JP4431712B2 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.

現在、太陽電池には高効率化及び低コスト化が同時に要求されている。そこで、高効率及び低コストの太陽電池の製造方法として、OECO(Obliquely Evaporated Contact)法が近年注目を集めている。OECO法は、ドイツのInstitut fur Solarenergieforschung Hameln/Emmerthal(ISFH)のR.Hezelらによって考案された太陽電池の作製方法であり、例えば、1998年に発刊されたRenewable Energyの第14巻83頁に開示がある(以下、OECO法により製造された太陽電池をOECO太陽電池とも称する)。OECO太陽電池の製造方法を、図12を用いて簡単に説明する。まず、OECO太陽電池は、シリコン単結晶基板24’(以下、半導体単結晶基板、あるいは単に基板ともいう)の受光面1’aとなるべき主表面上に複数の平行な溝2’(矩形、半円、三角断面形状等の断面形状を有する)を刻設し、その各溝2’の幅方向片側の内側面2’aに出力取出用の電極6’を形成した構造を有する。溝形成方法としては、通常ダイシングソーが使用される。すなわち、半導体単結晶基板24’を加工テーブルの表面上に載置して、該加工テーブルの表面から一定間隔隔てた状態で、ダイシングソーを水平移動させ、半導体単結晶基板24’の溝形成面(受光面)1’aに溝2’を形成する。溝側面2’aへの電極6’の形成は、半導体単結晶基板24’の受光面1’aとなる主表面に対して、斜め方向から真空蒸着することにより行なわれる。この方法では、溝自身による蒸着金属の遮蔽効果によって溝側面2’a及び凸状部の上面2’bへ選択的に電極材料を蒸着することができる。このように蒸着された金属は、凸状部上面2’bと側面2’aとで厚みが異なるため、この蒸着工程後にエッチング工程を行って、この側面2’aと上面2’bの厚みの差だけ側面に電極が残るように、該金属を除去する。   Currently, high efficiency and low cost are simultaneously required for solar cells. Thus, recently, an OECO (Obliquely Evaporated Contact) method has attracted attention as a method for producing a high-efficiency and low-cost solar cell. The OECO method is a solar cell fabrication method devised by R. Hezel et al. Of Institut fur Solarenergie forschung Hameln / Emmerthal (ISFH) in Germany. For example, it is disclosed in Vol. (Hereinafter, a solar cell manufactured by the OECO method is also referred to as an OECO solar cell). A method for manufacturing the OECO solar cell will be briefly described with reference to FIG. First, the OECO solar cell includes a plurality of parallel grooves 2 ′ (rectangular shape) on a main surface to be a light receiving surface 1 ′ a of a silicon single crystal substrate 24 ′ (hereinafter also referred to as a semiconductor single crystal substrate or simply a substrate). And has a structure in which an electrode 6 'for output extraction is formed on the inner side surface 2'a on one side in the width direction of each groove 2'. As a groove forming method, a dicing saw is usually used. That is, the semiconductor single crystal substrate 24 ′ is placed on the surface of the processing table, and the dicing saw is horizontally moved in a state of being spaced apart from the surface of the processing table, thereby forming the groove forming surface of the semiconductor single crystal substrate 24 ′. (Light receiving surface) A groove 2 'is formed in 1'a. Formation of the electrode 6 'on the groove side surface 2'a is performed by vacuum vapor deposition from an oblique direction with respect to the main surface serving as the light receiving surface 1'a of the semiconductor single crystal substrate 24'. In this method, the electrode material can be selectively deposited on the side surface 2'a of the groove and the upper surface 2'b of the convex portion by the shielding effect of the deposited metal by the groove itself. Since the metal deposited in this manner has a different thickness between the convex portion upper surface 2′b and the side surface 2′a, an etching process is performed after the deposition step, and the thickness of the side surface 2′a and the upper surface 2′b. The metal is removed so that the electrode remains on the side surface by the difference of.

上記のような構造をとることで、太陽電池のシャドウイングロスは、受光面1’a全体の約5%まで低減される。例えば、スクリーン印刷法により電極を作製した太陽電池の場合、シャドウイングロスは一般に約12%程度にも達するから、OECO太陽電池におけるシャドウイングロスは大幅に小さな値であるといえ、この結果、高いエネルギー変換効率が達成可能となる。   By adopting the above-described structure, the shadowing loss of the solar cell is reduced to about 5% of the entire light receiving surface 1'a. For example, in the case of a solar cell in which electrodes are produced by a screen printing method, the shadowing loss generally reaches about 12%. Therefore, it can be said that the shadowing loss in an OECO solar cell is significantly small. As a result, high energy conversion is achieved. Efficiency can be achieved.

今日、実用化されている太陽電池を材料から分類すると、シリコン系(単結晶、多結晶及びアモルファス)、化合物半導体系及びその他に分類できるが、中でも、エネルギー変換効率や製造コストに優れるシリコン単結晶を使用した太陽電池が一般に広く製造されている。通常、太陽電池用シリコン単結晶基板には、チョクラルスキー法(Czochralski法、以下、単にCZ法という)や、浮遊帯域溶融法(Floating zone法、以下、単にFZ法という)によって得られる単結晶インゴットを、ワイヤーソーでスライスして得られる基板を使用する。ワイヤーソーでスライスされた基板は、アズスライスで利用される。   The solar cells that are in practical use today can be classified into silicon (single crystal, polycrystal and amorphous), compound semiconductor, and others. The silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency and manufacturing cost. In general, solar cells using are widely manufactured. Usually, a single crystal obtained by a Czochralski method (hereinafter simply referred to as CZ method) or a floating zone melting method (hereinafter referred to simply as FZ method) is used for a silicon single crystal substrate for solar cells. A substrate obtained by slicing an ingot with a wire saw is used. A substrate sliced with a wire saw is used for as-slicing.

しかし、ワイヤーソーでスライスすると、インゴットへの切り込み量が増加するにしたがって、加工部位に停滞する砥粒が増加し、切断幅が増加することになる。この結果、図13に模式的に示すように、半導体単結晶基板24’の厚みは切断開始側(図面左側)から切断終了側(図面右側)に向かって減少する形態となる。このため、アズスライスでの半導体単結晶基板24’の使用は、工程の短縮によるコストの大幅な削減が可能な一方で、半導体単結晶基板24’の厚みが不均一となってしまうという問題がある。この厚みのばらつきは、直径が4インチの基板において20〜30μmであり、大口径の基板であるほどこのばらつきは増加する。   However, when slicing with a wire saw, as the amount of cut into the ingot increases, the number of abrasive grains stagnating at the processing site increases and the cutting width increases. As a result, as schematically shown in FIG. 13, the thickness of the semiconductor single crystal substrate 24 ′ decreases from the cutting start side (left side of the drawing) toward the cutting end side (right side of the drawing). For this reason, the use of the semiconductor single crystal substrate 24 ′ in the as-slicing can greatly reduce the cost by shortening the process, while the thickness of the semiconductor single crystal substrate 24 ′ becomes non-uniform. is there. The variation in thickness is 20 to 30 μm in a substrate having a diameter of 4 inches, and the variation increases as the substrate has a larger diameter.

このような太陽電池用基板24’に対し、従来の方法で溝形成を行なう場合、基板24’の厚みが均一とはならないため、受光面1’aからの溝2’の深さは受光面1’a全面において一定とはならない。すなわち、上刃式のダイシングソーは、歯の下縁位置が一定になるため、厚さの大きい基板部位ほど切り込み深さが大となり、溝2’も深くなってしまうのである。   When grooves are formed on such a solar cell substrate 24 ′ by a conventional method, the thickness of the substrate 24 ′ is not uniform, and therefore the depth of the groove 2 ′ from the light receiving surface 1′a is the light receiving surface. It is not constant over the entire surface of 1'a. That is, in the upper blade type dicing saw, the lower edge position of the teeth is constant, so that the depth of the cut becomes larger and the groove 2 'becomes deeper as the substrate portion has a larger thickness.

上記のように溝2’の深さが不均一である基板24’においては、溝側面2’aに上記蒸着による方法により電極6’を形成すると、形成される電極6’の高さが設計値よりも不足したり、あるいは溝底面2’cに金属が蒸着されたりする。例えば、電極6’の高さが設定値よりも不足していると、電極6’における抵抗ロスが大きくなる。また、金属が溝底面2’cに形成されていると、シャドーイングロスが増大するため、エネルギー変換効率が悪化する問題がある。そして、これを除去するためにエッチング処理を行なうと、電極形成領域が不足して抵抗ロスが増す。これらシャドーロス及び抵抗ロスの増大は、当然、太陽電池のエネルギー変換効率の低下を招く。   In the substrate 24 ′ in which the depth of the groove 2 ′ is not uniform as described above, when the electrode 6 ′ is formed on the groove side surface 2′a by the above-described deposition method, the height of the formed electrode 6 ′ is designed. The value is insufficient or the metal is deposited on the groove bottom surface 2'c. For example, if the height of the electrode 6 'is less than the set value, the resistance loss at the electrode 6' increases. Further, if the metal is formed on the groove bottom surface 2'c, the shadowing loss increases, so that there is a problem that the energy conversion efficiency is deteriorated. If an etching process is performed to remove this, the electrode formation region becomes insufficient and the resistance loss increases. These increases in shadow loss and resistance loss naturally lead to a decrease in energy conversion efficiency of the solar cell.

また、上記記載したようなOECO太陽電池の場合に限らず、基板24’に形成される溝の深さが不均一であると、製造される太陽電池の特性にばらつきが生じる場合がある。例えば、太陽電池の裏面に形成される電極コンタクト用の溝の深さが設定値よりも深い場合、電極と基板との界面面積が大きくなり、界面での再結合レートが増加する。一方で、設定値よりも浅い場合は、電極と基板とのコンタクトを十分に取れなくなり、接触抵抗が増加する。さらに、太陽電池の受光面に溝を形成した場合、溝の深さが不均一であると、表面積のばらつきにより厚み方向と垂直面内での再結合レートに不均一が生じる。これらの特性のばらつきは、出力電圧にばらつきを生じさせることになり、結果として太陽電池の出力を低下させる場合もある。   Further, not only in the case of the OECO solar cell as described above, if the depth of the groove formed in the substrate 24 ′ is not uniform, the characteristics of the manufactured solar cell may vary. For example, when the depth of the electrode contact groove formed on the back surface of the solar cell is deeper than a set value, the interface area between the electrode and the substrate increases, and the recombination rate at the interface increases. On the other hand, when it is shallower than the set value, the contact between the electrode and the substrate cannot be sufficiently obtained, and the contact resistance increases. Further, when grooves are formed on the light receiving surface of the solar cell, if the depth of the grooves is non-uniform, the recombination rate in the thickness direction and the vertical plane is non-uniform due to surface area variations. These variations in characteristics cause variations in the output voltage, and as a result, the output of the solar cell may be reduced.

本発明の第一の目的は、OECO法において、シャドーロス及び抵抗ロスを確実に抑制できるよう、電極が適切に形成された太陽電池を提供することにある。また、第二の目的は、OECO太陽電池等の溝形成した太陽電池において、溝深さを容易に均一化でき、ひいては太陽電池の高効率化を安価に実現できる太陽電池の製造方法を提供することである。   A first object of the present invention is to provide a solar cell in which electrodes are appropriately formed so that shadow loss and resistance loss can be reliably suppressed in the OECO method. A second object is to provide a solar cell manufacturing method that can easily make the groove depth uniform in a solar cell in which a groove such as an OECO solar cell is formed, and thus can achieve high efficiency of the solar cell at low cost. That is.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記第一の目的を達成するために、本発明の第一の態様に係る太陽電池は、
半導体単結晶基板の第一主表面上に互いに略平行な複数の溝が形成された受光面を有し、各溝の幅方向片側における内側面を電極形成領域として、ここに出力取出用の電極が設けられた太陽電池であって、
各溝の長手方向と垂直な任意の断面において、該断面に現れる溝深さが最大となる溝について、形成されている電極の半導体単結晶基板の厚み方向における下端とその溝の電極非形成内側面の上端とを結ぶ直線と、基板厚み方向と直交する基準線とのなす角度をθ、溝の開口端縁間距離として規定される溝幅をWとしたとき、
各溝における最小溝深さhが、
h≧Wtanθ ‥‥▲1▼
を満足することを特徴とする。
In order to achieve the first object, the solar cell according to the first aspect of the present invention is:
It has a light receiving surface in which a plurality of grooves substantially parallel to each other are formed on the first main surface of a semiconductor single crystal substrate, and an inner surface on one side in the width direction of each groove is used as an electrode forming region, and an electrode for output extraction is used here A solar cell provided with
In any cross section perpendicular to the longitudinal direction of each groove, for the groove having the maximum groove depth appearing in the cross section, the lower end of the formed electrode in the thickness direction of the semiconductor single crystal substrate and the non-electrode formation in the groove When an angle formed between a straight line connecting the upper ends of the side surfaces and a reference line orthogonal to the substrate thickness direction is θ, and a groove width defined as a distance between the opening edges of the grooves is W 1 ,
The minimum groove depth h in each groove is
h ≧ W 1 tan θ (1)
It is characterized by satisfying.

図4に示すように、溝2の一方の内側面2aに形成されている電極6の半導体単結晶基板24の厚み方向における下端LEとその溝2の電極非形成内側面2cの上端TEとを結ぶ直線と、基板厚み方向と直交する基準線とのなす角度θは、斜め蒸着により電極6を形成する際の、電極材料蒸気の入射角度(蒸着角度)に相当するものである。また、各溝2における最小溝深さhは、長さ方向に深さの分布をもつ溝2の、最も溝深さが小さくなる位置での溝深さのことである。   As shown in FIG. 4, the lower end LE of the electrode 6 formed on one inner side surface 2 a of the groove 2 in the thickness direction of the semiconductor single crystal substrate 24 and the upper end TE of the non-electrode-formed inner side surface 2 c of the groove 2 are The angle θ formed by the connecting straight line and the reference line orthogonal to the substrate thickness direction corresponds to the incident angle (deposition angle) of the electrode material vapor when the electrode 6 is formed by oblique deposition. The minimum groove depth h in each groove 2 is the groove depth at the position where the groove depth is the smallest in the grooves 2 having a depth distribution in the length direction.

