JP5606854B2 - 太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造用治具 - Google Patents

太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造用治具 Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造用治具に関する。特に、本発明は、一の主面を有する光電変換部と、光電変換部の一の主面の上に形成されており、めっき膜を含む電極とを備える太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造用治具に関する。
近年、環境負荷の低いエネルギー源として太陽電池が注目されている。太陽電池は、光電変換部に光が照射されることにより生じた電子及び正孔を一対の電極により収集することにより、電気エネルギーを発生させる発電機構である。
太陽電池の電極の形成方法としては、例えば下記の特許文献１に記載されているように、めっき法による電極の形成方法が知られている。具体的には、特許文献１には、太陽電池の電極の形成方法として、それぞれ、複数の開口がマトリクス状に形成されている支持フレームと補助フレームとでマトリクス状に配列された複数のウェーハを挟持した状態でめっき浴に浸漬し、補助フレームに取り付けられた板バネ状のスプリングコンタクトを経由して給電することにより複数のウェーハ上に電極を形成する方法が記載されている。なお、特許文献１に記載の支持フレームと補助フレームとは、四隅においてビスで固定されている。
米国特許第７１７２１８４号公報
しかしながら、特許文献１に記載のように、四隅において相互に固定されている支持フレームと補助フレームとで複数のウェーハを固定しようとすると、ウェーハを高い位置精度で固定することが困難である。ウェーハを高い位置精度で固定できないと、ウェーハに確実に給電できなかったり、隣り合うウェーハ間の距離が一定でなくなったりするため、めっき膜を好適に形成できなくなる場合がある。
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、めっき膜を含む電極を備える太陽電池を好適に製造できる方法及びそれに用いる太陽電池の製造用治具を提供することにある。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部を含み一の主面を有する基体と、基体の一の主面の上に形成されためっき膜を含む電極とを備える太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、複数の基体をプレート本体に設けられた複数の配置領域のそれぞれに配置し、複数の配置領域のそれぞれに対して設けられた付勢部材によって基体をプレート本体側に付勢することにより複数の基体のそれぞれをプレート本体に固定し、複数の基体が固定されたプレート本体をめっき浴中に配置して複数の基体のそれぞれに給電することにより各基体の一の主面上に同時にめっき膜を形成する。
本発明に係る太陽電池の製造用治具は、光電変換部を含み一の主面を有する基体と、基体の一の主面の上に形成されており、めっき膜を含む電極とを備える太陽電池のめっき膜を形成する際に用いられる太陽電池の製造用治具に関する。本発明に係る太陽電池の製造用治具は、支持プレートと、付勢部材とを備えている。支持プレートは、プレート本体と、当接部とを有する。プレート本体は、基体が配置される領域である複数の配置領域を有する。当接部は、プレート本体に接続されている。当接部は、基体の端部と当接している。付勢部材は、複数の配置領域のそれぞれに対して設けられている。付勢部材は、配置領域に配置された基体をプレート本体側に付勢する。
本発明によれば、めっき膜を含む電極を備える太陽電池を好適に製造できる方法及びそれに用いる太陽電池の製造用治具を提供することができる。
本発明を実施した一実施形態において製造する太陽電池の略図的平面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。 治具の略図的平面図である。 治具の略図的裏面図である。 図３の線Ｖ−Ｖにおける略図的断面図である。 図５のＶＩ部分を拡大した略図的断面図である。 図３の線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける略図的断面図である。 めっき工程を説明するための模式的側面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
まず、図１及び図２を参照しながら本実施形態において製造する太陽電池１の構成について説明する。
太陽電池１は、板状の基体１０を備えている。基体１０は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成する光電変換部を含むものである限りにおいて特に限定されない。基体１０は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体基板を有するものであってもよい。また、基体１０は、一の導電型を有する結晶性半導体基板と、その結晶性半導体基板の上に形成されており、他の導電型を有する第１の非晶質半導体層と、結晶性半導体基板の上に形成されており、一の導電型を有する第２の非晶質半導体層とを有するものであってもよい。また、基体１０は、ｎ型ドーパント拡散領域とｐ型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。
