JP3910075B2 - 太陽電池用基板上に補強膜を形成する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄くて割れやすい太陽電池用基板上に補強膜パターンを形成する技術に関し、特に、良好な精度で補強膜パターンを形成するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池セル用の単結晶または多結晶のシリコン基板は、内周刃スライサ、外周刃スライサまたはワイヤーソーなどを用いて、単結晶または多結晶のシリコンインゴットから３００〜３５０μｍ程度の厚さに切り出される。太陽電池セルの製造においては、光電変換を生じさせるｐｎ接合をシリコン基板内に形成し、その基板内への光の入射を増大させる反射防止膜や光電変換電流を効率良く取り出すための電極などが形成される。
【０００３】
さらに、導電性の金属帯からなるインターコネクタを太陽電池セル間に接続し、数十枚の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールが製造される。太陽電池モジュールにおいては、アレイ状に配列された数十枚の太陽電池セルの表側にガラス板が透明樹脂で接合されていて、その裏側には絶縁フィルムや防湿フィルムなどが付与されており、太陽電池セル回路の両端から外部に電流を取り出すための端子が引出されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような太陽電池モジュールのコスト低減を図るには、そのコストの大きい部分を占めるシリコン基板を薄くして、高価なシリコン材料の使用量を削減する必要がある。しかし、シリコン基板を薄くすれば、太陽電池セルおよびモジュールの製造工程中で太陽電池セルの割れが多くなって生産歩留が低下し、必ずしもコスト低減に繋がらない。また、太陽電池セルを薄くすれば、完成品の太陽電池モジュールの使用中に受ける温度サイクルなどによって太陽電池セルの割れが発生しやすくなり、そのモジュールの品質や信頼性の低下が懸念される。したがって、量産される従来の太陽電池セルのシリコン基板は３００〜３５０μｍ程度の厚さが一般的である。
【０００５】
すなわち、シリコンインゴットから切り出されるシリコンウエハを薄くすれば、シリコン基板、太陽電池セル、さらには太陽電池モジュールの製造工程中で、そのシリコン基板のエッジ部において目に見えない小さな亀裂、傷、欠けなどが生じやすくなり、それらの欠陥を起点に大きなひびや割れに発展する確率が大きくなる。製造工程中のシリコン基板の割れは、基板材料の損失、割れた基板の取替え、割れた破片を製造装置から取り除くための追加的作業の必要性などを生じさせ、太陽電池セルやモジュールのコストを上昇させる原因となる。特に、太陽電池モジュールの製造中に太陽電池セル基板（ウエハ）が割れた場合、そのモジュール全体が不良品となり、損失が大きくなる。また、完成直後の太陽電池モジュールに異常がなくても、太陽電池セル基板が薄ければ、そのモジュール使用中の温度サイクルなどによってセルに割れが発生しやすくなる懸念がある。
【０００６】
以上のような従来技術における課題に鑑み、本発明は、太陽電池セルに用いられる半導体基板を薄くしても太陽電池セルやモジュールの製造工程におけるセル割れを低減することによって、太陽電池セルやモジュールの信頼性を低下させることなく製造コストを下げることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様によれば、太陽電池用基板の裏面上の周縁に沿った所定領域に補強膜を形成する方法は、その所定領域の外周と内周を規定するように第１の液状物質で第１の膜を形成する工程と、基板に対しては濡れ性がよくかつ第１の膜に対しては濡れ性が悪い第２の液状物質で補強膜となる第２の膜を第１の膜によって規定される前述の所定領域に形成する工程とを含むことを特徴としている。
【０００８】
