WO2020184261A1 - 太陽電池およびその製造方法、太陽電池の検査方法、ならびに太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法、太陽電池の検査方法、ならびに太陽電池モジュールおよびその製造方法 Download PDF

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solar cell
thin film
flat region
semiconductor substrate
main surface
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邦裕 中野
崇 口山
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株式会社カネカ
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    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell having a thin film on a crystalline semiconductor substrate, a method for manufacturing the same, and a method for inspecting the solar cell.
  • the present invention also relates to a solar cell module and a method for manufacturing the same.
  • unevenness is formed on the surface to reduce light reflection, thereby increasing the amount of light incident on the semiconductor substrate (so-called light confinement).
  • a pyramid-shaped texture can be formed on the entire surface of the substrate surface by anisotropic etching using alkali.
  • a thin film such as a semiconductor thin film, a transparent conductive film, a passivation film, and an antireflection film is formed on the surface of the textured crystalline semiconductor substrate (for example, Patent Document 1).
  • a solar cell using a crystalline semiconductor substrate has a small area of one substrate, so in practical use, a plurality of solar cells are electrically connected to be modularized to increase the output.
  • the thin film formed on the semiconductor substrate has a constant and uniform film thickness.
  • Solar cells are generally installed on the roof of a building or on land, but in recent years, the installation of solar cells on the outer wall of a building is also progressing. Along with this, in addition to improving power generation efficiency, design elements such as uniformity of appearance and harmony of color tone with buildings are becoming more important for solar cell modules.
  • a solar cell absorbs sunlight in the wavelength range from near-ultraviolet to near-infrared including visible light, its appearance is black or a color close to it, but it is visually recognized as a slightly reddish or bluish color. Will be done. If the film thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate is different, the color tone of the reflected light due to multiple reflections at the interface will be different, and there will be a slight difference in film thickness that will not substantially affect the power generation characteristics of the solar cell. Even so, the color tone of the reflected light may be different and visually recognized.
  • the film thickness of the thin film In order to reduce the variation in the film thickness of the thin film, it is conceivable to feed back the measurement result of the film thickness to the manufacturing process to make the film thickness uniform. In addition, even if the film thickness of the thin film varies, if the film thickness is accurately measured and the substrates having similar film thicknesses are selected and integrated, the color tone of a plurality of solar cells included in one module can be adjusted. It is thought that can be unified. In any of the methods, it is important to accurately measure the film thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate as a prerequisite for making the film thickness uniform.
  • a method of arranging a dummy substrate in the film forming apparatus separately from the substrate for product acquisition is known in order to measure the film thickness of the thin film.
  • the method of measuring the film thickness of the thin film formed on the dummy substrate cannot accurately evaluate the variation in film thickness (intra-batch variation) depending on the location in the film forming apparatus.
  • irregularities are formed on the first main surface of a crystalline semiconductor substrate, and at least one thin film is formed on the irregularities.
  • the thin film formed on the crystalline semiconductor substrate include a transparent conductive film and a semiconductor thin film.
  • the main surface of the semiconductor substrate is provided with irregularities (textures)
  • irregularities textures
  • light is diffusely reflected by the textures and the direction of the reflected light is not constant, which makes optical measurement such as spectroscopic ellipsometry difficult.
  • the area of the flat region is preferably 10 mm 2 or more.
  • the size of the flat region is sufficient if the film thickness of the thin film can be measured.
  • the area of the flat region is preferably 5% or less of the area of the first main surface.
  • a method of providing a flat region on a part of the main surface of the crystalline semiconductor substrate a method of flattening the unevenness of a predetermined region after forming the unevenness on the entire main surface, and a method of providing the unevenness on a part of the main surface.
  • An example is a method of forming a flat region without forming the region. For example, if a jig is brought into contact with a part of the main surface of the crystalline semiconductor substrate to fix the crystalline semiconductor substrate and unevenness is formed by wet etching or the like in this state, the unevenness is formed in the region in contact with the jig. It is not formed and this region becomes a flat region.
  • a plurality of flat regions may be provided on the main surface of the crystalline semiconductor substrate.
  • Each flat region preferably has an area of 10 mm 2 or more. In this form, it is possible to evaluate the variation in the film thickness of the thin film in the plane of the semiconductor substrate.
  • a flat region may be provided for each divided region.
  • the semiconductor substrate After measuring the film thickness of the thin film on the flat region, the semiconductor substrate may be divided to remove the flat region. As a result, it is possible to obtain a solar cell in which unevenness is provided on the entire surface of the main surface without including a flat region.
  • a solar cell module can be obtained by electrically connecting a plurality of solar cells.
  • the film thickness of the thin film formed on the flat region may be measured, the solar cells whose values are within a predetermined range may be selected, and the selected solar cells may be modularized.
  • the film thickness variation of the thin films of a plurality of solar cells included in one module is small, so that the color tone of the reflected light is unified and the design of the module is improved. it can.
  • A is a plan view showing an example of manufacturing a plurality of solar cells from one substrate
  • B is a plan view showing a laminated form of a single ring structure.
  • the solar cell 100 is provided with an intrinsic silicon thin film 11, a first conductive silicon thin film 21, and a light receiving surface transparent conductive layer 31 in this order on the first main surface (light receiving surface) of the crystalline silicon substrate 1, and the crystalline silicon substrate 1 is provided.
  • a true silicon-based thin film 12, a second conductive silicon-based thin film 22, and a back surface transparent conductive layer 32 are sequentially provided on the second main surface of the above.
  • a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate is used.
  • a single crystal silicon substrate is preferably used.
  • the conductive type of the crystalline silicon substrate 1 may be either an n type or a p type.
  • the first conductive type silicon-based thin film 21 and the second conductive type silicon-based thin film 22 have different conductive types, one of which is p-type and the other of which is n-type. From the viewpoint of increasing the conversion efficiency, it is preferable that the crystalline silicon substrate 1 is an n-type single crystal silicon substrate and the first conductive silicon-based thin film 21 on the light receiving surface side is a p-type silicon thin film.
  • the crystalline silicon substrate 1 On the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, there is a region (flat region) 101 in which no texture is provided. That is, on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, there are an unevenness forming region 102 having a texture and a flat region 101 having no texture.
  • the thin film on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 (intrinsic silicon thin film 11, first conductive silicon thin film 21, and light receiving surface transparent conductive layer 31) straddles both the uneven forming region 102 and the flat region 101. Is formed.
  • the thin film (intrinsic silicon thin film 11, first conductive silicon thin film 21, and light receiving surface transparent conductive layer 31) provided on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 is a crystalline silicon substrate. It has a surface shape that inherits the uneven shape of 1.
  • the thin films 11, 21, and 31 formed on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 also have a flat surface shape.
  • the uneven forming region 102 When the uneven forming region 102 is irradiated with light, the light is diffusely reflected by the texture, so that it is difficult to measure the film thickness of the thin film by an optical method.
  • the flat region 101 diffused reflection unlike the uneven formation region does not occur, so that it is possible to accurately measure the film thickness of the thin films 11, 21, 31 formed on the crystalline silicon substrate 1 by an optical method. ..
  • Spectroscopic methods such as spectroscopic ellipsometry, infrared spectroscopy, Raman scattering, and X-ray diffraction are suitable for measuring the film thickness of thin films.
