JP7471239B2 - 太陽電池製造用の基板トレイ及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
図1~図5を参照して、実施形態1に係る太陽電池の製造方法及び太陽電池製造用のトレイ100(基板トレイ)を説明する。
本実施形態の製造方法で製造する太陽電池としては、光電変換効率が高いヘテロ接合型太陽電池が好ましく、以下、ヘテロ接合型太陽電池を一例として挙げて説明する。ヘテロ接合型太陽電池は、一導電型の単結晶シリコン基板の表面に、単結晶シリコンとはバンドギャップの異なるシリコン系薄膜を有することで、拡散電位が形成された結晶シリコン系太陽電池である。上記シリコン系薄膜としては、例えば、非晶質シリコン系薄膜が好ましい。中でも、拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と単結晶シリコン基板との間に、薄い真性の非晶質シリコン層を介在させたものは、光電変換効率の最も高い結晶シリコン系太陽電池の形態の一つとして知られている。但し、上記太陽電池は、上記ヘテロ接合型太陽電池に限定されず、例えば、ホモ接合型太陽電池であってもよい。
半導体積層体301は、基板200(半導体基板)の光入射面側となる主面(以下、表面ともいう。)の上に、順に積層された真性シリコン系薄膜301A及び一導電型シリコン系薄膜301Bを備える。また、半導体積層体301は、基板200の逆主面(以下、裏面ともいう。)の上に、順に積層された真性シリコン系薄膜301C及び上述の一導電型シリコン系薄膜301Bと異なる導電型の逆導電型シリコン系薄膜301Dとを備える。なお、本明細書において「一導電型」とは、n型又はp型のどちらか一方であることをいう。また、「逆導電型」とは、上述の「一導電型」と異なる導電型であることをいう。具体的には例えば、「一導電型」がn型である場合には、「逆導電型」はp型であり、「一導電型」がp型である場合には、「逆導電型」はn型である。半導体積層体301は、太陽電池300の光電変換部を構成する。なお、以下、真性シリコン系薄膜301A、一導電型シリコン系薄膜301B、真性シリコン系薄膜301C、及び逆導電型シリコン系薄膜301Dをまとめて「シリコン系薄膜301A、301B、301C、301D」等と称することがある。
基板200は、例えば一導電型単結晶シリコン基板である。なお、n型単結晶シリコン基板とは、シリコン原子に電子を導入するための原子(例えばリン)を含有させた単結晶シリコン基板である。また、p型単結晶シリコン基板とは、シリコン原子に正孔を導入するための原子(例えばホウ素)を含有させた単結晶シリコン基板である。基板200は、n型又はp型のどちらか一方の単結晶シリコン基板であり、特にn型単結晶シリコン基板であることが好ましい。
シリコン系薄膜301A、301B、301C、301Dは、例えば非晶質シリコン系薄膜である。具体的には例えば、真性シリコン系薄膜301A及び真性シリコン系薄膜301Cは、シリコンと水素で構成されるi型水素化非晶質シリコン系薄膜である。一導電型シリコン系薄膜301B及び逆導電型シリコン系薄膜301Dは、それぞれp型及びn型、又は、それぞれn型又はp型の非晶質シリコン系薄膜であり、好ましくはそれぞれp型又はn型非晶質シリコン系薄膜である。
透明電極層302は、導電性酸化物を主成分として形成される。上記導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等が挙げられ、これらは単独又は混合して用いられる。特に、導電性、光学特性、及び長期信頼性の観点から、酸化インジウムを主成分として含むインジウム系酸化物が好ましい。本明細書において「主成分」とは、その含有割合が50質量%より多いことを意味し、70質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。また、透明電極層の主成分として用いられる上記導電性酸化物は、利用状況に応じて、Sn、W、As、Zn、Ge、Ca、Si、C等の少なくとも一種の元素をドーパントとして含むことが好ましい。中でもドーパントとしてSnを用いた酸化インジウム錫(ITO)が特に好ましく用いられる。
ヘテロ接合型太陽電池では、透明電極層のみでは電流取り出し効率が悪く、曲線因子が低下することがある。これは透明電極層が導電性酸化物を主成分として形成されているとはいえ、導電性酸化物は金属に比べると抵抗率が数桁大きく、透明電極層のみではシリーズ抵抗(Rs)が大きくなりすぎることが一因である。そこで、Rsの増大を抑制し、高い曲線因子を維持するため、ヘテロ接合型太陽電池では集電極が利用される。
図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池300の製造方法は、シリコン系薄膜301A、301B、301C、301Dを形成する工程S1(製膜プロセス)と、透明電極層302を形成する工程S2(製膜プロセス)と、集電極303を形成する工程S3とを備える。
以下、本実施形態に係るトレイ100の構成を詳述する。なお、以下の説明では、工程S1において使用するトレイ100を例に挙げて説明する。
ここに、凹部120の底面124には、テープ状の樹脂部材130が配置されている。
但し、図4及び図5に示すように、W1は、樹脂部材130における最も側壁122に近い外周端136と凹部120の底面124の外周端124Aとの最短距離である。また、W2は、基板200の最も側壁122に近い最外端201と側壁122との最短距離である。なお、最短距離W2は、下記式(2)で定義される。
但し、W11は凹部120の底面124の幅、W12は基板200の幅である。
