JP6032623B2

JP6032623B2 - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP6032623B2
Application number: JP2014527865A
Authority: JP
Inventors: 島　正樹; 正樹島; 小林　伸二; 伸二小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: WO2014020693A1; JPWO2014020693A1

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

近年、環境負荷の低いエネルギー源として、太陽電池に対する注目が高まってきている。なかでも、結晶シリコン基板などの半導体材料からなる基板を有する太陽電池に対する注目が高まってきている。

このような半導体材料からなる基板を備える太陽電池の製造に際しては、例えば半導体材料からなる基板の表面にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を形成する工程などといった基板をウェットエッチングする工程を行う必要がある（例えば特許文献１を参照）。

特開平１０−３０３４４３号公報

基板をエッチングする工程などを行った後には、基板を液体で洗浄する工程が必要となる。この洗浄工程や上述のエッチング工程などにおいては、基板の全体が均一に薬液と接触するようにする必要がある。基板に洗浄が不十分な部分やエッチングが不十分な部分が生じると、所望の太陽電池の特性が得られない場合があり、良品率が低下する場合があるためである。

本発明の主な目的は、改善された良品率で太陽電池を製造し得る方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、半導体材料からなる基板を有する太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法は、処理工程を備える。処理工程では、一の方向に沿って配した複数の基板を、薬液槽に溜められた薬液に浸漬すると共に、薬液槽において複数の基板の下方に配された気泡発生部の複数の気泡発生口から薬液中の複数の基板に向けて気泡を供給して複数の基板を処理する。平面視において、気泡発生口が一の方向において隣り合う基板の間に位置するように複数の基板を配した状態で処理工程を行う。

本発明によれば、改善された良品率で太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態におけるカセットの略図的斜視図である。図２は、第１の実施形態におけるカセットの略図的平面図である。図３は、第１の実施形態における処理工程を説明するための模式的正面図である。なお、図３においては、気泡及び気泡発生口と基板との関係が模式的に描画されており、実際とは異なる。図４は、第１の実施形態における気泡供給口と基板との関係を表す模式的平面図である。図５は、第１の実施形態におけるパイプ１５ａ〜１５ｄから気泡を発生させるタイミングを説明するためのタイムチャートである。図６は、第２の実施形態における気泡供給口と基板との関係を表す模式的平面図である。図７は、第３の実施形態における気泡供給口と基板との関係を表す模式的平面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
本実施形態では、半導体材料からなる基板を有する太陽電池の製造方法について説明する。半導体材料からなる基板は、結晶シリコン基板であってもよい。即ち、本発明に係る太陽電池の製造方法は、結晶シリコン太陽電池の製造方法であってもよい。

太陽電池は、例えば、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に配された一の導電型を有する第１の半導体層と、基板の他主面の上に配された他の導電型を有する第２の半導体層と、第１の半導体層の上に配された第１の電極と、第２の半導体層の上に配された第２の電極とを備えていてもよい。

また、太陽電池は、例えば、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に配された第１及び第２の半導体層と、第１の半導体層の上に配された第１の電極と、第２の半導体層の上に配された第２の電極とを備える裏面接合型の太陽電池であってもよい。

半導体材料からなる基板の少なくとも一方の主面には、基板への光の入射効率を高めるためのテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が設けられていてもよい。テクスチャ構造は、例えば、結晶シリコン基板の表面を異方性エッチングすることにより形成することができる。

本実施形態の太陽電池の製造方法は、半導体材料からなる基板を薬液に浸漬することにより処理する処理工程を含む。処理工程の具体例としては、基板を洗浄液に浸漬することにより基板を洗浄する洗浄工程や、基板をエッチング液に浸漬することにより基板をエッチングするエッチング工程などが挙げられる。処理工程として、洗浄工程とエッチング工程との少なくとも一方を行うことが好ましい。

例えば、エッチング工程を行った後に、洗浄工程を行う場合などのように、太陽電池を製造するに際して、複数の処理工程を行う場合が考えられる。このような場合においては、複数の処理工程のうちの少なくともひとつの処理工程を本実施形態において説明する処理工程とすればよく、すべての処理工程を本実施形態において説明する処理工程と同様に行う必要は必ずしもない。

処理工程に供される基板は、半導体材料からなる基板のみにより構成されていてもよいし、表面上に半導体層や保護層などの層や、電極などの部材が設けられた半導体材料からなる基板であってもよい。

