JP5617659B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に薄い厚さの太陽電池基板を加工、処理する場合に有効な太陽電池の製造方法に関する。

現在の太陽電池による電力は、在来の商用電力に比べて発電コストが依然高いという問題があり、そのため製造コストの大幅な低減が求められている。特に主流である結晶シリコン太陽電池では、基板薄型化によるコスト低減が進んでおり、現状では１５０〜２５０μｍであるが、将来的には５０〜１００μｍを実現する必要があるといわれている。
しかし、このように基板が薄型化してくると、基板自体の機械的強度が低下するため、生産工程での扱いが難しくなる。

そこで従来、薄厚基板の強度を補うために、基板を保持する板状の保持台に接合させた接合体を形成し、基板の搬送や加工を施す手法がとられてきた。
前記接合体の形成に関しては、保持台と基板を粘着剤により剥離自在に密着させる方法（特開２００６−１５６６７９号公報：特許文献１）が提案されている。しかし、粘着剤の除去工程は煩雑であり、しばしば基板表面に粘着剤の残渣が生じ、デバイスの品質を損なうことがあった。更に剥離工程中に基板を破損してしまうことがあった。また、粘着剤は有機物を使用するため、処理温度が数百度を越える工程には使用できないという制約があった。

これに対し、基板と保持台の接着をせず、基板を保持台ごと搬送する方法が提案されている（特開２００８−１０４４８号公報：特許文献２）。この方法では、図１に示すように、真空吸引を行う吸着治具１０３上に基板１０１と保持板１０２を配置し、基板１０１と保持板１０２の真空吸引を同時に行うとしている。真空吸引は吸着治具１０３に設けられた吸引口１０３ｃから行い、吸引口１０３ｂにより保持板１０２が吸着治具に吸着される。また基板１０１は、保持板１０２に設けられた貫通口１０２ａを介して、吸着治具１０３に設けられた吸引口１０３ｃから吸着固定される。基板１０１は、所定の操作を施された後、保持板１０２と共に吸着治具から開放され、保持板に載せられたまま搬送される。

しかし、この方法では、搬送中の基板は保持板の上で開放されているため、基板が保持板から脱落してしまう。そのため、基板脱落防止として例えば保持板の基板保持部外周に突起を設けるといった加工がなされる。ところがこのような保持板形状は複雑且つコスト高となりばかりでなく、基板脱落防止の突起や段差が障害となり、例えばスクリーン印刷などの工程が適用できないといった制限があった。

また一方、１バッチで多量枚数を同時処理する多くのバッチ式加工処理装置では、基板を垂直に多数充填したカセットやボートで基板搬送及び処理を行うのが一般的であり、従って基板が独立して固定されないこの方法は太陽電池の量産工程に適用できなかった。

特開２００６−１５６６７９号公報 特開２００８−１０４４８号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、粘着剤を使用せず、簡単な構成で薄厚太陽電池基板を保持し、搬送及び加工できる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、下記の太陽電池の製造方法を提供する。
請求項１：
太陽電池基板を、この基板と当接する面の少なくとも一部に凹構造が施された保持板に大気圧より低い圧力Ｐ１の雰囲気中において保持する工程と、この保持を維持した状態において前記圧力Ｐ１より高い雰囲気圧力Ｐ２に曝して、前記基板を前記保持板に固定した接合体を形成する工程とを含み、それ以降の太陽電池の製造工程において前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として接合体の太陽電池基板を加工又は処理し、又は該接合体を搬送する太陽電池の製造方法であって、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として第１の処理を行う工程と、前記第１の処理工程後に前記太陽電池基板を保持板から離脱し、更に該太陽電池基板を、この基板と当接する面の少なくとも一部に凹構造が施された前記第１の処理工程で用いたものとは別の材質の第２の処理用の保持板に大気圧より低い圧力Ｐ１の雰囲気中において保持する工程と、この保持を維持した状態において前記圧力Ｐ１より高い雰囲気圧力Ｐ２に曝して、前記基板を前記第２の処理用の保持板に固定した接合体を形成する工程と、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を第２の処理用の保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として第２の処理を行う工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
請求項２：
前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板としてウェット洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
請求項３：
前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として熱処理する工程を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
請求項４：
前記熱処理用の保持板は、少なくともその表面が酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンから選ばれる材料により形成されている請求項３記載の太陽電池の製造方法。
請求項５：
前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板としてカセット又はボートに各々垂直に複数充填して搬送し、前記充填した複数枚の接合体を同時処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
請求項６：
更に、前記接合体を前記圧力Ｐ１以下の雰囲気において前記固定を解除し、太陽電池基板を保持板から離脱する工程を有する請求項１〜５のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
請求項７：
保持板の凹構造が、その開口部の幅を凹構造の深さ方向における最大幅より狭く形成した構成を有する請求項１〜６のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
請求項８：
太陽電池基板の厚さが５０〜１００μｍである請求項１〜７のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。

