JP2011088247A - Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot - Google Patents
Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011088247A JP2011088247A JP2009243762A JP2009243762A JP2011088247A JP 2011088247 A JP2011088247 A JP 2011088247A JP 2009243762 A JP2009243762 A JP 2009243762A JP 2009243762 A JP2009243762 A JP 2009243762A JP 2011088247 A JP2011088247 A JP 2011088247A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ingot
- slice
- processing
- texture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、テクスチャ構造の形成されたシリコン基板を提供するためのインゴットの処理装置及びインゴットの処理方法に関する。 The present invention relates to an ingot processing apparatus and an ingot processing method for providing a silicon substrate having a texture structure.
近年のクリーンエネルギーの要望の高まりから、太陽電池が注目されている。結晶シリコン太陽電池は現時点で太陽光発電に供される太陽電池では最も多く製造され、使用されている太陽電池である。しかし、普及をさらに促進させるためには、より一層の低コスト化と変換効率の向上が不可欠である。 Solar cells are attracting attention due to the recent increase in demand for clean energy. Crystalline silicon solar cells are currently the most manufactured and used solar cells for solar power generation. However, in order to further promote the spread, further cost reduction and improvement in conversion efficiency are indispensable.
結晶シリコン太陽電池は、単結晶もしくは多結晶の結晶シリコン基板に複数のプロセスを施すことで製造される。現状一般的となっている結晶シリコン基板の製造工程は、精製して高純度化されたシリコンを、キャスト法もしくはチョクラルスキー法などの結晶化方法によって、不純物及び結晶欠陥の少ないインゴット状に整形し、これから板状に切り出すという各工程により構成される。このときに選択される結晶化方法が、キャスト法であれば多結晶シリコンインゴットになり、チョクラルスキー法であれば単結晶シリコンインゴットとなる。シリコンインゴットの切り出しは、従来、ワイヤーソーなどにより機械的に切削されてきたが、切削の際に発生するカーフロス(加工時損失)を減らして低コスト化するために、陽極酸化を利用した化学的手法も提案されている(特許文献1参照)。 A crystalline silicon solar cell is manufactured by performing a plurality of processes on a monocrystalline or polycrystalline crystalline silicon substrate. The manufacturing process for crystal silicon substrates, which is currently common, is to refine and purify silicon into an ingot shape with few impurities and crystal defects by a crystallization method such as the casting method or Czochralski method. And it is comprised by each process of cutting out to plate shape from now. If the crystallization method selected at this time is a cast method, it becomes a polycrystalline silicon ingot, and if it is a Czochralski method, it becomes a single crystal silicon ingot. Conventionally, silicon ingots have been cut mechanically with wire saws, etc., but in order to reduce kerf loss (loss during processing) and reduce costs, chemicals using anodization are used. A technique has also been proposed (see Patent Document 1).
また、変換効率の向上手法の一つとして、切り出された結晶シリコン基板の表面に凸凹構造なテクスチャ構造を形成する技術が知られている。テクスチャ構造が光を散乱、多重反射させるので、結晶シリコン太陽電池における光の利用効率を向上させることができる。 In addition, as one method for improving the conversion efficiency, a technique for forming a texture structure having an uneven structure on the surface of a cut-out crystal silicon substrate is known. Since the texture structure scatters and multi-reflects light, the light use efficiency in the crystalline silicon solar cell can be improved.
テクスチャ構造の形成について、単結晶シリコン基板の場合と多結晶シリコン基板の場合とに分けて説明する。単結晶シリコン基板の場合、KOH等のアルカリ性溶液を利用したウェットエッチングにより、単結晶シリコン基板の表面にピラミッド構造を形成する技術が知られている。これは単結晶シリコンの結晶方向のエッチングレート差を利用したものである。しかし、多結晶シリコン基板の場合は、多結晶シリコン基板の結晶の面方位が不規則であるため、テクスチャ構造を均一に形成することができず、全体の反射率を効果的に低減できない。このような問題を解決するために、反応性イオンエッチングにより、多結晶シリコン基板にテクスチャ構造を形成する方法も提案されている(特許文献2および特許文献3参照)。 The formation of the texture structure will be described separately for a single crystal silicon substrate and a polycrystalline silicon substrate. In the case of a single crystal silicon substrate, a technique for forming a pyramid structure on the surface of the single crystal silicon substrate by wet etching using an alkaline solution such as KOH is known. This utilizes the etching rate difference in the crystal direction of single crystal silicon. However, in the case of a polycrystalline silicon substrate, since the crystal plane orientation of the polycrystalline silicon substrate is irregular, the texture structure cannot be formed uniformly, and the overall reflectance cannot be reduced effectively. In order to solve such a problem, a method of forming a texture structure on a polycrystalline silicon substrate by reactive ion etching has been proposed (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
また、陽極酸化により結晶シリコン基板の表面にテクスチャ構造を形成する方法も提案されている。陽極酸化であれば、シリコン基板が単結晶、多結晶に関わらずテクスチャ構造を形成することができる。特許文献4には、電解液中で結晶シリコン基板の一方の面を陰極であるPt電極に対向させて、陽極酸化処理を行う技術が開示されている。 A method of forming a texture structure on the surface of a crystalline silicon substrate by anodic oxidation has also been proposed. With anodization, a texture structure can be formed regardless of whether the silicon substrate is single crystal or polycrystal. Patent Document 4 discloses a technique in which anodization is performed with one surface of a crystalline silicon substrate facing a Pt electrode serving as a cathode in an electrolytic solution.
上記のように、テクスチャ構造を有する結晶シリコン基板の準備には、シリコンインゴットからの結晶シリコン基板の切り出し、結晶シリコン基板へのテクスチャ構造の形成といった、複数の工程が必要である。しかし、従来技術においてはそれぞれの工程が別の装置で行われているため、製造プロセスが煩雑になるという課題がある。また、シリコンインゴットから結晶シリコン基板を切り出した後で、当該結晶シリコン基板をテクスチャ構造形成のためにエッチング装置や陽極酸化装置等に移送するには、当該結晶シリコン基板の破損を防ぐための慎重な搬送が必要になり、コストや処理時間の増加につながる。 As described above, preparation of a crystalline silicon substrate having a texture structure requires a plurality of steps such as cutting out the crystalline silicon substrate from the silicon ingot and forming the texture structure on the crystalline silicon substrate. However, in the prior art, since each process is performed by a separate apparatus, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. In addition, after cutting a crystalline silicon substrate from a silicon ingot, in order to transfer the crystalline silicon substrate to an etching apparatus, an anodizing apparatus, or the like for forming a texture structure, it is necessary to carefully prevent damage to the crystalline silicon substrate. Transport is required, leading to increased costs and processing time.
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、装置間での生成された基板の搬送の手間を省略することで作業効率を向上させることができインゴットの処理装置及びインゴットの処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and the work efficiency can be improved by omitting the labor of transporting the generated substrate between apparatuses, and the ingot processing apparatus and the ingot can be improved. An object is to provide a processing method.
本発明の第一の態様によるインゴットの処理装置は、
陽極酸化によりインゴットを処理するインゴットの処理装置であって、
電解液を貯留する処理槽と、
前記インゴットの少なくとも一部を前記電解液中に浸漬するように保持するインゴット保持部と、
前記インゴットから局所的にシリコンを溶出させることで、互いに向かい合うスライス断面を形成しつつ所定の方向に該インゴットを切断するスライス電極と、
前記スライス断面からシリコンを溶出させることで、該スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹を形成するテクスチャ形成電極と、
前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極に対して前記インゴットを高電位にすることで、該スライス電極及び該テクスチャ形成電極と該インゴットとの間に電流を流す電源装置と、
前記処理槽内において、前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極の前記インゴット保持部に対する相対的な位置が変化するように、前記インゴット保持部、又は、前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極を移動させる移動機構と、
を備えている。
An ingot processing apparatus according to the first aspect of the present invention is provided.