なお、第１の膜が硬化した後に第２の液状物質を供給することが好ましい。また、通常は、第２の膜が第１の膜より厚く形成される。第１の液状物質としてはインクまたは塗料が用いられ、第２の液状物質としては紫外線硬化型塗料が用いられ得る。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、太陽電池用基板の裏面上の周縁に沿った所定領域に補強膜を形成する方法は、その所定領域と同じ領域に第３の液状物質で第３の膜を形成する工程と、基板に対しては濡れ性が悪くかつ第３の膜に対しては濡れ性がよい第４の液状物質で補強膜となる第４の膜を第３の膜の全領域上に形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
なお、第３の膜が硬化する前に第４の液状物質を供給することが好ましい。第３の膜はスクリーン印刷により形成され得る。
【００１１】
以上の発明の態様において、補強膜は通常０．１ｍｍ以上の厚さに形成される。また、基板は半導体からなり得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らはまず、薄くて割れやすい基板を機械的に補強するために、基板の一主面上にＵＶ液（紫外線硬化型樹脂液）などの塗布によって、所定のパターンで補強膜を形成することを考えた。塗布方法としては、使用する塗料の粘度、膜厚、基板の表面状態、描きたい塗布パターンなどに適した塗布条件を選定し、直接的に基板表面上に塗料をノズルから吐出し塗布パターンを描くディスペンス塗布方法またはスクリーン印刷法などが考えられる。
【００１３】
しかし、本発明者らの予備的調査によれば、従来の塗布方法であるノズル吐出方法では正確な塗布パターンを描くことが困難であることが判明した。このことは、補強膜がその機能を発揮するためには少なくとも０．１ｍｍ以上の厚さを必要とすることと関連する。すなわち、基板表面に対する補強用塗料の濡れ性が良好な場合、ノズル吐出方法で所望の塗布パターンを描こうとしても、比較的厚い塗膜の周縁部がその良好な濡れ性によって大きく広がり、所望のパターンからはみ出してしまうことが多い。また、スクリーン印刷方法では微細な網目を通して塗料が基板面上に付与されるので、所望の塗布パターンを０．１ｍｍ以上の均一な厚膜で形成することが容易ではない。そこで、本発明者らはさらに調査を進めて、以下のような本発明に関する考察を行った。
【００１４】
図１は、本発明に関連する参考例の一例を模式的な平面図で示している。この参考例は、薄くて割れやすい基板１の表面に対して補強膜用のＵＶ塗料３の濡れ性が良好な場合である。
【００１５】
まず、図１（Ａ）に示されているように、基板１に対する補強膜用ＵＶ塗料３の濡れ性を低下させる塗料を用いて、補強膜用ＵＶ塗料３の塗布パターン外周に沿って線引きを行ない、塗布パターン枠２を描く。その後、図１（Ａ）に示されているように塗布パターン枠２内に補強膜用ＵＶ塗料３を吐出すれば、図１（Ｂ）に示されているように塗布パターン枠２内のみにおいてそのＵＶ塗料３が広がる。なぜならば、補強膜用ＵＶ塗料３は塗布パターン枠２に対してほとんど濡れることができないので、基板１面上でその塗布パターン枠２の内周部で止まるからである。補強膜用ＵＶ塗料３の吐出量は、所望の膜厚に必要な量にあらかじめ調整しておくことができる。
【００１６】
ここで、塗布パターン枠２は基板１に対する補強膜用ＵＶ塗料３の濡れ性を低下させるだけの機能を発揮すればよいので、その厚さは非常に薄くてもよい。したがって、塗布パターン枠２の線を形成した後に、その線幅が広がる問題を生じることはない。なお、塗布パターン枠２は線状の枠である必要性はなく、その枠の外側全面に濡れ性を低下させる塗料を塗布してもよいことは言うまでもない。
【００１７】
なお、図２（Ａ）に示されているように塗布パターン枠２を形成することなく補強膜用ＵＶ塗料３を基板１上に吐出すれば、図２（Ｂ）に示されているように濡れ性の良好な補強膜用ＵＶ塗料３が所望の補強膜パターンをはみ出して不規則に広がる。
【００１８】
図３は、本発明に関連する参考例の他の例を模式的な平面図で示している。この参考例は、薄くて割れやすい基板４の表面に対して補強膜用のＵＶ塗料６の濡れ性が低い場合である。
【００１９】
まず、図３（Ａ）に示されているように、基板４に対する補強膜用ＵＶ塗料６の濡れ性を向上させる塗料５を用いて、形成されるべき補強膜用ＵＶ塗料６の塗布パターンと同じパターンを形成する。この塗料５のパターンは補強膜用ＵＶ塗料６の濡れ性を向上させるように機能するだけでよいので、きわめて薄い数十μｍ程度の厚さを有していれば十分である。したがって、濡れ性改善用塗料５のパターンが形成された後に広がるという問題を生じることはない。
