とＰｄ膜とＡｇ膜との積層体を金属膜として用いることもできる。

次に、図１（ｃ）に示すように、表面電極６をマスクとして、マスクが形成されていない部分のコンタクト層５をエッチングにより除去して窓層４の表面を露出させる。ここで、コンタクト層５のエッチングは、たとえば、アンモニア水溶液と過酸化水素水と水とを体積比でアンモニア水溶液：過酸化水素水：水＝１：１：１０（体積比）で混合した溶液を用いて行なうことができる。

次に、窓層４の表面の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を利用して所定の形状に開口部が設けられたフォトレジスト膜を形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、その開口部に位置する部分の化合物半導体層積層体１０および基板１の一部をエッチングにより除去して、基板１の表面を露出させる。ここで、化合物半導体層積層体１０および基板１のエッチングは、たとえば、アンモニア水溶液と過酸化水素水と水とを体積比でアンモニア水溶液：過酸化水素水：水＝１：１：１０（体積比）で混合した溶液を用いて行なうことができる。

次に、図１（ｅ）に示すように、基板１の裏面に裏面電極７を形成するとともに、窓層４の表面に反射防止膜８を形成する。

ここで、裏面電極７は、たとえば、基板１の裏面にＡｕ膜を約１０００ｎｍの厚さにＥＢ蒸着法を用いて形成することができる。なお、裏面電極７としてはＡｕ膜以外にも、たとえばＡｕ膜とＡｇ膜との積層体等も用いることができる。

また、反射防止膜８は、たとえば、約５０ｎｍの厚さのＴｉＯ₂膜および約８５ｎｍの厚さのＡｌ₂Ｏ₃膜をＥＢ蒸着法を用いて形成することができる。なお、反射防止膜８としては上記のＴｉＯ₂膜とＡｌ₂Ｏ₃膜との積層体以外にも、たとえば、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＺｎＳ膜またはＺｎＳ膜とＭｇＦ₂膜との積層体等を用いることができる。

その後、裏面電極７および反射防止膜８のシンタリングを表面電極６と同様にして行なうことができる。

次に、図１（ｆ）に示すように、基板１の裏面の裏面電極７に導電性テープ９を貼り付ける。ここで、導電性テープ９は、基材と基材上に設けられた粘着材とから構成されている。粘着材としては、たとえば、樹脂等に銅やニッケル等の金属微粒子が混合されたものを用いることができ、高い導電性を示す。また、基材としては、たとえば、アルミニウムや銅等の金属箔または銅やニッケルを表面にコートしたナイロン繊維やポリイミド繊維からなる織布を用いることができ、それ自体が導電性を備えている。

次に、図１（ｇ）に示すように、上記の工程で露出した基板１の表面をダイシングにより機械的に切断することによって、最終形状である複数のセル状態の集光型太陽電池１２に分割する。

なお、図２に、上記の分割後の複数の集光型太陽電池１２の一例の模式的な上面図を示す。ここで、図２は、導電性テープ９上の集光型太陽電池１２がダイシング用フレーム１３の枠内に設置されている状態を示している。

次に、図３（ａ）に示すように、上記で分割された複数のセル状態の集光型太陽電池１２が導電性テープ９に貼り付けられた状態で電気特性測定装置のステージ１１に搬入される。

図４に、本発明の集光型太陽電池の製造方法に用いられる電気特性測定装置の一例の模式的な構成図を示す。ここで、電気特性測定装置は、複数の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９を設置するためのステージ１１と、電気特性の測定前の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９をステージ１１に搬入するとともに電気特性の測定後の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９を搬出するための搬送装置２０と、導電性テープ９上に貼り付けられた個々の集光型太陽電池１２の電気特性を測定するための電気特性測定部２２と、個々の集光型太陽電池１２の表面に模擬太陽光を照射するための模擬太陽光照射装置２１と、模擬太陽光照射装置２１から照射された模擬太陽光を集光するための集光装置２４と、を含んでいる。

ここで、ステージ１１としては、複数の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９を設置することができるものであれば特に限定なく用いることができ、たとえば、金属製の板状部材等を用いることができる。

また、搬送装置２０としては、複数の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９を搬送できるものであれば特に限定なく用いることができる。

