JP4684126B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element.

シリコン基板を利用した電子デバイスを構成する素子は数多く開発されており、特に光電変換素子としての太陽電池セルは、クリーンエネルギー源として注目され、現在、開発が盛んに行われている。   Many elements constituting an electronic device using a silicon substrate have been developed. In particular, photovoltaic cells as photoelectric conversion elements have attracted attention as clean energy sources, and are being actively developed.

シリコン基板を利用した太陽電池セルの一般的な製造方法について以下説明する。原料シリコンを、るつぼで溶解して冷却固化することで、図１に示す多結晶状態のシリコンインゴット１００を得る。大きさの例としては高さ２０ｃｍ幅５０ｃｍ奥行５０ｃｍである。次に、シリコンインゴットを点線２００のように、ブレードソーで切断して９個のシリコンブロックとする。一つのシリコンブロックの上面の大きさは１５ｃｍ×１５ｃｍとなる。ただし、側面の不純物が多い厚さ２ｃｍ程度を除いている。更に、マルチワイヤーソーにより、シリコンブロックを図１の水平方向で、かつ一定厚さで多数同時にスライスすることでシリコン基板を得る。その外形寸法は概ね１５ｃｍ角形の形状で、厚さとしては３００μｍ前後となっている。厚さの変動幅は１０μｍ前後と極めて平坦な表面を呈する。   A general method for manufacturing a solar battery cell using a silicon substrate will be described below. The raw material silicon is melted in a crucible and cooled and solidified to obtain a polycrystalline silicon ingot 100 shown in FIG. As an example of the size, the height is 20 cm, the width is 50 cm, and the depth is 50 cm. Next, the silicon ingot is cut with a blade saw as shown by a dotted line 200 to form nine silicon blocks. The size of the upper surface of one silicon block is 15 cm × 15 cm. However, a thickness of about 2 cm with a large amount of impurities on the side surface is excluded. Furthermore, a silicon substrate is obtained by simultaneously slicing a number of silicon blocks in the horizontal direction in FIG. Its external dimensions are approximately 15 cm square, and the thickness is around 300 μm. The variation width of the thickness exhibits an extremely flat surface of around 10 μm.

図２に示す太陽電池セルの断面構造に基づいて以下説明する。シリコン基板１の受光面側（図では上側）から、リンなどのｎ型となるドーパント元素を熱拡散することで、ｎ+層２が形成される。熱拡散の方法としては、リン元素、チタニウム元素を含む有機化合物溶液（以下ＰＴＧと記す）を上面に塗布した後、加熱することでシリコン表面にリン元素を含むｎ+層が形成でき、同時に約７００ÅのＴｉＯ2からなる反射防止膜３が形成される。ｎ+層形成の別方法としてはＰＯＣｌ3を含む高温気体中にシリコン基板を置くことで実現できるが、更に他の方法としてはリンを含む溶液をシリコン面にスプレー塗布した後に加熱する方法でも拡散が可能である。後２者の場合には、その上側には別途、反射防止膜３の形成が必要になる。この反射防止膜３としては、蒸着法ではＴｉＯ2層や、プラズマ法ではＳｉ−Ｎ層が受光面の全面に形成される。 This will be described below based on the cross-sectional structure of the solar battery cell shown in FIG. The n + layer 2 is formed by thermally diffusing an n-type dopant element such as phosphorus from the light receiving surface side (upper side in the figure) of the silicon substrate 1. As a thermal diffusion method, an organic compound solution containing phosphorus element and titanium element (hereinafter referred to as PTG) is applied to the upper surface and then heated to form an n + layer containing phosphorus element on the silicon surface. An antireflection film 3 made of 700 TiO 2 is formed. Another method for forming the n + layer can be realized by placing the silicon substrate in a high-temperature gas containing POCl 3, but as another method, diffusion can also be achieved by spraying a solution containing phosphorus on the silicon surface and then heating. Is possible. In the case of the latter two, it is necessary to separately form an antireflection film 3 on the upper side. As the antireflection film 3, a TiO 2 layer is formed on the entire light receiving surface by a vapor deposition method or a Si—N layer by a plasma method.

受光面電極４としては、図３に示す太陽電池セルの受光面側からの平面図のように、グリッド形状に、線幅１００μｍ程度の電極４１とコレクタ部４２が、銀を主成分とするペースト材料を印刷して炉で焼成することで導体となり電極線が形成される。この焼成の段階で、図２において、ペースト材料は、極く薄い反射防止膜３を貫通してｎ+層２表面とは低い接触抵抗で電気的に接続できる。他方の裏面全面には、アルミニウムを合金化することで裏面電界層５が裏面の全面に形成される。この時シリコン内に拡散されない金属アルミニウムは裏面電極６として用いられる。電極形成の順番としては、裏面電極を先に形成することも可能である。   As the light-receiving surface electrode 4, as shown in the plan view from the light-receiving surface side of the solar battery cell shown in FIG. 3, an electrode 41 having a line width of about 100 μm and a collector portion 42 in a grid shape are composed mainly of silver. By printing the material and firing it in a furnace, it becomes a conductor and an electrode wire is formed. In this firing stage, in FIG. 2, the paste material can be electrically connected to the surface of the n + layer 2 through the extremely thin antireflection film 3 with a low contact resistance. The back surface electric field layer 5 is formed on the entire back surface by alloying aluminum with the other back surface. At this time, the metal aluminum which is not diffused into the silicon is used as the back electrode 6. As the order of electrode formation, the back electrode can be formed first.

