JP2001094127A - 太陽電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュールならびにこれらの製造方法 - Google Patents
太陽電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュールならびにこれらの製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽電池モジュールに高い充填率で敷き詰め
ることができ、材料の利用効率を向上させることのでき
る太陽電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュール
ならびにこれらの製造方法を提供する 【解決手段】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池用基板において、シリコン単結晶ウエハの外
周円に内接する正六角形よりも大きく、該ウエハの外周
円が内接する正六角形よりも小さな正六角形で切り取ら
れた、頂点に円形部分を残す擬正六角形８のウエハが、
２つまたは４つに分割されていることを特徴としてい
る。
ることができ、材料の利用効率を向上させることのでき
る太陽電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュール
ならびにこれらの製造方法を提供する 【解決手段】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池用基板において、シリコン単結晶ウエハの外
周円に内接する正六角形よりも大きく、該ウエハの外周
円が内接する正六角形よりも小さな正六角形で切り取ら
れた、頂点に円形部分を残す擬正六角形８のウエハが、
２つまたは４つに分割されていることを特徴としてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】シリコン単結晶ウエハ（以
下、単にウエハと称する）を基板材料として用いる太陽
電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュールならび
にこれらの製造方法に関する。
下、単にウエハと称する）を基板材料として用いる太陽
電池用基板、太陽電池および太陽電池モジュールならび
にこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】単結晶シリコン太陽電池は、ウエハを切
断加工して形成した太陽電池用シリコン基板（以下、単
に基板と称する）に、不純物ドーピング、反射防止模の
形成および電極形成等の加工を施して作製される。この
ようにして作製された太陽電池は、壊れやすく取り扱い
が難しいので、通常、数枚から数十枚をガラス板上に長
方形に配列した後、樹脂で封入し、太陽電池モジュール
として製品化される。太陽電池システムは、この太陽電
池モジュールを必要な電力が得られるだけ並べ、インバ
ーターなどの装置に接続して構成される。
断加工して形成した太陽電池用シリコン基板（以下、単
に基板と称する）に、不純物ドーピング、反射防止模の
形成および電極形成等の加工を施して作製される。この
ようにして作製された太陽電池は、壊れやすく取り扱い
が難しいので、通常、数枚から数十枚をガラス板上に長
方形に配列した後、樹脂で封入し、太陽電池モジュール
として製品化される。太陽電池システムは、この太陽電
池モジュールを必要な電力が得られるだけ並べ、インバ
ーターなどの装置に接続して構成される。
【０００３】太陽電池モジュールは、一定の面積に太陽
電池を敷き詰める必要から、特殊な場合を除いて長方形
とされる。ところが太陽電池の基板材料として用いられ
るウエハの形状は、その製法上の制約から必然的に円形
となっている。このため円形ウエハを基板とする太陽電
池をどの様に配列しても、長方形のモジュールに効率よ
く敷き詰めることができず、充填率の低いものとなる。
さらに、モジュールのサイズは、人間が取り扱い易い縦
１ｍ横５０ｃｍ前後の大きさに制限されるので、シリコ
ン単結晶の生産性を上げるために、シリコン単結晶のサ
イズ（直径）を大きくすると、ますます隙間なく敷き詰
めることができなくなる。
電池を敷き詰める必要から、特殊な場合を除いて長方形
とされる。ところが太陽電池の基板材料として用いられ
るウエハの形状は、その製法上の制約から必然的に円形
となっている。このため円形ウエハを基板とする太陽電
池をどの様に配列しても、長方形のモジュールに効率よ
く敷き詰めることができず、充填率の低いものとなる。
さらに、モジュールのサイズは、人間が取り扱い易い縦
１ｍ横５０ｃｍ前後の大きさに制限されるので、シリコ
ン単結晶の生産性を上げるために、シリコン単結晶のサ