基体１０は、受光面１０ａと、裏面１０ｂとを有する。裏面１０ｂには、ｐ型表面１０ｂｐと、ｎ型表面１０ｂｎとが含まれている。ｐ型表面１０ｂｐは、ｐ型ドーパント拡散領域やｐ型の非晶質半導体層などにより構成されているｐ型領域の表面により構成されている。一方、ｎ型表面１０ｂｎは、ｎ型ドーパント拡散領域やｎ型の非晶質半導体層などにより構成されているｎ型領域の表面により構成されている。
太陽電池１は、基体１０のｐ型表面１０ｂｐの上に設けられたｐ側電極１１ｐ、及びｎ型表面１０ｂｎの上に設けられたｎ側電極１１ｎを有する。ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎのそれぞれは、互いに電気的に分離された形状、例えばくし歯状にされている。
ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎのそれぞれは、シード層１３と、めっき膜１４とを有する。シード層１３は、裏面１０ｂの上に形成されている。このシード層１３は、めっき膜１４を形成する際のシードとして機能する層である。シード層１３は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｎｉなどの金属や、これらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金により形成することができる。シード層１３の厚みは、特に限定されないが、例えば、２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
めっき膜１４は、シード層１３の上に形成されている。めっき膜１４は、例えば、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｎｉなどの金属や、これらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金により形成することができる。めっき膜１４の厚みは、特に限定されないが、例えば、２μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。
次に太陽電池１の製造方法について、図３〜図８を参照しながら説明する。
まず、裏面１０ｂにｐ型表面１０ｂｐ及びｎ型表面１０ｂｎを有する基体１０を複数用意する。なお、ｐ型表面１０ｂｐ及びｎ型表面１０ｂｎの表面上にシード層１３を設けたものを基体１０としてもよい。シード層１３の形成は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などにより行うことができる。基体１０の作製方法は特に限定されないが、基体１０は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶性半導体基板を用いて作製したものであることが好ましい。
次に、ｐ型表面１０ｂｐ及びｎ型表面１０ｂｎ上にめっき膜１４を形成する。本実施形態においては、図３〜図７に示す治具３０を用いてめっき膜１４を形成する。なお、図３及び図４においては、基体１０の図示は省略しており、図５〜図７においては、固定された基体１０を描画している。
治具３０は、支持プレート３１を有する。支持プレート３１は、プレート本体３２と、複数の突出部３３と、複数のガイド部４０とを有する。
プレート本体３２の形状は、板状である。プレート本体３２は、第１及び第２の主面３２ａ、３２ｂを有する。プレート本体３２には、複数の配置領域３２ｃが、第１の方向であるｘ方向及び第２の方向であるｙ方向に沿ってマトリクス状に、互いに間隔を置いて設けられている。ここで、この配置領域３２ｃは、めっき膜の被形成物である基体１０が配置され、固定される領域であり、配置領域３２ｃの境界を示すものがあるとは必ずしも限らない。
ここで、「マトリクス」とは、少なくともひとつの列と少なくともひとつの行とを有する配列を意味する。列と、行とは、垂直であってもよいし、傾斜していてもよい。すなわち、本発明において、マトリクスには、正方行列と斜方行列とが含まれる。また、マトリクスにおいて、行数と列数とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
複数の配置領域３２ｃには、プレート本体３２を貫通する開口３２ｄが形成されている。この開口３２ｄは、配置される基体１０の形状寸法に即した形状寸法を有している。本実施形態では、基体１０が略矩形状であるため、開口３２ｄも略矩形状に形成されている。
この開口３２ｄは、めっき膜１４を形成する工程において、めっき液の流動性向上に寄与している。プレート本体３２に複数の開口３２ｄを形成しておくことによって、めっき膜１４を形成する工程において、めっき液の流動性が向上され、めっき膜１４を好適に形成することができる。
