特許 7454357 マスクトレイ、及び、太陽電池セルの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-13

(45)【発行日】2024-03-22

(54)【発明の名称】マスクトレイ、及び、太陽電池セルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0224 20060101AFI20240314BHJP

   H01L 31/18 20060101ALI20240314BHJP

   H01L 31/0747 20120101ALI20240314BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 266

H01L31/04 420

H01L31/06 455

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019200069

(22)【出願日】2019-11-01

(65)【公開番号】P2021072417

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-09-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】福田 将典

(72)【発明者】

【氏名】吉河 訓太

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－３３５５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０５１５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０７８１６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／０４７１０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２４９３０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０２－３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２８－２１／２８８

Ｈ０１Ｌ ２１／４４－２１／４４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形状の半導体基板と、前記半導体基板における少なくとも一方の主面のうち、外縁領域を除いた領域上、及び、一の辺に略平行な直線で複数の矩形状の小区画を画定する境界線領域を除いた領域上にデポアップ方式で製膜される透明導電層と、前記透明導電層上に形成された複数の集電電極と、を有する太陽電池セルの製造工程で用いるマスクトレイであって、
前記マスクトレイは、蒸着源の上方を、搬送方向に平行な辺が搬送支持手段に支持された状態で搬送されることに伴い前記製膜がされるように構成されており、
前記製膜の際に前記半導体基板に覆われる、上下方向に空間が貫通した開口部と、前記製膜の際に前記半導体基板の下方に位置するように前記開口部に一体的に固定されるように装着されるマスク体とを有し、
前記開口部は、前記製膜の際に、前記半導体基板の前記マスク体と反対側の面が前記半導体基板の上方に位置する空間に面するように構成されており、
前記マスク体は、前記開口部に対して着脱可能であって、装着時に前記開口部の内縁部に下方から支持され、前記半導体基板の前記外縁領域を下方から保持するマスク枠と、前記半導体基板の前記境界線領域を下方から保持する境界線領域保持部と、を有し、
前記境界線領域保持部は、前記マスクトレイの前記搬送方向に対して垂直に延びるように設けられたマスクトレイ。

【請求項2】

矩形状の半導体基板における少なくとも一方の主面のうち、外縁領域を除いた領域上、及び、一の辺に略平行な直線で複数の矩形状の小区画を画定する境界線領域を除いた領域上に透明導電層を製膜し、前記透明導電層上に複数の集電電極を形成する太陽電池セルの製造方法であり、
前記透明導電層は、マスクトレイの上方に前記半導体基板を載置し、前記マスクトレイの下方に蒸着源を配置して、前記マスクトレイを、搬送方向に平行な辺が搬送支持手段に支持された状態で、前記蒸着源の上方にて搬送させることにより製膜され、
前記マスクトレイは、前記製膜の際に前記半導体基板に覆われる、上下方向に空間が貫通した開口部と、前記製膜の際に前記半導体基板の下方に位置するように前記開口部に一体的に固定されるように装着されるマスク体とを有し、
前記製膜の際に、前記開口部に対して前記半導体基板を、前記マスク体と反対側の面が前記半導体基板の上方に位置する空間に面するように配置し、
前記マスク体は、前記開口部に対して着脱可能であって、装着時に前記開口部の内縁部に下方から支持され、前記半導体基板の前記外縁領域を下方から保持すると共に、前記半導体基板の前記境界線領域を下方から保持するものであり、
前記マスク体における、前記境界線領域を下方から保持する境界線領域保持部を、前記マスクトレイの前記搬送方向に対して垂直に延びるように設ける、太陽電池セルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池セルの製造工程で用いるマスクトレイ、及び、これを用いた太陽電池セルの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体基板の主面に透明導電層を形成するにあたり、デポアップ方式で製膜することが開示されている。デポアップ方式はフェースダウン方式とも言い、製膜しようとする面が下方を向くように半導体基板を配置し、半導体基板の下方に位置する蒸着源から上方に飛来する蒸着粒子を半導体基板に着膜させる製膜方式である。デポアップ方式では、厚さ方向に空間が貫通した開口部を有するマスクトレイを用い、このマスクトレイの上方に半導体基板を載置し、マスクトレイの下方に蒸着源を配置して製膜を行う。

