JPH10256581A

JPH10256581A - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH10256581A
Application number: JP9060254A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kumada; 浩熊田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、太陽電池の結晶性基板における表面
反射低減のため、受光面に溝あるいは凹凸を、基板の面
方位に依存せず、しかも安価な装置を用いて高速で形成
する製造方法を提供することである。【解決手段】結晶性Ｓｉ基板２１を用いた太陽電池の表
面反射率を低減するため、基板の受光面側表面に、Ｖま
たはＵ字状の溝・凹凸を形成する表面加工を、ワイヤ２
４にダイヤモンドをコートしたダイヤモンド・ワイヤ・
ソーを用いて、乾式で簡易に溝加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】Ｓｉ太陽電池において、表面への凹凸の形
成による表面反射の低減は、太陽電池の高効率化を図る
要素技術の一つとして重要なものとなっている。

【０００３】従来、単結晶Ｓｉ基板を用いた太陽電池に
おいては、（１００）面を持つ基板を、アルカリ溶液中
でエッチングし、表面にピラミッド状の凹凸を形成す
る。また、表面にレジストを塗布し、これを格子状にパ
ターンニングした後、アルカリ溶液中でエッチングを行
うことにより、逆ピラミッド状の凹凸を形成する。

【０００４】一方、低コスト化に有効な多結晶Ｓｉ基板
を用いた場合においては、基板内の面方位が様々である
ため、結晶の面方位に依存するアルカリ溶液中のエッチ
ングでは均一な凹凸は形成できず、反射は低減されな
い。そこで、近年、多結晶Ｓｉにおいては、結晶の面方
位に依存せず表面反射を低減する方法として、表面にＶ
またはＵ字状の断面をもつ溝状の凹凸を加工する方法が
開発されている。溝の加工方法としては、表面にレジス
トを塗布し、パターンニングをした後、エッチングする
化学的加工や、レーザビーム、ダイシングマシーン等を
用いた機械的加工が提案されている。

【０００５】また、サンドブラスト法により表面に凹凸
をつける加工方法は公知であり、一部表面処理で、単結
晶・多結晶Ｓｉ基板等で行われている。しかし、表面の
凹凸角度が鈍角となり十分な表面反射を抑える効果が少
ないため太陽電池の変換効率の向上に効果が少なく、例
えば本発明で行う「Ｕ字状の溝／溝ピッチ３００μｍ・
深さ１００μｍ」程度の規則正しい凹凸は不可能であっ
た。

【０００６】単結晶基板の場合はエッチングにより数μ
ｍの凹凸が可能であるため、表面反射の低減が可能であ
るが、多結晶基板の場合は、面方位が不規則なため凹凸
ができにくい。これを解決するために、数十〜数百μｍ
以上のＶまたはＵ溝を形成する。しかし、数百μｍのＶ
またはＵ溝（深く先端のとがった）は通常のサンドブラ
スト法では砥粒により先端ＶまたはＵがやられるため難
しい。

【０００７】上記で述べたように、面方位に依存しない
溝の加工法としては、様々な方法が開発されている。し
かしながら、上記の方法には、反射率低減の効果，コス
ト，量産性，受光面電極の占有率等に関して、いずれか
の問題点があるため、表面に溝が形成された低コスト太
陽電池は量産されていない。以下、これについて詳しく
述べる。

【０００８】まず、エッチングによる化学的加工法は、
アルカリ溶液を用いた異方性エッチングであり、均一な
溝を形成することができない。また、酸溶液を用いた等
方性エッチングでは、エッチングが幅方向にも進行する
ため、アスペクト比が低く反射率低減の効果が少ない。
さらに、レジストの塗布工程とパターンニング工程とい
うコストのかかる工程が必要である。

【０００９】次に、レーザビームにより加工する方法
は、溝の形成が一本ずつとなり、量産性に劣ること、多
数のレーザビームを同時に照射する手法は高価なレーザ
加工機を複数台必要とし、コスト面で問題となる。

