JPWO2011105538A1 - シリコン粉末を用いた太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
簡素なプロセスで且つ低コストで太陽電池セルを量産可能な、太陽電池セルの製造方法を提供する。第1導電型のシリコン粉末（１１）を準備し、前記粉末を層状に配置してシリコン粉末層（１１ａ）を形成し、シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第１導電型のシリコン層（１１ｂ）を形成し、第２導電型のシリコン粉末（１２）を準備し、前記粉末を前記第１導電型のシリコン層（１１ｂ）上に層状に配置して第２導電型のシリコン粉末層（１２ａ）を形成し、シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第２導電型のシリコン層（１２ｂ）を形成する。
Description
本発明は、シリコン粉末を原料とするシリコン太陽電池セルの製造方法に関する。
従来からシリコン太陽電池の形式として、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型等が知られている。これらは、高純度シリコンウエハを半導体基板として利用し、或いは絶縁性または導電性基板上にＣＶＤ法或いは蒸着法等を用いてシリコン膜を形成し、ＰＮ接合或いはＰＩＮ接合を形成するものである。
現在、地球温暖化防止の観点等から、太陽電池の普及が要請されているが、そのコスト低減が課題であることは周知のとおりである。
本発明は、簡素なプロセスで且つ低コストで太陽電池セルを量産可能な、太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の太陽電池セルの製造方法は、第1導電型のシリコン粉末を準備し、前記粉末を層状に配置してシリコン粉末層を形成し、シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第１導電型のシリコン層を形成し、第２導電型のシリコン粉末を準備し、前記粉末を前記第１導電型のシリコン層上に層状に配置して第２導電型のシリコン粉末層を形成し、シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第２導電型のシリコン層を形成する、ことを特徴とする。
また、本発明の太陽電池セルの製造方法は、第1のシリコン粉末を準備し、前記粉末を層状に配置してシリコン粉末層を形成し、熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成し、第１導電型のシリコン層となし、第２のシリコン粉末を準備し、前記粉末を前記第１導電型のシリコン層上に層状に配置して第２のシリコン粉末層を形成し、熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成し、第２導電型のシリコン層となす、ことを特徴とする。
本発明によれば、シリコン粉末から太陽電池セルを製造可能である。第１導電型のシリコン粉末層を形成し、熱を加えることで、粉末層を溶融し、冷却することで、第１導電型のシリコン層を形成し、該シリコン層上に第２導電型のシリコン粉末層を形成し、熱を加えることで、該粉末層を溶融し、冷却することで、第２導電型のシリコン層を形成するので、PN接合を備えた太陽電池セルを連続的に簡易なプロセスで製造できる。また、熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成するようにしてもよい。
以下、本発明の第1実施例について、図１を参照して説明する。まず、Ｐ型シリコン粉末１１およびＮ型シリコン粉末１２を準備する。これら粉末１１，１２のシリコン粒子は略球形であり、０．１−１０μｍ程度の粒径を有し、太陽電池級（７ナインレベル）の純度を有する。これら粉末１１，１２は、本発明者等の回転ルツボを用いた高純度シリコンの製造方法（特願２０１０−３５７１４）等により量産が可能である。
