JP2008294365A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上させた太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】柱状の半導体結晶インゴット１００の柱面１１に、柱面１１の高さ方向に連続する第１溝３１が形成されており、第１溝３１は半導体結晶インゴット１００を特定する情報を示す。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体結晶インゴットを用いて形成する太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換するため、新しいエネルギー源として期待されている。

このような太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度であるため、家屋やビル等の電力源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を配列した太陽電池モジュールが用いられる。太陽電池は、太陽光を受光する受光面と受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。

ここで、太陽電池モジュールに含まれる個々の太陽電池を管理するために、個々の太陽電池の受光面、裏面もしくは側面に、太陽電池の製造年月日、製造国、製造元などの情報を示す識別標識を形成することが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２００５１４号公報

一方、太陽電池の特性不良は、半導体結晶インゴットの特性不良に起因する場合が多い。このような場合には、半導体結晶インゴットの製造時に遡って特性不良の要因を調査する必要がある。従って、半導体結晶インゴットを特定する情報（製造ロット、製造年月日等）は、太陽電池の品質管理上重要である。

しかしながら、上記のように太陽電池を形成した後に識別標識を形成する場合には、太陽電池の形成後まで、半導体結晶インゴットを特定する情報を個別に別途管理する必要がある。また、半導体結晶インゴットを特定する情報を太陽電池に付加するには、個々の太陽電池毎に識別標識を形成する必要がある。

以上のような煩雑な管理及び製造工数の増加に起因して、生産性が低下するおそれがある。

また、半導体結晶インゴットは薄い半導体結晶基板にスライスされるため、半導体結晶基板として切り出される位置に合わせて識別標識を個々に形成することは煩雑であり、さらに生産性が低下するおそれがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させた太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、柱状の半導体結晶インゴットの柱面に、前記柱面の高さ方向に連続する第１標識を形成する工程Ａと、前記半導体結晶インゴットをスライスすることにより半導体結晶基板を形成する工程Ｂと、前記半導体結晶基板を用いて太陽電池を形成するする工程Ｃとを備え、前記第１標識は、前記半導体結晶インゴットを特定する情報を示すことを要旨とする。

本発明の特徴によれば、第１標識は、半導体結晶インゴットの柱面における高さ方向に連続して形成されるため、半導体結晶インゴットから切り出される全ての半導体結晶基板に第１溝標識を効率的に形成することができる。また、半導体結晶基板を用いた太陽電池の第１標識を使用して、特性不良が発生した太陽電池に使用された半導体結晶インゴットを簡便に特定することができる。これにより、効率的に半導体結晶インゴットの製造時（製造元、製造年月日、製造条件など）まで追跡調査を行うことができる。また、半導体結晶インゴットを特定する情報を示す第１標識が予め形成された半導体結晶基板を用いて太陽電池を形成することができるため、太陽電池の作製が完了するまで、半導体結晶インゴットを特定する情報を別途管理する必要がない。従って、太陽電池ごとに識別標識を形成する場合に比べて、太陽電池の生産性を向上させることができる。

本発明の特徴において、前記第１標識は、複数の溝により構成されており、前記半導体結晶インゴットを特定する情報は、前記複数の溝の組合わせによって示されることが好ましい。

本発明の特徴において、前記工程Ａでは、前記半導体結晶インゴットの柱面に、前記柱面の高さ方向に連続する第２標識をさらに形成し、前記第２標識は、前記半導体結晶インゴットにおける高さ方向の位置を特定する情報を示すことが好ましい。

本発明の特徴において、前記半導体結晶インゴットの柱面は、複数の平面により構成されており、前記第１標識と前記第２標識とは、前記複数の平面のうち、それぞれ異なる平面に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、生産性を向上させた太陽電池の製造方法を提供する単位面積当たりの発電量を向上させた太陽電池モジュールを提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（半導体結晶インゴットの加工）
まず、半導体結晶インゴット１００を準備する。図１は、本実施形態において用いる半導体結晶インゴット１００を示している。半導体結晶インゴット１００は四角柱状に形成されており、四つの柱面１１〜１４を有する。四つの柱面１１〜１４は、第１平面（上面）２１から第２平面（底面）２２まで一様に形成されている。

