JP4284145B2 - 太陽電池用基板の製造方法及びその太陽電池用基板 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶棒をスライスしたシリコンウェーハを用いて太陽電池用基板を製造する方法と、その太陽電池用基板に関するものである。

従来、この種の太陽電池用基板の製造方法として、シリコン単結晶ウェーハからなる基板の外周円に内接する正六角形よりも大きく、この基板の外周円が内接する正六角形よりも小さな正六角形で切取られ、頂点に円形部分を残す擬正六角形の基板が２つ又は４つに分割された太陽電池用基板（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この太陽電池用基板では、擬正六角形の基板が、正六角形の対向する頂点と頂点を結ぶ直線で２つに分割されるか、対向する辺の中点と中点を結ぶ直線で２つに分割されるか、或いは直交する直線と直線で４つに分割される。
このように構成された太陽電池用基板では、擬正六角形の基板のうち対向する頂点と頂点を結ぶ直線で２つに分割したものと、対向する辺と辺の中点を結ぶ直線で２つに分割したものとを組合せて、これらの基板を太陽電池用モジュール（長方形のガラス板とバックフィルムとの間）に敷き詰めると、基板の利用率が極めて高くなるとともに、基板の充填率を向上できるようになっている。

一方、直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げるための引上げ機を用いて、直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げ、一辺が１２５ｍｍの正方形状の太陽電池用基板を作製すると、この基板のコーナ部に円弧状の欠けが発生するため、基板をモジュール化したときの充填率が低い。
この点を解消するために、上記直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げるための引上げ機を用いて、直径６．５インチ（直径１６５ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げ、一辺が１２５ｍｍの正方形状の太陽電池用基板を作製すると、この基板のコーナ部に発生する円弧状の欠けが小さくなり、基板をモジュール化したときの充填率が高くなる。
特開２００１−９４１２７号公報（請求項１、請求項２、明細書［００１２］）

しかし、上記従来の特許文献１に示された太陽電池用基板では、未だ充填率が低い不具合があるとともに、分割した基板の形状が２種類となりかつこれらの基板が点対称でないため、これらの基板をガラス板及びバックフィルム間に配置するときに基板を複数の向きに配置しなければならず、これらの基板の配置作業が煩わしくなる問題点があった。
また、上記従来の直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げるための引上げ機を用いて、直径６．５インチ（直径１６５ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げた場合、引上げ機の石英るつぼに貯留されるシリコン融液の量は一定であるため、引上げられるシリコン単結晶棒の全長が短くなり、１本のシリコン単結晶棒から切出される基板の枚数が少なくなり、歩留まりが低下する問題点があった。

本発明の目的は、比較的簡単な工数の増加で基板の充填率を向上できるとともに、基板の配置作業性を良好に保つことができる、太陽電池用基板の製造方法及びその太陽電池用基板を提供することにある。
本発明の別の目的は、同一の引上げ機からシリコン単結晶棒を引上げる場合、１本のシリコン単結晶棒から切出される基板の枚数の減少を阻止し、歩留まりの低下を防止できる、太陽電池用基板の製造方法及びその太陽電池用基板を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、円柱状のシリコン単結晶棒１１を正四角柱状に切取る工程と、正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａの円弧面に平面加工をそれぞれ施す工程と、この平面加工した４つのコーナ部１２ａにシリコン単結晶製のコーナ充填部材１３を電気絶縁性を有する接着剤により接着する工程と、コーナ充填部材１３を接着した正四角柱状部材１２が正四角柱状になるように仕上げ加工する工程と、正四角柱状部材１２に接着されたコーナ充填部材１３の直角の稜線状部１３ａを幅１〜３ｍｍで面取り加工する工程と、正四角柱状部材１２をスライスして基板１０を作製する工程とを含む太陽電池用基板の製造方法である。
この請求項１に記載された太陽電池用基板の製造方法では、平面加工した４つのコーナ部１２ａにコーナ充填部材１３を接着剤にて接着して基板１０を作製したので、この基板１０をバックフィルム１７上に並べたときに基板１０の充填率を向上できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、コーナ充填部材１３が、正四角柱状部材１２を切取った残りの４本の円弧状部材であることを特徴とする。
この請求項２に記載された太陽電池用基板の製造方法では、平面加工した４つのコーナ部１２ａに、４本の円弧状部材１３を接着剤にて接着して基板１０を作製したので、この基板１０をバックフィルム１７上に並べたときに、コーナ部１２ａの欠けの小さい正方形状の基板１０を作製できる。このため基板１０のバックフィルム１７上への充填率を向上できる。また単一の正四角柱状部材１２及び４本の円弧状部材１３を切取った円柱状のシリコン単結晶棒１１の多くの部分を基板１０として利用できるので、円柱状のシリコン単結晶棒１１の利用率を向上できる。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図４に示すように、コーナ充填部材５３が、正四角柱状部材１２を作製した円柱状のシリコン単結晶棒１１とは別の円柱状のシリコン単結晶棒５５から正四角柱状部１２のコーナ部１２ａの欠けた部分に相応する形状に形成された複数の三角柱状部材であることを特徴とする。
この請求項３に記載された太陽電池用基板の製造方法では、平面加工した４つのコーナ部１２ａに、これらのコーナ部１２ａの欠けた部分に相応する形状のコーナ充填部材５３を接着剤にて接着して基板５０を作製したので、コーナ部１２ａが全く欠けていない正方形状の基板５０を作製できる。このため上記基板５０をバックフィルム１７上に並べたときに、基板５０のバックフィルム１７上への充填率を更に向上できる。
また、上記円柱状のシリコン単結晶棒はチョクラルスキー法又はフローティングゾーン法により製造されることが好ましい。

