JP4242294B2 - Method for producing plate silicon, substrate for producing plate silicon, plate silicon, solar cell using the plate silicon, and solar cell module - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、シリコンの融液に基板を接触させて、基板の表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法、その製造方法に使用する基板およびその方法により製造される板状シリコンに関する。また、本発明は、その板状シリコンを用いて製造された太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
背景技術
従来、太陽電池は、単結晶シリコンウェハを用いて製造されてきた。しかしながら、単結晶シリコンウェハは、シリコンのインゴットを長時間かけて製造することなどから非常に高価なウェハであり、それから製造される太陽電池も非常に高価である。
一方、近年では、多結晶シリコンを用いたシリコン太陽電池の低コスト化が進み、その生産量の増加は著しい。しかしながら、さらなる太陽電池の普及を考えた場合、一層の低コスト化が必要な状況である。
現在、急速に普及が進んでいる太陽電池に用いられているウェハは、主に多結晶シリコンである。この多結晶シリコンの製造方法は、たとえば、特開平１１−２１１２０号公報に示されるようなキャスト法を用いて製造した多結晶シリコンが多く用いられている。キャスト法では、るつぼ内で溶融したシリコンを、るつぼ底から徐々に冷却を行なうことでシリコンを固化させ、るつぼ底面から成長した長い結晶粒を主体とするインゴット（塊状）を得ている。さらに、このインゴットを薄板状にスライスすることで太陽電池用に使用可能なウェハが完成する。この方法では、スライスによるシリコンの損失が大きいことおよび、スライス工程に費やす時間およびコストが問題となっている。
多結晶シリコンの製造方法として、本発明者らは、スライス工程を必要とせず、低コストで大量生産が可能な板状シリコンの製造方法を特開２００１−２２３１７２号公報で紹介している。上記板状シリコンの製造方法をシリコンに適用した場合、スライス損失をなくし、しかもスライス工程に要する時間を削減でき、低コストで多結晶シリコンの大量生産が可能となる。
太陽電池の低コスト化が急務である一方で、高効率化も必要である。シリコンウェハを用いたシリコン太陽電池の効率を上げる方法として、Ａ．Ｋｒｅｓｓ ｅｔ ａｌ．，“１０×１０ｃｍ２ ＳＣＲＥＥＮ ＰＲＩＮＴＥＤ ＢＡＣＫ ＣＯＮＴＡＣＴ ＣＥＬＬ ＷＩＴＨ Ａ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＥＭＩＴＴＥＲ”，Ｐｒｏｃ．２８ｔｈ ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ ２０００，ｐｐ．２１３〜２１６に掲載されているように、太陽電池の光入射面に配置された電極による光損失を回避するため、シリコンウェハに孔をあけ、光入射面の電極を裏面側に配置させるという方法が提案されている（エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池）。この方法により、受光面側に電極が存在しないために、電極による光損失をなくし、高効率な太陽電池を得ようとしている。
また、異なった方法でシリコンウェハに孔を形成する太陽電池の研究もなされている。たとえば、Ａｒｎｄ Ｂｏｕｅｋｅ ｅｔ ａｌ．，“Ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ＰＯＷＥＲ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＰＶＳＥＣ−１１，Ｓａｐｐｏｒｏ，Ｈｏｋｋａｉｄｏ，Ｊａｐａｎ，１９９９，ｐｐ．１３５〜１３６に掲載されているように、シリコンウェハの片面に機械的にＶ溝加工を施し、もう一方の面には、それと直交するようにＶ溝加工を施すことで、溝加工部分の谷の部分で貫通孔を形成するという方法が提案されている。この方法によって溝加工を施したシリコンを用いて製造された太陽電池には、貫通孔を有するために光が透過する構造になっており、その透過した光を再利用できるようなセル構造にすることで、より効率の高い太陽電池を得ようとしている。
このような貫通孔を有するような透過型の太陽電池は、住宅用として用いられること以外に、ビルなどの窓や外壁へ用いるなどの新規な需要も見込まれ、今後の太陽電池市場の発展には必要な技術となる。いずれの場合においても、透過型の太陽電池を製造する場合には、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｌａｌｓｋｉ）やＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）などの単結晶ウェハ、キャスト基板、電磁キャスト基板、リボンウェハなどのようなウェハから、ウェハの表面から裏面まで貫通した孔を作製することが必ず必要となる。
しかしながら、通常、太陽電池に用いられる形状のウェハを用いて、貫通した孔を有する太陽電池を製造するには、シリコンウェハにレーザなどで孔をあけるなどの加工が必要となる。そのため、太陽電池を完成するまでのプロセス数が多くなるだけでなく、熱を伴った太陽電池製造プロセスを経ることにより、孔形成時に発生したダメージ層に導入された欠陥の増加により、太陽電池特性の低下を招く虞があることが考えられる。さらに、ウェハに孔を空けるため、シリコンの利用効率も悪くなり、結果として、太陽電池、太陽電池モジュールの価格が高くなる。
さらに、Ａｒｎｄ Ｂｏｕｅｋｅ ｅｔ ａｌ．，“Ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｅｍｉｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ＰＯＷＥＲ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＰＶＳＥＣ−１１，Ｓａｐｐｏｒｏ，Ｈｏｋｋａｉｄｏ，Ｊａｐａｎ，１９９９，ｐｐ．１３５〜１３６に示されたように、機械加工により溝を形成する場合においては、ダイサを用いることで貫通した孔を形成している。本方法においては、シリコンウェハの両面とも機械加工でＶ字溝を形成するために、シリコンの利用効率が非常に悪くなる。さらには、ウェハ両面ともに機械加工によるダメージ層が存在することから、ダメージ層を完全に除去する工程が、さらに必要になる。ダメージ層を完全に除去せず、太陽電池を製造した場合、接合部分でのリークが多くなりセル特性が悪くなることが予想される。また、シリコンウェハの両面からの溝加工のために、シリコンの利用効率の低下、プロセスの増加などにより、結果として、太陽電池、太陽電池モジュールの価格が高くなる。
そこで、太陽電池の需要を拡大できるような、意匠性の高い光透過型（シースルー型）の太陽電池、太陽電池モジュール、あるいはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低コストに提供するためには、レーザ加工や機械加工などのプロセスの増加につながる処理を必要とせず、貫通孔および／または切欠部を有するシリコンウェハ（板状シリコン）を低コストで得ることが必要となる。
発明の開示
本発明者らは鋭意研究の結果、特開２００１−２２３１７２号公報に掲載されている、板状シリコン製造方法で用いられる基板形状を工夫することで、上述の問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の板状シリコンの製造方法は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる方法であって、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成する工程を備えることを特徴とする。この製造方法の実施において、基板は、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有するものが好ましい。また、基板は、シリコンの融液に接触する面に突起が周期的に並設され、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部および／または切欠部形成部が設けられているものが好ましい。
本発明の板状シリコン製造用基板は、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする。貫通孔形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。一方、切欠部形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。
本発明の板状シリコンは、上述の方法により製造され、貫通孔および／または切欠部を有することを特徴とする。また、本発明の太陽電池は、この板状シリコンを用いて製造されたことを特徴とし、光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されているものが好ましい。本発明の太陽電池モジュールは、この太陽電池を用いたことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
（板状シリコン製造用基板）
本発明の板状シリコン製造用基板は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法において使用され、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする。かかる特徴を有する基板を用いることにより、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成することができる。このため、レーザ加工や機械加工などのプロセスなしに、貫通孔、切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することが可能となる。また、この板状シリコンから太陽電池、太陽電池モジュールを製造することで、意匠性の高い、光透過型の太陽電池、太陽電池モジュール、またはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低価格で供給することが可能となり、太陽電池の需要を拡大することができる。
つぎに、図１Ａ〜図１Ｃを用いて、本発明における結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンの製造方法で用いる基板の特徴について説明する。図１Ａは結晶成長により形成された貫通孔１３Ａを有する板状シリコン１１、図１Ｂおよび図１Ｃは上記板状シリコンの成長の際、シリコンの融液に接触させた基板１２ＡＳ、１２ＥＳである。基板は、シリコン成長面に貫通孔形成部１２Ａ、１２Ｅを有している。この基板のシリコン成長面をシリコンの融液に接触させると、後述の理由により、貫通孔形成部に対応した位置に、結晶成長によって形成された貫通孔を形成することが可能である。基板に形成する貫通孔形成部としては、図１Ｂのような凸部１２Ａ、および／または図１Ｃのような凹部１２Ｅを形成すればよい。
図１Ｂのような凸部１２Ａを有する基板をシリコンの融液に接触させた場合、シリコンの融液は大きな表面張力のために凸部１２Ａを覆い尽くすことができず、結果的に貫通孔を有する板状シリコンと凸部１２Ａの上平面に成長したシリコンが得られる。基板からの剥離は容易であり、結晶成長によって形成された貫通孔を有する板状シリコンが容易に得られる。
図１Ｃの基板をシリコンの融液に接触させた場合も同様で、シリコンの融液は大きな表面張力のために凹部１２Ｅを覆い尽くすことができない。そのため、貫通孔を有する板状シリコンと凹部１２Ｅの下平面に成長したシリコンが得られる。基板からの板状シリコンの剥離は容易であり、結晶成長によって形成された貫通孔を有する板状シリコンが容易に得られる。
図１Ｃの凹部１２Ｅの深さ寸法が１ｍｍ程度以上ある場合、幅寸法が５ｍｍ程度以下なら、凹部１２Ｅの下平面にはシリコンの融液が接触せず、その部分にシリコンは成長しない。したがって、この場合には貫通孔を有する板状シリコンのみが得られることになる。結晶成長によって形成された幅寸法が５ｍｍ以上の貫通孔を有する板状シリコンのみを製造するためには、さらに凹部１２Ｅの深さ寸法を大きくすればよい。
図１Ｂの凸部１２Ａ、図１Ｃの凹部１２Ｅによって再現性よく貫通孔を形成するためには、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいことが望ましい。成長させる板状シリコンの厚さ寸法によっても異なるが、貫通孔を再現性よく形成するため、一般には、凸部の高さ寸法および凹部の深さ寸法は１ｍｍ以上であるとより望ましい。
大きな面積の貫通孔形成部として、図１０に示すような閉じた溝のような構造を有する基板１０２Ｓを用いることも可能である。この場合には、閉じた溝１０２Ｈで囲まれた部分の外側に、貫通孔を有する板状シリコンが成長するほかに、内側にも板状シリコンが成長する。内側に成長した板状シリコンは基板からの剥離後、小面積の太陽電池を製造するために用いることができ、あるいは、るつぼに投入することで再利用することもできるため、シリコン原料を有効利用できる。
また、シリコンの融液は温度とともに表面張力が小さくなるため、シリコンの融液の温度が低いほど、貫通孔を有する板状シリコンが形成しやすい。シリコンの融液の温度は、シリコンの融点以上で、かつ、シリコンの融点より５０℃高い温度以下が望ましい。
基板のシリコンの融液に対する濡れ性によっても、貫通孔を有する板状シリコンの製造の容易さが異なる。基板のシリコンの融液に対する濡れ性が高い場合には、シリコンの融液は融液自身の表面張力よりも、基板との界面エネルギーに支配されるため、図１Ｂの凸部１２Ａ、または図１Ｃの凹部１２Ｅを覆いつくしやすくなる。したがって、基板のシリコンの融液に対する濡れ性は低い方が好ましい。濡れ性は、基板の材質だけでなく、基板表面の粗さなどにもよるため、状況に応じて材質、表面粗さなどを変更することが好ましい。
基板の表面粗さを再現性よく制御するために、基板におけるシリコンの融液に接触する面に突起が周期的に並設されている態様が好ましい。突起の大きさは、板状シリコンを分断してしまわない程度が好ましい。たとえば、図２に示すように、基板のシリコン融液に接触する面２２に、突起２２Ｃとして同じ大きさの四角錘を同じ向きに周期的に並べた形状に表面を加工することが好ましい。かかる態様により、板状シリコンの結晶成長の起点を四角錘の先端部近傍に位置させることが可能となる。さらに、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部２２Ａおよび／または切欠部形成部が設けられている態様が好ましい。かかる態様により、板状シリコンの面内均一性を保持することができる。なお、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては貫通孔形成部のみを図示し、基板表面の突起は図示していない。
図１Ａの例では、結晶成長により形成された貫通孔が４つある場合を図示したが、貫通孔の数、形状はこの図に示したものに限定されない。貫通孔の位置、形状、数および大きさなどは、板状シリコンを透過する光の量など、目的に応じて基板の貫通孔形成部を設計することで、適宜選択することができる。また、貫通孔の代りに、図３Ａに示すような、切欠部３１Ｂを有する板状シリコン３１の場合も同様に製造することができる。すなわち、切欠部を有する板状シリコンは、切欠部形成部として図３Ｂに示すような凸部３２Ｂを有する基板３２ＢＳ、または切欠部形成部として図３Ｃに示すような凹部３２Ｆを有する基板３２ＦＳを用いて、同様に製造することができる。
切欠部形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、再現性よく切欠部を形成するため、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいものが好ましい。成長させる板状シリコンの厚さ寸法によっても異なるが、切欠部を再現性よく形成するため、一般には、凸部の高さ寸法および凹部の深さ寸法は１ｍｍ以上であるとより望ましい。さらに、１枚の板状シリコン製造用基板が貫通孔形成部と切欠部形成部とを同時に有していてもよい。板状シリコン製造用基板の貫通孔形成部や切欠部形成部の位置、大きさ、形状などを適宜設計することで、任意の形状の貫通孔および切欠部を持つ板状シリコンを製造できる。また、１枚の板状シリコンを成長させるための基板が複数であってもよい。
板状シリコン製造用基板の構造およびその基板を用いて製造した板状シリコンの形状について、さらに、その具体的な実施の形態を、図１６Ａ〜図１９Ｂを用いて説明する。ただし、ここに挙げる基板形状および板状シリコンの形状は単なる一実施形態であり、本発明の範囲はここに挙げた例に限定されない。
図１６Ｂにおける基板１６２は、その基板表面に凹凸構造を有する。すなわち、板状シリコン成長させるための基板１６２には、板状シリコンの成長面に存在する点状の凸部（突起）１６２Ｃ、および凹部１６２Ｄを有する。図１６Ａに示す板状シリコン１６１は、基板１６２の点状の凸部（突起）１６２Ｃの先端部近傍から成長し始めるため、凹部の配列によって、板状シリコン外周部からの切欠部１６１Ｂおよび板状シリコン内部の貫通孔１６１Ａを容易に作製することができる。
このように、基板表面に、直角に交差した溝を形成し、さらに基板表面に貫通孔形成部および切欠部形成部を設けることで、貫通孔および切欠部を有する均一な板状シリコンを容易に製造することができる。得られた板状シリコンに貫通孔および切欠部を形成するのではなく、あらかじめ基板側に、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、得られる板状シリコンに欠陥を導入することなく、貫通孔および切欠部が形成された、所望の板状シリコンを得ることが可能となる。
さらに、図１７における板状シリコン１７１を得るには、図１６Ｂにおける点状の凸部（突起）が線状の凸部（突起）になるような凹凸構造を有する基板を用いることで製造可能となる。板状シリコン１７１は線状の凸部（突起）の先端部近傍から成長し始めるため、凹部の配列によって図１７に示したように板状シリコン１７１を製造することができる。また、基板に、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、板状シリコンの外周部からの切欠部１７１Ｂおよび板状シリコン内部に貫通孔１７１Ａを作製することが可能になる。このように、基板表面に、複数の平行な溝を形成し、貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、貫通孔および切欠部を有する均一な板状シリコンを容易に形成することができる。
図１６Ａおよび図１７に示した板状シリコンは、どちらの場合も、基板表面に貫通孔形成部および切欠部形成部を設けておくことで、任意の場所に、貫通孔および切欠部を有する板状シリコンを得ることができる。すなわち、得られる板状シリコンの形状は、基板で制御することが可能となる。また、この板状シリコンの表面は曲面構造を有するように制御することも可能である。
図１８Ｂは、貫通孔形成部１８２Ａおよび切欠部形成部１８２Ｂを有する板状シリコン製造用基板１８２を示す。また、図１８Ａは、その基板を用いて得られた板状シリコン１８１の形状を示す。基板１８２に切欠部形成部１８２Ｂおよび貫通孔形成部１８２Ａを設けることで、基板１８２に対応した位置に切欠部１８１Ｂおよび貫通孔１８１Ａを有する板状シリコン１８１を容易に成長させることが可能となる。このような基板１８２の貫通孔形成部１８２Ａおよび切欠部形成部１８２Ｂは、機械加工で容易に作製可能であるために、所望の形状の板状シリコンを容易に製造することができる。この基板１８２において、ハッチング部１８Ｓｂが板状シリコン１８１の成長面となる。
これまで、１枚の基板から製造された板状シリコンの形状について説明してきたが、複数枚の基板を用いても、同様の形状を有する板状シリコンを得ることが可能となる。図１９Ａおよび図１９Ｂにおいて、複数の基板を用いて一枚の板状シリコンを成長させる場合の例を示す。すなわち、図１９Ｂのように、２つの独立した基板１９２Ｌ，１９２Ｒを用いても、板状シリコンの外周部より内部に向かう切欠部１９１Ｂと貫通孔１９１Ａを有する板状シリコン１９１を得ることができる。基板１９２Ｌおよび基板１９２Ｒは、それぞれは、切欠部分だけを有する基板である。しかしながら、基板１９２Ｌおよび基板１９２Ｒを組合せることで、新たに、貫通孔形成部１９２Ｅと切欠部形成部１９２Ｆが形成される。したがって、複数枚の基板であっても、少なくともどちらか一方の基板に貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有していれば、貫通孔および／または切欠部を有する板状シリコンを製造することができる。
例えば、２枚の基板で考えると、一方の基板には貫通孔形成部または切欠部形成部がなくても、もう一方の基板に孔や切欠部分があればいいことになる。また、基板が複数枚であることの効果として、基板表面上に存在する凹凸と同じ効果をもたらすことも可能となる。これは、個々の基板を完全に密着させずに、少し隙間をあけてもいいことを意味する。基板間に５ｍｍ以上の隙間を空けると、シリコンの表面張力により、１枚の板状シリコンを得にくくなる傾向がある。
さらに、図１１のように５角形の基板を４枚使用することで本発明の板状シリコンを製造することも可能である。図１１では、４個の独立した基板１１２Ｇ，１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊを組合せることで、基板に貫通した孔１１２Ｋを形成することができる。このようにして得られた基板を用いることで、貫通孔１１１Ａを有する板状シリコン１１１を製造することが可能になる。独立した基板１１２Ｇ，１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊは、それぞれが５角形の形状であるが、それら４個を組合せて、１枚の板状シリコン１１１を製造するための基板と考えれば、４個の基板を組合せた基板には、貫通孔１１２Ｋを有することになる。