上述した製造方法概要の工程図を図４に示す。最初のｓｔｅｐ１の洗浄、エッチングの工程では、通常の半導体プロセスと同様に、樹脂製の溝つきカセットに、シリコン基板を略５ｍｍ間隔で３０枚程度入れる。このカセットを洗浄液などの液体中に浸漬してシリコン基板表面を清浄化するが、時には表面に微細な凹凸形成仕上げを行なうこともある。次にｓｔｅｐ２では、カセットから１枚ずつ取出した後に上述の方法で半導体層の接合と反射防止膜の形成を行なう。その後、ｓｔｅｐ３とｓｔｅｐ４では、それぞれ印刷、焼成法で裏面電極、受光面電極を形成、ｓｔｅｐ５では太陽電池セルのリーク電流を除くために例えば化学的な原理で不要な半導体層の接合除去を行なう。このように、太陽電池セルの製造は、たとえば特許文献１、特許文献２に示されるように、枚葉のシリコン基板を用いて、各工程内においても枚葉のシリコン基板の状態で拡散、電極形成などを行なっている。工程途中には、枚葉のシリコン基板を収納するカセット治具も多用される。
特開平４−３４８０８２号公報 特開平５−１１０１２２号公報 FIG. 4 shows a process diagram of the outline of the manufacturing method described above. In the first step 1, cleaning and etching processes, about 30 silicon substrates are put in a resin-made grooved cassette at intervals of about 5 mm, as in a normal semiconductor process. The cassette is immersed in a liquid such as a cleaning solution to clean the surface of the silicon substrate, but sometimes the surface is finely textured. Next, in step 2, the semiconductor layers are joined and the antireflection film is formed by the above-mentioned method after taking out one sheet from the cassette. Thereafter, in step 3 and step 4, the back electrode and the light receiving surface electrode are formed by printing and baking methods, respectively, and in step 5, the unnecessary semiconductor layer is removed by chemical principle, for example, in order to eliminate the leakage current of the solar battery cell. As described above, for example, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, the solar cell is manufactured by using a single wafer silicon substrate and diffusing the electrode in the state of the single wafer silicon substrate in each process. Forming and so on. In the middle of the process, a cassette jig for storing a single wafer silicon substrate is often used.
JP-A-4-3488082 Japanese Patent Laid-Open No. 5-110122

シリコン基板のカセット収納を工程各所に用いる枚葉式の太陽電池セル製造工程においては、シリコン基板に対し種々の応力が印加される。そして、シリコン基板の端部とカセットの接触点に集中応力がかかることや、洗浄などでの溶液流応力がかかることは、シリコン基板の破損の主な原因と推測されている。現在までのシリコン基板の破損の経験則から、前記応力によるシリコン基板の破損を防ぐためには、シリコン基板の厚さ下限としては３００μｍ前後とならざるを得ない状況にある。したがって、従来の製造方法でシリコン基板厚さが２００μｍ未満である薄型の太陽電池セルを製造した場合、シリコン基板自体が破損してしまう。   In a single wafer solar cell manufacturing process in which cassette storage of a silicon substrate is used in various parts of the process, various stresses are applied to the silicon substrate. Further, it is estimated that the concentrated stress is applied to the contact point between the end portion of the silicon substrate and the cassette and the solution flow stress is applied during cleaning or the like, which is a main cause of the damage of the silicon substrate. From the empirical rule of damage of the silicon substrate up to now, in order to prevent the damage of the silicon substrate due to the stress, the lower limit of the thickness of the silicon substrate has to be around 300 μm. Therefore, when a thin solar cell having a silicon substrate thickness of less than 200 μm is manufactured by a conventional manufacturing method, the silicon substrate itself is damaged.

本発明の目的は、上述の問題点を解消するために、シリコン基板が製造工程で破損しない強度を保ったまま、その厚さを低減することが可能な製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing the thickness of the silicon substrate while maintaining the strength that does not damage the silicon substrate in the manufacturing process in order to solve the above-described problems.

本発明は、複数の半導体基板をその端部で互いに接続して帯状とした連続接続基板を用いて複数の光電変換素子を連続的に作製する光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which a plurality of photoelectric conversion elements are continuously manufactured using a continuous connection substrate that is formed by connecting a plurality of semiconductor substrates to each other at their ends.

前記半導体基板の厚さ範囲が２０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の製造方法は、複数の半導体基板を接続するための接着材に、シリコン共晶金属、ガラスフリット、樹脂のいずれかを用いることが好ましい。そして前記半導体基板は、シリコン基板であることが好ましい。そして、シリコン基板は、るつぼ内の原料シリコンの融液を、るつぼ底から冷却しながら固化することによって得られる多結晶状態のシリコンインゴットがスライスされたものであり、シリコン基板の表面は、シリコン結晶の成長方向と同じ方向の面であることが好ましい。 The thickness range of the semiconductor substrate is preferably 20 μm or more and 80 μm or less.
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to use any one of silicon eutectic metal, glass frit, and resin as an adhesive for connecting a plurality of semiconductor substrates. The semiconductor substrate is preferably a silicon substrate. The silicon substrate is obtained by slicing a polycrystalline silicon ingot obtained by solidifying the melt of raw material silicon in the crucible while cooling from the bottom of the crucible. The surface is preferably in the same direction as the growth direction.