半導体結晶インゴット１００としては、ＣＺ法、ＦＺ法、ＥＦＧ法などにより形成される単結晶シリコンインゴットや、キャスト法などによって形成される多結晶シリコンインゴットなどのシリコン系半導体結晶インゴットを用いることができる。また、半導体結晶インゴット１００としては、シリコン系半導体結晶インゴットに限らず、ＧａＡｓ等の化合物系半導体結晶インゴットを用いてもよい。本実施形態では、一例として、四角柱状に形成された半導体結晶インゴット１００を用いるが、他の多角柱状や円柱状などに形成されていてもよい。なお、半導体結晶インゴット１００は、所定の方法によって形成された半導体結晶インゴットを、バンドソー装置等によって複数本に切断された柱状の半導体結晶ブロックを用いてもよい。

次に、図２に示すように、柱面１１上に、当該半導体結晶インゴット１００を特定し、柱面１１の高さ方向に連続する第１溝３１を形成する。具体的に、レーザ光線による彫刻法、エッチングによる腐食法などにより、第１平面２１から第２平面２２まで所定の深さの第１溝３１を形成する。本実施形態に係る第１溝３１は、複数本の溝により構成され、高さ方向と直交する方向における溝の組合わせにより半導体結晶インゴット１００を特定する情報を示す識別標識である。ここで、半導体結晶インゴット１００を特定する情報とは、半導体結晶インゴット１００を用いて作製される太陽電池から、作製に用いられた当該半導体結晶インゴット１００を特定するために有用な情報である。従って、半導体結晶インゴット１００を特定する情報としては、例えば、製造元、製造年月日、製造Ｌｏｔ番号、製造条件などの情報を任意に選択することができる。

次に、柱面１２上に、当該半導体結晶インゴット１００における高さ方向の位置を特定し、柱面１２の高さ方向に連続する第２溝３２を形成する。具体的に、レーザ光線による彫刻法、エッチングによる腐食法などにより、第１平面２１から第２平面２２まで連続する第２溝３２を所定の深さで形成する。本実施形態に係る第２溝３２は、１本の溝により構成される。第２溝３２は、半導体結晶インゴット１００における高さ方向の位置を特定する情報を示す識別標識である。本実施形態では、高さ方向に対して所定の傾きを有するように第２溝３２を形成している。従って、高さ方向と直交する方向における第２溝３２が形成された位置により、第１平面２１及び第２平面２２からの位置を判別することができる。

このように、第１溝３１は、半導体結晶インゴット間における特定の半導体結晶インゴットを識別するための標識であり、第２溝３２は、特定の半導体結晶インゴット内における特定の位置を識別するための標識である。なお、第１溝３１及び第２溝３２は、半導体結晶インゴット１００を用いて太陽電池を形成した場合に、太陽電池の出力を低下させない程度の深さで形成すればよい。

次に、半導体結晶インゴット１００をワイヤーソー装置などによりスライスする。これにより、半導体結晶基板（ウェハー）が形成される。図３は、半導体結晶インゴット１００から複数の半導体結晶基板１０を切り出した様子を模式的に示している。図４は、一の半導体結晶基板１０を拡大して示している。図３に示すように、全ての半導体結晶基板１０において、一の側面には第１溝３１が形成されており、他の側面には第２溝３２が形成されている。図４に示すように、第１溝３１及び第２溝３２は、半導体結晶基板１０の一の主面から、一の主面の反対側に設けられた他の主面まで連続して、所定の深さで形成されている。従って、一の主面及び他の主面は、第１溝３１及び第２溝３２に対応する凹部を有している。換言すれば、一の主面及び他の主面を形成する辺は、第１溝３１及び第２溝３２に対応する凹凸形状を有する。なお、第１溝３１は、一の側面においてバーコード標識のように形成されている。

なお、半導体結晶インゴット１００には、本実施形態に係る第１溝３１及び第２溝３２の他に、半導体結晶基板１０の面方位を特定するためのノッチやオリエンテーションフラットを形成してもよい。

