JP2010199114A

JP2010199114A - 太陽電池

Info

Publication number: JP2010199114A
Application number: JP2009039014A
Authority: JP
Inventors: Kazunao Arai; 一尚荒井
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】光電変換効率を向上させることができる太陽電池を提供する。
【解決手段】ガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層を積層して構成した太陽電池であって、ガラス基板の表面には複数の凹凸が形成され表面積が増大されており、このガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層が積層されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池、更に詳しくはガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層を積層して構成した太陽電池に関する。

太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池としては、P型シリコン基板の表面にN型半導体層をプラズマCVD等によって積層した単結晶シリコン太陽電池が知られている。
しかるに、単結晶シリコン太陽電池はシリコン基板を用いるため、コスト高となる。
比較的安価な太陽電池として、ガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層を積層して構成した太陽電池も実用化されている。（例えば、特許文献１参照）

特開平６−１６３９５７号公報

而して、上述した太陽電池は、光電変換効率が必ずしも十分とはいえず、所定の光電変換量を得るためには大型化するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、光電変換効率を向上させることができる太陽電池を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層を積層して構成した太陽電池において、
ガラス基板の表面には複数の凹凸が形成され表面積が増大されており、該複数の凹凸が形成され表面積が増大されたガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層が積層されている、
ことを特徴とする太陽電池が提供される。

本発明に従って構成された太陽電池は、P型半導体層およびN型半導体層が積層されるガラス基板の表面は複数の凹凸が形成され表面積が増大されているので、このガラス基板の表面に積層されたP型半導体層およびN型半導体層の光を吸収する表面積も増大されるため、光電変換効率が良好となり、小型化が可能となる。

本発明による太陽電池を構成するガラス基板の斜視図。図１に示すガラス基板をサブストレーの表面に固定するガラス基板保持工程の説明図。図１に示すガラス基板の表面の表面積を増大する加工を施すための研削装置の斜視図。図３に示す研削装置に装備されるチャックテーブル機構の要部斜視図。図３に示す研削装置によって図１に示すガラス基板の表面を加工する加工方法における研削ホイール位置付け工程の説明図。図３に示す研削装置によって図１に示すガラス基板の表面を加工する加工方法における研削工程の説明図。図５および図６に示す加工方法によって加工されたガラス基板の斜視図。図５および図６に示す加工方法によって加工されたガラス基板の被加工面に形成される縞模様の凹凸の計測結果を示す図。ジャダー現象が生じない研削加工を施したガラス基板の被加工面の面粗さを示す図。本発明による太陽電池の要部を拡大して示す側面図。本発明による太陽電池の斜視図。

以下、本発明による半導体基板の加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には、太陽電池を構成する矩形状のガラス基板１００が示されている。このガラス基板１００の表面１００aにP型半導体層およびN型半導体層を積層するが、その前にガラス基板１００の表面１００aに表面積を増大するための加工を施す。この加工を実施するために、図２の(a)および(b)に示すように示すようにガラス基板１００の裏面１００bをガラス板やセラミックス板等によって形成されたサブストレート１１の表面にワックスによって固定する。このように、サブストレート１１の表面に固定されたガラス基板１００は、表面１００aが上側となる。

以下、上述したようにサブストレート１１の表面に固定されたガラス基板１００の表面１００aの表面積を増大する加工方法について説明する。
図３には、ガラス基板１００の表面１００aを加工するための研削装置の斜視図が示されている。図３に示す研削装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図３において右上端）に設けられ上下方向に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１には、研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット４が取り付けられる。

スピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４３とを具備している。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント４４が設けられている。そして、このホイールマウント４４の下面に研削ホイール４５が取り付けられる。この研削ホイール４5は、環状の砥石基台４５１と、該環状の砥石基台４５１の下面に環状に装着された複数の研削砥石４５２とによって構成されており、環状の砥石基台４５１が締結ねじ４５３によってホイールマウント４４に装着される。

