JP5705095B2 - 太陽電池用熱処理方法および熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池セルの製造技術に関し、特に、半導体基板に塗布された電極ペーストを迅速に焼成して焼結を行なう高速の熱処理方法および熱処理炉に関するものである。

太陽電池セルの発電効率を上げる目的で、或いは、太陽電池セルで発電された電気を効率よく取り出す目的で、たとえば単結晶Ｓｉ或いは多結晶Ｓｉから成る半導体基板の表面および裏面に導電性の電極ペーストを印刷などにより塗布し、それを乾燥および焼成する熱処理炉を用いて太陽電池セルの表面電極および裏面電極を焼結する製造方法が知られている。太陽電池セルの表面には反射防止膜である窒化シリコン膜(ＳｉＮｘ膜)が形成されており、上記熱処理に際しては、そのＳｉＮｘ膜中の水素がＳｉ中に浸透し、Ｓｉのダングリングボンドを不活性化(パッシベーション)することで変換効率が向上させられることが知られている。特に、多結晶Ｓｉ基板においてはこのような効果が顕著に得られ、Ｓｉの結晶粒界に多数存在しているダングリングボンドをパッシベートすることは、効率の向上のために大変重要な機能である。この熱処理中ではＳｉ中に一旦浸透した水素が離脱するため、その水素の離脱を可及的に少なくするように、表面電極および裏面電極の焼結をしつつ、熱処理時間を可及的に短縮するように高速化や熱処理温度の低温化も求められている。

一方で、上記熱処理に際して、たとえば太陽電池セルの裏面に塗布した電極ペースト中のＡｌがＳｉ中へ拡散(合金化)することにより形成されるＢＳＦ層を均一に設けることも、発電効率を得るために重要である。このＢＳＦ層は、内部電解を形成して半導体基板の裏面付近でキャリヤの再結合による効率低下を抑制するものであるが、それの形成には十分な熱量が必要とされる。また、ＢＳＦ層の形成ほどの必要熱量ではないが、たとえば太陽電池セルの表面に塗布した電極ペースト中のＡｇを絶縁性のＳｉＮ膜を通して内部に導通(ファイヤスルー)させるためにもある程度の熱量が必要とされる。

このように、水素によるＳｉのダングリングボンドの不活性化をよい状態に保持するためにはたとえば９００℃以上の高速熱処理或いは低温熱処理が求められる一方で、電極ペースト中のＡｌをＳｉ中に拡散(合金化)させてＢＳＦ層を均一に設けたり、電極ペースト中のＡｇを絶縁性のＳｉＮ膜を通して内部に導通させたりするためには、十分な熱量を必要とするということを両立させる熱処理が求められる。また、Ａｌは高温ほどＢＳＦ層が均一となって開放電圧Ｖｏｃが高くなる傾向があるのに対して、Ａｇは温度が高くなると急激に浸食(ファイヤースルー)が進行してｐｎ接合に損傷を与える傾向があるため、電極ペースト中のＡｌをＳｉ中に拡散させるのに必要な熱量と、電極ペースト中のＡｇを絶縁性のＳｉＮ膜を通して内部に導通させるのに必要な熱量とに差があることを前提として、それらを両立させる熱処理が求められる。

これに対して、焼成炉内に熱反射部材を設けることで焼成炉内の温度ばらつきを抑制する技術が、引用文献１により提案されている。また、焼成炉端部の熱を間接的に伝えて炉内温度を安定化させる技術が、引用文献２により提案されている。また、高速焼成のために、乾燥および脱バインダー領域での被加熱物の搬送速度よりも焼成領域での被搬送物の搬送速度を高める技術が、引用文献３により提案されている。さらに、省エネルギーのために上下動を用いて搬送するウォーキングビーム方式の熱処理技術が、引用文献４により提案されている。

特開２００６−１８５９７４号公報 特開２００６−３１０７９２号公報 特開２００６−１８９２３６号公報 特許第４４５６０３３号公報

しかしながら、上記特許文献１乃至４に記載の従来の熱処理炉では、加熱時間が未だ長く、加熱ばらつきが大きいため、水素によるＳｉのダングリングボンドの不活性化や、ＡｌのＳｉ中への拡散(合金化）によるＢＳＦ層の均一形成が十分に行なわれるように加熱温度を設定すると、基板温度を低下させることができないので、電極ペースト中のＡｇの絶縁性のＳｉＮ膜を通した内部への導通に際して過度の加熱となってるので、ｐｎ接合に損傷を与えるという問題があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、水素によるＳｉのダングリングボンドの不活性化や、ＡｌのＳｉ中への拡散(合金化)によるＢＳＦ層の均一形成が十分に行なわれ、且つ、電極ペースト中のＡｇの絶縁性のＳｉＮ膜を通した内部への導通に際した過度の加熱防止をそれぞれ可能とするように、半導体基板の温度を上げないで必要な熱量で短時間に均一加熱できる熱処理方法および熱処理炉を提供することにある。