また、電気特性測定部２２としては、電流−電圧特性等の電気特性を測定することができるものであれば特に限定なく用いることができる。

また、模擬太陽光照射装置２１としては、模擬太陽光を照射することができるものであれば特に限定なく用いることができ、たとえば、従来から公知のソーラシミュレータ等を用いることができる。

また、集光装置２４としては、模擬太陽光照射装置２１から照射された模擬太陽光を集光することができるものであれば特に限定なく用いることができ、たとえば、従来から公知のフレネルレンズ等のレンズを用いることができる。

そして、図３（ｂ）に示すように、複数の集光型太陽電池１２が貼り付けられた導電性テープ９がステージ１１上に設置された後に、導電性テープ９上の１つの集光型太陽電池１２について電気特性が測定される。

図５に、本発明の集光型太陽電池の製造方法における集光型太陽電池１２の電気特性の測定の一例を図解する模式的拡大図を示す。ここで、電気特性測定部２２と電気的に接続された第１の端子２３ａが導電性テープ９上の１つの集光型太陽電池１２の表面電極６に電気的に接続されており、電気特性測定部２２と電気的に接続された第２の端子２３ｂが導電性のステージ１１に電気的に接続されている。

なお、ここでは、第２の端子２３ｂはステージ１１に電気的に接続されているが、たとえばステージ１１が非導電性の場合には、導電性テープ９に電気的に接続することもできる。

そして、上記のように第１の端子２３ａおよび第２の端子２３ｂがそれぞれ電気的に接続された後には、集光型太陽電池１２の表面に、模擬太陽光照射装置２１から照射された模擬太陽光が集光装置２４によって集光された光２５が照射される。この光２５が照射されることによって、集光型太陽電池１２に電流が発生した場合には、その電流は第１の端子２３ａまたは第２の端子２３ｂから取り出され、電気特性測定部２２に流れ込む。

そして、電気特性測定部２２に流れ込んだ電流によって、電気特性測定部２２において１つの集光型太陽電池１２の電流−電圧特性等の電気特性が測定される。

そして、上記のようにして、１つの集光型太陽電池１２の電気特性が測定された後には、第１の端子２３ａが移動して、他の集光型太陽電池１２の表面電極６と電気的に接続される。その後、図３（ｃ）に示すように、上記と同様にして、他の集光型太陽電池１２の電気特性が測定される。

以上のようにして、導電性テープ９上に設置された複数の集光型太陽電池１２のすべてについて１つずつ電気特性を測定していく。

なお、集光型太陽電池１２の電気特性の測定において、集光型太陽電池１２の電気特性に異常がない場合には導電性テープ９上にそのまま残され、異常が発見された場合には集光型太陽電池１２にインクが塗布される。または、電気特性に異常がない集光型太陽電池１２と電気特性に異常がある集光型太陽電池１２との配置についてのマッピングデータが記録される。

そして、図３（ｄ）に示すように、導電性テープ９上に設置された複数の集光型太陽電池１２が搬出される。その後、複数の集光型太陽電池１２のそれぞれを導電性テープ９から取り外す工程において、上記のインクの塗布またはマッピングデータに基づいて、電気特性に異常がない集光型太陽電池１２が選別されて得られる。

なお、第１の端子２３ａとしては、集光型太陽電池１２の表面電極６と電気的に接続することができれば特に限定されず用いることができ、たとえば、金属製のプローブ等を用いることができる。

また、第２の端子２３ｂとしては、導電性のものであれば特に限定されず用いることができ、たとえば、金属製のプローブ等を用いることができる。

また、導電性テープ９の厚さ方向の電気抵抗値と、導電性テープ９と集光型太陽電池１２の裏面電極７との間の接触電気抵抗値と、の合計値が、集光型太陽電池１２の直列電気抵抗値の１／１０以下であることが好ましい。この場合には、導電性テープ９の厚さ方向の電気抵抗値と導電性テープ９と集光型太陽電池１２の裏面電極７との間の接触電気抵抗値との合計値が集光型太陽電池１２の直列電気抵抗値よりも大幅に小さくなるため、集光型太陽電池１２の電気特性測定時の導電性テープの電気抵抗による電気特性の低下を無視することができ、集光型太陽電池１２の電気特性測定の結果を集光型太陽電池１２の電気特性とみなすことができる。