本発明者らが鋭意検討したところ、最小溝深さhと、溝幅W及び角度θが、上記▲1▼式の条件を満足するとき、溝底面に電極が形成されたり、電極形成面積が不足したりする不具合が効果的に抑制されることがわかった。このような太陽電池は、厚みが不均一な基板の、最も薄い部分に形成された短形の溝についても溝深さが十分となり、電極は基板厚み方向に対して適切に形成されており、抵抗ロスは所望の値以上に増加しない。それと同時に、OECO太陽電池の本来の目的であるシャドーロスを減少させる効果も良好である。 The present inventors have studied intensively, and the minimum groove depth h, the groove width W 1 and the angle θ is, when satisfying the ▲ 1 ▼ expression conditions, or electrode is formed on the groove bottom surface, the electrode formation area It has been found that problems such as shortage are effectively suppressed. In such a solar cell, the groove depth is sufficient for the short groove formed in the thinnest part of the substrate having a non-uniform thickness, and the electrode is appropriately formed in the substrate thickness direction. The resistance loss does not increase beyond the desired value. At the same time, the effect of reducing the shadow loss, which is the original purpose of the OECO solar cell, is also good.

太陽電池自身の機械的強度を保つために、例えばシリコン単結晶基板では、150〜300μm程度の基板の厚みが確保される。もちろん、太陽電池の製造コストを低減させるには、基板の薄肉化が必要であるため、ただ溝を深く形成するのみでは、太陽電池自身の機械的強度が保てなくなる恐れがある。すなわち、本発明にて規定した溝深さを維持しながらも、高レベルの機械的強度が保たれるとよい。   In order to maintain the mechanical strength of the solar cell itself, for example, a silicon single crystal substrate has a substrate thickness of about 150 to 300 μm. Of course, since it is necessary to reduce the thickness of the substrate in order to reduce the manufacturing cost of the solar cell, the mechanical strength of the solar cell itself may not be maintained simply by forming the groove deeply. That is, it is preferable that a high level of mechanical strength is maintained while maintaining the groove depth defined in the present invention.

また、断面に観察される各溝の底部位置における半導体単結晶基板の厚みが均一となるように溝を形成すれば、基板強度の面内分布も均一となるので、厚みが不足する特定の位置から基板の割れが生ずる恐れがなくなる。ここで、厚みが均一とは、そのばらつきが±10μmの範囲内であることを意味する。   In addition, if the groove is formed so that the thickness of the semiconductor single crystal substrate at the bottom position of each groove observed in the cross section is uniform, the in-plane distribution of the substrate strength is also uniform, so the specific position where the thickness is insufficient Therefore, there is no risk of the substrate cracking. Here, the uniform thickness means that the variation is within a range of ± 10 μm.

上記の方向に溝を形成することによる利点は以下の通りである。すなわち、各溝2内に形成される電極は、いわゆるフィンガー電極として、溝配列方向に形成される後述の集電用のバスバー電極によって連結される。他方、図3A及び図3Bに示すように、半導体単結晶基板の最も厚肉の位置をP2とし、最も薄肉の位置をP1として、上記のような方向に形成された溝2は、位置P2側で深く、位置P1側に向けて深さが徐々に減少するような深さ分布を持ったものとなる。従って、単位溝長さ当たりのフィンガー電極の形成可能な溝内面面積は、位置P1側に近づくほど減少する。   The advantages of forming the groove in the above direction are as follows. That is, the electrode formed in each groove | channel 2 is connected by the below-mentioned current collection bus-bar electrode formed in a groove | channel arrangement direction as what is called a finger electrode. On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, the groove 2 formed in the above-described direction is P2 side with the thickest position of the semiconductor single crystal substrate being P2 and the thinnest position being P1. The depth distribution is such that the depth gradually decreases toward the position P1. Therefore, the groove inner surface area where the finger electrode can be formed per unit groove length decreases as the position approaches the position P1 side.

他方、図14、図15及び図16に示すように、太陽電池1には、半導体単結晶基板24の第一の主表面には、各溝2にまたがる形態で、該各溝内に形成された電極(図1:以下、フィンガー電極という)6を互いに電気的に接続する集電用のバスバー電極30が形成される。該バスバー電極30は、図18に示すように、溝2の内面に倣うように形成することもできるし、図19に示すように、各溝2を充填する形態で形成することもできる。   On the other hand, as shown in FIGS. 14, 15, and 16, the solar cell 1 is formed in each groove on the first main surface of the semiconductor single crystal substrate 24 so as to extend over each groove 2. A current collecting bus bar electrode 30 for electrically connecting the electrodes 6 (hereinafter referred to as finger electrodes) 6 to each other is formed. The bus bar electrode 30 can be formed so as to follow the inner surface of the groove 2 as shown in FIG. 18, or can be formed so as to fill each groove 2 as shown in FIG.

図14、図15及び図16に示すように、上記バスバー電極30は、最も薄肉の位置P1よりも最も厚肉の位置P2に近くなるように、その形成位置を定めることが望ましい。バスバー電極30を位置P2に近い側に形成すれば、フィンガー電極6を形成するための溝内面面積が不足する可能性のある領域を、バスバー電極30から遠ざけることができる。フィンガー電極内の電流密度は、バスバー電極30から離れた場所ほど小さくなるので、仮に抵抗ロスの要因が存在しても、電流密度自体が小さいため、電圧降下により実際に生ずる抵抗ロスは小さい。従って、上記のように形成した溝では、溝が浅くなる位置を、バスバー電極30から離れた溝先端側にそろえることができる。従って、蒸着工程において、万が一加工精度等の問題により電極形成領域が設計予定値より若干不足しても、そのような不足が発生するのはバスバー電極30から離れた位置に限られるから、抵抗ロスの増加はほとんど生じないのである。図14、図15及び図16のいずれの構成においても、最も薄肉となる位置P1と最も厚肉となる位置P2とを結ぶ線分の中点を通って、該線分と直交する直線DLにより半導体単結晶基板24を二分したとき、バスバー電極30の全体が最も厚肉となる位置P2の属する領域内に収まっている。このようにすると、抵抗ロス増加に影響するフィンガー電極の位置P1側の先端をバスバー電極30から遠ざける効果を一層高めることができる。   As shown in FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 16, it is desirable to determine the formation position of the bus bar electrode 30 so that it is closer to the thickest position P2 than to the thinnest position P1. If the bus bar electrode 30 is formed on the side close to the position P <b> 2, a region where the groove inner surface area for forming the finger electrode 6 may be insufficient can be kept away from the bus bar electrode 30. Since the current density in the finger electrode decreases as the distance from the bus bar electrode 30 increases, the resistance loss actually caused by the voltage drop is small because the current density itself is small even if the cause of the resistance loss exists. Therefore, in the groove formed as described above, the position where the groove becomes shallow can be aligned with the groove tip side away from the bus bar electrode 30. Accordingly, in the vapor deposition process, even if the electrode formation region is slightly short of the designed value due to problems such as processing accuracy, such shortage occurs only at a position away from the bus bar electrode 30, so that resistance loss There is almost no increase. In any of the configurations of FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 16, a straight line DL orthogonal to the line segment passes through the midpoint of the line segment connecting the thinnest position P1 and the thickest position P2. When the semiconductor single crystal substrate 24 is divided into two, the entire bus bar electrode 30 is within the region to which the position P2 where the thickness is the thickest belongs. If it does in this way, the effect which keeps the tip by the side of position P1 of the finger electrode which affects resistance loss increase from busbar electrode 30 can be heightened further.

なお、バスバー電極30が、位置P2と位置P1とのどちらに近いかは、本明細書においては、以下のようにして判別するものとする。まず、図17に示すように、位置P2及び位置P1のそれぞれにおいて、半導体単結晶基板24の外形線に接するベースラインL2及びL1を引く。また、ベースラインL2と直交し、半導体単結晶基板24の外形線に接する1対の面積規定ラインL3,L4と、ベースラインL1と直交し、半導体単結晶基板24の外形線に接する1対の面積規定ラインL5,L6とを引く。バスバー電極30と、ベースラインL2及び面積規定ラインL3,L4によって囲まれる面積をS2とし、バスバー電極30と、ベースラインL1及び面積規定ラインL5,L6によって囲まれる面積をS1としたとき、S2>S1であれば、バスバー電極30は位置P2側に近いものとみなす。   In this specification, it is determined as follows whether the bus bar electrode 30 is closer to the position P2 or the position P1. First, as shown in FIG. 17, base lines L2 and L1 in contact with the outline of the semiconductor single crystal substrate 24 are drawn at the positions P2 and P1, respectively. Also, a pair of area defining lines L3 and L4 that are orthogonal to the base line L2 and in contact with the outline of the semiconductor single crystal substrate 24, and a pair of areas that are orthogonal to the base line L1 and that are in contact with the outline of the semiconductor single crystal substrate 24 Draw area defining lines L5 and L6. When the area surrounded by the bus bar electrode 30, the base line L2, and the area defining lines L3, L4 is S2, and the area surrounded by the bus bar electrode 30, the base line L1, and the area defining lines L5, L6 is S1, S2> If it is S1, it will be considered that the bus-bar electrode 30 is close to the position P2 side.

次に、図3Aに示すように各溝2の長手方向は、半導体単結晶基板の最も厚肉の位置P2(肉厚h2)と最も薄肉の位置P1(肉厚h1)とを結ぶ第一主表面に沿う直線Lと平行、もしくはその直線とのなす角度を45°以内とするのがよく、なるべく平行であること(つまり、上記角度がなるべく0°に近いこと)が望ましい。これは、直線Lと溝2の方向とが平行である場合に、各溝2が、位置P2側での溝深さが最大化され、逆に位置P1側での溝深さが最小化されて、上記抵抗ロスの発生を最小化する効果が最も顕著となるためである。そして、直線Lと溝方向とのなす角度が45°を超えると、位置P1に近く位置する溝2の溝深さひいては溝内面面積が全体に不足して、抵抗ロスの発生が顕著となるため望ましくない。   Next, as shown in FIG. 3A, the longitudinal direction of each groove 2 is the first main line connecting the thickest position P2 (thickness h2) and the thinnest position P1 (thickness h1) of the semiconductor single crystal substrate. The angle formed between the straight line L and the straight line along the surface is preferably within 45 °, and is preferably as parallel as possible (that is, the angle is as close to 0 ° as possible). This is because, when the straight line L and the direction of the groove 2 are parallel, the groove depth on the position P2 side of each groove 2 is maximized, and conversely, the groove depth on the position P1 side is minimized. This is because the effect of minimizing the occurrence of the resistance loss is most remarkable. When the angle formed by the straight line L and the groove direction exceeds 45 °, the groove depth of the groove 2 located near the position P1 and the area of the groove inner surface are insufficient, and resistance loss becomes remarkable. Not desirable.

また、太陽電池基板材料としてはシリコン単結晶基板が最も好適である。例えばCZ法において製造されるシリコン単結晶は引き上げ軸方向が<100>のものがほとんどであるため、太陽電池基板材料として製造される基板の面方位も{100}である。面方位が略{100}である基板(以下、単に{100}基板ともいう)上に多数の溝を、その主表面における<110>方向に沿って形成すると、溝断面形状に応力集中しやすい部分が形成されていたり、あるいは溝形成加工時のダメージが多く残留していたりした場合、僅かな外力が作用しただけで、溝に沿って基板が容易に劈開し、破壊に至る問題がある。各溝の形成方向を、<110>方向と一致しない向きに設定することで、得られる太陽電池の機械的強度を大幅に向上させることができる。   A silicon single crystal substrate is most suitable as the solar cell substrate material. For example, most silicon single crystals produced by the CZ method have a pulling axis direction of <100>, and thus the plane orientation of the substrate produced as a solar cell substrate material is {100}. When a large number of grooves are formed along a <110> direction on the main surface of a substrate having a plane orientation of approximately {100} (hereinafter also referred to simply as a {100} substrate), stress is likely to concentrate on the groove cross-sectional shape. In the case where a portion is formed or a lot of damage is left during the groove forming process, there is a problem that the substrate is easily cleaved along the groove and is broken only by a slight external force. By setting the direction of formation of each groove in a direction that does not coincide with the <110> direction, the mechanical strength of the obtained solar cell can be significantly improved.

次に、本発明の第二の態様に係る太陽電池の製造方法は、
半導体基板の少なくとも一方の主表面上に複数の溝を形成する工程を有し、
平坦な基板送り面を有する加工テーブルの該基板送り面から、溝入れ刃の刃部を一定高さだけ突出させ、該溝入れ刃を回転させるとともに、
前記半導体基板の一方の第一主表面を前記基板送り面に密着させ、その状態で、該基板を前記基板送り面に沿って、前記溝入れ刃の厚み方向と直角に、該溝入れ刃に向かって相対移動させることにより、前記一方の主表面に前記溝を形成することを特徴とする。
Next, the manufacturing method of the solar cell according to the second aspect of the present invention is as follows.
Forming a plurality of grooves on at least one main surface of the semiconductor substrate;
From the substrate feed surface of the processing table having a flat substrate feed surface, the blade portion of the grooving blade protrudes by a certain height, and the grooving blade is rotated.
One first main surface of the semiconductor substrate is brought into close contact with the substrate feed surface, and in this state, the substrate is placed along the substrate feed surface at a right angle to the thickness direction of the grooving blade. The groove is formed on the one main surface by being relatively moved toward the surface.