イズ（直径）を大きくすると、ますます隙間なく敷き詰
めることができなくなる。
【０００４】例えば、直径２０ｃｍの円形ウエハを基板
１として用いた場合、図１に示すように隙間が多く、モ
ジュール２に対するモジュール充填率が７８．４％と非
常に悪い（表１のａ欄参照）。また、ウエハの周辺部を
図４のように切り取って正方形とした基板１を配列すれ
ば、図２のように極めて高い充填率で長方形のモジュー
ル２にぴったりと敷き詰めることができるが、この場
合、切り取った無駄となる部分が多いので、ウエハの材
料利用効率（ウエハ面積利用率）が６３．７％と非常に
悪くなる（表１のｂ欄参照）。そこで通常は、図５のよ
うに周辺部を切り取り、頂点に円形部分を残した正方形
（以後、擬正方形と呼ぶ）とした基板１を図３のように
配列する方法が採用されている。しかしこの方法でも高
価なウエハ３の約１５％が無駄となっていた（表１のｃ
欄参照）。
１として用いた場合、図１に示すように隙間が多く、モ
ジュール２に対するモジュール充填率が７８．４％と非
常に悪い（表１のａ欄参照）。また、ウエハの周辺部を
図４のように切り取って正方形とした基板１を配列すれ
ば、図２のように極めて高い充填率で長方形のモジュー
ル２にぴったりと敷き詰めることができるが、この場
合、切り取った無駄となる部分が多いので、ウエハの材
料利用効率（ウエハ面積利用率）が６３．７％と非常に
悪くなる（表１のｂ欄参照）。そこで通常は、図５のよ
うに周辺部を切り取り、頂点に円形部分を残した正方形
（以後、擬正方形と呼ぶ）とした基板１を図３のように
配列する方法が採用されている。しかしこの方法でも高
価なウエハ３の約１５％が無駄となっていた（表１のｃ
欄参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、太陽電池モ
ジュールに高い充填率で敷き詰めることができ、材料の
利用効率を向上させることのできる太陽電池用基板、太
陽電池および太陽電池モジュールならびにこれらの製造
方法を提供することを目的とする。
ジュールに高い充填率で敷き詰めることができ、材料の
利用効率を向上させることのできる太陽電池用基板、太
陽電池および太陽電池モジュールならびにこれらの製造
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池用基板
は、ウエハを基板として用いる太陽電池用基板におい
て、ウエハの外周円に内接する正六角形よりも大きく、
該ウエハの外周円が内接する正六角形よりも小さな正六
角形で切り取られた、頂点に円形部分を残す擬正六角形
のウエハが、２つまたは４つに分割されていることを特
徴とし、擬正六角形のウエハは、正六角形の対向する頂
点と頂点を結ぶ直線Ａで２つに分割されているか、対向
する辺の中点と中点を結ぶ直線Ｂで２つに分割されてい
るか、または直交する直線Ａと直線Ｂで４つに分割さ
れ、基板とされる。本発明の太陽電池は、このような基
板を用いて作製される。
は、ウエハを基板として用いる太陽電池用基板におい
て、ウエハの外周円に内接する正六角形よりも大きく、
該ウエハの外周円が内接する正六角形よりも小さな正六
角形で切り取られた、頂点に円形部分を残す擬正六角形
のウエハが、２つまたは４つに分割されていることを特
徴とし、擬正六角形のウエハは、正六角形の対向する頂
点と頂点を結ぶ直線Ａで２つに分割されているか、対向
する辺の中点と中点を結ぶ直線Ｂで２つに分割されてい
るか、または直交する直線Ａと直線Ｂで４つに分割さ
れ、基板とされる。本発明の太陽電池は、このような基
板を用いて作製される。
【０００７】また、本発明の太陽電池モジュールは、こ
のような基板を用いて作製された太陽電池を敷き詰めて
形成され、モジュール充填率が８５％以上で、ウエハの
面積利用率が８５％以上とされる。
のような基板を用いて作製された太陽電池を敷き詰めて
形成され、モジュール充填率が８５％以上で、ウエハの
面積利用率が８５％以上とされる。
【０００８】また、本発明の太陽電池の製造方法は、ウ
エハを基板として用いる太陽電池において、円柱状のシ
リコン単結晶を切断または研削して断面形状を擬正六角
形柱状とした後、スライスして基板として用いることを
特徴としている。あるいは円柱状のシリコン単結晶を切
断または研削して断面形状を擬正六角形柱状とし、これ
を分割した後、スライスして基板として用いることもで
きる。さらに、本発明の太陽電池の製造方法は、擬正六
角形のウエハを加工して太陽電池とした後、分割するこ
とを特徴としている。あるいは円形のウエハをそのまま
の形状で太陽電池とした後、擬正六角形とし、さらに分
割して製造することもできる。
エハを基板として用いる太陽電池において、円柱状のシ
リコン単結晶を切断または研削して断面形状を擬正六角
形柱状とした後、スライスして基板として用いることを
