JP6108120B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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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、一方向に沿って配した複数の基板を薬液に浸漬することにより処理する処理工程を備える。複数の基板の下方に気体供給部を配置すると共に、薬液中において、気体供給部と複数の基板との間に複数の貫通孔を有するシートを配置し、気体供給部から供給した気体で泡を発生させながら処理工程を行う、太陽電池の製造方法。
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、本発明の一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、本発明の一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、本発明の一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。
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。
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３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、複数の凹部対１０ａが形成されている。これら複数の凹部対１０ａのそれぞれに、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。
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、角部が面取り状またはＲ面取り状である矩形状、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、３００μｍ程度以下であることが好ましく、５０μｍ〜２５０μｍ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、３．５ｍｍ以下であることが好ましく、２．５ｍｍ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の厚さの１００倍以下であることが好ましく、１０倍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る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、１．５ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ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、洗浄槽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。
この洗浄工程において、複数の基板１１の下方に、気体供給部１５を配置する。気体供給部１５は、開口１５ａを有しており、開口１５ａから複数の基板１１に向けて気体１４ａが供給される。気体供給部１５から供給されるガスとしては、空気または窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。なお、気体供給部１５から供給された気体１４ａは、薬液１３中において泡となってもよい。
気体供給部１５と複数の基板１１との間には、複数の貫通孔を有するシート１６が配される。シート１６は、例えば、円形や多角形状などの貫通孔が設けられた樹脂シートにより構成されていてもよいし、例えば、織布や不織布により構成されていてもよい。なお、シート１６は、カセット１０に固定されていてもよい。
このように、本実施形態では、複数の基板１１と気体供給部１５との間に複数の貫通孔を有するシート１６を配した状態で、気体供給部１５から気体１４ａを供給しながら処理工程を行う。気体供給部１５から供給された気体１４ａは、シート１６に達し、シート１６の貫通孔を通過する。気体１４ａは、貫通孔を通過して泡１４ｂとなり、シート１６の上方に配された複数の基板１１が設けられた領域に供給される。このため、例えば、シート１６を設けない場合よりも、複数の基板１１が設けられた領域に泡を高い均一性で供給することができる。よって、複数の基板１１の表面全体に薬液１３を高い均一性で供給することができる。その結果、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。
より高い均一性で複数の基板１１に泡１４ｂを供給する観点からは、シート１６の貫通孔が、貫通孔を通過した泡１４ｂの直径が、貫通孔を通過する前の泡１４ａの直径よりも小さくなるような寸法を有することが好ましい。また、貫通孔の基板１１の配列方向（ｘ軸方向）及び幅方向（ｙ軸方向）の長さは、隣り合う基板１１間の間隔の１／２以下であることが好ましく、１／１０以下であることがより好ましく、１／１００以下であることがさらに好ましい。
さらに高い均一性で複数の基板１１に泡１４ｂを供給する観点からは、シート１６の開口率は、３３．３％〜６６．７％であることが好ましく、５０．０％〜６６．７％であることがより好ましい。シート１６の開口率が低すぎると、気体１４ａが滞留する場合がある。シート１６の開口率が高すぎると、気体１４ａの形状が変わることなく貫通孔を通過してしまい、泡を高い均一性で供給することができない場合がある。
シート１６は、可撓性を有する樹脂シートなどにより構成されていることが好ましい。この場合、図３に記載されているように、泡１４ａによってシート１６が上下に移動し、移動したシート１６と基板１１とが当接することにより基板１１が動かされる場合がある。この基板１１の移動によっても、基板１１への薬液の供給性が向上する。従って、さらに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。シート１６の上下動をより活発にする観点からは、シート１６が撓んだ状態で気体供給部１５と複数の基板１１との間に配されていることが好ましい。また、シート１６の厚みは、１．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．２ｍｍ以下であることがより好ましい。但し、シート１６の厚みが小さすぎると、泡の分散効果が小さくなる場合がある。従って、シート１６の厚みは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．７ｍｍ以上であることがより好ましい。
例えば、基板１１の厚みが３００μｍ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１／２５以下である場合、さらには１／５０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。
１０…カセット
１１…基板
１２…洗浄槽
１３…薬液
１４ａ…気体
１４ｂ…シート通過後の泡
１５…気体供給部
１６…シート

Claims (6)

  1. 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、
    複数の前記基板を保持可能な形状を有し底部に壁面が設けられていないカセットに保持され、一方向に沿って配した複数の前記基板を薬液に浸漬することにより処理する処理工程を備え、
    前記複数の基板の下方に気体を供給する気体供給部を配置すると共に、前記薬液中において、複数の貫通孔を有し、前記気体供給部で供給された気体によって上下方向に移動する可撓性のシートを、上方向に移動すると前記複数の基板のうち少なくとも一つが当接し、かつ、前記当接した基板が移動する様に前記気体供給部と前記複数の基板との間に配置し、前記気体供給部から供給された気体で泡を発生させながら前記処理工程を行う、太陽電池の製造方法。
  2. 前記貫通孔は、前記貫通孔を通過した泡の直径が前記貫通孔を通過する前の気体からなる泡の直径よりも小さくなるような直径を有する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記貫通孔の前記複数の基板の配列方向及び幅方向の長さは、隣り合う前記基板間の間隔の１／２以下である、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 隣り合う前記基板間の間隔が、前記基板の厚さの１００倍以下となるように前記複数の基板を配する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記基板の厚さが３００μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 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１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
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