請求項５にかかる発明は、請求項１ないし４いずれか１項に記載の方法で製造された太陽電池用基板である。
この請求項５に記載された太陽電池用基板は、コーナ部に欠けの少ない又は欠けのない正方形状の基板となるので、基板のバックフィルム上への充填率を向上できる。

以上述べたように、本発明によれば、円柱状のシリコン単結晶棒を正四角柱状に切取り、正四角柱状部材の４つのコーナ部の円弧面に平面加工をそれぞれ施し、この平面加工した４つのコーナ部にシリコン単結晶製のコーナ充填部材を電気絶縁性を有する接着剤により接着し、コーナ充填部材を接着した正四角柱状部材が正四角柱状になるように仕上げ加工し、正四角柱状部材に接着されたコーナ充填部材の直角の稜線状部を面取り加工し、更に正四角柱状部材をスライスして基板を作製したので、この基板をバックフィルム上に並べたときに基板の充填率を向上できる。また分割した基板の形状が２種類となりかつこれらの基板が点対称でないため、これらの基板の配置作業が煩わしくなる従来の特許文献１に示された太陽電池用基板と比較して、本発明では、基板の形状が１種類でありかつ基板が点対称であるため、基板の配置作業性を良好に保つことができる。

また、例えば、直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げるための引上げ機を用いて、直径６．５インチ（直径１６５ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げた場合、１本のシリコン単結晶棒から切出される基板の枚数が少なくなり、歩留まりが低下するけれども、本発明では、直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げるための引上げ機を用いて、直径６インチ（直径１５１ｍｍ）のシリコン単結晶棒を引上げても、歩留まりの低下を防止でき、かつ基板の充填率を向上できる。

またコーナ充填部材が、正四角柱状部材を切取った残りの４本の円弧状部材であれば、基板をバックフィルム上への充填率を向上できるとともに、正四角柱状部材及び円弧状部材を切取った円柱状のシリコン単結晶棒の利用率も向上できる。
またコーナ充填部材が、正四角柱状部材を作製した円柱状のシリコン単結晶棒とは別の円柱状のシリコン単結晶棒から正四角柱状部のコーナ部の欠けた部分に相応する形状に形成された複数の三角柱状部材であれば、コーナ部が全く欠けていない正方形状の基板を作製できるので、基板のバックフィルム上への充填率を更に向上できる。
更に上記方法で製造された太陽電池用基板は、コーナ部に欠けの少ない又は欠けのない正方形状の基板となる。この結果、基板のバックフィルム上への充填率を向上できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、太陽電池用基板１０を製造するには、先ず円柱状のシリコン単結晶棒１１の外径を砥石により研削して、例えばその直径を１５１ｍｍにする。この円柱状のシリコン単結晶棒１１はチョクラルスキー法により引上げられる。このシリコン単結晶棒１１の外周面をブレードにより正四角柱状に切取って、横断面が略正方形状の単一の正四角柱状部材１２を作製した後に、この正四角柱状部材１２の４つの側面を砥石により研削してそれぞれ平坦化する（図１（ｂ））。なお、上記円柱状のシリコン単結晶棒の外径を砥石により研削せずに、円柱状のシリコン単結晶棒をそのまま正四角柱状に切断してもよい。この正四角柱状部材１２の縦及び横の長さをそれぞれ１２５ｍｍとした場合、４つのコーナ部１２ａには４つの円弧面がそれぞれ残る。また円柱状のシリコン単結晶棒１１から正四角柱状部材１２を切取ることにより、４本の円弧状部材１３が切出される。なお、円柱状のシリコン単結晶棒は、チョクラルスキー法ではなく、フローティングゾーン法により製造してもよい。

