JP3189201B2 - 太陽電池製造装置およびそれを用いた太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池製造装置およびそれを用いた太陽電池の製造方法

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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池製造装
およびそれを用いた太陽電池の製造方法に関し、特
に、例えばシリコン太陽電池のような結晶性基板を用い
た太陽電池の製造装置およびそれを用いた太陽電池の
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばシリコン太陽電池のような結晶性
基板を用いた太陽電池においては、基板の表面に凹凸を
形成し、これにより表面反射を低減させることが、光電
変換の高効率化を図る要素技術の一つとして重要なもの
となっている。
【0003】このような従来の結晶性基板を用いた太陽
電池の内、単結晶シリコン基板を用いた太陽電池におい
ては、(100)面を持つ基板を、アルカリ溶液中でエ
ッチングを行うことによって、表面にピラミッド状の凹
凸を形成することができる。あるいは、表面にレジスト
を塗布し、これを格子状にパターンニングした後、アル
カリ溶液中でエッチングを行うことによって、表面に逆
ピラミッド状の凹凸を形成することができる。
【0004】しかしながら、低コスト化に有効な多結晶
シリコン基板を用いた太陽電池においては、基板内の面
方位が様々であるため、結晶の面方位に依存するアルカ
リ溶液中のエッチングでは、均一な凹凸は形成できず、
そのため表面反射も低減されない。
【0005】そこで、近年、多結晶シリコン基板を用い
た太陽電池においては、結晶の面方位に依存せず表面反
射を低減する方法として、表面にV字状またはU字状の
断面をもつ溝状の凹凸を加工する方法が開発されてい
る。この溝の加工方法としては、表面にレジストを塗布
し、パターンニングをした後、エッチングする化学的加
工法や、レーザビーム、ダイシングマシーン等を用いた
機械的加工法などが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、多結晶シ
リコン基板を用いた太陽電池においては、結晶の面方位
に依存しない溝の加工法として、様々な方法が開発され
ている。しかしながら、上述した方法により、表面に溝
を形成した低コストな太陽電池を量産することは難し
い。その理由は、上述した方法には、反射率低減の効
果、コスト、量産性等に問題があるためである。以下、
これについて詳しく述べる。
【0007】まず、エッチングによる化学的加工法にお
いては、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングでは、
均一な溝を形成することができず、酸溶液を用いた等方
性エッチングでは、エッチングが幅方向にも進行するた
め、アスペクト比が低く反射率低減の効果が少ない。さ
らに、レジストの塗布工程とパターンニング工程という
コストのかかる工程が必要である。
【0008】次に、レーザビームを用いた機械的加工法
においては、溝の形成が一本ずつとなり、量産性に劣
る。また、多数のレーザビームを同時に照射するには高
価なレーザ加工機が複数台必要となり、コストがかか
る。
【0009】そして、ダイシングマシーンを用いた機械
的加工法においては、一度に多数の溝を加工する場合、
何枚も重ね合わせたマルチ刃では、重ね合わせピッチ精
度が出ず、また、重ねしろにより、例えば1mm以下の
ような微細ピッチのマルチ刃は製作が非常に困難であ
り、刃ピッチも精度がでないため加工精度が悪い。した
がって、量産性の点で十分とは言えない。
【0010】このように、結晶性基板を用いた太陽電池
においては、基板表面への溝の形成は、表面反射の低減
に大きな効果があることがわかっており、その溝の加工
法として、様々な方法が開発されてはいるが、実際に
は、コストの増加や、量産性に劣ることなどの問題があ
る。そのため、基板表面への溝加工を量産工程に導入す
るためのより有効な方法の開発が望まれている。
【0011】本発明の目的は、上記問題を解決し、表面
反射の低減によって、光電変換効率を向上させた太陽電
池を提供し、さらに、その太陽電池を、量産性に富む方
法で製造する製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、研削盤に取
り付けられ、研削面に断面が略V字状またはU字状の
則的な連続した刃を有するホイール状のマルチ刃砥石
と、そのマルチ刃砥石に対面して研削盤に取り付けら
れ、マルチ刃砥石の刃を、マルチ刃砥石を研削盤に取り
付けたまま、放電加工により研磨することが可能な砥石
加工装置とを備え、マルチ刃砥石の刃の磨耗に応じて、
マルチ刃砥石の刃を砥石加工装置で研磨して刃の形状を
復元させながら、太陽電池の基板の受光面にマルチ刃砥
石の刃の形状に対応する略V字状またはU字状の規則的
な連続した凹凸溝を形成する太陽電池製造装置を提供す
るものである。
【0013】この発明は、また、上記の太陽電池製造装
置を用いて、略V字状またはU字状の断面形状を有する
規則的な連続した凹凸溝を基板の受光面に一度に形成す
ることを特徴とする太陽電池の製造方法を提供するもの