複数の突出部３３は、プレート本体３２の第１の主面３２ａからｚ方向に突起している。より詳細には、複数の配置領域３２ｃのうち、最もｘ１側の配置領域のｘ１側、最もｘ２側の配置領域３２ｃ側、及びｘ方向において隣り合う配置領域の間のそれぞれに、各２つずつ、突出部３３が、ｙ方向に沿って設けられている。
なお、本実施形態において、複数の突出部３３は、プレート本体３２と一体に形成されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、複数の突出部の少なくとも一部とプレート本体とが別体に形成されていてもよい。
図５に示すように、突出部３３は、配置領域３２ｃに配置された基体１０の端部と当接する当接部３３ａを含む。当接部３３ａは、プレート本体３２側であるｚ１側に向かって、その当接部３３ａが当接する基体１０側に延びる傾斜部により構成されている。より具体的には、当接部３３ａは、ｚ１側とは反対側のｚ２側に向かって先細るテーパ状に形成されている。当接部３３ａは、ｘ方向において隣り合う当接部３３ａの頂部３３ａ１間の距離が、基体１０のｘ方向における長さよりも短くなるように形成されている。
突出部３３は、当接部３３ａよりもｚ１側に位置している第１のフランジ部３３ｂと、当接部３３ａよりもｚ２側に位置している第２のフランジ部３３ｃとを有する。本実施形態においては、第１及び第２のフランジ部３３ｂ、３３ｃは、当接部３３ａの他の部分と一体に形成されている。
第１のフランジ部３３ｂには、給電部材３４が支持されている。給電部材３４は、配置領域３２ｃに配置される基体１０を挟んで付勢部材３６と対向する位置に配されている。この給電部材３４は、配置領域３２ｃに配置された基体１０の裏面１０ｂ上に形成されているシード層１３に接触するように設けられている。シード層１３には、この給電部材３４を経由して給電される。
給電部材３４は、円筒状の筒状部材３４ａと、付勢部材３４ｂと、当接部材３４ｃとを有する。筒状部材３４ａの一方側の端面は、第１のフランジ部３３ｂに固定されている。筒状部材３４ａの他方側の端面は、配置領域３２ｃに配置された基体１０の裏面１０ｂに当接する。筒状部材３４ａは、絶縁部材であることが好ましい。筒状部材３４ａを絶縁部材により構成することにより、筒状部材３４ａの外周面の上にめっき膜が形成されることを抑制できるためである。
筒状部材３４ａの内部には、円柱状の当接部材３４ｃがｚ方向に変位可能に配置されている。当接部材３４ｃと第１のフランジ部３３ｂとは、圧縮コイルばねにより構成されている付勢部材３４ｂによって連結されている。当接部材３４ｃは、この付勢部材３４ｂによってｚ２側に付勢されている。付勢部材３４ｂ及び当接部材３４ｃは、導電部材により構成されている。付勢部材３４ｂによりｚ２側に付勢されることにより、当接部材３４ｃがシード層１３に押しつけられ、それにより、シード層１３への給電が行われる。なお、付勢部材３４ｂが設けられているのは、当接部材３４ｃをシード層１３に確実に接触させるためである。
突出部３３の当接部３３ａよりもｚ２側の円柱状の部分は、フランジ部材３５に挿入されている。フランジ部材３５は、第２のフランジ部３３ｃによって、突出部３３から抜け止めされている。フランジ部材３５は、突出部３３に変位不能に固定されていてもよいし、突出部３３の円柱状の部分を摺動可能に設けられていてもよい。
フランジ部材３５には、付勢部材３６が固定されている。付勢部材３６は、複数の配置領域３２ｃのそれぞれに対して設けられている。これら複数の付勢部材３６によって、配置領域３２ｃに配置された基体１０表面の端部がｚ１側に付勢されることにより、当該基体１０が、ｘ方向の両側に位置する突出部３３の当接部３３ａに当接する。これにより、基体１０のｘ方向における位置決めが行われると共に固定される。すなわち、本実施形態においては、各基体１０の両側に設けられており、各々、プレート本体３２に固定されている突出部３３に固定された付勢部材３６によって基体１０が固定される。なお、付勢部材３６の付勢力は、付勢部材３４ｂの付勢力よりも強く設定されている。
複数のガイド部４０は、プレート本体３２の第１の主面３２ａからｚ方向に突起している。より詳細には、複数の配置領域３２ｃのうち、最もｙ１側の配置領域のｙ１側、最もｙ２側の配置領域のｙ２側、及びｙ方向において隣り合う配置領域の間のそれぞれに、各２つずつ、ガイド部４０が、ｘ方向に沿って設けられている。
なお、本実施形態において、複数のガイド部４０は、プレート本体３２と一体に形成されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、複数のガイド部の少なくとも一部とプレート本体とが別体に形成されていてもよい。
図７に示すように、ガイド部４０は、配置領域３２ｃに配置された基体１０の端部と当接する当接部４０ａを含む。当接部４０ａは、プレート本体３２側であるｚ１側に向かって、その当接部４０ａが当接する基体１０側に延びる傾斜部により構成されている。より具体的には、当接部４０ａは、ｚ１側とは反対側のｚ２側に向かって先細るテーパ状に形成されている。当接部４０ａは、ｙ方向において隣り合う当接部４０ａの頂部４０ａ１間の距離が、基体１０のｙ方向における長さよりも短くなるように形成されている。