板状シリコン１１１の貫通孔１１１Ａに対応した基板の貫通孔１１２Ｋは、必ずしも基板を貫通している必要はない。すなわち、板状シリコンが成長しなければ、凹部であっても構わない。貫通した孔にするか、または凹部にするかは、基板表面の材質、形状、融液材料と基板との濡れ性および融液材料の表面張力などによって、決定することが必要である。例えば、融液と濡れ易い材料を基板として用いる場合、凹部より、むしろ貫通した孔の方が好ましい。すなわち、シリコン融液と基板が濡れ易ければ、基板の凹部にまで融液が進入する可能性があるためである。
板状シリコンが成長する基板表面には、図１６Ｂに示すような点状の凸部（突起）などからなる凹凸構造を有することが好ましい。この凹凸構造のピッチ、幅、深さおよび溝形状などは、適宜選択すればよいが、好ましくは、０．５ｍｍピッチ以上５ｍｍピッチ以下であり、さらに好ましくは、１ｍｍピッチ以上３ｍｍピッチ以下である。ここでいうピッチとは、凸部（突起）間の距離のことを指す。これは、０．５ｍｍ以下のピッチでは、得られる板状シリコンの結晶粒が細かくなるために太陽電池を製造した場合のセル特性が悪くなるためである。５ｍｍ以上のピッチでは、結晶粒は大きくなる傾向があるが、製造した板状シリコンの表面凹凸が大きくなり、太陽電池を製造するためにプロセスが増加したり、簡単で低コストなプロセスを用いることが困難になるためである。
また、ピッチの深さは、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。ここでいう深さとは、凸部（突起）の高さ寸法、または凸部と凹部の高低差のことを指す。これは、０．１ｍｍよりも浅いと、結晶核の形成される場所を規定しているにも関わらず、必ずしも凸部（突起）の先端部近傍で結晶核の発生が行なわれないためである。一方、５ｍｍよりも深い溝であると、基板形状に沿った板状シリコンが形成され、その表面凹凸が大きくなり、太陽電池を製造するためにプロセスが増加したり、簡単で低コストなプロセスを用いることが困難になるためである。
また、溝の断面形状は、Ｖ字型の断面、Ｕ字型の断面、台形状の断面であっても構わない。Ｖ字型の断面形状とは、たとえば、図１６Ｂまたは図２０に示すような形状であり、Ｕ字型の断面形状とは、たとえば、図２１のような形状であり、また、台形状の断面形状とは、たとえば、図２２のような形状を指す。
基板自身を金属などで作製した場合は、比較的微細加工は容易であるが、得られる板状シリコンに不純物として取り込まれる可能性も生じる。そのため、基板の材質には、高純度黒鉛を用いることが好ましい。しかし、高純度黒鉛は、黒鉛粒子を固めたものであるため、微細加工には限界がある。この点、凸部（突起）の先端は、必ずしも尖っている必要はなく、丸みを帯びた形状であっても構わない。すなわち、結晶成長の起点となる部分が存在していればよい。以上のように、板状シリコンの剥離面側にある凹凸構造の制御は、基板の表面形状の影響を大きく受け、さらに、融液温度、基板温度、および基板の進行速度などのような基板の浸漬条件にも依存する。
基板の表面は、高純度な被膜が形成されていても良い。被膜材料には、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、熱分解炭素、ダイヤモンドのうち少なくとも１種類の材料で被覆されていることが好ましい。すなわち、基板表面に高純度な被膜が存在することにより、得られる板状シリコンへの基板からの汚染も避けることができる。さらには、基板上の融液と接触する面を被覆する材料を選択することによって、基板表面の凹部への融液の進入を制御することも可能になる。すなわち、シリコン融液に対して、濡れ性の低い材料を用いることで、基板の凹部への進入を防ぐことができるようになる。一方、濡れ性の高い材料を用いると、基板の凹部に融液が進入する可能性が大きくなったり、得られる板状シリコンの凹凸が大きくなったり、基板との剥離が困難になる傾向がある。
しかしながら、濡れ性の高い材質でも、熱分解炭素のように層構造を有する材質を被覆すると、被覆膜自身が剥離することで、基板から板状シリコンを容易に剥離することが可能になる。このように、凹凸構造の最表面の膜材質を適宜選択することで、基板表面上に成長した板状シリコンの剥離面の形状や剥離性を制御することが可能となる。また、基板表面には、複数の被膜が存在していても構わない。たとえば、基板の凸部（突起）には濡れ性の高い材質を、凸部（突起）以外には濡れ性の低い材質で被覆することも可能である。これによって、凸部（突起）は濡れ性が高いために、結晶核が容易に発生し、基板からの抜熱により結晶成長しやすくなる。このとき、凹部は濡れ性が低いために、融液は進入しにくくなる。
凸部（突起）には、ＳｉＣ、ダイヤモンド、熱分解炭素を用いることが好ましい。一方、凹部には、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４を用いることが好ましい。特に、凸部（突起）に用いる被膜は、ＣＶＤ法などの製膜法を用いるのが好ましい。凹部に用いる材質は、ＢＮやＳｉ３Ｎ４などの粒子（粉体）をバインダーと共にポットミルで粉砕・混合したスラリーを吹き付けた後に、乾燥、焼成する方法を用いることが好ましい。基板表面の被覆材料は、１種類以上の材料で被覆するが、その材料の熱膨張係数が極端に異ならない方が好ましい。これは、高温に曝される基板表面と温度制御されている基板側との熱膨張係数の差によって、被膜が剥れないようにするためである。すなわち、２種類以上の材料で被覆するのであれば、被覆膜厚、熱膨張係数および熱伝導率なども考慮し、適宜設計することが好ましい。
（板状シリコンの製造方法）
本発明の板状シリコンの製造方法は、シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面にシリコンを結晶成長させる方法であって、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成する工程を備えることを特徴とする。基板表面に板状シリコンを成長させながら、貫通孔および切欠部を形成するため、レーザ加工および機械加工などのプロセスが必要でなく、貫通孔および切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することができる。
本発明の板状シリコンの製造方法を実施する際に用いる製造装置の一例を図１２に示す。しかしながら、本発明の板状シリコンを得る装置は、これに限定されることはない。図１２に示す製造装置は、板状シリコン１２１を成長させるための基板１２２、るつぼ１２３、シリコンの融液１２４、加熱用ヒータ１２５、るつぼ台１２６、断熱材１２７、るつぼ昇降用台１２８、および基板１２２を固定する軸１２９とからなる。ただし、基板１２２を移動させる手段、るつぼ台１２６を昇降させる手段、加熱用ヒータ１２５を制御する手段、シリコンを追加投入する手段、および真空排気ができるようなチャンバなどの装置の外部については図示していない。
この製造装置は、密閉性の良好なチャンバ内に設置されており、真空排気後に不活性ガスなどでガス置換を行なえる構造とするのが好ましい。このとき、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどを使用することが可能であるが、コスト面を考慮するとアルゴンがより好ましく、循環システムを構築しておくことが、より低コスト化に繋がる。また、酸素成分を含むガスを用いると、シリコン酸化物が生成し、基板表面やチャンバ壁に付着するため、酸素成分はできる限り除去する必要がある。さらには、ガスの循環システムには、フィルタなどを通して、シリコン酸化物の粒子の除去を行なうことが好ましい。
図１２に示すように、シリコンの融液の温度以下の基板１２２が、図中左側から、るつぼ１２３中にあるシリコンの融液１２４中に進入し、シリコンの融液１２４に浸漬される。このとき、シリコンの融液は、融点以上に加熱用ヒータ１２５で保持されている。融液温度の調節と、チャンバ内の雰囲気温度と、基板１２２の温度を厳密に制御できるような装置構成にすることが、板状シリコンの製造の再現性をよくする点で好ましい。
基板の材質は、特に限定されないが、熱伝導性のよい材料および耐熱性に優れた材料であることが好ましく、より好ましくは高純度処理などが施された黒鉛が好ましい。たとえば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、金属なども使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すればよい。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。基板の材質は、工業的に安価であること、得られる板状シリコンの品質などの種々の特性を考慮し、融液材料と基板の組合せは、適宜選択することが可能である。さらに、基板に金属を用いる場合、基板の融点以下の温度で使用し、得られた板状シリコンの特性にさほど影響を与えなければ、材質は特に問題はない。温度制御を容易にするには、銅製の基板を用いると好都合である。
基板の冷却手段は、大きく分けると、自然放冷、直接冷却と間接冷却の３種類が考えられる。自然放冷とは、特別な冷却手段を用いずに、浸漬直後で高温の基板および板状シリコンが輻射熱を放出してその温度を下げることである。装置構成が簡単になるという利点を有する。直接冷却は、基板に直接ガスを吹きかけて冷却する手段である。間接冷却は、基板を間接的にガスもしくは液体により冷却する手段である。冷却ガスの種類は特に限定されないが、板状シリコンの酸化を防ぐ目的で、不活性ガスである窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることが好ましい。特に、冷却能力を考慮すると、ヘリウムまたはヘリウムと窒素との混合ガスが好ましいが、コストを考慮すると窒素が好ましい。冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらなるコスト低減を図ることができ、結果として安価な板状シリコンを提供できることになる。
さらに、基板を加熱することができる機構を有することもできる。シリコン融液中へ進入した基板は、その基板表面に板状シリコンが成長する。その後、基板は融液から脱出するが、基板側はシリコン融液から熱を受け、基板の温度が上昇する傾向にある。したがって、その基板を同じ温度でシリコン融液へ浸漬させようとすると、基板の温度を下げるための冷却機構が必要である。一方、直接冷却または間接冷却でも、冷却速度すなわち基板温度を随時制御するのは困難であるため、加熱機構を有することが好ましい。すなわち、一度シリコン融液から脱出した基板は、冷却機構で冷却され、つぎにシリコン融液に浸漬される前までに、加熱機構を用いて、基板の温度制御を行なうことが好ましい。加熱機構は、高周波誘導加熱方式でも、抵抗加熱方式でも構わない。ただし、シリコンの融液状態を保持するための加熱用ヒータに影響を与えない方がよい。冷却機構と加熱機構を併用することで、板状シリコンの製造の安定性は、格段に向上する。
融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対もしくは、放射温度計などで制御可能である。融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的だが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入されるためにあまり好ましくない。また、融液の温度を融点近傍で設定していると、上記保護管が融液に接することでシリコンの湯面が凝固を起こす可能性がある。したがって、るつぼなどに熱電対を装入する際、熱電対がシリコンの融液と直接接することがないようにするなどして、間接的に温度を制御することが好ましい。
融液が入ったるつぼ１２３は、断熱材１２７の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、るつぼ底からの抜熱を抑制するために用いられている。その断熱材１２７の上には、るつぼ台１２６が設置されている。このるつぼ台１２６には、るつぼ昇降軸１２８が接続されており、昇降機構が設けられていることが必要である。これは、基板１２２上で板状シリコンを成長させるため、融液の増減に関わらず常に基板１２２が融液１２４に、同じ深さで浸漬されていることが好ましいためである。
板状シリコンの製造とともに、るつぼ内のシリコンは減っていくので、適時シリコンをるつぼに補充する必要がある。シリコンをるつぼに補充する方法として、シリコンの多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能であり、特に限定されない。ただし、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面、を乱すと、そのときに発生する波形状が、得られる板状シリコンの融液面側に反映され、得られるシートの均一性を損なう可能性があるためである。
つぎに、図１２に示す板状シリコンの製造装置を例として取り上げ、本発明の板状シリコンの製造方法について説明する。まず、得られる板状シリコンの比抵抗が、たとえば２Ω・ｃｍになるようにボロンの濃度を調整したシリコン塊を、高純度の黒鉛などからなるるつぼ１２３に充填する。つぎに、るつぼ１２３を、図１２に示すような装置内に設置する。つづいて、チャンバ内の真空引きを行ない、チャンバ内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバ内にアルゴンガスなどを導入し、常に１０Ｌ／ｍｉｎでチャンバ上部よりアルゴンガスを流したままにする。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。
つぎに、シリコン溶融用のヒータ１２５の温度を１５００℃に設定し、るつぼ１２３内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。このとき、シリコン原料は溶融することで液面が低くなることから、シリコンの融液１２４の湯面が、るつぼ１２３の上面から１ｃｍ下の位置になるように、新たにシリコン粉末を投入する。シリコン溶融用のヒータは、一度に１５００℃に上げるのではなく、１３００℃位まで１０〜５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、その後、所定温度まで上げるのが好ましい。これは、急激に温度を上げると熱応力がるつぼの角部などに集中的にかかり、るつぼの破損に繋がる虞があるためである。
その後、シリコンの融液の温度を１４１０℃に設定し、３０分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図り、るつぼ昇降機構１２８を用いて、るつぼ１２３を所定の位置に移動させる。このときのシリコンの融液の温度は、１４１０℃以上、１５００℃以下が好ましい。シリコンの融点が１４１０℃付近であるため、１４１０℃以下に設定すると、るつぼの壁から徐々に湯面が固まってくるためである。また、１５００℃以上に設定すると、得られる板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪く、好ましくないためである。
つぎに、板状シリコン１２１を成長させるため、板状シリコン製造用基板１２２を、図１２の矢印のように左側から右側へ移動させる。このとき、基板１２２の結晶成長面側をシリコンの融液１２４に接触させながら移動させる。このように、基板１２２の結晶成長面がシリコンの融液１２４に接することで、板状シリコン１２１が形成される。特に、シリコンの融液への進入時の基板の表面温度は、１００℃以上、１１００℃以下が好ましい。
これは、基板の温度が１００℃未満であると、安定した制御が困難となるからである。すなわち、連続生産する場合、チャンバ内で、浸漬待ちの基板はシリコンの融液からの輻射熱を受け、常に１００℃未満の一定温度に維持することが困難となり、得られる板状シリコンの品質にばらつきが生じることに繋がるためである。また、基板の温度が１１００℃より高温であると、板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなり好ましくないためである。
基板の温度を調整するには、冷却機構と加熱機構の両方を備えている方が好ましい。これらの機構を設けることで、生産性が向上するだけでなく、製品の歩留まり向上、さらには品質の安定化を図ることができる。
（板状シリコン）
本発明の板状シリコンは、上述の方法により製造され、貫通孔および／または切欠部を有することを特徴とする。シリコンの融液に基板を接触させ、基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら貫通孔および切欠部を形成するため、レーザ加工によって生じる欠陥が導入されず、シリコン結晶の品質の低下を招くことがない。また、材料の利用効率が向上し、低価格な板状シリコンを提供できる。さらに、貫通孔や切欠部があることで、意匠性の高い太陽電池を提供できる。
図１４の例において、板状シリコン１４１には貫通孔１４１Ａがあり、また、図１５の例において、板状シリコン１５１には、板状シリコンの外周部から内部に向かう切欠部１５１Ｂがある。図１４では、板状シリコン内部に貫通孔が１つある例を示したが、孔の数、形状はこの図に示した限りではない。貫通孔１４１Ａの形状、数およびサイズなどは、板状シリコンを透過する光の量および板状シリコンの強度、すなわち厚さなどにも依存する。しかしながら、光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その目的に応じて、板状シリコン表面の面積と開口部分の面積を適宜選択することで意匠性に優れた太陽電池を製造することが可能となる。図１４において、ハッチング部１４Ｓａが太陽電池として発電する領域となり、開口部分の孔１４１Ａが非発電領域となる。
すなわち、板状シリコン１４１表面の開口部分の面積（貫通孔１４１Ａの断面積）が大きくなれば、太陽電池の出力は低下するが、反対に、透過光は多くなる。逆に、板状シリコン１４１表面の開口部分の面積が小さくなれば、太陽電池の出力は向上するが、透過光は少なくなる。このように、光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その用途・目的に応じて、孔の形状、数およびサイズを選択すればよいことになる。
また、図１５では板状シリコン外周部から内部に向かって切欠部が１つある板状シリコンを示したが、切欠部の数および形状はこの限りではなく、かつ、貫通孔と切欠部を同時に有する板状シリコンも本発明に含まれる。すなわち、切欠部の形状、数およびサイズなどは、板状シリコンを透過する光の量および板状シリコンの強度、すなわち厚さなどにも依存する。光透過型の太陽電池を製造するのであれば、その目的に応じて、板状シリコン表面の面積と開口部分の面積を適宜選択する必要がある。ただし、図１４の貫通孔と同じ開口部分の面積であっても、切欠部だけで開口部が形成されていると、板状シリコンの強度が低下することに繋がる。そのため、開口部分の面積の大きな板状シリコンを製造する場合には、貫通孔を空けることで対応する方がより好ましい。
通常、太陽電池に用いるシリコンの厚さは３００μｍ程度であり、本発明の板状シリコンの厚さも同程度が好ましい。さらに好ましくは２５０μｍ程度である。しかしながら、厚さが薄くなればなるほど、機械的強度が弱くなるために、透過光量を考慮して、欠損部の数、形状および大きさを適宜選択する必要がある。
（太陽電池）
本発明の太陽電池は、上述の方法により製造した板状シリコンを用いたことを特徴とする。このため、本発明の太陽電池は、シリコンの利用効率が高く、安価である。本発明の太陽電池について、結晶成長により形成された貫通孔を有する太陽電池を例に取り上げ、図４Ａと図４Ｈを用いて説明する。
図４Ａは、本発明の製造方法で得られ、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンの斜視図である。また、図４Ｈは、その板状シリコンから製造された太陽電池の断面図である。この太陽電池は、光入射側から、受光面電極４４、反射防止膜４５、第２の導電型を示す拡散層４６、第１の導電型を示す板状シリコン４１、裏面電極４８とからなる、シースルータイプ（光透過型）の太陽電池である。さらに、この太陽電池には、貫通孔４３Ａが１箇所空いている。このような太陽電池では、入射光の一部は、貫通孔４３Ａを通過することになり、太陽電池の裏面側にも光が届くことになる。このように、板状シリコン自身に貫通孔が空いているために、レーザ加工などを施すことなく、シースルータイプの太陽電池が製造できる。
本発明の太陽電池は、光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されているものが好ましい。図５Ｈは、本発明の太陽電池の断面図である。この太陽電池は、本発明の製造方法で得られ、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンを用いて製造され、光入射面側に電極を持たない。本発明による板状シリコンは、貫通孔を有しているために、拡散層５６に設ける電極５４を裏面側に回すことが可能で、エミッタ・ラップ・スルー型の太陽電池を製造することが可能となる。
図４Ｈの受光面電極４４と、図５Ｈの拡散層に設ける電極５４は、どちらも第２の導電型を示す拡散層に設けられた電極であるが、両者の構造の差異は、電極が太陽電池の受光面側にあるか、裏面側にあるかである。図４Ｈのように、受光面側の第２の導電型の拡散層に電極が形成されていると、電極が形成されている部分は、発電に寄与しない。一方、図５Ｈにあるような、電極が裏面側で第２の導電型の拡散層と接触している場合は、入射光をロスすることがなくなり、太陽光の有効利用が図れることになる。したがって、得られる出力も大きくなる。さらに、人の目に触れる受光面側に電極が見えないため、意匠性にすぐれた太陽電池を提供することが可能になる。後述のように、上記電極を太陽光の入射側に設けるか、裏面側に設けるかによって、太陽電池のセルプロセスも若干変更を要することになる。
