球状の半導体材の製造方法及び球状半導体型太陽電池モジュール
【課題】体積の均一な球状の半導体材料を提供する。
【解決手段】板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の各装填部内に装填する第二の工程と、装填部内に装填された半導体分割片を加熱して、装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、を有している製造方法とした。これによって、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【解決手段】板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の各装填部内に装填する第二の工程と、装填部内に装填された半導体分割片を加熱して、装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、を有している製造方法とした。これによって、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造方法に係わり、特に、体積の均一な球状の半導体材の製造方法及び球状の半導体材に不純物をドープした球状半導体を光起電力素子として用いた球状半導体型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石資源の枯渇、環境の悪化、各国のエネルギー不足などの深刻な諸問題が叫ばれる中、太陽電池が、化石エネルギーに代わるエネルギー生成手段として、重要視されてきた。その太陽電池は、素材の種類やその形態・構造で幾つかに分類でき、その内最も利用されているのが、結晶系シリコンで、世界総生産量の約９０％と高い比率を占めている。しかしながら、その結晶系シリコンは、引き上げ法による単結晶インゴットをカッティングして使用する事から、製造効率が悪いばかりでなく、半分以下の原料使用率と言う問題があった。そこで、結晶系シリコンを使用する既存の技術に代えて、直径１ｍｍ程度の球状半導体結晶を育成し、その表面に回路を作製する事により、次世代太陽電池を製造する事が検討されてきている。その球状半導結晶を使用する利点は、設備投資が小規模，カッティングによる切削粉を無くせる，球状形状を利用した高効率化がはかれる，等が挙げられる。
【０００３】
球状半導体結晶の次世代太陽電池は、その球状の半導体結晶を製造するところが最も重要な技術である。一般的な従来技術として、特許文献１では、落下方式による球状シリコン単結晶の製造方法及び装置が提案されている。図１３は、落下方式による球状シリコン単結晶製造装置８００の概略を示した構成図であり、図１３に示すように、先ず、シリコン８２１を窒化ホウ素坩堝８０２内で、ＲＦコイル８０３によって加熱し溶融する。次に、溶融したシリコン８２１を容器上方に設けられたガス供給口８０９からＡｒガスなどの不活性ガスを供給して、液滴８１０を容器の下部に設けられたノズル８０１から噴射させる。噴射された液滴８１０は凝固しながら、表面張力で球状となり、結晶性の良い球状シリコンが得られる。その結果、１段階で球状シリコン単結晶を得る事ができるため、設備を縮小化する事ができるとともに、凝固時間を短縮する事により、生産性の向上が図れるとしている。
【０００４】
また、従来技術として、特許文献２では、特許文献１の落下方式の問題点を解決するための方法が提案されている。図１４は、粉末原料を用いた多重ルツボ法による球状結晶の製造の流れを示した図である。先ず、図１４（ａ）に示すように、多数の窪みのあるカーボン製のルツボ９０５へ粉末原料９０１を入る。次いで、図１４（ｂ）に示すように、真空若しくは不活性ガス雰囲気中で加熱する事により、その粉末原料９０１を融解させ、ルツボ９０５の内壁面９１５に離型層等があり溌液状にしていると、融液９０６は表面張力により球状になる。最後に、図１４（ｃ）に示すように、冷却して固化・結晶化する事で球状結晶９０７が得られる。その結果、落下方式と比較して、単結晶を得られる比率が高く、しかも、球状の結晶を収率良く得られるようにまる。また、単純なプロセスであるために、簡易な構造で付属設備が少ない安価な量産化装置により、安価に製造する事ができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９９５７７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような落下方式では、液滴を噴射し固化させるため、液滴の体積（重さ）を均一に制御する事が難しく、しかも、噴射方向に歪んだ球状結晶が多く得られてしまう。その結果、球状半導体型太陽電池モジュールに用いた場合、組立工程での工程不良や、外観不良をおこすため、選別を行なわなければいけなく、或いは、より球状にするための研磨工程が必ず必要になってしまうと言う課題があった。
【０００７】
また、特許文献２のような多重ルツボ法では、歪んだ球状結晶の発生率をある程度低減させられるが、粉末原料をルツボに入れた時のかさ密度の制御が難しく、球状結晶の体積（重さ）を均一に制御する事ができないと言う課題があった。また、かさ密度の制御のために、粒径が１０μｍ〜３００μｍ程度の粉体を選定して使用しており、製造上の制限があると言う課題もあった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するもので、体積の均一な球状の半導体材の製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の球状の半導体材の製造方法は、板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、前記半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の前記各装填部内に装填する第二の工程と、前記装填部内に装填された前記半導体分割片を加熱して、前記装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、を有する事を特徴としている。