次いで正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａの円弧面に平面加工をそれぞれ施すとともに（図１（ｃ））、４本の円弧状部材１３の平面部を砥石により研削して平坦化する。上記４つのコーナ部１２ａの平面加工は、ブレードにて切削した後に、砥石にて研削することにより行われる。この平面加工した正四角柱状部材１２を所定の長さに切断してブロック化し、４本の円弧状部材１３も正四角柱状部材１２と同一の長さに切断する。次に正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａに、コーナ充填部材として上記４本の円弧状部材１３を電気絶縁性を有する接着剤により接着した後に（図１（ｄ））、４本の円弧状部材１３を接着した正四角柱状部材１２が正四角柱状になるように仕上げ加工する（図１（ｅ））。上記接着剤としては、シリコン系接着剤（無機接着剤）、例えばエチルシリケートやリチウムシリケート等のＯＨ基を有するシリケート系接着剤を用いることが好ましい。なお、接着剤として、有機接着剤を用いないのは、接着後３００℃程度に加熱するため、有機接着剤からガスが発生して基板を汚染するおそれがあるからである。また上記仕上げ加工は、円弧状部材１３の正四角柱状部材１２から突出する部分をブレードにて切削した後に、正四角柱状部材１２の４つの側面を砥石にて研削して平坦化することにより行われる。更にこの正四角柱状部材１２に接着された円弧状部材１３の直角の稜線状部１３ａを幅１〜３ｍｍで面取り加工する。これは上記稜線状部１３ａの欠けを防止するためである。

上記仕上げ加工された正四角柱状部材１２をワイヤソーによりスライスして、所定の厚さ（２００μｍ〜３５０μｍ）の基板１０を作製する（図１（ｆ））。なお、この基板１０にセル化工程を施して太陽電池セル１４（図２）が作製され、この太陽電池セル１４にモジュール化工程を施して太陽電池モジュール１６が作製される（図３）。上記セル化工程は、基板１０の表面凹凸加工工程、ｐｎ接合工程、反射防止膜形成工程、裏面電界層形成工程及び受光面電極形成工程を含む。また上記モジュール化工程は、セル１４へのリードフレーム付け工程、セルの配列・裏電極付け工程、セルのガラス板及びバックフィルム１７による封止工程、アルミフレーム・端子取付け工程を含む。

このように製造された太陽電池用基板１０は、コーナ部１２ａに欠けの少ない正方形状の基板１０となる。この結果、基板１０のバックフィルム１７上への充填率を向上できる。また単一の正四角柱状部材１２のみならず、円柱状のシリコン単結晶棒１１から切出された４本の円弧状部材１３をコーナ充填部材として利用したので、円柱状のシリコン単結晶棒１１の利用率を向上できる。

＜第２の実施の形態＞
図４〜図８は本発明の第２の実施の形態を示す。図４、図７及び図８において図１〜図３と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、コーナ充填部材５３が、正四角柱状部材１２を作製した円柱状のシリコン単結晶棒１１とは別の円柱状のシリコン単結晶棒５５から正四角柱状部１２のコーナ部１２ａの欠けた部分に相応する形状に形成された複数の三角柱状部材である（図４（ｄ）、図５及び図６）。上記別の円柱状のシリコン単結晶棒５５はチョクラルスキー法により引上げられる。複数の三角柱状部材５３は、図５及び図６に詳しく示すように、上記別の円柱状シリコン単結晶棒５５をシリコン切断用カッタで切断することにより、横断面が直角二等辺三角形の三角柱状に切出される。なお、上記別の円柱状のシリコン単結晶棒は、チョクラルスキー法ではなく、フローティングゾーン法により製造してもよい。また、上記正四角柱状部材１２に接着された三角柱状部材５３の直角の稜線状部５３ａを幅１〜３ｍｍで面取り加工する。これは上記稜線状部５３ａの欠けを防止するためである。