さらには、図６Ｈのような断面構造を有する太陽電池であっても、光透過型かつエミッタ・ラップ・スルー型の太陽電池を製造可能である。すなわち、板状シリコンにある貫通孔の側面（内面）に筒状に電極６４を配置することも可能である。これによると、図４Ｈにあるような構造の太陽電池と比較すると、受光面電極部分でのロスが少なくなり、太陽電池特性が良くなる。一方で、図５Ｈにある、ような構造の太陽電池よりも、透過光量が少なくなる。これは、板状シリコンの貫通孔の内面に電極を設けているために生じるが、筒状の電極厚さを変更すれば、透過光量を容易に制御することが可能となる。極端な例では、貫通孔すべてを埋めるような電極を形成すれば、透過光は無くなる。こうすることで、シリーズ抵抗の低減を図ることができ、太陽電池の特性は良くなる。図４Ｈ、図５Ｈと図６Ｈに示すように、電極の形成場所によって、太陽電池の特性や透過光量を制御できるため、目的にあった太陽電池を容易に製造することが可能となる。
つぎに、図４Ｈに示すような、貫通孔を有する板状シリコンの受光面側にｎ側電極を設けた太陽電池の製造方法について説明する。なお、通常、住宅用などに用いられている太陽電池は、ｐ型板状シリコンに、第２の導電型（ｎ層）を付与している。ここでも、板状シリコンの第１の導電型をｐ型とし、第２の導電型をｎ型として、説明する。
まず、図４Ａに示すような、貫通孔４３Ａを有する板状シリコン４１を、ＲＣＡ洗浄などの方法を用いて洗浄する（図４Ｂ）。つぎに、板状シリコンの裏面を上にしてスピンコータにセットし、ＴＧ（ｔｉｔａｎａｔｅ ｇｌａｓｓ）液を塗付する（図４Ｃ）。ＴＧ液とは、テトラ−ｉ−プロポキシチタンとアルコールなどを混合した液である。このときＴＧ液は板状シリコンの側面および貫通孔を通じて受光面側にも一部まわりこむ。塗付後、ＴＧ液を乾燥させる。
つぎに、リンを含有するシリケートガラスなどを用いた固相拡散では、板状シリコン表面にＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）液を滴下し、スピンコートにより、表面に均一な厚さのＰＳＧ膜を形成する（図４Ｄ）。その後、ＰＳＧ膜を乾燥・焼成することで、ＰＳＧ膜に含まれるリンをシリコンに拡散させることで、拡散層４６を板状シリコンの受光面に形成する（図４Ｅ）。つづいて、エッチング処理を用いてＰＳＧ膜およびＴＧ膜を除去する（図４Ｆ）。
つぎに、プラズマＣＶＤ法を用いて、板状シリコンの受光面に反射防止膜４５となるシリコン窒化膜を堆積する（図４Ｇ）。その後、スクリーン印刷法を用いて、裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷する（図示せず。）。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成する。つづいて、スクリーン印刷法を用いて、裏面にアルミペーストを印刷する。このアルミペーストは上記配線用電極を避けた位置に印刷する。これを乾燥・焼成し、裏面電極４８およびＢＳＦ層を形成する。
つぎに、スクリーン印刷法を用いて、受光面の反射防止膜４５の表面に銀ペーストを印刷する。銀電極は、たとえば魚骨型などのパターンで形成することが、銀電極の影となって光が照射されない部分を極力減らして太陽電池の発電効率を向上できる点で好ましい。また、貫通孔を避けた位置に銀電極を形成することが、裏面ｐ層との電気的な短絡を防止する点で好ましい。これを乾燥・焼成することで、反射防止膜を突き抜けてｎ層と接触した銀電極を形成し、太陽電池が完成する（図４Ｈ）。
つぎに、受光面には電極がなく裏面のみに電極を形成した光透過型の太陽電池の製造方法について説明する。図５Ａにあるような、１個の貫通孔５３Ａが存在する板状シリコン５１を、まず、洗浄する（図５Ｂ）。これは、第１の導電型を有する板状シリコンの表面に存在する有機物や金属イオンなどを除去し、清浄な表面を出すために行なう。つぎに、板状シリコン表面の反射率を低減する目的で、アルカリエッチングや酸エッチングを行なう。この処理により、板状シリコン表面に微細な凹凸を形成できる。その後、第２の導電型を付与する。第２の導電型を付与する場合、気相拡散と固相拡散の方法が挙げられる。
また、図５Ａにあるような貫通孔を有する板状シリコンには、気相拡散を用いることができる。具体的には、オキシ三塩化リン（ＰＯＣｌ３）などを用いた気相拡散を用いれば、太陽電池の受光面となる面だけでなく、板状シリコン表面すべてにｎ層５６が形成される（図５Ｃ）。つぎに、上記拡散工程でｎ層の表面に形成されたリンシリケイトガラスをフッ酸でエッチング除去する。つぎに、太陽電池の特性向上のために受光面側に反射防止膜５５を形成する（図５Ｄ）。反射防止膜は、入射する光を反射させずにできるだけ多くの太陽光を太陽電池に取り込むために設ける膜で、酸化チタン膜、窒化シリコン膜、フッ化マグネシウム膜、酸化ケイ素膜などを用いることができる。これらの膜は、単膜で用いても構わないし、２種類以上の複合膜構造とすることも可能である。この中でも、特に、窒化シリコン膜が好ましい。これは、プラズマＣＶＤ法で製膜することができ、水素が板状シリコンの欠陥などを終端し、セル特性も向上するためである。
つぎに、ｎ層を部分的に除去するために、反射防止膜および裏面側のｎ層表面に耐酸性のある粘着テープ５Ｆｆ，５Ｆｒを貼り付ける（図５Ｅ）。裏面側のｎ層表面には、後述の工程にてｎ側電極が形成されるパターンになるように上記粘着テープを貼り付ける。一方、反射防止膜上にはその全面に粘着テープを貼り付ける。反射防止膜にも粘着テープを貼るのは、この粘着テープがなければ貫通孔を通してエッチング液が裏面側に回り込み，貫通孔の近傍において裏面側に貼り付けた粘着テープと裏面側ｎ層との間でのサイドエッチングが生じるのを防ぐためである。
つぎに、硝酸とフッ酸との混合水溶液を用いて、上記粘着テープを貼らなかった部分のｎ層をエッチング除去した（図５Ｆ）。その後、粘着テープをはがし、アセトンなどの有機溶媒を用いて洗浄した。つづいて、配線用電極を形成するために、銀ペーストを板状シリコンの裏面側の所定の部分に印刷焼成法で形成した（図示せず。）。配線用電極を形成するのは、ｐ側電極はアルミを主成分としていることから、後述の太陽電池間の接続配線のためのはんだ付けがうまくいかないためである。配線用電極の印刷位置は、複数の太陽電池間の電気的な接続のために都合のよい位置を選ぶことができる。
つぎに、上記配線用電極の位置を避けてｐ側電極５８を形成する（図５Ｇ）。低コストなプロセスを用いる場合には、スクリーン印刷法を用いて、アルミペーストを印刷する。このとき、ｎ層が除去されてｐ型板状シリコンが露出する部分に対応した部分が開口したスクリーンマスクを用いることで、所望の位置にアルミペーストを印刷することができる。ただし、アルミペーストがｎ層と接触しないように、ｎ層とｐ層との境界からある程度のマージンをもって離した場所にアルミペーストを印刷する。
スクリーン印刷機は、板状シリコンの撮像のためのカメラ、画像認識のためのコンピュータ、板状シリコンの印刷位置の微調整が可能な試料台を有する。貫通孔をターゲットマークとして用いて、貫通孔の位置とスクリーンマスクの位置合せを行なうことができる。つぎに、印刷されたアルミペーストを乾燥・焼成することでｐ側電極およびｐ＋層を同時に形成する。その後、上記の工程でパターニングされた裏面側のｎ層に接続するｎ側電極を形成する。このｎ側電極は、銀を主成分とした電極が好ましい。具体的には、まず、ｎ側電極は銀ペーストをスクリーン印刷にて塗布する。ｐ側電極をｎ側電極と同一平面に形成するために、ｎ側電極をｐ層およびｐ側電極と接触しないように、ｎ層とｐ層との境界からある程度のマージンをもって離した場所に銀ペーストを印刷する必要がある。最後に、銀ペーストを乾燥・焼成することで、ｎ側電極５４を形成し、太陽電池が完成する（図５Ｈ）。
図６Ｈにあるような構造の太陽電池の場合、板状シリコン６１の貫通孔６３Ａの内面にもｎ側電極６４が形成されている。貫通孔６３Ａの内面には、第２の導電型のｎ層６６が形成され、反射防止膜６５とｐ側電極６８を有する。図６Ｅにおいては、図５Ｅと同様に粘着テープ６Ｆｆ，６Ｆｒを使用している。このように貫通孔の内面に電極を設ける場合は、スクリーン印刷法を用いることが可能である。この場合、スクリーン印刷において銀ペーストは裏面ｎ層上のみならず貫通孔の側面にも印刷塗付される。その後の焼成工程において、ｎ側電極は貫通孔側面に形成された反射防止膜を突き抜けてｎ層と接触する。したがって、図５Ｈの構造に比べると、少数キャリアがｎ層内をｎ側電極まで流れる距離が短くなり、直列抵抗値が小さくなるという点で好ましい。
また、スクリーン印刷法に換えて、スプレー方式で電極を形成する方法を用いることができる。特に、貫通孔の内部にスプレーヘッドを挿入し、電極材料を噴霧し、焼成・乾燥することで電極を形成することができる。このとき、受光面に銀ペーストが付着しないように、上記電極材料の噴霧工程の前に、貫通孔の受光面側を覆うように保護粘着テープを貼るとよい。電極の厚さを適宜変更することで、透過光量を調節することができ、意匠性の高い太陽電池を製造することが可能となる。
なお、ｎ層形成プロセスとして上記に説明した気相拡散、固相拡散は、ｎ側電極を受光面、裏面のどちらに形成する場合にも用いることができることはいうまでもない。リンを含有するシリケートガラス（ＰＳＧ液）などを用いた固相拡散では、板状シリコン表面にＰＳＧ液を滴下し、スピンコートにより、表面に均一な厚さのＰＳＧ膜を形成する。その後、ＰＳＧ膜を乾燥・焼成することで、ｎ層を形成しようとする方法である。
しかしながら、板状シリコンには、厚さ方向に貫通する欠損部（貫通孔または切欠部）を有しているために、スピンナの吸着面には、欠損部と一致するような突起部を設けることが必要となる。このような突起部を設けることで、ｎ層の形成する領域を制御することが可能となる。特に、突起部は、ＰＳＧ液を弾くような材質にするのが好ましい。板状シリコンのスピンナとの接触面には、アルミニウムとゴムを併用することで、吸着性を向上させているために、突起部もアルミニウムとすることが好ましい。さらに、撥液性を向上さるために、その突起部には、微細な凹凸を設けることがより好ましい。このような方法で製造すると、太陽電池の受光面側にのみ、ｎ層を形成することが可能となる。また、ここまで、結晶成長により形成された貫通孔を有する板状シリコンについて重点的に述べてきたが、結晶成長により形成された切欠部を有する板状シリコンについても、シースルー型太陽電池、光入射面の裏面および／または側面に電極を形成したエミッタ・ラップ・アラウンド型太陽電池を容易に製造することが可能となる。ここでいうエミッタ・ラップ・アラウンド型太陽電池とは、エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の貫通孔が、板状シリコンの端部と交叉したものの一種と考えられ、エミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の一種である。
（太陽電池モジュール）
本発明の太陽電池モジュールは、上述の太陽電池を用いたことを特徴とする。上述の太陽電池は、シリコンの利用効率が高く、低価格である。したがって、低価格の太陽電池モジュールを得ることができる。まず、図７Ａおよび図７Ｂに、９つの貫通孔７３Ａを有する板状シリコン７１を用いて製造した複数のエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池の裏面の平面図を示し、電気的に配線する工程について説明する。図７Ｂは、図７ＡにおけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢで切断したときの断面図を示す。この太陽電池は、ｐ側電極７８、ｎ層７６、反射防止膜７５を有する。
まず、ディップ法により、配線用電極７９およびｎ側電極７４に、はんだコートをした。つぎに、図８のように、太陽電池の裏面を上向きにして並べ、太陽電池のｐ側電極上の配線用電極と、隣接する太陽電池のｎ側電極とにまたがるように、銅片８９Ｂを渡した。１つの列には太陽電池を同じ向きに並べ，隣接する列には左右逆向きに太陽電池を並べ、二つの列の一端に位置する二つの太陽電池の間に銅片８９Ａを渡した。最も端に位置する太陽電池の場合、銅片８９Ｐ，８９Ｎはモジュール８３Ｔの外部への取り出し電極となる。
つぎに、太陽電池および銅片を、１９０〜２００℃に温度制御された窒素雰囲気中の電気炉内に１分間通した。この１回の熱処理によって、太陽電池のｎ側電極と銅片、および太陽電池の配線用電極と銅片とをはんだ付けすることができる。銅片は厚さが小さいものを用いる方が、太陽電池モジュールを構成する封止材の厚さを小さくできる点で好ましく、たとえば３５μｍ厚の銅箔を用いることができる。また、図８では銅片８９Ｂは２枚の太陽電池の間に１枚となるように示したが，複数枚の小片に分けてもよい。
さらに、銅片自体にも貫通孔を設け、銅片の表面にあたった光の一部を裏面に透過できるようにしてもよい。複数の太陽電池の配置の間隔を任意に設計することで、太陽電池モジュールの光透過率を設計することもできる。セル間配線工程においては、バイパスダイオードを併用することもできる。太陽電池の一部が影になった場合には、逆耐電圧以上の電圧が太陽電池に印加され、電気的に破損される可能性がある。バイパスダイオードを太陽電池と並列接続することで、影になった太陽電池に逆電圧がかからないようにできるため、太陽電池が破損することを防止できる。
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。太陽電池モジュールは、透光性基板９１１Ａ、９１１Ｃと、封止材９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃと、銅片９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｐ、９９Ｎ、複数の太陽電池９３Ｔとからなる。透光性基板９１１Ａは、白板強化ガラスが用いられる。特に、透光性基板には、光透過性がよく、耐候性に優れ、傷やほこりがつきにくく、水蒸気透過率が小さい材料がより望ましい。なお、ガラスに代わり、アクリル、ポリカーボネート、シリコン樹脂またはフッ素樹脂などを用いてもよい。また、発電効率より意匠性を重視する場合、２枚の透光性基板のうち少なくとも１枚は着色したものを用いてもよい。
封止材９１０Ａ、９１０Ｃは、耐湿性に優れたシート状のＥＶＡ樹脂（エチレンとビニルアルコールとの共重合体）が用いられる。封止材には、光透過性に優れ、太陽電池や他の構成部材との密着性がよく、絶縁耐性が高い材料がより好ましい。なお、ＥＶＡ樹脂に代わり、紫外線劣化の少ないＰＶＢ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｂｕｔｙｒａｌ）などを用いてもよい。
載置される順は、図９Ｂに示すように、透光性基板９１１Ｃ、封止材９１０Ｃ、電気的に配線された複数の太陽電池９３Ｔ、封止材９１０Ａおよび透光性基板９１１Ａである（以下、「被成型体」）という。）。封止材９１０Ａ、９１０Ｃは透光性基板と略同じ主表面形状を持つ。透光性基板の四周に載置された封止材９１０Ｂは、太陽電池と配線された銅片の厚さとを合わせた厚さと略同じ厚さを持つことが好ましい。後述のラミネート工程において、プレスの圧力が太陽電池に過剰にはかからないようにして、太陽電池の割れを防ぐためである。
また、プレス時に過剰な圧力が太陽電池にかからないようにするために、太陽電池の間に適宜スペーサを設けてもよい。スペーサは太陽電池と銅片とのそれぞれの厚さを合わせた厚さと略同じ厚さを持つことが好ましい。さらに、スペーサは透光性であっても不透明であってもよく、また、着色されたものでもよい。シースルー太陽電池モジュールの光透過量を大きくする場合は、透明なものを用いるとよい。着色されたスペーサを用いれば、太陽電池モジュールの美観を変えることができる。着色された透明なスペーサを用いれば，さらに透過光を部分的に着色した色に変えて意匠的な効果を得ることができる。スペーサの材料としては、たとえばガラスを用いることができる。また、太陽電池の貫通孔または切欠部が形成された部分にスペーサを設けてもよい。
太陽電池モジュールは、真空中で加熱しながら加圧成型する、いわゆるラミネート法で製造され、この方法には通常のラミネート装置が用いられる。ラミネート装置は、被成型体を載置する載置台、これに対して開閉自在な開閉台、真空装置および加熱装置からなる。開閉台には、耐熱性のゴムなどからなる境界シートを挟んで上下に２つの空間が形成されている（以下、この２つの空間を「上層」および「下層」という。）。
つぎに、ラミネート法による太陽電池モジュールの製造手順を簡単に説明する。まず、載置台に被成型体をセットする。つづいて、開閉台を閉じて下層を密閉し、上層および下層を共に脱気して、被成型体の内外を真空状態にする。所定時間経過後、上層のみに空気を封入する。これにより、真空状態でのプレス（１ａｔｍ）が行なわれ、透光性基板９１１Ａの上方から均一な圧力がかかることで、封止材と透光性基板および太陽電池とが密着する。さらに、それぞれの接着性を向上させるためオーブンなどで加熱すると、封止材が架橋する。
ついで、この被成型体において、透光性基板より外側にはみ出ている封止材をホットカッターで取り除き、耐湿性および絶縁性を持たせるため、ブチルゴムなどのシール材を被成型体の周縁部分に巻く（図示せず。）。最後に、太陽電池モジュール全体の強度を持たせるために、アルミニウムなどからなるフレーム枠を被成型体の四周に取り付けて、太陽電池モジュールを得ることができる（図示せず。）。
実施例１〜３
得られる板状シリコンの比抵抗が０．５Ω・ｃｍになるように、ボロン濃度を調整したシリコン原料５ｋｇを、高純度カーボン製るつぼに保護された石英るつぼ内に充填し、真空ポンプおよびヒータを備えたチャンバ内に固定した。つぎに、真空ポンプによりチャンバ内の真空引きを行ない、２×１０−５ｔｏｒｒ以下まで減圧した。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、２Ｌ／ｍｉｎでアルゴンガスを常時チャンバ上部から流したままにしておいた。このとき、シリコン溶融用ヒータを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５００℃まで昇温した。シリコン原料が完全に溶融したことを確認したのち、シリコンの融液を１４１５℃に保持し、安定化を図った。
つぎに、温度制御された板状シリコン製造用基板をシリコンの融液へ浸漬させた。このとき、用いた板状シリコン製造用基板は高純度の黒鉛を用い、基板温度２００℃で製造したものを実施例１、５００℃で製造したものを実施例２、９００℃で製造したものを実施例３とした。黒鉛基板は、図１０に示すような形状であり、外周の一辺の長さが１０ｃｍの正方形の基板の中央部に、貫通孔形成部として、９ｃｍ２の外寸３ｃｍ×３ｃｍの正方形の閉じた堀１０２Ｈを加工したものを用いた。堀１０２Ｈの幅は５ｍｍ、深さは５ｍｍであった。
このときの基板の移動速度は、すべて５００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができた。この板状シリコンは、図４Ａに示すように、中央部には約９ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを５０枚製造し、その重量から板厚を換算した。
つぎに、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池の製造を行なった。得られた板状シリコンは、硝酸とフッ酸との混合溶液でエッチングを行ない、その後、３％の水酸化ナトリウム溶液を用いてアルカリエッチングを行なった。その後、ＰＯＣｌ３拡散によりｐ型板状シリコンにｎ層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。
つづいて、裏面側と貫通孔の内面に形成されたｎ層を除去するために、受光面側のｎ層を耐酸性のある保護粘着テープで保護し、硝酸とフッ酸との混合溶液を用いて、エッチングで除去した。裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成した。つぎに、そのｐ型板状シリコンを露出させた部分の裏面側部分だけに、スクリーン印刷法を用いてアルミペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、ｐ型電極およびｐ＋層を同時に形成した。つぎに、スクリーン印刷法を用いて受光面の貫通孔の形成されていない部分に銀ペーストを魚骨型のパターンで印刷した。これを乾燥・焼成し、受光面側の電極を形成した。その後、はんだコートを行ない、太陽電池を製造した。得られた太陽電池は、図４Ｈのような断面形状であった。
製造した太陽電池は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射下にてセル特性の測定を行なった。なお、セル特性の評価方法は、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ Ｃ ８９１３（１９９８））」に従って行なった。太陽電池の面積を９１ｃｍ２として短絡電流密度を計算して得られた結果の平均値を表１に示す。

Figure 0004242294
実施例４〜６
実施例１で用いた板状シリコン製造用基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中央部の貫通孔形成部である堀の面積を１５ｃｍ２（外寸３ｃｍ×５ｃｍ、実施例４）、２０ｃｍ２（外寸４ｃｍ×５ｃｍ、実施例５）、２５ｃｍ２（外寸５ｃｍ×５ｃｍ、実施例６）にしたこと以外すべて実施例１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。また、このときの短絡電流密度を計算する際には太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表２に示す。
Figure 0004242294
比較例１