本発明者等は、以上の事情を背景として種々研究を重ねた結果、加熱されることによって熱放射を行なう熱放射体プレートを、熱処理炉内のヒータと半導体基板との間に配置して速やかに搬送すると、半導体基板の温度をそれほど上げないで、すなわち従来よりも２００℃程度低い温度でも、水素によるＳｉのダングリングボンドの不活性化や、ＡｌのＳｉ中への拡散(合金化）によるＢＳＦ層の均一形成が十分に行なわれ、しかも、電極ペースト中のＡｇの絶縁性のＳｉＮ膜を通した内部への導通に際して過度の加熱が防止されるという事実を見いだした。本発明はその知見に基づいて為されたものである。

本発明の太陽電池セルの熱処理方法の要旨とするところは、（a）Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが表面に塗布され、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが裏面に塗布された太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板を搬送する過程で位置固定の加熱ヒータで加熱し、裏面電極および表面電極が裏面および表面に固着された太陽電池セルを得るための太陽電池セルの熱処理方法であって、（b）複数の加熱域を有する熱処理炉において、該複数の加熱域のうち、少なくとも前記半導体基板の温度が最高温度となる加熱域内に、搬送される前記太陽電池セル用半導体基板と該加熱ヒータとの間に配置された、加熱によって熱放射を行なう熱放射体を用いて、前記太陽電池セル用半導体基板を加熱することにある。

また、上記太陽電池セルの熱処理方法が好適に適用される熱処理炉の要旨とするところは、（a）Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが表面に塗布され、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが裏面に塗布された太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板を搬送する過程で位置固定の加熱ヒータで加熱し、裏面電極および表面電極が裏面および表面に固着された太陽電池セルを得るための太陽電池セルの熱処理炉であって、（b）搬送される前記太陽電池セル用半導体基板と該加熱ヒータとの間に配置された、加熱によって熱放射を行なう熱放射体を含み、（c）前記熱処理炉は、複数の加熱域を有し、（d）前記熱放射体は、前記複数の加熱域のうち、前記半導体基板の温度が最高温度となる加熱域内に少なくとも設けられていることにある。

本発明の太陽電池セルの熱処理方法および熱処理炉によれば、加熱によって熱放射を行なう熱放射体が、搬送される前記太陽電池セル用半導体基板と該加熱ヒータとの間に備えられていることから、太陽電池セル用半導体基板がその熱放射体からの熱放射により近傍から加熱されるので、太陽電池セル用半導体基板の高速搬送が可能となり、表面に均一加熱を加えつつ半導体基板自体の温度上昇を抑制できる。従って、十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも上になるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができる。また、高速焼成のためにヒーティングゾーンを長くした大型の熱処理炉を必要としない利点もある。また、前記熱処理炉は、複数の加熱域を有したものであり、前記熱放射体は、それら複数の加熱域のうち、前記半導体基板の温度が最高温度となる加熱域内に少なくとも設けられる。このように熱放射体を配置することで、太陽電池セルの十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも上になるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができるという効果が得られる。

ここで、好適には、前記熱放射体は、前記太陽電池セル用半導体基板の裏面から５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて設けられている。このようにすれば、太陽電池セル用半導体基板がその熱放射体からの熱放射により近傍から加熱されることから、太陽電池セル用半導体基板の高速搬送が可能となり、表面に均一加熱を加えつつ半導体基板自体の温度上昇を抑制できるので、太陽電池セルの十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも上になるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができる。また、高速焼成のためにヒーティングゾーンを長くした大型の熱処理炉を必要としない。

また、好適には、前記熱放射体は、前記太陽電池セル用半導体基板の裏面から５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて設けられる。このようにすれば、太陽電池セルの十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも上になるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができる。熱放射体と半導体基板の裏面との間の距離が５ｍｍを下回ると、半導体基板と熱処理炉の炉体などとの間が狭くなって干渉などの搬送上の不都合が発生する。熱放射体と半導体基板の裏面との間の距離が２００ｍｍを超えると、熱放射体を設けた効果が十分に得られ難くなる。

また、好適には、前記熱放射体は、Ｓｉ板である。このようにすれば、半導体基板の汚染を好適に防止することができる。この熱放射体は、加熱ヒータの熱エネルギを受けて半導体基板へ向かって赤外線、遠赤外線などの放射線を熱放射し、半導体基板を輻射加熱するものであればよく、たとえば、御影石などの天然石、セラミックス板、ＳｉＣ板、ＳｉＮ板などであってもよい。また、加熱ヒータ側には吸収率の高い材料から成る黒色層と半導体基板側には熱放射効率の高い材料から成る放射層とから成る多層構造のものであってもよい。

また、好適には、前記太陽電池セル用半導体基板をその太陽電池セル用半導体基板の裏面が上側となるように搬送する搬送装置を含み、前記熱放射体は、該太陽電池セル用半導体基板の上側に位置固定に配置される。このようにすれば、半導体基板の裏側に一面に塗布されたＡｌを含む裏面電極用導電ペーストに搬送による欠点を発生させない利点がある。