  • spectroscopic ellipsometry is preferable because the film thickness of the thin film can be accurately measured in a short time and can be applied to the measurement of the film thickness of each thin film in a plurality of thin film laminates.
  • the size of the flat region 101 may be such that the film thickness can be measured by the above method, for example, the area may be 10 mm 2 or more.
  • the area of the flat region may be set according to the film thickness measuring method, the measurement spot diameter, and the like, and may be 30 mm 2 or more, 50 mm 2 or more, or 100 mm 2 or more.
  • the flat region 101 has a higher light reflectance than the uneven region 102, and the light utilization efficiency when the solar cell is used (when receiving sunlight) is lower than that of the concave-convex region. Therefore, from the viewpoint of power generation efficiency of the solar cell, the area is preferably 1500 mm 2 or less flat regions 101, 1000 mm 2 or less, and even more preferably 500 mm 2 or less.
  • the area of the flat region is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, still more preferably 3% or less of the area of the light receiving surface. If the area of the flat region is 5% or less of the light receiving surface, the effect on the power generation efficiency is small. Further, as described later, after measuring the film thickness of the thin film on the flat region, the substrate may be divided and the flat region may be removed from the solar cell as a product, or the flat region may be a non-power generation region.
  • the single crystal silicon substrate is produced by slicing a silicon ingot produced by, for example, the Czochralski method, to a predetermined thickness using a wire saw. In order to form a pyramid-shaped texture on the surface, a single crystal silicon substrate cut out at the (100) plane is used.
  • the silicon substrate (as slice substrate) sliced from the ingot is subjected to pretreatment as necessary before texture formation by anisotropic etching.
  • the pretreatment is carried out for the purpose of removing metal deposits derived from saw wire or the like at the time of slicing and the damaged layer by slicing.
  • the pretreatment is performed by etching the surface of the crystalline silicon substrate with an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or the like.
  • cleaning may be performed for the purpose of removing chips, abrasives, and the like during slicing.
  • fine irregularities may be formed due to processing marks (damage) caused by saw wires and abrasive grains during slicing.
  • fine irregularities may remain on the surface of the substrate after the pretreatment.
  • These fine irregularities (arithmetic mean roughness Ra of 100 nm or less) are sufficiently smaller than the irregularities formed by anisotropic etching, and have a small effect on the film thickness measurement of the thin film by spectroscopic ellipsometry or the like. It can be regarded as a flat surface.
  • anisotropic etching solution anisotropic etching solution
  • anisotropic etching additive By bringing an alkaline solution (anisotropic etching solution) containing an anisotropic etching additive into contact with the surface of a single crystal silicon substrate, anisotropic etching is performed and a pyramid-shaped texture is formed on the surface. ..
  • alkali sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are used.
  • the additive has an effect of lowering the etching rate of the (110) plane of the single crystal silicon and relatively increasing the etching rate of the (100) plane.
  • the additive for anisotropic etching lower alcohols such as isopropyl alcohol and various surfactants are used.
  • Examples of the method of bringing the etching solution into contact with the surface of the single crystal silicon substrate include a dipping method and a spraying method.
  • anisotropic etching is performed by immersing a crystalline silicon substrate in an etching solution, it is efficient to immerse a cassette containing a plurality of silicon substrates in the etching solution.
  • the silicon substrate is fixed in the cassette by bringing a jig such as a pin into contact with the surface of the silicon substrate.
  • a jig such as a pin
  • the contact area of the jig is as small as possible in order to form irregularities on the entire surface of the crystalline silicon substrate.
  • a flat area having an area of 10 mm 2 or more can be provided on the surface of the crystalline silicon substrate.
  • the access of the etching solution to the predetermined region may be restricted even during the pretreatment.
  • the post-treatment is performed after the unevenness is formed by anisotropic etching, the access of the etching solution to the predetermined region may be restricted even during the post-treatment.
  • a crystalline silicon substrate is fixed in a cassette and a flat region is provided by increasing the contact area with a jig, pretreatment, anisotropic etching, and the like with the silicon substrate set in the same cassette are performed. If the post-treatment is performed, the access of the treatment liquid such as the etching liquid to the area in contact with the jig is restricted even during the pre-treatment and the post-treatment.
  • pretreatment, anisotropic etching, and posttreatment can be performed with the mask material laminated on the surface of the asslice substrate to perform pretreatment and posttreatment. Also in this case, the access of the treatment liquid to the region where the mask material is laminated is restricted.
  • the flat region has a surface shape similar to that of an asslice substrate.
  • the access of the treatment liquid to the predetermined region may be restricted during the pretreatment and the posttreatment, and the access of the treatment liquid to the predetermined region may be restricted when performing the anisotropic etching.
  • the silicon substrate may be set in a cassette having a large contact area with the jig and anisotropic etching may be performed.
  • a mask material may be laminated on the surface of the silicon substrate after the pretreatment, and the mask material may be removed after anisotropic etching.
  • Access to the treatment solution to a predetermined area may be restricted by either pretreatment or posttreatment. Access of the treatment liquid to a predetermined area may be restricted from the middle stage of the pretreatment. Access to the treatment solution to a predetermined area may be restricted until a stage in the middle of post-treatment.
  • the flat region may be provided at a position away from the peripheral edge (end face) of the silicon substrate.
  • the distance W distance from the nearest end face between the end face of the silicon substrate and the flat region is 300 ⁇ m or more, 500 ⁇ m or more, 1 mm or more, 2 mm or more, or 3 mm or more.
  • the distance W may be 5 mm or more, 8 mm or more, or 10 mm or more.
  • a flat region 101 is provided at one location on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, but a flat region may be provided at a plurality of locations on the light receiving surface.
  • the film thickness of the thin film can be accurately measured at a plurality of in-plane locations of the crystalline silicon substrate, so that in-plane film thickness variations can be evaluated.
  • the film thickness of the thin film of each solar cell can be accurately measured. Can be measured.
  • FIG. 2 shows a form in which only the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1 has a texture
  • the back surface may also be provided with a texture.
  • a flat region may be provided on the back surface, or a texture may be formed on the entire surface of the back surface.
  • a solar cell can be obtained by forming a thin film on a crystalline silicon substrate in which a part of the region is a flat region.
  • the thin film may be formed in the same manner as in a normal solar cell manufacturing process, and the thin film is formed in both the uneven formation region 102 and the flat region 101.
  • the thin film does not necessarily have to be formed on the entire surface of the main surface of the crystalline silicon substrate 1.
  • the peripheral portion of the substrate may be covered with a mask to carry out the film formation. From the viewpoint of improving the measurement accuracy of the film thickness, it is preferable that the thin film is formed on the entire flat region 101.
  • a thin film is formed on the entire flat region.
  • the type of thin film formed may be changed for each flat region. For example, if silicon-based thin films 11 and 21 are formed in the first flat region and a transparent conductive layer 31 is formed in the second flat region, the film thickness of each thin film is individually adjusted after all the thin films are formed. It becomes possible to measure.
  • the intrinsic silicon thin films 11 and 12 are preferably hydrogenated amorphous silicon.