比較例として、キャスト基板（多結晶のシリコンウェハ）を用いて、貫通孔を有する太陽電池を製造した。キャスト基板は、板厚３５０μｍ、一辺１０ｃｍの正方形であり、その中央部には１５ｃｍ２の大きさになるように、Ｎｄ−ＹＡＧレーザにて貫通孔を形成した。上記キャスト基板の表面にはシリコンインゴットから切り出した時の加工ダメージ層が存在し、また、上記貫通孔の近傍にはレーザ加工時にダメージ層が発生していた。これらのダメージ層を完全に除去するために、上記キャスト基板を水酸化ナトリウム水溶液を用いて５０μｍだけエッチングした。つぎに、上記キャスト基板を用いて実施例１と同様にして太陽電池を製造し、その特性を評価した。このときの短絡電流密度を計算する際には、太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表２に示す。
セル効率は同様の形状の実施例４よりも高いものの、キャスト基板製造時のスライスロス、レーザによる貫通孔形成での原料ロス、貫通孔形成プロセスの増加なども考慮すると、単位発電量あたりのコストは実施例４〜６よりも高くなった。
実施例７〜９
実施例１〜３で用いた板状シリコン製造用基板の表面に、図２に示すようなピラミッド状の突起（表面凹凸）を形成してある黒鉛基板を用いたこと以外すべて実施例１〜３と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。基板温度を３００℃としたものを実施例７、６００℃としたものを実施例８、９００℃としたものを実施例９とした。
用いた黒鉛基板は、機械加工によって略平面を有する板状シリコン製造用基板の表面に、断面形状がＶ字型のホイールで一方向に溝を形成し、その後、９０°回転させて、もう一方向に溝を形成することで、ピラミッド状の表面凹凸形状を作製した。このときの突起（凸部）のピッチは２．５ｍｍであり、突起の高さ（凸部と凹部の高低差）は、０．２ｍｍであった。表面をピラミッド状に加工した後、実施例１と同様に、基板中央部に貫通孔形成部として９ｃｍ２の外寸３ｃｍ×３ｃｍの正方形の閉じた堀を加工した。上記堀の幅は５ｍｍ、深さは５ｍｍとした。また、この堀は、ピラミッド状の突起１４４個（１２個×１２個）が形成される部分に設けた。得られた太陽電池の特性（平均値）を表３に示す。
Figure 0004242294
実施例１０
実施例１で用いた板状シリコン製造用基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中に貫通孔形成部として大きさ１ｃｍ２の正方形の９個の貫通孔を３×３のマトリクス状に同じ向きに２ｃｍの間隔で並べたこと以外、すべて実施例１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。得られた結果は、平均値でセル効率１３．０％であった。実施例１と比較すると、セル効率ではほとんど差はないが、透過する光が分散されていた。
実施例１１
得られる板状シリコンの比抵抗が２Ω・ｃｍになるように、ボロン濃度を調整したシリコン原料５ｋｇを、高純度カーボン製るつぼ内に充填し、真空ポンプおよびヒータを備えたチャンバ内に固定した。つぎに、真空ポンプによりチャンバ内の真空引きを行ない、２×１０−５ｔｏｒｒ以下まで減圧した。そのまま、シリコン溶融用ヒータを２０℃／ｍｉｎの昇温速度で１３００℃まで昇温した。その後、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、常圧まで戻したのち、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１５５０℃まで昇温した。昇温の途中は、０．５Ｌ／ｍｉｎでアルゴンガスを常時チャンバ上部から流したままにしておいた。設定温度が安定し、かつシリコン原料が完全に溶融したことを確認したのち、シリコンの融液の温度を１４１５℃に保持した。
つぎに、温度制御された板状シリコン製造用基板をシリコンの融液へ浸漬させた。このとき、用いた基板は高純度の黒鉛を用い、基板の温度は４００℃として行なった。黒鉛基板は、図１１Ｂに示すような基板を４分割した形状であり、外周の一辺の長さが５ｃｍの正方形で、板状シリコンの成長面を有する基板の一角が欠落した基板（５角形）１１２Ｈ，１１２Ｉ，１１２Ｊ，１１２Ｇを用いた。このような基板を４枚あわせて、貫通孔形成部として面積が９ｃｍ２の凹部１１２Ｋを中央に有する一体の板状シリコン製造用基板を用いた。外周の一辺が１０ｃｍの正方形の板状シリコンであって、その中央部に貫通孔１１１Ａを有する板状シリコン１１１が得られた。
このときの板状シリコン製造用基板の移動速度は、すべて２００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができ、その板状シリコンの中央部には約９ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを３０枚製造し、その重量から板厚を換算した。つぎに、得られた板状シリコンを用いて、太陽電池の製造を行なった。得られた板状シリコンは、３％の水酸化ナトリウム溶液を用いてアルカリエッチングを行なった。
その後、受光面の貫通孔の形成されていない部分にＰＳＧ膜を形成し、熱処理により、ｐ型板状シリコンにｎ層を形成した。板状シリコン表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。つぎに、裏面側に形成されたｎ層を除去するために、受光面側のｎ層を耐酸性のある保護粘着テープで保護し、硝酸とフッ酸との混合溶液を用いて、エッチングで除去した。
つづいて、裏面の所定の位置に配線用電極となる銀ペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、配線用電極を形成した。その後、ｐ型板状シリコンを露出させた部分の裏面側だけに、スクリーン印刷法を用いてアルミペーストを印刷した。これを乾燥・焼成し、ｐ型電極およびｐ＋層を同時に形成した。つぎに、スクリーン印刷法を用いて銀ペーストを魚骨型のパターンで貫通孔の形成されていない部分に印刷した。これを乾燥・焼成し、受光面側の電極を形成した。その後、はんだコートを行ない、太陽電池を製造した。製造した太陽電池は、実施例１と同様の方法にて測定した。得られた結果は、平均値でセル効率１４．６％であった。ただし、得られたセル効率は、非発電部分を除外して求めた結果である。
実施例１２
１ｃｍ２の面積を有する正方形の１６個の貫通孔を４×４のマトリクス状に同じ向きに１ｃｍの間隔で並べた１枚の板状シリコン製造用基板を用いたこと以外はすべて実施例１１と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。ただし、得られたセル効率は、非発電部分を除外して求めた結果である。得られた結果は、平均値でセル効率１４．４％であった。セル効率では、ほとんど差はないことから、発電領域の太陽電池の特性はほとんど影響がないことが確認できた。また、実施例１１より、さらに透過する光が増加していることを確認した。
実施例１３、１４
図１３Ｂの板状シリコン製造用基板を用いた以外、実施例１と同様にして板状シリコンを製造し、その板状シリコンを用いて太陽電池を製造した。図１３Ｂの基板１３２Ｓは、一辺１０ｃｍの正方形のシリコン結晶成長面を有していた。また、上記成長面は、貫通孔形成部１３２Ａとして縦横とも１ｃｍおきに直径４ｍｍ、深さ３ｍｍの円錐状の凹部を８１個有していた。上記の貫通孔形成部を除いて上記成長面がほぼ平坦な形状の基板を用いた場合を実施例１３、上記の貫通孔形成部に加えて上記成長面にピッチ２ｍｍ、高さ０．２ｍｍの四角錘形状の突起を施した基板を用いた場合を実施例１４とする。どちらの基板を用いた場合も、基板の凹部に対応して直径約４ｍｍの略円形の貫通孔１３３Ａが８１個形成されている板状シリコン１３１が得られた。これらの板状シリコンを用いて、図７Ｂと同様の断面構造を持つ太陽電池を製造した。特性評価の結果を表４に示す。
Figure 0004242294
また、得られた太陽電池５４個を直列に接続し、太陽電池モジュールを製造した。モジュール変換効率は実施例１３、１４でそれぞれ９．２％、１０．０％であった。このモジュールは光入射面側に電極を有さず、外観も美しく、意匠性の高いシースルー型の太陽電池モジュールであった。本実施例では、貫通孔をもつ板状シリコンの例を示したが、図３Ａに示したような切欠部をもつ板状シリコンについても同様の方法で、太陽電池、太陽電池モジュールの製造が可能であった。
実施例１５〜１７
板状シリコン製造用基板として、外周の一辺の長さが１０ｃｍの正方形の中央部に、貫通孔形成部として１０ｃｍ２の正方形の孔が１つ開いている高純度黒鉛基板を用いて、実施例１〜３と同様にして板状シリコンを製造した。ここで、黒鉛基板温度２００℃、５００℃、９００℃で製造したものを、それぞれ実施例１５、１６、１７とした。
このときの基板の移動速度は、すべて５００ｃｍ／ｍｉｎで行なった。黒鉛基板上に得られた板状シリコンは、黒鉛基板から容易に剥離することができ、その板状シリコンの中央部には約１０ｃｍ２の貫通孔が形成されていることを目視で確認した。このようにして得られた板状シリコンを５０枚製造し、その重量から板厚を換算した。
つぎに、得られた板状シリコンを用いて、実施例１〜３と同様にして、太陽電池の製造を行なった。製造した太陽電池は、実施例１と同様の方法で測定した。太陽電池の面積を９０ｃｍ２として短絡電流密度を計算して得られた結果の平均値を表５に示す。
Figure 0004242294
実施例１８〜２０
実施例１５で用いた基板において、一辺が１０ｃｍの正方形の中央部の貫通孔形成部である正方形の孔の面積が１５ｃｍ２（実施例１８）、２０ｃｍ２（実施例１９）、２５ｃｍ２（実施例２０）にしたこと以外すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。また、このときの短絡電流密度を計算する際には、太陽電池の面積を１００ｃｍ２として得られた結果を表６に示す。
Figure 0004242294
実施例２１〜２３
実施例１５で用いた基板の表面に、ピラミッド状の突起（表面凹凸）を形成してある黒鉛基板を用いたこと以外すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。基板温度が３００℃としたものを実施例２１、６００℃としたものを実施例２２、９００℃としたものを実施例２３とした。得られた結果の平均値を表７に示す。
用いた黒鉛基板は、機械加工によって略平面を有する基板表面に、断面形状がＶ字型のホイールで一方向に溝を形成し、その後、９０°回転させて、もう一方向に溝を形成することで、ピラミッド状の表面凹凸形状を作製した。このときの突起（凸部）のピッチは２．５ｍｍであり、突起の高さ（凸部と凹部の高低差）は、０．４ｍｍであった。
Figure 0004242294
実施例２４
直径１．２ｃｍの円筒状の９個の貫通孔を３×３のマトリクス状に、互いの中心点間の距離が２．５ｃｍとなる位置に設けたこと以外は、すべて実施例１５と同様にして、板状シリコンを製造し、太陽電池の製造を行ない、その評価を行なった。得られた結果は、平均値でセル効率１３．０％であった。実施例１５と比較すると、セル効率では、ほとんど差はなかったが、透過する光が分散されていた。
産業上の利用可能性
本発明の板状シリコンの製造方法により、レーザ加工や機械加工などのプロセスを経ることなく、貫通孔または切欠部を有する板状シリコンを低コストで製造することが可能となる。また、その方法で得られた板状シリコンから太陽電池、太陽電池モジュールを製造することで、意匠性の高い、光透過型（シースルー型）の太陽電池、太陽電池モジュールまたはエミッタ・ラップ・スルー型太陽電池、太陽電池モジュールを低価格で供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１Ｂは、貫通孔形成部が凸部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図であり、図１Ｃは、貫通孔形成部が凹部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２は、本発明の板状シリコン製造用基板における、シリコン結晶成長面の平面図である。
図３Ａは、切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図３Ｂは、切欠部形成部が凸部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図であり、図３Ｃは、切欠部形成部が凹部である本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図４Ａ〜図４Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
図５Ａ〜図５Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の他の製造方法を示す工程図である。
図６Ａ〜図６Ｈは、貫通孔を有する板状シリコンを用いた本発明の太陽電池の他の製造方法を示す工程図である。
図７Ａは、貫通孔を有する本発明の太陽電池の裏面の平面図である。また、図７Ｂは、図７ＡにおけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢで切断したときの断面図である。
図８は、貫通孔を有する本発明の太陽電池を配線した状態を示す平面図である。
図９Ａは、貫通孔を有する本発明の太陽電池を用いて製造した太陽電池モジュールの平面図であり、図９Ｂは、その断面図である。
図１０は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１１Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図であり、図１１Ｂは、貫通孔形成部を有する本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１２は、本発明の板状シリコンの製造方法で用いる製造装置の断面図である。
図１３Ａは、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１３Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１４は、貫通孔を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１５は、切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１６Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１６Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１７は、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。
図１８Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１８Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図１９Ａは、貫通孔および切欠部を有する本発明の板状シリコンの斜視図である。また、図１９Ｂは、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２０は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２１は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。
図２２は、本発明の板状シリコン製造用基板の斜視図である。Technical field
The present invention relates to a method for producing plate-like silicon in which a substrate is brought into contact with a silicon melt and crystal growth of silicon on the surface of the substrate, a substrate used in the production method, and plate-like silicon produced by the method. Moreover, this invention relates to the solar cell and solar cell module which were manufactured using the plate-shaped silicon.
Background art
Conventionally, solar cells have been manufactured using single crystal silicon wafers. However, a single crystal silicon wafer is a very expensive wafer because a silicon ingot is manufactured over a long period of time, and a solar cell manufactured therefrom is also very expensive.
On the other hand, in recent years, the cost reduction of silicon solar cells using polycrystalline silicon has progressed, and the production volume has increased remarkably. However, considering further spread of solar cells, it is a situation that requires further cost reduction.
Currently, the wafers used for solar cells that are rapidly spreading are mainly polycrystalline silicon. As the method for producing polycrystalline silicon, for example, polycrystalline silicon produced by using a casting method as disclosed in JP-A-11-21120 is often used. In the casting method, silicon melted in the crucible is gradually cooled from the bottom of the crucible to solidify the silicon, thereby obtaining an ingot (lumps) mainly composed of long crystal grains grown from the bottom of the crucible. Furthermore, the wafer which can be used for solar cells is completed by slicing this ingot into a thin plate shape. In this method, the loss of silicon due to slicing and the time and cost spent for the slicing process are problematic.
As a method for producing polycrystalline silicon, the present inventors have introduced a method for producing plate-like silicon that does not require a slicing step and can be mass-produced at low cost in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-223172. When the plate-like silicon manufacturing method is applied to silicon, slicing loss can be eliminated, the time required for the slicing process can be reduced, and mass production of polycrystalline silicon can be achieved at low cost.
While there is an urgent need to reduce the cost of solar cells, higher efficiency is also required. As a method for increasing the efficiency of a silicon solar cell using a silicon wafer, A. Kress et al. , "10x10cm 2 In order to avoid light loss due to the electrodes arranged on the light incident surface of the solar cell, as described in SCREEN PRINTERED BACK CONTACT CELL WITH A SELECTIVE EMITTER ", Proc. 28th IEEE PVSC 2000, pp. 213-216, A method has been proposed in which a hole is made in a silicon wafer and an electrode on the light incident surface is arranged on the back surface side (emitter-wrap-through solar cell). They are trying to eliminate the light loss caused by the electrodes and to obtain a highly efficient solar cell.