正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａの円弧面には、上記第１の実施の形態と同様に平面加工（ブレードによる切削後、砥石による研削）をそれぞれ施す（図４（ｃ））。また上記三角柱状部材５３の側面のうち端面の直角二等辺三角形の斜辺を含む側面を砥石により研削して平坦化する。更に正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａに、コーナ充填部材として上記三角柱状部材５３を電気絶縁性を有する接着剤により接着した後に、三角柱状部材５３が接着された正四角柱状部材１２の各側面を砥石により研削して仕上げ加工（平坦化加工）する（図４（ｄ））。上記以外の製造方法は第１の実施の形態の製造方法と同一である。

このように製造された太陽電池用基板５０は、コーナ部１２ａに欠けのない正方形状の基板５０となる。この結果、基板５０のバックフィルム１７上への充填率を、上記第１の実施の形態の充填率より更に向上できる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、チョクラルスキー法により引上げた円柱状のシリコン単結晶棒１１の外径を砥石により研削して、その直径を１５１ｍｍにした後に（図１（ａ））、このシリコン単結晶棒１１の外周面をブレードにより正四角柱状に切取って、横断面が略正方形状の単一の正四角柱状部材１２を作製し（図１（ｂ））、正四角柱状部材１２の４つの側面を砥石により研削してそれぞれ平坦化した。この正四角柱状部材１２の縦及び横をそれぞれ１２５ｍｍとしたので、４つのコーナ部１２ａに４つの円弧面がそれぞれ残った。また４本の円弧状部材１３が切出された。

次いで正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａの円弧面に平面加工（ブレードによる切削及び砥石による研削）をそれぞれ施すとともに（図１（ｃ））、４本の円弧状部材１３の平面部を砥石により研削して平坦化した。上記平面加工した正四角柱状部材１２を所定の長さに切断してブロック化し、４本の円弧状部材１３も正四角柱状部材１２と同一の長さに切断した。次に正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａに、コーナ充填部材として上記４本の円弧状部材１３を無機接着剤（シリケート系接着剤）により接着した後に（図１（ｄ））、４本の円弧状部材１３を接着した正四角柱状部材１２が正四角柱状になるように仕上げ加工（ブレードによる切削及び砥石による研削）した（図１（ｅ））。このとき正四角柱状部材１２に接着された円弧状部材１３の直角の稜線状部１３ａを幅２ｍｍで面取り加工した。更にこの仕上げ加工した正四角柱状部材１２をワイヤソーによりスライスして、ユーザの仕様に合せた厚さ（２００μｍ〜３５０μｍ）の基板１０を作製した（図１（ｆ））。この基板１０を実施例１とした。

＜実施例２＞
図４〜図６に示すように、チョクラルスキー法により引上げた円柱状のシリコン単結晶棒１１の外径を砥石により研削して、その直径を１５１ｍｍにした後に（図４（ａ））、このシリコン単結晶棒１１の外周面をブレードにより正四角柱状に切取って、横断面が略正方形状の単一の正四角柱状部材１２を作製し、正四角柱状部材１２の４つの側面を砥石により研削してそれぞれ平坦化した（図４（ｂ））。この正四角柱状部材１２の縦及び横の長さをそれぞれ１２５ｍｍとしたので、４つのコーナ部１２ａに４つの円弧面がそれぞれ残った。一方、正四角柱状部材１２を作製した円柱状のシリコン単結晶棒１１とは別の円柱状のシリコン単結晶棒５５から正四角柱状部１２のコーナ部１２ａに相応する形状に複数の三角柱状部材５３を作製した（図５及び図６）。

次いで正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａの円弧面に平面加工（ブレードによる切削及び砥石による研削）をそれぞれ施すとともに（図４（ｃ））、４本の三角柱状部材５３の斜辺を含む側面を砥石により研削して平坦化した。上記平面加工した正四角柱状部材１２を所定の長さに切断してブロック化し、４本の三角柱状部材５３も正四角柱状部材１２と同一の長さに切断した。次に正四角柱状部材１２の４つのコーナ部１２ａに、コーナ充填部材として上記４本の三角柱状部材５３を無機接着剤（シリケート系接着剤）により接着した後に（図４（ｄ））、４本の三角柱状部材５３を接着した正四角柱状部材１２が正四角柱状になるように仕上げ加工（砥石による研削）した。このとき正四角柱状部材１２に接着された三角柱状部材５３の直角の稜線状部５３ａを幅２ｍｍで面取り加工した。更にこの仕上げ加工した正四角柱状部材１２をワイヤソーによりスライスして、ユーザの仕様に合せた厚さ（２００μｍ〜３５０μｍ）の基板５０を作製した（図４（ｅ））。この基板５０を実施例２とした。