（太陽電池の形成）
次に、半導体結晶基板１０を用いて太陽電池を形成する。このような太陽電池としては、半導体結晶基板１０を用いて形成される半導体ｐｎ接合或いは半導体ｐｉｎ接合等の半導体接合を基本構造として有する一般的な太陽電池を形成することができる。以下においては、図５及び図６を用いて太陽電池の製造方法の一例を説明する。なお、半導体結晶基板１０の導電型はｎ型又はｐ型のいずれであってもよいが、半導体結晶基板１０の導電型がｎ型であるものとして説明する。

まず、ｎ型半導体結晶基板１０の表面を洗浄して、不純物を除去する。

次に、ＲＦプラズマＣＶＤ法などの気相成長法を用いてｎ型半導体結晶基板１０の一の主面上に、ｉ型非晶質半導体層４１、ｐ型非晶質半導体層４２を順次積層する。同様に、ｎ型半導体結晶基板１０の他の主面上に、ｉ型非晶質半導体層４３、ｎ型非晶質半導体層４４を順次積層する。

次に、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｐ型非晶質半導体層４２上に、ＩＴＯ膜４５を形成する。同様に、ｎ型非晶質半導体層４４上に、ＩＴＯ膜４６を形成する。以上により、光電変換部４７が形成される。

次に、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いて、エポキシ系熱硬化型の銀ペースト４８を、ＩＴＯ膜４５上において櫛形状に形成する。同様に、エポキシ系熱硬化型の銀ペースト（不図示）を、ＩＴＯ膜４６上の全面に形成する。これにより、光電変換部４７で生成される光生成キャリアを集電する集電電極が形成される。

以上により、図６に示す太陽電池１が形成される。ここで、図４に示したように、半導体結晶基板１０の一の主面及び他の主面は、第１溝３１及び第２溝３２に対応する凹部を有する。従って、このような半導体結晶基板１０を用いて形成される太陽電池１の一の主面、及び一の主面の反対側に設けられる他の主面は、第１溝３１及び第２溝３２に対応する凹部を有する。

（作用及び効果）
本実施形態に係る太陽電池の製造方法によれば、柱状の半導体結晶インゴット１００の柱面１１に、柱面１１の高さ方向に連続する第１溝３１が形成される。第１溝３１は、半導体結晶インゴット１００を特定する情報を示す。

このように、第１溝３１は、半導体結晶インゴット１００の柱面１１における高さ方向に連続して形成されるため、半導体結晶インゴット１００から切り出される全ての半導体結晶基板１０に第１溝３１を効率的に形成することができる。また、半導体結晶基板１０を用いた太陽電池１に形成される第１溝３１を使用して、特性不良が発生した太陽電池に使用された半導体結晶インゴットを簡易に特定することができる。これにより、効率的に半導体結晶インゴットの製造時（製造元、製造年月日、製造条件など）まで追跡調査を行うことができる。

また、半導体結晶インゴット１００を特定する情報を示す第１溝３１が予め形成された半導体結晶基板１０を用いて太陽電池を形成することができるため、太陽電池の作製が完了するまで、半導体結晶インゴット１００を特定する情報を別途管理する必要がない。従って、太陽電池ごとに識別標識を形成する場合に比べて、太陽電池の生産性を向上させることができる。

本実施形態に係る太陽電池の製造方法によれば、第１溝３１は、複数の溝により構成されており、半導体結晶インゴットを特定する情報は、複数の溝の組合わせによって示される。

このように、第１溝３１をバーコード標識のように用いることにより、半導体結晶インゴット１００を特定する情報を機械的に読み取ることができる。その結果、識別標識を誤認することなく効率的に識別することができる。

本実施形態に係る太陽電池の製造方法によれば、柱状の半導体結晶インゴット１００の柱面１２に、柱面１２の高さ方向に連続する第２溝３２が形成される。第２溝３２は、半導体結晶インゴット１００における高さ方向の位置を特定する情報を示す。

ここで、一般的に、半導体結晶インゴット内部における比抵抗値のばらつきは、半導体結晶インゴットの高さ方向において大きくなる傾向にある。比抵抗値は、太陽電池１の特性に大きな影響を与えるため、太陽電池の特性不良の要因を解析するに際して、半導体結晶インゴットにおける高さ方向の位置を特定する情報は重要な役割を担う。

