JP3617923B2 - 単結晶シリコン太陽電池及びモジュールの作製方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池及び太陽電池モジュールの作製方法に関し、特に、光電変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池、及びそれを用いたモジュールの生産効率を改善することのできる、単結晶シリコン太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
化石燃料の大量消費に伴い、近年、地球温暖化、酸性雨、或いは大気汚染等の環境破壊が深刻になる一方、石油資源の枯渇も確実視されるに至っている。そこで、クリーンで省資源にも寄与するエネルギー源として、従来から、太陽電池、風力発電、地熱発電等を利用することが試みられているが、これらの中でも、特に、シリコンを用いた太陽電池は、原料のシリコンが豊富に存在するのみならずクリーンで省資源にも寄与する上、使用し易さや移動容易性或は用途の広さ等において優れているために、有力なエネルギー源となりつつある。
【０００３】
太陽電池に用いられるシリコンとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、及びアモルファスシリコンが利用されている。これらのうち、単結晶シリコンが最も光電変換効率が高く性能的に優れているものの、単結晶を成長させるために手間と費用がかかるという欠点がある。そこで、より簡便に作製することのできる多結晶シリコンやアモルファスシリコンも利用されつつあるが、光電変換効率の点でまだ十分と言えるものではない。
【０００４】
そこで、本発明者らは、丸形で引き上げられた単結晶シリコンインゴットを角形に成型する際に削り取られる部分に着目して検討した結果、インゴットを角形に成型した後角形基板としてスライスし、これにセルを設けるのではなく、丸形のインゴットをスライスして丸形基板を作製し、この全面にセルを設けた後角形部分と弓形部分に裁断すれば、角形部分を、モジュール化し易いように正確に切り取ることができる上、弓形部分も寄せ集めてモジュール化することができるので、全体としての製造効率を、従来より大幅に改善することができ、これによって製品としての太陽電池の価格を低減させることができることを見出し、本発明に到達した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の第１の目的は、単結晶シリコン太陽電池製造工程におけるシリコンの重量歩留りを改善し、製品価格を低減させることのできる単結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、従来削り取られていた単結晶シリコンインゴットの部分を有効に利用した、安価な太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の諸目的は、単結晶シリコンインゴットを輪切りにして得た円板状の単結晶シリコン基板の全面に角形部と弓形部に分割し得る如く太陽電池のセルを作製した後角形セルと弓形セルとに分割する如く裁断し、次いで前記弓形セルを複数枚使用してモジュール化することを特徴とする、太陽電池モジュールの製造方法、及び、その方法によって製造された弓形セルを複数使用してなる太陽電池モジュールによって達成された。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する単結晶シリコンインゴットは公知の方法によって適宜製造することができるが、特に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）または、フローティング・ゾーン法（ＦＺ法）によって製造することが、製造安定性の観点から好ましい。また、得られたインゴットをスライスして円板状基板を作製することも、公知の方法によって容易に行うことができる。
【０００８】
得られた円板状基板は、通常、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング処理によりスライス時の表面歪み層が除去されると共にテキストチャー加工され、次いで、順次、ＲＣＡ洗浄され、温水引き上げ乾燥される。この基板全面に太陽電池のセルを形成させることは公知の方法によって容易に行うことができる。本発明においては、全面にセルを形成させた後、できるだけ無駄が生じないように裁断すれば良いが、特に、角形セル１枚と弓形セル４枚に裁断することが好ましい。このように裁断することにより、角形セルを完全な形状の角形セルとすることができるので、モジュールにする時に無駄な空間が発生しない。尚、これらのセルは、必要に応じて更に小さく裁断しても良いことは当然である。
【０００９】
このようにして得られた角形セルや弓形セルを公知の方法によって寄せ集めて一体化し、より大型のモジュールとすることができる（図１参照）。モジュール化する場合には、並べるセルとセルの間に、配線のための空間の他には無駄な空間が生じないようにすることが好ましく、また、作業性をも考慮すれば、モジュール化に適した角形セルは、円板状基板の円周に内接する正方形の形状であることが最も好ましい。