【００１０】
これによれば、本発明の球状の半導体材の製造方法は、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１１】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、レーザ光を走査して前記板状の半導体材の内部に変質部を形成するレーザ走査工程と、前記変質部が形成された前記板状の半導体材に外部応力を加える事により、前記板状の半導体材の表面に前記変質部にそった亀裂を成長させて分割する分割工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
これによれば、分割方法を板状の半導体材の内部に変質部を形成し分割する事により、通常のダイシングと比較して、切りしろが１μｍ以下（通常のダイシングは１００μｍ〜３００μｍ程度）と少ないため、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１３】
また、水を使わない分割方法と、切削粉が出ないのでその後の洗浄も要らない事により、水が起因となる酸化膜が切断面に形成されなくなる。そのため、酸化膜を原因とする、融解阻害や結晶欠陥の増加を抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材の形状を均一にでき、結晶性も安定させる事ができる。
【００１４】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、前記レーザ光の走査が、第一の間隔で、第一の方向にそって照射する工程と、第二の間隔で、前記第一の方向
と交差する第二の方向にそって照射する工程と、を有することを特徴としている。
【００１５】
これによれば、一定の間隔で２方向に走査するので、レーザ光の走査が容易だけでなく、得られる半導体分割片のそれぞれが同じ形状になるので、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１６】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、前記レーザ走査工程の前に前記板状の半導体材を延伸可能な担持フィルムに貼り付ける工程を有し、前記分割工程は、前記半導体分割片が前記第一の方向に第一の繰り返し距離となり、前記第二の方向に第二の繰り返し距離となるように前記担持フィルムを延伸させる工程であることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、担持フィルムを延伸する事によって、外部応力を板状の半導体材にかけられ、一定間隔で担持された半導体分割片に分割できるので、工程が簡単になる。また、板状の半導体材に圧縮方向の応力が加わらないので、隣接する半導体分割片どうしが擦れる事なく、分割時のチッピングを抑える事ができる。
【００１８】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記基材には、延伸された前記担持フィルムと前記基材とが対向するよう重ね合わせた場合に、前記複数の半導体分割片の配置と一致するように前記複数の装填部が配置されており、前記第二の工程であって、前記担持フィルムに担持された前記複数の半導体分割片と前記基材とを、前記複数の半導体分割片と前記複数の装填部とが対向するよう重ね合わせた後、前記担持フィルムから前記複数の半導体分割片を剥離させることにより、前記半導体分割片のそれぞれを、前記基材の前記複数の各装填部内に装填する工程を有することを特徴としている。
【００１９】
これによれば、複数の装填部のが、半導体分割片の間隔と同じ間隔で配置されているので、延伸された担持フィルムと基材とが対向するよう重ね合わせて、複数の装填部のそれぞれに複数の半導体分割片のそれぞれを装填する事ができる。この事により、半導体分割片を一括でしかも複数の装填部のそれぞれに確実に装填する事ができる。そのため、製造工程が短くなると共に、簡易な構造で付帯設備が少ない製造装置での製造が可能になる。また、半導体分割片を一括で装填するので、一つずつ装填する場合と比較して、ピックアップ不良等が起こらず、半導体分割片を確実に複数の装填部に装填できる。
【００２０】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記装填部には、前記半導体分割片のそれぞれが、前記融解時にそれぞれが分離した前記溶融体となるよう前記溶融体を保持する凹部を有することを特徴としている。
【００２１】
これによれば、半導体分割片が確実に収まるように、装填部の形状を形作っているので、他の半導体分割片と融合したり、他の半導体分割片の一部が隣接する装填部に流れ込んだりしない。この事により、分割された半導体分割片のそれぞれが、確実に、融解、固化されるので、体積が均一な球状の半導体材を得る事ができる。
【００２２】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記凹部の内面に、前記溶融体に対して溌液性を示す離型部が形成されていることを特徴としている。
【００２３】
これによれば、装填部の中で融解、固化させるだけで、溶融体と離型部の表面張力差を利用し、球状の半導体材が得られるようになる。また、離型部により溌液性が発現しているため、球状の半導体材の材質と基材の材質とを選定する必要がなく、使用できる基材の
材質を自由に選定できる。また、離型部が基材の表面の微細な凹凸をより平面化するので、球状の半導体材との接触面積を最小にできるので、より球状の半導体材が得られるようになる。
【００２４】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記球状の半導体材の材質が、シリコンであることを特徴としている。