また、好適には、前記搬送装置は、一方向に回転駆動される無端ベルトを有し、該無端ベルトの上側ベルト部上に載置された前記太陽電池セル用半導体基板を搬送するものである。このようにすれば、太陽電池セル用半導体基板を搬送する搬送装置は、比較的簡単に構成される。この無端ベルトは、たとえば、ステンレスメッシュベルトから構成される。

また、好適には、前記搬送装置は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられる第１ビームおよび第２ビームを有し、該第１ビームおよび第２ビームが前記太陽電池セル用半導体基板を交互に支持することにより一方向へ搬送するウォーキングビーム式搬送装置である。このようにすれば、搬送装置からの粉塵の発生や熱移動が少なく太陽電池セル用半導体基板の汚染が防止される利点がある。

また、好適には、前記太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板の裏面が下側となるように搬送する搬送装置を含み、前記熱放射体は、該太陽電池セル用半導体基板の下側に配置されている。このように熱放射体を配置することで、太陽電池セルの十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも高くなるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができるという効果が得られる。

また、好適には、前記搬送装置は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられる第１ビームおよび第２ビームを有し、該第１ビームおよび第２ビームが前記太陽電池セル用半導体基板を交互に支持することにより一方向へ搬送するものであり、前記熱放射体は、該第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方に固定されている。このようにすれば、太陽電池セル用半導体基板には、搬送装置からの粉塵の発生や熱移動が少ない利点がある。

本発明の熱処理方法を実施するための熱処理炉の一例を模式的に示す図である。 図１の熱処理炉のヒートカーブおよび焼成時間を説明する図である。 図１の熱処理炉の熱放射体の形状および取付位置構造を説明するための断面図である。 図１の熱処理炉の熱放射体の形状および取付位置構造の他の例を説明するための断面図である。 図１の熱処理装置により製造される太陽電池セルの表面に焼結された表面電極の形状を説明する図である。 図１の熱処理装置により製造される太陽電池セルの裏面に焼結された裏面電極および半田付パッドの形状を説明する図である。 図１の熱処理装置により製造される太陽電池セルの構成を説明する断面図である。 図７の太陽電池セルの焼成時の熱放射体と半導体基板との間の距離を変化させたときに得られる太陽電池セルの性能との対応関係を示す図表である。 図７の太陽電池セルの焼成時の熱放射体の寸法を変化させたときに得られる太陽電池セルの性能との対応関係を示す図表である。 本発明の熱処理方法を実施するための熱処理炉の他の一例を模式的に示す図である。 図１０の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成を概略説明する平面図である。 図１０のウォーキングビーム式搬送装置の搬送作動を概略説明する図であって、（ａ）は、可動ビームが上方移動した図であり、（ｂ）は、可動ビームが下方移動した図である。 図１０の熱処理炉のヒートカーブおよび焼成時間を示す図である。 図１０の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成を概略説明する断面図である。 図１０の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成の他の例を概略説明する断面図である。 図１０の熱処理炉に備えられた太陽電池セルの焼成時の熱放射体と半導体基板との間の距離を変化させたときに得られる太陽電池セルの性能との対応関係を示す図表である。 本発明の熱処理方法を実施するための熱処理炉の他の一例を模式的に示す図である。 図１７の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成を概略説明する平面図である。 図１７のウォーキングビーム式搬送装置の搬送作動を概略説明する図であって、（ａ）は、可動ビームが上方移動した図であり、（ｂ）は、可動ビームが下方移動した図である。 図１７の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成を概略説明する断面図である。 図１７の熱処理炉に備えられたウォーキングビーム式搬送装置の構成の他の例を概略説明する断面図である。

以下、本発明の一適用例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において装置を説明する図は適宜簡略化された模式図であって、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の熱処理方法が適用される熱処理炉の一例を模式的に示している。図１において、熱処理炉１０は、入口１２および出口１４が形成された炉壁１６と、炉壁１６の入口１２および出口１４から両端部が外部に露出するように入口側ローラ１８、２０および出口側ローラ２２、２４間に水平となるように捲き掛けられた無端ベルト２６を有するベルト式搬送装置２８と、無端ベルト２６の上側搬送ベルト部２６ａを上下から挟むように位置固定に設けられた６対の加熱ヒータ２８ａおよび２８ｂ、２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ、３１ａおよび３１ｂ、３２ａおよび３２ｂ、３３ａおよび３３ｂ、３４ａおよび３４ｂと、加熱ヒータ３３ａとその加熱ヒータ３３ａに直下に位置して上側搬送ベルト部２６ａとの間に位置固定に設けられたプレート状の熱放射体３６とを、備えている。