太陽電池を安価に製造するには、太陽電池の基板を薄くして原材料費を削減する必要がある。しかしながら、基板の機械的強度は薄型化に伴って低下するため、基板自体を搬送したり加工したりすると破損しやすくなり、また、更に薄型化を進めると基板自体で形状を保持できなくなるため、既存の太陽電池製造工程を適用することが難しいという課題があるが、本発明によれば、太陽電池の基板を、保持板に吸着させて固定すると共に前記基板の強度を補い、吸着を維持したまま前記基板の搬送及び加工処理を行うことができ、厚さ５０μｍ程度の薄厚基板でも搬送、加工や処理を安定して行うことが可能になり、太陽電池の低コスト化が可能になる。

従来技術の太陽電池基板の保持方法を示す断面図である。 本発明の太陽電池基板用保持板の一実施例を示す断面図である。 本発明による太陽電池基板の保持方法の一例を説明する概略図であり、（ａ）は大気圧下に基板と保持板を配置した状態、（ｂ）はチャンバー内を圧力Ｐ１に減圧した状態、（ｃ）は圧力Ｐ１下で保持板上に基板を保持した状態、（ｄ）はこの状態で圧力Ｐ２に昇圧し、接合体を形成した状態を示す。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ太陽電池基板用保持板の異なる態様を示す一部省略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ太陽電池基板用保持板の異なる別の態様を示す平面図である。

以下、図２〜５を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は、本発明の一実施例に係る太陽電池基板用保持板１で、この保持板１は、保持板本体２の太陽電池基板１０との当接面３に多数の凹構造（凹部）４が形成されたものである。
この保持板１を用いて太陽電池基板１０を保持し、また搬送、加工又は処理を行う場合は、まず図３（ａ）に示すように、大気圧のチャンバー２０内において太陽電池基板１０１と凹構造４が施された保持板１を離して配置する。
次に、図３（ｂ）に示すように、チャンバー２０の内部を真空ポンプにより大気圧より低い圧力Ｐ１に減圧する。
圧力がＰ１に達したら、図３（ｃ）に示すように、基板１０と保持板１の所定の位置に配置する。

次に、図３（ｄ）に示すように、基板１０と保持板１の接触を保ったまま雰囲気圧力をＰ１より高い圧力Ｐ２に昇圧する。しかし、このとき凹構造４内の圧力は基板１０と保持板１に密閉されてＰ１に保たれているので、差圧Ｐ２−Ｐ１により基板１０は保持板１に吸着され固定される。これにより、基板１０が保持板１と一体化された接合体３０が形成され、上記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気において、接合体３０を搬送し、また保持板１に固定、一体化された基板１０は、保持板１から脱落することなく加工、処理することができる。

なお、昇圧には大気を導入してもよいし、続けて何らかの処理を基板に行う場合には工程所望のプロセスガスを用いてもよい。

本発明によれば、保持板と保持板に固定された太陽電池基板を一体化した擬似基板として様々な処理を行うことが可能である。従って、圧力Ｐ１の値は、太陽電池工程によって最適化されるべきものであるが、目安としては工程における雰囲気圧力（つまり圧力Ｐ２）の１／１０以下にするのがよい。
保持板の材質はある程度の剛性を有すると同時に、太陽電池の各製造工程によって使い分けるのが望ましい。

例えば化学薬品を使ったウェット洗浄では耐薬品性の高い樹脂や石英を使用するのがよく、また焼結性金属ペーストの焼成熱処理等では、耐熱性の高いセラミックスが使用できる。
しかし、高い太陽電池特性を得るには、特に高温工程での不純物汚染を抑制する必要があるので、好ましくは石英（酸化シリコン）、炭化シリコン、窒化シリコン又はこれらの組合せを用いるのがよい。これらはバルク材を加工して保持板としてもよいが、コストや適用する工程によっては、例えば比較的安価なセラミック基板や金属基板にコーティング材として適用してもよい。