本発明の製造方法は、光電変換素子を連続的に作製する製造工程は、連続接続基板をローラーに巻きつけ、一定の速度で移動させることによって、少なくとも
（ａ）連続接続基板をエッチングと清浄化する工程、
（ｂ）連続接続基板に半導体層を接合する工程、
（ｃ）連続接続基板に反射防止膜を形成する工程、
（ｄ）連続接続基板に裏面電極を形成する工程、
（ｅ）連続接続基板に受光面電極を形成する工程
を含み、連続接続基板をローラに巻きつけ、一定の速度で移動させることによって、各工程を連続的に行うことが好ましい。 In the manufacturing method of the present invention, at least (a) the continuous connection substrate is etched and cleaned by winding the continuous connection substrate around a roller and moving it at a constant speed. The process of
(B) bonding the semiconductor layer to the continuous connection substrate;
(C) forming an antireflection film on the continuous connection substrate;
(D) forming a back electrode on the continuous connection substrate;
(E) viewing including the step of forming the light-receiving surface electrode in continuous connection substrate, wound continuous connection substrate to the roller, by moving at a constant speed, it is preferable to carry out each step continuously.

本発明の製造方法においては、製造工程で破損しない強度を保ったまま、その厚さを低減することが可能であり、薄型の太陽電池セルを大量生産することができる。また、複数の光電変換素子を連続して作製するため、太陽電池セル製造時間短縮が可能である。   In the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the thickness while maintaining the strength that is not damaged in the manufacturing process, and it is possible to mass-produce thin solar cells. Moreover, since several photoelectric conversion elements are produced continuously, the solar cell manufacturing time can be shortened.

＜連続接続基板＞
本発明の製造方法において、複数の半導体基板をその端部で互いに接続して帯状とした連続接続基板を用いる。半導体基板一枚ずつをカセット収納して処理する場合に比べると、結果として、主に半導体基板の面方向に応力が一様に加わるだけの状態で製造が可能になるので、半導体基板が破損しにくい。 <Continuous connection board>
In the manufacturing method of the present invention, a continuous connection substrate in which a plurality of semiconductor substrates are connected to each other at their end portions to form a belt shape is used. Compared to the case where each semiconductor substrate is housed in a cassette and processed, as a result, the semiconductor substrate can be damaged because it can be manufactured with only a uniform stress applied to the surface direction of the semiconductor substrate. Hateful.

以下、シリコン基板を例にして連続接続基板の製造方法について、図６に示す接続したシリコン基板の断面図に基づいて説明する。シリコン基板１１は短辺１２側において、シリコン基板１３の短辺側と、接着材１４で接続する。接続部の幅は、シリコン基板の長辺の１／１００〜１／１０の長さが好ましい。   Hereinafter, a method for manufacturing a continuous connection substrate will be described with reference to a cross-sectional view of connected silicon substrates shown in FIG. The silicon substrate 11 is connected to the short side of the silicon substrate 13 by the adhesive 14 on the short side 12 side. The width of the connecting portion is preferably 1/100 to 1/10 of the long side of the silicon substrate.

接着材１４は、連続接続基板の連続移動のための力に十分耐えること、少なくとも３００℃程度の耐熱性があればよい。具体的には、シリコン共晶金属が好ましく、例えばＡｕを用いることで５００℃付近において容易に共晶状態で強固に接続できる。その他の接着材１４は、低コストなガラスフリット、樹脂材料であってもよい。   The adhesive 14 only needs to sufficiently withstand the force for continuous movement of the continuous connection substrate and have a heat resistance of at least about 300 ° C. Specifically, a silicon eutectic metal is preferable, and by using, for example, Au, it can be easily and firmly connected in a eutectic state at around 500 ° C. The other adhesive material 14 may be a low-cost glass frit or resin material.

シリコン基板は、厚さ１００μｍ以下に薄くスライスした基板を用いることで、曲げ応力が加わったときには、破断応力以下の状態であれば容易にシリコン基板は曲がることが可能となり、かえって破損し難くなる利点を生じる。   By using a thinly sliced substrate with a thickness of 100 μm or less, the silicon substrate can be easily bent when the bending stress is applied, so that the silicon substrate can be easily bent if it is below the breaking stress. Produce.

そこで、シリコン基板を厚さ２０〜８０μｍ程度まで化学研磨で破砕層を除き洗浄化した後に、このシリコン基板の端部を重ねて接着材１４で接続する。この接続部を含む厚さ２０〜８０μｍの連続接続基板は、曲率８０〜２００ｍｍ直径程度の曲げにおいても破損を生じない。   Therefore, after the silicon substrate is cleaned to a thickness of about 20 to 80 μm by removing the crushed layer by chemical polishing, the ends of the silicon substrate are overlapped and connected by the adhesive 14. The continuous connection substrate having a thickness of 20 to 80 μm including the connection portion does not break even when the curvature is about 80 to 200 mm in diameter.

この理由として、厚み２０μｍ未満では、シリコン基板内の厚みの部分変化があること、つまり極端に薄い個所に応力が集中して破損したと推測される。また８０μｍを超える厚さでは、特に接続部には、非接続部よりもより大きな応力がかかること、厚みが増加することで連続接続基板が曲がり難くなる方向であること等の基本的な要因などから、破損が生じたと推測される。   The reason for this is that when the thickness is less than 20 μm, there is a partial change in the thickness within the silicon substrate, that is, it is assumed that the stress is concentrated and damaged at an extremely thin portion. In addition, when the thickness exceeds 80 μm, the basic factors such as that the connection portion is more stressed than the non-connection portion, and that the continuous connection substrate is less likely to bend due to the increase in thickness. From this, it is presumed that damage occurred.

＜光電変換素子の連続作製＞
本発明の各製造工程に連続接続基板を連続的にベルトコンベア式に移動させることで、連続接続基板を処理するために、前記カセット収納する必要がない。また、連続して複数の光電変換素子を製造するため、従来の太陽電池セル製造時間の１／５程度まで時間短縮が可能である。 <Continuous production of photoelectric conversion elements>
By continuously moving the continuous connection board to the belt conveyor type in each manufacturing process of the present invention, it is not necessary to store the cassette in order to process the continuous connection board. In addition, since a plurality of photoelectric conversion elements are continuously manufactured, the time can be shortened to about 1/5 of the conventional solar battery manufacturing time.

