JP4434837B2 - Solar cell - Google Patents

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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Description

本発明は、太陽電池に関し、特に、表面のムラを良好にしつつ製造プロセスを簡略化させた太陽電池に関する。   The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell in which the manufacturing process is simplified while the surface unevenness is improved.

近年、環境問題に対する注目が高まり、クリーンエネルギーとして太陽電池への期待が高まっている。シリコン原料の逼迫が叫ばれる中、シリコン薄膜を用いた太陽電池が期待されているが、現状は結晶シリコンを用いたものが最も普及している。その中でも特に、多結晶シリコン基板を用いて作製された太陽電池は、コストパフォーマンスの面でもっとも有利であり、太陽電池生産量のうちの過半数を占めている。   In recent years, attention to environmental issues has increased, and expectations for solar cells as clean energy have increased. While the tightness of silicon raw materials is screamed, solar cells using silicon thin films are expected, but at present, those using crystalline silicon are most popular. Among them, in particular, a solar cell manufactured using a polycrystalline silicon substrate is most advantageous in terms of cost performance, and occupies a majority of the solar cell production.

通常、結晶シリコン太陽電池では、入射光を効率的に結晶内に取り込むことを目的として、結晶表面に細かい凹凸を形成させて表面での反射を抑える。このための方法として、NaOHなどのアルカリ水溶液による異方性エッチング、反応性ガスエッチング(RIE)、マスクを用いたエッチング、機械加工によるV溝加工などが行われている。   In general, a crystalline silicon solar cell suppresses reflection on the surface by forming fine irregularities on the crystal surface for the purpose of efficiently capturing incident light into the crystal. For this purpose, anisotropic etching using an alkaline aqueous solution such as NaOH, reactive gas etching (RIE), etching using a mask, V-groove processing by machining, and the like are performed.

また、下記特許文献1に開示されるように、マスクを用いてアルカリによるエッチングを複数回行うことで、表面形状のパターンを太陽電池面内で変化させて、デザイン性を上げようという試みも行われている。   Further, as disclosed in Patent Document 1 below, an attempt is made to improve the design by changing the surface shape pattern within the surface of the solar cell by performing etching with an alkali a plurality of times using a mask. It has been broken.

太陽電池に用いられている多結晶シリコンとしては、シリコン融液を鋳型に流し込んで徐冷し、得られた多結晶インゴットをスライスして製造されたキャスト基板が、一般的である。そのほかにも、高周波誘導コイルにて溶解し、電磁力によりルツボと非接触のまま連続的に凝固させたインゴットをスライスして製造された電磁キャスト基板などが用いられている。   As the polycrystalline silicon used in the solar cell, a cast substrate produced by slicing a polycrystalline ingot obtained by pouring a silicon melt into a mold and gradually cooling it is generally used. In addition, an electromagnetic cast substrate manufactured by slicing an ingot melted by a high frequency induction coil and continuously solidified without contact with a crucible by electromagnetic force is used.

上記キャスト基板、電磁キャスト基板など、スライス工程が必要な基板製造方法では、スライス時の材料損失や、時間、コストがかかり、結果として太陽電池を低価格で提供することが困難である。そこで、シリコン融液から直接リボン状の結晶シリコンを成長させようという試みが行われている。たとえば、下記特許文献2には、このようなリボン状の板状シリコン製造方法などが考案されている。   In a substrate manufacturing method that requires a slicing step, such as the cast substrate or electromagnetic cast substrate, it takes material loss, time, and cost when slicing, and as a result, it is difficult to provide a solar cell at a low price. Thus, attempts have been made to grow ribbon-like crystalline silicon directly from a silicon melt. For example, Patent Document 2 below devises such a ribbon-shaped silicon plate manufacturing method.

しかしながら、上述したNaOHなどのアルカリ水溶液による異方性エッチングでは、結晶方位によってエッチング後の表面形状が異なる。この方法で、キャスト基板や電磁キャスト基板などをエッチングすると、一つの結晶表面は単調な同一形状の繰り返しとなる。また、隣り合う結晶粒との形状はほとんどの場合異なるため、結晶粒の大きさで反射が異なり、太陽電池のムラのように見えるため、人によっては視覚的に不満を感じることもあり、太陽電池普及の妨げの一因となっている。   However, in the anisotropic etching using an alkaline aqueous solution such as NaOH described above, the surface shape after etching differs depending on the crystal orientation. When a cast substrate, an electromagnetic cast substrate, or the like is etched by this method, one crystal surface becomes a monotonous and repeated shape. In addition, since the shape of adjacent crystal grains is almost the same, reflection differs depending on the size of the crystal grains, and it looks like solar cell unevenness, so some people may feel visually dissatisfied, This is one of the factors that hinder the spread of batteries.

結晶粒の粒径を小さくすれば、結晶粒ごとの反射の差は気になりにくいが、結晶粒界は太陽電池特性に悪影響を与えることは公知の事実であり、特性の面からは好ましくない。   If the grain size of the crystal grains is reduced, the difference in reflection between the crystal grains is less likely to be noticed, but it is a known fact that the grain boundaries adversely affect solar cell characteristics, which is not preferable from the aspect of characteristics. .

RIE(反応性イオンエッチング)法では、結晶の方位によらず、シリコン結晶表面に細かい凹凸を形成することが出来るため、比較的太陽電池面内でのムラは生じにくいが、プロセス自体にコストがかかるという問題がある。   In the RIE (reactive ion etching) method, fine irregularities can be formed on the surface of the silicon crystal regardless of the crystal orientation, so that unevenness in the solar cell surface is relatively less likely to occur, but the process itself is costly. There is a problem that it takes.

またマスクを用いたエッチングの場合も、RIE同様、太陽電池面内でのムラは生じにくいが、フォトリソグラフィーなどの工程が必要であり、プロセス数が増え、コストがかかるという問題がある。   In the case of etching using a mask, as in RIE, unevenness in the surface of the solar cell is hardly generated, but a process such as photolithography is required, which increases the number of processes and costs.

また、デザイン性の向上という観点から行われた下記特許文献1に記載の方法は、逆に面内のムラを故意につけ、文字などのデザインにしようという試みであるが、マスクを用いたエッチング工程が複数回必要であるため、コスト面で問題がある。
特開平8−204220号公報 特開2001−223172号公報
In addition, the method described in the following Patent Document 1 performed from the viewpoint of improving the design is an attempt to deliberately add in-plane unevenness to design characters and the like, but an etching process using a mask. Is necessary several times, so there is a problem in terms of cost.
JP-A-8-204220 JP 2001-223172 A

本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽電池の表面にムラが少なく視覚的に良好で、かつ変換効率が良好な太陽電池、および太陽電池モジュールを低価格で供給することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a solar cell having a uniform surface with little unevenness on the surface of the solar cell and good conversion efficiency, and a solar cell. The battery module is supplied at a low price.

本発明は、結晶シリコンを用いた太陽電池において、該結晶シリコンの光入射面における1つの結晶粒中の表面形状が2以上の領域に分割されていることを特徴とする太陽電池を提供する。   The present invention provides a solar cell using crystalline silicon, wherein the surface shape of one crystal grain on the light incident surface of the crystalline silicon is divided into two or more regions.