An ingot processing apparatus for processing an ingot by anodization,
A treatment tank for storing an electrolyte solution;
An ingot holding part for holding at least a part of the ingot so as to be immersed in the electrolytic solution;
Slicing electrodes that cut the ingot in a predetermined direction while forming slice sections facing each other by locally eluting silicon from the ingot;
A textured electrode that elutes silicon from the slice cross section to form minute irregularities in at least a part of the slice cross section;
A power supply device that causes a current to flow between the slice electrode and the textured electrode and the ingot by setting the ingot to a high potential with respect to the slice electrode and the textured electrode;
A moving mechanism for moving the ingot holding part or the slice electrode and the texture forming electrode so that the relative position of the slice electrode and the texture forming electrode with respect to the ingot holding part changes in the processing tank. When,
It has.
本発明の第二の態様によるインゴットの処理装置は、
陽極酸化によりインゴットを処理するインゴットの処理装置であって、
電解液を貯留する処理槽と、
前記インゴットの少なくとも一部を電解液中に浸漬するように保持するインゴット保持部と、
前記インゴットからシリコンを溶出させる加工電極と、
前記加工電極に対して前記インゴットを高電位にすることで、前記加工電極と前記インゴットとの間に電流を流す電源装置と、
前記処理槽内において、前記加工電極の前記インゴット保持部に対する相対的な位置が往復して変化するように、該インゴット保持部及び該加工電極のうち少なくとも一方を移動させる移動機構と、
前記電源装置と前記移動機構のうち少なくとも一方を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が、復路において前記加工電極と前記インゴットとの間に流れる単位時間あたりの電流が、往路において該加工電極と該インゴットとの間に流れる単位時間あたりの電流よりも小さくなるように、前記電源装置及び前記移動機構のうち少なくとも一方を制御するように構成されている。
An ingot processing apparatus according to the second aspect of the present invention is provided.
An ingot processing apparatus for processing an ingot by anodization,
A treatment tank for storing an electrolyte solution;
An ingot holding part for holding at least a part of the ingot so as to be immersed in the electrolyte; and
A processing electrode for eluting silicon from the ingot;
A power supply device for causing a current to flow between the machining electrode and the ingot by setting the ingot to a high potential with respect to the machining electrode;
A moving mechanism for moving at least one of the ingot holding part and the processing electrode so that a relative position of the processing electrode with respect to the ingot holding part reciprocally changes in the processing tank;
A control device that controls at least one of the power supply device and the moving mechanism;
The control device, so that the current per unit time flowing between the machining electrode and the ingot on the return path is smaller than the current per unit time flowing between the machining electrode and the ingot on the forward path, It is configured to control at least one of the power supply device and the moving mechanism.
陽極酸化によりインゴットを処理するインゴットの処理方法であって、
前記インゴットの少なくとも一部を電解液に浸漬させる浸漬工程と、
前記インゴットから局所的にシリコンを溶出させることで、互いに向かい合うスライス断面を形成しつつ所定の方向に該インゴットを切断するスライス工程と、
前記スライス断面からシリコンを溶出させることで、該スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹を形成するテクスチャ構造の形成工程と、を備え、
前記スライス工程と前記テクスチャ構造の形成工程が、同一処理槽内において、前記インゴットと前記加工電極との相対的な位置を変化させながら、該インゴットを該加工電極よりも高電位にすることで、該インゴットと該加工電極との間に電流を流すことによって行われる。
An ingot processing method for processing an ingot by anodization,
An immersion step of immersing at least a part of the ingot in an electrolytic solution;
Slicing step of cutting the ingot in a predetermined direction while forming slice sections facing each other by locally eluting silicon from the ingot;
By eluting silicon from the slice cross section to form a textured structure that forms minute irregularities in at least a part of the slice cross section, and
In the same processing tank, the slicing step and the texture structure forming step change the relative position between the ingot and the processing electrode, while making the ingot have a higher potential than the processing electrode. This is performed by passing a current between the ingot and the machining electrode.
本発明のインゴット処理装置及びインゴット処理方法によれば、同一の処理槽内で、インゴットが切断されるとともに、当該インゴットに形成されたスライス断面にテクスチャ構造を形成することができる。このため、装置間での生成された基板の搬送の手間を省くことができ、作業効率を向上させることができる。 According to the ingot processing apparatus and the ingot processing method of the present invention, the ingot can be cut and the texture structure can be formed in the slice cross section formed in the ingot in the same processing tank. For this reason, it is possible to save the labor of transporting the generated substrate between apparatuses, and it is possible to improve work efficiency.
第一実施形態
以下、本発明に係るインゴットの処理装置及びインゴットの処理方法の第一実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、図1乃至図7Bは本発明の第一実施形態を示す図である。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of an ingot processing device and an ingot processing method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 thru | or FIG. 7B is a figure which shows 1st embodiment of this invention.
図1に示すインゴットの処理装置は、陽極酸化によりシリコンインゴットIを処理するものであり、電解液Eを貯留する処理槽1と、シリコンインゴットIの少なくとも一部を電解液E中に浸漬するように保持するシリコンインゴット保持部3と、シリコンインゴットIから局所的にシリコンを溶出させることで、互いに向かい合うスライス断面を形成しつつ下方向(所定の方向)にシリコンインゴットIを切断するスライス電極21と、スライス断面からシリコンをさらに溶出させることで、当該スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹を形成するテクスチャ形成電極31と、を備えている。
The ingot processing apparatus shown in FIG. 1 processes the silicon ingot I by anodic oxidation, so that the
なお、本実施形態では、スライス電極21とテクスチャ形成電極31によって加工電極が構成されている。また、本願において、スライス断面とは、シリコンインゴットIのうちスライス電極21によってシリコンが溶出されて露出した表面のことを意味している。
In the present embodiment, the processing electrode is configured by the
ところで、電解液Eとしては、例えばフッ酸(HF)をIPAなどのアルコール溶媒で希釈したものを用いることができる。また、本実施形態では、被処理体であるインゴットIとしてシリコンインゴットを用いて説明するが、これに限られることはない。 By the way, as electrolyte solution E, what diluted hydrofluoric acid (HF) with alcohol solvents, such as IPA, can be used, for example. Moreover, although this embodiment demonstrates using a silicon ingot as the ingot I which is a to-be-processed object, it is not restricted to this.