【0003】

特許文献１には、マスクトレイに対して載置時に生じる半導体基板の撓みに着目し、開口部における縁部（半導体基板と接触する部分）にテーパ面を設けることが開示されている。このようにテーパ面を設けることにより、半導体基板でマスクトレイにより遮蔽された領域における、半導体基板とマスクトレイとの間の空隙を減少させられる。このため、マスクトレイに載置した半導体基板に撓みが生じている場合であっても、半導体基板において本来マスクトレイに遮蔽されるべき領域に着膜してしまい、意図しない製膜がされてしまうことで太陽電池の性能が低下することを抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／５２０４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に開示されたようにマスクトレイにテーパ面を設ける手法では、テーパ面に高い寸法精度が要求される。また、半導体基板の厚みに応じて撓み量が変わることから、マスクトレイの開口部に対する半導体基板（主面）の角度が変わるため、半導体基板の厚みごとに別個のマスクトレイが必要となる。更に、マスクトレイの自重によりマスクトレイ自体にも撓みが生じる。このような事情から、テーパ面を設ける手法では、半導体基板においてマスクトレイに遮蔽されるべき領域に意図しない製膜がされてしまうことを効果的に防止できない可能性があった。

【0006】

そこで本発明は、デポアップ方式で製膜する際に、半導体基板においてマスクトレイに遮蔽されるべき領域に意図しない製膜がされてしまうことを効果的に防止できるマスクトレイ、及び、これを用いた太陽電池セルの製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、矩形状の半導体基板と、前記半導体基板における少なくとも一方の主面のうち、外縁領域を除いた領域上、及び、一の辺に略平行な直線で複数の矩形状の小区画を画定する境界線領域を除いた領域上にデポアップ方式で製膜される透明導電層と、前記透明導電層上に形成された複数の集電電極と、を有する太陽電池セルの製造工程で用いるマスクトレイであって、前記製膜の際に前記半導体基板に覆われる、上下方向に空間が貫通した開口部と、前記製膜の際に前記半導体基板の下方に位置するように前記開口部に装着されるマスク体とを有し、前記マスク体は、前記開口部に対して着脱可能であって、装着時に前記開口部の内縁部に下方から支持され、前記半導体基板の前記外縁領域を下方から保持するマスク枠と、前記半導体基板の前記境界線領域を下方から保持する境界線領域保持部と、を有するマスクトレイである。

【0008】

また、本発明は、矩形状の半導体基板における少なくとも一方の主面のうち、外縁領域を除いた領域上、及び、一の辺に略平行な直線で複数の矩形状の小区画を画定する境界線領域を除いた領域上に透明導電層を製膜し、前記透明導電層上に複数の集電電極を形成する太陽電池セルの製造方法であり、前記透明導電層は、マスクトレイの上方に前記半導体基板を載置し、前記マスクトレイの下方に蒸着源を配置することにより製膜され、前記マスクトレイは、前記製膜の際に前記半導体基板に覆われる、上下方向に空間が貫通した開口部と、前記製膜の際に前記半導体基板の下方に位置するように前記開口部に装着されるマスク体とを有し、前記マスク体は、前記開口部に対して着脱可能であって、装着時に前記開口部の内縁部に下方から支持され、前記半導体基板の前記外縁領域を下方から保持すると共に、前記半導体基板の前記境界線領域を下方から保持する、太陽電池セルの製造方法である。

【0009】

これらの構成によれば、マスクトレイの開口部が、半導体基板の外縁領域を下方から保持する外縁保持部と、半導体基板の境界線領域を下方から保持する境界線領域保持部とを有することから、保持された分、マスクトレイに対する載置時の半導体基板の撓みを従来よりも小さくできる。このため、従来のテーパ面を設ける手法よりも簡単な構成でありながら、半導体基板とマスクトレイとの間の空隙を減少させられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、従来のテーパ面を設ける手法よりも簡単な構成でありながら、半導体基板とマスクトレイとの間の空隙を減少させられる。よって、デポアップ方式で製膜する際に、半導体基板においてマスクトレイに遮蔽されるべき領域に意図しない製膜がされてしまうことを効果的に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明によって製造された太陽電池セルの一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るマスクトレイを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。

【0013】

太陽電池モジュールを形成するために、太陽電池セルが分割して形成された、短冊状である複数の素子小片を、例えば屋根板を葺くようにして、各素子小片における長辺が重なるように順次配置していく「シングリング接続(shingling connection)」を行うことのできる太陽電池セルがある。このタイプの太陽電池セルは、例えば特表２０１７－５１７１４５号公報に記載されている（図１、図２Ａ等参照）。本実施形態に係る製造工程では、前記シングリング接続を行うことのできる太陽電池セルを好適に製造できる。