好ましくは、前記1つの結晶粒中の表面形状は、一度の異方性エッチングによって2以上の領域に分割される。   Preferably, the surface shape in the one crystal grain is divided into two or more regions by one anisotropic etching.

好ましくは、前記結晶シリコンの光入射面が、該結晶シリコンの(111)面で構成される。   Preferably, the light incident surface of the crystalline silicon is constituted by a (111) plane of the crystalline silicon.

好ましくは、前記光入射面の凹凸形状の差が、20μm以上200μm以下である。   Preferably, the difference in the uneven shape of the light incident surface is 20 μm or more and 200 μm or less.

好ましくは、前記結晶シリコンは、シリコン融液に下地板を接触させ、該下地板上に結晶成長させて作製される。   Preferably, the crystalline silicon is produced by bringing a base plate into contact with a silicon melt and growing crystals on the base plate.

好ましくは、前記光入射面は、前記結晶シリコンのうち、下地板と接触した面である。   Preferably, the light incident surface is a surface of the crystalline silicon that is in contact with the base plate.

好ましくは、前記表面形状は、略周期的である。   Preferably, the surface shape is substantially periodic.

好ましくは、前記表面形状の周期の範囲が、0.5mm以上5.0mm以下である。   Preferably, the range of the period of the surface shape is 0.5 mm or more and 5.0 mm or less.

本発明により、太陽電池のムラが目立ちにくく、かつ特性の良好な太陽電池を低価格で提供することを可能とする。   According to the present invention, it is possible to provide a solar cell with less unevenness of the solar cell and good characteristics at a low price.

本発明の太陽電池は、結晶シリコンを用いた太陽電池において、該結晶シリコンの光入射面における1つの結晶粒中の表面形状が2以上の領域に分割されていることを特徴とする太陽電池を提供する。このような構造の太陽電池にすることで、シリコンの結晶粒径を大きく保ったまま、表面のムラは、実際の結晶粒径よりも小さな領域に分断され、ムラの少なさと変換効率の高さを両立することが可能となるからである。ここで、太陽電池の表面のムラは、表面形状が異なることによって視覚的に均一性がないと訴えるものである。したがって、表面のムラは、異なる表面形状の数が多くかつそれぞれが小さい場合に、視覚的にムラが少ないと訴え、一方、異なる表面形状の数が少なくかつそれぞれが大きい場合は、視覚的にムラが多いと訴える。本発明においては、1つの結晶粒中の表面形状が2以上の領域に分割されているので、表面のムラが少なく、作製された太陽電池の外観も良好である。ここで、結晶粒とは、同一の結晶方位を有する結晶の領域のことをいい、表面形状とは、結晶表面における凹凸パターンのことをいう。   The solar cell of the present invention is a solar cell using crystalline silicon, wherein the surface shape in one crystal grain on the light incident surface of the crystalline silicon is divided into two or more regions. provide. By using a solar cell with such a structure, while maintaining a large crystal grain size of silicon, the surface unevenness is divided into regions smaller than the actual crystal grain size, resulting in less unevenness and high conversion efficiency. This is because it is possible to achieve both. Here, the unevenness of the surface of the solar cell complains that there is no visual uniformity due to the different surface shape. Therefore, the surface unevenness complains that there is little visual unevenness when the number of different surface shapes is large and small, while the surface unevenness is visually uneven when the number of different surface shapes is small and large. Appeals that there are many. In the present invention, since the surface shape in one crystal grain is divided into two or more regions, the surface unevenness is small and the appearance of the manufactured solar cell is also good. Here, the crystal grain means a crystal region having the same crystal orientation, and the surface shape means an uneven pattern on the crystal surface.

また、本発明の太陽電池は、結晶シリコンの光入射面が、シリコン結晶の(111)面から構成されることが好ましい。その理由は、シリコン結晶の(111)面は、NaOHやKOHなどのアルカリ水溶液でシリコンの異方性エッチングした際に現れる面であり、エッチングの制御性がもっとも良好であって、本発明の太陽電池作製に適しているからである。また、本発明において、当該エッチングには、KOHまたはNaOHなどのアルカリ水溶液を約90℃程度まで加熱し、このアルカリ水溶液中にシリコン基板を浸漬することにより、行うことができる。当該アルカリ水溶液は、数%〜10%程度の濃度に設定することができる。なお、当該アルカリ水溶液中には、イソプロピルアルコールを添加することが好ましい。凹凸形状がさらに微細になるためである。   In the solar cell of the present invention, it is preferable that the light incident surface of crystalline silicon is composed of a (111) plane of silicon crystal. The reason is that the (111) plane of the silicon crystal is the plane that appears when anisotropic etching of silicon is performed with an alkaline aqueous solution such as NaOH or KOH, and has the best etching controllability. This is because it is suitable for battery production. In the present invention, the etching can be performed by heating an alkaline aqueous solution such as KOH or NaOH to about 90 ° C. and immersing the silicon substrate in the alkaline aqueous solution. The alkaline aqueous solution can be set to a concentration of several% to 10%. Note that isopropyl alcohol is preferably added to the alkaline aqueous solution. This is because the uneven shape becomes finer.

また、本発明の太陽電池は、光入射面側の凹凸形状の差が20μm以上200μm以下であることが好ましい。理由は、凹凸形状の差が20μm以上であれば、表面のムラが、実際の結晶粒径よりも小さな領域に分断され、ムラが目立ちにくくなるからであり、かつ200μm以下であれば歩留よく電極の印刷を行うことが出来るからである。また、本発明において、凹凸形状の差は、触針式の段差計で表面形状を測定し、傾き補正後、高さの最大値および最小値を解析することにより評価することができる。   Moreover, in the solar cell of the present invention, it is preferable that the uneven shape difference on the light incident surface side is 20 μm or more and 200 μm or less. The reason is that if the uneven shape difference is 20 μm or more, the surface unevenness is divided into regions smaller than the actual crystal grain size, and the unevenness is less noticeable, and if it is 200 μm or less, the yield is good. This is because the electrodes can be printed. Further, in the present invention, the difference in the concavo-convex shape can be evaluated by measuring the surface shape with a stylus profilometer, analyzing the maximum value and the minimum value of the height after correcting the inclination.

また、本発明の太陽電池において、結晶シリコンは、シリコン融液に下地板を接触させ、該下地板上に結晶成長させて作製されることが好ましい。ここで、本発明における光入射面は、結晶シリコン作製の際に下地板と接触していた面とすることが好ましい。その理由は、板状の結晶シリコンの下地板側の面は、過冷却状態で成長すると考えられるため、ラフニングが起こりにくく、ファセット面に近い方位の面が現れやすいからである。そのため、一つの結晶粒でも、異なるファセット面に近い複数の面(たとえば6個)で3次元的に囲まれることになり、アルカリ水溶液で異方性エッチングを行った場合に、複数のパターンに分かれるからである。一つの結晶粒が6個の領域に分かれることが多く、太陽電池の特性面から重要である大きな結晶粒径と、ムラの面から重要な表面形状の細かさとを両立する上で特に都合がよい。このような特徴はスライス工程を経た、表面がフラットなシリコン基板にはない特徴である。   In the solar cell of the present invention, the crystalline silicon is preferably produced by bringing a base plate into contact with a silicon melt and growing crystals on the base plate. Here, it is preferable that the light incident surface in the present invention is a surface that is in contact with the base plate during the production of crystalline silicon. The reason for this is that the surface of the plate-like crystalline silicon on the base plate side is considered to grow in a supercooled state, so that roughening is unlikely to occur and a surface with an orientation close to the facet surface is likely to appear. Therefore, even one crystal grain is three-dimensionally surrounded by a plurality of faces (for example, six) close to different facet planes, and is divided into a plurality of patterns when anisotropic etching is performed with an alkaline aqueous solution. Because. One crystal grain is often divided into six regions, which is particularly convenient for achieving both a large crystal grain size that is important from the aspect of solar cell characteristics and a fine surface shape that is important from the viewpoint of unevenness. . Such a feature is a feature that is not found in a silicon substrate that has undergone a slicing process and has a flat surface.