図1に示すシリコンインゴットの処理装置は、スライス電極21及びテクスチャ形成電極31に対してシリコンインゴットIを高電位にすることで、スライス電極21及びテクスチャ形成電極31とシリコンインゴットIとの間に電流を流す電源装置40と、スライス電極21のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、テクスチャ形成電極31のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になるだけでなく一致するように、スライス電極21とテクスチャ形成電極31を移動させる移動機構10も備えている。
In the silicon ingot processing apparatus shown in FIG. 1, the current between the
このうち、移動機構10は、図1に示すように、上下方向に延在する垂直軸11と、スライス電極21及びテクスチャ形成電極31に後述するスライス電極支持体22及びテクスチャ形成電極支持体32を介して連結されるとともに、垂直軸11を自在に昇降することができる昇降部材12とを有している、なお、昇降部材12は、所定の高さ位置に留まることもできる。
Among these, as shown in FIG. 1, the moving
次に図2A及び図2Bを用いて、スライス電極21、スライス電極支持体22、テクスチャ形成電極31、テクスチャ形成電極支持体32及び昇降部材12の詳細を説明する。図2Aはこれらを下から見上げた底面図であり、図2Bは側面図である。
Next, details of the
図2A及び図2Bに示すように、複数のスライス電極21には、スライス電極21を支持するスライス電極支持体22が設けられている。ここで、スライス電極21とスライス電極支持体22は一体となり、スライス電極21だけでなくスライス電極支持体22も導電体で形成されている。このため、これらスライス電極21とスライス電極支持体22を一体で通電することができる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the plurality of
また、複数のテクスチャ形成電極31は、テクスチャ形成電極31を支持するテクスチャ形成電極支持体32が設けられている。ここで、テクスチャ形成電極31とテクスチャ形成電極支持体32は一体となり、テクスチャ形成電極31だけでなくテクスチャ形成電極支持体32も導電体で形成されている。このため、これらテクスチャ形成電極31とテクスチャ形成電極支持体32を一体で通電することができる。なお、導電体としては、白金、タングステンなどを用いることができる。
The plurality of
図2Aに示すように、スライス電極支持体22を底面側から見ると枠体形状をしており、当該スライス電極支持体22は、複数のスライス電極21の両端をそれぞれ所定の間隔をおいて保持している。
As shown in FIG. 2A, when the
また、スライス電極支持体22と同様に、テクスチャ形成電極支持体32も枠体形状をしており、当該テクスチャ形成電極支持体32は、複数のテクスチャ形成電極31の両端をそれぞれ所定の間隔をおいて保持している。なお、図2Aにおいては、テクスチャ形成電極31及びテクスチャ形成電極支持体32は、それぞれスライス電極21及びスライス電極支持体22の裏に隠れるようになっているので、図示されていない。
Similarly to the
また、図1に示すように、スライス電極21を支持するスライス電極支持体22と、テクスチャ形成電極31を支持するテクスチャ形成電極支持体32は、所定の間隔をおいて昇降部材12に固定されている。従って、移動機構10は、スライス電極21とテクスチャ形成電極31との間の距離を一定に保ったまま移動させることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
なお、本実施形態においては、昇降部材12は、図2A及び図2Bの左側から、スライス電極支持体22及びテクスチャ形成電極支持体32を支持している。ここで、昇降部材12は絶縁体で形成されているので、スライス電極支持体22とテクスチャ形成電極支持体32を互いに電気的に絶縁させることができる。スライス電極支持体22と、テクスチャ形成電極支持体32とが導通した状態に構成することもできるが、互いに絶縁させることによって、スライス電極21とテクスチャ形成電極31に流れる電流を細かく制御することが可能になる。
In this embodiment, the elevating
また、図1に示すように、シリコンインゴットIは、シリコンインゴット保持部3に保持されて、処理槽1に貯留された電解液Eの中に浸漬される。この際、反応部分だけが浸漬していれば十分なので、シリコンインゴットIの全てが浸漬している必要はない。シリコンインゴット保持部3は電源装置40の陽極(+)に接続され、他方、スライス電極支持体22及びテクスチャ形成電極支持体32は電源装置40の陰極に(−)に接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, the silicon ingot I is held in the silicon
なお、スライス電極21に大きな電流が必要な場合は、図4のように、スライス電極21を垂直方向に延伸した直方体にすることもできる。この際、スライス電極21の側面部による過度の陽極酸化反応を防ぐために、先端部のみをむきだしにして、側面部および上端部を絶縁体26で被覆すればよい。このような態様によれば、スライス電極21に供給される電流を効率よく利用することができるだけでなく、側面部での不必要な陽極酸化反応が抑制することでカーフロスを低減することができる。
If a large current is required for the
本実施形態においては、テクスチャ形成電極31の数、幅及び配置間隔がスライス電極21と同一になっており、図2Bに示すように側面から見ると、個々のテクスチャ形成電極31は個々のスライス電極21の直上に配置される。すなわち、処理工程の間、昇降部材12が垂直軸11に沿って垂直下方に移動するので、テクスチャ形成電極31のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道が、スライス電極21のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と一致することになる。
In the present embodiment, the number, width, and arrangement interval of the
次に、第1実施形態における処理工程を説明する。なお、本実施形態の基礎となっているのは陽極酸化という現象である。ところで、図3においては、処理工程における反応を分かりやすく説明するために、スライス電極支持体22とテクスチャ形成電極支持体32を省略して示している。
Next, processing steps in the first embodiment will be described. The basis of this embodiment is a phenomenon called anodic oxidation. In FIG. 3, the
まず、シリコンインゴットIが、処理槽1に貯留された電解液Eの中に浸漬される(浸漬工程)(図3参照)。 First, the silicon ingot I is immersed in the electrolytic solution E stored in the processing tank 1 (immersion step) (see FIG. 3).
次に、昇降部材12によって、スライス電極支持体22及びテクスチャ形成電極支持体32が下方に移動される。このとき、シリコンインゴットIがスライス電極21及びテクスチャ形成電極31よりも高電位になるよう電圧がかけられている(図1参照)。このため、後述するスライス工程とテクスチャ構造の形成工程において、シリコンインゴットIが、スライス電極21及びテクスチャ形成電極31よりも高電位となった状態で電流が流れることとなる。
Next, the elevating
次に、シリコンインゴットIにスライス電極21がある程度近づくと、シリコンインゴットI及び電解液Eを介して陰極側に電流が流れ、正孔電流がシリコンインゴットIの上部表面に向かって流れることとなる。そして、正孔電流が電解液EとシリコンインゴットIとの接触面If(図3参照)に達すると、接触面Ifのシリコン原子(シリコン)が電解液Eの中に溶出する陽極酸化反応が起こり、下方向(所定の方向)にシリコンインゴットIが切断される。このとき、シリコンインゴットIから局所的にシリコン原子(シリコン)が溶出され、その結果、互いに向かい合うスライス断面が形成されつつ、下方向(所定の方向)にシリコンインゴットIが切断されることとなる(スライス工程)。
Next, when the
ここで、移動機構10は、シリコン原子の溶出によりシリコンインゴットIが下方向に陥没した分だけ、シリコンインゴットIに対してスライス電極21を鉛直下方に移動させる。そして、このことを繰り返すことによって、スライス電極21によって、シリコンインゴットIを鉛直下方に切断していくことができる。このとき、ある程度シリコンインゴットIが陥没するのを待ってから、スライス電極21をシリコンインゴットIに対して鉛直下方に移動させるのを繰り返してもよいし、スライス電極21を絶え間なく移動させ続けてもよい。
Here, the moving
ところで、スライス電極21でシリコンインゴットIを切断している際には、スライス電極21とスライス断面の間にも、若干の隙間ができる。これは、スライス電極21の下方のみならず、斜め下方向や、横方向に位置するシリコンインゴットIにおいても、陽極酸化反応が起こるためである。このため、スライス電極21とスライス断面との距離dが一定になるように、スライス電極21の鉛直下方向への移動速度を制御することで、均一な厚みを有する結晶シリコン基板(基板)を得ることができる。
By the way, when the silicon ingot I is cut by the
また、スライス電極21に流れる電流を任意に変化させることで、陽極酸化反応を制御することができ、切断の速度及びスライス電極21とスライス断面との間に形成される隙間を最適化することができる。電流は電源装置40から加わる電圧の大きさによって変えることもできるし、スライス電極21の材料や太さなどの形状によっても制御することができる。陽極酸化反応を制御するには、所望のカーフロスや、スループットを鑑みて適宜設計すればよい。
Further, the anodic oxidation reaction can be controlled by arbitrarily changing the current flowing through the
なお、電解液Eの濃度や、シリコンインゴットIの抵抗などの影響を受けるが、電流を電極の単位長さ(1cm)あたり100mAから200mAの範囲にすると、安定したスライスを行うことができる。 Although affected by the concentration of the electrolytic solution E and the resistance of the silicon ingot I, stable slicing can be performed when the current is in the range of 100 mA to 200 mA per unit length (1 cm) of the electrode.
上述のようにシリコンインゴットIからシリコン原子(シリコン)が溶出されて互いに向かい合うスライス断面が形成されると、当該スライス断面からシリコン原子(シリコン)を溶出させることで、スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹が形成される(テクスチャ構造の形成工程)。より具体的には、互いに向かい合うスライス断面の間を、スライス電極21に追随するようにテクスチャ形成電極31が通過され、この際に、スライス断面からシリコン原子を溶出させることができる。この結果、スライス断面に微小な凸凹からなるテクスチャ構造領域Itが形成されることとなる。
As described above, when silicon atoms (silicon) are eluted from the silicon ingot I and slice sections facing each other are formed, silicon atoms (silicon) are eluted from the slice sections, so that at least a part of the slice sections is minute. Unevenness is formed (formation process of texture structure). More specifically, the
テクスチャ構造の形成工程で行われる反応も陽極酸化反応である。なおこのときには、テクスチャ形成電極31に、スライス電極21に流した電流と比較して小さな電流が流されている(言い換えれば、スライス工程でスライス電極21内を流れる単位時間あたりの電流は、テクスチャ構造の形成工程でテクスチャ形成電極31内を流れる単位時間あたりの電流よりも大きくなっている)。
The reaction performed in the texture structure forming process is also an anodic oxidation reaction. At this time, a small current is passed through the
上述のように陽極酸化反応によってスライス断面に形成された微小な凸凹は、局所的に見れば個々の大きさが多少違うかもしれないが、マクロ的に見れば、太陽電池のテクスチャ構造として十分機能するほどの均一性を有している。 As described above, the minute irregularities formed in the slice cross section by the anodic oxidation reaction may be slightly different in individual size when viewed locally, but function sufficiently as a texture structure for solar cells when viewed macroscopically. It has the uniformity so that.