【００２０】
その後、図３（Ａ）に示されているように濡れ性改善用塗料５上に補強膜用ＵＶ塗料６を吐出すれば、図３（Ｂ）に示されているように濡れ性改善用塗料５上のみにおいて補強膜用ＵＶ塗料６が広がる。なぜならば、補強膜用ＵＶ塗料６は濡れ性改善用塗料５に対しては良好に濡れるが基板４に対しては濡れ性が低いので、基板４面上でその濡れ性改善用塗料５の領域を超えて広がることが困難だからである。補強膜用ＵＶ塗料６の吐出量は、所望の膜厚に必要な量にあらかじめ調整しておくことができる。
【００２１】
なお、図４（Ａ）に示されているように濡れ性を向上させる濡れ性改善用塗料５を形成することなく補強膜用ＵＶ塗料６を基板４上に吐出すれば、図４（Ｂ）に示されているように濡れ性の低い補強膜用ＵＶ塗料６が所望の補強膜パターンの領域全体に広がることができない。
【００２２】
以上のように、本発明に関連する参考例によれば、基板表面に対する補強膜用ＵＶ塗料の濡れ性を基板上の領域に依存して制御することにより、補強膜用ＵＶ塗料の塗布パターンを０．１ｍｍ以上の安定した膜厚で正確に描くことが可能になる。
【００２３】
図５は、本発明を太陽電池セルに適用した実施形態を説明するための模式的な平面図である。図５（Ａ）においては太陽電池セルの受光面側である表面が示されており、図５（Ｂ）においてはそのセルの裏面が示されている。このような太陽電池セルは、一般に１２５ｍｍ×１２５ｍｍの面積と３００μｍの厚さを有している。そのような太陽電池セルの薄い半導体基板を補強するために好ましい補強膜パターン５６のストライプ幅は約１０ｍｍであり、その厚さは０．１ｍｍから０．３ｍｍの範囲内にあることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましい。補強膜パターン５６に関するこれらの好ましい数値は、本発明者らが太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの製造工程において試験的に補強したセルを流し、製造歩留りが向上しかつ補強材料の使用量が少なくなる最適値を求めた結果である。
【００２４】
一般的に太陽電池セルの製造においては、ｐ型シリコンウェハ５１の受光面側にｎ型ドーピングを行なってから反射防止膜５２を形成し、その上にバスバー電極５３とグリッド電極５４を形成する。ウエハ５１の裏面側には、そのほぼ全領域上に裏面電極５５が形成される。そして、本発明においては、裏面電極５５上に、さらに補強膜パターン５６が形成される。
【００２５】
図６は、基板上に補強膜を形成するための装置の一例を模式的な平面図で示している。図６においては、太陽電池セルである基板１に対して良好な濡れ性を有する補強膜パターンを描く場合が示されている。
【００２６】
図６において、供給ポジション７にある基板１は、供給アーム８によって回転テーブル９上のポジション１０に供給される。基板１がポジション１０に供給されれば回転テーブル９が回転し、基板１が線引きポジション１１に移動させられる。線引きポジション１１においては、駆動装置１２に装着されたＩＪＰ（インクジェットプリンタ）１３が塗布パターン枠２を線引きする。この塗布パターン枠２を線引きする液材は、基板１に対する補強膜用塗料の濡れ性を低下させるものである。なお、駆動装置１２は固定アームに対して直交するように装着された可動アームを有し、ＩＪＰはその可動アームに装着されている。そして、可動アームは固定アームにそって移動可能で、ＩＪＰは可動アームにそって移動可能である。
【００２７】
塗布パターン枠２の線引きが完了すれば、テーブル９が再び回転することによって、基板１は補強膜用塗料の吐出ポジション１４に移動させられる。塗料吐出ポジション１４においては、駆動装置１５が塗料吐出ノズル１６を移動させ、補強膜用ＵＶ塗料３が塗布パターン枠２内に吐出される。なお、ここでの駆動装置１５と吐出ノズル１６との関係は、前述の駆動装置１２とＩＪＰ１３との関係と同様である。
【００２８】