以下、本実施形態における処理工程の詳細について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。

（カセット１０への基板１１のセット）
まず、例えば、図１及び図２に示すようなカセット１０に複数の基板１１をセットする。ここで、基板１１は、半導体材料からなる基板であってもよいし、半導体層などが表面上に配された半導体材料からなる基板であってもよい。

カセット１０は、一方向に沿って相互に間隔をおいて複数の基板１１を保持可能な形状を有するものである限りにおいて特に限定されない。本実施形態では、カセット１０の両側面には、複数の凹部１０ａが設けられている。カセット１０の一方側の側面に設けられた凹部１０ａと、他方側の側面に設けられた凹部１０ａとはｙ軸方向に対向している。このｙ軸方向において対向する凹部１０ａの対に基板１１が挿入される。これにより、複数の基板１１がｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいた状態で保持される。

凹部１０ａは、鉛直方向であるｚ軸方向に沿って延びている、凹部１０ａを構成している２つの側壁部間の間隔は、基板１１側に向かって広くなっている。すなわち、凹部１０ａを構成している２つの側壁部間の間隔は、ｙ軸方向における中央側に向かって広くなっている。このため、基板１１がカセット１０と広い面積で接触することを抑制している。

カセット１０のｘ方向の両側に位置する側壁部には、薬液が通過するための切欠１０ｂや開口が設けられている。また、カセット１０の底部には壁面が設けられていない。従って、カセット１０の下方からカセット１０内に薬液や泡等が浸入可能である。

基板１１の形状は、特に限定されない。基板１１は、例えば、矩形状、正方形状、多角形状、円形状等であってもよい。また、基板１１は、例えば、角部が直線または曲線で切り取られた形状である略矩形状、略正方形状等であってもよい。以下、基板１１が、略矩形状である例について説明する。

基板１１の一辺の長さは、例えば、１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度とすることができる。基板１１の厚さは、２００μｍ程度以下であることが好ましく、５０μｍ〜２００μｍ程度であることがより好ましい。基板１１の厚みに対する基板１１の一辺の長さの比（（基板１１の一辺の長さ）／（基板１１の厚み））は、４００〜４００００であることが好ましい。

なお、ひとつのカセット１０に保持される基板１１の数は、特に限定されないが、例えば、２５枚〜１００枚程度とすることができる。ひとつのカセット１０にセット可能な基板１１の枚数を多くする観点からは、ｘ軸方向に隣接する基板１１間の距離Ｌは、６ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることが好ましい。ｘ軸方向に隣接する基板１１間の距離Ｌは、基板１１の一辺の長さの１／２０以下であることが好ましく、１／３０以下であることがより好ましい。但し、ｘ軸方向に隣接する基板１１間の距離Ｌが小さすぎると、基板１１のセットが困難になったり、隣接する基板１１同士がウェットエッチング時に張り付く等の弊害が生じる場合がある。従って、ｘ軸方向に隣接する基板１１間の距離Ｌは、３ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ以上であることがより好ましい。ｘ軸方向に隣接する基板１１間の距離Ｌは、基板１１の一辺の長さの１／４２以上であることが好ましく、基板１１の一辺の長さの１／３２以上であることがより好ましい。

（基板１１の処理工程）
次に、図３に示されるように、カセット１０にセットされ、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配された複数の基板１１を、カセット１０ごと、薬液槽１２に溜められた薬液１３に浸漬することにより複数の基板１１を処理する処理工程を行う。この処理工程は、基板１１のエッチング工程や洗浄工程等である。例えばエッチング工程を行う場合は、薬液１３をエッチング液とすることができる。例えば洗浄工程を行う場合は、薬液１３を洗浄液とすることができる。

この処理工程においては、複数の基板１１を薬液１３に浸漬すると共に、薬液槽１２において複数の基板１１の下方に配されており、気泡発生部を構成しているパイプ１５ａ〜１５ｄの複数の気泡発生口１６から薬液１３中の複数の基板１１に向けて気泡１４（典型的には空気や窒素ガスなどの不活性ガス等の気泡）を供給して複数の基板１１を処理する。

詳細には、本実施形態では、平面視において、複数の気泡発生口１６がｘ軸方向において隣り合う基板１１の間のギャップ１７に位置するように、複数の基板１１を配した状態で処理工程を行う。このため、気泡発生口１６からの気泡１４によって、凹部１０ａに部分的に接触していた基板１１が効率的に剥離される。よって、基板１１の全体が均一に薬液１３と接触しやすい。従って、複数の基板１１を好適に処理することができる。複数の基板１１の表面に洗浄不足の部分が生じたり、エッチング不足の部分が生じたりしにくい。また、処理工程が異方性エッチングを行うことにより、所謂テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を形成するエッチング工程においては、形成される凹凸構造に形状むらや寸法むらが生じにくい。従って、改善された良品率で太陽電池を製造することが可能となる。