以下、本発明の実施形態を図８に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail based on FIG. 8, this invention is not limited to these.

本発明の製造方法の基本構成概要部を図８に示す。シリコン基板からなる連続接続基板の一端付近を、工程内のローラー３０、ローラー２３に巻きつけた状態で示す。太陽電池セルの製造工程部分は、ＡからＩまでの９つのステーションが設けられる。この基本となる太陽電池セルの製造工程自体は図７に示す。   FIG. 8 shows a basic configuration outline part of the manufacturing method of the present invention. The vicinity of one end of the continuous connection substrate made of a silicon substrate is shown in a state of being wound around the roller 30 and the roller 23 in the process. In the manufacturing process part of the solar battery cell, nine stations A to I are provided. The basic solar cell manufacturing process itself is shown in FIG.

ｓｔｅｐ１では、洗浄とエッチングを行なう。Ａステーションではノズル３８から洗浄液、エッチング液、純水などを順次切り替えてシリコン表面の清浄化や凹凸化を行なう。片面のみを図示したが両面に設けてもよい。薬液の種類を代えることで凹凸加工なども行なえる。Ｂステーションでは赤外線ドライヤー２０が設けられ、Ａステーションで処理された面を急速乾燥する。   In step 1, cleaning and etching are performed. In the A station, the cleaning liquid, etching liquid, pure water, and the like are sequentially switched from the nozzle 38 to clean and uneven the silicon surface. Although only one side is illustrated, it may be provided on both sides. Uneven processing can be performed by changing the type of chemical. In the B station, an infrared dryer 20 is provided to rapidly dry the surface treated in the A station.

ｓｔｅｐ２では、半導体層の接合と反射防止膜の形成を行なう。まず、Ｃステーションのローラー２１でＰＴＧ液をコーティングして膜５０を形成する。次にＤステーションではこの表面にランプ２２からの光エネルギーにより温度９００℃で加熱を行なう。膜５０からシリコン内にリン元素が拡散してｎ+層を形成する。同時に、膜５０自体は反射防止膜としてのＴｉＯ2層となる。なお、シリコン基板２４同士の接続部には光エネルギーは直接照射されないので接続部は３００℃を超えることがない。次に、ローラー３０の外周部３１に沿って連続接続基板は巻きつけられて中段に移動する。 In step 2, the semiconductor layers are joined and an antireflection film is formed. First, the film 50 is formed by coating the PTG liquid with the roller 21 of the C station. Next, in the D station, the surface is heated at a temperature of 900 ° C. by light energy from the lamp 22. The phosphorus element diffuses from the film 50 into the silicon to form an n + layer. At the same time, the film 50 itself becomes a TiO 2 layer as an antireflection film. In addition, since light energy is not directly irradiated to the connection part between silicon substrates 24, a connection part does not exceed 300 degreeC. Next, the continuous connection substrate is wound around the outer peripheral portion 31 of the roller 30 and moves to the middle stage.

ｓｔｅｐ３では裏面電極を形成する。Ｅステーションでは、連続接続基板面は表裏が反転した状態となっており、スクリーン版２７を用い裏面電極のペースト材料をスキージ２８で印刷する。なお、この時連続接続基板には、下向きの力が加わるが、図示しない連続接続基板の載置台上で連続接続基板は固定されて、印刷が行われる。Ｆステーションの焼成炉２６で電極材料がセル裏面表面に焼成される。次に、ローラー２３に巻きつけられながら下段に移動する。   In step 3, a back electrode is formed. In the E station, the continuous connection substrate surface is in an inverted state, and the screen plate 27 is used to print the back electrode paste material with the squeegee 28. At this time, a downward force is applied to the continuous connection board, but the continuous connection board is fixed on a mounting base of the continuous connection board (not shown) and printing is performed. The electrode material is fired on the back surface of the cell in the firing furnace 26 of the F station. Next, it moves to the lower stage while being wound around the roller 23.

ｓｔｅｐ４では、Ｇステーションのスクリーン版３２で、銀系の受光面電極用ペースト材料がグリッド状にスキージ３３を用いて印刷され、Ｈステーションの焼成炉３５でＡｇは焼結され受光面電極となる。   In step 4, the silver-based light receiving surface electrode paste material is printed in a grid shape on the screen plate 32 of the G station using the squeegee 33, and Ag is sintered into the light receiving surface electrode in the firing furnace 35 of the H station.

ｓｔｅｐ５では、Ｉステーションのレーザー光４０で、接続部３７が高速で切断除去され、図３に示した太陽電池セルが完成する。この時、レーザー切断した二辺とは異なる二辺における不要接合が存在する場合はこの不要接合を除去してもよい。   In step 5, the connection portion 37 is cut and removed at high speed by the laser light 40 of the I station, and the solar battery cell shown in FIG. 3 is completed. At this time, when there is an unnecessary junction on two sides different from the two sides cut by the laser, the unnecessary junction may be removed.