である。
【0014】この発明において、ホイール状のマルチ刃
砥石の材質としては、従来公知の砥石と同じ材質のもの
を用いることができる。このホイール状のマルチ刃砥石
の刃の断面形状は、基板の受光面に略V字状またはU字
状の断面形状を有する多数の溝を一度に形成するため
に、溝の形状と同様の略V字状またはU字状の断面形状
を有していることが必要であり、このマルチ刃砥石とし
ては、放電加工により研削面を略V字状またはU字状の
マルチ刃に形成した幅の広いメタルボンド砥石を用いる
ことが適している。
【0015】基板の受光面に形成する略V字状またはU
字状の溝は、ピッチは50〜150μm、深さは50〜
90μm程度が適当であるので、マルチ刃砥石の刃もこ
れに応じて、ピッチ50〜150μm、深さ50〜90
μm程度に形成しておくことが望ましい。
【0016】このマルチ刃砥石は、研削盤に取り付けて
用いる。これにより、ホイール状のマルチ刃砥石で基板
の受光面を研削し、基板の受光面に高精度で規則的な、
断面が略V字状またはU字状の溝を一度に形成すること
ができる。
【0017】上記構成においては、マルチ刃砥石の刃を
放電加工により研磨することが可能な砥石加工装置をさ
らに備えた構成とする。そして、マルチ刃砥石が寿命に
達したときには、研削盤に取り付けた砥石加工装置によ
りマルチ刃砥石の刃を研磨して自動的に刃の形状を復元
させ、再度基板を研削できるようにする
【0018】マルチ刃砥石を研削盤に取り付けたまま、
マルチ刃砥石の刃を放電加工によって成形する方法につ
いては、特開昭61−4666号公報に記載の砥石成形
方法などを適用することができる。
【0019】この発明によれば、ホイール状のマルチ刃
砥石によって基板が研削され、基板の受光面に、略V字
状またはU字状の断面形状を有する多数の溝が一度に高
精度に加工されるので、基板の受光面の反射率を下げ
て、太陽電池の光電変換効率を向上させることができ
る。
【0020】また、研削盤に砥石加工装置を設けた構成
あるので、研削盤に取り付けたままマルチ刃砥石の刃
を研磨することが可能となり、それによりマルチ刃砥石
の振れをなくし、マルチ刃砥石の刃が磨耗した時には、
マルチ刃砥石の刃を研磨してもとの形状に復元すること
ができるので、マルチ刃砥石の交換サイクルを極力減ら
すことができる。
【0021】そして、この発明の太陽電池の製造方法に
よれば、基板に規則的な溝を形成することができ、光電
変換効率の高い太陽電池の安定した加工が可能となるた
め、量産性に富む低コストな方法で太陽電池を製造する
ことができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
てこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が
限定されるものではない。
【0023】図1はこの発明の太陽電池の基板を研削す
るための工作機械の構成の一例を示す説明図である。こ
の図において、1はワイヤボビン、2はワイヤプロファ
イルユニット、3はホイール状のマルチ刃砥石、4は太
陽電池となる結晶性基板、5はクリープフィードテーブ
ル、6はW−EDM(ワイヤ放電加工)コントローラ、
7はワイヤ状電極である。
【0024】この例で示す工作機械は研削盤であり、こ
の研削盤にホイール状のマルチ刃砥石3を取り付け、こ
のマルチ刃砥石3で結晶性基板4の受光面を研削し、結
晶性基板4の受光面に高精度で規則的な、断面が略V字
状の溝を形成する。
【0025】マルチ刃砥石3としては、放電加工により
刃の断面形状を、図2の(a)示すような略V字状のマ
ルチ刃に形成した幅の広いメタルボンド砥石を用いてい
る。このマルチ刃砥石3の刃の断面形状は、結晶性基板
4の受光面に、断面が略U字状の溝を形成する場合に
は、それに応じて、図2の(b)示すような略U字状に
形成しておく。メタルボンド砥石の材質としては、従来
公知の砥石と同じ材質のものを用いている。
【0026】マルチ刃砥石3の略V字状の刃は、ピッチ
が約120μm、深さが約70μmに形成されており、
このマルチ刃砥石3により、結晶性基板4の受光面を研
削し、結晶性基板4の受光面にピッチ約120μm、深
さ約70μmの略V字状の断面形状を有する多数の溝を
一度に形成する。
【0027】この研削盤には、マルチ刃砥石3の刃を放
電加工により研磨することが可能な砥石加工装置がさら
に設けられている。この砥石加工装置は、ワイヤボビン
1、ワイヤプロファイルユニット2、ワイヤ状電極7、
およびW−EDMコントローラ6から構成されており、
ワイヤボビン1から繰り出されるワイヤをワイヤプロフ
ァイルユニット2で巻き取り、このワイヤを一方のワイ
ヤ状電極7とし、マルチ刃砥石3を他方の電極として、
W−EDMコントローラ6により放電加工を行う。
【0028】これにより、マルチ刃砥石3が寿命に達し
たときには、砥石加工装置によりマルチ刃砥石3の刃を
研磨して自動的に刃の形状を復元させ、再度、結晶性基
板4を研削加工できるようにしている。
【0029】以下、マルチ刃砥石3による結晶性基板4
の研削加工手順を説明する。まず、研削盤のクリープフ
ィードテーブル5に結晶性基板4を取り付ける。この結
晶性基板4は、1枚だけをクリープフィードテーブル5
に取り付けてもよいし、図中、X方向とZ方向に規則的
に並べることにより、複数枚をクリープフィードテーブ