また、本発明の板状の結晶シリコンを用いた太陽電池は、光入射面の表面形状が、略周期的であることがより好ましい。周期的な表面形状にした方が、結晶粒径の制御性がよく、太陽電池面内でのムラが気になりにくいためである。ここで、周期的とは、結晶シリコンの板厚が周期的に変化していることを意味する。   In the solar cell using the plate-like crystalline silicon of the present invention, the surface shape of the light incident surface is more preferably approximately periodic. This is because the periodic surface shape has better controllability of the crystal grain size and is less likely to cause unevenness in the solar cell surface. Here, “periodic” means that the thickness of the crystalline silicon changes periodically.

また、当該表面形状の周期の範囲は、0.5mm以上5.0mm以下が望ましい。その理由は、0.5mm以上であれば太陽電池の変換効率がある程度得られ、かつ5.0mm以下であればムラも気になりにくいためである。また、本発明において、当該周期は、目視または顕微鏡により観察することにより容易に評価することができる。   Moreover, the range of the period of the surface shape is desirably 0.5 mm or more and 5.0 mm or less. The reason is that the conversion efficiency of the solar cell is obtained to some extent if it is 0.5 mm or more, and unevenness is less likely to be noticed if it is 5.0 mm or less. In the present invention, the period can be easily evaluated by visual observation or observation with a microscope.

次に、本発明の太陽電池を理解するのを容易にするために、上述した本発明における結晶シリコンを用いずに、一般的なキャスト法により作製したシリコン基板を用いた太陽電池について図2を用いて説明する。   Next, in order to facilitate understanding of the solar cell of the present invention, FIG. 2 shows a solar cell using a silicon substrate manufactured by a general casting method without using the crystalline silicon in the present invention described above. It explains using.

図2は太陽電池の光入射面のうち、電極のない部分の概略図である。ただし、反射防止膜は図示していない。一般的な太陽電池は、その製造の際のアルカリ水溶液による異方性エッチングによって、光入射面側の表面に細かい凹凸が形成される。図2中太線Bは結晶粒界を表しており、結晶粒の例として、G21、G22、G23を示している。従来の太陽電池は、それぞれの結晶粒G21、G22、G23内部は、それぞれの結晶方位によって決まる形状にエッチングされ、結晶粒内で表面形状のパターンが変化することはない。   FIG. 2 is a schematic view of a portion where no electrode is provided in the light incident surface of the solar cell. However, the antireflection film is not shown. In general solar cells, fine irregularities are formed on the surface on the light incident surface side by anisotropic etching with an alkaline aqueous solution at the time of production. A thick line B in FIG. 2 represents a crystal grain boundary, and G21, G22, and G23 are shown as examples of crystal grains. In the conventional solar cell, the inside of each crystal grain G21, G22, G23 is etched into a shape determined by each crystal orientation, and the surface shape pattern does not change in the crystal grain.

そのため、結晶粒のパターンがそのまま太陽電池のムラとして確認できた。結晶粒径が細かくなればなるほど、このムラは平均化されるが、前述の通り、結晶粒径が小さくなれば、太陽電池の変換効率が下がるため、結晶粒径を小さくすることで、太陽電池のムラをなくすという方法は現実的ではない。   Therefore, the crystal grain pattern could be confirmed as the unevenness of the solar cell as it was. As the crystal grain size becomes finer, this unevenness is averaged. However, as described above, since the conversion efficiency of the solar cell is lowered when the crystal grain size is reduced, the solar cell is reduced by reducing the crystal grain size. The method of eliminating the unevenness is not realistic.

これに対し、本発明の太陽電池を図1を用いて説明する。本発明の太陽電池では、一つの結晶粒G13中に、表面形状がたとえば6個の領域に分かれており、太陽電池のムラとしては認識されにくい。また、太陽電池の変換効率にとって重要なファクターである結晶粒径の大きさも確保することが可能である。   On the other hand, the solar cell of this invention is demonstrated using FIG. In the solar cell of the present invention, the surface shape is divided into, for example, six regions in one crystal grain G13, and is not easily recognized as unevenness of the solar cell. It is also possible to ensure the crystal grain size, which is an important factor for the conversion efficiency of the solar cell.

本発明において、上述したような結晶シリコンを用いて太陽電池を作製する方法は、公知の手法を用いることができる。   In the present invention, a known method can be used as a method for manufacturing a solar cell using crystalline silicon as described above.

(板状シリコンの製造装置)
本発明の板状の結晶シリコンの製造方法で用いる製造装置の一例を、図6を用いて説明する。しかし、本発明の板状の結晶シリコンを得る装置は、これに限定されず、シリコン融液に下地板を接触させて板状の結晶シリコンを製造する装置であればよい。本発明の板状の結晶シリコンを作製するための製造装置内の概略断面図を図6に示す。
(Plate silicon production equipment)
An example of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a plate-like crystalline silicon of the present invention will be described with reference to FIG. However, the apparatus for obtaining the plate-like crystalline silicon of the present invention is not limited to this, and any apparatus that produces plate-like crystalline silicon by bringing the base plate into contact with the silicon melt may be used. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view in the production apparatus for producing the plate-like crystalline silicon of the present invention.

図6において、板状の結晶シリコンの製造装置は、結晶成長された板状シリコン61、板状シリコンを成長させるための基板62、るつぼ63、シリコン融液64、加熱用ヒーター65、るつぼ台66、断熱材67、るつぼ昇降用台68、基板に固定された軸69を備える。但し、図6において、基板61を移動させる手段、るつぼ台66を昇降させる手段、加熱用ヒーターを制御する手段、シリコンを追加投入する手段、真空排気ができるようなチャンバなどの装置の外部については記載していない。   In FIG. 6, a plate-like crystalline silicon manufacturing apparatus includes a plate-like silicon 61 on which crystal has been grown, a substrate 62 for growing plate-like silicon, a crucible 63, a silicon melt 64, a heater 65, and a crucible base 66. , A heat insulating material 67, a crucible lifting / lowering base 68, and a shaft 69 fixed to the substrate. However, in FIG. 6, the means for moving the substrate 61, the means for raising and lowering the crucible table 66, the means for controlling the heater, the means for additionally introducing silicon, and the outside of the apparatus such as a chamber capable of evacuation are shown. Not listed.