【0014】

次に、本実施形態に係る製造工程で製造される太陽電池セルの層構造について説明する。ただし、この層構造は公知であるため簡単に説明する。本実施形態に係る太陽電池セルはヘテロ接合太陽電池に属する。ヘテロ接合太陽電池は、半導体基板（単結晶シリコン基板）の両面に、導電型シリコン系薄膜を備える結晶シリコン太陽電池である。この太陽電池は、結晶シリコン基板上の一方の面にｎ型シリコン系薄膜を備え、他方の面にｐ型シリコン系薄膜を備え、結晶シリコン基板と前記ｎ型シリコン系薄膜または前記ｐ型シリコン系薄膜との間に真性（ｉ型）シリコン薄膜を有するヘテロ接合太陽電池が一例として挙げられる。本実施形態では、ｎ型シリコン系薄膜が太陽電池セルにおける受光面側に備えられている。

【0015】

ヘテロ接合太陽電池は、前記導電型シリコン系薄膜を備えた光電変換部上に透明導電層（「ＴＣＯ層」とも言う）を有する。この透明導電層は、光電変換部において光生成キャリアを集電電極へ輸送する。透明導電層は、ＣＶＤ法や、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法により形成される。

【0016】

ここで、透明導電層を形成する際に、何らの対策も施さないと、透明導電層が本来形成されるべき側の製膜面を表面とした場合、透明導電層が側面や裏面にも回り込んで意図しない形成がされてしまう。そうなると、表裏の透明導電層がつながって、太陽電池の表面と裏面との間で短絡を生じてしまい不都合である。このような透明導電層間の短絡を防止するため、本実施形態に係る製造工程では、透明導電層３を形成する際にマスクトレイ５を用いる。このマスクトレイ５で半導体基板２の外縁領域２１を遮蔽しつつ、デポアップ方式で製膜を行うことにより透明導電層３を形成する。

【0017】

本実施形態に係る太陽電池セル１は、例えば、図１（ａ）（ｂ）に示すような形態である。この太陽電池セル１は、矩形状の半導体基板２と、前記透明導電層３と、前記透明導電層３上に形成された複数の集電電極４とを有する。なお、前記「矩形」には、長方形または正方形のほか、角部に面取りやアールを有する形状も含む。集電電極４としては、図１（ｂ）において上下方向に示されたバスバー電極４１と、バスバー電極４１に接続される多数のフィンガー電極４２が含まれる。また、図示していないが、太陽電池セル１において集電電極４が形成された面と逆側の面には裏面電極が形成されている。

【0018】

透明導電層３は、半導体基板２における少なくとも一方の主面のうち、当該主面における外縁領域２１（図１（ｂ）に二点鎖線で示す領域のうち外周部分）、及び、境界線領域２２（図１（ｂ）に二点鎖線で示す領域のうち内側部分）を除いた領域上に設けられている。本実施形態の透明導電層３は両方の主面に設けられている。境界線領域２２は、主面における一の辺（図１（ｂ）において上下方向に延びる辺のうち一方）に略平行な直線で複数の矩形状の小区画を画定する領域である。シングリング接続を行うための短冊状である素子小片１３は、図１（ｂ）に一点鎖線で示した直線である切断線Ｃの位置において、太陽電池セル１における境界線領域１２（図１（ａ）参照、半導体基板２における境界線領域２２の相当部分）を切断することにより形成される。すなわち、前記複数の矩形状の小区画が個々に切り分けられることで、複数の素子小片１３が形成される。

【0019】

図１（ｂ）に示した例は、１枚の太陽電池セル１につき境界線領域１２が２箇所に設けられており、境界線領域１２が切断線Ｃで分割されて３枚の素子小片１３を形成できるものである。ただし、境界線領域１２（２２）の形成数及び素子小片１３の分割数は特に限定されない。また、図示の例では３枚の素子小片１３は略同一形状であるが、例えば半導体基板２の一の辺に近い素子小片１３、他の辺に近い素子小片１３、半導体基板２の内側部分である素子小片１３の形状がそれぞれ異なっていてもよい。

【0020】

本実施形態のマスクトレイ５は図２に示すような板状体であって、枠部５１とマスク体５２とを備える。枠部５１は、デポアップ方式においてマスクトレイ５の下方に位置する蒸着源から上方に飛来する蒸着粒子が通過する空間５Ｓを囲むように形成されている。空間５Ｓの平面視における形状は、半導体基板２において外縁領域２１を除いた部分の形状と一致しており、本実施形態では矩形状である。