上記構成により、製膜工程S13において、基板200の裏面側へのプラズマの回り込みに起因する、樹脂部材130への輻射熱の影響が抑えられる。
製膜プロセスにおいて、本実施形態に係るトレイ100を用いると、基板200とトレイ100との接触及び両者間の擦れが抑えられるから、欠陥の発生及び薄膜の剥離が抑制され、延いては太陽電池の歩留まりが向上する。具体的には、後述する外観観察試験において算出された収率は、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。
以下、他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態1と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図8に示すように、実施形態1に係るトレイ100において、樹脂部材130を、底面124の外周部124Bに加え、底面124の中央部124Cにも配置してもよい。これにより、トレイ100と基板200との接触及び擦れが効果的に抑制される。
図9に示すように、実施形態1に係るトレイ100において、樹脂部材130を、底面124の外周部124Bの全周に亘って配置してもよい。これにより、トレイ100と基板200との接触及び擦れが効果的に抑制される。
図10及び図11に示すように、凹部120の幅W11は、基板200の幅W12よりも小さくてもよい。この場合、樹脂部材130は、凹部120の開口部121の2箇所(複数箇所)に配置される。図10及び図11では、樹脂部材130は、開口部121の外周部121Aから側壁122及び底面124の外周部124Bに亘って配置されている。なお、樹脂部材130は、凹部120の開口部121の少なくとも2箇所に配置されることが好ましく、3箇所以上であってもよい。また、樹脂部材130は、少なくとも開口部121の外周部121Aに配置されていればよく、側壁122及び底面124の外周部124Bには配置されていなくてもよい。
但し、図10及び図11に示すように、W51は、トレイ100の開口部121の外周部121Aに配置された樹脂部材130の外周端136と開口部121との最短距離である。また、W52は、平面視で、基板200の最外端201と開口部121との最短距離である。なお、最短距離W52は、下記式(5)で定義される。
但し、W11は凹部120の底面124の幅、W12は基板200の幅である。
上記構成により、製膜プロセスにおいて、基板200の裏面側へのプラズマの回り込みに起因する、樹脂部材130への輻射熱の影響が抑えられる。
図12に示すように、上記実施形態5に係るトレイ100において、樹脂部材130を、凹部120の開口部121の全周に亘って配置してもよい。これにより、トレイ100と基板200との接触及び擦れが効果的に抑制される。
図13に示すように、上記実施形態5に係るトレイ100において、凹部120は、円形でとしてもよい。この場合、樹脂部材130の外周端136と基板200の最外端201との最短距離W73が0mm以上3mm以下であることが好ましく、0.05mm以上2.5mm以下であることがより好ましい。
基板200は、表面及び/又は裏面にテクスチャ構造を有していてもよい。これにより、基板200を基体として形成される半導体積層体301もテクスチャ構造を備えるから、入射した光が光電変換部としての半導体積層体301内に閉じ込められ、太陽電池300の発電効率が向上される。テクスチャ構造は、例えば基板200の表面及び/又は裏面に対してエッチング処理等を行うことにより形成される。
表1に示す実施例1~7及び比較例1の太陽電池サンプルを以下の手順で作製した。
基板200として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを、幅W12が156.75mmのセミスクエア状に切り出したものを用いた。このウェハを2質量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した後、超純水によるリンスを2回行った。このシリコンウェハを、70℃に保持された5質量%KOH/15質量%イソプロピルアルコールの混合水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャ構造を形成した。その後、超純水によるリンスを2回行った。
トレイ100の凹部120の底面124の外周端124Aからポリイミドテープの外周端136までの最短距離W1を40mmとした以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
トレイ100の凹部120の底面124の外周端124Aからポリイミドテープの外周端136までの最短距離W1を0.125mmとした以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
トレイ100の凹部120の底面124の外周端124Aからポリイミドテープの外周端136までの最短距離W1を0mmとした以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
樹脂部材130として、ポリイミドテープ(株式会社寺岡製作所製、カプトン粘着テープ650S#25、厚み100μm、ポリイミド層厚み25μm)を貼付した以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