従って、第２溝３２によって示される半導体結晶インゴット１００における高さ方向の位置を特定する情報を用いることにより、半導体結晶インゴットの製造条件等の改善をより精密に行うことができる。

さらに、第１溝３１及び第２溝３２は、太陽電池１の出力に影響を及ぼさない程度の深さで形成されているため、太陽電池の出力を低下させることなく所望の情報を示す標識を形成することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、所望の情報を示す標識として第１溝３１及び第２溝３２を形成したが、加熱による変質等がなく、不純物を放出するおそれがなければ標識として用いることができる。従って、このような条件を満たす限り、第１溝３１及び第２溝３２の代わりにインク等を塗布加工してもよい。

また、上記実施形態では、半導体結晶インゴット１００のスライス工程前に第１溝３１及び第２溝３２を形成したが、半導体結晶インゴット１００をスライスすることにより形成される複数の半導体結晶基板１０を重ね合わせた状態で溝を形成することができる。

また、上記実施形態では、第１溝３１と第２溝３２とをそれぞれ異なる柱面（柱面１１と柱面１２）に形成したが、同一の柱面に形成してもよい。

また、上記実施形態では、半導体結晶インゴット１００を用いたが、半導体結晶インゴット１００をバンドソー装置等によって複数本に切断された柱状の半導体結晶ブロックを用いてもよい。この場合においても、第２溝３２は、半導体結晶インゴット１００内における高さ方向を特定する情報を示していればよい。

また、上記実施形態では、第１溝３１と第２溝３２とを半導体結晶インゴット１００に形成したが、半導体結晶インゴットの高さ方向を特定する必要がなければ、第２溝３２を形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、第１溝３１を複数の溝により構成したが、１本の溝が形成される位置により半導体結晶インゴットを特定することができれば、第１溝３１を１本の溝により構成してもよい。

また、上記実施形態では、第２溝３２を１本の溝により構成したが、複数の溝により構成してもよい。

実施形態に用いた半導体結晶インゴット１００の外観図である。 実施形態に用いた半導体結晶インゴット１００に形成した第１溝３１及び第２溝３２を示す図である。 実施形態に用いた半導体結晶インゴット１００から切り出した半導体結晶基板１０を示す図である。 半導体結晶基板１０の拡大図である。 半導体結晶基板１０を用いて形成した光電変換部４７を示す図である。 半導体結晶基板１０を用いて形成した太陽電池１を示す図である。

符号の説明

１…太陽電池
１０…半導体結晶基板
１００…半導体結晶インゴット
１１〜１４…柱面
２１…第１平面
２２…第２平面
３１…第１溝
３２…第２溝
４１…ｉ型非晶質半導体層
４２…ｐ型非晶質半導体層
４３…ｉ型非晶質半導体層
４４…ｎ型非晶質半導体層
４５…ＩＴＯ膜
４６…ＩＴＯ膜
４７…光電変換部
４８…銀ペースト

Claims (4)

1. 柱状の半導体結晶インゴットの柱面に、前記柱面の高さ方向に連続する第１標識を形成する工程Ａと、
   前記半導体結晶インゴットをスライスすることにより半導体結晶基板を形成する工程Ｂと、
   前記半導体結晶基板を用いて太陽電池を形成するする工程Ｃと
   を備え、
   前記第１標識は、前記半導体結晶インゴットを特定する情報を示すことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記第１標識は、複数の溝により構成されており、
   前記半導体結晶インゴットを特定する情報は、前記複数の溝の組合わせによって示されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記工程Ａにおいて、前記半導体結晶インゴットの柱面に、前記柱面の高さ方向に連続する第２標識をさらに形成し、
   前記第２標識は、前記半導体結晶インゴットにおける高さ方向の位置を特定する情報を示すことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記半導体結晶インゴットの柱面は、複数の平面により構成されており、
   前記第１標識と前記第２標識とは、前記複数の平面のうち、それぞれ異なる平面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。

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