  • Intrinsic amorphous silicon is preferable as the intrinsic silicon thin films 11 and 12 from the viewpoint of enhancing the passivation effect on the crystalline silicon substrate 1.
  • the film thickness of the intrinsic silicon thin films 11 and 12 is about 2 to 15 nm.
  • the conductive silicon-based thin films 21 and 22 include amorphous silicon-based thin films and microcrystalline silicon-based thin films.
  • a silicon-based thin film in addition to silicon, a silicon-based alloy such as silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride can also be used. Among these, amorphous silicon is preferable.
  • the film thickness of the conductive silicon-based thin films 21 and 22 is about 3 to 30 nm.
  • the transparent conductive layers 31 and 32 provided on the silicon-based thin film conductive oxides such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and titanium oxide are preferable, and indium-based composite oxides such as ITO are particularly preferable.
  • the film thickness of the transparent conductive layers 31 and 32 is about 15 to 200 nm.
  • the method for forming these thin films is not particularly limited. Sputtering method, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method, thermal CVD method, plasma CVD method, molecular beam epitaxy (MBE) method, pulsed laser deposition (PLD) because it is easy to form a thin film with a uniform film thickness. Dry processes such as law are preferred.
  • the plasma CVD method is preferable for forming the silicon-based thin film, and the sputtering method or MOCVD method is preferable for forming the transparent conductive layer.
  • the film thicknesses of the thin films 11, 21, 31 formed on the flat region are measured by spectroscopic ellipsometry or the like. Since there is little diffused reflection of light in the flat region, accurate film thickness measurement by spectroscopy is possible.
  • the film thickness may be measured sequentially after the formation of the one-layer thin film, or may be performed after the formation of a plurality of thin films. Further, after forming the silicon-based thin films 11 and 21, the total film thickness of these may be measured, and then the transparent conductive layer 31 may be formed and the film thickness of the transparent conductive layer 31 may be measured.
  • An accurate evaluation of the film thickness is possible by providing a flat region 101 on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, forming a thin film on the flat region 101, and measuring the film thickness of the thin film on the flat region. If a substrate having a thin film thickness within a predetermined range is selected, the difference in the spectrum of reflected light is small between the selected substrates (that is, a solar cell having a thin film thickness within a predetermined range). Therefore, if the selected solar cells are integrated, the color tone when visually recognized from the light receiving surface is unified, and a highly designed solar cell module can be obtained.
  • the metal electrode 60 may be formed (see FIG. 3).
  • the metal electrode 60 on the light receiving surface side is patterned in a predetermined shape, and light can be taken in from a portion where the electrode is not provided.
  • the pattern shape of the metal electrode 60 on the light receiving surface is not particularly limited.
  • the metal electrode 60 on the light receiving surface is formed in a grid shape including a plurality of finger electrodes 61 extending in the y direction and a bus bar electrode 62 extending in the x direction orthogonal to the finger electrodes.
  • the metal electrode 70 on the back surface may have a pattern shape similar to the electrode on the light receiving surface, or may be provided on the entire surface.
  • the metal electrode can be formed by a dry process such as a sputtering method, a printing method such as inkjet printing and screen printing, or a wet process such as a plating method.
  • a dry process such as a sputtering method, a printing method such as inkjet printing and screen printing, or a wet process such as a plating method.
  • the film thickness of the thin film on the flat region 101 may be measured after the metal electrode 60 is formed.
  • the film thickness of the thin film on the flat region is measured before forming the metal electrode.
  • FIG. 3 is a plan view of a solar cell string 130 in which a plurality of solar cells 100 are electrically connected via a wiring material 81 as viewed from a light receiving surface.
  • the wiring material 81 is connected on the bus bar electrode 62 provided on the surface of the solar cell 100, the bus bar electrode is not shown.
  • a solar cell string is formed by electrically connecting an electrode 60 on the light receiving surface of one solar cell and an electrode 70 on the back surface of an adjacent solar cell via a wiring material 81.
  • the electrodes 60 and 70 of the solar cell and the wiring material 81 are connected via solder, a conductive adhesive, or the like.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a solar cell module having a solar cell string (or grid) between two protective materials.
  • a light transmitting light receiving surface protective material 91 is provided on the light receiving surface side (upper side of FIG. 4) of the solar cell string, and a back surface protective material 92 is provided on the back surface side (lower side of FIG. 4).
  • the solar cell string is sealed by filling the sealing material 95 between the protective materials 91 and 92.
  • the film thickness of the thin film 41 is measured in advance, and the solar cells selected based on the result are integrated to form a string (or array), so that each solar cell included in the solar cell module 200 is formed.
  • the film thickness variation of the thin film is small, and the color tone of the reflected light is unified. Therefore, the solar cell module has a unified appearance color tone and is excellent in design.
  • FIG. 3 shows a form in which the metal electrode 60 is provided in a region other than the flat region 101 (that is, the unevenness forming region 102), the metal electrode may be provided in the flat region 101.
  • the wiring material 81 may be connected on the flat region 101.
  • the flat region 101 Since the flat region 101 has no texture formed on the light receiving surface, the reflectance is higher and the utilization efficiency of sunlight is lower than that of the uneven formation region. However, if the flat region 101 is a non-power generation region, a texture is formed. Even if it is not done, the power generation efficiency does not decrease.
  • the flat region 101 is a non-power generation region, it is preferable to connect the wiring material on the flat region from the viewpoint of securing the area.
  • a metal electrode for example, a bus bar electrode
  • the wiring material may be arranged on the flat region without the metal electrode.
  • the solar cell and the solar cell module as products do not have to include a flat area.
  • a thin film is formed in the uneven formation region and the flat region of the crystalline silicon substrate 1, the film thickness of the thin film on the flat region is measured, and then the silicon substrate is divided to form a flat region from the product portion (solar cell). May be removed.
  • the conversion efficiency can be improved by connecting and modularizing the solar cells from which the flat region has been removed. Since the film thickness is measured before the flat region is removed, the solar cells can be selected based on the measurement result. Therefore, as in the case of modularizing a solar cell including a flat region, the color tone of the reflected light of each solar cell is unified, and a solar cell module having excellent design can be obtained.
  • the area of the solar cell will decrease, so the amount of power generated by one solar cell will decrease.
  • the power generation efficiency as a module can be maintained.
  • the film Thickness measurements may be made. If it is possible to trace the correspondence between the flat region removed by division and the product region, it is possible to measure the film thickness of the thin film on the flat region after dividing the substrate and select the solar cell based on the result. is there.
  • the substrate after forming the thin film may be divided to obtain a plurality of solar cells from one substrate.
  • the substrate may be divided into a plurality of parts after forming a thin film on the substrate, and each of the divided solar cells may include the flat regions.
  • the substrate on the flat region By dividing the substrate on the flat region, it is possible to manufacture a plurality of solar cells, each of which has a flat region, from one substrate. For example, if a flat region 101 is provided in the center of the substrate 120 as shown in FIG. 5A and divided into two solar cells 121 and 122 along the dividing line XX passing through the flat region, the two suns after division The batteries 121 and 122 have flat regions 101a and 101b, respectively.
  • FIGS. 3 and 4 show an example of electrically connecting adjacent solar cells via a wiring material 81
  • the electric connection may be made by superimposing the front and back surfaces of the adjacent solar cells.