【００２５】
これによれば、球状の半導体材の材質がシリコンなので、光−電気変換効率が高く、本発明の球状の半導体材は、球状半導体型太陽電池モジュール用として好適に用いられる。
【００２６】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上６５ｍｍ３以下であることを特徴としている。
【００２７】
これによれば、半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上なので、球状半導体型太陽電池モジュールに適用した場合、球状の半導体材の反射板への実装時に、ピックアップ吸着や電極取り出しなどの製造工程を確実に行う事ができる。
【００２８】
また、半導体分割片のそれぞれの体積が、６５ｍｍ３以下なので、シリコンの表面張力と重力とのバランスで、より真球に近い形状になる。そのため、球状半導体型太陽電池モジュールに適用した場合、球状の半導体材の反射板への実装時に、吸着不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００２９】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記球状の半導体材が、凝固時に体積膨張する半導体材であり、前記第三の工程の後に、前記球状の半導体材を研磨する第四の工程を有することを特徴としている。
【００３０】
これによれば、球状の半導体材を更に研磨して、より真球にする事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができる。また、球状の半導体材の形状をより一層均一にできる事により、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減する事ができる。
【００３１】
本発明の球状の半導体材は、球状半導体型太陽電池モジュールに好適に用いることができる。これによれば、球状の半導体材は、体積が均一であるので、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減する事ができる。
【発明の効果】
【００３２】
これによれば、本発明の球状の半導体材は、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。また、本発明の球状半導体型太陽電池モジュールは、体積が均一な本発明の球状の半導体材を用いるので、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できるとともに、光−電気変換性能を一定にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第一の工程を工程順に示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第一の工程の内のレーザ走査工程を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の半導体分割片の一片の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、図４（ａ）は、第一の工程の内のレーザ走査工程終了後の板状の半導体材を示した平面図であり、図４（ｂ）は、第一の工程の内の分割工程終了後の複数の半導体分割片を示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第二の工程を工程順に示した構成図である。
【図６】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第三の工程を工程順に示した構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、図７（ａ）は、複数の装填部を有した基材を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、その一部分のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、図８（ａ）は、複数の装填部を有した基材を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、その一部分のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、複数の装填部を有した基材の一部分を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の一個の球状の半導体材の一例を示した斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第四の工程に用いる研磨装置の一例を一部破断して示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態で、第２実施形態の球状の半導体材を用いた球状半導体型太陽電池モジュールを説明する図である。
【図１３】従来例１の落下方式による球状シリコン単結晶製造装置の概略構成図である。
【図１４】従来例２の球状シリコン結晶の製造方法を説明する図であって、粉末原料を用いた多重ルツボ法の製造の流れを示した構成図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の半導体分割片の一片の一例を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
［第１実施形態］