吐出された補強膜用ＵＶ塗料３は基板１に対して良好な濡れ性を有しているので、基板１上で短時間で広がり始める。しかし、補強膜用ＵＶ塗料３の濡れ性は塗布パターン枠２によって低下させられるので、その補強膜用ＵＶ塗料３の広がりはパターン枠の線２を超えることなく停止する。そして、塗布パターン枠２内のみにおいて補強膜用ＵＶ塗料３が広がり、０．１ｍｍ以上の安定した膜厚で正確な補強膜パターンを描くことができる。
【００２９】
補強膜パターンの形成後にテーブル９が再び回転し、基板１が排出ポジション１７に移動させられる。基板１が排出ポジション１７に移されれば、その基板１は排出アーム１８によって後工程ポジション１９に払出されて、後工程に送られる。
【００３０】
図７は、基板上に補強膜を形成するための装置の他の例を模式的な平面図で示している。図７においては、太陽電池セルである基板４に対して低い濡れ性を有する補強膜パターンを描く場合が示されている。
【００３１】
図７において、供給ポジション７にある基板４は、供給アーム８によって回転テーブル９上のポジション１０に供給される。基板４がポジション１０に供給されればテーブル９が回転し、基板４は供排ポジション２０に移動させられる。供排ポジション２０に移された基板４は、供排アーム２１によってスクリーン印刷機２２へ供給される。スクリーン印刷機２２においては、基板４上に形成されるべき補強膜用ＵＶ塗料６のパターンと同じパターンで、濡れ性改善用塗料５が数十μｍ程度の薄い厚さで印刷される。
【００３２】
この印刷の終了後、基板４は供排アーム２１によってスクリーン印刷機２２から排出されて供排ポジション２０に戻される。基板４がスクリーン印刷機２２から供排ポジション２０に戻されれば、再びテーブル９が回転し、基板４は塗料吐出ポジション１４に移動させられる。
【００３３】
塗料吐出ポジション１４においては、駆動装置１５によって塗料吐出ノズル１６が移動し、濡れ性改善用塗料５の領域上に補強膜用ＵＶ塗料６が吐出される。吐出された補強膜用ＵＶ塗料６は、濡れ性改善用塗料５上で素早く広がり始める。しかし、補強膜用ＵＶ塗料６は濡れ性改善用塗料５上では良好な濡れ性を有しているが、基板４に対しては低い濡れ性しか有していない。したがって、濡れ性改善用塗料５上だけで補強膜用ＵＶ塗料６は広がり、その補強膜用ＵＶ塗料６は０．１ｍｍ以上の安定した膜厚で正確な塗布パターンを描くことができる。
【００３４】
補強膜パターンの形成後にテーブル９が再び回転し、基板４が排出ポジション１７に移動させられる。基板１が排出ポジション１７に移されれば、その基板４は排出アーム１８によって後工程ポジション１９に払出されて、後工程に送られる。
【００３５】
以上の実施の形態において、インクジェット印刷またはスクリーン印刷によって形成したパターン枠と補強膜用塗料との間の濡れ性の悪さを利用して補強膜用厚膜パターンを形成する場合には、パターン枠用の第１の液状物質が乾燥して硬化した後に、補強膜用厚膜を形成するための第２の液状物質を供給することが好ましい。このようにパターン枠の硬化前と硬化後の濡れ性の違いを利用すれば、パターン枠用の第１の液状物質として速乾性インクまたは一般的な熱硬化性樹脂なども用いることができる。
【００３６】
また、インクジェット印刷またはスクリーン印刷によって形成した濡れ性改善用薄膜パターンを利用して濡れ性の悪い補強膜用厚膜を形成する場合には、濡れ性改善用の第３の液状物質が硬化しないうちに補強膜用厚膜を形成するための第４の液状物質を供給することが好ましい。すなわち、第３の液状物質が硬化しない状態ではその第３の液状物質と第４の液状物質との間の濡れ性がより良好であり、第３液状物質が乾燥して硬化した後は第４の液状物質との濡れ性が低下するからである。
【００３７】
さらに、第３の液状物質の薄膜上に第４の液状物質の厚膜を形成する場合には、第３の液状物質と第４の液状物質は同一の材料、たとえば組成がほとんど同じ紫外線硬化型塗料であることが好ましい。そうすることによって、第３の液状物質の薄膜と第４の液状物質の厚膜との間の密着性が向上し、特に第４の液状物質による厚膜を薄い基板の機械的強度を高める補強材料として用いるような場合により効果的になる。なお、第４の液状物質は所望の膜厚を得るのに適した粘度を持つように調整することができる。
【００３８】