  • the light receiving surface of the solar cell 121 and the back surface of the solar cell 122 are laminated so as to overlap each other, and the electrode 62 on the light receiving surface of the solar cell 121 and the electrode on the back surface of the solar cell 122 (non-standard).
  • adjacent solar cells can be electrically connected (so-called "singling" structure).
  • one substrate 120 is divided to produce two solar cells 121 and 122, and the solar cell 122 is superposed on the end of the solar cell 121. If the solar cell 122 is placed on the flat region 101a of the solar cell 121 arranged on the lower side, the flat region 101a becomes a non-power generation region.
  • FIG. 5B shows an example in which two solar cells are superposed, another solar cell may be superposed on the end of the solar cell 122, and three or more solar cells may be connected.
  • the semiconductor substrate is not limited to the silicon substrate and may be a crystalline semiconductor substrate other than silicon such as GaAs.
  • the technique for measuring the thickness of a thin film provided on a flat region is not limited to a heterojunction solar cell, and various types such as a semiconductor thin film, a transparent conductive film, an antireflection film, and a passivation film are applied on a crystalline semiconductor substrate. It is also applicable to solar cells equipped with a thin film of.
  • the solar cell is not limited to a form having electrodes on both the light receiving surface and the back surface, and may be a back contact type solar cell having electrodes only on the back surface. Since the back contact solar cell does not have an electrode on the light receiving surface, the appearance is unified in black and the design is excellent, but on the other hand, a slight difference in the color tone of the reflected light is conspicuous.
  • By providing a flat region on the light receiving surface measuring the film thickness of the semiconductor thin film or antireflection film formed on the flat region, and integrating those having a film thickness within a predetermined range into a module. It is possible to form a back-contact type solar cell module in which the color tone of the entire surface is unified.

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Abstract

第一主面および第二主面を有する結晶半導体基板（１）の第一主面に凹凸を形成し、結晶半導体基板（１）の第一主面上に少なくとも１層の薄膜（１１，２１，３１）を形成することにより、太陽電池（１００）が得られる。太陽電池（１００）の第一主面には、凹凸が設けられていない平坦領域（１０１）が１０ｍｍ２以上の面積で存在する。少なくとも１層の薄膜（４１）は、結晶半導体基板（１）の第一主面上の、凹凸形成領域（１０２）および平坦領域（１０１）の両方に形成される。

Description

太陽電池およびその製造方法、太陽電池の検査方法、ならびに太陽電池モジュールおよびその製造方法
　本発明は、結晶半導体基板上に薄膜を備える太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池の検査方法に関する。また、本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
　結晶シリコン基板等の結晶半導体基板を用いた太陽電池では、表面に凹凸（テクスチャ）を形成し、光反射を低減することにより、半導体基板に入射する光量を増大させている（いわゆる光閉じ込め）。例えば、単結晶シリコン基板では、アルカリを用いた異方性エッチングにより、基板表面の全面に、ピラミッド状のテクスチャを形成できる。テクスチャが形成された結晶半導体基板の表面には、半導体薄膜、透明導電膜、パッシベーション膜、反射防止膜等の薄膜が形成される（例えば特許文献１）。
　結晶半導体基板を用いた太陽電池は、１つの基板の面積が小さいため、実用に際しては、複数の太陽電池を電気的に接続してモジュール化を行い、出力を高めている。太陽電池の性能向上、および太陽電池の性能を一定水準に維持するために、半導体基板上に形成される薄膜は、膜厚が一定かつ均一であることが望まれている。
国際公開第２０１８／００３８９１号
　太陽電池は、建物の屋根や陸上等に設置されることが一般的であるが、近年では、建物の外壁への太陽電池の設置も進んでいる。これに伴い、太陽電池モジュールには、発電効率の向上に加えて、外観の均一性や、建物との色調の調和等の意匠的な要素が重要視されるようになっている。
　太陽電池は、可視光を含む近紫外から近赤外までの波長領域の太陽光を吸収するため、その外観は、黒色またはそれに近い色であるが、若干の赤みや青みを帯びた色に視認される。半導体基板上に形成される薄膜の膜厚が異なると、界面での多重反射による反射光の色調に相違が生じ、太陽電池の発電特性には実質的な影響を与えないわずかな膜厚の相違であっても、反射光の色調が異なって視認される場合がある。
　太陽電池の反射光の色調の相違を低減して外観を均一化するためには、半導体基板上に形成する薄膜の膜厚を均一化することが理想的である。しかし、太陽電池の量産においては、半導体基板上に設けられる薄膜の成膜バッチ内での膜厚のバラツキや成膜バッチ間での膜厚のバラツキは不可避である。
　薄膜の膜厚のバラツキ低減のために、膜厚の測定結果を製造工程へフィードバックして、膜厚の均一化を図ることが考えられる。また、薄膜の膜厚にバラツキが生じた場合でも、膜厚を正確に測定し、薄膜の膜厚が近接する基板を選択して集積すれば、１つのモジュールに含まれる複数の太陽電池の色調を統一できると考えられる。いずれの手法においても、膜厚を均一化するための前提として、半導体基板上に形成された薄膜の膜厚を正確に測定することが重要である。
　薄膜の膜厚を測定するために、成膜装置内に、製品取得用の基板とは別に、ダミー基板を配置する方法が知られている。しかし、ダミー基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する方法では、成膜装置内の場所による膜厚のバラツキ（バッチ内バラツキ）を正確に評価することはできない。