Ｐ型シリコン粉末１１は貯留部２１に収容され、Ｎ型シリコン粉末１２は貯留部２２に収容される。貯留部２１，２２の下側には透明絶縁箔１３とこれに接合した透明電極箔１４とが一定速度でローラ２３，２４，２５，２６および耐熱金属ベルト２７によりプレート３５上を図中の矢印方向に送られる。貯留部２１，２２の下側には開口２１ａ，２２ａを備え、開口２１ａからＰ型シリコン粉末１１を透明絶縁箔１３上に接合した透明電極箔１４上に層状に配置する。
透明電極箔１４上に層状に配置したＰ型シリコン粉末層１１ａは、図中の矢印方向に送られ、ヒータ２８の直下で熱が加えられ、シリコンの融点（１４１２℃）よりも低い６００−１３５０℃に加熱される。そして、圧延ローラ２９により圧力が加えられ、熱を加えた状態のＰ型シリコン粉末層１１ａを加圧しつつ焼成する。このように、熱と圧力を加えることで、Ｐ型シリコン粉末層１１ａを圧縮しつつ焼成し、Ｐ型シリコン粉末層１１ａは加圧燒結したＰ型シリコン層１１ｂとなる。Ｐ型シリコン層１１ｂでは、０．１−１０μｍ程度の粒径を有するシリコン粒子が相互に拡散接合で接合され、電気的にも機械的にも強固な接合状態が形成される。
Ｐ型シリコン層１１ｂが貯留部２２の下に移動すると、Ｎ型シリコン粉末１２がＰ型シリコン層１１ｂの上に配置され、開口２２ａを通過すると、Ｎ型シリコン粉末層１２ａがＰ型シリコン層１１ｂ上に層状に形成される。そして、ヒータ３０の直下で熱が加えられ、６００−１３５０℃に加熱され、圧延ローラ３１により圧力が加えられる。これにより、Ｎ型シリコン粉末層１２ａは圧縮しつつ焼成され、加圧燒結したＮ型シリコン層１２ｂになり、シリコン粒子が相互に拡散接合で接合される。同時に、Ｐ型シリコン層１１ｂのシリコン粒子とも拡散接合で接合し、両層の界面にＰＮ接合が形成される。
Ｎ型シリコン層１２ｂの上面側には電極箔（アルミ箔または銅箔等）１５が配置され、ヒータ３２で加熱することで、Ｎ型シリコン層１２ｂの上面と接合する。これにより、Ｐ型シリコン層１１ｂとＮ型シリコン層１２ｂとの間にＰＮ接合が形成され、両層１１ｂ，１２ｂが２層の電極箔１３，１５の間に挟まれ、透明絶縁箔１３上に固定した太陽電池セルが連続的に形成される。
従って、これを適当な寸法で切り出すことで、太陽電池パネルを量産することができる。この太陽電池パネルの厚みを全体で４０μｍ以下程度とすることで、軽量で且つフレキシブルな太陽電池パネルとすることができる。上記太陽電池の製造工程は真空またはＡｒ等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、上記実施例は、原料として予めドーピングしたＰ型シリコン粉末１１およびＮ型シリコン粉末１２を用いている。しかしながら、原料としてノンドープのシリコン粉末を用い、ドーパント注入口３３，３４からドーパントを加え、加圧焼成の過程でＰ型またはＮ型にドープするようにしてもよい。
また、Ｐ型シリコン層１１ｂとＮ型シリコン層１２ｂとの間にノンドープのシリコン粉末を加圧焼結したＩ型シリコン層を設け、ＰＩＮ型の接合としてもよい。
次に、本発明の第2実施例について、図2を参照して説明する。Ｐ型シリコン粉末１１およびＮ型シリコン粉末１２を準備し、これらを収容した貯留部２１，２２の下側には透明絶縁箔１３とこれに接合した透明電極箔１４とが一定速度でローラ２３，２４，２５，２６およびベルト２７によりプレート３５上を図中の矢印方向に送られることは第1実施例と同様である。従って、開口２１ａからＰ型シリコン粉末層１１ａが透明絶縁箔１３上に接合した透明電極箔１４上に層状に形成され、開口２２ａからＮ型シリコン粉末層１２ａがＰ型シリコン層１１ｂ上に層状に形成される。
Ｐ型シリコン粉末層１１ａがヒータ４１の下に入ると、粉末層１１ａは１３００−１４００℃に予備加熱され、レーザ照射装置４２によるレーザ加熱によりシリコンの融点（１４２０℃）以上の温度である１５００℃以上に加熱される。これにより、粉末層１１ａは予備加熱により緩やかに温度上昇し、気泡等が取り除かれ、レーザ照射により融点を超え溶融し液相状態となる。そして、液体窒素または水冷却ロール４３により冷却され、固相のＰ型シリコン層１１ｂとなる。Ｐ型シリコン層１１ｂではシリコンは単結晶または多結晶或いは非晶質をなしている。