なお、本実施形態では、スライス電極支持体22とテクスチャ形成電極支持体32が、所定の間隔をおいて昇降部材12に固定されているので、スライス電極21とテクスチャ形成電極31との間の距離が一定に保たれたままシリコンインゴットIとの相対的な位置が変化されることとなる。
In the present embodiment, the
上述のように本実施形態においては、各テクスチャ形成電極31が、各スライス電極21を追随しながらテクスチャ構造を形成していく。すなわち、スライス工程におけるスライス電極21のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、テクスチャ構造の形成工程におけるテクスチャ形成電極31のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になるだけでなく、互いに一致している。
As described above, in the present embodiment, each
そして、スライス電極21が、スライス断面との隙間を距離dに一定に保ちながらシリコンインゴットIを切断するので、テクスチャ形成電極31とスライス断面の間も距離dが一定に保たれることになる。この点、テクスチャ構造の形成も陽極酸化反応であるため、テクスチャ形成電極31とスライス断面の距離が常に一定であれば、スライス断面全面にわたって陽極酸化反応を均一に行うことができ、その結果、スライス断面全面にムラがなく均一な大きさからなる微小な凸凹のテクスチャ構造を形成することができる。
Since the
ところで、スライス断面に形成される凸凹の大きさは、テクスチャ形成電極31に流れる電流の大きさに比例することが分かっている。電解液Eの濃度や、テクスチャ形成電極31の移動速度にも影響を受けるが、テクスチャ形成電極31に流れる電流を電極の単位長さ(1cm)あたり、10mAから50mAに制御すれば、太陽光を散乱、多重反射させるのに十分機能する微小なサイズにすることができる。本実施形態では、テクスチャ形成電極支持体32とスライス電極支持体22が昇降部材12によって一体に支持されている。このため、スライス電極21によるシリコンインゴットIの切断速度を考慮に入れてテクスチャ形成電極31に流れる電流を制御すればよい。テクスチャ構造の窪みの直径は2ミクロン以下が望ましいと言われているが、もちろん、完成した太陽電池の目標とするスペックに合わせて調整すればよい。
By the way, it is known that the size of the unevenness formed in the slice cross section is proportional to the magnitude of the current flowing through the
電流を調整する方法として、例えば、テクスチャ形成電極31の断面積を変化させたり、テクスチャ形成電極31の材料としてスライス電極21の材料と抵抗率の異なる材料を用いたりすることが考えられる。
As a method of adjusting the current, for example, it is conceivable to change the cross-sectional area of the
なお、本実施形態では同一の電源装置40に接続されている態様を用いているが、これに限られることはなく、テクスチャ形成電極31とスライス電極21に接続される電源装置をそれぞれ別の電源装置にして、テクスチャ形成電極31に流れる電流を調整することもできる。
In this embodiment, a mode in which the same
また、本実施形態では、個々のテクスチャ形成電極31と個々のスライス電極21の横幅を同じにしているが、陽極酸化反応を抑制するために、テクスチャ形成電極31の横幅を、スライス電極21よりも左右均等に小さくしてもよい。
In this embodiment, the width of each texture-forming
また、本実施形態では、図2Bに示すように、上下方向に、スライス電極21とテクスチャ形成電極31を一つずつ対にして配置しているが、複数のテクスチャ形成電極31を上下方向に並べてもよい。例えば、スライス電極21に対して、追随するように二つのテクスチャ形成電極を上下方向に並べてもよい。この場合には、一番目(下方)のテクスチャ形成電極が比較的大きい凸凹を形成し、追随する二番目(上方)のテクスチャ形成電極がより小さい凸凹を形成するように、電流を制御することもできる。このようにすれば、テクスチャ構造の凸凹の大きさをより正確に制御することが可能になり好ましい。また、テクスチャ形成電極31に流れる電流をパルス状にしたり、テクスチャ形成電極31の形状に凹凸を付けたり、テクスチャ形成電極31を微小に上下駆動させたりすることなどで、形成されるテクスチャ構造の凸凹の大きさを制御してもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the
本実施形態では、シリコンインゴットIをシリコンインゴット保持部3上に固定して、スライス電極21とテクスチャ形成電極31を動かすことで処理を行っているが、これに限られない。スライス電極21とテクスチャ形成電極31を固定し、シリコンインゴット保持部3を電解液Eの中で上方へ移動させてもよいし、スライス電極21とテクスチャ形成電極31を下方へ移動させつつシリコンインゴット保持部3を電解液Eの中で上方へ移動させてもよい。
In the present embodiment, the processing is performed by fixing the silicon ingot I on the silicon
本実施形態においては、シリコンインゴット保持部3がシリコンインゴットIを電源装置40の陽極に接続する電極の役割も担っているが、これに限られない。シリコンインゴット保持部3とは別に、シリコンインゴットIを電源装置40の陽極側に接続された電極を設けてもよい。この場合、シリコンインゴット保持部3の役割は、シリコンインゴットIの一部を電解液Eの中で保持することだけになる。
In the present embodiment, the silicon
また、本実施形態では、シリコンインゴット保持部3が処理槽1と別に設けられているが、これに限られない。処理中も安定して保持できるのであれば、処理槽1の底部がシリコンインゴット保持部3を兼ねて、処理槽1の底部によってシリコンインゴットIが保持されてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the silicon ingot holding |
また、本実施形態では、スライス電極支持体22とテクスチャ形成電極支持体32を昇降部材12に一体に固定することで、スライス電極21とテクスチャ形成電極31を同時に動かしているが、これに限られない。スライス電極支持体22とテクスチャ形成電極支持体32を、それぞれ別の昇降部材に取り付けることで、個別に制御することも可能である。このようにすれば、シリコンインゴットIを切断する速度と、スライス断面にテクスチャ構造を形成する速度を揃える必要がないので設計の自由度が向上する。この際には、スライス電極21によるシリコンインゴットIの切断が完了する予定時間に合致するように、テクスチャ形成電極31の下降開始時間と下降速度を調整すれば、切断完了後にテクスチャ構造を形成するだけの処理時間をなくすことができる。この場合においても、スライス電極21とテクスチャ形成電極31の軌道が同一になるように設計すれば、スライス断面全面にわたって均一なテクスチャ構造を形成することができるので、スライス電極21とテクスチャ形成電極31が昇降軸11を共有するようにするのが望ましい。
In the present embodiment, the
なお、スライス電極21がシリコンインゴットIを最後まで切断したとしても、テクスチャ形成電極31はスライス断面の途中で止まることになる。このため、スライス電極21とテクスチャ形成電極31との間の間隔を、結晶シリコン基板の周縁部における太陽電池素子の形成されない領域の長さ程度にするのが望ましい。このようにすることによって、残された領域を太陽電池素子の形成されない領域とすることができ、テクスチャ構造が形成されてなくても問題にならないためである。
Even if the
上述した実施形態においては、全てのスライス電極21に対応してテクスチャ形成電極31を配置しているので、できあがる結晶シリコン基板には、表裏の両面にテクスチャ構造が形成される。これに対して、結晶シリコン基板の片面だけにテクスチャ構造を形成したいときには、図5A及び図5Bのように、スライス電極21に対してテクスチャ形成電極31を一つおきに配置すればよい。この場合には、図6に示すように、テクスチャ構造領域Itを含む一対のスライス断面と、テクスチャ構造が形成されない一対のスライス断面が交互に並ぶことになる。なお、図5Aはスライス電極21及びテクスチャ形成電極31の底面図であり、図5Bはスライス電極21及びテクスチャ形成電極31の側面図である。
In the embodiment described above, since the
図7A及び図7Bは、本実施形態の変形例によるテクスチャ形成電極31の断面図である。図7A及び図7Bに示すように、テクスチャ形成電極31には、テクスチャ形成電極31の側面を非対称に被複する絶縁部36a,36bが設けられている。
7A and 7B are cross-sectional views of the
より具体的には、図7Aにおいては、テクスチャ形成電極31の一部に、スパッタリング、蒸着重合などにより絶縁膜コート(絶縁部)36aがコーティングされている。このような構造であれば、テクスチャ形成電極31をスライス電極21に対して一つおきに配置しなくても、テクスチャ構造の形成工程において、スライス断面のうち一方の側面(面)のみにテクスチャ構造を形成することができる。さらに、切り出された後の結晶シリコン基板のテクスチャ構造面が全て同一方向を向くので、その後に行われる結晶シリコン基板の搬送や結晶シリコン基板の処理工程などにおいて、当該結晶シリコン基板の向きを揃える手間を省くことができる。
More specifically, in FIG. 7A, a part of the
なお、絶縁膜コート36aだけでは他方の面の陽極酸化反応を十分に抑制できない場合は、図7Bのように回り込みを防ぐようなさらに大きな絶縁構造物(絶縁部)36bを装着してやればよい。
If the anodic oxidation reaction on the other surface cannot be sufficiently suppressed only by the insulating
以上のように、本実施形態によれば、同一の処理槽1内で、シリコンインゴットIの切断と同時に、テクスチャ構造の形成を行うこともできる。このため、これまで別々に処理されていた場合と比べて、個々の処理において再度位置調整を行う必要がなく、装置間での生成された結晶シリコン基板(基板)の搬送の手間を省くことができ、作業効率を大幅に向上させることができる。さらに、処理対象が、単結晶シリコンインゴットであるか、又は、多結晶シリコンインゴットであるかに関わらず、シリコンインゴットIの切断とテクスチャ構造の形成を一括して行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the texture structure can be formed simultaneously with the cutting of the silicon ingot I in the