モジュール化のための配線は、銅リボン線の熱圧着等の公知の方法によって容易に行うことができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、単結晶シリコン基板を丸形のまま使用して全面にセルを作製し、最後に、内部は完全な角形に、周辺は弓形に裁断するので、単結晶シリコン材料の損失がなく、モジュールに配列する際の面積損失も減少する。従って、従来、歩留りを少しでも良くするために疑似角形セルとしていた場合に比べ、モジュール化するときの配列に無駄がなく、小型で効率の良い単結晶シリコン太陽電池を安価に提供することが可能となった。また、弓形セルのみを集めて製造した太陽電池モジュールは、従来廃棄されていた部分を使用するので極めて安価である。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１２】
実施例１及び比較例１〜３．
直径８インチのＣＺ単結晶シリコン基板（伝導型；Ｐ型、電気抵抗；（Ω・ｃｍ）、基板厚；４００（μｍ））を丸形のままで準備し、スライス時の表面歪み層除去及びテキスチャー加工を目的として、ＫＯＨアルカリ溶液による異方性エッチングを行い、その後、ＲＣＡ洗浄及び温水引き上げ乾燥を行った。
次にシリコン基板の表面にＰ２Ｏ５を含んだ有機シリカ化合物の塗布剤をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥して、リンドープ有機シリカ塗布層を形成させた。
【００１３】
上記シリコン基板を近赤外線ランプベルト炉に通して、９５０℃で１０分間ドライブイン拡散させ、接合（ｎ＋）形成を行わせた。
表面に形成された不要なリンガラス層を、ＨＦ溶液を用いて除去した後、シリコンのＲＣＡ洗浄及び温水引き上げ乾燥を行い、更に、ドライ酸化法により、表面パッシベーション膜として熱酸化膜を形成させた。
【００１４】
次に、表面に、常圧ＣＶＤでＴｉＯ２反射防止膜を形成させた後、裏面に、スクリーン印刷によってアルミニウムペーストを全面に印刷し、乾燥させた後近赤外線ランプベルト炉に通し、７５０℃で５分間焼成することにより、裏面電界層を形成させた。
【００１５】
なお、表面の銀電極については、ＴｉＯ２反射防止膜及びＳｉＯ２表面熱酸化膜をファイヤースルーすることにより電気的接触が得られるように、ペースト成分並びに焼成条件を最適化した。次いで電極部の抵抗低減及び太陽電池セル間の接続を目的として、両面銀電極上にＡｇ／Ｓｎ／Ｐｂのハンダコートを行った。
このようにして丸形のＣＺ単結晶シリコン基板上全面にセルを作製した後に、ダイサーにより、図１のように、内部から１４（ｃｍ）角の完全な角形セル１枚と、周辺の弓形セル４枚を切り出し、角形及び弓形セルを別々にモジュール配線した。
【００１６】
上記の方法で作製されたセル及びモジュールそれぞれの効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５，２５℃、１００（ｍＷ／ｃｍ２）で測定したところ、表１に示す結果が得られた。
また、比較例１として図２に示す従来の単結晶シリコン疑似角形基板比較例２として単結晶丸形基板、及び、比較例３として多結晶シリコン角形基板を使用して同様に作製した、セル及びモジュールについてもそれぞれ測定し、その結果を表１に併記した。
【００１７】
【表１】
表１の結果から、同一面積のモジュール面積で比較すると、セルの並び方に無駄のない本願発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、丸形単結晶シリコン基板を使用した太陽電池の一連の製作方法の一例である。
【図２】比較例１の疑似角形単結晶シリコン基板を使用した太陽電池の一連の製作方法の一例である。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池及び太陽電池モジュールの作製方法に関し、特に、光電変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池、及びそれを用いたモジュールの生産効率を改善することのできる、単結晶シリコン太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
化石燃料の大量消費に伴い、近年、地球温暖化、酸性雨、或いは大気汚染等の環境破壊が深刻になる一方、石油資源の枯渇も確実視されるに至っている。そこで、クリーンで省資源にも寄与するエネルギー源として、従来から、太陽電池、風力発電、地熱発電等を利用することが試みられているが、これらの中でも、特に、シリコンを用いた太陽電池は、原料のシリコンが豊富に存在するのみならずクリーンで省資源にも寄与する上、使用し易さや移動容易性或は用途の広さ等において優れているために、有力なエネルギー源となりつつある。
【０００３】