上記本発明の太陽電池の製造方法によれば、半導体基板の溝が形成されるべき一方の主表面を、加工テーブルの平坦な基板送り面に密着させているので、該半導体基板の一方の主表面と基板送り面とは当然のことながら平行となる。また、該基板送り面からは一定高さだけ溝入れ刃の刃部を突出させているので、回転している溝入れ刃の厚さ方向に対して直角に、上記半導体基板を相対移動させれば、基板送り面と平行に維持される半導体基板の一方の主表面上には、一定高さの溝が形成されることになる。これにより、OECO太陽電池においては、隣接する溝に対しての遮蔽効果が各溝において均一となるので、該各溝に各々同等の電極が蒸着されることになる。そして、ひいては、各々の電極を設定どおりに形成することができ、抵抗ロスあるいはシャドーイングロス等を抑制できる。また、OECO太陽電池以外の太陽電池においても、各種溝の深さを均一にできるため、太陽電池の特性のばらつきを抑制することができ、ひいては出力の低下を抑制できる。   According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, one main surface on which the groove of the semiconductor substrate is to be formed is brought into close contact with the flat substrate feed surface of the processing table. As a matter of course, the surface and the substrate feed surface are parallel to each other. In addition, since the blade portion of the grooving blade protrudes from the substrate feed surface by a certain height, the semiconductor substrate can be relatively moved at right angles to the thickness direction of the rotating grooving blade. For example, a groove having a certain height is formed on one main surface of the semiconductor substrate maintained parallel to the substrate feed surface. Thereby, in the OECO solar cell, the shielding effect with respect to the adjacent grooves is uniform in each groove, and therefore, an equivalent electrode is deposited in each groove. As a result, each electrode can be formed as set, and resistance loss or shadowing loss can be suppressed. Also, in solar cells other than the OECO solar cell, the depths of the various grooves can be made uniform, so that variations in the characteristics of the solar cell can be suppressed, and consequently a decrease in output can be suppressed.

また、本発明においては、一定間隔で回転軸に結合された一体回転する複数の溝入れ刃(以下、溝入れ刃結合体ともいう)の刃部を、加工テーブルの基板送り面から各々互いに等しい高さだけ突出させる。このような形態の溝入れ刃結合体を採用することにより、半導体基板を一度相対移動するだけで、複数の溝入れ刃に対応する複数の溝を主表面に一括して形成することができる。このとき、それぞれの溝入れ刃の突出高さは互いに等しいので、一括して形成される複数の溝の深さは互いに等しいものとなる。また、各々の溝入れ刃は一定間隔をもって溝入れ刃結合体に結合されているので、半導体基板の主表面には、一定間隔で配列する複数の平行溝が形成されることになる。なお、この場合、上記複数溝の一括形成を数回行なって、主表面全面に溝を形成するようにしてもよいが、上記溝入れ刃結合体に結合される各々の溝入れ刃の本数を、半導体基板に形成する予定の溝の本数と同数あるいはそれ以上とし、一度の半導体基板の相対移動により、主表面全面に溝を形成させるのが生産性の観点からより望ましい。   In the present invention, the blade portions of a plurality of integrally grooving blades (hereinafter also referred to as grooving blade assemblies) coupled to the rotary shaft at regular intervals are equal to each other from the substrate feed surface of the processing table. Make it protrude by height. By adopting such a grooving blade assembly, a plurality of grooves corresponding to a plurality of grooving blades can be collectively formed on the main surface only by relatively moving the semiconductor substrate once. At this time, since the protruding heights of the respective grooving blades are equal to each other, the depths of the plurality of grooves formed collectively are equal to each other. In addition, since each grooving blade is coupled to the grooving blade assembly at regular intervals, a plurality of parallel grooves arranged at regular intervals are formed on the main surface of the semiconductor substrate. In this case, the plurality of grooves may be collectively formed several times to form grooves on the entire main surface, but the number of each grooving blade to be coupled to the grooving blade assembly is determined. It is more desirable from the viewpoint of productivity that the number of grooves to be formed in the semiconductor substrate is equal to or more than the number of grooves to be formed, and the grooves are formed on the entire main surface by one relative movement of the semiconductor substrate.

さらに、本発明の製造方法に使用される加工テーブルとして、基板送り面上に削り粉排出溝を形成したものを使用することもできる。半導体基板の主表面に溝を形成する場合、溝入れ刃の刃部により該半導体基板の溝となる部分を削ることになるので、溝の形成が進むに従って削り粉が生じる。このように発生した削り粉を生じたままにしておくと、半導体基板と加工テーブルとの間に該削り粉が介在することになり、半導体基板と加工テーブルとの密着状態を良好に維持できなくなる。具体的には、該削り粉により加工テーブルから半導体基板がその削り粉の寸法程度持ち上げられるため、加工テーブルの基板送り面と半導体基板の溝が形成される主表面とが平行から若干ずれることになる。これにより、主表面に形成される溝の深さが主表面全面で一定に保たれない。例えば、削り粉が多量に発生した後に形成される溝の深さは、最初に削られる溝の深さと比較して相対的に浅くなる傾向にある。   Furthermore, as a processing table used in the manufacturing method of the present invention, a processing table in which a shaving powder discharge groove is formed on the substrate feed surface can be used. When a groove is formed on the main surface of the semiconductor substrate, a portion to be a groove of the semiconductor substrate is cut by the blade portion of the grooving blade, so that shavings are generated as the groove is formed. If the generated shaving powder is left as it is, the shaving powder will be interposed between the semiconductor substrate and the processing table, and the close contact state between the semiconductor substrate and the processing table cannot be maintained well. . Specifically, since the semiconductor substrate is lifted from the processing table by the shaving powder to the extent of the size of the shaving powder, the substrate feed surface of the processing table and the main surface where the grooves of the semiconductor substrate are formed are slightly shifted from parallel. Become. Thereby, the depth of the groove formed on the main surface is not kept constant over the entire main surface. For example, the depth of the groove formed after a large amount of shavings is generated tends to be relatively shallow compared to the depth of the groove that is initially shaved.

しかしながら、加工テーブルの基板送り面上に削り粉排出溝を形成すれば、溝形成が進行して削り粉が多量に発生しても、発生した削り粉が該溝に取り込まれるので、加工テーブルの基板送り面と半導体基板の溝が形成される主表面とが常時良好に密着する形態を維持することができ、ひいては、主表面に形成される溝の深さを、溝形成の最初と最後で一定に保つことが可能となる。これにより、前述したように太陽電池の抵抗ロス及びシャドーイングロスを低減させ、エネルギー変換効率の向上が図られることになる。さらに、該削り粉排出溝の形成により、半導体基板と加工テーブルとの接触面積が減少し、半導体基板を相対移動する際の摩擦抵抗を低減することにもなる。これにより、溝形成の加工能率が向上し、生産性も良好となる。   However, if the cutting powder discharge groove is formed on the substrate feed surface of the processing table, even if the groove formation proceeds and a large amount of cutting powder is generated, the generated cutting powder is taken into the groove. It is possible to maintain a form in which the substrate feed surface and the main surface on which the grooves of the semiconductor substrate are formed are always in good contact, and therefore the depth of the grooves formed on the main surface is determined at the beginning and end of the groove formation. It can be kept constant. Thereby, as mentioned above, the resistance loss and shadowing loss of the solar cell are reduced, and the energy conversion efficiency is improved. Further, the formation of the shaving powder discharge groove reduces the contact area between the semiconductor substrate and the processing table, and also reduces the frictional resistance when the semiconductor substrate is relatively moved. Thereby, the processing efficiency of groove formation is improved and the productivity is also improved.

なお、上記のような太陽電池の製造方法により、形成される溝の深さを均一にすることができ、溝形成面全面における溝深さ分布の幅(最大値と最小値との差)が、半導体基板の厚さ分布の幅(最大厚さと最小厚さとの差)の5%以下となる太陽電池を製造することができる。   In addition, the depth of the formed groove can be made uniform by the method for manufacturing a solar cell as described above, and the width (difference between the maximum value and the minimum value) of the groove depth distribution over the entire groove forming surface is A solar cell having a thickness distribution of the semiconductor substrate of 5% or less of the width (difference between the maximum thickness and the minimum thickness) can be manufactured.

以下、本発明の実施の形態を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第一の態様に係る太陽電池の一実施形態を部分的に示す拡大断面図である。該太陽電池1においては、シリコン単結晶インゴットから切り出されたp型シリコン単結晶基板24の第一主表面24a上に、例えば幅が数100μm程度、深さが数10〜100μm程度の多数の溝2が互いに平行に形成されている。これらの溝2は、例えば、同軸的に結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃により一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻設してもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view partially showing one embodiment of a solar cell according to the first aspect of the present invention. In the solar cell 1, on the first main surface 24a of the p-type silicon single crystal substrate 24 cut out from the silicon single crystal ingot, for example, a large number of grooves having a width of about several hundred μm and a depth of about several tens to 100 μm. 2 are formed in parallel to each other. These grooves 2 can be collectively engraved by hundreds to thousands of rotating blades that are coaxially coupled and integrally rotated, but may be engraved in several operations. .

上記溝刻設した基板24の第一主表面24aには、n型ドーパントであるリンを熱拡散することによりエミッタ層4が形成され、p−n接合部が形成されている。そして、そのエミッタ層4の上に、トンネル絶縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜5が、例えば熱酸化法により形成されている。   An emitter layer 4 is formed on the first main surface 24a of the grooved substrate 24 by thermally diffusing phosphorus, which is an n-type dopant, and a pn junction is formed. A thin silicon oxide film 5 that functions as a tunnel insulating film is formed on the emitter layer 4 by, for example, a thermal oxidation method.

そして、溝2の幅方向における片側の内側面において上記シリコン酸化膜5の上に電極6が形成されている。該電極6は、蒸着装置内において電極材料(例えばアルミニウム等の金属)を溝の内側面に蒸着することにより形成されたものであり、その蒸着時においては、溝幅方向における片側の内側面2aに優先的に電極材料が蒸着されるよう、蒸着源に対し基板24を所定角度以上に相対的に傾けて配置するようにする。なお、該蒸着時には、溝2,2間に形成された凸条部23の頂面にも余分の電極材料が堆積するが、これは塩酸溶液等のエッチング液にて除去される。そして、電極6を含む基板24の第一主表面24aの全体が、保護層および反射防止膜として機能する窒化シリコン膜7により覆われている。   An electrode 6 is formed on the silicon oxide film 5 on the inner surface on one side in the width direction of the groove 2. The electrode 6 is formed by vapor-depositing an electrode material (for example, a metal such as aluminum) on the inner surface of the groove in the vapor deposition apparatus. At the time of vapor deposition, the inner surface 2a on one side in the groove width direction is formed. In order to preferentially deposit the electrode material, the substrate 24 is arranged to be inclined relative to the vapor deposition source at a predetermined angle or more. During the vapor deposition, extra electrode material is also deposited on the top surface of the ridge 23 formed between the grooves 2 and 2, but this is removed with an etching solution such as a hydrochloric acid solution. The entire first main surface 24a of the substrate 24 including the electrode 6 is covered with a silicon nitride film 7 that functions as a protective layer and an antireflection film.

各溝2は、自身の長手方向と直交する断面における外形線形状が、図2Aに示す矩形状、図2Bに示す半円形、及び図2Cに示すV型のいずれかとすることが、外周刃カッティングによる形成が容易であるので本発明に好適である。   Each groove 2 has an outer shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove 2 as one of a rectangular shape shown in FIG. 2A, a semicircular shape shown in FIG. 2B, and a V shape shown in FIG. 2C. Therefore, it is suitable for the present invention.

溝2は、自身の長手方向と直交する断面における外形線形状が、例えば図2Aに示す矩形もしくは図2Cに示すV型となる場合においては、図2Dあるいは図2Eに示すように、互いに交差する2つの辺部2a,2bが現れる形となる。矩形の溝の場合は図2Dに示すように、辺部2a,2bは溝側壁と溝底とにそれぞれ対応するものであり、両者の交差角度は略90゜となる。他方、V型の溝の場合は辺部2a,2bが溝低にて鋭角状に交わる。いずれの場合も、これら辺部の交差位置が鋭利に形成されていると応力集中を招きやすく、太陽電池の強度低下につながる。そこで溝2の断面外形線形状を、上記辺部2a,2bの交差位置にアールR1あるいはR2を施した形状とすることで、太陽電池の機械的強度を一層高めることが可能となる。   The grooves 2 intersect each other as shown in FIG. 2D or FIG. 2E when the outline shape in the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the grooves 2 is, for example, a rectangle shown in FIG. 2A or a V shape shown in FIG. 2C. Two sides 2a and 2b appear. In the case of a rectangular groove, as shown in FIG. 2D, the side portions 2a and 2b correspond to the groove side wall and the groove bottom, respectively, and the crossing angle between them is approximately 90 °. On the other hand, in the case of a V-shaped groove, the side portions 2a and 2b intersect at an acute angle at the groove low. In any case, if the crossing positions of these side portions are formed sharply, stress concentration tends to be caused, leading to a decrease in the strength of the solar cell. Therefore, the mechanical strength of the solar cell can be further increased by setting the cross-sectional outline shape of the groove 2 to a shape in which the rounded R1 or R2 is applied to the intersecting position of the side portions 2a and 2b.

上記アールR1あるいはR2の大きさは、応力集中防止効果が十分に達成され、かつ溝形状に由来する直列抵抗低減等の効果が損なわれない範囲で設定すること、例えば2〜20μm程度に形成することが望ましい。また、このようなアールの付与は、外周刃カッティング等にて溝を刻設した後、化学エッチングを施すことで容易に形成できる。この化学エッチングは、溝の刻設加工時に生ずるダメージ除去のエッチングに兼用させてもよい。この場合、エッチング厚さとしては、形成するアールを上記望ましい範囲内のものとするために、5〜20μm程度の範囲にて行なうことが望ましい。なお、化学エッチング液としては、水酸化カリウム水溶液等を使用することができる。   The size of R 1 or R 2 is set within a range in which the effect of preventing stress concentration is sufficiently achieved and the effect of reducing the series resistance derived from the groove shape is not impaired, for example, about 2 to 20 μm. It is desirable. Also, such rounding can be easily formed by carrying out chemical etching after engraving a groove by cutting an outer peripheral blade or the like. This chemical etching may also be used for etching for removing damage that occurs during the groove engraving process. In this case, it is desirable that the etching thickness be in the range of about 5 to 20 μm in order to make the formed radius within the above desired range. As the chemical etching solution, an aqueous potassium hydroxide solution or the like can be used.