【0021】

平面視において枠部５１に囲まれており前記空間５Ｓを含む部分が開口部５３である。図２に示すように、各開口部５３に対して半導体基板２が載置される（１枚だけを図示）。つまり各開口部５３は、製膜の際に半導体基板２が覆う、上下方向（図２のＺ方向）に空間５Ｓが貫通した部分である。このように半導体基板２を載置するため、各開口部５３は、半導体基板２の外縁領域２１を下方から保持する外縁保持部５３１を有する。本実施形態の外縁保持部５３１は、開口部５３に装着されたマスク体５２を介して、間接的に半導体基板２を保持する。外縁保持部５３１は、図３（ｂ）に示すように、枠部５１における空間５Ｓに面した部分で他の部分（空間５Ｓから離れた部分）よりも一段低く形成された部分である。この外縁保持部５３１の上面５３１１は、枠部５１の上面よりも下方に位置した水平面（図２のＸ及びＹ方向に沿う面）を有している。

【0022】

なお説明の都合上、マスクトレイ５の形状を、図２に示すように、開口部５３が４箇所であって平面視で漢字の「田」形に示したが、マスクトレイ５の形状はこれに限定されるものではなく、開口部５３の行方向（図２に示すＸ方向）及び列方向（図２に示すＹ方向）の形成数は適宜設定することができる。

【0023】

マスク体５２は平板状であって、各開口部５３に装着される。具体的に、マスク体５２は各開口部の外縁保持部５３１の上面に載置される。本実施形態のマスクトレイ５では開口部５３が４箇所形成されているため、マスク体５２は開口部５３の形成数に一致した数量の４枚が用いられる。マスク体５２は、枠部５１において空間５Ｓを上方から覆うように設けられている。

【0024】

マスク体５２は、四角枠状（本実施形態では正方形枠状）のマスク枠５２１と、マスク枠５２１のうち対向する２辺を結び、対向する他の２辺に対して平行に延びる境界線領域保持部５２２とを有している。本実施形態では、１枚の太陽電池セル１が分割されて３枚の素子小片１３を形成できるように構成されていることから、境界線領域保持部５２２はこれに一致して２本形成されている。マスク枠５２１の４辺に対応する部分は一体に形成されている。また、マスク枠５２１と境界線領域保持部５２２は一体に形成されている。このため、マスク体５２は一体の板状体である。マスク体５２は、例えば、ステンレス合金やアルミニウム合金等の金属板から形成される。太陽電池セル１が角部に面取りやアールを有する形状である場合、それに合わせてマスク体５２も、マスク枠５２１における角部に前記面取りやアールに対応した形状とできる。

【0025】

マスク体５２は開口部５３への装着状態において、平面視及び底面視で前記空間５Ｓを分断している。本実施形態では、１箇所の開口部５３に２本の境界線領域保持部５２２が位置するため、空間５Ｓは３つに分断されている。

【0026】

マスク体５２は平板状であることから、マスク体５２の上面も平坦面となっている。このマスク体５２の上面が半導体基板２の下面に当接することで、マスク体５２が枠部５１と共に半導体基板２を保持する。これにより、マスクトレイ５において半導体基板２を安定的に保持できる。マスク体５２の上面は開口部５３への装着状態において、枠部５１の上面よりも一段低く形成されている。このため、マスクトレイ５において低部である外縁保持部５３１（マスク体５２が位置した状態）に半導体基板２が嵌り込むことによって、半導体基板２を面方向（図２のＸ及びＹ方向）にずれないように保持できる。

【0027】

このように構成されたマスクトレイ５において、枠部５１における外縁保持部５３１、及び、マスク体５２のマスク枠５２１は、半導体基板２の外縁領域２１を下方から保持する。これにより、半導体基板２における外縁領域２１が蒸着源から確実に遮蔽される。このため製膜後、太陽電池セル１における外縁領域１１において、透明導電層３が形成されないようにできる。更に、境界線領域保持部５２２は、半導体基板２の境界線領域２２を下方から保持する。これにより、半導体基板２における境界線領域２２が蒸着源から確実に遮蔽される。このため製膜後、太陽電池セル１における境界線領域１２において、透明導電層３が形成されないようにできる。本実施形態の透明導電層３は両方の主面に設けられる。このため、本実施形態のマスクトレイ５を用いて一方の主面に対して透明導電層３を形成した後、半導体基板２を裏返し、他方の主面に対して透明導電層３を形成する。