図6において、結晶成長された板状シリコン61、板状シリコンを成長させるための基板62、るつぼ63、シリコン融液64、加熱用ヒーター65、るつぼ台66、断熱材67、るつぼ昇降用台68、および基板に固定された軸69は、密閉性の良好なチャンバ内に設置されており、真空排気後に不活性ガスなどでガス置換を行なえる構造にする必要がある。このとき、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどを使用することが可能であるが、コスト面を考慮するとアルゴンがより好ましく、循環式のシステムを構築しておくことが、より低コスト化に繋がる。また、酸素成分を含むガスを用いると、シリコン酸化物が生成し、基板表面やチャンバ壁に付着するため、酸素成分はできる限り除去する必要がある。さらには、ガスの循環式システムには、フィルタなどを通して、シリコン酸化物の粒子の除去を行なうことが好ましい。   In FIG. 6, the crystal-grown plate-like silicon 61, the substrate 62 for growing the plate-like silicon, the crucible 63, the silicon melt 64, the heater 65, the crucible base 66, the heat insulating material 67, and the crucible lifting base 68 The shaft 69 fixed to the substrate is installed in a chamber with good airtightness, and it is necessary to have a structure capable of performing gas replacement with an inert gas after evacuation. At this time, argon, helium, or the like can be used as the inert gas, but argon is more preferable in consideration of cost, and it is more cost-effective to construct a circulation system. Connected. Further, when a gas containing an oxygen component is used, silicon oxide is generated and adheres to the substrate surface and the chamber wall. Therefore, it is necessary to remove the oxygen component as much as possible. Further, it is preferable to remove silicon oxide particles through a filter or the like in the gas circulation system.

ここで、図6に示す板状の結晶シリコンの構成について説明する。図6において、シリコン融液温度以下の基板62が、図中左側から、るつぼ63中にあるシリコン融液64中に進入し、シリコン融液64に浸漬される。このとき、シリコン融液は、融点以上に加熱用ヒーター65で保持されている。融液温度の調節と、チャンバ内の雰囲気温度と、基板62の温度を厳密に制御できるような装置構成にすることが、板状シリコンの作製の再現性の点で好ましい。基板の材質は、特に限定されないが、熱伝導性の良い材料や耐熱性に優れた材料であることが好ましく、より好ましくは高純度処理など施された黒鉛が好ましい。例えば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミ、金属などを使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すれば良い。高純度黒鉛は、比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。基板の材質は、工業的に安価であること、得られる板状シリコンの基板品質などの種々の特性を考慮し、融液材料と基板の組合せは、適宜選択することが可能である。さらに、基板に金属を用いる場合、基板の融点以下の温度で使用し、得られた板状シリコンの特性にさほど影響を与えなければ、特に問題はない。   Here, the structure of the plate-like crystalline silicon shown in FIG. 6 will be described. In FIG. 6, the substrate 62 having a temperature equal to or lower than the silicon melt temperature enters the silicon melt 64 in the crucible 63 from the left side in the figure and is immersed in the silicon melt 64. At this time, the silicon melt is held by the heater 65 above the melting point. It is preferable from the viewpoint of reproducibility of the production of the plate-like silicon that the melt temperature is adjusted, the atmospheric temperature in the chamber, and the temperature of the substrate 62 can be strictly controlled. The material of the substrate is not particularly limited, but is preferably a material having good thermal conductivity or a material having excellent heat resistance, and more preferably graphite subjected to high purity treatment or the like. For example, high-purity graphite, silicon carbide, quartz, boron nitride, alumina, zirconium oxide, aluminum nitride, metal, or the like can be used, but an optimal material may be selected according to the purpose. High-purity graphite is more preferable because it is a relatively inexpensive material that is rich in workability. The material of the substrate is industrially inexpensive, and the combination of the melt material and the substrate can be appropriately selected in consideration of various characteristics such as the quality of the obtained silicon plate. Further, when a metal is used for the substrate, there is no particular problem as long as the metal is used at a temperature not higher than the melting point of the substrate and does not significantly affect the characteristics of the obtained silicon plate.

温度制御を容易にするには、銅製の基板を用いると好都合である。基板の冷却手段は、大きく分けると、自然放冷、直接冷却と間接冷却の3種類の手段が考えられる。自然放冷とは、特別な冷却手段を用いずに、浸漬直後で高温の基板および板状シリコンが輻射熱を放出してその温度を下げることである。装置構成が簡単になるという利点を有する。直接冷却は、基板に直接ガスを吹きかけて冷却する手段である。間接冷却は、基板を間接的にガスもしくは液体により冷却する手段である。冷却ガスの種類は特に限定されないが、板状シリコンの酸化を防ぐ目的で、不活性ガスである窒素、アルゴン、ヘリウムなどを用いることが好ましい。特に、冷却能力を考慮すると、ヘリウムまたはヘリウムと窒素との混合ガスが好ましいが、コストを考慮すると窒素が好ましい。冷却ガスは、熱交換器などを用いて循環させることで、さらなるコスト低減を図ることができ、結果として安価な板状シリコンを提供できることになる。   To facilitate temperature control, it is convenient to use a copper substrate. Substrate cooling means can be broadly divided into three types: natural cooling, direct cooling, and indirect cooling. Natural cooling means that a high-temperature substrate and plate-like silicon release radiant heat immediately after immersion and lower the temperature without using a special cooling means. There is an advantage that the device configuration is simplified. Direct cooling is a means for cooling by blowing gas directly onto the substrate. Indirect cooling is a means for indirectly cooling the substrate with gas or liquid. The type of the cooling gas is not particularly limited, but it is preferable to use an inert gas such as nitrogen, argon, or helium for the purpose of preventing oxidation of the plate-like silicon. In particular, considering cooling capacity, helium or a mixed gas of helium and nitrogen is preferable, but nitrogen is preferable in consideration of cost. The cooling gas can be circulated using a heat exchanger or the like to further reduce the cost, and as a result, inexpensive plate-like silicon can be provided.

さらに、基板を加熱することができる機構を有することもできる。加熱機構は、高周波誘導加熱方式でも、抵抗加熱方式でも構わない。但し、シリコンの融液状態を保持するための加熱用ヒーターに影響を与えない方がよい。このように、冷却機構と加熱機構を併用することで、板状シリコンの製造の安定性は、格段に向上する。   Furthermore, a mechanism capable of heating the substrate can be provided. The heating mechanism may be a high frequency induction heating method or a resistance heating method. However, it is better not to affect the heater for heating to maintain the molten state of silicon. As described above, by using the cooling mechanism and the heating mechanism in combination, the stability of manufacturing the plate-like silicon is remarkably improved.

融液の温度は、融点以上であることが好ましい。これは複数の熱電対または放射温度計などで、制御可能である。融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液中に浸漬させるのが直接的だが、熱電対の保護管などからの不純物が融液に混入されるためにあまり好ましくない。また、融液の温度を融点近傍で設定していると、上記保護管が融液に接することでシリコンの湯面が凝固を起こす可能性がある。したがって、るつぼなどに熱電対をシリコン融液と直接接することがない位置に挿入するなどして、間接的に温度を制御することが好ましい。   The temperature of the melt is preferably equal to or higher than the melting point. This can be controlled by a plurality of thermocouples or radiation thermometers. In order to strictly control the melt temperature, it is direct to immerse the thermocouple in the melt, but this is not preferable because impurities from a thermocouple protective tube or the like are mixed into the melt. Further, if the temperature of the melt is set in the vicinity of the melting point, there is a possibility that the molten metal surface of the silicon is solidified due to the protective tube coming into contact with the melt. Therefore, it is preferable to indirectly control the temperature by inserting a thermocouple into a crucible or the like at a position where it does not directly contact the silicon melt.