ところで、結晶シリコン基板(基板)は、結晶シリコン基板メーカにより基板の状態で太陽電池製造メーカに供給されることが一般的である。そして、結晶シリコン基板の提供を受けた太陽電池製造メーカが、必要に応じて表面にテクスチャ構造の形成を行う。従って、本来はシリコンインゴットの切断およびテクスチャ構造の形成は、別々の業者によって行われるものである。この点、本発明者らが鋭意研究した結果、これらの処理を同一処理槽1内で一括して行うことに想到した。従って、本実施形態にかかる発明は、太陽電池全体の製造コストを引き下げることに貢献し、その意義は非常に大きい。
Incidentally, the crystalline silicon substrate (substrate) is generally supplied to the solar cell manufacturer by the crystalline silicon substrate manufacturer in the state of the substrate. Then, the solar cell manufacturer who receives the provision of the crystalline silicon substrate forms a texture structure on the surface as necessary. Therefore, the cutting of the silicon ingot and the formation of the texture structure are originally performed by different vendors. In this regard, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been conceived that these treatments are performed collectively in the
また、従来技術でテクスチャ構造を形成するには、電解液中で、結晶シリコン基板の一方の面を平板状の陰極に対向配置することにより陽極酸化処理している。しかし、本発明者らは、従来技術には、結晶シリコン基板面内でテクスチャ構造の凸凹の大きさにムラが発生しやすいという課題があることを見出した。これは、結晶シリコン基板が歪みを有していると、平板状の陰極と結晶シリコン基板の間を十分に平行にすることができないからである。すなわち、結晶シリコン基板の面内において陰極との距離が異なる場所があると、その距離が短いところばかり陽極酸化反応が進んでしまうのである。太陽電池製造工程で使用される結晶シリコン基板が完全に平坦であることは稀であり、基板が大型化すれば、平坦性の精度を向上させることはますます困難になる。また、結晶シリコン基板が十分に平坦であったとしても、結晶シリコン基板を平板状の陰極に対して精度よく平行に配置することは、非常に手間のかかる作業である。 In order to form a texture structure according to the conventional technique, anodization is performed by disposing one surface of a crystalline silicon substrate opposite to a flat cathode in an electrolytic solution. However, the present inventors have found that the prior art has a problem that unevenness is likely to occur in the size of the textured unevenness in the crystal silicon substrate surface. This is because if the crystalline silicon substrate is distorted, the flat cathode and the crystalline silicon substrate cannot be made sufficiently parallel. That is, if there is a place where the distance from the cathode is different in the plane of the crystalline silicon substrate, the anodic oxidation reaction proceeds only where the distance is short. Crystalline silicon substrates used in the solar cell manufacturing process are rarely completely flat, and it becomes increasingly difficult to improve the accuracy of flatness as the size of the substrate increases. Further, even if the crystalline silicon substrate is sufficiently flat, it is a very troublesome operation to arrange the crystalline silicon substrate in parallel with high accuracy with respect to the flat cathode.
この点、本実施形態によれば、テクスチャ形成電極31はスライス電極21の軌道と同一、もしくは平行な軌道上を移動するので、テクスチャ形成電極31とスライス断面の距離が一定に保たれたままテクスチャ構造の形成が行われる。従って、スライス断面全面にわたって陽極酸化反応を均一に行うことができ、凸凹の大きさにムラがないテクスチャ構造を有する基板を得ることができる。
In this respect, according to the present embodiment, the
すなわち、本実施形態においては、テクスチャ構造の凸凹の大きさの面内均一性が、処理装置が有するスライス電極21とテクスチャ形成電極31との平行性に依存し、従来技術のように個々の結晶シリコン基板の平坦性に依存しない。このため、スライス電極21とテクスチャ形成電極31の平行性さえ高精度にできていれば、面内均一性の高いテクスチャ構造を有する結晶シリコン基板を再現性よく量産することが可能になるのである。
That is, in the present embodiment, the in-plane uniformity of the size of the unevenness of the texture structure depends on the parallelism between the
第二実施形態
次に、図8乃至図10を用いて、本発明の第二実施形態を説明する。第二実施形態は、陽極酸化という現象を用いる点は同じであるが、第二実施形態はスライス電極21及びテクスチャ形成電極31の形状が第一実施形態と異なる。図8において、21’はスライス電極、31’はテクスチャ形成電極、51は絶縁部材、52は絶縁部材支持体、29はスライス電極電流供給ライン、39はテクスチャ形成電極電流供給ラインを示している。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is the same in that a phenomenon called anodization is used, but the second embodiment is different from the first embodiment in the shapes of the
図8乃至図10に示す第二実施形態において、第一実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’は、一対毎に、絶縁部材51によって縦方向に所定の間隔をあけて固定されている。個々のスライス電極21’は直方体であるが、先端部21’tを除いて絶縁部材51で覆われている。一方、テクスチャ形成電極31’は、下側の一部が絶縁部材51に固定されているが、側面部は剥き出しになっている。
The
ここで用いられる絶縁部材51は、樹脂材料に機械加工で溝を形成することで作り、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’を接着剤で絶縁部材51に固定することによって得られる。スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’の配置は、シリコンインゴットIの切断方向に対して高精度に行う。このようにすることで、処理工程において、テクスチャ形成電極31’のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道が、スライス電極21’のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と一致させることができる。
The insulating
図8に示す絶縁部材支持体(電極保持部材)52は枠体形状を有しており、複数の絶縁部材51を所定の間隔を空けて整列保持する。このような絶縁部材支持体52と絶縁部材51によって、各スライス電極21’と各テクスチャ形成電極31’を互いに電気的に絶縁させた状態で一体に保持することができる。第一実施形態と同様に、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’の間隔を、結晶シリコン基板の周縁部における太陽電池素子の形成されない領域の長さ以下にするとよい。
The insulating member support (electrode holding member) 52 shown in FIG. 8 has a frame shape, and aligns and holds a plurality of insulating
絶縁部材支持体52上に、電源装置40の陰極(−)に接続された、スライス電極電流供給ライン29とテクスチャ形成電極電流供給ライン39が配置される。スライス電極電流供給ライン29及びテクスチャ形成電極電流供給ライン39には、それぞれスライス電極21’及びテクスチャ形成電極31’からの電流が流される。絶縁部材支持体52は昇降部材12によって保持される。昇降部材12が垂直軸11に沿って上下に移動するのは、第一実施形態と同じである。
A slice electrode
次に、第二実施形態による処理工程を説明する。なお、図9においては、処理工程における反応を分かりやすく説明する為、絶縁部材支持体52を省略している。
Next, processing steps according to the second embodiment will be described. In FIG. 9, the insulating
まず、シリコンインゴットIが、処理槽1に貯留された電解液Eの中に電解液Eに浸漬される(浸漬工程)(図9参照)。 First, the silicon ingot I is immersed in the electrolytic solution E in the electrolytic solution E stored in the treatment tank 1 (immersion step) (see FIG. 9).