ところで、チョクラルスキー法(Czochralski法、以下、単にCZ法という)や、浮遊帯域溶融法(Floating zone法、以下、単にFZ法という)によって得られる単結晶インゴットを、ワイヤーソーでスライスして得られる基板は、厚みが不均一であり(図3A参照)、例えば4インチ基板で20〜30μmにものぼり、大口径の基板ほどこのばらつきは増加する。ワイヤーソーではインゴットへの切り込み量が増加するにしたがって、加工箇所に停滞する砥粒が増加し、切断幅が次第に増加するためである。   By the way, a single crystal ingot obtained by the Czochralski method (hereinafter simply referred to as the CZ method) or the floating zone melting method (hereinafter simply referred to as the FZ method) is obtained by slicing with a wire saw. The thickness of the substrate to be obtained is non-uniform (see FIG. 3A), for example, 20 to 30 μm for a 4-inch substrate, and this variation increases as the substrate has a larger diameter. This is because in a wire saw, as the amount of cut into the ingot increases, abrasive grains stagnating at the machining location increase, and the cutting width gradually increases.

厚みの均一でない基板24対してダイシングソーで一括して溝2を設けた場合、図4の断面模式図にも示すように溝深さも不均一となる。OECO法において、溝の内側面片側のどの程度の領域に電極が形成されるかは、溝深さと蒸着方向(図4中evap)によって決まる。蒸着角度θは、溝2の長手方向(紙面に垂直な方向である)と垂直な任意の断面(すなわち、紙面に表れている断面である)において、断面に現れる溝2の深さが最大となる溝2uについて、形成されている電極6の基板24の厚み方向Tにおける下端LEとその溝2uの電極が形成されていない内側面(電極非形成内側面)2cの上端TEとを結ぶ直線と、基板厚み方向Tと直交する基準線HLとのなす角度として定義される。   When the grooves 2 are collectively provided with a dicing saw for the substrate 24 having a non-uniform thickness, the groove depth is also non-uniform as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. In the OECO method, the extent to which the electrode is formed on one side of the inner surface of the groove is determined by the groove depth and the deposition direction (evap in FIG. 4). The deposition angle θ is such that the depth of the groove 2 appearing in the cross section is the maximum in an arbitrary cross section (that is, a cross section appearing on the paper surface) perpendicular to the longitudinal direction of the groove 2 (the direction perpendicular to the paper surface). For the groove 2u to be formed, a straight line connecting the lower end LE of the formed electrode 6 in the thickness direction T of the substrate 24 and the upper end TE of the inner surface (electrode non-formed inner side surface) 2c where the electrode of the groove 2u is not formed. , Defined as an angle formed by a reference line HL perpendicular to the substrate thickness direction T.

所望の領域へ電極を形成するのに溝2,2間に生ずる凸条部23の高さが不十分である場合、蒸着角度θによっては凸条部23側の辺部2aのみならず、溝底部に相当する辺部2bにも蒸着されてしまう。エッチングにより除去されるべき領域が増加し、必要とする電極が得られない。   When the height of the ridge 23 formed between the grooves 2 and 2 is insufficient to form an electrode in a desired region, not only the side 2a on the ridge 23 side but also the groove depending on the deposition angle θ. It is also deposited on the side 2b corresponding to the bottom. The area to be removed by etching increases, and the required electrode cannot be obtained.

本発明においては基板24の最も薄肉の位置(図3Aの位置P1)においても、図4に示すように、電極6が溝底部に相当する辺部2bに蒸着されることのない程度に、十分な溝深さが確保されている。図5Aに示すように、溝の長手方向と垂直な任意の断面にて、溝深さをh、電極高さをheとすると、溝の開口端縁間距離として規定される溝幅Wと、先に定義した蒸着角度θとから、電極の溝深さ方向(基板の厚み方向)への高さhは、
he=Wtanθ
で表される。従って、最も薄肉の位置での溝深さh’が、
h’≧Wtanθ (前記▲1▼式)
を満足するように十分大きく確保されていれば、当該位置においても溝底部に相当する辺部2bに電極6が蒸着されることはない。そして、上記位置で溝深さは最も小さくなるので、他の位置での溝深さhについては、必ず前記▲1▼を満たし、結果として任意の溝2について、底部に相当する辺部2bに電極6が蒸着される不具合を防止できる。
In the present invention, even at the thinnest position of the substrate 24 (position P1 in FIG. 3A), as shown in FIG. 4, it is sufficient that the electrode 6 is not deposited on the side 2b corresponding to the groove bottom. The groove depth is secured. As shown in FIG. 5A, in an arbitrary cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove, assuming that the groove depth is h and the electrode height is he, the groove width W 1 defined as the distance between the opening edges of the grooves, The height h in the groove depth direction of the electrode (the thickness direction of the substrate) from the previously defined vapor deposition angle θ is:
he = W 1 tan θ
It is represented by Therefore, the groove depth h ′ at the thinnest position is
h ′ ≧ W 1 tan θ (the above formula (1))
As long as it is sufficiently large so as to satisfy the above, the electrode 6 is not deposited on the side 2b corresponding to the groove bottom even at this position. Since the groove depth is the smallest at the above position, the groove depth h at other positions always satisfies the above (1), and as a result, any groove 2 has a side 2b corresponding to the bottom. A problem that the electrode 6 is deposited can be prevented.

なお、図5Bに示すようにV字型の溝の場合も、▲1▼式は近似的に成立する。仮に、着目している溝が基板中で最も深く形成されている溝であるとすると、その基板中で最も浅く形成されている溝の溝深さがh以上であれば、電極が余分に形成されたり、不足することがない。   In the case of a V-shaped groove as shown in FIG. 5B, equation (1) is approximately established. If the groove of interest is the deepest groove formed in the substrate, an extra electrode is formed if the groove depth of the shallowest groove in the substrate is greater than or equal to h. There will be no shortage.

図1に戻り、太陽電池1の他方の主表面24b(以下、第二主表面と記載する)側には、例えば、窒化シリコン膜10を介して裏面電極層8が形成されている。窒化シリコン膜10は保護膜として形成されているものであり、例えば、気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)法等により形成することができる。さらに、裏面電極層8は第二主表面24bの略全面を覆うもので、例えばアルミ蒸着層として構成される。裏面電極層8は、該窒化シリコン膜10を膜厚方向に貫通するコンタクト貫通部10aを介して、下地となるシリコン単結晶基板24と導通させるようにしている。コンタクト貫通部10aは、フォトリソグラフィーで形成してもよいが、本実施形態では、機械加工による溝あるいはレーザー加工による孔とされている。   Returning to FIG. 1, the back electrode layer 8 is formed on the other main surface 24 b (hereinafter referred to as a second main surface) side of the solar cell 1 with a silicon nitride film 10 interposed therebetween, for example. The silicon nitride film 10 is formed as a protective film, and can be formed by, for example, a vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition) method or the like. Further, the back electrode layer 8 covers substantially the entire surface of the second main surface 24b, and is configured as an aluminum vapor deposition layer, for example. The back electrode layer 8 is electrically connected to the underlying silicon single crystal substrate 24 through a contact through portion 10a penetrating the silicon nitride film 10 in the film thickness direction. The contact penetrating portion 10a may be formed by photolithography, but in the present embodiment, it is a groove by machining or a hole by laser processing.

また、太陽電池自身の機械的強度を保つために、シリコン単結晶基板24の厚みは、150〜300μm程度とされる。もちろん、太陽電池の製造コストを低減させるには、基板の薄肉化が必要であるため、ただ溝を深く形成するのみでは、太陽電池自身の機械的強度が保てなくなる恐れがある。すなわち、本発明にて規定した溝深さを維持しながらも、その深さを例えば100μm以下に抑えるのがよい。   Moreover, in order to maintain the mechanical strength of the solar cell itself, the thickness of the silicon single crystal substrate 24 is set to about 150 to 300 μm. Of course, since it is necessary to reduce the thickness of the substrate in order to reduce the manufacturing cost of the solar cell, the mechanical strength of the solar cell itself may not be maintained simply by forming the groove deeply. That is, while maintaining the groove depth defined in the present invention, the depth is preferably suppressed to, for example, 100 μm or less.

さらに、図1において、太陽電池1の各溝2は、第一主表面上24aにおいて<110>方向と一致しない向きに形成されている。これにより、太陽電池1の機械的強度が向上する。なお、本明細書において、使用する単結晶基板の結晶主軸が、オフアングル付与により<100>から6゜程度まで傾いていても、該基板は{100}の面方位を有するものとみなす。   Further, in FIG. 1, each groove 2 of solar cell 1 is formed in a direction that does not coincide with the <110> direction on first main surface 24 a. Thereby, the mechanical strength of the solar cell 1 is improved. Note that in this specification, even if the crystal principal axis of the single crystal substrate used is tilted from <100> to about 6 ° due to off-angle provision, the substrate is regarded as having a {100} plane orientation.

以下、上記太陽電池1の製造方法の一例について説明する。
まず、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウム等のIII族元素を添加したシリコン単結晶インゴットを用意し、ここから面方位{100}のp型シリコン単結晶基板を切り出す。なお、p型シリコン単結晶基板の比抵抗は例えば0.5〜5Ω・cmとする。図6の工程(a)に示すように、該p型{100}基板の第一主表面24a上に、高速回転刃DS(図3B)により、<110>と異なる方向、例えば<100>方向に、深さ20〜100μmの互いに平行な複数の溝2を作成する。シリコン単結晶基板は、CZ法及びFZ法のいずれの方法によって作成されてもよいが、得られる基板の機械的強度の面から、CZ法で作製されるのが好ましい。また、基板厚さは40μmでも十分な機械的強度を保つが、スライシングの便宜、溝形成深さを考慮して150〜300μmに設定することが望ましい。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the solar cell 1 will be described.
First, a silicon single crystal ingot in which a group III element such as boron or gallium is added to high-purity silicon is prepared, and a p-type silicon single crystal substrate having a plane orientation {100} is cut out therefrom. The specific resistance of the p-type silicon single crystal substrate is, for example, 0.5 to 5 Ω · cm. As shown in step (a) of FIG. 6, on the first main surface 24a of the p-type {100} substrate, a high-speed rotary blade DS (FIG. 3B) causes a direction different from <110>, for example, <100> direction. In addition, a plurality of parallel grooves 2 having a depth of 20 to 100 μm are formed. The silicon single crystal substrate may be produced by any of the CZ method and the FZ method, but is preferably produced by the CZ method from the viewpoint of the mechanical strength of the obtained substrate. Further, although the substrate thickness can maintain sufficient mechanical strength even at 40 μm, it is desirable to set it to 150 to 300 μm in consideration of the groove formation depth for the convenience of slicing.

高速回転刃としては、形成する溝形態に応じて、例えば矩形状断面の刃、半円型断面の刃、及び山型断面の刃を適宜選択して用いる。高速回転刃を用い、切削液を噴射しながら1秒間に例えば約0.1〜4cmの速度で基板24の主表面を切削し、溝2を刻設する。なお、高速回転刃は、ダイサーもしくはワイヤーソーでも代用が可能である。   As the high-speed rotary blade, for example, a blade having a rectangular cross-section, a blade having a semicircular cross-section, and a blade having a chevron-shaped cross-section are appropriately selected and used according to the form of the groove to be formed. Using a high-speed rotary blade, the main surface of the substrate 24 is cut at a speed of, for example, about 0.1 to 4 cm per second while spraying the cutting fluid, and the grooves 2 are formed. The high-speed rotary blade can be replaced with a dicer or a wire saw.

図3Aを用いて既に説明した通り、各溝2の長手方向は、半導体単結晶基板の最も厚肉の位置P2(肉厚h2)と最も薄肉の位置P1(肉厚h1)とを結ぶ第一主表面に沿う直線Lと平行、もしくはその直線とのなす角度を45°以内とすることが、溝内面に形成する電極(フィンガー電極)の抵抗ロスを軽減する上で望ましい。また、直線Lと溝2の方向を平行に設定する場合、前記▲1▼式の条件を満たす溝は、以下のようにして形成できる。すなわち、基板の厚さ分布を測定することにより、上記位置P1とP2とを予め求めておく。次に、図3Bにおいて、高速回転刃DSの切断方向と、P1とP2とを結ぶ方向とが一致するように、テーブルDT上に基板24をセットする。そして、設計値として決定されている溝幅W及び蒸着角度θを用いてWtanθの値を算出しておき、位置P1にて溝深さh’が、該Wtanθよりも大きくなり、かつ、各溝底位置において強度が十分確保できる基板厚さT’(例えば、40μm以上)が残留するように、高速回転刃DSの切断切り込み深さを設定する。このとき、各溝2の底面に残留する基板厚さT’は、h1−h’により表すことができる。 As already described with reference to FIG. 3A, the longitudinal direction of each groove 2 is the first connecting the thickest position P2 (thickness h2) and the thinnest position P1 (thickness h1) of the semiconductor single crystal substrate. In order to reduce resistance loss of an electrode (finger electrode) formed on the inner surface of the groove, it is desirable that the angle formed between the straight line L and the straight line along the main surface is within 45 °. Further, when the direction of the straight line L and the groove 2 is set in parallel, the groove satisfying the expression (1) can be formed as follows. That is, the positions P1 and P2 are obtained in advance by measuring the thickness distribution of the substrate. Next, in FIG. 3B, the substrate 24 is set on the table DT so that the cutting direction of the high-speed rotary blade DS coincides with the direction connecting P1 and P2. Then, the value of W 1 tan θ is calculated using the groove width W 1 and the deposition angle θ determined as design values, and the groove depth h ′ becomes larger than the W 1 tan θ at the position P1. In addition, the cutting depth of the high-speed rotary blade DS is set so that the substrate thickness T ′ (for example, 40 μm or more) that can sufficiently ensure the strength remains at each groove bottom position. At this time, the substrate thickness T ′ remaining on the bottom surface of each groove 2 can be represented by h1-h ′.