融液が入ったるつぼ63は、断熱材67の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、るつぼ底からの抜熱を抑制するために用いられている。その断熱材67の上には、るつぼ台66が設置されている。このるつぼ台66には、るつぼ昇降軸68が接続されており、昇降機構が設けられていることが必要である。これは、基板62上で板状シリコンを成長させるため、融液の増減に関わらず常に基板62が融液64に、同じ深さで浸漬されていることが好ましいためである。   The crucible 63 containing the melt is installed on the heat insulating material 67. This is used to keep the melt temperature uniform and to suppress heat removal from the bottom of the crucible. A crucible stand 66 is installed on the heat insulating material 67. The crucible base 66 is connected to a crucible lifting / lowering shaft 68 and needs to be provided with a lifting / lowering mechanism. This is because, in order to grow the silicon plate on the substrate 62, it is preferable that the substrate 62 is always immersed in the melt 64 at the same depth regardless of the increase or decrease of the melt.

なお、板状の結晶シリコンの製造とともにるつぼ内のシリコンは減っていくので、適時シリコンをるつぼに補充する必要がある。シリコンをるつぼに補充する方法として、シリコンの多結晶体(塊)を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などを用いることが可能であるが、特に限定されない。但し、できるだけ融液の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液の湯面を乱すと、そのときに発生する波形状が得られる板状シリコンの融液面側に反映され、得られるシートの均一性を損なう可能性があるためである。   Since the silicon in the crucible decreases with the production of the plate-like crystalline silicon, it is necessary to replenish the crucible with timely silicon. As a method of replenishing the crucible with silicon, it is possible to use a method in which a polycrystalline silicon body (lumps) is melted and charged, sequentially charged as a melt, or powder is sequentially charged. There is no particular limitation. However, it is preferable not to disturb the melt surface as much as possible. This is because if the melt surface of the melt is disturbed, the wave shape generated at that time is reflected on the melt surface side of the plate-like silicon to be obtained, and the uniformity of the obtained sheet may be impaired.

(板状シリコン製造方法)
次に、図6に示す板状シリコン製造装置を用いて、本発明による板状の結晶シリコンの製造方法について説明する。
(Plate-like silicon manufacturing method)
Next, a method for producing plate-like crystalline silicon according to the present invention will be described using the plate-like silicon production apparatus shown in FIG.

まず、得られる板状シリコンの比抵抗が所望の値となるように不純物の濃度を調整したシリコン原料を、高純度黒鉛製るつぼ63に一杯になるまで充填する。そのるつぼを、図6に示すような装置内に設置する。次に、チャンバ内の真空引きを行ない、チャンバ内を所定の圧力まで減圧する。その後、チャンバ内にArガスを導入し、Arガスを流したままにすることが望ましい。このように常にガスを流し続けるのは、清浄なシリコン湯面を得るためである。   First, a high-purity graphite crucible 63 is filled with a silicon raw material whose impurity concentration is adjusted so that the specific resistance of the obtained plate-like silicon becomes a desired value. The crucible is installed in an apparatus as shown in FIG. Next, the inside of the chamber is evacuated to reduce the pressure in the chamber to a predetermined pressure. After that, it is desirable to introduce Ar gas into the chamber and keep Ar gas flowing. The reason why the gas is constantly flowed in this way is to obtain a clean silicon surface.

次に、シリコン溶融用のヒーター65の温度をシリコンの融点以上に設定し、るつぼ63内のシリコン塊を完全に溶融状態にする。   Next, the temperature of the silicon melting heater 65 is set to be equal to or higher than the melting point of silicon to completely melt the silicon lump in the crucible 63.

その後、シリコン融液温度を所望の値に設定し、30分間そのまま保持し、融液温度の安定化を図り、るつぼ昇降機構68を用いて、るつぼ63を所定の位置に移動させる。   Thereafter, the silicon melt temperature is set to a desired value and held for 30 minutes to stabilize the melt temperature, and the crucible 63 is moved to a predetermined position using the crucible lifting mechanism 68.

次に、板状シリコン製造用下地板を図6中の左側から右側へ進行させて、板状シリコンを成長させる。このとき、下地板の結晶成長面側をシリコン融液に接触させながら移動させる。このように、下地板の結晶成長面がシリコン融液に接することで、板状シリコンが形成される。特に、シリコン融液への進入時の基板の表面温度は、300℃以上、1100℃以下が好ましい。   Next, the base plate for manufacturing the plate-like silicon is advanced from the left side to the right side in FIG. 6 to grow the plate-like silicon. At this time, the crystal growth surface side of the base plate is moved while being in contact with the silicon melt. Thus, plate-like silicon is formed by the crystal growth surface of the base plate being in contact with the silicon melt. In particular, the surface temperature of the substrate when entering the silicon melt is preferably 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.

これは、基板の温度が300℃以下であると、安定した制御が困難となるからである。すなわち、連続生産する場合、チャンバ内で、浸漬待ちの基板はシリコン融液からの輻射熱を受け、常に300℃に維持することが困難となり、得られる板状シリコンの品質にばらつきが生じることに繋がるためである。また、基板の温度が1100℃以上であると、板状シリコンの成長速度が遅くなり、生産性が悪くなるため余り好ましくない。   This is because stable control becomes difficult when the temperature of the substrate is 300 ° C. or lower. That is, in the case of continuous production, the substrate waiting to be immersed in the chamber receives radiant heat from the silicon melt and is difficult to maintain at 300 ° C. at all times, leading to variations in the quality of the obtained silicon plate. Because. Further, if the temperature of the substrate is 1100 ° C. or higher, the growth rate of the plate-like silicon is slowed and productivity is deteriorated, which is not preferable.

基板の温度を調整するには、冷却機構と加熱機構の両方を備えている方が好ましい。これらの機構を設けることで、生産性が向上するだけでなく、製品の歩留まり向上、さらには品質の安定化を図ることができる。   In order to adjust the temperature of the substrate, it is preferable to have both a cooling mechanism and a heating mechanism. By providing these mechanisms, not only productivity can be improved, but also the yield of products can be improved and the quality can be stabilized.

ここでは図6に示す板状の結晶シリコン製造装置を例として挙げたが、特にこの装置に限定されるわけではない。下地板をシリコン融液に接触させて板状シリコンを成長させることができる装置であればよい。   Here, the plate-like crystalline silicon manufacturing apparatus shown in FIG. 6 is taken as an example, but the apparatus is not particularly limited to this apparatus. Any device capable of growing plate-like silicon by bringing the base plate into contact with the silicon melt may be used.