【００１０】次に、ダイシングマシーンによる加工は、
コスト的には比較的安価であるが、基板表面の溝は一本
ないしは多くとも数本ずつしか加工されず、また、加工
ブレードは先端が摩耗していくため、溝深さは加工毎に
浅くなり、例えば１０，０００溝に一回はブレードを交
換・成形しなければならない。また、生産性を向上する
ためのブレードのマルチ化においてはブレードを高精度
に重ね合わせることが困難であり、量産性の点では十分
とは言えない。

【００１１】次に、サンドブラスト法による加工方法は
一部表面処理で用いられているが、多結晶Ｓｉ基板で
は、表面の凹凸角度が鈍角で太陽電池の変換効率向上の
効果が少なく、例えばＵ字状の規則正しい凹凸は不可能
であった。また、レジストマスクを用いてのサンドブラ
ストであれば可能であったが工程が複雑となり、量産化
の点で十分とはいえない。

【００１２】次に、上記問題を解決する手段として、マ
ルチ・ワイヤ・ソーによる溝加工が提案されている（特
開平３−２７６６８２号公報）。これは、銅線等のワイ
ヤを複数の溝を形成した溝付ローラに何十にも巻き付
け、スラリー（砥粒を水等に混ぜ合わせたもの）を吹き
かけながらワイヤを走行させることにより、Ｓｉ基板に
複数の溝を一度に形成するものである。

【００１３】図４にこの従来例を示す。これは、マルチ
・ワイヤ・ソーによる溝加工で、銅線等によるワイヤ４
３を複数の溝を形成した溝付ローラ４２に何十にも巻き
付け、砥粒４４（砥粒を水等に混ぜ合わせたスラリー）
を吹きかけながらワイヤ４３を走行させることにより、
Ｓｉ基板４１に複数の溝を一度に形成するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、湿式のため作
業環境が悪い、後工程でＳｉ基板の洗浄が必要、ワイヤ
を複数回使用するため最初と最後のワイヤは擦り減って
線径が変わり溝のコントロールが難しい、マルチワイヤ
のため溝ピッチの精度がでない、砥粒の食い込みが悪く
加工の能率が悪い、という問題があった。

【００１５】上記で述べたように、表面反射の低減には
大きな効果をもたらす、太陽電池表面への溝形成は、様
々な加工方法が開発されているが、実際には、コストの
増加や、量産性に劣ることなどの問題がある。

【００１６】本発明の目的は、上記問題点を解決し、面
方位に依存しない溝形成による表面反射の低減により、
短絡電流を向上させた太陽電池を、量産性に富む方法で
製造するための製造方法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、結晶性Ｓｉ基板を用いた太陽電池において、基板の
受光面側表面にＶまたはＵ字状の溝、あるいは凹凸を形
成する表面加工において、ダイヤモンド・ワイヤ・ソー
を用いて基板表面を加工することを特徴とする太陽電池
の製造方法である。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
表面加工において、ワイヤ・ソーに用いるワイヤにはダ
イヤモンドをコートしたワイヤを使用することを特長と
する太陽電池の製造方法である。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
表面加工において、乾式で加工することを特徴とする太
陽電池の製造方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は、基板の受光面側表面に
ＶまたはＵ字状の溝、あるいは凹凸を形成する表面加工
を、ダイヤモンド・ワイヤ・ソーを用いた加工法によっ
て実現する。

【００２１】本ダイヤモンド・ワイヤ・ソーによる加工
の特徴は、次のとおりである。ダイヤモンドによる溝加
工を行なっており、該加工方法では加工が安定してお
り、器具の摩耗が少なく、したがって形状精度を保持し
やすい。Ｓｉ基板を固定し、該基板に当接したワイヤを
基板と平行に走行させることにより溝を安定に加工しう
る。乾式作業であるため、作業が容易であり、量産に適
している。常に新しいワイヤを供給するため、加工によ
る溝深さが安定している。等の特徴を有する。

【００２２】ダイヤモンド・ワイヤ・ソーを用いた加工
法は、ワイヤに予めダイヤがコーティングされているた
め、確実な加工能力があり、また、乾式で簡易に使用で
きるため、特に複数本を使用した場合に低コストで量産
性に富む方法である。よって製造プロセスに導入するこ
とにより、量産性を高めコストの低減化に寄与する。ま
た、多結晶太陽電池において、確実に変換効率の向上が
図れる。