樹脂部材130として、PTFEテープ(中興化成工業株式会社製、ASF-110FR、厚み80μm、PTFE層厚み23μm)を貼付した以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
トレイ100の保管及びポリイミドテープの貼付作業を、オキシダント濃度15ppb、相対湿度90%RHの環境下で行った以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
トレイ100の凹部120の底面124にポリイミドテープを貼付することなく、ウェハを凹部120内に載置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池サンプルを作製した。
上述の手順により実施例1~7及び比較例1に係る太陽電池サンプルを各100個作製し、表面の外観を試験者1人が目視観察した。目視観察の結果、太陽電池サンプルに欠け、割れが発生しているものを外観不良品、発生していないものを外観優良品とした。太陽電池サンプル100個中外観優良品の個数の割合を百分率で表したものを、表1に示す太陽電池サンプルの収率として算出した。
上記外観観察試験において外観優良品と判定された太陽電池サンプルについて、AM1.5、1sunの疑似太陽光照射下にて電圧-電流特性を測定することにより、その光電変換特性としての開放電圧及び短絡電流を測定した。
比較例1の樹脂部材を配置することなく作製した太陽電池サンプルでは、収率が67%であったのに対し、実施例1~7の樹脂部材を配置して作製した太陽電池サンプルでは、収率は90%以上となり、樹脂部材を配置することにより、太陽電池サンプルの歩留まりが向上することが判った。
101 (トレイの)本体
110 (トレイの)表面
120 凹部
121 開口部
121A (開口部の)外周部
122 側壁
124 底面
124A (底面の)外周端
124B (底面の)外周部
124C (底面の)中央部
130 樹脂部材
132 粘着層
134 耐熱性樹脂層
200 基板(半導体基板)
201 (基板の)最外端
300 太陽電池
301 半導体積層体
301A 真性シリコン系薄膜
301B 一導電型シリコン系薄膜
301C 真性シリコン系薄膜
301D 逆導電型シリコン系薄膜
302 透明電極層
303 集電極
S11 準備工程
S12 載置工程
S13 製膜工程
W11 (凹部の)幅
W12 (基板の)幅
Claims (11)
- 太陽電池を製造するための製膜プロセスにおいて、半導体基板を製膜チャンバに搬送するために該半導体基板が載置される基板トレイであって、
前記半導体基板が載置される側の表面において開口する凹部と、
前記凹部の外周部の複数箇所又は全周に配置された樹脂部材と、を備え、
前記凹部の幅は、平面視で、前記半導体基板の幅よりも小さく、
前記半導体基板は、前記樹脂部材の全体を覆うように該樹脂部材上に載置されるものであり、
前記半導体基板を前記樹脂部材上に載置したときに、前記樹脂部材の外周端は、前記半導体基板の最外端よりも内側に位置する、太陽電池製造用の基板トレイ。 - 請求項1に記載された太陽電池製造用の基板トレイにおいて、
前記半導体基板の形状は、スクエア状又はセミスクエア状であり、
前記凹部の形状は、平面視で、正方形状である、太陽電池製造用の基板トレイ。 - 請求項1又は2に記載された太陽電池製造用の基板トレイにおいて、
前記半導体基板の最外端と前記樹脂部材の外周端との平面視における最短距離は、0mm以上3mm以下である、太陽電池製造用の基板トレイ。 - 半導体基板上に薄膜を形成する製膜プロセスを備えた太陽電池の製造方法であって、
前記製膜プロセスは、
前記半導体基板を製膜チャンバに搬送するための基板トレイを準備する準備工程と、
前記基板トレイ上に前記半導体基板を載置する載置工程と、を備え、
前記基板トレイは、
前記半導体基板が載置される側の表面において開口する凹部と、
前記凹部の外周部の複数箇所又は全周に配置された樹脂部材と、を備え、
前記載置工程で、前記半導体基板は、前記樹脂部材の全体を覆うように該樹脂部材上に載置され、
前記凹部の幅は、平面視で、前記半導体基板の幅よりも小さく、
前記半導体基板を前記樹脂部材上に載置したときに、該樹脂部材の外周端は、前記半導体基板の最外端よりも内側に位置する、太陽電池の製造方法。 - 請求項4に記載された太陽電池の製造方法において、
前記半導体基板の形状は、スクエア状又はセミスクエア状であり、
前記凹部の形状は、平面視で、正方形状である、太陽電池の製造方法。 - 請求項4に記載された太陽電池の製造方法において、
前記樹脂部材は、2層以上の積層構造である、太陽電池の製造方法。 - 請求項6に記載された太陽電池の製造方法において、
前記樹脂部材は、
前記基板トレイの表面に接触する粘着層と、
前記半導体基板と接触する耐熱性樹脂層とを備える、太陽電池の製造方法。 - 請求項7に記載された太陽電池の製造方法において、
前記粘着層の主成分は、シリコーン樹脂である、太陽電池の製造方法。 - 請求項7に記載された太陽電池の製造方法において、
前記耐熱性樹脂層の主成分は、ポリイミドである、太陽電池の製造方法。 - 請求項9に記載された太陽電池の製造方法において、
前記耐熱性樹脂層の厚みは、10μm以上25μm以下であり、
前記樹脂部材の厚みは、15μm以上50μm以下である、太陽電池の製造方法。 - 請求項4~10のいずれか1項に記載された太陽電池の製造方法において、
前記準備工程及び前記載置工程は、0ppb以上10ppb以下のオキシダント濃度及び40%RH以上70%RH以下の湿度で行われる、太陽電池の製造方法。
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