Research has also been conducted on solar cells in which holes are formed in a silicon wafer by different methods. For example, Arnd Boueke et al. "Latest results of semi-transparent POWER silicon silicon cells", Technical Digest of the International PVSEC-11, Sapporo, Hokaido, Japan, 1999. 135 to 136, V groove processing is mechanically performed on one side of the silicon wafer, and V groove processing is performed on the other surface so as to be orthogonal to the groove. There has been proposed a method of forming a through-hole in this portion. Solar cells manufactured using silicon that has been grooved by this method have a structure that allows light to pass through because of the through-holes, and a cell structure that allows reuse of the transmitted light. Thus, we are trying to obtain a more efficient solar cell.
In addition to being used for residential use, such transmission-type solar cells with through-holes are expected to be used for windows and exterior walls of buildings, etc. Is a necessary technology. In any case, when manufacturing a transmissive solar cell, from a single crystal wafer such as CZ (Czochralski) or FZ (Floating Zone), a wafer such as a cast substrate, an electromagnetic cast substrate, a ribbon wafer, It is always necessary to make a hole penetrating from the front surface to the back surface of the wafer.
However, in general, in order to manufacture a solar cell having a through hole using a wafer having a shape used for a solar cell, processing such as making a hole in a silicon wafer with a laser or the like is required. Therefore, not only the number of processes to complete the solar cell is increased, but also through the solar cell manufacturing process accompanied by heat, due to the increase of defects introduced in the damage layer generated at the time of hole formation, the solar cell characteristics It is conceivable that there is a risk of lowering. Further, since holes are formed in the wafer, the utilization efficiency of silicon is deteriorated, and as a result, the price of solar cells and solar cell modules increases.
In addition, Arnd Boueke et al. "Latest results of semi-transparent POWER silicon silicon cells", Technical Digest of the International PVSEC-11, Sapporo, Hokaido, Japan, 1999. As shown in 135 to 136, when the groove is formed by machining, a through hole is formed by using a dicer. In this method, since the V-shaped grooves are formed by machining on both surfaces of the silicon wafer, the utilization efficiency of silicon becomes very poor. Furthermore, since there is a damaged layer due to machining on both surfaces of the wafer, a step of completely removing the damaged layer is further required. When the solar cell is manufactured without completely removing the damaged layer, it is expected that the leakage at the junction increases and the cell characteristics deteriorate. In addition, due to the groove processing from both sides of the silicon wafer, the cost of solar cells and solar cell modules increases as a result of a decrease in silicon utilization efficiency and an increase in processes.
Therefore, high-design light-transmitting (see-through) solar cells, solar cell modules, emitter-wrap-through solar cells, and solar cell modules that can increase the demand for solar cells are provided at low cost. For this purpose, it is necessary to obtain a silicon wafer (plate-like silicon) having a through hole and / or a notch at low cost without requiring processing that leads to an increase in processes such as laser processing and machining.
Disclosure of the invention
As a result of diligent research, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by devising the substrate shape used in the plate-like silicon manufacturing method described in JP-A-2001-223172. It came to complete.
The method for producing plate-like silicon according to the present invention is a method in which a substrate is brought into contact with a silicon melt, and silicon is crystal-grown on the surface of the substrate. The method includes a step of forming a through hole and / or a notch. In carrying out this manufacturing method, the substrate preferably has a through-hole forming part and / or a notch forming part. Further, the substrate is provided with protrusions periodically arranged on the surface in contact with the silicon melt, and a through-hole forming portion and / or a notch forming portion is provided in a portion where one or more protrusions are formed. Are preferred.
The board | substrate for plate-shaped silicon manufacture of this invention has a through-hole formation part and / or a notch part formation part, It is characterized by the above-mentioned. The through hole forming portion is a convex portion or a concave portion on the surface of the substrate, and the height dimension of the convex portion or the depth dimension of the concave portion is preferably larger than the thickness dimension of the plate-like silicon on which the crystal is grown. On the other hand, the notch portion forming portion is a convex portion or a concave portion on the surface of the substrate, and the height dimension of the convex portion or the depth dimension of the concave portion is preferably larger than the thickness dimension of the plate-like silicon for crystal growth.
The plate-like silicon of the present invention is manufactured by the method described above, and has a through hole and / or a notch. In addition, the solar cell of the present invention is manufactured using this plate-like silicon, and preferably has electrodes disposed on the back surface and / or side surface of the light incident surface. The solar cell module of the present invention is characterized by using this solar cell.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Plate-shaped silicon manufacturing substrate)
The substrate for producing a plate-like silicon of the present invention is used in a plate-like silicon production method in which a substrate is brought into contact with a silicon melt and silicon is crystal-grown on the substrate surface, and a through-hole forming portion and / or a notch forming portion is used. It is characterized by having. By using a substrate having such characteristics, through holes and / or notches can be formed in the plate-like silicon while crystal growth of the plate-like silicon on the substrate surface. For this reason, it becomes possible to manufacture plate-like silicon having a through hole and a notch at a low cost without a process such as laser processing or machining. In addition, by manufacturing solar cells and solar cell modules from this plate-like silicon, highly design, light transmissive solar cells, solar cell modules, or emitter-wrap through solar cells and solar cell modules can be reduced. It can be supplied at a price, and the demand for solar cells can be expanded.
Next, the characteristics of the substrate used in the method for producing a plate-like silicon having a through hole formed by crystal growth in the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1C. FIG. 1A shows a plate-like silicon 11 having a through-hole 13A formed by crystal growth, and FIGS. 1B and 1C show substrates 12AS and 12ES brought into contact with a silicon melt during the growth of the plate-like silicon. The substrate has through-hole forming portions 12A and 12E on the silicon growth surface. When the silicon growth surface of the substrate is brought into contact with the silicon melt, a through hole formed by crystal growth can be formed at a position corresponding to the through hole forming portion for reasons described later. As the through hole forming portion formed in the substrate, a convex portion 12A as shown in FIG. 1B and / or a concave portion 12E as shown in FIG. 1C may be formed.
When the substrate having the convex portion 12A as shown in FIG. 1B is brought into contact with the silicon melt, the silicon melt cannot cover the convex portion 12A due to a large surface tension, resulting in a through hole being formed. The plate-like silicon and the silicon grown on the upper surface of the convex portion 12A are obtained. Peeling from the substrate is easy, and plate-like silicon having through holes formed by crystal growth can be easily obtained.
The same applies to the case where the substrate of FIG. 1C is brought into contact with the silicon melt, and the silicon melt cannot cover the recess 12E due to a large surface tension. Therefore, plate-like silicon having through holes and silicon grown on the lower plane of the recess 12E are obtained. The plate-like silicon can be easily peeled from the substrate, and a plate-like silicon having a through-hole formed by crystal growth can be easily obtained.
When the depth dimension of the recess 12E in FIG. 1C is about 1 mm or more, if the width dimension is about 5 mm or less, the silicon melt does not contact the lower surface of the recess 12E, and silicon does not grow in that portion. Therefore, in this case, only plate-like silicon having a through hole is obtained. In order to manufacture only the silicon plate having a through hole with a width dimension of 5 mm or more formed by crystal growth, the depth dimension of the recess 12E may be further increased.
In order to form a through hole with good reproducibility by the convex portion 12A of FIG. 1B and the concave portion 12E of FIG. 1C, the height dimension of the convex part or the depth dimension of the concave part is larger than the thickness dimension of the plate-like silicon to be grown. It is desirable. Although different depending on the thickness dimension of the silicon plate to be grown, generally, the height dimension of the convex part and the depth dimension of the concave part are more preferably 1 mm or more in order to form the through hole with good reproducibility.
A substrate 102S having a structure like a closed groove as shown in FIG. 10 can be used as a through-hole forming portion having a large area. In this case, plate-like silicon having through holes grows outside the portion surrounded by the closed groove 102H, and plate-like silicon also grows inside. The plate-like silicon grown on the inside can be used for manufacturing small-area solar cells after peeling from the substrate, or can be reused by putting it in a crucible. it can.
Further, since the surface tension of the silicon melt decreases with temperature, the lower the temperature of the silicon melt, the easier it is to form plate-like silicon having through holes. The temperature of the silicon melt is preferably not less than the melting point of silicon and not more than 50 ° C. higher than the melting point of silicon.
The ease of production of the plate-like silicon having the through holes varies depending on the wettability of the substrate to the silicon melt. When the wettability of the substrate to the silicon melt is high, the silicon melt is dominated by the interfacial energy with the substrate rather than the surface tension of the melt itself. It becomes easy to cover the recess 12E. Therefore, it is preferable that the wettability of the substrate to the silicon melt is low. Since the wettability depends not only on the material of the substrate but also on the roughness of the substrate surface, it is preferable to change the material, the surface roughness, etc. according to the situation.
In order to control the surface roughness of the substrate with good reproducibility, a mode in which protrusions are periodically arranged in parallel on the surface of the substrate in contact with the silicon melt is preferable. The size of the protrusion is preferably such that it does not break the silicon plate. For example, as shown in FIG. 2, it is preferable to process the surface into a shape in which square pyramids of the same size as the protrusions 22C are periodically arranged in the same direction on the surface 22 of the substrate that contacts the silicon melt. According to such an embodiment, the starting point of the crystal growth of the plate-like silicon can be located in the vicinity of the tip of the quadrangular pyramid. Further, a mode in which the through hole forming portion 22A and / or the notch forming portion is provided in a portion where one or more protrusions are formed is preferable. With this aspect, the in-plane uniformity of the plate-like silicon can be maintained. In FIG. 1B and FIG. 1C, only the through hole forming portion is shown, and the protrusions on the substrate surface are not shown.
In the example of FIG. 1A, the case where there are four through holes formed by crystal growth is illustrated, but the number and shape of the through holes are not limited to those shown in this figure. The position, shape, number, size, and the like of the through holes can be appropriately selected by designing the through hole forming portion of the substrate according to the purpose, such as the amount of light that passes through the plate-like silicon. Moreover, it can manufacture similarly in the case of the plate-like silicon 31 which has the notch part 31B as shown to FIG. 3A instead of a through-hole. That is, the plate-like silicon having the notch portion uses the substrate 32BS having the convex portion 32B as shown in FIG. 3B as the notch portion forming portion or the substrate 32FS having the concave portion 32F as shown in FIG. 3C as the notch portion forming portion. Can be manufactured in the same manner.
The notch forming part is a convex part or concave part on the surface of the substrate, and the height dimension of the convex part or the depth dimension of the concave part is the thickness dimension of the plate-like silicon on which the crystal is grown in order to form the notch part with high reproducibility. Larger ones are preferred. Although it varies depending on the thickness dimension of the silicon plate to be grown, generally, the height dimension of the convex part and the depth dimension of the concave part are more preferably 1 mm or more in order to form the notch with good reproducibility. Furthermore, one plate-like silicon manufacturing substrate may have a through-hole forming portion and a notch forming portion at the same time. By appropriately designing the position, size, shape, and the like of the through hole forming portion and the notch forming portion of the plate-like silicon manufacturing substrate, it is possible to manufacture plate silicon having a through hole and a notch having an arbitrary shape. Further, a plurality of substrates for growing one plate-like silicon may be used.
A specific embodiment of the structure of the plate-like silicon manufacturing substrate and the shape of the plate-like silicon manufactured using the substrate will be described with reference to FIGS. 16A to 19B. However, the substrate shape and the shape of the plate-like silicon described here are merely one embodiment, and the scope of the present invention is not limited to the examples given here.
The substrate 162 in FIG. 16B has a concavo-convex structure on the substrate surface. That is, the substrate 162 for growing plate-like silicon has dot-like projections (projections) 162C and depressions 162D existing on the growth surface of the plate-like silicon. Since the plate-like silicon 161 shown in FIG. 16A starts to grow from the vicinity of the tip of the dot-like projection (projection) 162C of the substrate 162, the notch 161B from the outer periphery of the plate-like silicon and the plate-like shape are arranged depending on the arrangement of the depressions. The through hole 161A inside the silicon can be easily manufactured.
Thus, by forming grooves intersecting at right angles on the substrate surface, and further providing a through hole forming portion and a notch portion forming portion on the substrate surface, uniform plate-like silicon having a through hole and a notch portion can be easily obtained. Can be manufactured. Instead of forming through holes and notches in the obtained plate-like silicon, defects are introduced into the obtained plate-like silicon by providing a through-hole forming portion and a notch portion forming portion on the substrate side in advance. It is possible to obtain a desired plate-like silicon in which a through hole and a notch are formed.
Furthermore, in order to obtain the plate-like silicon 171 in FIG. 17, it can be manufactured by using a substrate having a concavo-convex structure in which the dot-like convex portions (projections) in FIG. 16B become linear convex portions (projections). Become. Since the plate-like silicon 171 starts to grow from the vicinity of the tip of the linear convex portion (projection), the plate-like silicon 171 can be manufactured as shown in FIG. 17 by arranging the concave portions. Further, by providing the substrate with a through-hole forming part and a notch part forming part, it becomes possible to produce the notch part 171B from the outer peripheral part of the plate-like silicon and the through-hole 171A inside the plate-like silicon. As described above, by forming a plurality of parallel grooves on the substrate surface and providing the through hole forming portion and the notch portion forming portion, uniform plate-like silicon having the through hole and the notch portion can be easily formed. be able to.
In both cases, the plate-like silicon shown in FIGS. 16A and 17 is a plate having a through hole and a notch at an arbitrary place by providing a through hole forming part and a notch forming part on the substrate surface. Can be obtained. That is, the shape of the obtained silicon plate can be controlled by the substrate. Further, the surface of the plate-like silicon can be controlled to have a curved surface structure.
FIG. 18B shows a plate-like silicon manufacturing substrate 182 having a through-hole forming portion 182A and a notch forming portion 182B. FIG. 18A shows the shape of the plate-like silicon 181 obtained using the substrate. By providing the substrate 182 with the notch forming part 182B and the through hole forming part 182A, the plate-like silicon 181 having the notch 181B and the through hole 181A at a position corresponding to the substrate 182 can be easily grown. Since the through hole forming portion 182A and the notch forming portion 182B of the substrate 182 can be easily manufactured by machining, a plate-shaped silicon having a desired shape can be easily manufactured. In the substrate 182, the hatched portion 18Sb becomes the growth surface of the plate-like silicon 181.
So far, the shape of the plate-like silicon manufactured from one substrate has been described, but it is possible to obtain a plate-like silicon having the same shape even if a plurality of substrates are used. 19A and 19B show an example in which a single plate-like silicon is grown using a plurality of substrates. That is, as shown in FIG. 19B, even when two independent substrates 192L and 192R are used, a plate-like silicon 191 having a notch 191B and a through-hole 191A extending from the outer periphery of the plate-like silicon to the inside can be obtained. Each of the substrate 192L and the substrate 192R is a substrate having only a notch portion. However, by combining the substrate 192L and the substrate 192R, a through-hole forming portion 192E and a notch portion forming portion 192F are newly formed. Therefore, even if there are a plurality of substrates, if at least one of the substrates has a through hole forming portion and / or a notch forming portion, a plate-like silicon having a through hole and / or a notch is manufactured. can do.
For example, considering two substrates, even if one substrate does not have a through-hole forming portion or a notch forming portion, it is sufficient if the other substrate has a hole or notch. Moreover, as an effect of having a plurality of substrates, it is possible to bring about the same effect as the unevenness existing on the substrate surface. This means that a slight gap may be formed without completely contacting the individual substrates. If a gap of 5 mm or more is left between the substrates, there is a tendency that it is difficult to obtain a single sheet of silicon due to the surface tension of silicon.
Furthermore, the plate-like silicon of the present invention can be manufactured by using four pentagonal substrates as shown in FIG. In FIG. 11, a hole 112K penetrating the substrate can be formed by combining four independent substrates 112G, 112H, 112I, and 112J. By using the substrate thus obtained, it is possible to manufacture the plate-like silicon 111 having the through hole 111A. Each of the independent substrates 112G, 112H, 112I, and 112J has a pentagonal shape, but if the four substrates are combined to produce a single plate-like silicon 111, there are four substrates. The substrate combined with has a through hole 112K.
The through hole 112K of the substrate corresponding to the through hole 111A of the plate-like silicon 111 does not necessarily have to penetrate the substrate. That is, if the silicon plate does not grow, it may be a recess. It is necessary to determine whether to make a through hole or a recess depending on the material and shape of the substrate surface, the wettability between the melt material and the substrate, the surface tension of the melt material, and the like. For example, when a material that easily wets with the melt is used as the substrate, a through-hole is preferred rather than a recess. That is, if the silicon melt and the substrate are easily wetted, the melt may enter the concave portion of the substrate.
It is preferable that the substrate surface on which the plate-like silicon grows has a concavo-convex structure composed of dot-like convex portions (projections) as shown in FIG. The pitch, width, depth, groove shape, and the like of the concavo-convex structure may be appropriately selected, but are preferably 0.5 mm pitch or more and 5 mm pitch or less, and more preferably 1 mm pitch or more and 3 mm pitch or less. The pitch here refers to the distance between the convex portions (projections). This is because, when the pitch is 0.5 mm or less, the crystal characteristics of the obtained plate-like silicon become fine, so that the cell characteristics when a solar cell is manufactured deteriorates. When the pitch is 5 mm or more, the crystal grains tend to increase, but the surface roughness of the manufactured silicon plate increases, and the number of processes increases for manufacturing solar cells, and a simple and low-cost process is used. This is because it becomes difficult.
Moreover, the depth of a pitch is 0.1 mm or more and 5 mm or less, More preferably, it is 0.2 mm or more and 2 mm or less. The depth here refers to the height dimension of the convex portion (projection) or the height difference between the convex portion and the concave portion. This is because if the depth is less than 0.1 mm, crystal nuclei are not necessarily generated in the vicinity of the tip portion of the projection (projection), although the location where the crystal nuclei are formed is defined. . On the other hand, if the groove is deeper than 5 mm, plate-like silicon is formed along the substrate shape, the surface irregularities are increased, and the number of processes for manufacturing solar cells is increased, and a simple and low-cost process is performed. This is because it becomes difficult to use.
The cross-sectional shape of the groove may be a V-shaped cross section, a U-shaped cross section, or a trapezoidal cross section. The V-shaped cross-sectional shape is, for example, the shape shown in FIG. 16B or FIG. 20, and the U-shaped cross-sectional shape is, for example, the shape as shown in FIG. The shape refers to a shape as shown in FIG. 22, for example.