太陽電池に用いられるシリコンとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、及びアモルファスシリコンが利用されている。これらのうち、単結晶シリコンが最も光電変換効率が高く性能的に優れているものの、単結晶を成長させるために手間と費用がかかるという欠点がある。そこで、より簡便に作製することのできる多結晶シリコンやアモルファスシリコンも利用されつつあるが、光電変換効率の点でまだ十分と言えるものではない。
【０００４】
そこで、本発明者らは、丸形で引き上げられた単結晶シリコンインゴットを角形に成型する際に削り取られる部分に着目して検討した結果、インゴットを角形に成型した後角形基板としてスライスし、これにセルを設けるのではなく、丸形のインゴットをスライスして丸形基板を作製し、この全面にセルを設けた後角形部分と弓形部分に裁断すれば、角形部分を、モジュール化し易いように正確に切り取ることができる上、弓形部分も寄せ集めてモジュール化することができるので、全体としての製造効率を、従来より大幅に改善することができ、これによって製品としての太陽電池の価格を低減させることができることを見出し、本発明に到達した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の第１の目的は、単結晶シリコン太陽電池製造工程におけるシリコンの重量歩留りを改善し、製品価格を低減させることのできる単結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、従来削り取られていた単結晶シリコンインゴットの部分を有効に利用した、安価な太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の諸目的は、単結晶シリコンインゴットを輪切りにして得た円板状の単結晶シリコン基板の全面に角形部と弓形部に分割し得る如く太陽電池のセルを作製した後角形セルと弓形セルとに分割する如く裁断し、次いで前記弓形セルを複数枚使用してモジュール化することを特徴とする、太陽電池モジュールの製造方法、及び、その方法によって製造された弓形セルを複数使用してなる太陽電池モジュールによって達成された。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する単結晶シリコンインゴットは公知の方法によって適宜製造することができるが、特に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）または、フローティング・ゾーン法（ＦＺ法）によって製造することが、製造安定性の観点から好ましい。また、得られたインゴットをスライスして円板状基板を作製することも、公知の方法によって容易に行うことができる。
【０００８】
得られた円板状基板は、通常、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング処理によりスライス時の表面歪み層が除去されると共にテキストチャー加工され、次いで、順次、ＲＣＡ洗浄され、温水引き上げ乾燥される。この基板全面に太陽電池のセルを形成させることは公知の方法によって容易に行うことができる。本発明においては、全面にセルを形成させた後、できるだけ無駄が生じないように裁断すれば良いが、特に、角形セル１枚と弓形セル４枚に裁断することが好ましい。このように裁断することにより、角形セルを完全な形状の角形セルとすることができるので、モジュールにする時に無駄な空間が発生しない。尚、これらのセルは、必要に応じて更に小さく裁断しても良いことは当然である。
【０００９】
このようにして得られた角形セルや弓形セルを公知の方法によって寄せ集めて一体化し、より大型のモジュールとすることができる（図１参照）。モジュール化する場合には、並べるセルとセルの間に、配線のための空間の他には無駄な空間が生じないようにすることが好ましく、また、作業性をも考慮すれば、モジュール化に適した角形セルは、円板状基板の円周に内接する正方形の形状であることが最も好ましい。
モジュール化のための配線は、銅リボン線の熱圧着等の公知の方法によって容易に行うことができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、単結晶シリコン基板を丸形のまま使用して全面にセルを作製し、最後に、内部は完全な角形に、周辺は弓形に裁断するので、単結晶シリコン材料の損失がなく、モジュールに配列する際の面積損失も減少する。従って、従来、歩留りを少しでも良くするために疑似角形セルとしていた場合に比べ、モジュール化するときの配列に無駄がなく、小型で効率の良い単結晶シリコン太陽電池を安価に提供することが可能となった。また、弓形セルのみを集めて製造した太陽電池モジュールは、従来廃棄されていた部分を使用するので極めて安価である。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１２】
実施例１及び比較例１〜３．
直径８インチのＣＺ単結晶シリコン基板（伝導型；Ｐ型、電気抵抗；（Ω・ｃｍ）、基板厚；４００（μｍ））を丸形のままで準備し、スライス時の表面歪み層除去及びテキスチャー加工を目的として、ＫＯＨアルカリ溶液による異方性エッチングを行い、その後、ＲＣＡ洗浄及び温水引き上げ乾燥を行った。