特徴としている。あるいは円柱状のシリコン単結晶を切
断または研削して断面形状を擬正六角形柱状とし、これ
を分割した後、スライスして基板として用いることもで
きる。さらに、本発明の太陽電池の製造方法は、擬正六
角形のウエハを加工して太陽電池とした後、分割するこ
とを特徴としている。あるいは円形のウエハをそのまま
の形状で太陽電池とした後、擬正六角形とし、さらに分
割して製造することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。本発明では、図６に示すように、ウエハの外周円
４に内接する正六角形５よりも大きく、ウエハの外周円
４が内接する正六角形６よりも小さな正六角形７を決定
する。この正六角形７が正六角形５の大きさに近い場合
はモジュール充填率が高くなり、材料利用効率が比較的
低くなる。逆にこの正六角形７が正六角形６の大きさに
近い場合は材料利用効率が高くなり、モジュール充填率
が比較的低くなる。従って、使用する正六角形７の大き
さは、モジュール充填率と材料利用効率（ウエハ面積利
用効率）を勘案して最もコストが低くなるような大きさ
を選ぶとよい。
する。本発明では、図６に示すように、ウエハの外周円
４に内接する正六角形５よりも大きく、ウエハの外周円
４が内接する正六角形６よりも小さな正六角形７を決定
する。この正六角形７が正六角形５の大きさに近い場合
はモジュール充填率が高くなり、材料利用効率が比較的
低くなる。逆にこの正六角形７が正六角形６の大きさに
近い場合は材料利用効率が高くなり、モジュール充填率
が比較的低くなる。従って、使用する正六角形７の大き
さは、モジュール充填率と材料利用効率（ウエハ面積利
用効率）を勘案して最もコストが低くなるような大きさ
を選ぶとよい。
【００１０】具体的には図６、図７に示すように、ウエ
ハの外周円４に内接する正六角形５よりも大きく、ウエ
ハの外周円４が内接する正六角形６よりも小さな正六角
形７を決定する。この正六角形７と円形のウエハの重な
る部分は、各頂点に外周円部分を残す正六角形をなし、
本発明においてはこの擬正六角形８を用いるものであ
る。この擬正六角形８は、該正六角形７と円形のウエハ
３を中心を合わせて重ね合わせ、ウエハ３の正六角形７
からはみ出す部分を除去することで得られる。擬正六角
形８への加工は、ウエハ３を擬正六角形柱状とした後ス
ライスしてもよく、またはスライス後あるいは太陽電池
とした後でもよい。図の斜線部は切り捨てられる部分で
ある。この擬正六角形８は、例えば図７に示すように、
円形が残る部分の中心から見た角度を３０度としたとき
の材料利用効率は９７．７％と非常に高いものとなる。
ハの外周円４に内接する正六角形５よりも大きく、ウエ
ハの外周円４が内接する正六角形６よりも小さな正六角
形７を決定する。この正六角形７と円形のウエハの重な
る部分は、各頂点に外周円部分を残す正六角形をなし、
本発明においてはこの擬正六角形８を用いるものであ
る。この擬正六角形８は、該正六角形７と円形のウエハ
３を中心を合わせて重ね合わせ、ウエハ３の正六角形７
からはみ出す部分を除去することで得られる。擬正六角
形８への加工は、ウエハ３を擬正六角形柱状とした後ス
ライスしてもよく、またはスライス後あるいは太陽電池
とした後でもよい。図の斜線部は切り捨てられる部分で
ある。この擬正六角形８は、例えば図７に示すように、
円形が残る部分の中心から見た角度を３０度としたとき
の材料利用効率は９７．７％と非常に高いものとなる。
【００１１】この擬正六角形を基板の形状とした例を図
９に示す。この場合、材料利用効率は９７．７％と非常
に高いものの、モジュール充填率は８１．１％と比較的
低いままに留まっている（表１のｅ欄参照）。なお、基
板の形状をウエハの外周円４に内接する正六角形５と
し、この基板１を用いて製作した太陽電池９を敷き詰め
た太陽電池モジュール２は、図８に示すように、モジュ
ール充填率、材料利用効率ともに低いものとなる（表１
のｄ欄参照）。
９に示す。この場合、材料利用効率は９７．７％と非常
に高いものの、モジュール充填率は８１．１％と比較的
低いままに留まっている（表１のｅ欄参照）。なお、基
板の形状をウエハの外周円４に内接する正六角形５と
し、この基板１を用いて製作した太陽電池９を敷き詰め
た太陽電池モジュール２は、図８に示すように、モジュ
ール充填率、材料利用効率ともに低いものとなる（表１
のｄ欄参照）。
【００１２】次に、この擬正六角形を直線で２つないし
４つに分割する。例えば、２分割の場合には、図１０に
示すように、対向する頂点と頂点を結ぶ直線Aで２つに
分割したものと、図１１に示す対向する辺と辺の中点を
結ぶ直線Bで２つに分割したものとがあり、これらを組
み合わせることにより図１３に示すような長方形の太陽
電池モジュール２に基板１を隙間なく敷き詰めることが