　本発明の一実施形態にかかる太陽電池の製造方法では、結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成し、その上に少なくとも１層の薄膜を形成する。結晶半導体基板上に形成される薄膜の例として、透明導電膜および半導体薄膜等が挙げられる。
　半導体基板の主面に凹凸（テクスチャ）が設けられていると、テクスチャにより光が乱反射し、反射光の方位が一定でないため、分光エリプソメトリー等の光学的な測定が困難となる。半導体基板表面の一部にテクスチャが形成されていない平坦領域を設け、テクスチャが形成されている領域と平坦領域の両方に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定することにより、薄膜の膜厚を正確に測定できる。
　分光エリプソメトリー等の分光法により膜厚を測定するために、平坦領域の面積は１０ｍｍ２以上とすることが好ましい。平坦領域の大きさは、薄膜の膜厚を測定可能であれば十分である。太陽電池の変換効率を高めるために、膜厚測定箇所以外には凹凸が設けられていることが好ましい。そのため、平坦領域の面積が、第一主面の面積の５％以下が好ましい。
　結晶半導体基板は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板である。半導体基板表面の凹凸は、例えばアルカリを用いた異方性エッチングにより形成される。凹凸高さは、例えば０．５～１０μｍ程度である。
　結晶半導体基板の主面の一部に平坦領域を設ける方法としては、主面の全体に凹凸を形成した後に、所定領域の凹凸を平坦化する方法、および主面の一部の領域に凹凸を形成せずに平坦領域とする方法が挙げられる。例えば、結晶半導体基板の主面の一部の領域に冶具を接触させて結晶半導体基板を固定し、この状態でウェットエッチング等により凹凸を形成すれば、冶具が接触している領域には凹凸が形成されず、この領域が平坦領域となる。結晶半導体基板の主面の一部の領域にレジストや接着テープ等を積層して表面をマスクした状態で凹凸を形成してもよい。この場合は、マスクが積層された領域が平坦領域となる。
　結晶半導体基板の主面上に複数の平坦領域を設けてもよい。この場合、複数の平坦領域のそれぞれに少なくとも１層の薄膜を形成することが好ましい。それぞれの平坦領域は、面積が１０ｍｍ２以上であることが好ましい。この形態では、半導体基板の面内での薄膜の膜厚のバラツキを評価できる。１枚の半導体基板上に薄膜を形成後に基板を複数に分割する場合は、分割される領域ごとに平坦領域を設けてもよい。
　平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後、半導体基板を分割して、平坦領域を除去してもよい。これにより、平坦領域を含まず主面の全面に凹凸が設けられている太陽電池が得られる。
　複数の太陽電池を電気的に接続することにより太陽電池モジュールが得られる。平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、その値が所定の範囲内である太陽電池を選別し、選別された太陽電池をモジュール化してもよい。膜厚が所定範囲内にある太陽電池を選別することにより、１つのモジュールに含まれる複数の太陽電池の薄膜の膜厚バラツキが小さいため、反射光の色調が統一され、モジュールの意匠性を向上できる。
　太陽電池の製造工程や、モジュール化前に、それぞれの半導体基板上に形成された薄膜の膜厚を測定し、膜厚が一定範囲内であるものを集積してモジュール化することにより、１つの太陽電池モジュールに含まれる複数の太陽電池の色調の統一が可能となる。
太陽電池を受光面からみた平面図である。 太陽電池の断面図である。 太陽電池ストリングを受光面からみた平面図である。 太陽電池モジュールの断面図である。 Ａは１つの基板から複数の太陽電池を作製する例を示す平面図であり、Ｂはシングリング構造の積層形態を示す平面図である。
　図１は、金属電極形成前の太陽電池を受光面からみた平面図である。図２は、図１のII-II線における断面図である。太陽電池１００は、結晶シリコン基板の主面上にシリコン系半導体薄膜を備え、その上に透明導電膜を備える結晶シリコン系太陽電池（いわゆる「ヘテロ接合太陽電池」）である。
　太陽電池１００は、結晶シリコン基板１の第一主面（受光面）に、真性シリコン系薄膜１１、第一導電型シリコン系薄膜２１、および受光面透明導電層３１を順に備え、結晶シリコン基板１の第二主面に、真性シリコン系薄膜１２、第二導電型シリコン系薄膜２２、および裏面透明導電層３２を順に備える。
　結晶シリコン基板１としては、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板が用いられる。太陽電池の変換効率を高めるためには、単結晶シリコン基板が好ましく用いられる。結晶シリコン基板１の導電型は、ｎ型およびｐ型のいずれでもよい。第一導電型シリコン系薄膜２１と第二導電型シリコン系薄膜２２とは異なる導電型を有し、一方がｐ型、他方がｎ型である。変換効率を高める観点から、結晶シリコン基板１がｎ型単結晶シリコン基板であり、受光面側の第一導電型シリコン系薄膜２１がｐ型シリコン系薄膜である構成が好ましい。
　結晶シリコン基板１の厚みは５０～５００μｍ程度である。結晶シリコン基板１の第一主面には、ピラミッド状のテクスチャ（凹凸構造）が形成されている。テクスチャは、結晶シリコン基板１の第一主面の略全面に形成されている。テクスチャの凹凸高さは、例えば０．５～１０μｍである。受光面にテクスチャが形成されていることにより、光反射が低減するため、結晶シリコン基板１に入射する光の量が増大し、太陽電池の発電効率が向上する。
　結晶シリコン基板１の受光面には、テクスチャが設けられていない領域（平坦領域）１０１が存在する。すなわち、結晶シリコン基板１の受光面には、テクスチャが設けられている凹凸形成領域１０２と、テクスチャが設けられていない平坦領域１０１とが存在する。結晶シリコン基板１の第一主面上の薄膜（真性シリコン系薄膜１１、第一導電型シリコン系薄膜２１、および受光面透明導電層３１）は、凹凸形成領域１０２と平坦領域１０１の両方に跨って形成されている。
　凹凸形成領域１０２では、結晶シリコン基板１の第一主面上に設けられた薄膜（真性シリコン系薄膜１１、第一導電型シリコン系薄膜２１、および受光面透明導電層３１）は、結晶シリコン基板１の凹凸形状を承継した表面形状を有している。平坦領域１０１では、結晶シリコン基板１の第一主面上に形成される薄膜１１，２１，３１も平坦な表面形状を有する。
　凹凸形成領域１０２に光を照射すると、テクスチャにより光が乱反射するため、光学的手法により薄膜の膜厚を測定することは困難である。一方、平坦領域１０１では、凹凸形成領域のような乱反射が生じないため、光学的手法により、結晶シリコン基板１上に形成された薄膜１１，２１，３１の膜厚の正確な測定が可能である。
　平坦領域１０１は、製品としての太陽電池１００を構成する基板上に存在するため、平坦領域１０１上の薄膜の膜厚は、製品としての太陽電池１００における薄膜の膜厚を正確に反映している。そのため、薄膜の厚みにバッチ内バラツキやバッチ間バラツキが生じた場合でも、個々の基板上に設けられた薄膜の厚みを、正確に把握することが可能となる。
　薄膜の膜厚の測定には、分光エリプソメトリー、赤外分光法、ラマン散乱法、Ｘ線回折法等の分光法が適している。中でも、短時間で薄膜の膜厚を正確に測定可能であり、複数の薄膜積層体における個々の薄膜の膜厚の測定にも適用可能であることから、分光エリプソメトリーが好ましい。
　平坦領域１０１の大きさは、上記の方法により膜厚の測定が可能であればよく、例えば面積が１０ｍｍ２以上であればよい。平坦領域の面積は、膜厚の測定方法や、測定スポット径等に応じて設定すればよく、３０ｍｍ２以上、５０ｍｍ２以上、または１００ｍｍ２以上であってもよい。平坦領域１０１の面積が大きいほど、分光法による測定スポットを大きくできるため、短時間（低積算回数）で高精度の膜厚測定が可能となる。
　一方、平坦領域１０１は、凹凸形成領域１０２よりも光反射率が高く、凹凸領域に比べて、太陽電池の使用時（太陽光の受光時）の光利用効率が低い。そのため、太陽電池の発電効率向上の観点から、平坦領域１０１の面積は１５００ｍｍ２以下が好ましく、１０００ｍｍ２以下がより好ましく、５００ｍｍ２以下がさらに好ましい。
　平坦領域１０１の平面視形状は特に限定されず、膜厚測定に適した形状とすればよい。平坦領域の形状としては、正方形、長方形、菱形、平行四辺形および台形等の四角形、三角形、五角形、六角形等の多角形でもよく、円形、楕円形等でもよい。