このため、上記付勢部材３６によって基体１０がｚ１側に付勢されることによって、基体１０の端面がテーパ状の当接部４０ａに当接し、これにより、当該基体１０のｙ方向による位置が決定される。
なお、本実施形態において、支持プレート３１の材質は特に限定されない。支持プレート３１は、鉄、アルミニウムなどの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金により形成されていてもよい。その場合は、支持プレート３１の表面に、絶縁膜が形成されていることが好ましい。また、支持プレート３１は、樹脂製であってもよい。その場合は、給電部材３４に給電するための配線を支持プレート３１の内部に設けておくことが好ましい。
次に、めっき膜１４の形成方法について、主として図８を参照しながら説明する。なお、図８においては、治具３０が模式的に記載しており、詳細な構造の描画を省略している。
まず、治具３０にシード層１３が形成された基体１０を、シード層１３が給電部材３４と接触するように複数セットする。具体的には、複数の基体１０をプレート本体３２に設けられた複数の配置領域３２ｃのそれぞれに配置する。そして、付勢部材３６によって、それら複数の基体１０をプレート本体３２側に付勢することにより、複数の基体１０のそれぞれをプレート本体３２に固定する。この状態では、給電部材３４が、シード層１３に接触した状態となる。次に、複数の基体１０が固定された治具３０をめっき浴２４中に配置し、めっき浴２４中において、めっき用電極２１と対峙させる。その状態で、給電部材３４を経由して、めっき用電極２１とシード層１３との間に、治具３０を経由して電圧を印加する。これにより、電解めっきを行い、複数の基体１０の所定箇所に同時にめっき膜１４を形成する。
なお、このめっき工程においては、治具３０を揺動させておくことが好ましい。また、めっき浴２４を攪拌しておくことが好ましい。そうすることによって、めっき液の供給ばらつきを抑制できる。従って、小さな膜厚ばらつきでめっき膜１４を形成することができる。従って、高性能な太陽電池１を製造することができる。
以上説明したように、本実施形態では、支持プレート３１に複数の突出部３３が設けられており、その突出部３３のそれぞれに取り付けられた付勢部材３６によって基体１０を付勢する。すなわち、本実施形態においては、複数の基体１０のそれぞれに対応して設けられた複数の付勢部材３６によって、各基体１０を支持プレート３１側に付勢し、各基体１０の端部を当接部３３ａに当接させ、支持プレート３１に固定している。このため、基体１０を高い位置精度で、確実にセットすることができる。よって、シード層１３に確実に給電することができる。従って、めっき膜１４を好適に形成することができる。その結果、太陽電池１を好適に製造することができる。
また、複数の基体１０のそれぞれに対応して設けられた複数の給電部材３４によって、各基体１０に給電している。よって、シード層１３に確実に給電することができる。従って、めっき膜１４を好適に形成することができる。その結果、太陽電池１を好適に製造することができる。
また、上記給電部材３４は、基体１０を挟んで付勢部材３６と反対側に設けられている。よって、基体１０の所定領域を確実に給電部材３４に接触させることができる。従って、めっき膜１４を好適に形成することができる。その結果、太陽電池１を好適に製造することができる。
また、本実施形態では、突出部３３が基体１０との当接部としての機能を有している。このため、基体１０のｘ方向における位置を確定するために、別個に当接部を設ける必要がない。従って、治具３０の構成を簡略化することができる。
また、突出部３３に含まれる当接部３３ａは、傾斜部により構成されている。具体的には、当接部３３ａは、テーパ状に形成されている。このため、付勢部材３６の付勢力によって基体１０が当接部３３ａに当接することによって、基体１０のｘ方向における位置を高精度かつ容易に決定することができる。
また、本実施形態では、基体１０のｙ方向の両側に位置するガイド部４０が設けられている。このガイド部４０によって、基体１０のｙ方向における位置が決定される。ここで、ガイド部４０には、当接部４０ａが設けられている。この当接部４０ａは、傾斜部により構成されている。具体的には、当接部４０ａは、テーパ状に形成されている。このため、付勢部材３６の付勢力によって基体１０が当接部４０ａに当接することによって、基体１０のｙ方向における位置を高精度かつ容易に決定することができる。
尚、本発明は上述の実施形態に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、付勢部材３６によって基体１０を支持プレート３１側に付勢し、シード層１３を支持プレート３１に設けられた給電部材３４と接触させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、付勢部材３６が給電部材の機能を備えていてもよい。すなわち、付勢部材３６を基体１０の裏面１０ｂ側に設けられたシード層１３に接触させてプレート本体３２側に付勢することにより各基体１０をプレート本体３２に固定し、付勢部材３６を経由して基体１０に給電することにより基体１０のシード層１３の上にめっき膜１４を形成してもよい。その場合において、付勢部材３６への給電は、支持プレート３１及びフランジ部材３５を経由して行ってもよいし、別途に設けられた配線により、複数の付勢部材３６を接続し、その配線を経由して行ってもよい。