先ず、図１ないし図４を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法の第一の工程Ｐ１について説明する。図１は、第一の工程Ｐ１を工程順に示した斜視図である。また、図２は、第一の工程Ｐ１のレーザ走査工程Ｐ１３を示した斜視図である。また、図３は、本発明の第１実施形態の半導体分割片１２の一片の一例を示した模式図である。また、図４（ａ）は、第一の工程Ｐ１のレーザ走査工程Ｐ１３終了後の板状の半導体材２を示した平面図であり、図４（ｂ）は、第一の工程Ｐ１の分割工程Ｐ１４終了後の複数の半導体分割片１２を示した平面図である。
【００３６】
第一の工程Ｐ１は、図１（ａ）に示す様に、板状の半導体材２と延伸可能な担持フィルム３を準備し（準備工程Ｐ１１）、図１（ｂ）に示す様に、板状の半導体材２を延伸可能な担持フィルム３に貼り付ける（貼り付ける工程Ｐ１２）。次に、図１（ｃ）及び図２に示す様に、レーザ光ＬＳを走査して、板状の半導体材２の内部に変質部２２を形成させる（レーザ走査工程Ｐ１３）。その時のレーザ光ＬＳの走査は、第一の方向ＤＲ１と、第一の方向ＤＲ１と交差する第二の方向ＤＲ２にそって行う。そして、レーザ光ＬＳの走査が終了した後、図１（ｄ）に示す様に、変質部２２が形成された板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える事により、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させて、それぞれの半導体分割片１２に分割する（分割工程Ｐ１４）。以上のようにして作
製した半導体分割片の電子顕微鏡写真を図１５に示す。
【００３７】
ここで用いる板状の半導体材２は、例えばシリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ），インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）等を用い、特に、光−電気変換性能の良いシリコン（Ｓｉ）を用いるのが好ましい。また、板状の半導体材２の形状は、円形状でも良く、図１（ａ）に示す様な方形に限るものではない。また、ここで用いる担持フィルム３は、主にＰＶＣ（ポリビニールクロライド）やＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＥ（ポリエチレン）等の合成樹脂製のフィルムを用いる。特に、担持フィルム３を延伸する事によって、板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える場合、延伸性を有したＰＶＣ（ポリビニールクロライド）やＰＯ（ポリオレフィン）を用いるのが好ましい。また、ここで用いるレーザ光ＬＳは、板状の半導体材２の内部に変質部２２を形成させるため、板状の半導体材２を透過するような波長のレーザ光が使用され、例えばシリコン（Ｓｉ）の場合、波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザが好適に用いられる。
【００３８】
レーザ走査工程Ｐ１３は、図２に示す様に、先ず、担持フィルム３に貼り付けられた板状の半導体材２の内部に、パルス発振されたレーザ光ＬＳを集光用レンズ６５によって、レーザ光ＬＳの集光点ＦＵを合わせる。そして、担持フィルム３が載せられたＸ−Ｙステージ（図示しない）を動かす事によって、レーザ光ＬＳの走査を行う。これにより、変質部２２が走査ラインに沿って板状の半導体材２の内部に形成される。この時の加工雰囲気は、大気中でも良いが、変質部２２の加工面の酸化を一層低減させるため、窒素ガス等の不活性ガス中の方がより好ましい。
【００３９】
また、変質部２２は、板状の半導体材２の内部に連続的に形成される場合もあるし、それ以外に断続的に形成される場合もあり、少なくとも板状の半導体材２の内部に形成されていれば良い。また、図３に一例を示す様に、板状の半導体材２の材質や板厚等の条件が違った場合、レーザ光ＬＳの集光点ＦＵを変え、同じ走査ラインで走査を繰り返す事で、板状の半導体材２の内部に形成される変質部２２を２層以上にする事もある。
【００４０】
また、レーザ光ＬＳの走査は、直線状に限らず曲線状であっても良が、図４（ａ）に示す様に、第一の間隔ＩＮ１で、第一の方向ＤＲ１にそって、レーザ光ＬＳを照射し、第二の間隔ＩＮ２で、第二の方向ＤＲ２にそって、レーザ光ＬＳを照射する方が好ましい。これにより、一定の間隔で２方向に走査するので、レーザの走査が容易だけでなく、得られる半導体分割片１２のそれぞれが同じ形状になるので、融解，固化され得られた球状の半導体材１の体積を均一にできる。
【００４１】
また、第一の方向ＤＲ１に対し第二の方向ＤＲ２を９０°にする事で、半導体分割片１２に外部応力Ｆ５５を加える場合、外周方向に担持フィルム３を延伸する事で、縦横の２方向にバランス良く外部応力Ｆ５５を加えられる。この事により、得られる半導体分割片１２のそれぞれが鋭角を持たない方形状となり、分割時の割れ不良やチッピングを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。また、板状の半導体材２からの取り個数も最大限にできる。
【００４２】
次に、レーザ光ＬＳの走査が終了した後、分割工程Ｐ１４では、変質部２２が形成された板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える事により、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させて、それぞれの半導体分割片１２に分割する。外部応力Ｆ５５をかける方法は、板状の半導体材２に分割治具を直接押し当てて行っても良いし、担持フィルム３を延伸する事によって行っても良く、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させられれば、どの様な方法で行っても良い。しかし、担持フィルム３を延伸する方法は、板状の半導体材２に圧縮方向の応力が加わらないので、隣接する半
導体分割片１２どうしが擦れる事なく、分割時のチッピングを抑える事ができるので、この方法の方がより好ましい。この事により、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。