＜比較例１＞
チョクラルスキー法により引上げた円柱状のシリコン単結晶棒の外径を砥石により研削して、その直径を１５１ｍｍにした後に、このシリコン単結晶棒の外周面をブレードにより正四角柱状に切取って、横断面略正方形状の単一の正四角柱状部材を作製し、正四角柱状部材の４つの側面を砥石により研削してそれぞれ平坦化した。この正四角柱状部材の縦及び横の長さをそれぞれ１２５ｍｍとしたので、４つのコーナ部に４つの円弧面がそれぞれ残った。次に正四角柱状部材の４つのコーナ部の円弧面に平面加工（ブレードによる切削及び砥石による研削）をそれぞれ施した後に、この正四角柱状部材を所定の長さに切断してブロック化した。更に上記正四角柱状部材をワイヤソーによりスライスして、ユーザの仕様に合せた厚さ（２００μｍ〜３５０μｍ）の基板を作製した。この基板を比較例１とした。

＜比較試験及び評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１の基板の表面積を計算により求めた。また実施例１、実施例２及び比較例１の基板をそれぞれセル化した後に、バックフィルム上に所定の間隔をあけて載置し、それぞれモジュール化した状態で、太陽光を照射して発電電力をそれぞれ測定した。上記表面積は比較例１の基板を１００％として表１に示した。また上記発電電力は比較例１の発電電力を１００％として表１に示した。

表１から明らかなように、実施例１及び実施例２の基板の表面積は比較例１の基板より５％増加した。また実施例１及び実施例２のモジュールの発電電力は比較例１のモジュールより５％増大した。

本発明第１実施形態の太陽電池用基板の製造方法を示す工程図である。 その方法で製造された太陽電池用基板をセル化した状態を示す正面図である。 そのセル化した太陽電池基板をバックフィルムに並べた状態を示す要部正面図である。 本発明の第２実施形態を示す図１に対応する工程図である。 コーナ充填部材のシリコン単結晶棒からの切出し方法を示すシリコン単結晶棒の正面図である。 そのコーナ充填部材の斜視図である。 その方法で製造された太陽電池用基板をセル化した状態を示す正面図である。 そのセル化した太陽電池基板をバックフィルムに並べた状態を示す要部正面図である。

符号の説明

１０，５０ 太陽電池用基板
１１ 円柱状のシリコン単結晶棒
１２ 正四角柱状部材
１３ 円弧状部材（コーナ充填部材）
５３ 三角柱状部材（コーナ充填部材）
５５ 別の円柱状のシリコン単結晶棒

Claims (5)

1. 円柱状のシリコン単結晶棒(11)を正四角柱状に切取る工程と、
   前記正四角柱状部材(12)の４つのコーナ部(12a)の円弧面に平面加工をそれぞれ施す工程と、
   前記平面加工した４つのコーナ部(12a)にシリコン単結晶製のコーナ充填部材(13,53)を電気絶縁性を有する接着剤により接着する工程と、
   前記コーナ充填部材(13,53)を接着した正四角柱状部材(12)が正四角柱状になるように仕上げ加工する工程と、
   前記正四角柱状部材(12)に接着されたコーナ充填部材(13,53)の直角の稜線状部(13a,53a)を幅１〜３ｍｍで面取り加工する工程と、
   前記正四角柱状部材(12)をスライスして基板(10,50)を作製する工程と
   を含む太陽電池用基板の製造方法。
2. コーナ充填部材(13)が、正四角柱状部材(12)を切取った残りの４本の円弧状部材である請求項１記載の太陽電池用基板の製造方法。
3. コーナ充填部材(53)が、正四角柱状部材(12)を作製した円柱状のシリコン単結晶棒(11)とは別の円柱状のシリコン単結晶棒(55)から前記正四角柱状部(12)のコーナ部(12a)の欠けた部分に相応する形状に形成された複数の三角柱状部材である請求項１記載の太陽電池用基板の製造方法。
4. 円柱状のシリコン単結晶棒(11,55)がチョクラルスキー法又はフローティングゾーン法により製造される請求項１ないし３いずれか１項に記載の太陽電池用基板の製造方法。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の方法で製造された太陽電池用基板。

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