次に、溝形成後の基板のダメージを、前記した化学エッチングにより除去する。図2Aに示す矩形もしくは図2Cに示すV型の溝の場合、このダメージ除去のエッチングを、図2Dあるいは図2Eに示すアール付与が可能となるように設定することが望ましい。該ダメージ除去のエッチングが終了すれば、上記基板上に、反射損失を低減するための主表面の面あらし処理として、異方性エッチング等による公知の手法により、テクスチャ構造の形成を行なう。テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄するが、経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。   Next, the substrate damage after the groove formation is removed by the chemical etching described above. In the case of the rectangle shown in FIG. 2A or the V-shaped groove shown in FIG. 2C, it is desirable to set the etching for removing the damage so as to enable the rounding as shown in FIG. 2D or 2E. When the damage removal etching is completed, a texture structure is formed on the substrate by a known technique such as anisotropic etching as a surface roughening treatment of the main surface for reducing reflection loss. After forming the texture, washing is carried out in an acidic aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid or the like, or a mixture thereof, but washing in hydrochloric acid is preferred from the viewpoint of economy and efficiency.

次に、図6の工程(b)に示すように、洗浄後の基板表面にエミッタ層4を形成する。エミッタ層形成の方法としては、五酸化二リンを用いた塗布拡散法、リンイオンを直接注入するイオン打ち込み法など、いずれの方法でも可能であるが、経済的観点からは、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法を採用することが好ましい。例えば、オキシ塩化リン雰囲気中で基板を850℃前後で熱処理することにより、表面にn型エミッタ層4を形成することができる。形成するエミッタ層4の厚さは、例えば約0.5μm程度であり、シート抵抗は40〜100Ω/□とすることができる。なお、この処理により基板表面に形成されるリンガラスは、フッ酸溶液中で除去する。   Next, as shown in step (b) of FIG. 6, the emitter layer 4 is formed on the cleaned substrate surface. As the method for forming the emitter layer, any method such as a coating diffusion method using diphosphorus pentoxide or an ion implantation method in which phosphorus ions are directly implanted can be used. However, from an economical viewpoint, phosphorus oxychloride is used. It is preferable to employ a gas phase diffusion method. For example, the n-type emitter layer 4 can be formed on the surface by heat-treating the substrate at around 850 ° C. in a phosphorus oxychloride atmosphere. The thickness of the emitter layer 4 to be formed is about 0.5 μm, for example, and the sheet resistance can be 40 to 100Ω / □. Note that the phosphorus glass formed on the substrate surface by this treatment is removed in a hydrofluoric acid solution.

次に、基板の第二主表面24b側の電極形成を行なう。まず、図6の工程(c)に示すように、パッシベーション膜としての窒化シリコン層8を第二主表面24bに形成する。窒化シリコン層8の形成はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により行なうことができる。この場合、常圧熱CVD法、減圧熱CVD法及び光CVD法等、いずれの方法も可能であるが、リモートプラズマCVD法を採用した場合、350〜400℃程度の低温プロセスであることと、かつ、得られる窒化シリコン層8の表面再結合速度を小さくできる等の点において、本発明に好適であるといえる。なお、直接熱窒化法は、十分な膜厚を得ることができないため、好ましくない。   Next, an electrode is formed on the second main surface 24b side of the substrate. First, as shown in step (c) of FIG. 6, a silicon nitride layer 8 as a passivation film is formed on the second main surface 24b. The silicon nitride layer 8 can be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In this case, any method such as atmospheric pressure CVD method, reduced pressure CVD method and photo CVD method is possible, but when adopting the remote plasma CVD method, it is a low temperature process of about 350 to 400 ° C., In addition, it can be said that it is suitable for the present invention in that the surface recombination rate of the obtained silicon nitride layer 8 can be reduced. The direct thermal nitriding method is not preferable because a sufficient film thickness cannot be obtained.

そして、図6の工程(d)に示すように、形成した窒化シリコン層8に、溝形成時と同様の高速回転刃を用い、下地のp型シリコン単結晶基板24に到達する電極導通用の溝8aを形成する。刃の形状は、溝断面形状に応じて、例えば矩形、半円形、山形のいずれかとする。溝8aの形成後、図6の工程(e)に示すように、該溝8aを周囲の窒化シリコン層8とともに電極9にて覆う。電極材料としては銀や銅を用いることも可能であるが、経済性や加工性の観点からアルミニウム(合金含む)が最も好ましい。該アルミニウムの堆積は、スパッタ法及び真空蒸着法のいずれの方法でも可能である。以上で第二主表面24b側の電極形成処理は終了である。   Then, as shown in step (d) of FIG. 6, the formed silicon nitride layer 8 is used for conducting an electrode that reaches the underlying p-type silicon single crystal substrate 24 by using a high-speed rotary blade similar to that used for groove formation. A groove 8a is formed. The shape of the blade is, for example, one of a rectangle, a semicircle, and a mountain according to the groove cross-sectional shape. After the formation of the groove 8a, the groove 8a is covered with the electrode 9 together with the surrounding silicon nitride layer 8 as shown in step (e) of FIG. Silver or copper can be used as the electrode material, but aluminum (including an alloy) is most preferable from the viewpoints of economy and workability. The aluminum can be deposited by either sputtering or vacuum evaporation. The electrode forming process on the second main surface 24b side is thus completed.

次に、図6の工程(f)に示すように、第一主表面24aに、熱酸化法によりシリコン酸化膜5を形成する。この層は第一主表面24aの電極6と基板24との間のトンネル絶縁層として機能するものであり、短絡防止を図りつつトンネル効果を最適化するために、層厚さは5〜30Åとする。シリコン酸化膜5は、ドライ酸化、ウェット酸化、スチーム酸化、パイロジェニック酸化及び塩酸酸化等、種々の公知の方法で形成が可能であるが、高品質で膜厚の制御が容易なドライ酸化法を採用することが好ましい。   Next, as shown in step (f) of FIG. 6, a silicon oxide film 5 is formed on the first main surface 24a by a thermal oxidation method. This layer functions as a tunnel insulating layer between the electrode 6 on the first main surface 24a and the substrate 24. In order to optimize the tunnel effect while preventing a short circuit, the layer thickness is 5 to 30 mm. To do. The silicon oxide film 5 can be formed by various known methods such as dry oxidation, wet oxidation, steam oxidation, pyrogenic oxidation and hydrochloric acid oxidation. However, a high quality and easy dry film thickness control method can be used. It is preferable to adopt.

シリコン酸化膜5を形成した基板24には、斜め蒸着法により、溝2の幅方向における片側の内側面に電極6を、例えば5〜10μm程度堆積させる。電極材料はアルミニウム(合金含む)が好ましいが、これに限られるものではなく、銀や銅等、他の金属でも可能である。具体的には、溝2の延長方向が蒸着源に対して垂直となるように第一主表面24aを蒸着源に向けた状態を基準として、そこから基板24の主軸を蒸着源に対し70°〜89°傾けた形で、蒸着装置内に基板24を配置する。このような配置により、溝2の幅方向における片側の内側面に電極材料を優先的に堆積させることができる。なお、蒸着は、装置内の真空度が2×10−5Pa以下のレベルに到達してから行なうことが望ましく、蒸着速度は例えば毎秒10〜15Åとする(ただし、これに限られるものではない)。なお、図6の工程(g)に示すように、電極6を蒸着した基板24は、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸、リン酸あるいはそれらの混合液の酸性水溶液中に浸漬することにより、溝2,2間に生ずる凸条部23の頂部に堆積した不要な電極材料を除去する。 On the substrate 24 on which the silicon oxide film 5 is formed, the electrode 6 is deposited on the inner surface on one side in the width direction of the groove 2 by, for example, an oblique vapor deposition method. The electrode material is preferably aluminum (including an alloy), but is not limited thereto, and other metals such as silver and copper are also possible. Specifically, on the basis of the state in which the first main surface 24a faces the vapor deposition source so that the extending direction of the groove 2 is perpendicular to the vapor deposition source, the main axis of the substrate 24 is 70 ° with respect to the vapor deposition source. The substrate 24 is arranged in the vapor deposition apparatus in a form inclined by ˜89 °. With such an arrangement, the electrode material can be preferentially deposited on the inner surface on one side in the width direction of the groove 2. In addition, it is desirable to perform the vapor deposition after the degree of vacuum in the apparatus reaches a level of 2 × 10 −5 Pa or less, and the vapor deposition rate is, for example, 10 to 15 毎 per second (however, it is not limited thereto). ). As shown in step (g) of FIG. 6, the substrate 24 on which the electrode 6 is deposited is dipped in an acidic aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid or a mixture thereof, thereby forming grooves. Unnecessary electrode material deposited on the top of the ridge 23 generated between the two is removed.

以上の工程が終了した基板24は、公知の方法により、図14〜図16に示すようなバスバー電極30を形成し、さらに表面のパッシベーション及び反射防止膜として、例えばリモートプラズマCVD法により、第一主表面24a上に一様に窒化シリコン層7を、例えば600〜700Å堆積することにより(図6の工程(h))、最終的な太陽電池1が得られる。   The substrate 24 having been subjected to the above steps is formed with a bus bar electrode 30 as shown in FIGS. 14 to 16 by a known method, and further, as a surface passivation and antireflection film, for example, by a remote plasma CVD method. The final solar cell 1 is obtained by depositing the silicon nitride layer 7 uniformly on the main surface 24a, for example, 600 to 700 mm (step (h) in FIG. 6).

図14は、バスバー電極30を、半導体単結晶基板24の外周縁に沿う円弧状に形成した例である。図16は、半導体単結晶基板24の外周縁に沿う折れ線状に形成した例である。   FIG. 14 shows an example in which the bus bar electrode 30 is formed in an arc shape along the outer peripheral edge of the semiconductor single crystal substrate 24. FIG. 16 shows an example in which the semiconductor single crystal substrate 24 is formed in a polygonal line along the outer peripheral edge.

また、図15においては、溝2の配列のうち、最大長の溝2’を含んだ配列の一部40に対しバスバー電極30が、各溝2内のフィンガー電極2を、最も厚肉となる位置P2側の第一部分2aと、最も薄肉となる位置P1側の、第一部分2aよりも長い第二部分2bとに分割する形態にて配置されている。そして、全長の長い溝1ほど第一部分2aの長さが大きくなるように、バスバー電極30の位置が調整されてなる。具体的には、溝配列40の位置においてバスバー電極30が、前記した直線DLと平行に配置されており、該溝配列40において全長の長い溝2ほど第一部分2aの長さが長くなっている。全長の長い溝2ではフィンガー電極2の長さも大きくなり、抵抗ロスも大きくなりがちであるが、バスバー電極30の位置を上記のように工夫して第一部分2aの長さを大きくすれば、第二部分2bはその分長さが小さくなるので、抵抗ロス低減により効果的である。   Further, in FIG. 15, the bus bar electrode 30 has the thickest finger electrode 2 in each groove 2 with respect to a part 40 of the array including the maximum length groove 2 ′ in the array of grooves 2. It arrange | positions in the form divided | segmented into the 1st part 2a by the side of the position P2, and the 2nd part 2b longer than the 1st part 2a by the side of the position P1 used as the thinnest. And the position of the bus-bar electrode 30 is adjusted so that the length of the 1st part 2a becomes large as the groove | channel 1 with a long full length. Specifically, the bus bar electrode 30 is arranged in parallel with the straight line DL at the position of the groove array 40, and the length of the first portion 2a is longer as the groove 2 has a longer overall length in the groove array 40. . In the groove 2 having a long overall length, the length of the finger electrode 2 tends to increase and the resistance loss tends to increase. However, if the position of the bus bar electrode 30 is devised as described above and the length of the first portion 2a is increased, Since the length of the two portions 2b is reduced correspondingly, it is more effective in reducing resistance loss.

なお、図14〜図16ではバスバー電極30は一様な幅を有するものとして描いているが、バスバー電極30には出力取り出し用のリード線が接続され、そのリード線に近い部分ほど集電が進んで大電流が流れるので、リード線接続位置に向かうほど幅が広くなるように形成することが望ましい。例えば、バスバー電極30の第一の端部にリード線が接続される場合は、第二の端部から該第一の端部に向けて幅が広くなるように形成すればよい。また、バスバー電極30の長手方向中間位置にリード線が接続される場合は、バスバー電極30の両端から該リード線が接続される中間位置に近づくほど幅が広くなるように形成すればよい。   14 to 16, the bus bar electrode 30 is illustrated as having a uniform width. However, a lead wire for output output is connected to the bus bar electrode 30, and current collection is performed at a portion closer to the lead wire. Since a large current flows forward, it is desirable that the width be increased toward the lead wire connection position. For example, when a lead wire is connected to the first end portion of the bus bar electrode 30, the width may be increased from the second end portion toward the first end portion. Further, when the lead wire is connected to the intermediate position in the longitudinal direction of the bus bar electrode 30, the width may be formed so as to approach the intermediate position to which the lead wire is connected from both ends of the bus bar electrode 30.

また、バスバー電極30の形成方法としては、例えばNi等の金属の電解メッキあるいは無電解メッキ(無電解メッキ後に電解メッキを施すなど、両者の組み合わせであってもよい)により電極パターンを形成する方法、Al等の金属の蒸着により電極パターンを形成する方法、Ni等の金属ペーストをスクリーン印刷して、ペースト印刷パターンを形成し、これを焼成して電極とする方法、アルミ等の電極用金属薄帯を半導体単結晶基板上に圧着等に貼り付ける方法(必要に応じてヒートセッティングを施すことができる)などを例示できる。なお、金属薄帯の貼り付けを用いる場合、フィンガー電極の形成されている溝内面に薄帯を密着させることが困難となり、導通確保に問題が生ずる場合がある。そこで、金属薄帯の片面に金属ペースト層を形成し、その金属ペースト層側にて貼り付けを行なうと、金属ペーストが溝内面に充填され、フィンガー電極との導通確保を容易に行なうことができる。この場合、金属薄帯の貼り付けを行なった後、焼成を行なうことが、電極の密着力を確保する観点において望ましい。   The bus bar electrode 30 is formed by, for example, a method of forming an electrode pattern by electrolytic plating or electroless plating of a metal such as Ni (which may be a combination of both, such as electroplating after electroless plating). , A method of forming an electrode pattern by vapor deposition of a metal such as Al, a screen printing of a metal paste such as Ni, a method of forming a paste print pattern, and firing it into an electrode, a metal thin film for an electrode such as aluminum Examples thereof include a method of attaching a band to a semiconductor single crystal substrate by pressure bonding or the like (heat setting can be performed if necessary). In addition, when using a metal ribbon attachment, it becomes difficult to make a ribbon contact | adhere to the groove | channel inner surface in which the finger electrode is formed, and a problem may arise in ensuring conduction | electrical_connection. Therefore, when a metal paste layer is formed on one surface of the metal ribbon and pasted on the metal paste layer side, the metal paste is filled into the groove inner surface, and it is easy to ensure conduction with the finger electrode. . In this case, it is desirable to perform firing after attaching the metal ribbon from the viewpoint of securing the adhesion of the electrode.