【0028】

本実施形態のマスクトレイ５を用いることで、枠部５１における外縁保持部５３１、及び、マスク体５２のマスク枠５２１が半導体基板２の外縁領域２１を下方から保持できると共に、マスク体５２の境界線領域保持部５２２が半導体基板２の境界線領域２２を下方から保持できる。このため、マスクトレイ５に対する載置時の半導体基板２の撓み（特に半導体基板２の平面視における中央部での撓み）を従来よりも小さくできる。よって、本実施形態では、外縁保持部５３１の上面５３１１は水平面で足りることから、従来のように（例えば特許文献１に記載）、高い寸法精度が要求されるテーパ面を設ける手法よりも簡単な構成で、半導体基板２とマスクトレイ５との間の空隙を減少させられる。空隙の減少により、半導体基板２において本来マスクトレイ５に遮蔽されるべき領域（具体的には外縁領域２１）に着膜してしまい、意図しない製膜（太陽電池セル１の機能の観点で余計な製膜）がされてしまうことで、太陽電池モジュールの性能が低下することを抑制できる。

【0029】

また特に、シングリング接続を行うことのできる太陽電池セル１を製造する際には、本実施形態のマスクトレイ５を用いることにより、シングリング接続用の各素子小片１３において外縁となる領域（具体的には外縁領域２１及び境界線領域２２）に透明導電層３を形成しないようにすることと、半導体基板２（複数の素子小片１３に分離する前）の撓み防止とが同時に行えるため有利である。

【0030】

また、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、外縁領域２１及び境界線領域２２によって、透明導電層３が複数（具体的には３つ）の領域に分かれて形成される。複数の透明導電層３の各々が物理的に離れていることから、複数の素子小片１３を形成すべく切断線Ｃの位置で切断を行う際においても、透明導電層３の存在しない箇所を切断すればよいため、切断に伴って意図しない表裏導通が発生することがない。この点でも本実施形態は有利である。

【0031】

また、開口部５３に対してマスク体５２が着脱可能とされているため、仮に枠部５１が撓んだとしても、半導体基板２に当接するマスク体５２に前記撓みが伝播しにくく、平らな状態を維持できる。このため、意図しない製膜を有効に防止できる。また、マスク体５２は枠部５１に対して載置しているだけなので、マスク体５２の交換が容易である。このため例えば、成膜条件に合わせて、形状の異なるマスク体５２に交換できる。また、枠部５１からマスク体５２を取り外して、枠部５１またはマスク体５２を清掃できる。このため、清掃の作業性が良い。更に、必要な場合は、マスク体５２を装着せずに枠部５１単独で製膜を行うこともできる。このため、多様な製膜条件に対応させられる。

【0032】

また、枠部５１（開口部５３）に対して装着状態のマスク体５２を一体的に固定することも可能である。この場合、マスクトレイ５自体の剛性を向上させられる。例えばマスクトレイ５を支持するためのレール等によりマスクトレイ５の周縁部が支持された状態において、マスクトレイ５の平面視における中央部が、マスクトレイ５の自重によって下方に撓むことを抑制できる。従って、マスクトレイ５自体の撓みによる、半導体基板２とマスクトレイ５との位置ずれが生じにくいことから、精度の高い製膜が可能である。

【0033】

このことに関し更に説明する。蒸着源の上方をマスクトレイ５が搬送されることに伴い透明導電層３の製膜がなされる場合、マスクトレイ５の辺のうち搬送方向（ここでは図２のＸ方向とする）に平行な一対の辺５Ｘ，５Ｘの近傍部が搬送支持手段（ローラーコンベア等、図示しない）により支持された状態で搬送される。この際、マスクトレイ５の辺のうち搬送方向に垂直な方向（ここでは図２のＹ方向とする）の一対の辺５Ｙ，５Ｙは下方から支持されずに浮いた状態となる。このため、マスクトレイ５の前記交差する各辺５Ｙ，５Ｙを搬送方向（Ｘ方向）から見た場合、マスクトレイ５のＹ方向における中央部が下方向に撓みがちである。これに対し、本実施形態のように境界線領域保持部５２２を搬送方向に対して垂直に延びるように設けることで、マスクトレイ５の曲げ強度を向上させられる。従って、マスクトレイ５の前記撓みを抑制できる。

【0034】

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ 太陽電池セル
１１ 太陽電池セルの外縁領域
１２ 太陽電池セルの境界線領域
１３ 素子小片
２ 半導体基板
２１ 半導体基板の外縁領域
２２ 半導体基板の境界線領域
３ 透明導電層
４ 集電電極
４１ バスバー電極
４２ フィンガー電極
５ マスクトレイ
５Ｓ 空間
５１ 枠部
５２ マスク体
５２１ マスク枠
５２２ 境界線領域保持部
５３ 開口部
５３１ 外縁保持部
Ｃ 切断線

【図1】

【図2】