When the substrate itself is made of metal or the like, microfabrication is relatively easy, but there is a possibility that it will be incorporated as impurities into the obtained silicon plate. Therefore, it is preferable to use high purity graphite as the material of the substrate. However, since high-purity graphite is obtained by solidifying graphite particles, there is a limit to fine processing. In this regard, the tip of the projection (projection) does not necessarily have to be sharp, and may have a rounded shape. That is, it suffices if there is a portion serving as a starting point for crystal growth. As described above, the control of the concavo-convex structure on the peeling surface side of the plate-like silicon is greatly influenced by the surface shape of the substrate, and further, the substrate temperature such as the melt temperature, the substrate temperature, and the traveling speed of the substrate is It also depends on the immersion conditions.
A high-purity film may be formed on the surface of the substrate. Coating materials include aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), And is preferably coated with at least one material selected from pyrolytic carbon and diamond. That is, the presence of a high-purity coating on the substrate surface can avoid contamination of the obtained plate-like silicon from the substrate. Furthermore, by selecting a material that covers the surface of the substrate that comes into contact with the melt, it is possible to control the entrance of the melt into the concave portion of the substrate surface. That is, by using a material having low wettability with respect to the silicon melt, entry into the concave portion of the substrate can be prevented. On the other hand, if a material with high wettability is used, the possibility that the melt enters the concave portion of the substrate increases, the unevenness of the obtained plate-like silicon tends to be large, and peeling from the substrate tends to be difficult. .
However, even if a material having high wettability is coated with a material having a layer structure such as pyrolytic carbon, the coating film itself peels off, so that the plate-like silicon can be easily peeled off from the substrate. Thus, by appropriately selecting the film material of the outermost surface of the concavo-convex structure, it becomes possible to control the shape and peelability of the peeled surface of the plate-like silicon grown on the substrate surface. A plurality of coatings may exist on the substrate surface. For example, it is possible to coat the convex portions (protrusions) of the substrate with a material having high wettability and other than the convex portions (protrusions) with a material having low wettability. As a result, since the protrusions (projections) have high wettability, crystal nuclei are easily generated, and crystal growth is facilitated by heat removal from the substrate. At this time, since the recess has low wettability, the melt hardly enters.
It is preferable to use SiC, diamond, or pyrolytic carbon for the convex portion (protrusion). On the other hand, in the recess, BN, Si 3 N 4 Is preferably used. In particular, it is preferable to use a film forming method such as a CVD method for the film used for the convex portions (projections). The material used for the recess is BN or Si. 3 N 4 It is preferable to use a method of drying and firing after spraying a slurry obtained by pulverizing and mixing particles (powder) with a binder in a pot mill. Although the coating material on the substrate surface is coated with one or more kinds of materials, it is preferable that the thermal expansion coefficients of the materials are not extremely different. This is to prevent the coating from peeling off due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate surface exposed to high temperature and the temperature-controlled substrate side. That is, when coating with two or more types of materials, it is preferable to design appropriately in consideration of the coating thickness, thermal expansion coefficient, thermal conductivity, and the like.
(Method for producing plate-like silicon)
The method for producing plate-like silicon according to the present invention is a method in which a substrate is brought into contact with a silicon melt, and silicon is crystal-grown on the surface of the substrate. The method includes a step of forming a through hole and / or a notch. Forming through-holes and notches while growing plate-like silicon on the surface of the substrate, processes such as laser processing and machining are not required, and plate-like silicon having through-holes and notches is manufactured at low cost. be able to.
An example of the manufacturing apparatus used when implementing the manufacturing method of the plate-shaped silicon of this invention is shown in FIG. However, the apparatus for obtaining the plate-like silicon of the present invention is not limited to this. The manufacturing apparatus shown in FIG. 12 includes a substrate 122 for growing a plate-like silicon 121, a crucible 123, a silicon melt 124, a heater 125, a crucible base 126, a heat insulating material 127, a crucible lifting base 128, and a substrate. And a shaft 129 for fixing 122. However, the outside of the apparatus such as a means for moving the substrate 122, a means for raising and lowering the crucible table 126, a means for controlling the heater 125 for heating, a means for additionally introducing silicon, and a chamber capable of performing vacuum evacuation are illustrated. Not.
This manufacturing apparatus is preferably installed in a chamber with good airtightness, and can be replaced with an inert gas after evacuation. At this time, argon, helium, or the like can be used as the inert gas. However, considering the cost, argon is more preferable, and building a circulation system leads to further cost reduction. Further, when a gas containing an oxygen component is used, silicon oxide is generated and adheres to the substrate surface and the chamber wall. Therefore, it is necessary to remove the oxygen component as much as possible. Further, it is preferable to remove silicon oxide particles through a filter or the like in the gas circulation system.
As shown in FIG. 12, a substrate 122 having a temperature equal to or lower than the temperature of the silicon melt enters the silicon melt 124 in the crucible 123 from the left side in the drawing and is immersed in the silicon melt 124. At this time, the silicon melt is held by the heater 125 above the melting point. It is preferable from the viewpoint of improving the reproducibility of the production of the plate-like silicon that the melt temperature is adjusted, the atmospheric temperature in the chamber, and the temperature of the substrate 122 can be strictly controlled.
The material of the substrate is not particularly limited, but is preferably a material having good thermal conductivity and a material having excellent heat resistance, and more preferably graphite subjected to high-purity treatment. For example, high-purity graphite, silicon carbide, quartz, boron nitride, alumina, zirconium oxide, aluminum nitride, metal, and the like can be used, but an optimal material may be selected according to the purpose. High-purity graphite is more preferable because it is a relatively inexpensive material that is rich in workability. The material of the substrate is industrially inexpensive and considering various characteristics such as the quality of the obtained plate-like silicon, the combination of the melt material and the substrate can be appropriately selected. Further, when a metal is used for the substrate, the material is not particularly problematic as long as it is used at a temperature lower than the melting point of the substrate and does not significantly affect the properties of the obtained silicon plate. To facilitate temperature control, it is convenient to use a copper substrate.
Substrate cooling means can be broadly classified into three types: natural cooling, direct cooling, and indirect cooling. Natural cooling means that a high-temperature substrate and plate-like silicon release radiant heat immediately after immersion and lower the temperature without using a special cooling means. There is an advantage that the device configuration is simplified. Direct cooling is a means for cooling by blowing gas directly onto the substrate. Indirect cooling is a means for indirectly cooling the substrate with gas or liquid. The type of the cooling gas is not particularly limited, but it is preferable to use an inert gas such as nitrogen, argon, or helium for the purpose of preventing oxidation of the plate-like silicon. In particular, considering cooling capacity, helium or a mixed gas of helium and nitrogen is preferable, but nitrogen is preferable in consideration of cost. The cooling gas can be circulated using a heat exchanger or the like to further reduce the cost, and as a result, inexpensive plate-like silicon can be provided.
Furthermore, a mechanism capable of heating the substrate can be provided. When the substrate enters the silicon melt, plate-like silicon grows on the substrate surface. Thereafter, the substrate escapes from the melt, but the substrate side receives heat from the silicon melt and the temperature of the substrate tends to rise. Therefore, if the substrate is immersed in the silicon melt at the same temperature, a cooling mechanism for lowering the temperature of the substrate is required. On the other hand, since it is difficult to control the cooling rate, that is, the substrate temperature as needed even in direct cooling or indirect cooling, it is preferable to have a heating mechanism. That is, it is preferable that the substrate once escaped from the silicon melt is cooled by the cooling mechanism and then the temperature of the substrate is controlled using the heating mechanism before being immersed in the silicon melt. The heating mechanism may be a high frequency induction heating method or a resistance heating method. However, it is better not to affect the heater for maintaining the molten state of silicon. By using the cooling mechanism and the heating mechanism in combination, the stability of the production of the plate-like silicon is remarkably improved.
The temperature of the melt is preferably equal to or higher than the melting point. This can be controlled by a plurality of thermocouples or a radiation thermometer. In order to strictly control the melt temperature, it is direct to immerse the thermocouple in the melt, but this is not preferable because impurities from a thermocouple protective tube or the like are mixed into the melt. Further, if the temperature of the melt is set in the vicinity of the melting point, there is a possibility that the molten metal surface of the silicon is solidified due to the protective tube coming into contact with the melt. Therefore, when a thermocouple is inserted into a crucible or the like, it is preferable to control the temperature indirectly by preventing the thermocouple from coming into direct contact with the silicon melt.
The crucible 123 containing the melt is installed on the heat insulating material 127. This is used to keep the melt temperature uniform and to suppress heat removal from the bottom of the crucible. A crucible stand 126 is installed on the heat insulating material 127. The crucible base 126 is connected to a crucible lifting / lowering shaft 128 and is required to be provided with a lifting / lowering mechanism. This is because, in order to grow plate-like silicon on the substrate 122, it is preferable that the substrate 122 is always immersed in the melt 124 at the same depth regardless of the increase or decrease of the melt.
As the silicon plate is manufactured, the silicon in the crucible decreases, so it is necessary to replenish the crucible with timely silicon. As a method of replenishing the crucible with silicon, it is possible to use a method of melting and adding silicon polycrystal (lumps), sequentially charging it as a melt, or sequentially charging powder. There is no particular limitation. However, it is preferable not to disturb the melt surface as much as possible. This is because if the melt surface of the melt is disturbed, the wave shape generated at that time is reflected on the melt surface side of the obtained plate-like silicon, which may impair the uniformity of the obtained sheet.
Next, taking the plate silicon manufacturing apparatus shown in FIG. 12 as an example, the plate silicon manufacturing method of the present invention will be described. First, a crucible 123 made of high-purity graphite or the like is filled with a silicon lump whose boron concentration is adjusted so that the specific resistance of the obtained silicon plate is 2 Ω · cm, for example. Next, the crucible 123 is installed in an apparatus as shown in FIG. Subsequently, the chamber is evacuated to reduce the pressure in the chamber to a predetermined pressure. Thereafter, argon gas or the like is introduced into the chamber, and the argon gas is always kept flowing from the top of the chamber at 10 L / min. The reason why the gas is constantly flowed in this way is to obtain a clean silicon surface.
Next, the temperature of the silicon melting heater 125 is set to 1500 ° C., and the silicon lump in the crucible 123 is completely melted. At this time, since the silicon raw material is melted and the liquid level is lowered, new silicon powder is added so that the molten metal surface of the silicon melt 124 is positioned 1 cm below the upper surface of the crucible 123. The heater for melting silicon is preferably not heated to 1500 ° C. at a time but heated to a temperature of about 10 to 50 ° C./min up to about 1300 ° C. and then raised to a predetermined temperature. This is because when the temperature is rapidly increased, thermal stress is concentrated on the corners of the crucible and the like, which may lead to the crucible being damaged.
Thereafter, the temperature of the silicon melt is set to 1410 ° C. and held for 30 minutes to stabilize the melt temperature, and the crucible 123 is moved to a predetermined position using the crucible elevating mechanism 128. The silicon melt temperature at this time is preferably 1410 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. This is because the melting point of silicon is around 1410 ° C., and if it is set to 1410 ° C. or lower, the molten metal surface gradually hardens from the crucible wall. On the other hand, when the temperature is set to 1500 ° C. or more, the growth rate of the obtained plate-like silicon is slow, and the productivity is poor, which is not preferable.
Next, in order to grow the plate-like silicon 121, the plate-like silicon manufacturing substrate 122 is moved from the left side to the right side as indicated by arrows in FIG. At this time, the crystal growth surface side of the substrate 122 is moved while being in contact with the silicon melt 124. Thus, the plate-like silicon 121 is formed by the crystal growth surface of the substrate 122 being in contact with the silicon melt 124. In particular, the surface temperature of the substrate when entering the silicon melt is preferably 100 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
This is because stable control becomes difficult when the temperature of the substrate is lower than 100 ° C. That is, in the case of continuous production, the substrate waiting to be immersed in the chamber receives radiant heat from the silicon melt, and it is difficult to always maintain a constant temperature of less than 100 ° C., resulting in variations in the quality of the obtained silicon plate. This is because it leads to the occurrence of Further, if the temperature of the substrate is higher than 1100 ° C., the growth rate of the plate-like silicon is slowed, and the productivity is deteriorated, which is not preferable.
In order to adjust the temperature of the substrate, it is preferable to have both a cooling mechanism and a heating mechanism. By providing these mechanisms, not only productivity can be improved, but also the yield of products can be improved and the quality can be stabilized.
(Plate silicon)
The plate-like silicon of the present invention is manufactured by the method described above, and has a through hole and / or a notch. Since the substrate is brought into contact with the silicon melt and the plate-like silicon crystal is grown on the surface of the substrate, through holes and notches are formed, so that defects caused by laser processing are not introduced and the quality of the silicon crystal is degraded. There is no. In addition, the material utilization efficiency is improved, and low-cost plate-like silicon can be provided. Furthermore, a solar cell with high design property can be provided by having a through-hole and a notch.
In the example of FIG. 14, the plate-like silicon 141 has a through-hole 141A, and in the example of FIG. 15, the plate-like silicon 151 has a notch 151B that extends from the outer periphery of the plate-like silicon toward the inside. Although FIG. 14 shows an example in which one through-hole is formed inside the plate-like silicon, the number and shape of the holes are not limited to those shown in this figure. The shape, number, size, and the like of the through hole 141A also depend on the amount of light that passes through the plate-like silicon and the strength of the plate-like silicon, that is, the thickness. However, if a light-transmissive solar cell is manufactured, a solar cell with excellent design can be manufactured by appropriately selecting the area of the surface of the plate-like silicon and the area of the opening according to the purpose. It becomes possible. In FIG. 14, the hatched portion 14Sa is a region where power is generated as a solar cell, and the opening 141A is a non-power generation region.
That is, if the area of the opening portion on the surface of the plate-like silicon 141 (the cross-sectional area of the through-hole 141A) increases, the output of the solar cell decreases, but conversely, the transmitted light increases. Conversely, if the area of the opening on the surface of the plate-like silicon 141 is reduced, the output of the solar cell is improved, but the transmitted light is reduced. Thus, if a light-transmissive solar cell is manufactured, the shape, number and size of the holes may be selected according to the application and purpose.
FIG. 15 shows a plate-like silicon having one notch from the outer periphery of the plate-like silicon to the inside. However, the number and shape of the notch are not limited to this, and the through hole and the notch are simultaneously formed. The plate-shaped silicon having is also included in the present invention. That is, the shape, number, size, and the like of the notch portion also depend on the amount of light transmitted through the plate-like silicon and the strength of the plate-like silicon, that is, the thickness. If a light-transmissive solar cell is manufactured, it is necessary to appropriately select the area of the plate-like silicon surface and the area of the opening according to the purpose. However, even if the area of the opening is the same as that of the through hole in FIG. 14, if the opening is formed only by the notch, the strength of the plate-like silicon is reduced. Therefore, when manufacturing plate-like silicon having a large area of the opening portion, it is more preferable to respond by making a through hole.
Usually, the thickness of silicon used for the solar cell is about 300 μm, and the thickness of the plate-like silicon of the present invention is preferably about the same. More preferably, it is about 250 μm. However, since the mechanical strength decreases as the thickness decreases, it is necessary to appropriately select the number, shape, and size of the defect portions in consideration of the amount of transmitted light.
(Solar cell)
The solar cell of the present invention is characterized by using plate-like silicon manufactured by the above-described method. For this reason, the solar cell of this invention has high utilization efficiency of silicon, and is inexpensive. The solar cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4H taking a solar cell having a through hole formed by crystal growth as an example.
FIG. 4A is a perspective view of a plate-like silicon obtained by the manufacturing method of the present invention and having a through hole formed by crystal growth. FIG. 4H is a cross-sectional view of a solar cell manufactured from the plate-like silicon. This solar cell includes, from the light incident side, a light receiving surface electrode 44, an antireflection film 45, a diffusion layer 46 indicating the second conductivity type, a plate-like silicon 41 indicating the first conductivity type, and a back electrode 48. This is a see-through type (light transmission type) solar cell. Further, this solar cell has one through hole 43A. In such a solar cell, a part of the incident light passes through the through hole 43A, and the light reaches the back surface side of the solar cell. Thus, since the through-hole is vacant in plate-like silicon itself, a see-through type solar cell can be manufactured without performing laser processing or the like.
The solar cell of the present invention preferably has electrodes disposed on the back surface and / or side surface of the light incident surface. FIG. 5H is a cross-sectional view of the solar cell of the present invention. This solar cell is manufactured by using a plate-like silicon having a through hole formed by crystal growth obtained by the manufacturing method of the present invention, and has no electrode on the light incident surface side. Since the plate-like silicon according to the present invention has a through hole, the electrode 54 provided on the diffusion layer 56 can be turned to the back side, and an emitter-wrap-through solar cell can be manufactured. It becomes.
The light-receiving surface electrode 44 in FIG. 4H and the electrode 54 provided in the diffusion layer in FIG. 5H are both electrodes provided in the diffusion layer showing the second conductivity type. It is on the light receiving surface side or the back surface side of the battery. As shown in FIG. 4H, when the electrode is formed in the diffusion layer of the second conductivity type on the light receiving surface side, the portion where the electrode is formed does not contribute to power generation. On the other hand, when the electrode is in contact with the diffusion layer of the second conductivity type on the back surface side as shown in FIG. 5H, the incident light is not lost and effective use of sunlight can be achieved. Therefore, the output obtained is also increased. Furthermore, since the electrode is not visible on the light receiving surface side that is touched by human eyes, it is possible to provide a solar cell with excellent design. As will be described later, the cell process of the solar battery needs to be slightly changed depending on whether the electrode is provided on the sunlight incident side or the back surface side.
Furthermore, even a solar cell having a cross-sectional structure as shown in FIG. 6H can produce a light transmissive and emitter-wrap through type solar cell. That is, it is also possible to arrange the electrode 64 in a cylindrical shape on the side surface (inner surface) of the through hole in the plate-like silicon. According to this, as compared with the solar cell having the structure as shown in FIG. 4H, the loss at the light receiving surface electrode portion is reduced and the solar cell characteristics are improved. On the other hand, the amount of transmitted light is less than that of the solar cell having the structure as shown in FIG. 5H. This occurs because an electrode is provided on the inner surface of the through-hole of the plate-like silicon, but the amount of transmitted light can be easily controlled by changing the thickness of the cylindrical electrode. In an extreme example, if an electrode that fills all of the through holes is formed, the transmitted light is eliminated. By doing so, the series resistance can be reduced, and the characteristics of the solar cell are improved. As shown in FIG. 4H, FIG. 5H, and FIG. 6H, the characteristics and the transmitted light amount of the solar cell can be controlled depending on the electrode formation location, so that a solar cell that meets the purpose can be easily manufactured.