(板状の結晶シリコン製造用下地板)
本発明における結晶シリコンを製造するための下地板としては、例えば図3(B)、図4(B)および図5(B)に示されるようなものが挙げられる。これらの下地板を用いることにより、周期的な結晶を得ることができ、得られる板状シリコンの均一性という面から望ましい。また、隣り合う成長起点凸部間の距離は0.5mm以上5.0mm以下程度が好ましい。その理由は前述の通り、0.5mm以上であれば太陽電池の変換効率がある程度得られ、5.0mm以下であればムラも気になりにくいためである。中でも特に1.0mm以上、3.0mm以下程度が好ましい。ここで、このような凸部間の距離は、目視または顕微鏡により観察することにより容易に評価することができる。
(Plate-shaped base plate for crystalline silicon production)
Examples of the base plate for producing crystalline silicon in the present invention include those shown in FIGS. 3B, 4B, and 5B. By using these base plates, periodic crystals can be obtained, which is desirable in terms of the uniformity of the obtained plate-like silicon. In addition, the distance between adjacent growth start convex portions is preferably about 0.5 mm or more and 5.0 mm or less. The reason is that, as described above, the conversion efficiency of the solar cell can be obtained to some extent if it is 0.5 mm or more, and unevenness is less likely to be noticed if it is 5.0 mm or less. Of these, a thickness of about 1.0 mm to 3.0 mm is particularly preferable. Here, such a distance between the convex portions can be easily evaluated by visual observation or observation with a microscope.

成長起点凸部の高さは、シリコン融液の表面張力と、下地板とシリコン融液との界面のエネルギーとの兼ね合いによって決めればよい。表面張力は設定する融液温度によって異なり、また界面エネルギーについては、融液温度のほかに下地板の材質、成長起点凸部間距離(凸部の頂角)などによっても異なるため、適宜状況にあわせて変更する必要がある。目安としてはおよそ0.05mm以上、より好ましくは0.1mm以上であればよい。   The height of the growth starting convex portion may be determined by the balance between the surface tension of the silicon melt and the energy at the interface between the base plate and the silicon melt. The surface tension varies depending on the melt temperature to be set, and the interfacial energy varies depending on the material of the base plate and the distance between the convex portions of the growth starting point (vertical angle of the convex portion) as well as the melt temperature. It is necessary to change together. As a guide, it may be about 0.05 mm or more, more preferably 0.1 mm or more.

以下、具体的な実施例に基づいて、本発明の説明を行う。   Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.

(実施例1〜3、比較例1〜3)
<板状の結晶シリコンの作製>
上記実施形態において説明したように、図6の板状の結晶シリコン製造装置を用いて、板状の結晶シリコンを作製した。具体的には、次のとおりである。
(Examples 1-3, Comparative Examples 1-3)
<Production of plate-like crystalline silicon>
As described in the above embodiment, plate-like crystal silicon was produced using the plate-like crystal silicon manufacturing apparatus of FIG. Specifically, it is as follows.

比抵抗が2.0Ω・cmになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝に保護された石英製坩堝内に入れ、図6に示すチャンバ内に固定した。   A silicon raw material whose boron concentration was adjusted so as to have a specific resistance of 2.0 Ω · cm was placed in a quartz crucible protected by a high-purity carbon crucible and fixed in the chamber shown in FIG.

まずチャンバ内を5Pa程度まで真空引きし、常圧のArガスで置換し、その後、チャンバ内にArガスを導入し、常圧まで戻し、その後は、2L/minでArガスを常時チャンバ上部から流したままにしておく。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融するが、シリコン溶解用ヒーターを10℃/minの昇温速度で1500℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、坩堝温度を1420℃に保持し、安定化を図る。   First, the inside of the chamber is evacuated to about 5 Pa and replaced with normal pressure Ar gas. After that, Ar gas is introduced into the chamber and returned to normal pressure. Thereafter, Ar gas is constantly supplied from the top of the chamber at 2 L / min. Leave it flowing. Next, the silicon raw material is melted by a heater. The temperature of the silicon melting heater is increased to 1500 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, and it is confirmed that the silicon raw material is completely dissolved. Keep at ℃ to stabilize.

次に、図3(B)、図4(B)および図5(B)に示した形状の下地板のシリコン融液への突入時の温度を500℃とし、シリコン融液表面から8mmの位置を通過するような軌道で浸漬し、上記下地板表面に板状シリコンを結晶成長させた。用いた下地板は、外寸が縦130mm、横130mm、厚み30mmの高純度処理した黒鉛製の下地板であった。また、隣り合う成長起点凸部間距離は、約2.5mm、成長起点凸部の高さは0.3mmであった。   Next, the temperature when the base plate having the shape shown in FIGS. 3 (B), 4 (B) and 5 (B) enters the silicon melt is set to 500 ° C., and the position is 8 mm from the surface of the silicon melt. So as to pass through the substrate, and crystallize the plate-like silicon on the surface of the base plate. The base plate used was a high purity treated graphite base plate having outer dimensions of 130 mm in length, 130 mm in width, and 30 mm in thickness. Further, the distance between adjacent growth start convex portions was about 2.5 mm, and the height of the growth start convex portion was 0.3 mm.

このようにして得られた板状シリコンは、それぞれ図3(A)、図4(A)および図5(A)のような形状であった。   The plate-like silicon thus obtained had shapes as shown in FIGS. 3 (A), 4 (A) and 5 (A), respectively.

得られたそれぞれの板状の結晶シリコンにおいて、下地板と接触していた面側を光入射面として太陽電池を作製し、それぞれの板状の結晶シリコンに対応して実施例1、実施例2および実施例3とした。また、得られた板状の結晶シリコンにおいて、製造の際下地板と接触していた面と対向する面側を、光入射面として太陽電池を作製し、それぞれの板状の結晶シリコンに対応して比較例1、比較例2および比較例3とした。   In each of the obtained plate-like crystalline silicon, a solar cell was manufactured with the surface side that was in contact with the base plate as the light incident surface, and Example 1 and Example 2 corresponded to each plate-like crystalline silicon. And Example 3. In addition, in the obtained plate-like crystalline silicon, a solar cell was manufactured with the surface facing the surface that was in contact with the base plate at the time of manufacture as a light incident surface, and each plate-like crystalline silicon was adapted to each plate-like crystalline silicon. Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were obtained.

<太陽電池の作製およびセル特性評価>
上述のようにして得られた板状の結晶シリコンをレーザーで切断し、縦125mm×横125mmの板状シリコンとした。
<Production of solar cells and evaluation of cell characteristics>
The plate-like crystalline silicon obtained as described above was cut with a laser to obtain plate-like silicon having a length of 125 mm × width of 125 mm.

まず、板状の結晶シリコンにおいて、光入射面の凹凸を形成するため、水酸化ナトリウムを用いてアルカリエッチングを行った。当該エッチングは、数%の水酸化ナトリウムを約90℃に加熱し、当該水酸化ナトリウム中にシリコン基板を浸漬することにより行った。   First, in the plate-like crystalline silicon, alkali etching was performed using sodium hydroxide to form irregularities on the light incident surface. The etching was performed by heating several percent sodium hydroxide to about 90 ° C. and immersing the silicon substrate in the sodium hydroxide.

その後、POCl拡散によりn+層を形成した。次に、表面に形成されている余分なPSG(リン含有シリケートガラス(phospho−silicate glass)膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるn+層上にプラズマCVD装置を用いて窒化シリコン膜を形成した。 Thereafter, an n + layer was formed by POCl 3 diffusion. Next, after removing excess PSG (phospho-silicate glass) film formed on the surface with hydrofluoric acid, a plasma CVD apparatus is used on the n + layer on the light-receiving surface side of the solar cell. A silicon nitride film was formed.