次に、昇降部材12によって、スライス電極支持体22及びテクスチャ形成電極支持体32が下方に移動される。
Next, the elevating
次に、シリコンインゴットIにスライス電極21がある程度近づくと、シリコンインゴットI及び電解液Eを介して陰極側に電流が流れ、正孔電流がシリコンインゴットIの上部表面に向かって流れることとなる。そして、正孔電流が電解液EとシリコンインゴットIとの接触面Ifに達すると、接触面Ifのシリコン原子が電解液Eの中に溶出する陽極酸化反応が起こり、下方向(所定の方向)にシリコンインゴットIが切断される。このとき、シリコンインゴットIから局所的にシリコン原子(シリコン)が溶出され、その結果、互いに向かい合うスライス断面が形成されつつ、下方向(所定の方向)にシリコンインゴットIが切断されることとなる(スライス工程)。
Next, when the
ここで、スライス電極21’の先端部21’tは、スライスラインの底部にある電解液EとシリコンインゴットIの接触面Ifに向き合う。個々のスライス電極21’は直方体であるが、先端部21’tを除いて絶縁部材51で皮膜されているので、陽極酸化反応は接触面Ifの近傍のみで行われる。このため、スライス電極21’に供給される電流を効率よく利用することができるだけでなく、側面部での不必要な陽極酸化反応が抑制することでカーフロスを低減することができる。第一実施形態と同様に、スライス電極21’とスライス断面との間に形成される隙間の距離が一定になるように調整することによって、均一な厚みを有する結晶シリコン基板を得ることができる。
Here, t '
上述のようにシリコンインゴットIからシリコン原子(シリコン)が溶出されて互いに向かい合うスライス断面が形成されると、当該スライス断面からシリコン原子(シリコン)を溶出させることで、スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹が形成される(テクスチャ構造の形成工程)。より具体的には、互いに向かい合うスライス断面の間を、スライス電極21’に追随するようにテクスチャ形成電極31’が通過され、この際に、スライス断面からシリコン原子を溶出させることができる。この結果、スライス断面に微小な凸凹からなるテクスチャ構造領域Itが形成されることとなる。
As described above, when silicon atoms (silicon) are eluted from the silicon ingot I and slice sections facing each other are formed, silicon atoms (silicon) are eluted from the slice sections, so that at least a part of the slice sections is minute. Unevenness is formed (formation process of texture structure). More specifically, the
ここで、テクスチャ形成電極31’はスライス電極21’と同じ軌道を垂直下方に移動する。従って、スライス電極21’とスライス断面との間の隙間の距離が一定であれば、テクスチャ形成工程におけるテクスチャ形成電極31’とスライス断面の距離は常に一定になり、スライス断面全面にわたって陽極酸化反応を均一に行うことができ、その結果、スライス断面全面にムラがなく均一な大きさからなる微小な凸凹のテクスチャ構造を形成することができる。
Here, the texture forming electrode 31 'moves vertically downward along the same trajectory as the slice electrode 21'. Accordingly, if the distance between the
なお、本実施形態では、個々のテクスチャ形成電極31’と個々のスライス電極21’の横幅を同じにしている。しかしながら、第一実施形態でも説明したように、テクスチャ形成電極31’に流れる電流は、スライス電極21’に流れる電流よりも小さくてよいので、テクスチャ形成電極31’による陽極酸化反応を抑制するために、テクスチャ形成電極31’の横幅を、スライス電極21’よりも左右均等に小さくしてもよい。
In the present embodiment, the widths of the individual
本実施形態では、上下方向に、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’を一つずつ対にして配置しているが、複数のテクスチャ形成電極31’を上下方向に並べてもよい。例えば、スライス電極21’に対して、追随するように二つのテクスチャ形成電極を上下方向に並べて、絶縁部材で固定する。一番目(下方側)のテクスチャ形成電極が比較的大きい凸凹を形成し、さらに追随する二番目(上方側)のテクスチャ形成電極がより小さい凸凹を形成するように、電流を制御する。このようにすれば、テクスチャ構造の凸凹の大きさをより正確に制御することが可能になる。或いは、テクスチャ形成電極31’に流れる電流をパルス状にしたり、テクスチャ形成電極31’の形状に凹凸を付けたりするなどで、形成されるテクスチャ構造の凸凹の大きさを制御してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、シリコンインゴットIをシリコンインゴット保持部3上に固定して、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’を動かすことで処理を行っているが、これに限られない。スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’を固定し、シリコンインゴット保持部3を電解液Eの中で上方へ移動させてもよいし、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’を下方へ移動させつつシリコンインゴット保持部3を電解液Eの中で上方へ移動させてもよい。
In the present embodiment, the processing is performed by fixing the silicon ingot I on the silicon
本実施形態においては、シリコンインゴット保持部3がシリコンインゴットIを電源装置40の陽極に接続する電極の役割も担っているが、これに限られない。シリコンインゴット保持部3とは別に、シリコンインゴットIを電源装置40の陽極側に接続された電極を設けてもよい。この場合、シリコンインゴット保持部3の役割は、シリコンインゴットIの一部を電解液Eの中で保持することだけになる。
In the present embodiment, the silicon
また、本実施形態では、シリコンインゴット保持部3が処理槽1と別に設けられているが、これに限られることはなく、処理中も安定して保持できるのであれば、処理槽1の底部がシリコンインゴット保持部3を兼ねて、処理槽1の底部によってシリコンインゴットIが保持されてもよい。
Further, in this embodiment, the silicon
本実施形態では、各スライス電極21’に対応してテクスチャ形成電極31’を配置したので、全てのスライス断面にテクスチャ構造が形成される。これに対して、結晶シリコン基板の一方の面のみにテクスチャ構造が必要な場合には、テクスチャ形成電極31’の配置を一つおきにすることで、片面にのみテクスチャ構造が形成された結晶シリコン基板を得ることができる。さらには、図10のように、テクスチャ形成電極31’の一方の面を絶縁膜56で被覆すれば、第一実施形態の図7Aおよび図7Bに示した態様と同様に、一方の面のみにテクスチャ構造が形成された結晶シリコン基板を、全て同一方向に向いた状態で得ることができる。
In the present embodiment, since the
以上のように、第二実施形態では、絶縁部材支持体(電極保持部材)52によって、スライス電極21’とテクスチャ形成電極31’とが互いに電気的に絶縁された状態で一体に保持されるので、第一実施形態で得られる効果に加えて、装置構成を簡易にすることができるという効果を得ることができる。
As described above, in the second embodiment, the
第三実施形態
次に、図11A乃至図12Bを用いて、本発明の第三実施形態を説明する。第三実施形態は、陽極酸化という現象を用いる点は第一実施形態や第二実施形態と同じであるが、シリコンインゴットIと加工電極61との相対的な位置変化が往復して行われるものであり、より具体的には、スライス工程が往路で行われ、テクスチャ構造の形成工程が復路で行われるものである。本実施形態では、スライス電極21とテクスチャ形成電極31をそれぞれ別個にもたない点で、第一実施形態や第二実施形態と相違している。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 12B. The third embodiment is the same as the first embodiment and the second embodiment in that the phenomenon of anodic oxidation is used, but the relative position change between the silicon ingot I and the
なお、本実施形態の移動機構10は、往路における加工電極61のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、復路における加工電極61のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になり、かつ、互いに一致するように、加工電極61を移動させるように構成されている。
Note that the moving
また、本実施形態では、復路において加工電極61とシリコンインゴットIとの間に流れる単位時間あたりの電流が、往路において加工電極61とシリコンインゴットIとの間に流れる単位時間あたりの電流よりも小さくなるように、電源装置41を制御する制御装置45が設けられている。
In the present embodiment, the current per unit time flowing between the machining
図11A乃至図12Bに示す第三実施形態において、第一実施形態及び第二実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、図11Aは、加工電極61、加工電極支持体62及び昇降部材12を下から見上げた底面図であり、図11Bは側面図である。
In the third embodiment shown in FIGS. 11A to 12B, the same parts as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. 11A is a bottom view of the
図11Aに示すように、加工電極支持体62は、底面側から見ると枠体形状をしており、複数の加工電極61の両端をそれぞれ所定の間隔をおいて支持している。加工電極支持体62も加工電極61と同様に導電体で形成されているため、これら加工電極支持体62と加工電極61の両方を一体で通電することが可能である。導電体としては、上述のように、白金、タングステンなどを用いることができる。加工電極支持体62が接続される電源装置41は可変抵抗を有しており、電圧の昇降が可能になっている。加工電極支持体62は、図11A及び図11Bの左側から、昇降部材12によって保持される。
As shown in FIG. 11A, the
次に、図12A及び図12Bを用いて、第三実施形態による処理工程を説明する。図12A及び図12Bにおいては、処理工程における反応を分かりやすく説明する為、加工電極支持体62を省略している。昇降部材12が垂直軸11に沿って上下に移動可能であることは、第一実施形態及び第二実施形態と同じである。
Next, processing steps according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12A and 12B. In FIG. 12A and FIG. 12B, the
まず、シリコンインゴットIが、処理槽1に貯留された電解液Eの中に電解液Eに浸漬される(浸漬工程)(図12A参照)。 First, the silicon ingot I is immersed in the electrolytic solution E in the electrolytic solution E stored in the processing tank 1 (immersion step) (see FIG. 12A).