上記ベルト式搬送装置２８は、たとえばステンレスメッシュ製の上記無端ベルト２６と図示しないベルト駆動モータとを備え、無端ベルト２６の上側搬送ベルト部２６ａ上に載置された被加熱物である半導体基板３８を入口１２から出口１４へ一定の速度で搬送し、搬送過程で６対の加熱ヒータ２８ａおよび２８ｂ、２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ、３１ａおよび３１ｂ、３２ａおよび３２ｂ、３３ａおよび３３ｂの間を順次通過させることにより、たとえば図２に示すヒートカーブで半導体基板３８に急速な熱処理を施す。加熱ヒータ２８ａおよび２８ｂは第１加熱域Ｈ１、加熱ヒータ２９ａおよび２９ｂは第２加熱域Ｈ２、加熱ヒータ３０ａおよび３０ｂは第３加熱域Ｈ３、加熱ヒータ３１ａおよび３１ｂは第４加熱域Ｈ４、加熱ヒータ３２ａおよび３２ｂは第５加熱域Ｈ５、加熱ヒータ３３ａおよび３３ｂは第６加熱域Ｈ６を形成している。図２に示すように、第６加熱域Ｈ６において熱処理の最高温度が形成されるように各加熱ヒータの出力が制御され、熱放射体３６は少なくとも上記最高温度が形成される加熱域である第６加熱域Ｈ６内に設けられている。

上記半導体基板３８は、たとえば１５６ｍｍ×１５０ｍｍ×２００μｍ厚のタイル状であり、熱放射体３６は、たとえば２０ｃｍ幅×１ｃｍ厚の帯状のＳｉ板から構成されている。熱放射体３６は、半導体基板３８の１／３以上の奥行きを有することが必要であり、好ましくは半導体基板３８の奥行きと同等以上の奥行き寸法を有することが望まれる。また、熱放射体３６は、半導体基板３８の幅と同等以上の幅寸法を有することが望まれる。たとえば図３に示すように、熱放射体３６は、熱処理炉１０の幅方向において連続した状態で、半導体基板３８の基板温度が最高値を示す加熱域Ｈ６において加熱ヒータ３３ａに直下に位置し、半導体基板３８の裏面(上側の面)に対して、５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて水平に固定されている。なお、図４に示すように、熱放射体３６は、半導体基板３８の真上に位置するようにその半導体基板３８の数に対応して熱処理炉１０の幅方向において分割されていてもよい。

図５および図６は、電極用導電（厚膜）ペーストの塗布後の半導体基板３８を熱処理することにより得られる太陽電池セル４０の表面および裏面を説明する図であり、図７は、その太陽電池セル４０の構造を説明する断面図である。太陽電池セル４０の表面すなわち受光面には、図５に示すように、互いに平行な複数本の櫛歯状電極４２ａと、それら複数本の櫛歯状電極４２ａを導通させるバスバー電極４２ｂとからなる表面電極４２が設けられている。この表面電極４２は、Ａｇを主成分とする導電性厚膜であって、Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが印刷などにより塗布された後で、熱処理されることにより固着されたものである。

太陽電池セル４０の裏面すなわち背面には、図６に示すように、半導体基板３８の裏面全体を覆う裏面電極４４と、その裏面電極４４に接するように設けられた半田付パッド４６とが設けられている。裏面電極４４は、Ａｌを主成分とする導電性厚膜であって、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが印刷などにより塗布された後で、熱処理されることにより固着されたものである。半田付パッド４６は、Ａｇを主成分とする導電性厚膜であって、Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが印刷などにより塗布された後で、熱処理されることにより固着されたものである。

太陽電池セル４０の半導体基板３８は、結晶成長により得られたインゴットからスライスされた単結晶板、或いは鋳造法により得られたインゴットからスライスされた多結晶板であり、たとえばボロンが拡散されることによりｐ型とされた３００乃至５００μｍ程度の厚みを有するｐ型半導体である。この半導体基板３８の比抵抗は、たとえば１〜５Ω・ｃｍである。この半導体基板３８内には、たとえばオキシ塩化リンなどの不純物を含むガス中で熱処理を行なうことにより、図７に示すように、０．１乃至０．５μｍ程度のｎ型の拡散層４８が形成され、これによりＰＮ接合が内部に形成されている。また、上記半導体基板３８の表面には、たとえばシランとアンモニアの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、たとえば５０乃至２００ｎｍ程度の厚み（通常７０乃至８０ｎｍ程度の厚み）であって窒化シリコンＳｉＮｘから成る図示しない反射防止膜が形成されている。

このように構成された半導体基板３８の表面と裏面とには、電極用導電ペースト塗布工程において、表面電極４２と裏面電極４４および半田付パッド４６とを焼結するためのＡｇを含む表面電極用導電ペーストとＡｌを含む裏面電極用導電ペーストとが印刷などにより塗布される。すなわち、半導体基板３８の表面には、図５に示すように、互いに平行な複数本の櫛歯状電極４２ａと、それら複数本の櫛歯状電極４２ａを導通させるバスバー電極４２ｂとからなる表面電極４２とを形成するために、Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが印刷などによりそれぞれ塗布される。また、太陽電池セル４０の裏面すなわち背面には、図６に示すように、半導体基板３８の裏面全体を覆う裏面電極４４と、その裏面電極４４に接するように設けられた半田付パッド４６とを設けるために、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが印刷などにより半導体基板３８の裏面一面に塗布されるとともに、Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが裏面電極４４に一部接するように印刷などにより塗布される。次いで、半導体基板３８は、必要に応じて乾燥される。