凹部１０ａに部分的に接触していた基板１１の剥離がより効率的に生じるようにする観点からは、気泡発生口１６の直径が、ｘ軸方向において隣り合う基板１１の間のギャップ１７の距離Ｌより小さいことが好ましく、距離Ｌの０．８倍以下であることがさらに好ましい。

また、本実施形態では、処理工程において、第１の状態と第２の状態とが交互に生じるように薬液１３中に気泡１４を供給する。ここで、第１の状態とは、基板１１のｘ軸方向の一方側に供給される気泡１４の量が、基板１１のｘ軸方向の他方側に供給される気泡１４の量よりも多い状態である。第２の状態とは、基板１１のｘ軸方向の一方側に供給される気泡１４の量が、基板１１のｘ軸方向の他方側に供給される気泡１４の量よりも少ない状態である。

具体的には、図４に示されるように、複数の基板１１の下方に、複数のパイプ１５ａ〜１５ｄが配されている。複数のパイプ１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、気泡発生口１６を有しており、気泡発生口１６から複数の基板１１に向けて気泡１４を発生させる。

パイプ１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、基板１１の配列方向であるｘ軸方向に沿って延びている。複数のパイプ１５ａ〜１５ｄは、基板１１の延びる方向と平行なｙ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。パイプ１５ａとパイプ１５ｂとは、基板１１のｙ軸方向における中央よりもｙ１側に配されている。パイプ１５ａは、パイプ１５ｂよりも外側に配されている。パイプ１５ｃとパイプ１５ｄとは、基板１１のｙ軸方向における中央よりもｙ２側に配されている。パイプ１５ｄは、パイプ１５ｃよりも外側に配されている。

パイプ１５ａ〜１５ｄには、基板１１間のギャップ１７に位置するように、複数の気泡発生口１６が設けられている。各パイプ１５ａ〜１５ｄにおいて、複数の気泡発生口１６は、ひとつおきのギャップ１７に設けられている。すなわち、各パイプ１５ａ〜１５ｄにおいて、気泡発生口１６が位置するギャップ１７と、気泡発生口１６が位置していないギャップ１７とが、ｘ軸方向に沿って交互に生じるように、複数の気泡発生口１６が設けられている。

外側に位置するパイプ１５ａ、１５ｄの気泡発生口１６と、内側に位置するパイプ１５ｂ、１５ｃの気泡発生口１６とは、異なるギャップ１７に位置している。このため、外側に配されたパイプ１５ａ、１５ｄの気泡発生口１６が位置しているギャップ１７と、内側に配されたパイプ１５ｂ、１５ｃの気泡発生口１６が位置しているギャップ１７とがｘ軸方向において交互に設けられている。

図５に示されるように、第１の状態においては、パイプ１５ａ、１５ｄの気泡発生口１６から発生する気泡１４の量が、パイプ１５ｂ、１５ｃの気泡発生口１６から発生する気泡１４の量よりも多くなる一方、第２の状態においては、パイプ１５ａ、１５ｄの気泡発生口１６から発生する気泡１４の量が、パイプ１５ｂ、１５ｃの気泡発生口１６から発生する気泡１４の量よりも少なくなるように制御される。このように制御することによって、基板１１のｘ軸方向の一方側に供給される気泡１４の量が、基板１１のｘ軸方向の他方側に供給される気泡１４の量よりも多い第１の状態と、基板１１のｘ軸方向の一方側に供給される気泡１４の量が、基板１１のｘ軸方向の他方側に供給される気泡１４の量よりも少ない第２の状態とが交互に生じる。このため、第１の状態において供給される気泡１４と、第２の状態において供給される気泡とによって基板１１がｘ軸方向に沿って振動したり揺動したりする。よって、例えば基板１１のある部分が、他の基板１１やカセット１０と接触した状態が継続しにくく、基板１１の全体が均一に薬液１３と接触しやすい。従って、複数の基板１１をより好適に処理することができる。