次にシリコン基板の表面にＰ２Ｏ５を含んだ有機シリカ化合物の塗布剤をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥して、リンドープ有機シリカ塗布層を形成させた。
【００１３】
上記シリコン基板を近赤外線ランプベルト炉に通して、９５０℃で１０分間ドライブイン拡散させ、接合（ｎ＋）形成を行わせた。
表面に形成された不要なリンガラス層を、ＨＦ溶液を用いて除去した後、シリコンのＲＣＡ洗浄及び温水引き上げ乾燥を行い、更に、ドライ酸化法により、表面パッシベーション膜として熱酸化膜を形成させた。
【００１４】
次に、表面に、常圧ＣＶＤでＴｉＯ２反射防止膜を形成させた後、裏面に、スクリーン印刷によってアルミニウムペーストを全面に印刷し、乾燥させた後近赤外線ランプベルト炉に通し、７５０℃で５分間焼成することにより、裏面電界層を形成させた。
【００１５】
なお、表面の銀電極については、ＴｉＯ２反射防止膜及びＳｉＯ２表面熱酸化膜をファイヤースルーすることにより電気的接触が得られるように、ペースト成分並びに焼成条件を最適化した。次いで電極部の抵抗低減及び太陽電池セル間の接続を目的として、両面銀電極上にＡｇ／Ｓｎ／Ｐｂのハンダコートを行った。
このようにして丸形のＣＺ単結晶シリコン基板上全面にセルを作製した後に、ダイサーにより、図１のように、内部から１４（ｃｍ）角の完全な角形セル１枚と、周辺の弓形セル４枚を切り出し、角形及び弓形セルを別々にモジュール配線した。
【００１６】
上記の方法で作製されたセル及びモジュールそれぞれの効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５，２５℃、１００（ｍＷ／ｃｍ２）で測定したところ、表１に示す結果が得られた。
また、比較例１として図２に示す従来の単結晶シリコン疑似角形基板比較例２として単結晶丸形基板、及び、比較例３として多結晶シリコン角形基板を使用して同様に作製した、セル及びモジュールについてもそれぞれ測定し、その結果を表１に併記した。
【００１７】
【表１】
表１の結果から、同一面積のモジュール面積で比較すると、セルの並び方に無駄のない本願発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、丸形単結晶シリコン基板を使用した太陽電池の一連の製作方法の一例である。
【図２】比較例１の疑似角形単結晶シリコン基板を使用した太陽電池の一連の製作方法の一例である。
Claims (2)
- 単結晶シリコンインゴットを輪切りにして得た円板状の単結晶シリコン基板の全面に角形部と弓形部に分割し得る如く太陽電池のセルを作製した後角形セルと弓形セルとに分割する如く裁断し、次いで前記弓形セルを複数枚使用してモジュール化することを特徴とする、太陽電池モジュールの製造方法。
- 単結晶シリコンインゴットを輪切りにして得た円板状の単結晶シリコン基板の全面に角形部と弓形部に分割し得る如く太陽電池のセルを作製した後角形セルと弓形セルとに分割する如く裁断し、得られた弓形セルのみを複数枚使用してなることを特徴とする、太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11025598A JP3617923B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 単結晶シリコン太陽電池及びモジュールの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11025598A JP3617923B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 単結晶シリコン太陽電池及びモジュールの作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298023A JPH11298023A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3617923B2 true JP3617923B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=14531061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11025598A Expired - Fee Related JP3617923B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 単結晶シリコン太陽電池及びモジュールの作製方法 |
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1998
- 1998-04-06 JP JP11025598A patent/JP3617923B2/ja not_active Expired - Fee Related
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