次に、昇降部材12によって、加工電極61が、電源装置41の陽極(+)に接続されたシリコンインゴットI保持体3に対して、垂直下方向に移動される(図12Aの矢印、参照)。このとき、加工電極61は第一実施形態及び第二実施形態のスライス電極21と同じ役割を行うので、シリコンインゴットIを切断することとなる。加工電極61の移動速度や電源装置41を調整することで、最適なスライス速度、カーフロスを達成することができる。この際、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、加工電極61とスライス断面との間に形成される隙間の距離が一定になるように調整すれば、均一な厚みを有する結晶シリコン基板を得ることができる。
Next, the
加工電極61がシリコンインゴットIの下端部にまで到達してスライス工程が終了すると、次にテクスチャ構造の形成工程に移る。すなわち、昇降部材12によって、加工電極61が、スライス工程とは逆方向、すなわち鉛直上方に移動されることで(図12Bの矢印、参照)、スライス断面にテクスチャ構造が形成されることとなる。このとき、制御装置45によって、スライス断面に微小な凸凹を形成できるほどに小さな電流が流れるように電源装置41が調整される。
When the
このように、加工電極61を上下に往復させることで、スライス工程とテクスチャ構造の形成工程を行うことができる。昇降部材12は垂直軸11に沿って往復するので、スライス工程における加工電極61のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、テクスチャ構造の形成工程における加工電極61のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になるだけでなく、互いに一致することとなる。従って、加工電極61とスライス断面との間に形成される隙間の距離が一定であれば、テクスチャ形成工程における加工電極61とスライス断面の距離も常に一定になる。このため、本実施形態によっても、スライス断面全面にわたって陽極酸化反応を均一に行うことができ、その結果、スライス断面全面にムラがなく均一な大きさからなる微小な凸凹のテクスチャ構造を形成することができる。
In this manner, the slicing step and the texture structure forming step can be performed by reciprocating the
なお、本実施形態では、制御装置45が電源装置41を制御することにより、スライス工程とテクスチャ構造の形成工程で加工電極61に流れる電流の大きさを変えているが、これに限られない。制御装置45が加工電極61の移動速度を変更させたりしてもよいし、回路中に抵抗を追加することで加工電極61に流れる電流を調整したりすることも可能である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、シリコンインゴットIをシリコンインゴット保持部3上に固定して、加工電極を動かすことで処理を行っているが、これに限られない。加工電極61を固定し、シリコンインゴット保持部3を電解液Eの中で上方へ移動させてもよい。
In the present embodiment, the silicon ingot I is fixed on the silicon
また、本実施形態においては、シリコンインゴット保持部3がシリコンインゴットIを電源装置41の陽極に接続する電極の役割も担っているが、これに限られない。シリコンインゴット保持部3とは別に、シリコンインゴットIを電源装置41の陽極側に接続された電極を設けてもよい。この場合、シリコンインゴット保持部3の役割は、シリコンインゴットIの一部を電解液Eの中で保持することだけになる。
In the present embodiment, the silicon
また、本実施形態では、シリコンインゴット保持部3が処理槽1と別に設けられているが、これに限られることはなく、処理中も安定して保持できるのであれば、処理槽1の底部がシリコンインゴット保持部3を兼ねて、処理槽1の底部によってシリコンインゴットIが保持されてもよい。
Further, in this embodiment, the silicon
ところで、上述した各実施形態では、直方体形状のシリコンインゴットIを用いて説明したが、これに限られることはない。円柱形上を有する単結晶シリコンインゴットの処理にも、本発明によるシリコンインゴット処理装置を用いることができる。 By the way, in each embodiment mentioned above, although demonstrated using the rectangular parallelepiped silicon ingot I, it is not restricted to this. The silicon ingot processing apparatus according to the present invention can also be used for processing a single crystal silicon ingot having a cylindrical shape.
また、上述した各実施形態では、スライス工程における加工電極のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、テクスチャ構造の形成工程における加工電極のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になり、かつ、互いに一致する態様を用いて説明したが、これに限られることはない。例えば、スライス工程における加工電極のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道と、テクスチャ構造の形成工程における加工電極のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道とが、互いに平行になるだけで、互いに一致しない態様であってもよい。このような態様は、互いに向かい合うスライス断面のうち一方の面のみにテクスチャ構造を形成する際に有益である。
Moreover, in each embodiment mentioned above, the trajectory of the relative position change with respect to the silicon
また、上述した各実施形態では、シリコンインゴットIが処理槽1内で横方向には固定された状態で処理される態様を用いて説明したが、これに限られることはない。例えば、処理槽1内でベルトコンベアなどによりシリコンインゴットIを横方向に移動できるようにすれば、スライス工程とテクスチャ構造の形成工程とが、同一処理層1内の別々の場所にて行うことができる。もちろん、スライス工程とテクスチャ構造の形成工程において、それぞれの加工電極のシリコンインゴット保持部3に対する相対的な位置変化の軌道が平行であれば、スライス断面において均一な凸凹の大きさを有するテクスチャ構造を形成することができる。
Moreover, although each embodiment mentioned above demonstrated using the aspect processed with the silicon ingot I being fixed to the horizontal direction in the
また、上記では、スライス電極21やテクスチャ形成電極31の一部を絶縁膜で被覆することで、陽極酸化反応を制御する方法を示した。しかしながら、絶縁膜によって被覆される電極の領域は、電極形状や処理工程の目標数字によって適宜変更されるものであるから、実施形態で例示された図面に限定されることなく、幅広く解釈されるべきである。
In the above description, the method of controlling the anodic oxidation reaction by covering a part of the
1 処理槽
3 インゴット保持部
10 移動機構
21,21’ スライス電極
21’t 先端部
22 スライス電極支持体
26 絶縁体
31,31’ テクスチャ形成電極
32 テクスチャ形成電極支持体
36a,36b 絶縁部
40 電源装置
41 電源装置
45 制御装置
51 絶縁部材
52 絶縁部材支持体(電極保持部材)
61 加工電極
E 電解液
I インゴット
If 接触面
It テクスチャ構造領域
1
61 machining electrode E electrolyte I ingot I f contact surface I t textured regions
Claims (18)
電解液を貯留する処理槽と、
前記インゴットの少なくとも一部を前記電解液中に浸漬するように保持するインゴット保持部と、
前記インゴットから局所的にシリコンを溶出させることで、互いに向かい合うスライス断面を形成しつつ所定の方向に該インゴットを切断するスライス電極と、
前記スライス断面からシリコンを溶出させることで、該スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹を形成するテクスチャ形成電極と、
前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極に対して前記インゴットを高電位にすることで、該スライス電極及び該テクスチャ形成電極と該インゴットとの間に電流を流す電源装置と、
前記処理槽内において、前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極の前記インゴット保持部に対する相対的な位置が変化するように、前記インゴット保持部、又は、前記スライス電極及び前記テクスチャ形成電極を移動させる移動機構と、
を備えるインゴットの処理装置。 An ingot processing apparatus for processing an ingot by anodization,
A treatment tank for storing an electrolyte solution;
An ingot holding part for holding at least a part of the ingot so as to be immersed in the electrolytic solution;
Slicing electrodes that cut the ingot in a predetermined direction while forming slice sections facing each other by locally eluting silicon from the ingot;
A textured electrode that elutes silicon from the slice cross section to form minute irregularities in at least a part of the slice cross section;
A power supply device that causes a current to flow between the slice electrode and the textured electrode and the ingot by setting the ingot to a high potential with respect to the slice electrode and the textured electrode;
A moving mechanism for moving the ingot holding part or the slice electrode and the texture forming electrode so that the relative position of the slice electrode and the texture forming electrode with respect to the ingot holding part changes in the processing tank. When,
An ingot processing apparatus comprising:
電解液を貯留する処理槽と、
前記インゴットの少なくとも一部を電解液中に浸漬するように保持するインゴット保持部と、
前記インゴットからシリコンを溶出させる加工電極と、
前記加工電極に対して前記インゴットを高電位にすることで、前記加工電極と前記インゴットとの間に電流を流す電源装置と、
前記処理槽内において、前記加工電極の前記インゴット保持部に対する相対的な位置が往復して変化するように、該インゴット保持部及び該加工電極のうち少なくとも一方を移動させる移動機構と、
前記電源装置と前記移動機構のうち少なくとも一方を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、復路において前記加工電極と前記インゴットとの間に流れる単位時間あたりの電流が、往路において該加工電極と該インゴットとの間に流れる単位時間あたりの電流よりも小さくなるように、前記電源装置及び前記移動機構のうち少なくとも一方を制御することを特徴とするインゴットの処理装置。 An ingot processing apparatus for processing an ingot by anodization,
A treatment tank for storing an electrolyte solution;
An ingot holding part for holding at least a part of the ingot so as to be immersed in the electrolyte; and
A processing electrode for eluting silicon from the ingot;
A power supply device for causing a current to flow between the machining electrode and the ingot by setting the ingot to a high potential with respect to the machining electrode;
A moving mechanism for moving at least one of the ingot holding part and the processing electrode so that a relative position of the processing electrode with respect to the ingot holding part reciprocally changes in the processing tank;