Next, a method for manufacturing a solar cell in which an n-side electrode is provided on the light-receiving surface side of a plate-like silicon having a through hole as shown in FIG. 4H will be described. In addition, the solar cell normally used for the house etc. provides the 2nd conductivity type (n layer) to p-type plate-shaped silicon. Here, the description will be made assuming that the first conductivity type of the plate-like silicon is p-type and the second conductivity type is n-type.
First, as shown in FIG. 4A, the plate-like silicon 41 having the through holes 43A is cleaned using a method such as RCA cleaning (FIG. 4B). Next, it is set on a spin coater with the back side of the plate-like silicon facing up, and a TG (titanate glass) solution is applied (FIG. 4C). The TG liquid is a liquid in which tetra-i-propoxy titanium and alcohol are mixed. At this time, a part of the TG solution also wraps around the light receiving surface side through the side surface of the plate-like silicon and the through hole. After application, the TG solution is dried.
Next, in solid phase diffusion using silicate glass containing phosphorus, a PSG (phospho-silicate glass) solution is dropped on the surface of the plate-like silicon, and a PSG film having a uniform thickness is formed on the surface by spin coating. (FIG. 4D). Thereafter, the PSG film is dried and baked to diffuse phosphorus contained in the PSG film into silicon, thereby forming a diffusion layer 46 on the light-receiving surface of the plate-like silicon (FIG. 4E). Subsequently, the PSG film and the TG film are removed using an etching process (FIG. 4F).
Next, a silicon nitride film to be the antireflection film 45 is deposited on the light receiving surface of the plate-like silicon by using a plasma CVD method (FIG. 4G). Thereafter, a silver paste to be a wiring electrode is printed at a predetermined position on the back surface by using a screen printing method (not shown). This is dried and fired to form a wiring electrode. Subsequently, an aluminum paste is printed on the back surface using a screen printing method. This aluminum paste is printed at a position avoiding the wiring electrode. This is dried and fired to form the back electrode 48 and the BSF layer.
Next, a silver paste is printed on the surface of the antireflection film 45 on the light receiving surface using a screen printing method. It is preferable that the silver electrode is formed in a pattern such as a fishbone type in that the power generation efficiency of the solar cell can be improved by reducing as much as possible the portion of the silver electrode that is not shaded by light. In addition, it is preferable to form a silver electrode at a position avoiding the through hole from the viewpoint of preventing an electrical short circuit with the back surface p layer. By drying and baking this, a silver electrode that penetrates the antireflection film and contacts the n layer is formed, and the solar cell is completed (FIG. 4H).
Next, a method for manufacturing a light transmissive solar cell in which no electrode is provided on the light receiving surface and electrodes are formed only on the back surface will be described. The plate-like silicon 51 having one through hole 53A as shown in FIG. 5A is first cleaned (FIG. 5B). This is performed to remove organic substances, metal ions, and the like present on the surface of the plate-like silicon having the first conductivity type and to provide a clean surface. Next, alkali etching or acid etching is performed for the purpose of reducing the reflectance of the plate-like silicon surface. By this treatment, fine irregularities can be formed on the plate-like silicon surface. Thereafter, the second conductivity type is imparted. In the case of imparting the second conductivity type, gas phase diffusion and solid phase diffusion methods can be used.
In addition, vapor phase diffusion can be used for a plate-like silicon having a through hole as shown in FIG. 5A. Specifically, phosphorus oxytrichloride (POCl 3 ) Or the like is used, the n-layer 56 is formed not only on the light-receiving surface of the solar cell but also on the entire plate-like silicon surface (FIG. 5C). Next, the phosphosilicate glass formed on the surface of the n layer in the diffusion step is removed by etching with hydrofluoric acid. Next, in order to improve the characteristics of the solar cell, an antireflection film 55 is formed on the light receiving surface side (FIG. 5D). An antireflection film is a film provided to capture as much sunlight as possible into a solar cell without reflecting incident light. A titanium oxide film, a silicon nitride film, a magnesium fluoride film, a silicon oxide film, or the like is used. it can. These films may be used as a single film or may have two or more types of composite film structures. Among these, a silicon nitride film is particularly preferable. This is because the film can be formed by the plasma CVD method, and hydrogen terminates defects of the plate-like silicon and the cell characteristics are improved.
Next, in order to partially remove the n-layer, acid-resistant adhesive tapes 5Ff and 5Fr are attached to the antireflection film and the n-layer surface on the back side (FIG. 5E). The pressure-sensitive adhesive tape is affixed to the n-layer surface on the back side so that an n-side electrode is formed in a process described later. On the other hand, an adhesive tape is stuck on the entire surface of the antireflection film. The adhesive tape is also applied to the antireflection film if the adhesive tape is not present, the etching solution flows through the through hole to the back side, and between the adhesive tape attached to the back side in the vicinity of the through hole and the back side n layer. This is to prevent the side etching from occurring.
Next, using a mixed aqueous solution of nitric acid and hydrofluoric acid, the n layer where the adhesive tape was not applied was etched away (FIG. 5F). Thereafter, the adhesive tape was peeled off and washed with an organic solvent such as acetone. Subsequently, in order to form a wiring electrode, a silver paste was formed on a predetermined portion on the back side of the plate-like silicon by a printing and baking method (not shown). The reason why the wiring electrode is formed is that the p-side electrode is mainly composed of aluminum, and soldering for connecting wiring between solar cells described later is not successful. As the printing position of the wiring electrode, a position convenient for electrical connection between a plurality of solar cells can be selected.
Next, the p-side electrode 58 is formed avoiding the position of the wiring electrode (FIG. 5G). When a low-cost process is used, the aluminum paste is printed using a screen printing method. At this time, the aluminum paste can be printed at a desired position by using a screen mask having an opening corresponding to a portion where the n-layer is removed and the p-type silicon plate is exposed. However, the aluminum paste is printed in a place separated from the boundary between the n layer and the p layer with a certain margin so that the aluminum paste does not contact the n layer.
The screen printing machine has a camera for imaging plate-like silicon, a computer for image recognition, and a sample stage that can finely adjust the printing position of the plate-like silicon. Using the through hole as a target mark, the position of the through hole can be aligned with the screen mask. Next, the printed aluminum paste is dried and fired to produce a p-side electrode and p + Layers are formed simultaneously. Thereafter, an n-side electrode connected to the n-layer on the back side patterned in the above process is formed. The n-side electrode is preferably an electrode containing silver as a main component. Specifically, first, silver paste is applied to the n-side electrode by screen printing. In order to form the p-side electrode in the same plane as the n-side electrode, the silver is placed in a place separated from the boundary between the n-layer and the p-layer with a certain margin so that the n-side electrode is not in contact with the p-layer and the p-side electrode. The paste needs to be printed. Finally, the silver paste is dried and fired to form the n-side electrode 54, thereby completing the solar cell (FIG. 5H).
In the case of the solar cell having the structure as shown in FIG. 6H, the n-side electrode 64 is also formed on the inner surface of the through-hole 63 </ b> A of the plate-like silicon 61. An n layer 66 of the second conductivity type is formed on the inner surface of the through hole 63A, and has an antireflection film 65 and a p-side electrode 68. In FIG. 6E, the adhesive tapes 6Ff and 6Fr are used as in FIG. 5E. Thus, when providing an electrode in the inner surface of a through-hole, it is possible to use a screen printing method. In this case, in screen printing, the silver paste is printed and applied not only on the back surface n layer but also on the side surface of the through hole. In the subsequent firing step, the n-side electrode penetrates the antireflection film formed on the side surface of the through hole and comes into contact with the n layer. Therefore, compared to the structure of FIG. 5H, the distance that minority carriers flow in the n layer to the n-side electrode is shortened, which is preferable in that the series resistance value is reduced.
Further, instead of the screen printing method, a method of forming electrodes by a spray method can be used. In particular, an electrode can be formed by inserting a spray head into the through-hole, spraying an electrode material, firing and drying. At this time, a protective adhesive tape may be applied so as to cover the light receiving surface side of the through hole before the electrode material spraying step so that the silver paste does not adhere to the light receiving surface. By appropriately changing the thickness of the electrode, the amount of transmitted light can be adjusted, and a solar cell with high design can be manufactured.
Needless to say, the vapor phase diffusion and solid phase diffusion described above as the n layer forming process can be used when the n-side electrode is formed on either the light receiving surface or the back surface. In solid phase diffusion using a silicate glass (PSG liquid) containing phosphorus or the like, a PSG liquid is dropped on a plate-like silicon surface, and a PSG film having a uniform thickness is formed on the surface by spin coating. Thereafter, the PSG film is dried and fired to form an n layer.
However, since the plate-like silicon has a deficient portion (through hole or notch) that penetrates in the thickness direction, a protrusion that matches the deficient portion is provided on the adsorption surface of the spinner. Is required. By providing such a protrusion, the region formed by the n layer can be controlled. In particular, the protrusion is preferably made of a material that repels PSG liquid. Since the adsorbing property is improved by using aluminum and rubber together on the contact surface with the plate-like silicon spinner, it is preferable that the protrusion is also made of aluminum. Furthermore, in order to improve the liquid repellency, it is more preferable to provide fine irregularities on the protrusion. When manufactured by such a method, the n layer can be formed only on the light receiving surface side of the solar cell. In addition, so far, we have focused on plate-like silicon having through-holes formed by crystal growth. However, for plate-like silicon having notches formed by crystal growth, see-through solar cells, light incidence An emitter-wrap-around solar cell in which electrodes are formed on the back surface and / or side surface of the surface can be easily manufactured. The emitter-wrap-around solar cell referred to here is considered to be a type of emitter-wrap-through solar cell where the through hole intersects the edge of the silicon plate. It is a kind of.
(Solar cell module)
The solar cell module of the present invention uses the above-described solar cell. The solar cell described above has high utilization efficiency of silicon and is inexpensive. Therefore, an inexpensive solar cell module can be obtained. First, FIG. 7A and FIG. 7B are plan views showing the back surface of a plurality of emitter-wrap-through solar cells manufactured using a plate-like silicon 71 having nine through-holes 73A. explain. FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 7A. This solar cell has a p-side electrode 78, an n layer 76, and an antireflection film 75.
First, solder coating was applied to the wiring electrode 79 and the n-side electrode 74 by dipping. Next, as shown in FIG. 8, the copper pieces 89 </ b> B are arranged so that the back surfaces of the solar cells face upward and straddle the wiring electrodes on the p-side electrodes of the solar cells and the n-side electrodes of the adjacent solar cells. I gave it. The solar cells were arranged in the same direction in one row, the solar cells were arranged in opposite directions in adjacent rows, and a copper piece 89A was passed between the two solar cells located at one end of the two rows. In the case of the solar cell located at the end, the copper pieces 89P and 89N serve as extraction electrodes to the outside of the module 83T.
Next, the solar cell and the copper piece were passed through an electric furnace in a nitrogen atmosphere whose temperature was controlled at 190 to 200 ° C. for 1 minute. The n-side electrode and the copper piece of the solar cell, and the wiring electrode and the copper piece of the solar cell can be soldered by this one heat treatment. It is preferable to use a copper piece having a small thickness from the viewpoint that the thickness of the sealing material constituting the solar cell module can be reduced. For example, a copper foil having a thickness of 35 μm can be used. Further, in FIG. 8, the copper piece 89B is shown as one sheet between two solar cells, but it may be divided into a plurality of small pieces.
Further, a through hole may be provided in the copper piece itself so that a part of the light hitting the surface of the copper piece can be transmitted to the back side. The light transmittance of the solar cell module can also be designed by arbitrarily designing the interval between the arrangement of the plurality of solar cells. In the inter-cell wiring process, a bypass diode can be used in combination. When a part of the solar cell is shaded, a voltage higher than the reverse withstand voltage is applied to the solar cell, which may cause electrical damage. By connecting the bypass diode in parallel with the solar cell, it is possible to prevent a reverse voltage from being applied to the shaded solar cell, so that the solar cell can be prevented from being damaged.
9A and 9B are diagrams showing a solar cell module according to an embodiment of the present invention. The solar cell module includes translucent substrates 911A, 911C, sealing materials 910A, 910B, 910C, copper pieces 99A, 99B, 99P, 99N, and a plurality of solar cells 93T. White board tempered glass is used for the translucent substrate 911A. In particular, for the light-transmitting substrate, a material that has good light transmittance, excellent weather resistance, hardly scratches or dust, and has a low water vapor transmission rate is more desirable. Note that acrylic, polycarbonate, silicon resin, fluorine resin, or the like may be used instead of glass. In the case where the design property is more important than the power generation efficiency, at least one of the two translucent substrates may be colored.
As the sealing materials 910A and 910C, a sheet-like EVA resin (a copolymer of ethylene and vinyl alcohol) having excellent moisture resistance is used. The sealing material is more preferably a material that is excellent in light transmittance, has good adhesion to solar cells and other components, and has high insulation resistance. Instead of EVA resin, PVB (Polyvinyl Butyral) or the like with little UV deterioration may be used.
As shown in FIG. 9B, the mounting order is a light transmitting substrate 911C, a sealing material 910C, a plurality of electrically wired solar cells 93T, a sealing material 910A, and a light transmitting substrate 911A ( Hereinafter, it is referred to as “molded object”). ). Sealing materials 910A and 910C have substantially the same main surface shape as the light-transmitting substrate. It is preferable that the sealing material 910 </ b> B placed on the four circumferences of the light-transmitting substrate has substantially the same thickness as the combined thickness of the solar cell and the wired copper piece. This is to prevent cracking of the solar cell by preventing the press pressure from being excessively applied to the solar cell in the laminating process described later.
In order to prevent excessive pressure from being applied to the solar cells during pressing, a spacer may be provided between the solar cells as appropriate. The spacer preferably has substantially the same thickness as the combined thickness of the solar cell and the copper piece. Furthermore, the spacer may be translucent or opaque, and may be colored. In order to increase the light transmission amount of the see-through solar cell module, it is preferable to use a transparent one. If the colored spacer is used, the appearance of the solar cell module can be changed. If a colored transparent spacer is used, the design effect can be obtained by further changing the transmitted light to a partially colored color. As a material for the spacer, for example, glass can be used. Moreover, you may provide a spacer in the part in which the through-hole or notch part of the solar cell was formed.
The solar cell module is manufactured by a so-called laminating method in which pressure molding is performed while heating in a vacuum, and a normal laminating apparatus is used for this method. The laminating apparatus includes a mounting table on which the object to be molded is mounted, an openable / closable table that can be freely opened and closed, a vacuum device, and a heating device. The open / close base is formed with two spaces above and below the boundary sheet made of heat-resistant rubber or the like (hereinafter, these two spaces are referred to as “upper layer” and “lower layer”).
Next, the manufacturing procedure of the solar cell module by the laminating method will be briefly described. First, a molding target is set on the mounting table. Subsequently, the open / close base is closed to seal the lower layer, and both the upper layer and the lower layer are evacuated to make the inside and outside of the molding target into a vacuum state. After a predetermined time, air is sealed only in the upper layer. Thereby, pressing (1 atm) in a vacuum state is performed, and a uniform pressure is applied from above the light-transmitting substrate 911A, whereby the sealing material, the light-transmitting substrate, and the solar cell are in close contact with each other. Furthermore, when it heats in oven etc. in order to improve each adhesiveness, a sealing material bridge | crosslinks.
Next, in this molded body, the sealing material protruding outside the translucent substrate is removed with a hot cutter, and a sealing material such as butyl rubber is applied to the peripheral portion of the molded body in order to provide moisture resistance and insulation. Wind (not shown). Finally, in order to give the strength of the entire solar cell module, a solar cell module can be obtained by attaching a frame frame made of aluminum or the like to the four circumferences of the molded body (not shown).
Examples 1-3
Fill a quartz crucible protected by a high-purity carbon crucible with 5 kg of silicon raw material with the boron concentration adjusted so that the specific resistance of the obtained plate-like silicon is 0.5 Ω · cm, and install a vacuum pump and heater. Fixed in the chamber provided. Next, the inside of the chamber is evacuated by a vacuum pump, and 2 × 10 -5 The pressure was reduced to less than torr. Thereafter, argon gas was introduced into the chamber and returned to normal pressure, and thereafter, argon gas was always allowed to flow from the top of the chamber at 2 L / min. At this time, the silicon melting heater was heated to 1500 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min. After confirming that the silicon raw material was completely melted, the silicon melt was maintained at 1415 ° C. for stabilization.
Next, the temperature-controlled plate-like silicon manufacturing substrate was immersed in a silicon melt. At this time, the plate-like silicon manufacturing substrate used was made of high-purity graphite, and the one manufactured at a substrate temperature of 200 ° C. was manufactured at Example 1, the one manufactured at 500 ° C. The one manufactured at Example 2, 900 ° C. Example 3 was adopted. The graphite substrate has a shape as shown in FIG. 10 and is 9 cm as a through hole forming portion in the center of a square substrate having a 10 cm length on one side of the outer periphery. 2 No. 3 × 3 cm square closed moat 102H processed was used. The width of the moat 102H was 5 mm and the depth was 5 mm.
The moving speed of the substrate at this time was all 500 cm / min. The plate-like silicon obtained on the graphite substrate could be easily peeled from the graphite substrate. As shown in FIG. 4A, this plate-like silicon has a central portion of about 9 cm. 2 It was visually confirmed that the through hole was formed. 50 plate-like silicons thus obtained were produced, and the plate thickness was converted from the weight.
Next, a solar cell was manufactured using the obtained plate-like silicon. The obtained silicon plate was etched with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid, and then alkali etched with a 3% sodium hydroxide solution. Then POCl 3 An n layer was formed on the p-type silicon plate by diffusion. After the PSG film formed on the plate-like silicon surface was removed with hydrofluoric acid, a silicon nitride film was formed on the n layer on the light-receiving surface side of the solar cell by plasma CVD.
Subsequently, in order to remove the n layer formed on the back surface and the inner surface of the through hole, the n layer on the light receiving surface side is protected with an acid-resistant protective adhesive tape, and a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid is used. And removed by etching. A silver paste serving as a wiring electrode was printed at a predetermined position on the back surface. This was dried and fired to form wiring electrodes. Next, an aluminum paste was printed using a screen printing method only on the back side of the exposed part of the p-type silicon plate. This is dried and fired to obtain a p-type electrode and p + Layers were formed simultaneously. Next, a silver paste was printed in a fishbone pattern on a portion of the light receiving surface where no through-hole was formed, using a screen printing method. This was dried and fired to form an electrode on the light receiving surface side. Thereafter, solder coating was performed to manufacture a solar cell. The obtained solar cell had a cross-sectional shape as shown in FIG. 4H.