【００４３】
また、担持フィルム３を延伸する場合、図４（ｂ）に示す様に、半導体分割片１２が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように担持フィルム３を延伸すると良い。この事により、一定間隔で担持された半導体分割片１２に分割できるので、後述する装填する工程Ｐ２３において、半導体分割片１２のそれぞれを、基材４の複数の各装填部３４内に装填する事が簡単になる。
【００４４】
以上、第一の工程Ｐ１によれば、通常の切削式ダイシングによる切りしろのバラツキが、１００μｍ〜２００μｍ程度であるのに対して、分割切りしろを必要としないので、１μｍ以下の寸法バラツキに抑えることができる。そのため、それぞれの半導体分割片１２の体積のバラツキを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。また、分割工程Ｐ１４で水を使わない事と、その分割工程Ｐ１４で切削粉が出ないのでその後の洗浄も要らない事により、水が起因となる酸化膜が分割面に形成されなくなる。そのため、融解固化するときに、酸化膜を原因とする、球状固化化への阻害や結晶欠陥の増加を抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の形状を均一にでき、結晶性も安定させる事ができる。
【００４５】
次に、図５を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法の第二の工程Ｐ２について説明する。図５は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法を説明する図であって、第二の工程Ｐ２を工程順に示した構成図である。第二の工程Ｐ２は、先ず、図５（ａ）に示す様に、複数の半導体分割片１２が担持された担持フィルム３と複数の装填部３４を有する基材４とを、複数の半導体分割片１２と複数の装填部３４とが対向するよう重ね合わせる（重ね合わせ工程Ｐ２１）。この時、複数の半導体分割片１２の配置と複数の装填部３４の配置が一致するように、基材４が作製されている。次に、図５（ｂ）に示す様に、担持フィルム３に紫外線ＵＶを照射し、担持フィルム３の粘着性を低下させ（剥離工程Ｐ２２）、図５（ｃ）に示す様に、複数の半導体分割片１２のそれぞれが、複数の装填部３４のそれぞれに装填される（装填する工程Ｐ２３）。
【００４６】
この時の複数の半導体分割片１２が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように担持フィルム３を延伸している場合、基材４の複数の装填部３４は、第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように作製されている。また、担持フィルム３の粘着性を低下させる方法は、使用する担持フィルム３の特性により生じるもので、紫外線ＵＶの照射に限るものではなく、他に、例えば、担持フィルム３を加熱する事でも良い。
【００４７】
以上、第二の工程Ｐ２によれば、複数の装填部３４が、半導体分割片１２の間隔と同じ間隔で配置されているので、延伸された担持フィルム３と基材４とが対向するよう重ね合わせて、複数の装填部３４のそれぞれに複数の半導体分割片１２のそれぞれを装填する事ができる。この事により、複数の半導体分割片１２を一括でしかも同じ装填部３４に混入することなしに、複数の装填部３４のそれぞれに確実に装填する事ができる。そのため、製造工が短くなると共に、簡易な構造で付帯設備が少ない製造装置での製造が可能になる。また、複数の半導体分割片１２を一括で装填するので、一つずつ装填する場合と比較して、ピックアップ不良等が起こらず、複数の半導体分割片１２のそれぞれを確実に複数の装填部３４のそれぞれに装填できる。
【００４８】
次に、図６を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法の第三の工程Ｐ３について説明する。図６は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法を説明する図であって、第三の工程Ｐ３を工程順に示した構成図である。第三の工程Ｐ３は、先ず、図６（ａ）に示す複数の半導体分割片１２のそれぞれが複数の装填部３４のそれぞれ装填された基材４を、高温で加熱する事により、図６（ｂ）に示す様に、複数の半導体分割片１２を複数の装填部３４内で融解し、球状の溶融体１１を作製する（融解工程Ｐ３１）。次に、図６（ｃ）に示す様に、融解された溶融体１１を冷却して固化し、球状の半導体材１を作製する（固化工程Ｐ３２）。
【００４９】
ここで用いる基材４は、カーボン、石英ガラス、アルミナ、グラファイト、窒化硼素、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素等であるが、溶融体１１に対して溌液性を示す材質が用いられるので、その時用いる球状の半導体材１の材質との組み合わせで決められる。そして、半導体分割片１２を融解させ溌液状にすると、溶融体１１は表面張力により球状になり、その後、冷却して固化することで、球状の半導体材１が得られる様になる。この時の処理雰囲気は、水分、酸素、一酸化炭素等の溶融体１１と化学反応を起こす様な不純物を極力低減しなければいけなく、超高純度のアルゴン又はヘリウム等の不活性ガス中にする事が必要となる。この様に、球状の半導体材１を融解させ撥液状の状態にさせるためには、球状の半導体材１の材質、基材４、処理雰囲気等を制御しないといけない。
【００５０】