図示の実施形態における研削装置は、上記研削ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段５を備えている。この研削送り手段５は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド５１を具備している。この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）が設けられ、この連結部には上下方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４が正転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ５４が逆転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

上記装置ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。チャックテーブル機構６は、図４に示すように支持台６１とこの支持台６１に回転不能な状態で配設されたチャックテーブル６２とを含んでいる。支持台６１は、ハウジング２の主部２１に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置されており、後述する加工送り手段６６によって図３に示す被加工物搬入・搬出域２４（図４において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット４を構成する研削ホイール４５と対向する加工域２５（図４において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。

上記チャックテーブル６２は、チャックテーブル本体６２１と、該チャックテーブル本体６２１の上面に配設された吸着保持チャック６２２とからなっており、吸着保持チャック６２２の上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。なお、図示の実施形態におけるチャックテーブル機構６は、チャックテーブル６２を挿通する穴を有し上記支持台６１等を覆い支持台６１とともに移動可能に配設されたカバー部材６４を備えている。

図４を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記チャックテーブル６２を一対の案内レール２３に沿ってチャックテーブル６２の上面である保持面と平行に矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめる加工送り手段６６を具備している。加工送り手段６６は、一対の案内レール２３、２３間に配設され案内レール２３、２３と平行に延びる雄ねじロッド６６１と、該雄ねじロッド６６１を回転駆動するサーボモータ６６２を具備している。雄ねじロッド６６１は、上記支持台６１に設けられたねじ穴６１１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３を連結して取り付けられた軸受部材６６３によって回転自在に支持されている。上記サーボモータ６６２は、その駆動軸が雄ねじロッド６６１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ６６２が正転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモータ６６２が逆転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構６は、図４において実線で示す被加工物搬入・搬出域と２点鎖線で示す加工域に選択的に位置付けられる。

図３に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構６を構成する支持台６１の移動方向両側には、横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド６６１およびサーボモータ６６２等を覆っている蛇腹手段６７および６８が付設されている。蛇腹手段６７および６８はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６７の前端は前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の前端面に固定されている。蛇腹手段６８の前端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル機構６が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６７が伸張されて蛇腹手段６８が収縮され、チャックテーブル機構６が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６７が収縮されて蛇腹手段６８が伸張せしめられる。

以上のように構成された研削装置を用いて、上記ガラス基板１００の表面１００a（被加工面）の表面積を増大する研削加工について説明する。
先ず、被加工物搬入・搬出域２４に位置付けられたチャックテーブル６２の上面である保持面に上記図２に示すように表面にガラス基板１００を固定したサブストレート１１を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル６２の保持面にサブストレート１１を介してガラス基板１００を吸引保持する（ガラス基板保持工程）。従って、チャックテーブル６２上にサブストレート１１を介して保持されたガラス基板１００は、表面１００aが上側となる。

このようにして、チャックテーブル６２上にサブストレート１１を介してガラス基板１０を吸引保持したならば、上記加工送り手段６６のサーボモータ６６２を作動してチャックテーブル６２を図３および図４において矢印２３ａで示す方向に移動し、図５に示すように研削開始位置に位置付ける。次に、研削送り手段５を作動して図５に示すように研削手段としての研削ユニット３の研削ホイール４５を構成する研削砥石４５２の下面である研削面４５２aをチャックテーブル６２に保持されたガラス基板１００の表面１００aである被加工面(上面)より所定量（切り込み送り量：図示の実施形態においては１０μmに設定されている）下側の研削位置に位置付ける（研削ホイール位置付け工程）。