　平坦領域の面積は、受光面の面積の５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。平坦領域の面積が受光面の５％以下であれば、発電効率への影響はわずかである。また、後述のように、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後に、基板を分割して、平坦領域を製品としての太陽電池から除去してもよく、平坦領域を非発電領域としてもよい。
　平坦領域を有する太陽電池は、結晶シリコン基板に平坦領域を設けること以外は、一般的な太陽電池と同様のプロセスにより作製できる。結晶シリコン基板に平坦領域を設ける方法としては、主面の全体に凹凸を形成した後に、所定領域の凹凸を平坦化する方法、および主面の一部の領域に凹凸を形成せずに平坦領域とする方法が挙げられる。以下、単結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池の製造プロセスの一例を示す。
　単結晶シリコン基板は、例えばチョクラルスキー法等によって作製されたシリコンインゴットを、ワイヤーソーを用いて所定の厚みにスライスすることにより作製される。表面にピラミッド状のテクスチャを形成するためには、（１００）面で切り出した単結晶シリコン基板が用いられる。
　インゴットからスライスされたシリコン基板（アズスライス基板）は、異方性エッチングによるテクスチャ形成前に、必要に応じて前処理に供される。前処理は、スライスの際のソーワイヤー等に由来する金属の付着物や、スライスによるダメージ層の除去等を目的として実施される。例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液や、フッ化水素酸と硝酸の混合液等を用いて、結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより、前処理が行われる。また、スライス時の切り粉や研磨剤等を除去する目的で洗浄を行ってもよい。
　アズスライス基板の表面には、スライス時のソーワイヤーや砥粒による加工痕（ダメージ）による微細な凹凸が形成されている場合がある。また、前処理後の基板表面にも微細な凹凸が残存している場合がある。これらの微細な凹凸（算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下）は、異方性エッチングにより形成される凹凸に比べて十分に小さく、分光エリプソメトリー等による薄膜の膜厚測定への影響が小さいため、平坦面であるとみなすことができる。
　単結晶シリコン基板の表面に、異方性エッチング用添加剤を含むアルカリ溶液（異方性エッチング液）を接触させることにより、異方性エッチングが行われ、表面にピラミッド状のテクスチャが形成される。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が用いられる。添加剤は、単結晶シリコンの（１１０）面のエッチング速度を低下させ、（１００）面のエッチング速度を相対的に大きくする作用を有する。異方性エッチング用添加剤としては、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類や各種の界面活性剤が用いられる。
　単結晶シリコン基板の表面にエッチング液を接触させる方法としては、浸漬法やスプレー法が挙げられる。異方性エッチングの際に、所定の領域へのエッチング液のアクセスを制限すると、エッチング液のアクセスが制限された領域には凹凸が形成されず、平坦領域となる。
　結晶シリコン基板をエッチング液に浸漬して異方性エッチングを実施する場合は、複数のシリコン基板を収容したカセットをエッチング液に浸漬する方法が効率的である。シリコン基板表面にピン等の冶具を接触させることにより、シリコン基板がカセット内で固定される。一般には、結晶シリコン基板の全面に凹凸を形成するために、冶具の接触領域はできる限り小さいことが好ましい。これとは逆に、冶具の接触領域を意図的に大きくすることにより、結晶シリコン基板の表面に、面積１０ｍｍ２以上の平坦領域を設けることができる。
　結晶シリコン基板の表面の一部の領域にマスク材を積層した状態で、エッチングを実施してもよい。マスク材で被覆された領域には凹凸が形成されないため、この領域が平坦領域となる。マスク材としては、レジストや接着テープ等を用いればよい。
　エッチングにより凹凸形成後の結晶シリコン基板は、酸、オゾン、アルカリ等による後処理に供してもよい。
　異方性エッチングによる凹凸形成の前に前処理が行われる場合、前処理の際にも、所定の領域（平坦領域）へのエッチング液のアクセスが制限されていてもよい。異方性エッチングによる凹凸形成後に後処理が行われる場合、後処理の際にも所定の領域へのエッチング液のアクセスが制限されていてもよい。
　例えば、カセット内に結晶シリコン基板を固定し、冶具との接触面積を大きくすることにより平坦領域を設ける場合は、同一のカセット内にシリコン基板をセットした状態で、前処理、異方性エッチングおよび後処理を実施すれば、前処理および後処理の際も、冶具が接触している領域へのエッチング液等の処理液のアクセスが制限される。また、結晶シリコン基板の表面にマスク材を積層する場合は、アズスライス基板の表面にマスク材を積層した状態で、前処理、異方性エッチングおよび後処理を実施すれば、前処理および後処理の際も、マスク材が積層された領域への処理液のアクセスが制限される。これらの形態では、平坦領域は、アズスライス基板と同様の表面形状を有する。
　前処理および後処理の際には、所定領域への処理液のアクセスを制限せず、異方性エッチングを実施する際に所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。例えば、前処理後に、冶具との接触面積が大きいカセットにシリコン基板をセットして異方性エッチングを実施すればよい。前処理後にシリコン基板の表面にマスク材を積層し、異方性エッチング後にマスク材を除去してもよい。前処理および後処理のいずれか一方で、所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。前処理の途中の段階から所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。後処理の途中の段階まで所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。
　平坦領域を設ける箇所は特に限定されない。結晶シリコン基板１の周縁の領域は、基板の中央部に比べて、薄膜の膜厚や膜質が不均一となりやすい。また、エッジアイソレーション等を目的として基板の周縁には薄膜が形成されない場合がある。そのため、平坦領域は、シリコン基板の周縁（端面）から離れた位置に設けられていてもよい。平坦領域がシリコン基板の端面から隔てて設けられる場合、シリコン基板の端面と平坦領域との距離Ｗ（最も近い端面との距離）は、３００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、または３ｍｍ以上であり得る。距離Ｗは、５ｍｍ以上、８ｍｍ以上、または１０ｍｍ以上であってもよい。
　図１および図２では、結晶シリコン基板１の受光面の１箇所に平坦領域１０１が設けられているが、受光面の複数の箇所に平坦領域を設けてもよい。複数の箇所に平坦領域を設けることにより、結晶シリコン基板の面内の複数の箇所で薄膜の膜厚を正確に測定可能であるため、面内の膜厚のバラツキを評価できる。また、１枚のシリコン基板を複数に分割して太陽電池を作製する場合は、分割後の太陽電池のそれぞれに平坦領域が設けられていれば、それぞれの太陽電池の薄膜の膜厚を正確に測定できる。
　図２では、結晶シリコン基板１の受光面にのみテクスチャを有する形態が図示されているが、裏面にもテクスチャが設けられてもよい。裏面には平坦領域が設けられていてもよく、裏面の全面にテクスチャが形成されていてもよい。
　一部の領域が平坦領域である結晶シリコン基板上に薄膜を形成することにより、太陽電池が得られる。薄膜の形成は通常の太陽電池の製造工程と同様に実施すればよく、凹凸形成領域１０２および平坦領域１０１の両方に薄膜が形成される。薄膜は、必ずしも結晶シリコン基板１の主面の全面に形成する必要はない。例えば、基板の周縁部分をマスクで覆って成膜を実施してもよい。膜厚の測定精度を高める観点から、平坦領域１０１の全体に薄膜が形成されることが好ましい。
　１枚の基板上に複数の平坦領域が設けられている場合は、それぞれの平坦領域の全体に薄膜が形成されることが好ましい。平坦領域ごとに製膜する薄膜の種類を変更してもよい。例えば、第１の平坦領域にはシリコン系薄膜１１，２１を形成し、第２の平坦領域には透明導電層３１を形成すれば、全ての薄膜を形成後に、それぞれの薄膜の膜厚を個別に測定することが可能となる。
　結晶シリコン基板１の表面に真性シリコン系薄膜１１，１２が設けられることにより、シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行い、太陽電池の開放電圧を向上できる。パッシベーション効果を高めるために、真性シリコン系薄膜１１，１２は、水素化非晶質シリコンであることが好ましい。