また、図７は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法に用いる基材４の一例を説明する図であって、図７（ａ）は、複数の装填部３４を有した基材４を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ部分の断面図である。図７（ａ）に示す様に、基材４は、複数の装填部３４が配置されていて、しかも、複数の装填部３４が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように作製されている。その複数の装填部３４は、半導体分割片１２のそれぞれが、融解時にそれぞれが分離した溶融体１１となるよう、溶融体１１を保持する凹部４４を有している。
【００５１】
凹部４４は、半導体分割片１２が確実に収まるように、装填部３４の形状を形作っているので、他の半導体分割片１２と融合したり、他の半導体分割片１２の一部が隣接する装填部３４に流れ込んだりしない。この事により、分割された半導体分割片１２のそれぞれが、確実に、融解、固化されるので、体積が均一な球状の半導体材１を得る事ができる。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示す様に、装填部３４の内面を含む表面に、溶融体１１に対して溌液性を示す離型部５５が形成されている。離型部５５は、液状の離型材をコーティングした後焼成して作製するか、ＣＶＤ装置やスパッタ装置を用いて、成膜を行う事により、容易に作製できる。また、離型部５５の材質は、溶融体１１に対して溌液性を示す材質が用いられるので、その時用いる球状の半導体材１の材質との組み合わせで決められる。例えば球状の半導体材１の材質がシリコン（Ｓｉ）の場合、離型部５５材質は、シリコン（Ｓｉ）に対して良好な溌液性を示す窒化珪素や窒化アルミ等が好適に用いられる。図７の基材４には、装填部３４の内面を含む表面の片面全体に、スパッタ装置を用いて、離型部５５が成膜されているが、離型部５５は、溶融体１１と接触する凹部４４の内面のみに設けられていれば良い。
【００５３】
溶融体１１に対して溌液性を示す離型部５５が形成されている事で、装填部３４の中で融解、固化させるだけで、溶融体１１と離型部５５の表面張力差を利用し、球状の半導体材１が得られるようになる。また、離型部５５により溌液性が発現しているため、球状の半導体材１の材質と基材４の材質との組み合わせを考慮する必要がなく、使用できる基材４の材質を自由に選定できる。また、離型部５５が基材４の表面の微細な凹凸をより平面化するので、球状の半導体材１との接触面積を最小にできるので、より球状の半導体材１
が得られるようになる。また、固化する途中で球状の半導体材１に溌液性が付与されるため、球状の半導体材１と基材４が点接触になるので、その接触点からの凝固となり、結晶性が上がる。その結果、落下方式で球状の半導体材１を作製する場合と比較して、球状の半導体材１を使用した球状半導体型太陽電池モジュールに使用できる結晶化された球状の半導体材１の割合を大幅に増すことができる。
【００５４】
また、図７に示す装填部３４の形状は、方形状の凹部４４になっているが、図８ａ）及び図８（ｂ）に示す様に、半円形状の凹部５４であっても良い。また、図９に示す様に、装填部３４の形状は、一部分の区切り部６６で仕切られた凹部６４であっても良い。つまり、凹部は、それぞれの半導体分割片１２が確実に収まるように、装填部３４の形状を形作っていれば良い。
【００５５】
［第２実施形態］
図１０は、球状の半導体材の材質にシリコン（Ｓｉ）を用いた場合であって、本発明の第２実施形態の球状の半導体材２１の一つの例を示した斜視図である。球状の半導体材２１は、本発明の第１実施形態の第一の工程Ｐ１，第二の工程Ｐ２及び第三の工程Ｐ３と同様な方法で作製される。球状の半導体材２１の材質がシリコン（Ｓｉ）なので、光−電気変換効率が高く、球状の半導体材２１は、球状半導体型太陽電池モジュール用として好適に用いられる。
【００５６】
また、図１０に示す様に、球状の半導体材２１は、第三の工程Ｐ３の固化工程Ｐ３２において、凝固時に体積膨張を伴うため、シリコン突起部ＳＰが作製される。球状の半導体材２１を球状半導体型太陽電池モジュール用に用いる場合、その形状が球状であれば、真球で無くても良く、シリコン突起部ＳＰ等があっても良い。しかし、その様な形状の際、ピックアップ吸着不良や電極取り出し不良などの製造工程不良を起こす場合がある。そのため、球状の半導体材２１は、第四の工程Ｐ４において、図１１に示す様な研磨装置７を用い、研磨される（研磨工程Ｐ４１）。研磨された球状の半導体材２１は、シリコン突起部ＳＰが無くなり、より真球に近い形状になる。研磨装置７は、図１１に示す様に、ラップ層７１ａ（図示しない）を備えたラップ定盤７１とラップ層７２ａを備えたラップ定盤７２とラップ定盤７１を回転させる駆動軸７３とから構成されている。ラップ定盤７１及びラップ定盤７２、樹脂製または金属製で作製され、駆動軸７３は、モータなどの駆動源（図示しない）により回転駆動される。ラップ層７１ａ及びラップ層７２ａは、アルミナ等の砥粒が固着されたフィルムを用いているが、ラップ層７１ａ及びラップ層７２ａの替わりに、ペースト状の砥粒を用いても良い。
【００５７】
以上により、固化工程Ｐ３２を経た球状の半導体材２１は、ラップ定盤７１とラップ定盤７２との間に充填され、より真球に近い形状に研磨される。これによれば、より一層球状の半導体材２１の体積を均一にできる。この事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができる。
【００５８】
［第３実施形態］
図１２は、本発明の第３実施形態で、第２実施形態の球状の半導体材２１を用いた球状半導体型太陽電池モジュール１０１を説明する図である。図中の球状半導体５１は、球状の半導体材２１の表層に、P（リン）等を気相拡散させｎ型層を形成し、その後、一部分を研磨してｐ型層を露出させたものである。球状半導体型太陽電池モジュール１０１は、蜂の巣状に連続した多数の反射凹部１８を備えている反射板８と、球状半導体５１と電気的に導通した電極１９及び電極２９と、絶縁性の保護層９８から構成されている。
【００５９】