図８の基本構成では、それぞれの炉の長さなどは全て同じに示しているが、プロセス入口のシリコン基板２４から、プロセス終了のシリコン基板位置３６までの間において、移動時間はどの位置でも一定である限り、炉長などのプロセス条件は適宜決めることが設計上可能となる。また、電極のパターン、電極材料などは任意の形状、材料とすることも可能であり、更には、各ステーションの位置、種類、個数、構成順など適宜替えることにより、太陽電池セルの生産安定性、歩留まり、太陽電池セル変換効率などを向上改善することも可能であることはいうまでもない。   In the basic configuration of FIG. 8, the lengths of the respective furnaces are all shown to be the same, but the moving time is constant at any position from the silicon substrate 24 at the process entrance to the silicon substrate position 36 at the end of the process. As long as it is, it is possible to design the process conditions such as the furnace length as appropriate. In addition, the electrode pattern, electrode material, etc. can be of any shape and material, and further, the production stability of solar cells can be changed by appropriately changing the position, type, number, configuration order, etc. of each station. Needless to say, it is also possible to improve and improve the yield and the solar cell conversion efficiency.

以上に述べた製造方法の全体において、ローラー２３，３０などの駆動は組み込まれた同期モーターにより制御された回転で行なう。この回転により、連続接続基板に対してセル化に必要な動きを生じさせる。電極の印刷法としてスクリーン印刷を用いたが、ノズルにより電極材料を連続描画することで電極を形成してもよい。この時にはシリコン基板からなる連続接続基板は一定速度で移動することで、連続して太陽電池セル化が可能である。上記のスクリーン印刷法式の電極形成では、間歇的にシリコン基板からなる連続接続基板を工程内で移動させる。   In the entire manufacturing method described above, the rollers 23 and 30 are driven by rotation controlled by a built-in synchronous motor. This rotation causes a movement necessary for cell formation with respect to the continuous connection substrate. Although screen printing is used as the electrode printing method, the electrode may be formed by continuously drawing an electrode material with a nozzle. At this time, a continuous connection substrate made of a silicon substrate moves at a constant speed, so that solar cells can be continuously formed. In the above-described screen printing type electrode formation, a continuous connection substrate made of a silicon substrate is intermittently moved in the process.

このようにして連続接続基板から太陽電池セルを製造する際には、基本的には、連続接続基板自体に引張り応力を加えることは必要でないが、実際には、連続接続基板の底面や側面でガイドする治具での引き摺りを生じる。   When manufacturing solar cells from the continuous connection substrate in this way, basically, it is not necessary to apply a tensile stress to the continuous connection substrate itself, but in practice, it is not necessary to apply the bottom or side surface of the continuous connection substrate. Dragging with the guiding jig occurs.

本製造方法のローラー３０、２３の表面材質は、硬質の金属表面でも可能であるが、他の表面材質としては、ゴムなどのように軟質の表面材質がより適切なものである。この軟質の表面は、連続接続基板の接続部個所の線状の段差あるいは線状突起部分だけが埋没することで接続部がローラー面から受ける曲げ応力を大幅に緩和する効果を発揮できる点で優れる。このことで工程途中での薄い連続接続基板の破損確率を大幅に低減できる。   The surface material of the rollers 30 and 23 in the present manufacturing method can be a hard metal surface, but as the other surface material, a soft surface material such as rubber is more appropriate. This soft surface is excellent in that it can exert the effect of greatly relieving the bending stress that the connecting part receives from the roller surface by burying only the linear step or the linear protrusion part at the connecting part of the continuous connection board. . This can greatly reduce the probability of breakage of the thin continuous connection substrate during the process.

＜半導体基板＞
本発明の製造方法の半導体基板としては、特に限定されないが、シリコン基板を用いることが好ましい。以下、半導体基板の製造工程について説明する。 <Semiconductor substrate>
The semiconductor substrate of the manufacturing method of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to use a silicon substrate. Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor substrate will be described.

まず、原料シリコンを、るつぼで溶解して、るつぼ底から冷却しながら固化することで、図５に示すような多結晶状態のシリコンインゴットを得る。   First, raw material silicon is melted in a crucible and solidified while being cooled from the bottom of the crucible, thereby obtaining a polycrystalline silicon ingot as shown in FIG.

次に、シリコンインゴットの上面と下面の、低品質な部分である厚み２０ｍｍ程度を切断除去する。更に、シリコンインゴットの上面から図の点線３００のように、一定厚さでスライスしてシリコン基板を得る。厚さとしては、２０〜８０μｍが好ましい。   Next, about 20 mm in thickness, which is a low quality portion, of the upper and lower surfaces of the silicon ingot is cut and removed. Further, the silicon substrate is sliced from the upper surface of the silicon ingot at a constant thickness as indicated by a dotted line 300 in the figure. As thickness, 20-80 micrometers is preferable.

また、このシリコン基板表面に見られる結晶粒の平均縦横長さの比率範囲は１．２以上５．０以下である。前述の、図１に示したシリコンインゴットからスライスされた従来のシリコン基板表面に見られる結晶粒では、結晶粒の平均縦横長さの比率は１．２以下である。つまり、本発明で用いるシリコン基板では、スライスされたシリコン基板の面は、るつぼ底からの結晶成長方向と同じ方向の面であることにより、この比率が大きくなり、このことで太陽電池セルとしたときの受光面に見られる結晶粒界線を少なくできる。結晶粒界線は発生キャリアの再結合個所となることから、結晶粒界線の低減によって太陽電池セルの特性を改善できる。   Further, the ratio range of the average length and width of the crystal grains found on the surface of the silicon substrate is 1.2 or more and 5.0 or less. In the above-described crystal grains found on the surface of the conventional silicon substrate sliced from the silicon ingot shown in FIG. 1, the ratio of the average vertical and horizontal length of the crystal grains is 1.2 or less. In other words, in the silicon substrate used in the present invention, the ratio of the sliced silicon substrate surface is the same as the crystal growth direction from the crucible bottom, and this ratio is increased. The grain boundary lines seen on the light receiving surface can be reduced. Since the crystal grain boundary line becomes a recombination point of the generated carriers, the characteristics of the solar battery cell can be improved by reducing the crystal grain boundary line.