次に、太陽電池の裏面側となる面にも形成されているn+層を硝酸とフッ酸の混合液でエッチング除去し、p型部を露出させた。次に、その上にスクリーン印刷法にてアルミペーストを主成分とした裏面電極を形成し、焼成することで同時にp+層も形成した。   Next, the n + layer formed also on the surface which becomes the back surface side of the solar cell was removed by etching with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid to expose the p-type part. Next, a back electrode mainly composed of an aluminum paste was formed thereon by screen printing, followed by firing to form a p + layer at the same time.

次に、スクリーン印刷法にて受光面側に銀を主成分とする電極を形成し、焼成処理した。その後、銀電極部分に半田ディップを行い、太陽電池を作製した。   Next, an electrode containing silver as a main component was formed on the light-receiving surface side by a screen printing method, and baked. Thereafter, solder dipping was performed on the silver electrode portion to produce a solar cell.

得られた太陽電池は、AM1.5、100mW/cmの照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法(JIS C 8913(1988))」に従って、セル特性の評価を行った。 The obtained solar cell was evaluated for cell characteristics according to “Crystalline Solar Cell Output Measurement Method (JIS C 8913 (1988))” under irradiation of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 .

また、セル特性の評価を行った太陽電池の光入射面の表面形状の平均的な寸法と平均的な結晶粒径を評価した。光入射面の表面形状の平均的な寸法は、太陽電池の光入射面の写真を取り、既知の長さ(L)の線分が横切るパターンの境界の数(n)を10個の線分について数え、L/nの平均値で計算した。当該写真の撮影には、キーエンス社製、デジタルマイクロスコープVH−7000を用い、倍率25倍で行った。   Moreover, the average dimension and average crystal grain size of the surface shape of the light incident surface of the solar cell on which the cell characteristics were evaluated were evaluated. The average size of the surface shape of the light incident surface is obtained by taking a photograph of the light incident surface of the solar cell and calculating the number of pattern boundaries (n) that a line segment of known length (L) crosses by 10 line segments. And the average value of L / n was calculated. The photograph was taken at a magnification of 25 using a digital microscope VH-7000 manufactured by Keyence Corporation.

また、平均的な結晶粒径の計算は、上述のようにして得られた太陽電池の光入射面を10ミクロン程度の粗さの砥粒で研磨し、平滑にした後、フッ硝酸(硝酸3:フッ酸1)で軽くエッチングすることで、結晶粒界を選択的にエッチングし、その後、上述の方法と同様の方法で、既知の長さ(L)の線分が横切る粒界の数(B)を10本の線分について数え、L/bの平均値で平均的な結晶粒径を計算した。   The average crystal grain size is calculated by polishing the light incident surface of the solar cell obtained as described above with abrasive grains having a roughness of about 10 microns and then smoothing it, and then adding nitric acid (nitric acid 3 : The crystal grain boundary is selectively etched by lightly etching with hydrofluoric acid 1), and then the number of grain boundaries crossed by a line segment of a known length (L) in the same manner as described above ( B) was counted for 10 line segments, and the average crystal grain size was calculated by the average value of L / b.

表1に、結晶シリコンにおける光入射面の表面形状の平均的な寸法、平均的な結晶粒径の寸法、太陽電池の変換効率および太陽電池のムラに関する官能検査の結果をあわせて示す。官能検査は視力がほぼ1.0以上のモニタ50人に、2メートル離れた位置から太陽電池の外観を観察してもらい、ムラがかなり気になる(1点)、少し気になる(2点)、どちらでもない(3点)、ほとんど気にならない(4点)、全く気にならない(5点)の5段階で評価し、その平均点を計算した。   Table 1 also shows the results of the sensory test regarding the average size of the surface shape of the light incident surface of the crystalline silicon, the average crystal grain size, the conversion efficiency of the solar cell, and the unevenness of the solar cell. In the sensory test, 50 monitors with a visual acuity of approximately 1.0 or more observe the appearance of the solar cell from a position 2 meters away. ), Neither (3 points), little concern (4 points), no concern at all (5 points), and the average score was calculated.

Figure 0004434837
Figure 0004434837

表1から明らかなように、板状の結晶シリコンにおいて製造の際下地板と接触していた面側を光入射面とした場合の方が、光入射面の表面形状の平均的な寸法はより小さく、よりムラが目立ちにくいことがわかった。これは、結晶シリコンにおいて当該下地板側の面は、過冷却状態で成長するため、ラフニングが起こりにくく、ファセット面に近い方位の面が現れやすいからであると考えられる。そのため、一つの結晶粒でも、異なるファセット面に近い複数の面で囲まれることになり、アルカリ水溶液で異方性エッチングを行った場合に、複数のパターンに分かれるものと考えられる。   As is clear from Table 1, the average size of the surface shape of the light incident surface is more when the surface side of the plate-like crystalline silicon that is in contact with the base plate at the time of manufacture is the light incident surface. It turned out to be smaller and less noticeable. This is presumably because the surface on the base plate side in crystalline silicon grows in a supercooled state, so that roughening does not easily occur and a surface with an orientation close to the facet surface is likely to appear. Therefore, even one crystal grain is surrounded by a plurality of surfaces close to different facet surfaces, and it is considered that when anisotropic etching is performed with an alkaline aqueous solution, it is divided into a plurality of patterns.

なおここでは、板状の結晶シリコンにおいて製造の際下地板と接触していた面側と対向する側の面を光入射面として太陽電池を作製した場合を比較例1〜3としたが、板状の結晶シリコンにおいて製造の際下地板と接触していた側の面を研磨して平滑にした後、その平滑面を光入射面として太陽電池を作製した場合も同様の結果が得られた。   In addition, although the case where the solar cell was produced by using the surface on the side opposite to the surface side that was in contact with the base plate at the time of manufacturing in the plate-like crystalline silicon as the light incident surface was referred to as Comparative Examples 1 to 3. Similar results were obtained when the surface of the crystalline silicon in contact with the base plate during production was polished and smoothed, and then the solar cell was produced using the smooth surface as the light incident surface.

(比較例4)
実施例1で用いた板状結晶シリコンの光入射面において平均的な寸法の表面形状を有しかつ略同じ結晶粒径を有する、キャスト法により得られた基板を用いて太陽電池を作製した以外は、すべて実施例1と同様にして行った例を比較例4とした。
(Comparative Example 4)
Except for producing a solar cell using a substrate obtained by a casting method having a surface shape with an average size on the light incident surface of the plate-like crystalline silicon used in Example 1 and having substantially the same crystal grain size These were all made in the same manner as in Example 1 and set as Comparative Example 4.

当該キャスト基板を用いて、前述の太陽電池作製方法で太陽電池を作製し、同様の方法で太陽電池の特性評価および官能検査によるムラの評価を行った。結果を表1に合わせて示す。   Using the cast substrate, a solar cell was manufactured by the above-described solar cell manufacturing method, and the characteristics evaluation of the solar cell and the unevenness evaluation by the sensory test were performed by the same method. The results are shown in Table 1.

表1の結果から、本発明の太陽電池では、結晶粒径の確保と、ムラのなさを両立できることがわかった。   From the results in Table 1, it was found that the solar cell of the present invention can achieve both ensuring of crystal grain size and non-uniformity.