そして、熱処理工程において、上記表面電極用導電ペーストおよび裏面電極用導電ペーストの電極用導電ペーストが塗布された半導体基板３８が図１に示す熱処理炉１０を通されることにより熱処理が施される。この熱処理は、半導体基板３８をＡｌを含む裏面電極用導電ペーストが一面印刷された裏面が表面となり熱放射体３６側すなわち上側となるように上側搬送ベルト部２６ａ上に載置された状態で搬送することにより、行なわれる。この熱処理では、最高温度が形成される加熱域Ｈ６の加熱ヒータ３３ａおよび３３ｂのうちの上側の加熱ヒータ３３ａと上側搬送ベルト部２６ａすなわち上側搬送ベルト部２６ａ上の半導体基板３８との間に配置された熱放射体３６からの放射熱(輻射熱)が半導体基板３８への入熱に寄与することで、従来では加熱ヒータ３３ａおよび３３ｂの温度或いは加熱域Ｈ６内の温度が８００〜８５０℃程度以上で行なわれていたのに対して、本実施例では、それよりも１５０〜２００℃程度低い温度で、半導体基板３８の温度がたとえばＡｌ融点６６０℃を僅かに上まわる６６０℃程度以上の焼成温度で行なわれる。これにより、図７に示すように、表面電極４２が半導体基板３８の表面に焼結され、裏面電極４４ａおよび半田付パッド４４ｂが半導体基板３８の裏面に焼結されるだけでなく、反射防止膜(ＳｉＮｘ膜)中の水素がＳｉ中に浸透させられてＳｉの結晶粒界に多数存在しているダングリングボンドの不活性化が行なわれ、Ａｇを含む表面電極４２が反射防止膜４８を通してｐ型領域に導通(ファイヤースルー)させられ、裏面電極４４に含まれるＡｌがＳｉ中へ拡散(合金化）され、裏面付近でキャリヤの再結合による効率低下を抑制する内部電極を形成する均一なＢＳＦ層５０が形成される。

また、この熱処理では、熱放射体３６からの熱放射により、半導体基板３８の従来の熱処理温度が従来よりも２００℃程度の低温のたとえば半導体基板３８のＡｌ融点６６０℃を僅かに上まわる６６０℃程度以上の焼成温度且つその維持が２秒程度の短時間で、昇温時間が３５秒程度で行なわれるため、半導体基板３８内に浸透してＳｉの結晶粒界に多数存在しているダングリングボンドを不活性化することに寄与している水素の離脱が可及的に少なくされ、変換効率が高められている。同時に、熱放射体３６が半導体基板３８の裏面側に位置させられていることもあって、表面電極４２に含まれるＡｇがＳｉ内へ浸入(ファイヤースルー)することが抑制されて、ｐｎ接合に損傷を与えることが好適に防止されている。

上述のように、本実施例の熱処理工程あるいは熱処理炉１０によれば、最高温度が形成される第６加熱域Ｈ６において、加熱ヒータ３３ａおよび３３ｂからの加熱によって熱放射を行なう熱放射体３６が、搬送される太陽電池セル用半導体基板３８と上側の加熱ヒータ３３ａとの間に備えられていることから、太陽電池セル用半導体基板３８がその熱放射体からの熱放射により近傍から加熱されるので、太陽電池セル用半導体基板３８の高速搬送が可能となり、表面に均一加熱を加えつつ半導体基板３８自体の温度上昇を抑制できる。従って、太陽電池セル４０は、十分な変換効率を維持しつつ、表面電極用導電ペースト中のＡｇがファイヤースルーする温度、且つ裏面電極用導電ペースト中のＡｌが合金化する温度よりも上になるように設定する焼成温度を、大幅に低下させることができる。また、高速焼成のためにヒーティングゾーンを長くした大型の熱処理炉を必要としない利点もある。

因みに、図８は、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×２００μｍ厚みの半導体基板３８と、２００ｍｍ幅×２００ｍｍ奥行き×１０ｍｍ厚みのＳｉ板の熱放射体３６とを用い、図１のベルト式熱処理炉１０の第６加熱域Ｈ６において熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を変化させたときに、電池性能を示すＦＦ（フィルファクタ）を可及的に高い値たとえば７７或いは７８に維持する焼成条件を示している。図８において、ウエハ表面温度とは、半導体基板３８の表面に熱電対を固定して測定した半導体基板３８の表面温度であり、設定値とは、各加熱ヒータ２８ａおよび２８ｂ、・・・加熱ヒータ３３ａおよび３３ｂの温度制御で設定されている目標値である。また、Ｎｏ．１は、熱放射体３６を用いない場合の温度設定値である。図８から明らかなように、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が５ｍｍ乃至１００ｍｍであるＮｏ．２乃至Ｎｏ．６では、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第６加熱域Ｈ６の設定温度を大幅に低下させることができた。また、Ｎｏ．９に示されるように、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が５ｍｍである場合は、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第６加熱域Ｈ６の設定温度を２８０℃低下させても、同等の性能(ＦＦ)が得られた。これに対して、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が２００ｍｍ或いは３００ｍｍとなると、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８に示されるように、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第６加熱域Ｈ６の設定温度の差が見られない。したがって、図１のベルト式熱処理炉１０では、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を５ｍｍ乃至１００ｍｍとすることで、熱処理温度を低温化することができる効果が得られた。