できる。このとき基板の円形が残る部分の中心から見た
角度を３０度とし、隣り合う太陽電池の隙間を２ｍｍと
したときのモジュール充填率は９２．１％、材料利用効
率は９７．７％といずれも極めて高く（表１のｆ欄参
照）、モジュール充填率については図３の通常の擬正方
形の場合と遜色のないものとなる。
４つに分割する。例えば、２分割の場合には、図１０に
示すように、対向する頂点と頂点を結ぶ直線Aで２つに
分割したものと、図１１に示す対向する辺と辺の中点を
結ぶ直線Bで２つに分割したものとがあり、これらを組
み合わせることにより図１３に示すような長方形の太陽
電池モジュール２に基板１を隙間なく敷き詰めることが
できる。このとき基板の円形が残る部分の中心から見た
角度を３０度とし、隣り合う太陽電池の隙間を２ｍｍと
したときのモジュール充填率は９２．１％、材料利用効
率は９７．７％といずれも極めて高く（表１のｆ欄参
照）、モジュール充填率については図３の通常の擬正方
形の場合と遜色のないものとなる。
【００１３】これらの直線A，Bをそれぞれ平行にずらし
た直線で分割した基板を用いても長方形のモジュールに
隙間なく敷き詰めることができるが、個々に面積が異な
ると太陽電池としたときの発生電流に個体差ができるの
で、面積が等しくなるように分割した方が好ましい。
た直線で分割した基板を用いても長方形のモジュールに
隙間なく敷き詰めることができるが、個々に面積が異な
ると太陽電池としたときの発生電流に個体差ができるの
で、面積が等しくなるように分割した方が好ましい。
【００１４】また、図１２に示すように、擬正六角形の
対向する頂点と頂点を結ぶ直線Ａと、対向する辺の中点
と中点を結ぶ直線Ｂとの互いに直交する直線で４つに分
割したものを用いて、図１４および図１５に示すよう
に、長方形のモジュールに効率よく敷き詰めることがで
き、モジュール充填率を高めることができる。この場合
もモジュール充填率は通常の擬正方形の場合と遜色なく
（表１のｇ欄参照）、特に長い辺と短い辺の比が小さい
ために取り扱いやすくなる利点がある。さらに、材料利
用効率も９７．７％と極めて高い。
対向する頂点と頂点を結ぶ直線Ａと、対向する辺の中点
と中点を結ぶ直線Ｂとの互いに直交する直線で４つに分
割したものを用いて、図１４および図１５に示すよう
に、長方形のモジュールに効率よく敷き詰めることがで
き、モジュール充填率を高めることができる。この場合
もモジュール充填率は通常の擬正方形の場合と遜色なく
（表１のｇ欄参照）、特に長い辺と短い辺の比が小さい
ために取り扱いやすくなる利点がある。さらに、材料利
用効率も９７．７％と極めて高い。
【００１５】このような分割の工程はスライスの前でも
よく、スライス後あるいは太陽電池とした後でもよい。
なお、擬正六角形の残存する円形部分の一部または全部
を直線で置き換えたものや、辺や角にわずかな変更を加
えたものはすべて本発明の範囲に属する。
よく、スライス後あるいは太陽電池とした後でもよい。
なお、擬正六角形の残存する円形部分の一部または全部
を直線で置き換えたものや、辺や角にわずかな変更を加
えたものはすべて本発明の範囲に属する。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明の擬正六角形をなす基板は、材料
利用効率が極めて高いものであり、この基板を用いて太
陽電池を作製し、この太陽電池を敷き詰めて太陽電池モ
ジュールとしたものは、モジュール充填率が高く、コス
ト的にも極めて優れている。
利用効率が極めて高いものであり、この基板を用いて太
陽電池を作製し、この太陽電池を敷き詰めて太陽電池モ
ジュールとしたものは、モジュール充填率が高く、コス
ト的にも極めて優れている。
【図１】 従来の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モジュ
ールを示す概略平面図である。
ールを示す概略平面図である。
【図２】 従来の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モジュ
ールの他の例を示す概略平面図である。
ールの他の例を示す概略平面図である。
【図３】 従来の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モジュ
ールのさらに他の例を示す概略平面図である。
ールのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図４】 従来の、ウエハから基板を得る様子を示す概
略平面図である。
略平面図である。
【図５】 従来の、ウエハから基板を得る他の例を示す
概略平面図である。
概略平面図である。
【図６】 本発明の、円形ウエハから基板を得る方法を
説明する概略平面図である。