なお、集光型太陽電池１２の直列電気抵抗値とは、集光型太陽電池１２の表面電極６と裏面電極７との間の電気抵抗値である。また、導電性テープの厚さ方向の電気抵抗値、導電性テープと集光型太陽電池の裏面電極との間の接触電気抵抗値、および集光型太陽電池の直列電気抵抗値はそれぞれ、同一の温度（たとえば集光型太陽電池１２の電気特性測定時の温度（たとえば２５℃））における電気抵抗値である。

以上のように、従来においては、分割後のセル状態の集光型太陽電池を１つずつステージに搬入して電気特性を測定し、電気特性の測定後にステージから集光型太陽電池を１つずつ搬出して、集光型太陽電池の搬出後に他の１つの集光型太陽電池をステージに搬入することを繰り返す必要があり、非常に作業時間が長くなって集光型太陽電池の生産性が低下するという問題があった。しかしながら、本発明によれば、導電性テープ上に複数の集光型太陽電池を設置した状態で集光型太陽電池の電気特性を測定し、電気特性の測定後に集光型太陽電池をまとめて搬出するため、従来よりも明らかに集光型太陽電池の生産性が向上する。

今回開示された実施の形態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。

本発明によれば、集光型太陽電池の生産性を向上することができる集光型太陽電池の製造方法およびその方法に用いられる電気特性測定装置を提供することができるため、本発明は集光された太陽光が照射されることにより発電を行なう集光型太陽電池の製造に好適に利用することができる。

本発明の集光型太陽電池の製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。本発明の集光型太陽電池の製造方法において、複数に分割した後の導電性テープ上の集光型太陽電池の一例の模式的な上面図である。本発明の集光型太陽電池の製造方法において、集光型太陽電池の電気特性の測定の一例を図解する模式的な側面図である。本発明の集光型太陽電池の製造方法に用いられる電気特性測定装置の一例の模式的な構成図である。本発明の集光型太陽電池の製造方法における集光型太陽電池の電気特性の測定の一例を図解する模式的な拡大図である。従来の集光型太陽電池の製造方法の一部を図解する模式的な断面図である。従来の集光型太陽電池の製造方法の一部を図解する模式的な側面図である。

符号の説明

１，１０１基板、２，１０３ベース層、３，１０４エミッタ層、４窓層、５，１０５コンタクト層、６，１０６表面電極、７，１０７裏面電極、８，１０８反射防止膜、９導電性テープ、１０，１１０化合物半導体層積層体、１１，１１２ステージ、１２，１１１集光型太陽電池、１３ダイシング用フレーム、２０搬送装置、２１模擬太陽光照射装置、２２電気特性測定部、２３ａ第１の端子、２３ｂ第２の端子、２４集光装置、２５光、１０２バッファ層、１０９粘着シート。

Claims

基板上に複数の化合物半導体層を積層することによって少なくとも１つのｐｎ接合を有する化合物半導体層積層体を形成する工程と、前記化合物半導体層積層体の最表面に表面電極を形成する工程と、前記基板の裏面に裏面電極を形成する工程と、前記裏面電極に導電性テープを貼り付ける工程と、前記基板を分割することによって前記導電性テープに貼り付けられた複数の集光型太陽電池を形成する工程と、前記集光型太陽電池が前記導電性テープに貼り付けられた状態で前記集光型太陽電池の電気特性を測定する工程と、を含む、集光型太陽電池の製造方法。
前記導電性テープの厚さ方向の電気抵抗値と、前記導電性テープと前記集光型太陽電池の裏面電極との間の接触電気抵抗値と、の合計値が、前記集光型太陽電池の直列電気抵抗値の１／１０以下であることを特徴とする、請求項１に記載の集光型太陽電池の製造方法。
請求項１または２に記載の集光型太陽電池の製造方法において集光型太陽電池の電気特性を測定するために用いられる電気特性測定装置であって、
複数の集光型太陽電池が貼り付けられた導電性テープを設置するためのステージと、
前記集光型太陽電池の前記表面電極に電気的に接続するための端子と、
前記端子と電気的に接続されて前記集光型太陽電池の電気特性を測定するための電気特性測定部と、
を備えた、電気特性測定装置。