基板１１の振動や揺動をより促進する観点からは、第１の状態において、基板１１のｘ軸方向の一方側に気泡１４を供給する一方、基板１１のｘ軸方向の他方側に気泡１４を供給せず、第２の状態において、基板１１のｘ軸方向の一方側に気泡１４を供給しない一方、基板１１のｘ軸方向の他方側に気泡１４を供給するようにすることが好ましい。また、基板１１のｘ軸方向の一方側における気泡１４の供給位置と、基板１１のｘ軸方向の他方側における気泡１４の供給位置とが、基板１１の延びる方向であるｙ軸方向において相互に異なることが好ましい。また、凹部１０ａが内側に向かって間隔が広くなるように設けられているため、基板１１の振動や揺動がより促進されている。

例えば、基板１１の厚みが２００μｍ以下と薄い場合は、基板１１が撓みやすい。よって、隣り合う基板１１同士が接触し、基板１１の接触部に薬液が好適に供給されにくくなる場合がある。同様に、隣り合う基板１１間の間隔が、基板１１の平面形状を矩形に近似したときの一辺の長さの１／２０以下である場合、さらには１／３０以下である場合には、隣り合う基板１１同士が接触し、基板１１の接触部に薬液が好適に供給されにくくなる場合がある。よって、本実施形態の技術が特に有用である。

なお、第１の実施形態では、基板１１の一方側に気泡１４を供給するパイプ１５ａ、１５ｄと、基板１１の他方側に気泡１４を供給するパイプ１５ｂ、１５ｃとを、それぞれ２つずつ設ける例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図６に示されるように、基板１１の一方側に気泡１４を供給するパイプ１５ａと、基板１１の他方側に気泡１４を供給するパイプ１５ｃとを、それぞれひとつずつ設けてもよい。

また、図７に示されるように、各パイプ１５ａ〜１５ｄの気泡発生口１６がすべてのギャップ１７に位置するようにしてもよい。

１０…カセット
１０ａ…凹部
１１…基板
１２…薬液槽
１３…薬液
１４…気泡
１５ａ〜１５ｄ…パイプ（気泡発生部）
１６…気泡発生口
１７…ギャップ

Claims

半導体材料からなる基板を有する太陽電池の製造方法であって、
カセットの凹部と隙間を有する状態で前記凹部に保持されるように一の方向に沿って配した複数の前記基板を、薬液槽に溜められた薬液に浸漬すると共に、前記薬液槽において前記複数の基板の下方に配された気泡発生部の複数の気泡発生口から前記薬液中の前記複数の基板に向けて気泡を供給して前記複数の基板を処理する処理工程を備え、
前記複数の基板を処理する処理工程では、
平面視において、前記気泡発生口が前記一の方向において隣り合う前記基板の間に位置するように前記複数の基板を配した状態で前記基板を処理し、
前記複数の基板のうち一の基板の一方の面側および前記一の基板に隣接する他の基板の前記一の基板に対向する面側に供給される気泡の量が、前記一の基板の他方の面側および前記他の基板の前記一の基板に対向する面とは反対側の面側に供給される気泡の量よりも多い第１の状態と、前記一の基板の前記一方の面側および前記他の基板の前記一の基板に対向する面側に供給される気泡の量が、前記一の基板の前記他方の面側および前記他の基板の前記一の基板に対向する面とは反対側の面側に供給される気泡の量よりも少ない第２の状態と、が交互に複数回繰り返して生じるように前記薬液中に気泡を供給する、
太陽電池の製造方法。
前記平面視において、前記複数の気泡発生口のうち、前記基板の前記一方の面側に供給される気泡発生口は、前記基板の前記他方の面側に供給される気泡発生口に対して、前記一の方向と直交する方向において前記基板の中央部側または前記基板の端部側に位置している、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の状態において、前記基板の前記一方の面側には気泡が供給され、かつ、前記基板の前記他方の面側には気泡が供給されず、
前記第２の状態において、前記基板の前記他方の面側には気泡が供給され、かつ、前記基板の前記一方の面側には気泡が供給されない、
請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
前記気泡発生口の直径が前記一の方向において隣り合う前記基板の間のギャップの距離よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
前記隣り合う基板間の間隔が、前記基板の平面形状を矩形に近似したときの一辺の長さの１／２０以下となるように前記複数の基板を配する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
前記基板の厚さが２００μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
前記処理工程として、
前記基板を洗浄液に浸漬することにより洗浄する洗浄工程と、
前記基板をエッチング液に浸漬することによりエッチングするエッチング工程と、
のうちの少なくとも一方を行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。