次に、Ｎ型シリコン粉末１２の貯留部２２にてＮ型シリコン粉末層１２ａがＰ型シリコン層１１ｂ上に層状に形成される。そして、上述と同様に、ヒータ４４により予備加熱し、レーザ照射装置４５のレーザ照射により溶融し液相状態となり、冷却ロール４６により冷却され、固相のＮ型シリコン層１２ｂとなる。同時に、Ｐ型シリコン層１２ａとＮ型シリコン層１２ｂとの界面にはＰＮ接合が形成される。
プレート３５は内部に水冷配管３５ａと真空吸着配管３５ｂとを備え、該真空吸着配管３５ｂにより絶縁箔１３と電極箔１４を吸着しつつ、水冷配管３５ａ中の冷却水により絶縁箔１３と電極箔１４を冷却する。従って、絶縁箔１３に接合した電極箔１４上にシリコン粉末層１１ａ，１２ａを形成し、シリコン粉末層１１ａ，１２ａの加熱をレーザ照射で１５００℃以上の温度で行っても、絶縁箔１３と電極箔１４の温度は冷却水の温度に保たれ、これらは損傷することがない。
このため、Ｎ型シリコン層１２ｂの形成後電極箔１５をその上部に配置し、ヒータ３２で加熱することで、電極箔１５をＮ型シリコン層１２ｂに密着固定することができ、電極箔１４，１５間にＰ型とＮ型のシリコン層１１ｂ，１２ｂを備えた太陽電池セルを簡素なプロセスで形成できる。
これまで本発明の一実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
本発明は、シリコン粉末から太陽電池セルの製造を可能とするものである。これにより、簡素なプロセスで且つ低コストで、太陽電池セルを量産することができる。
本発明の太陽電池セルの製造方法は、第1導電型のシリコン粉末を第1の貯留部に収容し、第2導電型のシリコン粉末を第2の貯留部に収容し、該貯留部の下側では、透明絶縁箔とこれに接合した透明電極箔がベルトによりプレート上を一定速度で送られ、前記貯留部の下側には開口を備え、該開口から前記第1導電型のシリコン粉末を前記透明絶縁箔上に接合した前記透明電極箔上に層状に配置し、前記プレートの内部に水冷配管と真空吸着配管とを備え、該真空吸着配管により前記絶縁箔と前記電極箔を吸着しつつ、前記水冷配管中の冷却水により前記絶縁箔と前記電極箔を冷却しつつ、第1導電型と第2導電型のシリコン粉末層の加熱を前記プレート上で行い、前記第1導電型のシリコン粉末層をシリコンの融点以上に加熱することで溶融し冷却することで、第1導電型のシリコン層を形成し、または、前記第1導電型のシリコン粉末層に熱と圧力を加えることで、前記第1導電型のシリコン粉末層を圧縮しつつ焼成し、第１導電型のシリコン層となし、前記第1導電型のシリコン層が前記第2の貯留部の下に移動すると、前記第2導電型のシリコン粉末が前記第1導電型のシリコン層の上に配置され、開口を通過すると、第2導電型のシリコン粉末層が前記第1導電型のシリコン層上に層状に形成され、前記第２導電型のシリコン粉末層をシリコンの融点以上に加熱することで溶融し冷却することで、第２導電型のシリコン層を形成し、または、前記第２導電型のシリコン粉末層に熱と圧力を加えることで、前記第2導電型のシリコン粉末層を圧縮しつつ焼成し、第２導電型のシリコン層となし、両層の界面にＰＮ接合を形成し、前記第２導電型のシリコン層の上面側に電極箔が配置され、ヒータで加熱することで、前記第２導電型のシリコン層の上面に接合し、前記透明絶縁箔上に固定した太陽電池セルを連続的に形成する、ことを特徴とする。
本発明によれば、シリコン粉末から太陽電池セルを連続的に製造可能である。透明絶縁箔とこれに接合した透明電極箔がベルトによりプレート上を一定速度で送られ、第１導電型のシリコン粉末層を形成し、熱を加えることで、粉末層を溶融し、冷却することで、第１導電型のシリコン層を形成し、該シリコン層上に第２導電型のシリコン粉末層を形成し、熱を加えることで、該粉末層を溶融し、冷却することで、第２導電型のシリコン層を形成するので、PN接合を備えた太陽電池セルを連続的に簡易なプロセスで製造できる。また、熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成するようにしてもよい。