(実施の形態2)
以下、本発明の第二の態様に係る太陽電池の製造方法の、実施の形態について説明する。対象となる太陽電池は、本第二の態様においても、第一の態様と同様の、図1に示すOECO電池である。第一の態様では、上刃式の高速回転刃を用い、基板厚さの不均一に応じて溝2の深さに分布が生ずることを敢えて容認し、最小深さ位置での溝深さh’に式▲1▼のような制限を加えることにより、シャドーイングロスや電極抵抗ロスを軽減することを図った。これに対し、第二の態様は、1つの基板内にて溝深さを可及的に揃えることを目的としている。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a solar cell according to the second aspect of the present invention will be described. The target solar cell is also the OECO cell shown in FIG. 1 in the second embodiment, similar to the first embodiment. In the first aspect, an upper blade type high-speed rotary blade is used, and the distribution of the depth of the groove 2 according to the unevenness of the substrate thickness is admitted, and the groove depth h at the minimum depth position is accepted. By adding a restriction like the formula (1) to ', shadowing loss and electrode resistance loss were reduced. On the other hand, the second aspect aims to make the groove depth as uniform as possible in one substrate.

本実施形態では、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウム等のIII族元素を添加した、CZ法あるいはFZ法によるp型シリコン単結晶インゴットを用意し、ここからp型シリコン単結晶基板24を切り出す。p型シリコン単結晶基板24の好ましい比抵抗及び基板厚さの範囲は、実施の形態と同じである。なお、本実施形態の製法では、多結晶シリコンを用いることもでき、HEM法、キャスト法、EFG法などこれまでに公知である結晶製造技術によって作られたものが使用できる。   In this embodiment, a p-type silicon single crystal ingot is prepared by adding a group III element such as boron or gallium to high-purity silicon by the CZ method or the FZ method, and the p-type silicon single crystal substrate 24 is cut out therefrom. The preferable specific resistance and substrate thickness range of the p-type silicon single crystal substrate 24 are the same as those in the embodiment. In addition, in the manufacturing method of this embodiment, a polycrystalline silicon can also be used and what was made by the crystal manufacturing techniques known until now, such as a HEM method, a casting method, and an EFG method, can be used.

次に、図9に示すようにして、該基板24の第一主表面24a上に、溝入れ刃13により互いに平行な複数の溝2を形成する。具体的には、加工テーブル12を、半導体単結晶基板24を載置するための基板送り面12aが上向きになるように固定配置し、溝入れ刃13を一定間隔で同軸的に結合してこれら複数の溝入れ刃13が一体的に回転するようにした溝入れ刃結合体15を、加工テーブル12の基板送り面12aに形成されている開口部14から、これら各々の溝入れ刃13の突出長さが互いに等しくなるように突出させる。そして、該溝入れ刃結合体15を、該軸線16を中心として一体回転させつつ、溝2が形成される予定の第一主表面24aを加工テーブル12の基板送り面12aに密着させて、この状態で、該半導体単結晶基板24を溝入れ刃13の厚さ方向に対して垂直に、該溝入れ刃結合体15に向かうように(図9の送り方向9で示されるように)移動させる。このとき、半導体単結晶基板24の第二主表面24bをチャック保持して移動させるようにする。なお、図9(前述の図13、後述する図10及び図11も同様)においては、半導体単結晶基板24の厚さは誇張して描かれており、実際の半導体単結晶基板24の厚さは該半導体単結晶基板24の直径と比較して略1/500程度となる。   Next, as shown in FIG. 9, a plurality of grooves 2 parallel to each other are formed on the first main surface 24 a of the substrate 24 by the grooving blade 13. Specifically, the processing table 12 is fixedly arranged so that the substrate feed surface 12a for placing the semiconductor single crystal substrate 24 faces upward, and the grooving blades 13 are coaxially coupled at a constant interval. A grooving blade assembly 15 in which a plurality of grooving blades 13 rotate integrally is projected from an opening portion 14 formed in the substrate feed surface 12a of the processing table 12 so that each of the grooving blades 13 protrudes. Protruding so that the lengths are equal to each other. Then, the grooving blade assembly 15 is integrally rotated about the axis 16, and the first main surface 24 a on which the groove 2 is to be formed is brought into close contact with the substrate feed surface 12 a of the processing table 12. In this state, the semiconductor single crystal substrate 24 is moved perpendicularly to the thickness direction of the grooving blade 13 and toward the grooving blade assembly 15 (as indicated by the feed direction 9 in FIG. 9). . At this time, the second main surface 24b of the semiconductor single crystal substrate 24 is moved while being held by the chuck. 9 (the same applies to FIG. 13 described above and FIGS. 10 and 11 described later), the thickness of the semiconductor single crystal substrate 24 is exaggerated, and the actual thickness of the semiconductor single crystal substrate 24 is shown. Is approximately 1/500 of the diameter of the semiconductor single crystal substrate 24.

これにより、図10に示すように厚さが不均一な半導体単結晶基板24の場合であっても、溝入れ刃結合体15の基板送り面12aからの突出高さh、溝入れ刃の厚さw1及び各溝入れ刃13同士の間隔w2にそれぞれ対応する、溝深さH、溝幅W1及び溝間隔W2の、互いに溝深さHが等しい複数の溝2を形成することが可能となる。これらの溝入れ刃結合体15の構成及び配置に関しては、半導体単結晶基板24に形成すべき所望の溝2に対応させて適宜変更可能である。例えば、溝入れ刃結合体15に結合されている溝入れ刃13の本数は100〜200本とし、溝入れ刃13の突出高さhは数10〜100μm、刃の厚さw1は数10〜100μm、刃と刃の間隔w2はそれぞれ数100μm程度とする。なお、使用される溝入れ刃13の刃の種類としては、例えば、ダイヤモンド刃(例えば、粒径5μm〜10μmのダイヤモンド砥粒を刃表面に一様に付着させたもの)を採用することができる。なお、溝入れ刃13の回転軸を含む断面における断面形状を、矩形状、半円形状、V字状あるいはU字状とすることにより、半導体単結晶基板24の第一主表面24a上に、自身の長手方向と直交する断面における断面形状が上記溝入れ刃の断面形状と対応する形状となる溝を形成することもできる。このような、溝入れ刃13(及び、これらが結合してなる溝入れ刃結合体15)を用い、切削液を加工部に対して噴出しながら1秒間に例えば約0.1〜4cmの速度で基板24の第一主表面24aを切削する。   Accordingly, even in the case of the semiconductor single crystal substrate 24 having a non-uniform thickness as shown in FIG. 10, the protruding height h of the grooving blade assembly 15 from the substrate feed surface 12a, the thickness of the grooving blade It is possible to form a plurality of grooves 2 having a groove depth H, a groove width W1, and a groove interval W2, each having the same groove depth H, corresponding to the length w1 and the interval w2 between the grooving blades 13, respectively. . The configuration and arrangement of these grooving blade assemblies 15 can be changed as appropriate according to the desired groove 2 to be formed in the semiconductor single crystal substrate 24. For example, the number of grooving blades 13 coupled to the grooving blade assembly 15 is 100 to 200, the protruding height h of the grooving blade 13 is several tens to 100 μm, and the thickness w1 of the blade is several tens to ten. The width w2 between the blades and the blades is set to about 100 μm and several hundreds μm. In addition, as a kind of blade of the grooving blade 13 used, for example, a diamond blade (for example, diamond particles having a particle diameter of 5 μm to 10 μm uniformly adhered to the blade surface) can be employed. . In addition, by making the cross-sectional shape in the cross section including the rotation axis of the grooving blade 13 into a rectangular shape, a semicircular shape, a V shape or a U shape, on the first main surface 24a of the semiconductor single crystal substrate 24, It is also possible to form a groove whose cross-sectional shape in a cross section orthogonal to its longitudinal direction corresponds to the cross-sectional shape of the grooving blade. Using such a grooving blade 13 (and a grooving blade assembly 15 formed by combining them), for example, a speed of about 0.1 to 4 cm per second while ejecting a cutting fluid to the processing portion. Then, the first main surface 24a of the substrate 24 is cut.

また、上記太陽電池の第一主表面に対する溝形成においては、図11に示すような加工テーブル12’を使用して行なうことも可能である。該加工テーブル12’の基板送り面12’aには削り粉排出溝17が形成されている。該削り粉排出溝17は、例えば、幅0.5〜5mm、長さ10〜30cm、深さ1〜10mmの短冊状のものが間隔1〜10mmにて半導体単結晶基板24が接触する予定の基板送り面12’a上に均一に形成されている。このような、削り粉排出溝17の形成により、半導体単結晶基板24と基板送り面12’aとの接触面積が減少することになり、基板24の移動に際しての摩擦抵抗が低減されて、生産性が向上することになる。さらに、溝形成が進行すると、溝の研削に際して発生した削り粉が該削り粉排出溝17に取り込まれるので、半導体単結晶基板24の第一主表面24aと基板送り面12’aとの間に削り粉が介在しにくくなる。これにより、基板24の第一主表面24aと基板送り面12’aとの密着性を良好に維持することができ、ひいては、形成される溝2の高さを第一主表面上において一定に保つことができる。   Further, the groove formation on the first main surface of the solar cell can be performed using a processing table 12 'as shown in FIG. On the substrate feed surface 12'a of the processing table 12 ', a shaving powder discharge groove 17 is formed. The cutting powder discharge groove 17 is, for example, a strip-shaped one having a width of 0.5 to 5 mm, a length of 10 to 30 cm, and a depth of 1 to 10 mm, and the semiconductor single crystal substrate 24 is expected to contact at an interval of 1 to 10 mm. It is uniformly formed on the substrate feed surface 12'a. By forming the shaving powder discharge groove 17 as described above, the contact area between the semiconductor single crystal substrate 24 and the substrate feed surface 12'a is reduced, and the frictional resistance during the movement of the substrate 24 is reduced. Will be improved. Further, as the groove formation progresses, the cutting powder generated during the grinding of the groove is taken into the cutting powder discharge groove 17, so that the gap between the first main surface 24a of the semiconductor single crystal substrate 24 and the substrate feed surface 12'a is increased. The shavings are less likely to intervene. As a result, the adhesion between the first main surface 24a of the substrate 24 and the substrate feed surface 12'a can be maintained satisfactorily. As a result, the height of the groove 2 to be formed is kept constant on the first main surface. Can keep.

なお、上記基板送り面12’a上に形成される削り粉排出溝17の形成方向は、基板の送り方向と一致しないようにするのがより望ましい。このような削り粉排出溝17が形成される場合、溝形成により発生した削り粉は加工テーブル12’の基板送り面12’a上に介在し、さらに半導体単結晶基板24の送り方向9への移動に伴って、送り方向9の向きに移動する。そこで、上記削り粉排出溝17の形成方向を基板24の送り方向9と一致しないようにすることにより、削り粉が最終的に削り粉排出溝に取り込まれることになる。   It is more desirable that the direction in which the shaving powder discharge groove 17 formed on the substrate feed surface 12'a is not coincident with the substrate feed direction. When such a cutting powder discharge groove 17 is formed, the cutting powder generated by the groove formation is interposed on the substrate feed surface 12 ′ a of the processing table 12 ′, and further the semiconductor single crystal substrate 24 in the feed direction 9. Along with the movement, it moves in the direction of the feeding direction 9. Therefore, the cutting powder is finally taken into the cutting powder discharge groove by making the formation direction of the cutting powder discharge groove 17 not coincide with the feeding direction 9 of the substrate 24.

溝2を形成した後の工程は、実施の形態1の、図6に示す工程(b)〜工程(h)が同様に実施され、図1に示すものと同様の構成の太陽電池1が得られる。本発明の方法によると、基板24の一方の主表面上24aには、一定高さの溝2が形成されることになる。これにより、OECO太陽電池においては、隣接する溝2に対しての遮蔽効果が各溝2において均一となるので、該各溝2に各々同等の電極6が蒸着されることになる。そして、各々の電極6を設定どおりに形成することができ、抵抗ロスあるいはシャドーイングロス等を抑制できる。   Steps after forming the groove 2 are the same as steps (b) to (h) shown in FIG. 6 of the first embodiment, and a solar cell 1 having the same configuration as that shown in FIG. 1 is obtained. It is done. According to the method of the present invention, the groove 2 having a certain height is formed on one main surface 24 a of the substrate 24. Thereby, in the OECO solar cell, the shielding effect with respect to the adjacent grooves 2 becomes uniform in each groove 2, so that the equivalent electrode 6 is deposited in each groove 2. Each electrode 6 can be formed as set, and resistance loss or shadowing loss can be suppressed.

以上、本実施の形態2における溝形成の工程においては、上記のような溝入れ刃の形状、あるいは加工テーブルの形状及び構造並びにこれらの配置等を採用したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の範囲内で当業者の技術的知識に基づいて、これらを適宜変更してもよい。   As described above, in the groove forming step according to the second embodiment, the shape of the grooving blade as described above, the shape and structure of the processing table, and the arrangement thereof are adopted, but the present invention is limited to this. Instead, these may be changed as appropriate based on the technical knowledge of those skilled in the art within the scope of the present invention.