（実施例１）
原料シリコンを、るつぼで溶解して、るつぼ底から冷却しながら固化することで、図５に示すような多結晶状態のシリコンインゴットを得た。大きさは５０ｃｍ×５０ｃｍで高さは２０ｃｍとした。次に、シリコンインゴットの上面と下面の、低品質な部分である厚み２０ｍｍをブレードソーで切断除去した。更に、マルチワイヤーソーでシリコンインゴットの上面から図の点線３００のように、一定厚さでスライスしてシリコン基板を得た。その外形寸法は長さ５０ｃｍ幅１６ｃｍで、厚さとしては、ほぼ８０μｍとした。 Example 1
The raw material silicon was melted in a crucible and solidified while cooling from the bottom of the crucible to obtain a polycrystalline silicon ingot as shown in FIG. The size was 50 cm × 50 cm and the height was 20 cm. Next, the thickness 20 mm which is a low quality part of the upper surface and the lower surface of the silicon ingot was removed by cutting with a blade saw. Further, a silicon substrate was obtained by slicing with a multi-wire saw from the upper surface of the silicon ingot at a constant thickness as indicated by a dotted line 300 in the figure. The external dimensions were 50 cm long and 16 cm wide, and the thickness was approximately 80 μm.

得られた長方形のシリコン基板同士の接続方法について、図６の接続したシリコン基板断面図に基づいて説明する。シリコン基板１１は短辺１２側において、シリコン基板１３の短辺側と、接着材１４で接続した。接続の面積としては１６ｃｍ×２ｍｍとした。   A method for connecting the obtained rectangular silicon substrates will be described based on the cross-sectional view of the connected silicon substrates in FIG. The silicon substrate 11 was connected to the short side of the silicon substrate 13 with an adhesive 14 on the short side 12 side. The connection area was 16 cm × 2 mm.

シリコン基板を厚さ５０μｍまで化学研磨により低減した上で、このシリコン基板の端部を重ねてＡｕを接着材１４として接続し、シリコン基板からなる連続接続基板を製造した。   After the silicon substrate was reduced to a thickness of 50 μm by chemical polishing, the ends of the silicon substrate were overlapped and Au was connected as an adhesive 14 to produce a continuous connection substrate made of a silicon substrate.

ここで、連続接続基板の工程内直線移動方向における、連続接続基板に加わる引張り強度を計算により以下求めることにした。そこで、スライスされ表面破砕層を除去した寸法幅１６ｃｍ、長さ５０ｃｍ、厚み５０μｍであるシリコン基板を用いて検討した。この長手方向が、太陽電池セル化における連続接続基板の移動方向となり、その移動のために必要な応力が、連続接続基板自体に加わる。ここではシリコン基板材質自体の破断応力σを１００ＭＰａと仮定した上で、移動方向における連続接続基板の限界引張り破断強度Ｆを以下に算出した。なお引張応力が加わる面積Ｓは移動進行方向に垂直なシリコン板の断面とした。シリコン破断応力σとは、シリコン固有の機械的破壊時の応力であるが、ここでは表面状態による影響も考慮して理論値の数分の１の値とした。   Here, the tensile strength applied to the continuous connection substrate in the linear movement direction in the process of the continuous connection substrate was determined below by calculation. Therefore, a silicon substrate having a dimension width of 16 cm, a length of 50 cm, and a thickness of 50 μm obtained by slicing and removing the surface crushed layer was examined. This longitudinal direction becomes the moving direction of the continuous connection substrate in the formation of solar cells, and stress necessary for the movement is applied to the continuous connection substrate itself. Here, assuming that the breaking stress σ of the silicon substrate material itself is 100 MPa, the limit tensile breaking strength F of the continuously connected substrate in the moving direction was calculated as follows. The area S to which the tensile stress is applied is a cross section of the silicon plate perpendicular to the moving direction. The silicon rupture stress σ is a stress at the time of mechanical fracture inherent to silicon, but here it is a value of a fraction of the theoretical value in consideration of the influence of the surface state.

引張応力が加わる面積Ｓ：幅１６ｃｍ×厚み５０μｍ＝８×１０-6ｍ2
シリコン破断応力σ：１００ＭＰａ＝１００×１０6Ｎｍ-2＝１０8Ｎｍ-2＝１０7ｋｇｆｍ-2
とすると、破断強度Ｆ（ｋｇｆ）は、これら値の積として以下のようにして求められた。
Ｆ＝σ×Ｓ＝８×１０1ｋｇｆ
次に、本実施例を図８に基づいて説明する。シリコン基板からなる連続接続基板の一端付近を、工程内のポリウレタンのゴム製のローラー３０、ローラー２３に巻きつけた。各ローラの直径は１８ｃｍとした。また、ローラー送り速度は、１２０ｃｍ／ｍｉｎとした。駆動は組み込まれた同期モーターにより制御された回転で行なった。これによってシリコン基板からなる連続接続基板は一定速度で移動させた。 Area S to which tensile stress is applied: width 16 cm × thickness 50 μm = 8 × 10 −6 m 2
Silicon breaking stress σ: 100 MPa = 100 × 10 6 Nm −2 = 10 8 Nm −2 = 10 7 kgfm −2
Then, the breaking strength F (kgf) was obtained as follows as the product of these values.
F = σ × S = 8 × 10 1 kgf
Next, the present embodiment will be described with reference to FIG. The vicinity of one end of the continuous connection substrate made of a silicon substrate was wound around a polyurethane rubber roller 30 and a roller 23 in the process. The diameter of each roller was 18 cm. The roller feed speed was 120 cm / min. The drive was performed with rotation controlled by an integrated synchronous motor. As a result, the continuous connection substrate made of the silicon substrate was moved at a constant speed.