また、図９は、２００μｍ厚みを有し、基板寸法が５インチ角と６インチ角の２種類の半導体基板３８と、１０ｍｍ厚みを有し、幅寸法が２００ｍｍ、奥行き寸法が５０ｍｍ、１５６ｍｍ、２００ｍｍの３種類のＳｉ板の熱放射体３６とを用い、図１のベルト式熱処理炉１０の第６加熱域Ｈ６において熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を一定の１０ｍｍとしたときに、電池性能を示すＦＦ（フィルファクタ）を可及的に高い値たとえば７８に維持する焼成条件を示している。図９のＮｏ．１から明らかなように、熱放射体３６の搬送方向の寸法である奥行き寸法が半導体基板３８の奥行き寸法に対して１／３以下である場合は、熱放射体３６の熱放射による加熱効果が十分でなく、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して第６加熱域Ｈ６の設定温度を低くすると、太陽電池セル４０の性能(ＦＦ)が得られない。しかし、熱放射体３６の奥行き寸法が半導体基板３８の奥行き寸法に対して０．４倍乃至１．８倍であるときには、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第６加熱域Ｈ６の設定温度を大幅に６０℃程度低下させることができた。

以下において、本発明の熱処理方法を実施するために用いられる他の熱処理炉の例を説明するが、実施例相互に共通する部分いは同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本発明の熱処理方法を実施するための他の熱処理炉６０を模式的に示し、図１１は、その焼成炉６０に備えられたウォーキングビーム式搬送装置６２の構成を概略説明する平面図および断面図である。図１２は、ウォーキングビーム式搬送装置の搬送作動を概略説明する断面図である。なお、ウォーキングビーム式搬送装置６２を備える熱処理炉６０では、熱放射体３６の奥行き寸法および幅寸法は、半導体基板３８の奥行き寸法および幅寸法と同等以上である。

本実施例の熱処理炉６０は、前述の熱処理炉１０に比較して、６つの加熱域Ｈ１乃至Ｈ６およびベルト式搬送装置２８に替えて、４つの加熱域Ｈ１乃至Ｈ４およびウォーキングビーム式搬送装置６２を備えている点で相違し、他は同様に構成されている。本実施例のウォーキングビーム式搬送装置６２は、固定ビーム６４とその両側に配置された可動ビーム６６、６８と、可動ビーム６６、６８を下降位置から上方位置への上方移動ａ、後方位置から前進位置への前進方向移動ｂ、上方位置から下降位置への下方移動ｃ、前進位置から後方位置への後進方向移動ｄを順次実行させる図示しない駆動装置とを備えている。固定ビーム６４の両側に配置された可動ビーム６６、６８は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられ、固定ビーム６４と可動ビーム６６、６８とが前記太陽電池セル用半導体基板３８を交互に支持することにより半導体基板３８が出口１４へ向かって一方向へ搬送される。

固定ビーム６４に等間隔で設定された複数箇所の基板支持位置には、平面視でＸ字状を成すＸ字状支持突起７０が設けられている。このＸ字状支持突起７０は、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、先端ほど上方へ向かうように曲げられており、半導体基板３８との接触面積が可及的に少なくされている。また、固定ビーム６４と平行にその両側に配置された一対の可動ビーム６６、６８に等間隔で設定された複数箇所の基板支持位置には、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、相対的な上下移動時においてＸ字状支持突起７０と相互干渉しないように、互いに接近するように水平に突き出す一対の平行な棒状突起７２がそれぞれ設けられている。

上記のように構成されたウォーキングビーム式搬送装置６２では、図１２（ａ）に示すように、可動ビーム６６、６８が上方移動ａのストローク分だけ上昇させられると、半導体基板３８が可動ビーム６６、６８の棒状突起７２に支持されて高さｈ１まで持ちあげられ、この状態で前進方向移動ｂのストローク分だけ進行方向へ搬送させられる。次いで、図１２（ｂ）に示すように、可動ビーム６６、６８が下方移動ｃのストローク分だけ下降させられると、半導体基板３８が高さｈ２まで下降させられ固定ビーム６４のＸ字状支持突起７０に支持される。この状態で、可動ビーム６６、６８は後進方向移動ｄのストローク分だけ後退させられる。このような１サイクルの作動が繰り返されることにより、半導体基板３８は、高さｈ１とｈ２との間の上下動しつつ一定のタクトで逐次搬送される。この炉壁１６の入口１２から出口１４までの搬送過程において、半導体基板３８がたとえば図１３に示す温度プロファイルで加熱される。