ル5に取り付けてもよい。
【0030】結晶性基板4への溝加工は、マルチ刃砥石
3を回転させながら図中のX方向に所定の切り込み量を
もって走行させ研削を行う。マルチ刃砥石3のホイール
幅と結晶性基板4の大きさが異なる場合、つまりマルチ
刃砥石3のホイール幅よりも結晶性基板4の幅の方が大
きいときは、マルチ刃砥石3を図中のZ方向に送り、再
び図中のX方向に研削するようにして、結晶性基板4の
全体に溝加工を施す。
【0031】マルチ刃砥石3は、溝加工時間が多くなる
につれ刃先が磨耗し寿命に達する。その時点で、マルチ
刃砥石3を砥石加工装置により放電加工することができ
る位置(図中、破線でマルチ刃砥石3を示す)まで移動
させ、ワイヤプロファイルユニット2とW−EDMコン
トローラ6とを用い、マルチ刃砥石3とワイヤ状電極7
との間で放電を行わせ、磨耗したマルチ刃砥石3の刃先
を所定の形状に自動的に修正する。
【0032】マルチ刃砥石3の刃先の形状を修正した
後、マルチ刃砥石3を結晶性基板4の溝加工のできる位
置に再び移動させ、その刃先の形状が修正されたマルチ
刃砥石3を用いて結晶性基板4の溝加工を再開する。
【0033】以上の方法により作成した太陽電池と従来
のアルカリエッチングで表面加工を施した太陽電池とを
比較すると、光電変換効率を12.9%から14.2%
に向上させることができた。
【0034】このようにして、多数の刃を有する幅の広
いマルチ刃砥石で研削することにより、太陽電池の結晶
性基板4の受光面に断面が略V字状またはU字状の多数
の溝を一度に高精度に形成することができる。
【0035】また、研削盤に取り付けたままマルチ刃砥
石の刃を研磨することができるので、マルチ刃砥石の振
れをなくすことができる。そして、マルチ刃砥石の刃が
磨耗した時には、マルチ刃砥石の刃を研磨してもとの形
状に復元することができるので、マルチ刃砥石の交換サ
イクルを極力減らすことができる。
【0036】さらに、結晶性基板4の受光面を、マルチ
刃砥石の研削面の粗さに応じて任意の粗さで加工するこ
とができるので、粗さの異なるマルチ刃砥石を多数用意
し、太陽電池の用途に応じてマルチ刃砥石を交換するよ
うにすれば、所望の粗さの受光面を持つ太陽電池を用途
に応じて製造することができる。
【0037】そして、このようにして結晶性基板4の溝
加工を行って、結晶性基板4に規則的な溝を形成するこ
とにより、光電変換効率の高い太陽電池の安定した加工
が可能となるため、低コストで量産性に富む方法で太陽
電池を製造することができる。
【0038】
【発明の効果】この発明によれば、太陽電池の基板の光
反射率低減のための溝加工を、多数の刃を有する幅の広
いマルチ刃砥石を用いて行うようにしたので、基板の迅
速な形成が可能となる。その結果、量産プロセスにおい
て従来より低コストで高効率の太陽電池を得ることがで
きる。また、研削盤に取り付けたままマルチ刃砥石の刃
を研磨することができるので、マルチ刃砥石の振れをな
くすことができる。そして、マルチ刃砥石の刃が磨耗し
た時には、マルチ刃砥石の刃を研磨してもとの形状に復
元することができるので、マルチ刃砥石の交換サイクル
を極力減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の太陽電池の基板を研削するための工
作機械の構成の一例を示す説明図である。
【図2】この発明のマルチ刃砥石の刃の形状を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 ワイヤボビン 2 ワイヤプロファイルユニット 3 マルチ刃砥石 4 結晶性基板 5 クリープフィードテーブル 6 W−EDMコントローラ 7 ワイヤ状電極
フロントページの続き (72)発明者 布居 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 村上 稔 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−276682(JP,A) 特開 平4−119673(JP,A) 特開 平3−71677(JP,A) 実開 昭58−159761(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研削盤に取り付けられ、研削面に断面が
    略V字状またはU字状の規則的な連続した刃を有するホ
    イール状のマルチ刃砥石と、そのマルチ刃砥石に対面し
    て研削盤に取り付けられ、マルチ刃砥石の刃を、マルチ
    刃砥石を研削盤に取り付けたまま、放電加工により研磨
    することが可能な砥石加工装置とを備え、 マルチ刃砥石の刃の磨耗に応じて、マルチ刃砥石の刃を
    砥石加工装置で研磨して刃の形状を復元させながら、太
    陽電池の基板の 受光面にマルチ刃砥石の刃の形状に対応
    する略V字状またはU字状の規則的な連続した凹凸溝を
    形成する太陽電池製造装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の太陽電池製造装置を用い
    て、略V字状またはU字状の断面形状を有する規則的な
    連続した凹凸溝を基板の受光面に一度に形成することを
    特徴とする太陽電池の製造方法。
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