説明する概略平面図である。
【図７】 本発明の、円形ウエハを加工して擬正六角形
の基板を得る方法を説明する概略平面図である。
の基板を得る方法を説明する概略平面図である。
【図８】 太陽電池モジュールの太陽電池の配列を説明
するための概略平面図である。
するための概略平面図である。
【図９】 太陽電池モジュールの太陽電池の配列を説明
するための概略平面図である。
するための概略平面図である。
【図１０】 本発明の擬正六角形を２つに分割して基板
とする様子を説明する概略平面図である。
とする様子を説明する概略平面図である。
【図１１】 本発明の擬正六角形を２つに分割して基板
とする他の例を示す概略平面図である。
とする他の例を示す概略平面図である。
【図１２】 本発明の擬正六角形を４つに分割して基板
とする様子を説明する概略平面図である。
とする様子を説明する概略平面図である。
【図１３】 本発明の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モ
ジュールを示す概略平面図である。
ジュールを示す概略平面図である。
【図１４】 本発明の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モ
ジュールの他の例を示す概略平面図である。
ジュールの他の例を示す概略平面図である。
【図１５】 本発明の太陽電池を敷き詰めた太陽電池モ
ジュールのさらに他の例を示す概略平面図である。
ジュールのさらに他の例を示す概略平面図である。
１ 基板 ２ 太陽電池モジュール ３ ウエハ ４ 外周円 ５，６，７ 正六角形 ８ 擬正六角形 9 太陽電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 孝夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部研究所内 Ｆターム(参考） 5F051 AA02 EA20 GA04 GA20
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池用基板において、シリコン単結晶ウエハの外
周円に内接する正六角形よりも大きく、該ウエハの外周
円が内接する正六角形よりも小さな正六角形で切り取ら
れた、頂点に円形部分を残す擬正六角形のウエハが、２
つまたは４つに分割されていることを特徴とする太陽電
池用基板。 - 【請求項２】 前記擬正六角形のウエハが、正六角形の
対向する頂点と頂点を結ぶ直線Ａで２つに分割されてい
るか、対向する辺の中点と中点を結ぶ直線Ｂで２つに分
割されているか、または直交する直線Ａと直線Ｂで４つ
に分割されている請求項１に記載の太陽電池用基板。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の太陽電池用基
板を用いてなることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項４】 請求項３に記載の太陽電池を敷き詰めて
形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項５】 モジュール充填率が８５％以上で、ウエ
ハの面積利用率が８５％以上である請求項４に記載の太
陽電池モジュール。 - 【請求項６】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池において、円柱状のシリコン単結晶を切断ま
たは研削して断面形状を擬正六角形柱状とした後、スラ
イスして基板として用いることを特徴とする太陽電池の
製造方法。 - 【請求項７】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池において、円柱状のシリコン単結晶を切断ま
たは研削して断面形状を擬正六角形柱状とし、これを分
割した後、スライスして基板として用いることを特徴と
する太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池において、擬正六角形のシリコン単結晶ウエ
ハを加工して太陽電池とした後、分割することを特徴と
する太陽電池の製造方法。 - 【請求項９】 シリコン単結晶ウエハを基板として用い
る太陽電池において、円形のシリコン単結晶ウエハをそ
のままの形状で加工し太陽電池とした後、擬正六角形と
し、さらに分割することを特徴とする太陽電池の製造方
法。
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| JP2001094127A true JP2001094127A (ja) | 2001-04-06 |
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