本実施例の熱処理炉６０では、たとえば図１４に示されるように、熱放射体３６は、熱処理炉１０の幅方向において連続した状態で、半導体基板３８の基板温度が最高値を示す加熱域Ｈ３において加熱ヒータ３１ａに直下に位置し、半導体基板３８の裏面(上側の面)に対して、５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて水平に固定されている。図１５は、半導体基板３８がその裏面電極４４が下側となる姿勢で搬送される場合の、熱放射体３６の配置例を示している。この場合の半導体基板３８は、Ｘ字状支持突起７０に支持された半導体基板３８の下面に対して５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てるように固定ビーム６４に固定されている。

本実施例においても熱放射体３６が配置されているので、前述の実施例と同様の効果が得られる。因みに、図１６は、図８の場合と同様に、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×２００μｍ厚みの半導体基板３８と、２００ｍｍ幅×２００ｍｍ奥行き×１０ｍｍ厚みのＳｉ板の熱放射体３６とを用い、図１０および図１１のベルト式熱処理炉６０の第３加熱域Ｈ３において熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を変化させたときに、電池性能を示すＦＦ（フィルファクタ）を所定の高い値たとえば７７或いは７８に維持する焼成条件を示している。図１６において、ウエハ表面温度とは、半導体基板３８の表面に熱電対を固定して測定した半導体基板３８の表面温度であり、設定値とは、各加熱ヒータ２８ａおよび２８ｂ、・・・加熱ヒータ３１ａおよび３１ｂの温度制御で設定されている目標値である。また、Ｎｏ．１は、熱放射体３６を用いない場合の温度設定値である。図１６から明らかなように、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が５ｍｍ乃至２００ｍｍであるＮｏ．２乃至Ｎｏ．７では、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第３加熱域Ｈ３の設定温度を大幅に低下させることができた。また、Ｎｏ．９に示されるように、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が５ｍｍである場合は、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第３加熱域Ｈ３の設定温度を２００℃低下させても、同等の性能(ＦＦ)が得られた。これに対して、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離が３００ｍｍとなると、Ｎｏ．８に示されるように、熱放射体３６を用いない場合(Ｎｏ．１)に比較して、第３加熱域Ｈ３の設定温度設定温度の差が殆ど見られない。したがって、図１０乃至図１２のウォーキングビーム式熱処理炉６０では、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を５ｍｍ乃至２００ｍｍとすることで、熱処理温度を低温化することができる効果が得られた。

図１７は、本発明の熱処理方法を実施するための他の熱処理炉８０を模式的に示し、図１８および図１９は、その焼成炉８０に備えられたウォーキングビーム式搬送装置８２の構成を概略説明する平面図および断面図である。

本実施例の熱処理炉８０は、前述の熱処理炉６０に比較して、ウォーキングビーム式搬送装置８２が相違するが、他は同様に構成されている。すなわち、ウォーキングビーム式搬送装置８２は、前述のウォーキングビーム式搬送装置６２の固定ビーム６４に替えて、上下動ビーム８４が用いられている点が相違している。本実施例のウォーキングビーム式搬送装置６２は、上下動ビーム８４とその両側に配置された可動ビーム６６、６８と、上下動ビーム８４を上下移動させ、且つ、可動ビーム６６、６８を下降位置から上方位置への上方移動ａ、後方位置から前進位置への前進方向移動ｂ、上方位置から下降位置への下方移動ｃ、前進位置から後方位置への後進方向移動ｄを順次実行させる図示しない駆動装置とを備えている。上下動ビーム８４の両側に配置された可動ビーム６６、６８は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられ、上下動ビーム８４が可動ビーム６６、６８の上方移動ａおよび下方移動ｃに同期してそれと反対方向に移動させられることで、上下動ビーム８４と可動ビーム６６、６８とが前記太陽電池セル用半導体基板３８を交互に支持することにより半導体基板３８が出口１４へ向かって一方向へ搬送される。

ウォーキングビーム式搬送装置８２では、図１９(a)に示すように、可動ビーム６６、６８が上方移動ａのストローク分だけ上昇させられ、それに同期して上下動ビーム８４がｋ１からｋ２へ下降させられると、半導体基板３８が可動ビーム６６、６８の棒状突起７２に高さｈ１で支持され、この状態で前進方向移動ｂのストローク分だけ進行方向へ搬送させられる。次いで、図１９(b)に示すように、上下動ビーム８４がｋ２からｋ１へ上昇させられ、それに同期して可動ビーム６６、６８が下方移動ｃのストローク分だけ下降させられると、半導体基板３８が上下動ビーム８４のＸ字状支持突起７０により高さｈ１で支持される。この状態で、可動ビーム６６、６８は後進方向移動ｄのストーク分だけ後退させられる。このような１サイクルの作動が繰り返されることにより、半導体基板３８は、高さｈ１に維持されつつ一定のタクトで逐次搬送される。この炉壁１６の入口１２から出口１４までの搬送過程において、半導体基板３８がたとえば図１３に示す温度プロファイルで加熱される。