反射板８は、Ａｌ薄板を加工していて、反射凹部１８の底部には、孔（図示しない）が形成されている。そして、球状半導体５１が反射凹部１８に装填された際、その孔部から
球状半導体５１のｐ型層を露出させた部分と電極２９とを導通させている。また、反射板８は、球状半導体５１の外周部のｎ型層と電気的に導通していて、電極１９とも電気的に導通している。また、反射凹部１８の内面は、反射鏡としても機能している。また、絶縁性の保護層９８は、透光性のポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の合成樹脂で作製されている。
【００６０】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を、０.０１ｍｍ３以上とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、０.２７ｍｍ以上となる。これによれば、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、球状半導体５１の反射板８への実装時に、球状半導体５１が小さくないので、ピックアップ吸着不良や電極取り出し不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００６１】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を、６５ｍｍ３以下とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、５.０ｍｍ以下となる。これによれば、シリコンの表面張力と重力とのバランスで、球状の半導体材２１のそれぞれが、より真球に近い形状になり、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれも、より真球に近い形状になる。そのため、球状の半導体材２１を球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、反射板８への実装時に、吸着不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００６２】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を０.０２ｍｍ３以上１４ｍｍ３以下とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、０.３４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。これによれば、より確実に、製造工程不良を少なくできる。
【００６３】
また、球状半導体５１は、球状の半導体材２１を研磨してより真球の形状に近くしておけば、より一層、球状半導体５１の直径を均一にできる。この事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができ、しかも、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、球状半導体５１の形状が均一なので、外観不良を低減できる。
【００６４】
以上の事により、本発明の球状の半導体材２１は、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に用いた場合、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュール１０１の組立工程での工程不良や、外観不良を低減でき、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に好適に用いられる。
【００６５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更する事が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１、２１ 球状の半導体材
２ 板状の半導体材
３ 担持フィルム３
４ 基材
１１ 溶融体
５１ 球状半導体
１２ 半導体分割片
２２ 変質部
３４ 装填部
４４、５４、６４ 凹部
５５ 離型部
１０１ 球状半導体型太陽電池モジュール
ＤＲ１ 第一の方向
ＤＲ２ 第二の方向
ＤＳ１ 第一の繰返し距離
ＤＳ２ 第二の繰返し距離
Ｆ５５ 外部応力
ＩＮ１ 第一の間隔
ＩＮ２ 第二の間隔
ＬＳ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造方法に係わり、特に、体積の均一な球状の半導体材の製造方法及び球状の半導体材に不純物をドープした球状半導体を光起電力素子として用いた球状半導体型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石資源の枯渇、環境の悪化、各国のエネルギー不足などの深刻な諸問題が叫ばれる中、太陽電池が、化石エネルギーに代わるエネルギー生成手段として、重要視されてきた。その太陽電池は、素材の種類やその形態・構造で幾つかに分類でき、その内最も利用されているのが、結晶系シリコンで、世界総生産量の約９０％と高い比率を占めている。しかしながら、その結晶系シリコンは、引き上げ法による単結晶インゴットをカッティングして使用する事から、製造効率が悪いばかりでなく、半分以下の原料使用率と言う問題があった。そこで、結晶系シリコンを使用する既存の技術に代えて、直径１ｍｍ程度の球状半導体結晶を育成し、その表面に回路を作製する事により、次世代太陽電池を製造する事が検討されてきている。その球状半導結晶を使用する利点は、設備投資が小規模，カッティングによる切削粉を無くせる，球状形状を利用した高効率化がはかれる，等が挙げられる。
【０００３】