　結晶シリコン基板１に対するパッシベーション効果を高める観点から、真性シリコン系薄膜１１，１２としては、真性非晶質シリコンが好ましい。真性シリコン系薄膜１１，１２の膜厚は、２～１５ｎｍ程度である。導電型シリコン系薄膜２１，２２としては、非晶質シリコン系薄膜、微結晶シリコン系薄膜等が挙げられる。シリコン系薄膜として、シリコン以外に、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等のシリコン系合金を用いることもできる。これらの中でも、非晶質シリコンが好ましい。導電型シリコン系薄膜２１，２２の膜厚は、３～３０ｎｍ程度である。
　シリコン系薄膜上に設けられる透明導電層３１，３２としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン等の導電性酸化物が好ましく、中でもＩＴＯ等のインジウム系複合酸化物が好ましい。透明導電層３１，３２の膜厚は１５～２００ｎｍ程度である。
　これらの薄膜の成膜方法は特に限定されない。膜厚が均一な薄膜を形成しやすいことから、スパッタ法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、分子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法等のドライプロセスが好ましい。シリコン系薄膜の形成にはプラズマＣＶＤ法が好ましく、透明導電層の形成にはスパッタ法またはＭＯＣＶＤ法が好ましい。
　結晶シリコン基板１上に薄膜を成膜後、平坦領域上に形成された薄膜１１，２１，３１の膜厚を、分光エリプソメトリー等により測定する。平坦領域では光の乱反射が少ないため、分光法による正確な膜厚測定が可能である。膜厚の測定は、１層の薄膜の形成後に逐次実施してもよく、複数の薄膜を形成後に実施してもよい。また、シリコン系薄膜１１，２１を形成後に、これらの合計膜厚を測定し、その後、透明導電層３１を形成し、透明導電層３１の膜厚を測定してもよい。
　結晶シリコン基板１の受光面に平坦領域１０１を設け、その上に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定することにより、膜厚の正確な評価が可能となる。薄膜の膜厚が所定範囲内である基板を選別すれば、選別された基板（すなわち、薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池）は、反射光のスペクトルの差が小さい。そのため、選別された太陽電池を集積すれば、受光面から視認した際の色調が統一され、意匠性の高い太陽電池モジュールが得られる。
　結晶シリコン基板１上に薄膜４１を形成後、金属電極６０を形成してもよい（図３参照）。受光面側の金属電極６０は、所定形状にパターニングされており、電極が設けられていない部分から光を取り込むことができる。受光面の金属電極６０のパターン形状は特に限定されない。受光面の金属電極６０は、ｙ方向に延在する複数のフィンガー電極６１、およびフィンガー電極に直交してｘ方向に延在するバスバー電極６２からなるグリッド状に形成される。裏面の金属電極７０は、受光面の電極と同様にパターン形状を有していてもよく、全面に設けられていてもよい。
　金属電極は、スパッタ法等のドライプロセス、インクジェット印刷およびスクリーン印刷等の印刷法、めっき法等のウェットプロセスにより形成できる。図３に示すように、平坦領域１０１に金属電極６０が設けられない場合は、金属電極６０を形成後に、平坦領域１０１上の薄膜の膜厚を測定してもよい。平坦領域に金属電極を設ける場合は、金属電極を形成する前に、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定する。
　図３は、複数の太陽電池１００を配線材８１を介して電気的に接続した太陽電池ストリング１３０を受光面からみた平面図である。図３では、太陽電池１００の表面に設けられたバスバー電極６２上に配線材８１が接続されているため、バスバー電極は図示されていない。１つの太陽電池の受光面の電極６０と、隣接する太陽電池の裏面の電極７０とを、配線材８１を介して電気的に接続することにより、太陽電池ストリングが形成される。太陽電池の電極６０，７０と、配線材８１とは、はんだや導電性接着剤等を介して接続される。
　ｘ方向に沿って複数の太陽電池を接続した太陽電池ストリングを、ｙ方向に複数並べてグリッドを形成してもよい。
　図４は、２枚の保護材の間に、太陽電池ストリング（またはグリッド）を備える太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池ストリングの受光面側（図４の上側）には、光透過性の受光面保護材９１が設けられ、裏面側（図４の下側）には裏面保護材９２が設けられている。太陽電池モジュール２００では、保護材９１，９２の間に封止材９５が充填されることにより、太陽電池ストリングが封止されている。
　前述のように、事前に薄膜４１の膜厚を測定し、その結果に基づいて選別した太陽電池を集積してストリング（またはアレイ）を形成することにより、太陽電池モジュール２００に含まれるそれぞれの太陽電池１００は、薄膜の膜厚バラツキが小さく、反射光の色調が統一されている。そのため、太陽電池モジュールは、外観の色調が統一され、意匠性に優れる。
　図３では、平坦領域１０１以外の領域（すなわち凹凸形成領域１０２）に金属電極６０を設ける形態を示したが、平坦領域１０１に金属電極が設けられていてもよい。平坦領域１０１上に配線材８１を接続してもよい。平坦領域に金属電極や配線材を設けた場合、その領域は、金属電極または配線材の「影」となり、光が到達しない。すなわち、受光面に金属電極または配線材が設けられた領域は、非発電領域となる。
　平坦領域１０１は、受光面にテクスチャが形成されていないため、凹凸形成領域に比べると反射率が高く、太陽光の利用効率が低いが、平坦領域１０１を非発電領域とすれば、テクスチャが形成されていなくとも、発電効率は低下しない。平坦領域１０１を非発電領域とする場合は、面積を確保する観点から、平坦領域上に配線材を接続することが好ましい。平坦領域上に配線材を接続する場合、平坦領域に金属電極（例えばバスバー電極）を設けてもよく、金属電極を介さずに平坦領域上に配線材を配置してもよい。
　製品としての太陽電池および太陽電池モジュールには平坦領域が含まれていなくてもよい。例えば、結晶シリコン基板１の凹凸形成領域および平坦領域に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後に、シリコン基板を分割して、製品となる部分（太陽電池）から、平坦領域を除去してもよい。平坦領域を除去した太陽電池を接続してモジュール化することにより、変換効率を向上できる。平坦領域を除去する前に膜厚の測定が行われるため、その測定結果に基づいて太陽電池の選別が可能である。そのため、平坦領域を含む太陽電池をモジュール化する場合と同様に、個々の太陽電池の反射光の色調が統一され、意匠性に優れる太陽電池モジュールが得られる。
　平坦領域を除去すると、太陽電池の面積が減少するため、１個の太陽電池の発電量は低下する。一方、所定の面積に配置可能な太陽電池の数が増加するため、モジュールとしての発電効率は維持できる。
　上記では、基板を分割して平坦領域を除去する前に、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定する例について言及したが、基板を分割して、製品部分から平坦領域を除去した後に、膜厚の測定を実施してもよい。分割により除去された平坦領域と製品領域との対応関係をトレース可能であれば、基板を分割後に平坦領域上の薄膜の膜厚を測定し、その結果に基づいて、太陽電池の選別が可能である。
　薄膜を形成後の基板を分割する形態として、平坦領域を除去する場合について言及したが、薄膜を形成後の基板を分割して、１つの基板から複数の太陽電池を得てもよい。１つの基板上に複数の平坦領域が存在する場合は、基板上に薄膜を形成後に、基板を複数に分割し、分割後のそれぞれの太陽電池に平坦領域が含まれていてもよい。
　平坦領域上で基板を分割することにより、１つの基板から、それぞれが平坦領域を有する複数の太陽電池を作製することもできる。例えば、図５Ａに示すように基板１２０の中央に平坦領域１０１を設け、平坦領域を通る分割線Ｘ－Ｘに沿って、２つの太陽電池１２１，１２２に分割すれば、分割後の２つの太陽電池１２１，１２２は、それぞれ、平坦領域１０１ａ，１０１ｂを有する。
　図３，４では、配線材８１を介して隣接する太陽電池を電気的に接続する例を示したが、隣接する太陽電池の表裏を重ね合わせることにより電気的接続を行ってもよい。例えば、図５Ｂに示すように、太陽電池１２１の受光面と、太陽電池１２２の裏面とが重なるように積層し、太陽電池１２１の受光面の電極６２と、太陽電池１２２の裏面の電極（不図示）とを接続することにより、隣接する太陽電池を電気的に接続できる（いわゆる「シングリング」構造）。