ｓｔｅｐ１では、洗浄とエッチングを行なった。Ａステーションではノズル３８から洗浄液として塩酸水溶液、エッチング液としてフッ硝酸水溶液、純水などを順次切り替えてスプレー状にシリコン面に噴射して、連続接続基板表面の清浄化や凹凸化を行なった。Ａステーションに要する時間は０．２５ｍｉｎだった。Ｂステーションでは赤外線ドライヤー２０にて、Ａステーションで処理された面を急速乾燥した。Ｂステーションに要する時間は１．０ｍｉｎだった。   In step 1, cleaning and etching were performed. At station A, a hydrochloric acid aqueous solution as a cleaning liquid and a hydrofluoric acid aqueous solution and pure water as an etching liquid are sequentially switched from the nozzle 38 and sprayed onto the silicon surface in a spray form to clean and uneven the surface of the continuous connection substrate. The time required for station A was 0.25 min. In the B station, the surface treated in the A station was quickly dried with the infrared dryer 20. The time required for station B was 1.0 min.

ｓｔｅｐ２では、Ｃステーションのローラー２１でＰＴＧ液をコーティングして７０ｎｍの膜５０を形成した。Ｃステーションに要する時間は０．１ｍｉｎだった。次にＤステーションではこの表面にランプ２２からの光エネルギーにより温度９００℃で加熱を行なった。このとき、膜５０からシリコン内にリン元素が拡散してｎ+層を形成されることで半導体層が接合され、同時に、膜５０自体は反射防止膜としてのＴｉＯ2層となった。Ｄステーションに要する時間は６ｍｉｎだった。次に、ローラー３０の外周部３１に沿って連続接続基板を巻きつけるかたちで中段に移動させた。 In step 2, the PTG solution was coated with the roller 21 of the C station to form a 70 nm film 50. The time required for station C was 0.1 min. Next, at the D station, the surface was heated at a temperature of 900 ° C. by the light energy from the lamp 22. At this time, phosphorus elements diffused from the film 50 into silicon to form an n + layer, thereby joining the semiconductor layers. At the same time, the film 50 itself became a TiO 2 layer as an antireflection film. The time required for the D station was 6 min. Next, the continuous connection substrate was wound around the outer peripheral portion 31 of the roller 30 and moved to the middle stage.

ｓｔｅｐ３では裏面電極を形成する。Ｅステーションでは、連続接続基板面は表裏が反転した状態となり、スクリーン版２７を用い裏面電極のペースト材料をスキージ２８で印刷した。なお、この時連続接続基板には、下向きの力が加わるため、図示しない連続接続基板の載置台上で連続接続基板は固定されて、印刷が行われた。Ｅステーションに要する時間は０．１ｍｉｎだった。Ｆステーションの焼成炉２６で電極材料が太陽電池セルの裏面表面側に焼成された。Ｆステーションに要する時間は１．０ｍｉｎだった。次に、ローラー２３に巻きつけられながら下段に移動した。   In step 3, a back electrode is formed. In E station, the continuous connection board | substrate surface was in the state in which the front and back were reversed, and the paste material of the back surface electrode was printed with the squeegee 28 using the screen plate 27. FIG. At this time, since a downward force is applied to the continuous connection substrate, the continuous connection substrate was fixed on a mounting table of the continuous connection substrate (not shown), and printing was performed. The time required for the E station was 0.1 min. The electrode material was fired on the back surface side of the solar cell in the firing furnace 26 of the F station. The time required for the F station was 1.0 min. Next, it moved to the lower stage while being wound around the roller 23.

ｓｔｅｐ４では、Ｇステーションのスクリーン版３２で、銀系の受光面電極用ペースト材料がグリッド状にスキージ３３を用いて印刷され、Ｈステーションの焼成炉３５でＡｇは焼結され受光面電極となった。Ｇステーションに要する時間は０．１ｍｉｎだった。   In step 4, the silver-based light receiving surface electrode paste material is printed in a grid using a squeegee 33 on the screen plate 32 of the G station, and Ag is sintered into the light receiving surface electrode in the firing furnace 35 of the H station. . The time required for the G station was 0.1 min.

ｓｔｅｐ５では、Ｉステーションのレーザー光４０で、接続部３７が高速で切断除去され、図３に示すような太陽電池セルを完成させた。Ｉステーションに要する時間は０．２ｍｉｎだった。   In step 5, the connection portion 37 was cut and removed at high speed by the laser light 40 of the I station, and a solar battery cell as shown in FIG. 3 was completed. The time required for the I station was 0.2 min.