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲にて種々の態様で実施できることはいうまでもない。例えば、第一の態様及び第二の態様のいずれにおいても、OECO法により製造する太陽電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。そして、OECO太陽電池以外のものであっても、少なくともいずれか一方の主表面に溝形成を必要とする太陽電池形態であれば、どのような太陽電池にも適用でき、太陽電池の特性のばらつきを抑制、ひいては出力低下抑制に効果がある。   Needless to say, the present invention is not limited to this embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the spirit of the present invention. For example, in both the first aspect and the second aspect, the solar cell produced by the OECO method has been described as an example, but the present invention is not limited to this. And even if it is other than the OECO solar cell, it can be applied to any solar cell as long as it is in the form of a solar cell that requires groove formation on at least one of the main surfaces, and variations in the characteristics of the solar cell Is effective in suppressing the output decrease.

以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

(実施例1)
III族元素のガリウムを不純物元素とするp型単結晶太陽電池用シリコンウェーハ1(直径4インチφ、基板最小厚さ270μm、基板最大厚さ300μm、抵抗率0.5Ωcm)を用意し、予めウェーハ厚さの分布を、ダイヤルゲージを用いて調べた。その結果を基に、図3に示すように、ウェーハの最も厚い点と最も薄い点を結ぶ直線と平行になるように、ダイシングソー(高速回転刃)を用いて四角(矩形)断面形状溝2を複数本平行に形成した。砥石ブレードの形状は、厚さ450μm、直径50mm、砥石ブレード間隔50μmとした。ここで、砥石ブレードの厚みを450μm、後述する蒸着角度を5°としたため、溝の最小深さhを50μmとした。また、加工条件は、砥石ブレードの回転速度50rpm、ウェーハ送り速度1mm/sとし、加工部位に冷却水を供給した。ウェーハは、加工面と反対の面を真空チャックによってチャッキングした。また、比較のために厚みを均一に加工したウェーハに同条件で溝加工を行ったものも作製した(これを比較品1とする)。
Example 1
Prepare silicon wafer 1 for p-type single crystal solar cells (group 4 element diameter, substrate minimum thickness 270 μm, substrate maximum thickness 300 μm, resistivity 0.5 Ωcm) using Group III element gallium as an impurity element. The thickness distribution was examined using a dial gauge. Based on the result, as shown in FIG. 3, a square (rectangular) cross-sectional groove 2 is formed using a dicing saw (high-speed rotating blade) so as to be parallel to a straight line connecting the thickest point and the thinnest point of the wafer. Were formed in parallel. The shape of the grinding wheel blade was 450 μm in thickness, 50 mm in diameter, and 50 μm between the grinding wheel blades. Here, since the thickness of the grindstone blade was 450 μm and the vapor deposition angle described later was 5 °, the minimum depth h of the groove was 50 μm. The processing conditions were a grinding wheel blade rotation speed of 50 rpm and a wafer feed speed of 1 mm / s, and cooling water was supplied to the processing site. The wafer was chucked on the surface opposite to the processed surface by a vacuum chuck. In addition, for comparison, a wafer having a uniform thickness was fabricated by grooving under the same conditions (this is referred to as comparative product 1).

次に、溝加工されたウェーハを、水酸化カリウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除き、裏面にプラズマCVD装置を用いてシリコンナイトライド膜8を形成した。引き続き、受光面側に熱拡散によってV族元素のリンを不純物としたn領域4を、シート抵抗が100Ω/□となるように作製した。さらに、裏面に対し回転刃により電極導通用の溝8aを形成し、アルミニウムの真空蒸着により厚さ2μmの電極9を形成した。次に、受光面上に熱酸化により膜厚2nmのトンネル酸化膜5を作製し、引き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つウェーハ表面に対し斜め5°の方向から電極となるアルミニウムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ7μmの電極6を形成した。ここで、溝間に形成される凸条部上面に蒸着された金属を、リン酸水溶液のエッチングで除去した。各電極と接続される形で太いバスバー電極を形成し、さらに、太陽光反射防止と表面保護をかねてプラズマCVDによって膜厚70nmのシリコンナイトライド膜7を受光面上に形成し、本発明の太陽電池(本発明品1)及び比較のための太陽電池(比較品1)を得た。 Next, the grooved wafer was etched with an aqueous potassium hydroxide solution to remove the damaged layer, and a silicon nitride film 8 was formed on the back surface using a plasma CVD apparatus. Subsequently, an n + region 4 in which phosphorus of a group V element was used as an impurity by thermal diffusion was prepared on the light receiving surface side so that the sheet resistance was 100Ω / □. Further, a groove 8a for electrode conduction was formed on the back surface by a rotary blade, and an electrode 9 having a thickness of 2 μm was formed by vacuum deposition of aluminum. Next, a tunnel oxide film 5 having a thickness of 2 nm is formed on the light-receiving surface by thermal oxidation, and subsequently aluminum that serves as an electrode from a direction perpendicular to the parallel grooves of the light-receiving surface and at an angle of 5 ° to the wafer surface. The electrode 6 having a thickness of 7 μm was formed only on one side of the groove. Here, the metal deposited on the upper surface of the ridge formed between the grooves was removed by etching with an aqueous phosphoric acid solution. A thick bus bar electrode is formed so as to be connected to each electrode, and a silicon nitride film 7 having a thickness of 70 nm is formed on the light receiving surface by plasma CVD to prevent sunlight reflection and protect the surface. A battery (invention product 1) and a solar cell for comparison (comparative product 1) were obtained.

次に、ソーラーシミュレータ(光強度:1kW/m、スペクトル:AM1.5グローバル)を用いて、作製した太陽電池の出力特性を測定した。得られた出力特性を表1に示す。 Next, the output characteristic of the produced solar cell was measured using a solar simulator (light intensity: 1 kW / m 2 , spectrum: AM1.5 global). The obtained output characteristics are shown in Table 1.

Figure 0004431712
Figure 0004431712

この測定結果では、本発明品1と比較品1とで得られた出力に大きな差はない。つまり、厚みの不均一なウェーハを使用している本発明の太陽電池においても、厚みの均一なウェーハを使用した場合と同等の高い出力を得ることができる。   In this measurement result, there is no significant difference in the output obtained between the product 1 of the present invention and the comparative product 1. That is, even in the solar cell of the present invention using a wafer with a non-uniform thickness, a high output equivalent to that when using a wafer with a uniform thickness can be obtained.

次に、溝の長手方向と垂直な断面において、本発明品1の溝側面の電極高さ(基板の厚み方向への長さ)を、SEMを用いて測定した。測定結果を、図8に示す。測定箇所は、図7に示すように、ウェーハの中心の点と、中心から半径3.5cmの円上の溝形成方向から45°ずつ回転させた点a〜iの合計9点近傍の電極とした。図7に示す矢印SLがシリコン結晶棒の切断方向を示し、位置12から位置13にかけて基板が緩やかに薄肉となっている。   Next, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove, the electrode height (length in the thickness direction of the substrate) of the groove side surface of the product 1 of the present invention was measured using an SEM. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, the measurement points are the center point of the wafer and the electrodes in the vicinity of a total of nine points including points a to i rotated by 45 ° from the groove forming direction on the circle having a radius of 3.5 cm from the center. did. An arrow SL shown in FIG. 7 indicates the cutting direction of the silicon crystal rod, and the substrate is gradually thinned from position 12 to position 13.

この測定結果では、電極高さの標準偏差σは1.7、電極断面積の差に換算すると最大で10%程度であった。通常、太陽電池の電極による抵抗ロスは、出力の5%程度であることから、今回のばらつきが特性に与える影響は出力の約0.5%であると見積もられる。したがって、この程度の電極高さのばらつきは、太陽電池のエネルギー変換効率に大きな影響を及ぼさないので問題とされない。   In this measurement result, the standard deviation σ of the electrode height was 1.7, which was about 10% at maximum when converted to the difference in electrode cross-sectional area. Usually, the resistance loss due to the electrode of the solar cell is about 5% of the output, so that the influence of the current variation on the characteristics is estimated to be about 0.5% of the output. Therefore, this variation in electrode height is not a problem because it does not greatly affect the energy conversion efficiency of the solar cell.

(実施例2)
III族元素のホウ素を不純物元素とするp型単結晶太陽電池用シリコンウェーハ1(直径4インチφ、基板最小厚さ270μm、基板最大厚さ300μm、抵抗率2.0Ωcm)の受光面側に、ダイシングソーによって四角(矩形)断面形状溝を複数本平行に形成した。溝は、ウェーハの最も厚い点と最も薄い点を結ぶ直線と平行になるように形成した。砥石ブレードの形状は、実施例1同様厚さ450μm、直径50mm、砥石ブレード間隔50μmとした。ここで、砥石ブレードの厚みを450μm、蒸着角度を5°としたため、溝の最小深さhを50μmとした。また、加工条件は、砥石ブレードの回転速度60rpm、ウェーハ送り速度1.5mm/sとし、加工部位に冷却水を供給した。ウェーハは、加工面と反対の面を真空チャックによってチャッキングした。また、比較のために、溝の長手方向をウェーハの最も厚い点と最も薄い点を結ぶ直線と垂直となるように(図3で示した溝方向とは垂直となるように)したウェーハも作製した(これを比較品2とする)。さらに、実施例1と同じ太陽電池作製工程をそれぞれについて行い、本発明の太陽電池(本発明品2)及び比較のための太陽電池(比較品2)を得た。
(Example 2)
On the light-receiving surface side of a silicon wafer 1 for p-type single crystal solar cells (group 4 element diameter boron, substrate minimum thickness 270 μm, substrate maximum thickness 300 μm, resistivity 2.0 Ωcm) using boron, a group III element as an impurity element, A plurality of square (rectangular) cross-sectional grooves were formed in parallel by a dicing saw. The groove was formed to be parallel to a straight line connecting the thickest point and the thinnest point of the wafer. The shape of the grindstone blade was set to 450 μm in thickness, 50 mm in diameter, and 50 μm between grindstone blades as in Example 1. Here, since the thickness of the grindstone blade was 450 μm and the vapor deposition angle was 5 °, the minimum depth h of the groove was 50 μm. The processing conditions were a grinding wheel blade rotation speed of 60 rpm and a wafer feed speed of 1.5 mm / s, and cooling water was supplied to the processing site. The wafer was chucked on the surface opposite to the processed surface by a vacuum chuck. For comparison, a wafer is also produced in which the longitudinal direction of the groove is perpendicular to the straight line connecting the thickest point and the thinnest point of the wafer (perpendicular to the groove direction shown in FIG. 3). (This is referred to as comparative product 2). Furthermore, the same solar cell production process as Example 1 was performed about each, and the solar cell of this invention (this invention product 2) and the solar cell for a comparison (comparative product 2) were obtained.

次に、ソーラーシミュレータ(光強度:1kW/m、スペクトル:AM1.5グローバル)を用いて、作製した太陽電池の出力特性を測定した。得られた出力特性を表2に示す。 Next, the output characteristic of the produced solar cell was measured using a solar simulator (light intensity: 1 kW / m 2 , spectrum: AM1.5 global). Table 2 shows the obtained output characteristics.

Figure 0004431712
Figure 0004431712

本発明品2は、比較品2と比較して1.9%程度大きいフィルファクタを示し、高い出力を示した。つまり、本発明を適用することでより高い出力を得ることが可能である。   The product 2 of the present invention showed a fill factor that was about 1.9% larger than that of the comparative product 2, and showed a high output. That is, higher output can be obtained by applying the present invention.

さらに、完全な暗状態で太陽電池の電流電圧特性を4端子法により測定し、直列抵抗を見積もった。測定結果を表3に示す。   Furthermore, the current-voltage characteristics of the solar cell were measured by a four-terminal method in a completely dark state, and the series resistance was estimated. Table 3 shows the measurement results.

Figure 0004431712
Figure 0004431712

この測定結果では、本発明品2と比較品2との間で直列抵抗に0.55Ω・cmの差が生じた。フィルファクタの差は、この直列抵抗の差によって生じたと考えられる。OECO太陽電池では、ウェーハの最も厚い点と最も薄い点を結ぶ直線と平行になるように溝を形成することで、フィンガー電極内の抵抗ロスが低減し、高出力を得ることができる。 In this measurement result, a difference of 0.55 Ω · cm 2 occurred in the series resistance between the product 2 of the present invention and the comparative product 2. It is considered that the difference in fill factor is caused by the difference in series resistance. In the OECO solar cell, by forming the groove so as to be parallel to the straight line connecting the thickest point and the thinnest point of the wafer, the resistance loss in the finger electrode is reduced and high output can be obtained.

(実施例3)
III族元素のガリウムをドーパント元素とする太陽電池用p型シリコン単結晶基板(10cm角、基板厚300μm、抵抗率0.5Ωcm、厚さのばらつきの最大値25μm)の受光面側に、本発明の製造方法に従い、四角(矩形)断面形状溝を複数本平行に形成する。溝入れ刃の形状は、厚さ450μm、直径50mmとし、これら溝入れ刃同士を間隔50μmにて互いに結合させて溝入れ刃結合体とした。また、該溝入れ刃結合体の加工テーブルからの突出高さhは50μmとした。また、加工条件は、溝入れ刃結合体の回転速度50rpm、基板送り速度1mm/sとした。基板は、溝が形成されるべき第一主表面と反対の面(第二主表面)を真空チャックによってチャッキングし、第一主表面を加工テーブルの基板送り面に対して密着させた。そして、図9にて説明した通りに、該半導体単結晶基板を、加工部位に冷却水を供給しつつ、溝入れ刃の厚さ方向と垂直な方向に移動させて、半導体単結晶基板に複数の溝を形成した。本工程により得られた半導体単結晶基板を本発明品3とする。
(Example 3)
On the light-receiving surface side of a p-type silicon single crystal substrate (10 cm square, substrate thickness 300 μm, resistivity 0.5 Ωcm, maximum thickness variation 25 μm) for solar cells using a group III element gallium as a dopant element, the present invention In accordance with this manufacturing method, a plurality of square (rectangular) cross-sectional grooves are formed in parallel. The shape of the grooving blade was 450 μm in thickness and 50 mm in diameter, and these grooving blades were bonded together at an interval of 50 μm to form a grooving blade assembly. The protrusion height h of the grooving blade assembly from the processing table was 50 μm. Further, the processing conditions were a grooving blade assembly rotational speed of 50 rpm and a substrate feed speed of 1 mm / s. The substrate was chucked on the surface opposite to the first main surface (second main surface) where the groove was to be formed by a vacuum chuck, and the first main surface was brought into close contact with the substrate feed surface of the processing table. Then, as described with reference to FIG. 9, the semiconductor single crystal substrate is moved in a direction perpendicular to the thickness direction of the grooving blade while supplying cooling water to the processing site, and a plurality of semiconductor single crystal substrates are formed on the semiconductor single crystal substrate. Grooves were formed. The semiconductor single crystal substrate obtained by this step is referred to as product 3 of the present invention.