　この形態では、図５Ａに示すように、１つの基板１２０を分割して２つの太陽電池１２１，１２２を作製し、太陽電池１２１の端部に、太陽電池１２２を重ね合わせている。下側に配置される太陽電池１２１の平坦領域１０１ａ上に、太陽電池１２２を重ねれば、平坦領域１０１ａは非発電領域となる。なお、図５Ｂでは２つの太陽電池を重ね合わせる例を示しているが、太陽電池１２２の端部に、さらに別の太陽電池を重ね合わせて、３以上の太陽電池を接続してもよい。
　上記の例では、結晶シリコン基板上に薄膜を備える太陽電池の例を示したが、半導体基板は、シリコン基板に限定されず、ＧａＡｓ等のシリコン以外の結晶半導体基板でもよい。また、平坦領域上に設けられた薄膜の膜厚を測定する技術は、ヘテロ接合太陽電池に限定されず、結晶半導体基板上に、半導体薄膜、透明導電膜、反射防止膜、パッシベーション膜等の各種の薄膜を備える太陽電池にも適用可能である。
　太陽電池は受光面と裏面の両方に電極を有する形態に限定されず、裏面にのみ電極を有するバックコンタクト型の太陽電池であってもよい。バックコンタクト太陽電池は、受光面に電極を有さないため、外観が黒色で統一されており意匠性に優れているが、その反面、反射光のわずかな色調の相違が目立ちやすい。受光面に平坦領域を設け、その上に形成されたパッシベーション膜としての半導体薄膜や反射防止膜の膜厚を測定し、膜厚が所定範囲内であるものを集積してモジュール化することにより、全面の色調が統一されたバックコンタクト型の太陽電池モジュールを形成できる。
　　１００，１２１，１２２　　　太陽電池
　　１０１　　　　平坦領域
　　１０２　　　　凹凸形成領域
　　１　　　　　　結晶シリコン基板
　　１１，１２　　真性シリコン系薄膜
　　２１，２２　　導電型シリコン系薄膜
　　３１，３２　　透明導電層
　　６０，７０　　金属電極
　　６１　　　　　フィンガー電極
　　６２，７２　　バスバー電極
　　８１　　　　　配線材
　　９１，９２　　保護材
　　９５　　　　　封止材
　　１３０　　　　太陽電池ストリング
　　２００　　　　太陽電池モジュール

Claims (21)

  1. 　第一主面および第二主面を有する結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成し、前記結晶半導体基板の第一主面上に少なくとも１層の薄膜を形成する太陽電池の製造方法であって、
    　前記第一主面上の一部に、凹凸が設けられていない平坦領域が１０ｍｍ２以上の面積で存在し、
    　前記結晶半導体基板の第一主面上の、凹凸形成領域および平坦領域の両方に、前記薄膜を形成する、太陽電池の製造方法。
  2. 　前記平坦領域の面積が、第一主面の面積の５％以下である、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 　前記平坦領域が、前記結晶半導体基板の端面から隔てて設けられる、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記結晶半導体基板が、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板である、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。
  5. 　アルカリを用いた異方性エッチングにより、前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成する、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。
  6. 　前記凹凸形成領域における凹凸高さが０．５～１０μｍである、請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 　前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成する際に、前記結晶半導体基板の第一主面の一部の領域に冶具を接触させることにより、前記結晶半導体基板を固定し、
    　前記冶具が接触している領域に凹凸が形成されないことにより、前記平坦領域が設けられる、請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 　前記結晶半導体基板の第一主面の一部の領域にマスクを積層した状態で、前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成することにより、前記マスクが積層された領域を前記平坦領域とする、請求項１～６いずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 　前記結晶半導体基板の第一主面上に複数の平坦領域を設け、複数の平坦領域のそれぞれに少なくとも１層の薄膜を形成する、請求項１～８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 　前記薄膜として、少なくとも１層の透明導電膜を形成する、請求項１～９のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 　前記薄膜として、少なくとも１層の半導体薄膜を形成する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 　前記薄膜を形成した後、前記結晶半導体基板を複数に分割して、１つの結晶半導体基板から２以上の太陽電池を得る、請求項１～１１のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 　前記薄膜を形成した後、前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
    　薄膜の膜厚を測定後に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去することにより、前記平坦領域を含まない太陽電池を得る、請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 　第一主面および第二主面を有する結晶半導体基板の第一主面上に少なくとも１層の薄膜を備え、
    　前記結晶半導体基板の第一主面には、凹凸を有する凹凸形成領域、および凹凸を有していない平坦領域が存在し、
    　前記平坦領域の面積が１０ｍｍ２以上であり、
    　前記凹凸形成領域および前記平坦領域の両方に、前記薄膜が設けられている、太陽電池。
  15. 　請求項１４に記載の太陽電池の複数が電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
  16. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法により太陽電池を製造し、
    　前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定する、太陽電池の検査方法。
  17. 　分光法により前記薄膜の膜厚を測定する、請求項１６に記載の太陽電池の検査方法。
  18. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法により太陽電池を製造し、
    　前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
    　前記薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池を選別し、
    　選別された太陽電池の複数を電気的に接続してモジュール化する、太陽電池モジュールの製造方法。
  19. 　前記平坦領域に配線材を接続し、配線材を介して複数の太陽電池を電気的に接続する、請求項１８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  20. 　前記薄膜の膜厚を測定後、モジュール化の前に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去する、請求項１８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  21. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法により太陽電池を製造し、
    　前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
    　薄膜の膜厚を測定後の太陽電池の前記平坦領域が、他の太陽電池の第二主面と重なるように積層して、複数の太陽電池を電気的に接続してモジュール化する、太陽電池モジュールの製造方法。

     
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