(実施例4)
実施例1で用いた板状シリコンと、下地板を浸漬させる際の深さを除いて同じ条件で板状シリコンを作製した。その際の下地板浸漬深さを4mm〜12mmまで変化させることで融液中での浮力と表面張力のバランスを変え、下地板側の面の凹凸形状の差が5μm〜290μmの板状シリコンを作製した。
Example 4
Plate-like silicon was produced under the same conditions except for the plate-like silicon used in Example 1 and the depth when the base plate was immersed. By changing the base plate immersion depth at that time from 4 mm to 12 mm, the balance between the buoyancy and the surface tension in the melt is changed, and the difference between the concave and convex shapes on the surface on the base plate side is 5 μm to 290 μm. Produced.

得られた板状結晶シリコンにおいて製造の際下地板と接触していた面側を光入射面として、実施例1に記載のプロセスで太陽電池を作製し、平均的な結晶粒径と光入射面の表面形状の平均的な寸法の比と太陽電池の変換効率を評価した。結果を表2に示す。板状の結晶シリコンにおいて、当該光入射側の面の凹凸形状の差が20以上で急激に平均的な結晶粒径と光入射面の表面形状の平均的な寸法の比が大きくなり、ムラの抑制に効果的であることがわかる。また200μm以下では入射面側の銀ペーストの印刷が良好であり、変換効率は形状依存性がほとんど見られないものの、200μmより大きい場合には急激に印刷不良が増加し、変換効率に低下が見られた。この結果から板状の結晶シリコンにおける光入射側の面の凹凸形状の差が20〜200μm程度が望ましいことがわかる。   In the obtained plate-like crystalline silicon, a solar cell was produced by the process described in Example 1 using the surface side that was in contact with the base plate during production as the light incident surface, and the average crystal grain size and the light incident surface were obtained. The ratio of the average size of the surface shape and the conversion efficiency of the solar cell were evaluated. The results are shown in Table 2. In the plate-like crystalline silicon, when the difference in the uneven shape of the light incident side surface is 20 or more, the ratio of the average crystal grain size to the average size of the surface shape of the light incident surface suddenly increases, resulting in unevenness. It turns out that it is effective for suppression. When the thickness is less than 200 μm, printing of the silver paste on the incident surface side is good, and the conversion efficiency shows almost no shape dependence, but when it is larger than 200 μm, the printing defect increases rapidly, and the conversion efficiency decreases. It was. From this result, it can be seen that the difference in the uneven shape of the light incident side surface of the plate-like crystalline silicon is desirably about 20 to 200 μm.

Figure 0004434837
Figure 0004434837

(実施例5)
図3(B)の形状の板状の結晶シリコンで、その周期が0.2、0.5、1、2.5、4、5、および7mmとしたものを作製し、製造の際下地板と接触していた面側を光入射面として、前述のプロセスで太陽電池を作製した。作製した太陽電池の評価項目として太陽電池の変換効率評価と共に、前述の同様の官能検査を行った。結果を表3に示す。
(Example 5)
A plate-like crystalline silicon having the shape shown in FIG. 3 (B) having a period of 0.2, 0.5, 1, 2.5, 4, 5, and 7 mm is manufactured, and the base plate is manufactured. The solar cell was manufactured by the above-mentioned process using the surface side in contact with the light incident surface. The above-mentioned sensory test was conducted together with the conversion efficiency evaluation of the solar cell as an evaluation item of the produced solar cell. The results are shown in Table 3.

Figure 0004434837
Figure 0004434837

周期が0.5mm以上で急激に変換効率の向上が見られる。また周期が5mm以下で官能検査の平均点があがることがわかる。この結果から周期としては0.5mm以上5mm以下程度が望ましいことがわかる。   The conversion efficiency is drastically improved when the period is 0.5 mm or more. It can also be seen that the average point of the sensory test goes up when the period is 5 mm or less. From this result, it can be seen that the period is preferably about 0.5 mm or more and 5 mm or less.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の太陽電池を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the solar cell of this invention. 一般的なキャスト基板から作製された太陽電池を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the solar cell produced from the general cast board | substrate. (A)は板状シリコンの概略斜視図であり、(B)は(A)の板状シリコンを製造する際に用いた下地板の概略斜視図である。(A) is a schematic perspective view of plate-shaped silicon, (B) is a schematic perspective view of the base plate used when manufacturing the plate-shaped silicon of (A). (A)は板状シリコンの概略斜視図であり、(B)は(A)の板状シリコンを製造する際に用いた下地板の概略斜視図である。(A) is a schematic perspective view of plate-shaped silicon, (B) is a schematic perspective view of the base plate used when manufacturing the plate-shaped silicon of (A). (A)は板状シリコンの概略斜視図であり、(B)は(A)の板状シリコンを製造する際に用いた下地板の概略斜視図である。(A) is a schematic perspective view of plate-shaped silicon, (B) is a schematic perspective view of the base plate used when manufacturing the plate-shaped silicon of (A). 板状の結晶シリコンの製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the manufacturing apparatus of plate-shaped crystalline silicon.

符号の説明Explanation of symbols

K1,K2 多結晶シリコン、C3,C4 下地板、S3,S4 板状シリコン、B 結晶粒界、G11,G12,G13,G21,G22,G23 結晶粒、P131,P132,P133,P134、P135,P136 表面形状の領域。   K1, K2 polycrystalline silicon, C3, C4 base plate, S3, S4 plate silicon, B crystal grain boundary, G11, G12, G13, G21, G22, G23 crystal grain, P131, P132, P133, P134, P135, P136 Surface shape area.

Claims (8)

結晶シリコンを用いた太陽電池において、該結晶シリコンの光入射面における1つの結晶粒の表面は、凹凸パターンが異なる領域2以上有することを特徴とする、太陽電池。 In the solar cell using a crystalline silicon, single crystal grains of the surface at the light incident surface of the crystalline silicon, characterized Rukoto to have a region where the uneven pattern differs 2 or more, the solar cell. 前記1つの結晶粒の表面は、一度の異方性エッチングによって、凹凸パターンが異なる領域を2以上形成することを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池。 Said one of surfaces of crystal grains is one-time anisotropic etching, the uneven pattern characterized that you form two or more different regions, solar cell according to claim 1. 前記結晶シリコンの光入射面が、該結晶シリコンの(111)面で構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の太陽電池。   3. The solar cell according to claim 1, wherein a light incident surface of the crystalline silicon is constituted by a (111) plane of the crystalline silicon. 前記光入射面の凹凸形状の差が、20μm以上200μm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池。   The solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a difference in the uneven shape of the light incident surface is 20 µm or more and 200 µm or less. 前記結晶シリコンは、シリコン融液に下地板を接触させ、該下地板上に結晶成長させて作製されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池。   The solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the crystalline silicon is produced by bringing a base plate into contact with a silicon melt and growing crystals on the base plate. 前記光入射面は、前記結晶シリコンのうち、下地板と接触した面であることを特徴とする、請求項5に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 5, wherein the light incident surface is a surface of the crystalline silicon that is in contact with a base plate. 前記表面形状は、略周期的であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the surface shape is substantially periodic. 前記表面形状の周期の範囲が、0.5mm以上5.0mm以下であることを特徴とする、請求項7に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 7, wherein the range of the period of the surface shape is 0.5 mm or more and 5.0 mm or less.
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