上記の方法で太陽電池セルを製造した場合、基本的には、シリコン基板からなる連続接続基板自体に引張り応力を加えることは必要でなかったが、実際には、連続接続基板の底面や側面でガイドする治具での引き摺りを生じた。その応力は１〜２ｋｇｆであった。上述のシリコン破断応力は８×１０1ｋｇｆであり、工程内の引き摺り応力が１〜２ｋｇｆであることから、本発明の連続工程で太陽電池セル化を行なっても連続接続基板は破断することはなかった。 When solar cells were manufactured by the above method, basically, it was not necessary to apply tensile stress to the continuous connection substrate itself made of a silicon substrate. Dragging with the guiding jig occurred. The stress was 1-2 kgf. Since the above silicon breaking stress is 8 × 10 1 kgf and the drag stress in the process is 1 to 2 kgf, the continuous connection substrate will not break even if the solar cell is formed in the continuous process of the present invention. There wasn't.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の製造方法においては、半導体基板が製造工程で破損しない強度を保ったまま、その厚さを低減することが可能であり、薄型の太陽電池セルを大量生産することができる。また、複数の光電変換素子を連続して作製するため、太陽電池セル製造時間を従来の１／５程度まで短縮が可能である。また、半導体基板の材料の半減が可能である。以上より、大幅な太陽電池セル製造コスト低減が可能になり、自然エネルギー利用拡大に寄与できる効果がある。   In the manufacturing method of the present invention, the thickness of the semiconductor substrate can be reduced while maintaining the strength at which the semiconductor substrate is not damaged in the manufacturing process, and thin solar cells can be mass-produced. Moreover, since several photoelectric conversion elements are produced continuously, the solar cell manufacturing time can be shortened to about 1/5 of the conventional one. Also, the semiconductor substrate material can be halved. From the above, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost of solar cells, and there is an effect that can contribute to the expansion of the use of natural energy.

多結晶状態のシリコンインゴットの従来の切断方向を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the conventional cutting direction of the silicon ingot of a polycrystalline state. 一般的な太陽電池セルの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a general photovoltaic cell. 一般的な太陽電池セルの受光面側からみた平面図である。It is the top view seen from the light-receiving surface side of a general photovoltaic cell. 一般的な太陽電池セルの製造方法の工程図である。It is process drawing of the manufacturing method of a general photovoltaic cell. 多結晶状態のシリコンインゴットの本発明の切断方向を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the cutting direction of this invention of the silicon ingot of a polycrystalline state. 本発明における接続したシリコン基板の断面図である。It is sectional drawing of the connected silicon substrate in this invention. 本発明の太陽電池セルの製造方法の工程図である。It is process drawing of the manufacturing method of the photovoltaic cell of this invention. 本発明の製造方法の一実施形態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１１，１３，２４ シリコン基板、２ ｎ+層、３ 反射防止膜、４ 受光面電極、５ 裏面電界層、６ 裏面電極、１２ 短辺、１４ 接着材、２０ 赤外線ドライヤー、２１，２３，３０ ローラー、２２ ランプ、２６ 焼成炉、２７，３２ スクリーン版、２８ スキージ、３１ 外周部、３３ スキージ、３５ 焼成炉、３６ シリコン基板位置、３７ 接続部、３８ ノズル、４０ レーザー光、４１ 電極、４２ コレクタ部、５０ 膜、１００ シリコンインゴット、２００，３００ 点線。   1, 11, 13, 24 Silicon substrate, 2 n + layer, 3 Antireflection film, 4 Light receiving surface electrode, 5 Back surface electric field layer, 6 Back surface electrode, 12 Short side, 14 Adhesive, 20 Infrared dryer, 21, 23 30 roller, 22 lamp, 26 firing furnace, 27, 32 screen plate, 28 squeegee, 31 outer periphery, 33 squeegee, 35 firing furnace, 36 silicon substrate position, 37 connection part, 38 nozzle, 40 laser light, 41 electrode, 42 Collector part, 50 films, 100 silicon ingot, 200,300 dotted line.

Claims (6)

複数の半導体基板をその端部で互いに接続して帯状とした連続接続基板を用いて複数の光電変換素子を連続的に作製することを特徴とする光電変換素子の製造方法。   A method for producing a photoelectric conversion element, comprising: continuously forming a plurality of photoelectric conversion elements using a continuous connection substrate in which a plurality of semiconductor substrates are connected to each other at their end portions to form a strip shape. 半導体基板の厚さ範囲が２０μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の製造方法。   The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the thickness range of the semiconductor substrate is 20 μm or more and 80 μm or less. 複数の半導体基板を接続するための接着材に、シリコン共晶金属、ガラスフリット、樹脂のいずれかを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子の製造方法。   3. The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein any one of silicon eutectic metal, glass frit, and resin is used as an adhesive for connecting a plurality of semiconductor substrates. 半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。   The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate. シリコン基板は、るつぼ内の原料シリコンの融液を、るつぼ底から冷却しながら固化することによって得られる多結晶状態のシリコンインゴットがスライスされたものであり、シリコン基板の表面は、シリコン結晶の成長方向と同じ方向の面であることを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子の製造方法。 A silicon substrate is a slice of a polycrystalline silicon ingot obtained by solidifying a melt of raw material silicon in a crucible while cooling from the bottom of the crucible. The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the surface is in the same direction as the direction. 光電変換素子を連続的に作製する製造工程は、
連続接続基板をローラーに巻きつけ、一定の速度で移動させることによって、
少なくとも
（ａ）連続接続基板をエッチングと清浄化する工程、
（ｂ）連続接続基板に半導体層を接合する工程、
（ｃ）連続接続基板に反射防止膜を形成する工程、
（ｄ）連続接続基板に裏面電極を形成する工程および、
（ｅ）連続接続基板に受光面電極を形成する工程、
を含み、連続接続基板をローラに巻きつけ、一定の速度で移動させることによって、各工程を連続的に行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。 The manufacturing process for continuously producing photoelectric conversion elements is as follows:
By winding a continuous connection board around a roller and moving it at a constant speed,
At least (a) etching and cleaning the continuous connection substrate;
(B) bonding the semiconductor layer to the continuous connection substrate;
(C) forming an antireflection film on the continuous connection substrate;
(D) forming a back electrode on the continuous connection substrate; and
(E) forming a light receiving surface electrode on the continuous connection substrate;
Only containing, wound continuous connection substrate to the roller, by moving at a constant speed, producing a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that each step is continuously Method.
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