Ｎ型シリコン層１２ｂの上面側には電極箔（アルミ箔または銅箔等）１５が配置され、ヒータ３２で加熱することで、Ｎ型シリコン層１２ｂの上面と接合する。これにより、Ｐ型シリコン層１１ｂとＮ型シリコン層１２ｂとの間にＰＮ接合が形成され、両層１１ｂ，１２ｂが２層の電極箔１４，１５の間に挟まれ、透明絶縁箔１３上に固定した太陽電池セルが連続的に形成される。
次に、Ｎ型シリコン粉末１２の貯留部２２にてＮ型シリコン粉末層１２ａがＰ型シリコン層１１ｂ上に層状に形成される。そして、上述と同様に、ヒータ４４により予備加熱し、レーザ照射装置４５のレーザ照射により溶融し液相状態となり、冷却ロール４６により冷却され、固相のＮ型シリコン層１２ｂとなる。同時に、Ｐ型シリコン層１１ｂとＮ型シリコン層１２ｂとの界面にはＰＮ接合が形成される。
Claims (9)
- 第1導電型のシリコン粉末を準備し、
前記粉末を層状に配置してシリコン粉末層を形成し、
シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第１導電型のシリコン層を形成し、
第２導電型のシリコン粉末を準備し、
前記粉末を前記第１導電型のシリコン層上に層状に配置して第２導電型のシリコン粉末層を形成し、
シリコンの融点以上に加熱することで、前記粉末層を溶融し、冷却することで、第２導電型のシリコン層を形成する、太陽電池セルの製造方法。 - 絶縁箔に接合した電極箔上に前記シリコン粉末層を形成し、
プレート内部に水冷配管と真空吸着配管とを備え、該真空吸着配管により前記絶縁箔と前記電極箔を吸着しつつ、前記水冷配管中の冷却水により前記絶縁箔と前記電極箔を冷却しつつ、前記シリコン粉末層の加熱を前記プレート上で行う、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記加熱はヒータを用いて前記粉末層を予備加熱し、さらにレーザ照射により溶融する、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 第1のシリコン粉末を準備し、
前記粉末を層状に配置してシリコン粉末層を形成し、
熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成し、第１導電型のシリコン層となし、
第２のシリコン粉末を準備し、
前記粉末を前記第１導電型のシリコン層上に層状に配置して第２のシリコン粉末層を形成し、
熱と圧力を加えることで、前記粉末層を圧縮しつつ焼成し、第２導電型のシリコン層となす、太陽電池セルの製造方法。 - 前記シリコン粉末の粒子は０．１−１０μｍの粒径を有する、請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記熱はヒータを用いて発生し、前記粉末層を６００−１２００℃に加熱する、請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記圧力は圧延ローラを用いて発生し、熱を加えた状態の前記粉末層を加圧しつつ焼成する、請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記粉末のシリコン粒子は予めＰ型またはＮ型にドープしたものである、請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記粉末のシリコン粒子はノンドープであり、ドーパントを加えて加圧焼成の過程で、Ｐ型またはＮ型にドープする、請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
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