また、上述の実施形態ではめっき膜１４の下地の層としてシード層１３を備える例について説明したが、めっき膜１４の下地の層は導電性を有する層であれば良く、例えばＩＴＯ層等の導電性酸化物層等、種々の導電層を用いることができる。
１…太陽電池
１０…基体
１０ａ…受光面
１０ｂ…裏面
１１ｎ…ｎ側電極
１１ｐ…ｐ側電極
１３…シード層
１４…めっき膜
２１…めっき用電極
２４…めっき浴
３０…治具
３１…支持プレート
３２…プレート本体
３２ｃ…配置領域
３３…突出部
３３ａ…当接部
３４…給電部材
３５…フランジ部材
３６…付勢部材
４０…ガイド部
４０ａ…当接部

Claims (10)

  1. 光電変換部を含み一の主面を有する基体と、前記基体の一の主面の上に形成されためっき膜を含む電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
    複数の前記基体を、前記一の主面をプレート本体側として前記プレート本体に設けられた複数の配置領域のそれぞれに配置し、前記複数の配置領域のそれぞれに対して設けられた付勢部材を前記基体の前記一の主面と対向する他の主面に当接させて前記基体を前記プレート本体側に付勢することにより前記基体の一の主面を前記プレート本体側に配した給電部材に接触させた状態で前記複数の基体のそれぞれを前記プレート本体に固定し、前記複数の基体が固定された前記プレート本体をめっき浴中に配置して前記複数の基体のそれぞれに前記給電部材を経由して給電することにより前記各基体の前記一の主面上に同時に前記めっき膜を形成する、太陽電池の製造方法であって、
    前記給電部材は、前記配置領域に配置される前記基体を挟んで前記付勢部材と対向する位置に配されている、太陽電池の製造方法。
  2. 前記基体は前記めっき膜の下地となるシード層を備え、
    前記付勢部材によって前記基体を前記プレート本体側に付勢することにより前記シード層を前記給電部材に接触させ、前記給電部材を経由して前記シード層に給電することにより前記シード層上に前記めっき膜を形成する、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記複数の基体を前記一の主面と対向する他の主面を前記プレート本体側として前記複数の配置領域のそれぞれに配置し、前記付勢部材を前記基体の前記一の主面に接触させて前記プレート本体側に付勢することにより各基体を前記プレート本体に固定し、前記付勢部材を経由して前記基体に給電することにより前記基体の前記一の主面に前記めっき膜を形成する、請求項１記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記基体は前記めっき膜の下地となるシード層を備え、
    前記付勢部材を前記シード層に接触させて前記基体を前記プレート本体側に付勢することにより前記各基体を前記プレート本体に固定し、前記付勢部材を経由して前記シード層に給電することにより前記シード層上に前記めっき膜を形成する、請求項３記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記プレート本体は前記基体に当接する当接部を有し、
    前記付勢部材によって前記基体を前記プレート本体側に付勢することにより前記各基体の端部を前記当接部に当接させて前記プレート本体に固定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記当接部は、前記プレート本体の一の主面から突出して設けられた複数の突出部のそれぞれに設けられている、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記当接部は、傾斜部により構成されている、請求項５または６記載の太陽電池の製造方法。
  8. 光電変換部を含み一の主面を有する基体と、前記基体の前記一の主面の上に形成されており、めっき膜を含む電極とを備える太陽電池の前記めっき膜を形成する際に用いられる太陽電池の製造用治具であって、
    前記基体が配置される領域である複数の配置領域を有するプレート本体と、前記プレート本体に接続されており、前記基体の端部と当接する当接部とを有する支持プレートと、前記基体の一の主面に給電する給電部材と、
    前記複数の配置領域のそれぞれに対して前記配置領域に配置される前記基体を挟んで前記給電部材と対向する位置に設けられ、前記配置領域に配置された前記基体を前記プレート本体側に付勢する付勢部材と、
    を備える、太陽電池の製造用治具。
  9. 前記当接部は、前記プレート本体の前記一の主面から突出して設けられた突出部のそれぞれに設けられている、請求項８記載の太陽電池の製造用治具。
  10. 前記給電部材は、前記付勢部材を兼ねる、請求項８記載の太陽電池の製造用治具。
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