【００２３】実施例以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【００２４】本発明による多結晶シリコン太陽電池の構
造を図１に示す。多結晶Ｓｉ基板の受光面側表面に、断
面がＵ字状の溝あるいは逆ピラミッド状の凹凸を形成す
る。図１において、１１はＰ型シリコン基板、１２は
溝、１３はＮ型拡散層、１４はＳｉＯ２パッシベーショ
ン層、１５はＴｉＯ２反射防止膜、１６はＢＳＦ層、１
７は裏面電極、１８は受光面電極、１９は受光面電極形
成部分の平坦部である。

【００２５】本実施例においては、ダイヤモンド・ワイ
ヤ・ソーを用いた乾式の溝加工法によって表面加工を行
った。

【００２６】ダイヤモンド・ワイヤ・ソーを用いた装置
の概略図を図２に、また、ワイヤの拡大図を図３に示
す。ダイヤモンド砥粒３２をコーティングしたワイヤ２
４が巻かれている、供給ワイヤボビン２２、回収ワイヤ
ボビン２３は一体化されており、供給ワイヤボビン２
２、回収ワイヤボビン２３は回転しながら上下動作が可
能である。一方、Ｓｉ基板２１は吸着テーブル２５に固
定されており、前後に動作可能である。

【００２７】まずＳｉ基板２１上にワイヤ２４が位置す
るように、供給ワイヤボビン２２及び回収ワイヤボビン
２３の一体化された機構をセットする。次に、供給ワイ
ヤボビン２２、回収ワイヤボビン２３を回転することに
より、ワイヤ２４を供給状態で走行させる。しかる後、
Ｓｉ基板２１上に下降しワイヤー・ソーをＳｉ基板２１
に当接することで溝加工を行う。

【００２８】所定量の加工が終完了した段階でワイヤ２
４を上昇させ、次の溝加工位置に吸着テーブル２５によ
りＳｉ基板２１を移動させ、供給ワイヤボビン２２、回
収ワイヤボビン２３、ワイヤ２４を下降し、次の溝を加
工する動作を繰り返して行う。

【００２９】ワイヤ２４の詳細は図３のとおりであり、
ワイヤ線３１にダイヤモンド砥粒３２を強固に固定する
ため、ワイヤ線３１には機械的な圧延を施している。さ
らにメッキ処理を行っても良い。ダイヤモンドコートを
施したワイヤの線径はφ０．３ｍｍ、ワイヤ張力は１０
ｋｇ、ダイヤ粒径は約０．０３ｍｍをコートしたものを
使用した。結果、１００ｍｍ角の多結晶Ｓｉ基板２１上
をワイヤ速度０．５ｍ／秒で走行することにより、約３
秒で深さ０．１５ｍｍのＵ字状の溝加工ができた。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、結晶性基板に、反射低
減のための表面の溝あるいは凹凸を、基板の面方位に依
存せず、しかも安価な装置を用いて高速で形成すること
ができ、その結果、量産プロセスにおいて従来より高効
率の太陽電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による太陽電池の構造図であ
る。

【図２】本発明の実施例によるダイヤモンド・ワイヤ・
ソー加工機の構成図である。

【図３】本発明の実施例による、ダイヤモンドをコーテ
ィングしたワイヤの斜視図である。

【図４】従来のマルチ・ワイヤ・ソーによる基板加工図
である。

【符号の説明】

１２溝２１Ｓｉ基板２４ワイヤ３１ワイヤ線３２ダイヤモンド砥粒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性Ｓｉ基板を用いた太陽電池におい
て、基板の受光面側表面にＶまたはＵ字状の溝、あるい
は凹凸を形成する表面加工において、ダイヤモンド・ワ
イヤ・ソーを用いて基板表面を加工することを特徴とす
る太陽電池の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の表面加工において、ワイ
ヤ・ソーに用いるワイヤにはダイヤモンドをコートした
ワイヤを使用することを特長とする太陽電池の製造方
法。
【請求項３】請求項１記載の表面加工において、乾式
で加工することを特徴とする太陽電池の製造方法。