凹構造の形成は、保持板の母材に適した加工法により形成されればよく、特に限定するものではない。例えば金属であれば、その表面を機械的に研削加工する方法が適用できる。但し、基板との接触面は平坦である必要があり、加工時の変形や異物は取り除く必要がある。このほか母材にセラミックス等を用いる場合には、鋳型による成型加工法や、プレス加工法等が適用できる。

凹構造の断面は、図４（ａ）に示すように、開口幅４ａが最大溝幅４ｂと同じか又はより広くなっていても基板を吸着できるが、望ましくは図４（ｂ）に示すように、開口幅４ａが最大溝幅４ｂより狭くなっている方がよい。このような構造にすることで、凹構造の容量を増やし、基板吸着のための差圧をより安定的に保つことが可能になる。

図４（ｂ）のような凹構造は、例えば保持板にパターンマスクを形成し、凹構造形成部分を露出させた上でエッチングを行うことで形成できる。

または、図４（ｃ）のように、保持板本体２に切削等で凹構造４を形成し、その上に溝幅４ｂよりも狭い開口幅４ａを持つ板５をはり合わせてもよい。
保持板の形状は、基板の大きさと形に応じて適した形状にすればよい。

また、凹構造のパターンは様々なものが適用可能である。図５は例として正方形の保持板を基板支持面側から見た図である。凹構造のパターンは図５（ａ）に示すような同心状パターンでもよいし、図５（ｂ）のような格子パターンでもよいし、図５（ｃ）のような点パターンでもよい。

基板を保持板から取り外すには、基板及び保持板を再度チャンバーに入れ、圧力をＰ１以下にする。これにより凹構造による吸引力がなくなり、基板を保持板から取り外すことができる。基板の取り外しは、例えば吸盤や、弱粘性の粘着パッド等で行うのがよい。

ここで、基板を別の保持板に載せ替えて次工程の処理を行う場合は、基板を保持板から離した状態を保ちつつ、チャンバー内を次工程に適した圧力にし、以降は図２の手順で基板を次工程用保持板に固定する。

１ 太陽電池基板用保持板
２ 保持板本体
３ 保持板の太陽電池基板との当接面
４ 凹構造
４ａ 凹構造の開口幅
４ｂ 凹構造の深さ方向のおける最大幅
５ 板
１０ 太陽電池基板
２０ チャンバー
３０ 接合体

Claims (8)

1. 太陽電池基板を、この基板と当接する面の少なくとも一部に凹構造が施された保持板に大気圧より低い圧力Ｐ１の雰囲気中において保持する工程と、この保持を維持した状態において前記圧力Ｐ１より高い雰囲気圧力Ｐ２に曝して、前記基板を前記保持板に固定した接合体を形成する工程とを含み、それ以降の太陽電池の製造工程において前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として接合体の太陽電池基板を加工又は処理し、又は該接合体を搬送する太陽電池の製造方法であって、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として第１の処理を行う工程と、前記第１の処理工程後に前記太陽電池基板を保持板から離脱し、更に該太陽電池基板を、この基板と当接する面の少なくとも一部に凹構造が施された前記第１の処理工程で用いたものとは別の材質の第２の処理用の保持板に大気圧より低い圧力Ｐ１の雰囲気中において保持する工程と、この保持を維持した状態において前記圧力Ｐ１より高い雰囲気圧力Ｐ２に曝して、前記基板を前記第２の処理用の保持板に固定した接合体を形成する工程と、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を第２の処理用の保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として第２の処理を行う工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板としてウェット洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板として熱処理する工程を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記熱処理用の保持板は、少なくともその表面が酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンから選ばれる材料により形成されている請求項３記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記第１の処理工程又は第２の処理工程として、前記圧力Ｐ２以上の圧力雰囲気中で前記接合体を保持板と太陽電池基板とを一体化した疑似基板としてカセット又はボートに各々垂直に複数充填して搬送し、前記充填した複数枚の接合体を同時処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
6. 更に、前記接合体を前記圧力Ｐ１以下の雰囲気において前記固定を解除し、太陽電池基板を保持板から離脱する工程を有する請求項１〜５のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
7. 保持板の凹構造が、その開口部の幅を凹構造の深さ方向における最大幅より狭く形成した構成を有する請求項１〜６のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。
8. 太陽電池基板の厚さが５０〜１００μｍである請求項１〜７のいずれか１項記載の太陽電池の製造方法。

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