さらにまた、パターン枠と補強膜用厚膜のパターンは種々に変更することができ、たとえば間隔をあけて複数のパターン枠を形成してそれらの枠内に補強膜用厚膜を形成したり、濡れ性改善用薄膜の複数を間隔をあけて形成し、それらの薄膜上に補強膜用厚膜を形成するなどの種々の変更が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、薄くて割れやすい太陽電池用基板の取り扱い中の割れを低減することによって、太陽電池セルに用いられる半導体基板を薄くしても太陽電池セルやモジュールの製造工程におけるセル割れを低減することができ、太陽電池セルやモジュールの信頼性を低下させることなく製造コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関連する参考例の一例における補強膜形成方法を説明するための模式平面図である。
【図２】 図１の方法に対比され得る従来の方法を説明するための模式的平面図である。
【図３】 本発明に関連する参考例の他の例における補強膜形成方法を示す模式平面図である。
【図４】 図３の方法に対比され得る従来の方法を説明するための模式的平面図である。
【図５】 太陽電池セルにおける補強膜パターンの一例を示す模式的平面図である。
【図６】 本発明において利用され得る補強膜形成装置の一例を示す模式的平面図である。
【図７】 本発明において利用され得る補強膜形成装置の他の例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
１ 基板、２ 濡れ性を低下させるための塗布パターン枠、３ 基板１に対して良好な濡れ性を有する補強膜用ＵＶ塗料、４ 基板、５ 濡れ性改善用塗料、６ 基板４に対して低い濡れ性を有する補強膜用ＵＶ塗料、７ 供給ポジション、８ 供給アーム、９ 回転テーブル、１０ ポジション、１１ 線引きポジション、１２ 駆動装置、１３ インクジェットプリンタ、１４ 塗料吐出ポジション、１５ 駆動装置、１６ 塗料吐出ノズル、１７ 塗料吐出ポジション、１８ 排出アーム、１９ 後工程ポジション、２０ 供排ポジション、２１ 供排アーム、２２ スクリーン印刷機、５１ 太陽電池セル基板、５２ 反射防止膜、５３ バスバー電極、５４ グリッド電極、５５ 裏面電極、５６ 補強膜パターン。

Claims (9)

1. 太陽電池用基板の裏面上の周縁に沿った所定領域に補強膜を形成する方法であって、
   前記所定領域の外周と内周を規定するように第１の液状物質で第１の膜を形成する工程と、
   前記基板に対しては濡れ性がよくかつ前記第１の膜に対しては濡れ性が悪い第２の液状物質で補強膜となる第２の膜を前記第１の膜によって規定される前記所定領域に形成する工程とを含むことを特徴とする補強膜形成方法。
2. 前記第１の膜が硬化した後に前記第２の液状物質を供給することを特徴とする請求項１に記載の補強膜形成方法。
3. 前記第２の膜は前記第１の膜より厚く形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の補強膜形成方法。
4. 前記第１液状物質はインクまたは塗料であり、前記第２の液状物質は紫外線硬化型塗料であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の補強膜形成方法。
5. 太陽電池用基板の裏面上の周縁に沿った所定領域に補強膜を形成する方法であって、
   前記所定領域と同じ領域に第３の液状物質で第３の膜を形成する工程と、
   前記基板に対しては濡れ性が悪くかつ前記第３の膜に対しては濡れ性がよい第４の液状物質で補強膜となる第４の膜を前記第３の膜の全領域上に形成する工程とを含むことを特徴とする補強膜形成方法。
6. 前記第３の膜が硬化する前に前記第４の液状物質を供給することを特徴とする請求項５に記載の補強膜形成方法。
7. 前記第３の膜はスクリーン印刷により形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の補強膜形成方法。
8. 前記補強膜は０．１ｍｍ以上の厚さに形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の補強膜形成方法。
9. 前記基板は半導体からなることを特徴とする請求項１から８のいずれかの項に記載の補強膜形成方法。

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