上述した研削ホイール位置付け工程を実施したならば、研削ホイール４５を所定の回転速度で回転するとともに、加工送り手段６６を作動してチャックテーブル６２を所定の加工送り速度で移動し、チャックテーブル６２に保持されたガラス基板１００の一端から他端に向けて研削砥石４５２を作用させることにより、ジャダー現象を生じさせてガラス基板１００の表面１００aである被加工面を研削する研削工程を実施する。即ち、図６に示すように上記スピンドルユニット４のサーボモータ４３を駆動して研削ホイール４５を例えば６０００ｒｐｍで回転するとともに、上記加工送り手段６６のサーボモータ６６２を正転駆動してチャックテーブル６２を矢印２３a示す方向に例えば５mm／秒の加工送り速度で加工送りし、図６においてに２点鎖線で示す研削終了位置まで移動せしめる。なお、研削終了位置は、ガラス基板１００の左端が研削砥石４５２の下面である研削面４５２aを通過した所定位置に設定されている。この結果、チャックテーブル６２に保持されたガラス基板１００の表面１００aである被加工面は、一端（右端）から他端（左端）に向けて研削砥石４５２の研削面４５２aが作用し、研削加工される。

上記加工条件によって研削工程を実施すると、切り込み送り量と加工送り速度との関係でチャックテーブル６２に保持されたガラス基板１００と研削ホイール４５との間にジャダー現象が生じ、ガラス基板１００の表面１００aには、図７に示すように縞模様の凹凸が形成される。
この縞模様の凹凸を計測したところ、図８に示す結果が得られた。図８において縦軸は縞模様の凹凸の高さおよび深さ(μm)を示し、横軸は縞模様の凹凸の間隔(μm)を示している。図８から判るように、ガラス基板１００の表面１００aには、加工前の上面より所定量（図示の実施形態においては１０μm）下側の切り込み位置を基準として高さが３μm程度で深さが１．５μm程度の凹凸が２５μm程度の間隔で縞模様が形成されている。このようにガラス基板１００の表面１００aに縞模様の凹凸を形成することにより、ガラス基板１００の表面１００aの表面積を増大させることができる。なお、図９にジャダー現象が生じない研削加工を施したガラス基板１００の表面１００aの面粗さが示されている。この研削加工は研削ホイール４５を構成する研削砥石４５２の研削面（下面）をチャックテーブル６２に保持された半導体基板としてのガラス基板１００の表面１００aより２μm下側の研削位置に位置付け、チャックテーブル６２を２mm／秒の速度で加工送りしたものである。図９に示すようにジャダー現象が生じない研削加工を施した場合には、０．１〜０．２μm程度の面粗さで一様に研削され、被加工面１００aの表面積が実質的に増大することはない。

以上のようにしてガラス基板１００の表面１００aに縞模様の凹凸を形成し表面積を増大する加工を実施したならば、図１０に示すようにガラス基板１００の表面１００aにP型アモルファスシリコンをプラズマCVD法によって成膜してP型半導体層１１０を形成し、該P型半導体層１１０の表面にN型アモルファスシリコンをプラズマCVD法によって成膜してN型半導体層１２０を形成する。このようにガラス基板１００の表面１００aにP型半導体層１１０およびN型半導体層１２０を積層して形成することにより、図１１に示すように太陽電池１０を得ることができる。そして、P型半導体層１１０およびN型半導体層１２０に電極板を装着する。このようにして構成された太陽電池１０は、ガラス基板１００の表面１００aに縞模様の凹凸が形成され表面積が増大せしめられているので、このガラス基板１００の表面１００aに積層されたP型半導体層１１０およびN型半導体層１２０の光を吸収する表面積も増大されるため、光電変換効率が良好となり、小型化が可能となる。

２：装置ハウジング
３：研削ユニット
４：スピンドルユニット
４２：回転スピンドル
４５：研削ホイール
４５２：研削砥石
５：研削送り手段
６：チャックテーブル機構
６２：チャックテーブル
６６：加工送り手段
１０：太陽電池
１００：ガラス基板
１１０：P型半導体層
１２０：N型半導体層
１１：サブストレート

Claims

ガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層を積層して構成した太陽電池において、
ガラス基板の表面には複数の凹凸が形成され表面積が増大されており、該複数の凹凸が形成され表面積が増大されたガラス基板の表面にP型半導体層およびN型半導体層が積層されている、
ことを特徴とする太陽電池。