また、比較のために、基板を加工テーブルに固定し、基板上面に溝入れ刃を切りこませ、その状態で該溝入れ刃を加工テーブルの基板送り面に対して平行に移動させるといった従来の方法により半導体単結晶基板に溝を形成した。本工程により得られた半導体単結晶基板を比較例品3とする。   In addition, for comparison, a conventional method in which a substrate is fixed to a processing table, a grooving blade is cut into the upper surface of the substrate, and the grooving blade is moved in parallel with the substrate feed surface of the processing table in that state. A groove was formed in the semiconductor single crystal substrate by the method. The semiconductor single crystal substrate obtained in this step is referred to as Comparative Example Product 3.

次に、溝加工されたそれぞれの基板に対して、水酸化カリウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除き、基板の裏面にプラズマCVD装置を用いて窒化シリコン膜を形成した。引き続き、受光面側に熱拡散によってV族元素のリンを不純物としたn型エミッタ層を、シート抵抗が100Ω/□となるように作製した。さらに、裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着により厚さ2μmの電極を形成した。次に、受光面上に熱酸化により膜厚2nmのトンネル酸化膜を作製し、引き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つ第一主表面に対し斜め5度の方向からアルミニウムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ5μmの電極を形成した。ここで、溝間の凸状部上面に蒸着された金属は、リン酸水溶液のエッチングで除去した。最後に、太陽光反射防止と表面保護をかねてプラズマCVDによって膜厚70nmの窒化シリコン膜を受光面上に形成し、太陽電池を作製した。   Next, each grooved substrate was etched with an aqueous potassium hydroxide solution to remove the damaged layer, and a silicon nitride film was formed on the back surface of the substrate using a plasma CVD apparatus. Subsequently, an n-type emitter layer having phosphorus as a group V element as an impurity was produced on the light-receiving surface side by thermal diffusion so that the sheet resistance was 100Ω / □. Further, an electrode having a thickness of 2 μm was formed on the back surface by vacuum deposition of aluminum. Next, a tunnel oxide film having a thickness of 2 nm is formed on the light-receiving surface by thermal oxidation, and subsequently aluminum is vacuumed from a direction perpendicular to the parallel grooves of the light-receiving surface and at an angle of 5 degrees with respect to the first main surface. Evaporation was performed to form an electrode having a thickness of 5 μm only on one side of the groove. Here, the metal deposited on the upper surface of the convex portion between the grooves was removed by etching with an aqueous phosphoric acid solution. Finally, a silicon nitride film having a film thickness of 70 nm was formed on the light receiving surface by plasma CVD to prevent sunlight reflection and protect the surface, thereby producing a solar cell.

ソーラーシミュレータ(光強度:1kW/m、スペクトル:AM1.5グローバル)を用いて、作製した太陽電池の電流電圧特性を測定した。また、該電流電圧特性から得られた太陽電池の諸特性を表4に示す。 Using a solar simulator (light intensity: 1 kW / m 2 , spectrum: AM1.5 global), the current-voltage characteristics of the produced solar cell were measured. Table 4 shows various characteristics of the solar cell obtained from the current-voltage characteristics.

Figure 0004431712
Figure 0004431712

この測定結果では、本発明品3の方が、比較例品3に比べて5.7%程度大きいフィルファクタ(電流電圧曲線の曲線因子)を示し、高い最大出力を示した。次に、SEMを用いて太陽電池表面の電極形状を観察した。この結果、比較例品3は、本発明品3に比べ、溝における電極高さが受光面全面で、最大で約15μm不足していることが判明した。上記表1における出力差は、主にフィルファクタの差による。このフィルファクタの差は、SEMの観察から判明した電極断面積の不足による直列抵抗の増大が引き起こしたものと考えられる。   In this measurement result, the product 3 of the present invention showed a fill factor (curve factor of the current-voltage curve) which was about 5.7% larger than that of the comparative product 3, and showed a high maximum output. Next, the electrode shape on the surface of the solar cell was observed using SEM. As a result, it was found that the comparative example product 3 has a shortage of the electrode height in the groove on the entire light receiving surface of about 15 μm at the maximum as compared with the product 3 of the present invention. The output difference in Table 1 is mainly due to the difference in fill factor. This difference in fill factor is thought to be caused by the increase in series resistance due to the shortage of the electrode cross-sectional area found from SEM observation.

このように、本発明を適用することで全てのフィンガー電極に対し、溝側面に形成される電極高さをほぼ一定とできるため、受光面全面における特性のばらつきが低減する。そして、直列抵抗の増大を抑制できる電極の形成が可能となり、高出力の太陽電池を得ることが可能となる。   As described above, by applying the present invention, the height of the electrode formed on the side surface of the groove can be made substantially constant for all the finger electrodes, so that variation in characteristics over the entire light receiving surface is reduced. And it becomes possible to form the electrode which can suppress the increase in series resistance, and it becomes possible to obtain a high output solar cell.

(実施例4)
表面に、基板送り方向に平行な削り粉排出溝を、図11に示すように幅2mm、深さ5mm、溝の間隔2mmで形成した加工テーブルを用いて、本発明による溝加工を行った。使用した基板は、III族元素のホウ素を不純物元素とする太陽電池用p型シリコン単結晶基板(10cm角、基板厚250μm、抵抗率1.0Ωcm、厚さのばらつきの最大値20μm)である。溝入れ刃は、厚さ450μm、直径50mmの四角(矩形)断面形状の溝入れ刃を、互いに50μm間隔で配列させたものを結合し、これを溝入れ刃結合体として使用した。また、加工テーブルの基板送り面からの突出高さhは50μmとした。加工条件は、溝入れ刃の回転速度60rpm、基板送り速度1.25mm/sとし、実施例3と同様に基板を移動させて第一主表面上に溝を形成した。
Example 4
Groove machining according to the present invention was performed using a machining table in which shaving powder discharge grooves parallel to the substrate feed direction were formed on the surface with a width of 2 mm, a depth of 5 mm, and a groove interval of 2 mm as shown in FIG. The substrate used is a p-type silicon single crystal substrate for solar cells (group 10 cm square, substrate thickness 250 μm, resistivity 1.0 Ωcm, maximum thickness variation 20 μm) using Group III element boron as an impurity element. As the grooving blade, square grooving blades having a thickness of 450 μm and a diameter of 50 mm, which were arranged at intervals of 50 μm, were combined, and this was used as a grooving blade assembly. The protrusion height h from the substrate feed surface of the processing table was 50 μm. The processing conditions were a grooving blade rotation speed of 60 rpm and a substrate feed speed of 1.25 mm / s, and the substrate was moved in the same manner as in Example 3 to form grooves on the first main surface.

また、削り粉排出溝を形成していない加工テーブルを用いて同条件で溝加工する試験も行った。それぞれのサンプルを50枚ずつ加工した結果、加工テーブルに削り粉排出溝が形成されていない場合、溝加工によって割れや欠け、あるいは溝の深さの設定値からのずれ等の不具合が生じなかったものを良品としたとき、該良品率が83%であった。一方、削り粉排出溝を形成した場合は、良品率が98%となり、良品率を15%向上することができた。これにより、生産性がより向上したことがわかる。   Moreover, the test which groove-grows on the same conditions using the process table which has not formed the shaving powder discharge groove | channel was also done. As a result of processing 50 samples of each sample, when the chip discharging groove was not formed on the processing table, there were no problems such as cracks, chipping or deviation from the set value of the groove depth due to the groove processing. When the product was a non-defective product, the non-defective product rate was 83%. On the other hand, when the shaving powder discharge groove was formed, the yield rate was 98%, and the yield rate was improved by 15%. Thereby, it turns out that productivity improved more.

本発明の太陽電池の一実施形態を部分的に示す拡大断面図。The expanded sectional view which shows one embodiment of the solar cell of this invention partially. 溝形状の第1例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 1st example of groove shape. 溝形状の第2例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 2nd example of groove shape. 溝形状の第3例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 3rd example of groove shape. 溝内の角部にアールを形成する第1例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 1st example which forms R at the corner | angular part in a groove | channel. 溝内の角部にアールを形成する第2例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 2nd example which forms a round at the corner | angular part in a groove | channel. 厚みの不均一な単結晶基板を示す模式図。The schematic diagram which shows the single crystal substrate with nonuniform thickness. 図3Aの基板に対する溝形成方法を説明する模式図。FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a groove forming method for the substrate of FIG. 3A. 溝深さが十分な本発明の太陽電池の断面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the solar cell of this invention with sufficient groove depth. 矩形断面溝の溝深さの規定方法を模式的に説明する説明図。Explanatory drawing which illustrates typically the prescription | regulation method of the groove depth of a rectangular cross-section groove | channel. V字形断面溝の溝深さの規定方法を模式的に説明する説明図。Explanatory drawing which illustrates typically the prescription | regulation method of the groove depth of a V-shaped cross-sectional groove | channel. 太陽電池の製造工程説明図。Manufacturing process explanatory drawing of a solar cell. 実施例1において採用した、太陽電池における基板厚み方向への電極形成長さの測定箇所を示す図。The figure which shows the measurement location of the electrode formation length to the board | substrate thickness direction in a solar cell employ | adopted in Example 1. FIG. 実施例1における電極高さの測定結果を示すグラフ。3 is a graph showing measurement results of electrode height in Example 1. 本発明の太陽電池の製造方法における溝形成方法の一例を説明する模式図。The schematic diagram explaining an example of the groove | channel formation method in the manufacturing method of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造方法における溝形成方法の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the groove | channel formation method in the manufacturing method of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造方法における溝形成方法の変形例を説明する模式図。The schematic diagram explaining the modification of the groove | channel formation method in the manufacturing method of the solar cell of this invention. OECO太陽電池の製造方法における電極蒸着形状を示す図。The figure which shows the electrode vapor deposition shape in the manufacturing method of an OECO solar cell. 基板の厚さにばらつきがある場合における電極蒸着形状を示す図。The figure which shows the electrode vapor deposition shape in case there exists dispersion | variation in the thickness of a board | substrate. バスバー電極の形成形態の第一実施形態を示す平面図。The top view which shows 1st embodiment of the formation form of a bus-bar electrode. バスバー電極の形成形態の第二実施形態を示す平面図。The top view which shows 2nd embodiment of the formation form of a bus-bar electrode. バスバー電極の形成形態の第三実施形態を示す平面図。The top view which shows 3rd embodiment of the formation form of a bus-bar electrode. バスバー電極が位置P2及びP1のいずれに近いかを判別するための定義を説明する図。The figure explaining the definition for discriminating which of the positions P2 and P1 a bus-bar electrode is near. バスバー電極の長手方向断面形状の第一例を示す断面図。Sectional drawing which shows the 1st example of the longitudinal direction cross-sectional shape of a bus-bar electrode. バスバー電極の長手方向断面形状の第二例を示す断面図。Sectional drawing which shows the 2nd example of the longitudinal direction cross-sectional shape of a bus-bar electrode.

Claims (4)

半導体基板の少なくとも一方の主表面上に複数の溝を形成する工程を有し、
平坦な基板送り面を有する加工テーブルの該基板送り面から、溝入れ刃の刃部を一定高さだけ突出させ、該溝入れ刃を回転させるとともに、
前記半導体基板の一方の主表面を前記基板送り面に密着させ、その状態で、該基板を前記基板送り面に沿って、前記溝入れ刃の厚み方向と直角に、該溝入れ刃に向かって相対移動させることにより、前記一方の主表面に前記溝を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
Forming a plurality of grooves on at least one main surface of the semiconductor substrate;
From the substrate feed surface of the processing table having a flat substrate feed surface, the blade portion of the grooving blade protrudes by a certain height, and the grooving blade is rotated.
One main surface of the semiconductor substrate is brought into close contact with the substrate feeding surface, and in this state, the substrate is moved along the substrate feeding surface and perpendicular to the thickness direction of the grooving blade toward the grooving blade. The method of manufacturing a solar cell, wherein the groove is formed on the one main surface by relative movement.
一定間隔で同軸的に結合された一体回転する複数の前記溝入れ刃の刃部を各々互いに等しい高さだけ突出させ、
それら溝入れ刃によって、前記半導体基板の前記一方の主表面に、一定間隔で配列する複数の平行溝を一括形成することを特徴とする請求の範囲第1項記載の太陽電池の製造方法。
Projecting the blade portions of the plurality of grooving blades, which are integrally rotated coaxially at regular intervals, respectively, by the same height,
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein a plurality of parallel grooves arranged at regular intervals are collectively formed on the one main surface of the semiconductor substrate by the grooving blades.
前記加工テーブルとして、前記基板送り面上に、削り粉排出溝を形成したものを使用することを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2, wherein the processing table uses a chip discharge groove formed on the substrate feed surface. 前記加工テーブルを、前記基板送り面が上向きとなるように固定配置し、前記基板の他方の主表面側をチャック保持するとともに、
固定配置された前記溝入れ刃に向けて該チャック保持された基板を移動させることにより前記溝を形成することを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
The processing table is fixedly arranged so that the substrate feeding surface faces upward, and the other main surface side of the substrate is chucked and held,
4. The groove according to claim 1, wherein the groove is formed by moving the substrate held by the chuck toward the grooving blade fixedly arranged. 5. A method for manufacturing a solar cell.
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