本実施例の熱処理炉８０では、たとえば図２０に示されるように、熱放射体３６が、熱放射体３６は、熱処理炉１０の幅方向において連続した状態で、半導体基板３８の基板温度が最高値を示す加熱域Ｈ３において加熱ヒータ３０ａに直下に位置し、半導体基板３８の裏面(上側の面)に対して、５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて水平に固定されている。図２１は、半導体基板３８がその裏面電極４４が下側となる姿勢で搬送される場合の、熱放射体３６の配置例を示している。この場合の半導体基板３８は、Ｘ字状支持突起７０に支持された半導体基板３８の下面に対して５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てるように固定ビーム６４に固定されている。

本実施例においても熱放射体３６が配置されているので、前述の実施例と同様の効果が得られるとともに、図１６に示すものと同様の結果が得られるしたがって、図１７乃至図１９のウォーキングビーム式熱処理炉８０では、熱放射体３６と半導体基板３８との間の距離を５ｍｍ乃至２００ｍｍとすることで、熱処理温度を低温化することができる効果が得られた。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０、６０、８０：熱処理炉
２６：無端ベルト
２８：ベルト式搬送装置(搬送装置)
３６：熱放射体
３８：太陽電池セル用半導体基板
４０：太陽電池セル
６２：ウォーキングビーム式搬送装置(搬送装置)
６４：固定ビーム
６６：可動ビーム
６８：可動ビーム
８２：ウォーキングビーム式搬送装置(搬送装置)
８４：上下動ビーム

Claims (9)

1. Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが表面に塗布され、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが裏面に塗布された太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板を搬送する過程で位置固定の加熱ヒータで加熱し、裏面電極および表面電極が裏面および表面に固着された太陽電池セルを得るための太陽電池セルの熱処理方法であって、
   複数の加熱域を有する熱処理炉において、該複数の加熱域のうち、少なくとも前記半導体基板の温度が最高温度となる加熱域内に、搬送される前記太陽電池セル用半導体基板と該加熱ヒータとの間に配置された、加熱によって熱放射を行なう熱放射体を用いて、前記太陽電池セル用半導体基板を加熱することを特徴とする太陽電池セルの熱処理方法。
2. Ａｇを含む表面電極用導電ペーストが表面に塗布され、Ａｌを含む裏面電極用導電ペーストが塗布された太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板を搬送する過程で位置固定の加熱ヒータで加熱し、裏面電極および表面電極が裏面および表面に固着された太陽電池セルを得るための太陽電池セルの熱処理炉であって、
   搬送される前記太陽電池セル用半導体基板と該加熱ヒータとの間に配置された、加熱によって熱放射を行なう熱放射体を含み、
   前記熱処理炉は、複数の加熱域を有し、
   前記熱放射体は、前記複数の加熱域のうち、前記半導体基板の温度が最高温度となる加熱域内に少なくとも設けられている
   ことを特徴とする太陽電池セルの熱処理炉。
3. 前記熱放射体は、前記太陽電池セル用半導体基板の裏面から５ｍｍ乃至２００ｍｍの距離を隔てて設けられていることを特徴とする請求項２の太陽電池セルの熱処理炉。
4. 前記熱放射体は、Ｓｉ板であることを特徴とする請求項２または３の太陽電池セルの熱処理炉。
5. 前記太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板の裏面が上側となるように搬送する搬送装置を含み、
   前記熱放射体は、該太陽電池セル用半導体基板の上側に位置固定に配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１の太陽電池用熱処理炉。
6. 前記搬送装置は、一方向に回転駆動される無端ベルトを有し、該無端ベルトの上側ベルト部上に載置された前記太陽電池セル用半導体基板を搬送するものであることを特徴とする請求項５の太陽電池用熱処理炉。
7. 前記搬送装置は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられる第１ビームおよび第２ビームを有し、該第１ビームおよび第２ビームが前記太陽電池セル用半導体基板を交互に支持することにより一方向へ搬送するものであることを特徴とする請求項５の太陽電池用熱処理炉。
8. 前記太陽電池セル用半導体基板を、該太陽電池セル用半導体基板の裏面が下側となるように搬送する搬送装置を含み、
   前記熱放射体は、該太陽電池セル用半導体基板の下側に配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１の太陽電池用熱処理炉。
9. 前記搬送装置は、水平方向および垂直方向に一定のストロークで相対的に往復移動させられる第１ビームおよび第２ビームを有し、該第１ビームおよび第２ビームが前記太陽電池セル用半導体基板を交互に支持することにより一方向へ搬送するものであり、
   前記熱放射体は、該第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方に固定されていることを特徴とする請求項８の太陽電池用熱処理炉。
   

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