The manufactured solar cell is AM1.5, 100 mW / cm 2 The cell characteristics were measured under irradiation. In addition, the evaluation method of the cell characteristic was performed in accordance with the “crystalline solar cell output measurement method (JIS C 8913 (1998))”. The area of the solar cell is 91cm 2 Table 1 shows the average value of the results obtained by calculating the short-circuit current density.
Figure 0004242294
Examples 4-6
In the plate-like silicon manufacturing substrate used in Example 1, the area of the moat, which is a through-hole forming part in the central part of a square having a side of 10 cm, is 15 cm. 2 (Outer dimensions 3cm x 5cm, Example 4), 20cm 2 (Outer dimensions 4cm x 5cm, Example 5), 25cm 2 Except for making the outer dimensions 5 cm × 5 cm, Example 6, the same procedure as in Example 1 was carried out to produce a plate-like silicon, produce a solar cell, and evaluate it. Also, when calculating the short-circuit current density at this time, the area of the solar cell is 100 cm. 2 The results obtained are shown in Table 2.
Figure 0004242294
Comparative Example 1
As a comparative example, a solar cell having a through hole was manufactured using a cast substrate (polycrystalline silicon wafer). The cast substrate is a square with a thickness of 350 μm and a side of 10 cm, and 15 cm in the center. 2 Through-holes were formed with an Nd-YAG laser so as to have a size of. A processing damage layer when cut from the silicon ingot was present on the surface of the cast substrate, and a damage layer was generated in the vicinity of the through hole during laser processing. In order to completely remove these damaged layers, the cast substrate was etched by 50 μm using an aqueous sodium hydroxide solution. Next, a solar cell was produced in the same manner as in Example 1 using the cast substrate, and its characteristics were evaluated. When calculating the short-circuit current density at this time, the area of the solar cell is 100 cm. 2 The results obtained are shown in Table 2.
Although the cell efficiency is higher than that of Example 4 of the same shape, the cost per unit power generation amount is considered in consideration of the slice loss at the time of manufacturing the cast substrate, the raw material loss due to the formation of the through hole by the laser, and the increase of the through hole formation process. Became higher than Examples 4-6.
Examples 7-9
Examples 1 to 3 except that a graphite substrate having pyramidal protrusions (surface irregularities) as shown in FIG. 2 formed on the surface of the substrate for manufacturing a silicon plate used in Examples 1 to 3 was used. In the same manner as described above, a plate-like silicon was produced, and a solar cell was produced and evaluated. The substrate temperature was set to 300 ° C. in Example 7, the 600 ° C. set to Example 8, and the 900 ° C. set to Example 9.
The used graphite substrate is formed by forming a groove in one direction with a V-shaped wheel on the surface of a plate-like silicon manufacturing substrate having a substantially flat surface by machining, and then rotating it 90 °. By forming grooves in the direction, pyramidal surface irregularities were produced. The pitch of the protrusions (convex parts) at this time was 2.5 mm, and the height of the protrusions (the difference in height between the convex parts and the concave parts) was 0.2 mm. After processing the surface into a pyramid shape, as in Example 1, 9 cm as a through hole forming portion in the center of the substrate. 2 A square closed moat with an outer size of 3 cm × 3 cm was processed. The width of the moat was 5 mm and the depth was 5 mm. The moat was provided in a portion where 144 pyramid-shaped protrusions (12 × 12) were formed. Table 3 shows the characteristics (average values) of the obtained solar cells.
Figure 0004242294
Example 10
In the plate-like silicon manufacturing substrate used in Example 1, a size of 1 cm as a through-hole forming portion in a square having a side of 10 cm. 2 A plate-like silicon is manufactured and a solar cell is manufactured in the same manner as in Example 1 except that 9 square through holes are arranged in a 3 × 3 matrix in the same direction at an interval of 2 cm. The evaluation was performed. The obtained result was an average value of the cell efficiency of 13.0%. Compared with Example 1, there was almost no difference in cell efficiency, but transmitted light was dispersed.
Example 11
A silicon raw material of 5 kg, whose boron concentration was adjusted so that the specific resistance of the obtained silicon plate was 2 Ω · cm, was filled into a high-purity carbon crucible and fixed in a chamber equipped with a vacuum pump and a heater. Next, the inside of the chamber is evacuated by a vacuum pump, and 2 × 10 -5 The pressure was reduced to less than torr. The silicon melting heater was heated up to 1300 ° C. at a temperature rising rate of 20 ° C./min. Thereafter, argon gas was introduced into the chamber, and after returning to normal pressure, the temperature was raised to 1550 ° C. at a rate of 10 ° C./min. During the temperature increase, argon gas was always supplied from the upper part of the chamber at 0.5 L / min. After confirming that the set temperature was stable and the silicon raw material was completely melted, the temperature of the silicon melt was maintained at 1415 ° C.
Next, the temperature-controlled plate-like silicon manufacturing substrate was immersed in a silicon melt. At this time, the substrate used was made of high-purity graphite, and the substrate temperature was 400 ° C. The graphite substrate has a shape obtained by dividing the substrate into four as shown in FIG. 11B, is a square with a length of one side of the outer periphery of 5 cm, and a substrate in which one corner of the substrate having a plate-like silicon growth surface is missing (pentagon). 112H, 112I, 112J, and 112G were used. Four such substrates are combined to form a through-hole forming area of 9 cm. 2 An integral plate-like silicon manufacturing substrate having a concave portion 112K in the center was used. A plate-like silicon 111 having a square side of 10 cm on the outer periphery and having a through hole 111A at the center was obtained.
The moving speed of the plate-like silicon manufacturing substrate at this time was all 200 cm / min. The plate-like silicon obtained on the graphite substrate can be easily peeled off from the graphite substrate, and the center of the plate-like silicon is about 9 cm. 2 It was visually confirmed that the through hole was formed. Thirty plate-like silicons thus obtained were produced, and the plate thickness was converted from the weight. Next, a solar cell was manufactured using the obtained plate-like silicon. The obtained plate-like silicon was subjected to alkali etching using a 3% sodium hydroxide solution.
Thereafter, a PSG film was formed on a portion of the light receiving surface where no through hole was formed, and an n layer was formed on the p-type silicon plate by heat treatment. After the PSG film formed on the plate-like silicon surface was removed with hydrofluoric acid, a silicon nitride film was formed on the n layer on the light-receiving surface side of the solar cell by plasma CVD. Next, in order to remove the n layer formed on the back surface side, the n layer on the light receiving surface side is protected with an acid-resistant protective adhesive tape and removed by etching using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. did.
Subsequently, a silver paste serving as a wiring electrode was printed at a predetermined position on the back surface. This was dried and fired to form wiring electrodes. Thereafter, an aluminum paste was printed using a screen printing method only on the back side of the portion where the p-type silicon plate was exposed. This is dried and fired to obtain a p-type electrode and p + Layers were formed simultaneously. Next, a silver paste was printed in a fishbone pattern on a portion where no through-hole was formed using a screen printing method. This was dried and fired to form an electrode on the light receiving surface side. Thereafter, solder coating was performed to manufacture a solar cell. The manufactured solar cell was measured by the same method as in Example 1. The obtained result was a cell efficiency of 14.6% on average. However, the obtained cell efficiency is a result obtained by excluding the non-power generation part.
Example 12
1cm 2 The same procedure as in Example 11 was used except that one plate-like silicon manufacturing substrate in which 16 square through-holes having the same area were arranged in a 4 × 4 matrix in the same direction at an interval of 1 cm was used. Then, plate-like silicon was manufactured, and solar cells were manufactured and evaluated. However, the obtained cell efficiency is a result obtained by excluding the non-power generation part. As a result, the cell efficiency was 14.4% as an average value. Since there was almost no difference in cell efficiency, it was confirmed that the characteristics of the solar cell in the power generation area had little influence. Further, it was confirmed from Example 11 that the amount of transmitted light increased.
Examples 13 and 14
Except for using the substrate for producing a plate-like silicon of FIG. 13B, plate-like silicon was produced in the same manner as in Example 1, and a solar cell was produced using the plate-like silicon. The substrate 132S in FIG. 13B had a square silicon crystal growth surface with a side of 10 cm. Further, the growth surface had 81 conical recesses having a diameter of 4 mm and a depth of 3 mm every other 1 cm length and width as the through hole forming portion 132A. Example 13 in which a substrate having a substantially flat growth surface except for the through hole forming portion was used in Example 13, in addition to the through hole forming portion, the growth surface had a pitch of 2 mm and a height of 0.2 mm. A case where a substrate provided with a quadrangular pyramidal protrusion is used as Example 14. In either case, a plate-like silicon 131 having 81 substantially circular through-holes 133A having a diameter of about 4 mm corresponding to the concave portions of the substrate was obtained. Using these plate-like silicons, solar cells having the same cross-sectional structure as in FIG. 7B were manufactured. Table 4 shows the results of the characteristic evaluation.
Figure 0004242294
Further, 54 solar cells obtained were connected in series to manufacture a solar cell module. The module conversion efficiencies in Examples 13 and 14 were 9.2% and 10.0%, respectively. This module was a see-through solar cell module having no electrode on the light incident surface side, beautiful appearance, and high design. In the present embodiment, an example of a plate-like silicon having a through-hole is shown, but a solar cell and a solar cell module can be manufactured in the same manner for a plate-like silicon having a notch as shown in FIG. 3A. Met.
Examples 15-17
As a plate-like silicon manufacturing substrate, a central part of a square whose outer side is 10 cm in length is 10 cm as a through hole forming part. 2 A plate-like silicon was produced in the same manner as in Examples 1 to 3, using a high-purity graphite substrate having one square hole. Here, those manufactured at a graphite substrate temperature of 200 ° C., 500 ° C., and 900 ° C. were taken as Examples 15, 16, and 17, respectively.
The moving speed of the substrate at this time was all 500 cm / min. The plate-like silicon obtained on the graphite substrate can be easily peeled off from the graphite substrate, and the center of the plate-like silicon is about 10 cm. 2 It was visually confirmed that the through hole was formed. 50 plate-like silicons thus obtained were produced, and the plate thickness was converted from the weight.
Next, a solar cell was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 3 using the obtained plate-like silicon. The manufactured solar cell was measured by the same method as in Example 1. The area of the solar cell is 90cm 2 Table 5 shows the average value of the results obtained by calculating the short-circuit current density.
Figure 0004242294
Examples 18-20
In the substrate used in Example 15, the area of the square hole, which is a through-hole forming part in the central part of the square having a side of 10 cm, is 15 cm. 2 (Example 18), 20 cm 2 (Example 19), 25 cm 2 Except what was made into (Example 20), it carried out similarly to Example 15, and manufactured plate-like silicon, manufactured the solar cell, and evaluated it. Further, when calculating the short-circuit current density at this time, the area of the solar cell is 100 cm. 2 Table 6 shows the results obtained.
Figure 0004242294
Examples 21-23
In the same manner as in Example 15 except that a graphite substrate having pyramidal protrusions (surface irregularities) formed on the surface of the substrate used in Example 15 was used, a plate-like silicon was manufactured, and the solar cell Manufactured and evaluated. The substrate temperature was set to 300 ° C. in Example 21, the 600 ° C. set to Example 22, and the 900 ° C. set to Example 23. Table 7 shows the average value of the obtained results.
The used graphite substrate is formed by forming a groove in one direction with a wheel having a V-shaped cross-section on a substrate surface having a substantially flat surface by machining, and then rotating 90 ° to form a groove in the other direction. Thus, a pyramidal surface irregularity shape was produced. The pitch of the protrusions (convex parts) at this time was 2.5 mm, and the height of the protrusions (the difference in height between the convex parts and the concave parts) was 0.4 mm.
Figure 0004242294
Example 24
Except that nine cylindrical through-holes with a diameter of 1.2 cm were provided in a 3 × 3 matrix at a position where the distance between the center points of each other was 2.5 cm, the same as in Example 15. Then, plate-like silicon was manufactured, and solar cells were manufactured and evaluated. The obtained result was an average value of the cell efficiency of 13.0%. Compared with Example 15, there was almost no difference in cell efficiency, but transmitted light was dispersed.
Industrial applicability
The plate-like silicon manufacturing method of the present invention makes it possible to manufacture plate-like silicon having a through-hole or a notch at low cost without going through a process such as laser processing or machining. Moreover, by producing solar cells and solar cell modules from the plate-like silicon obtained by the method, a highly transmissive (see-through type) solar cell, solar cell module or emitter wrap through type It becomes possible to supply solar cells and solar cell modules at a low price.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a plate-like silicon of the present invention having a through hole. FIG. 1B is a perspective view of the substrate for producing a plate-like silicon of the present invention in which the through-hole forming portion is a convex portion, and FIG. 1C is a plate-like silicon production of the present invention in which the through-hole forming portion is a concave portion. It is a perspective view of a board | substrate.
FIG. 2 is a plan view of the silicon crystal growth surface in the plate-like silicon manufacturing substrate of the present invention.
FIG. 3A is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a notch. FIG. 3B is a perspective view of the substrate for manufacturing a plate-like silicon of the present invention in which the notch forming portion is a convex portion, and FIG. 3C is a plate silicon manufacturing method of the present invention in which the notch forming portion is a recess. It is a perspective view of a board | substrate.
4A to 4H are process diagrams showing a method for manufacturing a solar cell of the present invention using plate-like silicon having through holes.
5A to 5H are process diagrams showing another method for manufacturing the solar cell of the present invention using plate-like silicon having through holes.
6A to 6H are process diagrams showing another method for manufacturing the solar cell of the present invention using plate-like silicon having through holes.
FIG. 7A is a plan view of the back surface of the solar cell of the present invention having a through hole. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB in FIG. 7A.
FIG. 8 is a plan view showing a state in which the solar cell of the present invention having a through hole is wired.
FIG. 9A is a plan view of a solar cell module manufactured using the solar cell of the present invention having a through hole, and FIG. 9B is a cross-sectional view thereof.
FIG. 10 is a perspective view of a substrate for producing a plate-like silicon according to the present invention.
FIG. 11A is a perspective view of the plate-shaped silicon of the present invention having a through hole, and FIG. 11B is a perspective view of the plate-shaped silicon manufacturing substrate of the present invention having a through-hole forming portion.
FIG. 12 is a sectional view of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a plate-like silicon of the present invention.
FIG. 13A is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a through hole. FIG. 13B is a perspective view of the substrate for producing plate-like silicon of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a through hole.
FIG. 15 is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a notch.
FIG. 16A is a perspective view of a plate-like silicon of the present invention having a through hole and a notch. FIG. 16B is a perspective view of the substrate for producing plate-like silicon of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a through hole and a notch.
FIG. 18A is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a through hole and a notch. FIG. 18B is a perspective view of the substrate for producing plate-like silicon of the present invention.
FIG. 19A is a perspective view of the silicon plate of the present invention having a through hole and a notch. FIG. 19B is a perspective view of the substrate for producing plate-like silicon of the present invention.
FIG. 20 is a perspective view of a substrate for producing a plate-like silicon according to the present invention.
FIG. 21 is a perspective view of a substrate for producing plate-like silicon according to the present invention.
FIG. 22 is a perspective view of a substrate for producing a plate-like silicon of the present invention.

Claims (10)

シリコンの融液に基板を接触させ、該基板表面にシリコンを結晶成長させる板状シリコンの製造方法において、前記基板表面に板状シリコンを結晶成長させながら、該板状シリコンに貫通孔および／または切欠部を形成する工程を備えることを特徴とする板状シリコンの製造方法。  In a method for producing a plate-like silicon in which a substrate is brought into contact with a silicon melt and silicon is crystal-grown on the surface of the substrate, through-holes and / or in the plate-like silicon while crystal-growing plate-like silicon on the substrate surface A method for producing plate-like silicon, comprising a step of forming a notch. 前記基板が、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする請求項１に記載の板状シリコンの製造方法。The method for producing a plate-like silicon according to claim 1 , wherein the substrate has a through hole forming part and / or a notch forming part. 前記基板は、シリコンの融液に接触する面に突起が周期的に並設され、１または２以上の突起が形成される部分に、貫通孔形成部および／または切欠部形成部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の板状シリコンの製造方法。In the substrate, protrusions are periodically arranged on the surface in contact with the silicon melt, and a through-hole forming part and / or a notch forming part is provided in a part where one or more protrusions are formed. The method for producing a plate-like silicon according to claim 1 , wherein: 請求項１に記載の製造方法において使用し、貫通孔形成部および／または切欠部形成部を有することを特徴とする板状シリコン製造用基板。A plate-like silicon manufacturing substrate, which is used in the manufacturing method according to claim 1 and has a through-hole forming part and / or a notch forming part. 前記貫通孔形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいことを特徴とする請求項４に記載の板状シリコン製造用基板。 Claim wherein the through-hole forming portion is a projection or recess of the substrate surface, the depth of the height or recess of the convex portions, and being greater than the thickness of the plate-like silicon crystal is grown 4. A substrate for producing a plate-like silicon according to 4 . 前記切欠部形成部は、基板表面の凸部または凹部であり、凸部の高さ寸法または凹部の深さ寸法が、結晶成長させる板状シリコンの厚さ寸法より大きいことを特徴とする請求項４に記載の板状シリコン製造用基板。 Claim wherein the notch forming part is a projection or recess of the substrate surface, the depth of the height or recess of the convex portions, and being greater than the thickness of the plate-like silicon crystal is grown 4. A substrate for producing a plate-like silicon according to 4 . １ｍｍピッチ以上３ｍｍピッチ以下の規則的な凹凸構造を有する基板を用いて請求項１に記載の方法により製造される板状シリコンであって、前記基板と同様の規則的な凹凸を有し、貫通孔および／または切欠部を有することを特徴とする板状シリコン。 A plate-like silicon manufactured by the method according to claim 1 using a substrate having a regular concavo-convex structure with a pitch of 1 mm or more and 3 mm or less, and having a regular concavo-convex structure similar to that of the substrate. A silicon plate having a hole and / or a notch. 請求項７に記載の板状シリコンを用いたことを特徴とする太陽電池。A solar cell using the plate-like silicon according to claim 7 . 光入射面の裏面および／または側面に電極が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。The solar cell according to claim 8 , wherein an electrode is disposed on the back surface and / or the side surface of the light incident surface. 請求項８に記載の太陽電池を用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。A solar cell module using the solar cell according to claim 8 .
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