A control device that controls at least one of the power supply device and the moving mechanism;
The control device is configured such that the current per unit time flowing between the machining electrode and the ingot on the return path is smaller than the current per unit time flowing between the machining electrode and the ingot on the forward path. An ingot processing device that controls at least one of the power supply device and the moving mechanism.
前記インゴットの少なくとも一部を電解液に浸漬させる浸漬工程と、
前記インゴットから局所的にシリコンを溶出させることで、互いに向かい合うスライス断面を形成しつつ所定の方向に該インゴットを切断するスライス工程と、
前記スライス断面からシリコンを溶出させることで、該スライス断面の少なくとも一部に微小な凸凹を形成するテクスチャ構造の形成工程と、を備え、
前記スライス工程と前記テクスチャ構造の形成工程は、同一処理槽内において、前記インゴットと前記加工電極との相対的な位置を変化させながら、該インゴットを該加工電極よりも高電位にすることで、該インゴットと該加工電極との間に電流を流すことによって行われることを特徴とする、インゴットの処理方法。 An ingot processing method for processing an ingot by anodization,
An immersion step of immersing at least a part of the ingot in an electrolytic solution;
Slicing step of cutting the ingot in a predetermined direction while forming slice sections facing each other by locally eluting silicon from the ingot;
By eluting silicon from the slice cross section to form a textured structure that forms minute irregularities in at least a part of the slice cross section, and
In the same processing tank, the slicing step and the texture structure forming step change the relative position between the ingot and the processing electrode, while making the ingot have a higher potential than the processing electrode. A method for processing an ingot, which is performed by passing an electric current between the ingot and the processing electrode.
前記スライス工程は前記スライス電極を用いて行われ、
前記テクスチャ構造の形成工程は前記テクスチャ形成電極を用いて行われることを特徴とする、請求項10乃至13のいずれか1項に記載のインゴットの処理方法。 The processing electrode has a slice electrode and a textured electrode formed separately from the slice electrode,
The slicing step is performed using the slice electrode,
The ingot processing method according to any one of claims 10 to 13, wherein the texture structure forming step is performed using the texture forming electrode.
前記テクスチャ構造の形成工程では、互いに向かい合う前記スライス断面のうち一方の面のみにテクスチャ構造が形成されることを特徴とする、請求項14乃至16のいずれか1項に記載のインゴットの処理方法。 The textured electrode is provided with an insulating portion that asymmetrically overlaps the side surface of the textured electrode,
The ingot processing method according to any one of claims 14 to 16, wherein in the texture structure forming step, a texture structure is formed only on one surface of the slice cross sections facing each other.
前記スライス工程は往路で行われ、
前記テクスチャ構造の形成工程は復路で行われることを特徴とする、請求項10乃至13のいずれかに記載のインゴットの処理方法。 The relative position change of the machining electrode with respect to the ingot holding part is performed reciprocally,
The slicing process is performed in the outward path,
14. The ingot processing method according to claim 10, wherein the texture structure forming step is performed in a return path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009243762A JP2011088247A (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009243762A JP2011088247A (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011088247A true JP2011088247A (en) | 2011-05-06 |
Family
ID=44106980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009243762A Withdrawn JP2011088247A (en) | 2009-10-22 | 2009-10-22 | Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011088247A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109108403A (en) * | 2018-07-24 | 2019-01-01 | 杭州电子科技大学 | Metal surface dimple-structures manufacturing method and device based on contact adherency removing |
-
2009
- 2009-10-22 JP JP2009243762A patent/JP2011088247A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109108403A (en) * | 2018-07-24 | 2019-01-01 | 杭州电子科技大学 | Metal surface dimple-structures manufacturing method and device based on contact adherency removing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6214701B1 (en) | Semiconductor substrate and thin film semiconductor device, method of manufacturing the same, and anodizing apparatus | |
US9833854B2 (en) | Workpiece retainer, wire electric discharge machining device, thin-plate manufacturing method, and semiconductor-wafer manufacturing method | |
JP4562801B2 (en) | Silicon substrate processing method and processing apparatus | |
US20030140859A1 (en) | Apparatus for producing semiconductor thin films on moving substrates | |
JP2000219512A (en) | Production of zinc oxide thin film, production of photovoltaic element using the film and photovoltaic element | |
US10790170B2 (en) | Device and method for continuous production of porous silicon layers | |
JP2004332043A (en) | Method and apparatus for forming zinc oxide thin film and method for forming photovoltaic element | |
WO2008070528A2 (en) | Precision printing electroplating through plating mask on a solar cell substrate | |
JP5308892B2 (en) | Integrated thin film solar cell manufacturing equipment | |
JP2002134772A (en) | Silicon based thin film and photovoltaic element | |
JP2019208018A (en) | Slicing of SiC material by wire electric discharge machining | |
US8157978B2 (en) | Etching system and method for forming multiple porous semiconductor regions with different optical and structural properties on a single semiconductor wafer | |
US20040011655A1 (en) | Plating apparatus and method | |
JP2011088247A (en) | Processing device of ingot for offering silicon substrate in which texture structure is formed, and processing method of ingot | |
US20100288186A1 (en) | Formation of silicon sheets by impinging fluid | |
US20180133928A1 (en) | Silicon ingot slicing apparatus using microbubbles and wire electric discharge machining | |
KR20130080599A (en) | Wafer substrate carrier apparatus for electroplating solar cells | |
JP7301857B2 (en) | magnetron sputtering equipment | |
US7691241B2 (en) | Electrolytic etching method and apparatus | |
JP5151059B2 (en) | Outline processing method of silicon carbide single crystal wafer | |
JP5929957B2 (en) | Holding device and holding method thereof, wire electric discharge machining device and machining method thereof | |
US20200044100A1 (en) | Method For Texturing A Surface Of A Semiconductor Material And Device For Carrying Out The Method | |
JP6089672B2 (en) | Multi-wire electric discharge machining apparatus and machining method thereof. | |
CN217922436U (en) | Current heating device for conductive silicon carbide wafer | |
WO2012118960A2 (en) | Method and apparatus for texturing a sheet wafer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130108 |