球状半導体結晶の次世代太陽電池は、その球状の半導体結晶を製造するところが最も重要な技術である。一般的な従来技術として、特許文献１では、落下方式による球状シリコン単結晶の製造方法及び装置が提案されている。図１３は、落下方式による球状シリコン単結晶製造装置８００の概略を示した構成図であり、図１３に示すように、先ず、シリコン８２１を窒化ホウ素坩堝８０２内で、ＲＦコイル８０３によって加熱し溶融する。次に、溶融したシリコン８２１を容器上方に設けられたガス供給口８０９からＡｒガスなどの不活性ガスを供給して、液滴８１０を容器の下部に設けられたノズル８０１から噴射させる。噴射された液滴８１０は凝固しながら、表面張力で球状となり、結晶性の良い球状シリコンが得られる。その結果、１段階で球状シリコン単結晶を得る事ができるため、設備を縮小化する事ができるとともに、凝固時間を短縮する事により、生産性の向上が図れるとしている。
【０００４】
また、従来技術として、特許文献２では、特許文献１の落下方式の問題点を解決するための方法が提案されている。図１４は、粉末原料を用いた多重ルツボ法による球状結晶の製造の流れを示した図である。先ず、図１４（ａ）に示すように、多数の窪みのあるカーボン製のルツボ９０５へ粉末原料９０１を入る。次いで、図１４（ｂ）に示すように、真空若しくは不活性ガス雰囲気中で加熱する事により、その粉末原料９０１を融解させ、ルツボ９０５の内壁面９１５に離型層等があり溌液状にしていると、融液９０６は表面張力により球状になる。最後に、図１４（ｃ）に示すように、冷却して固化・結晶化する事で球状結晶９０７が得られる。その結果、落下方式と比較して、単結晶を得られる比率が高く、しかも、球状の結晶を収率良く得られるようにまる。また、単純なプロセスであるために、簡易な構造で付属設備が少ない安価な量産化装置により、安価に製造する事ができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９９５７７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような落下方式では、液滴を噴射し固化させるため、液滴の体積（重さ）を均一に制御する事が難しく、しかも、噴射方向に歪んだ球状結晶が多く得られてしまう。その結果、球状半導体型太陽電池モジュールに用いた場合、組立工程での工程不良や、外観不良をおこすため、選別を行なわなければいけなく、或いは、より球状にするための研磨工程が必ず必要になってしまうと言う課題があった。
【０００７】
また、特許文献２のような多重ルツボ法では、歪んだ球状結晶の発生率をある程度低減させられるが、粉末原料をルツボに入れた時のかさ密度の制御が難しく、球状結晶の体積（重さ）を均一に制御する事ができないと言う課題があった。また、かさ密度の制御のために、粒径が１０μｍ〜３００μｍ程度の粉体を選定して使用しており、製造上の制限があると言う課題もあった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するもので、体積の均一な球状の半導体材の製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の球状の半導体材の製造方法は、板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、前記半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の前記各装填部内に装填する第二の工程と、前記装填部内に装填された前記半導体分割片を加熱して、前記装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、を有する事を特徴としている。
【００１０】
これによれば、本発明の球状の半導体材の製造方法は、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１１】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、レーザ光を走査して前記板状の半導体材の内部に変質部を形成するレーザ走査工程と、前記変質部が形成された前記板状の半導体材に外部応力を加える事により、前記板状の半導体材の表面に前記変質部にそった亀裂を成長させて分割する分割工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
これによれば、分割方法を板状の半導体材の内部に変質部を形成し分割する事により、通常のダイシングと比較して、切りしろが１μｍ以下（通常のダイシングは１００μｍ〜３００μｍ程度）と少ないため、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１３】
また、水を使わない分割方法と、切削粉が出ないのでその後の洗浄も要らない事により、水が起因となる酸化膜が切断面に形成されなくなる。そのため、酸化膜を原因とする、融解阻害や結晶欠陥の増加を抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材の形状を均一にでき、結晶性も安定させる事ができる。
【００１４】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、前記レーザ光の走査が、第一の間隔で、第一の方向にそって照射する工程と、第二の間隔で、前記第一の方向
と交差する第二の方向にそって照射する工程と、を有することを特徴としている。
【００１５】
これによれば、一定の間隔で２方向に走査するので、レーザ光の走査が容易だけでなく、得られる半導体分割片のそれぞれが同じ形状になるので、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。この事により、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できる。
【００１６】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記第一の工程であって、前記レーザ走査工程の前に前記板状の半導体材を延伸可能な担持フィルムに貼り付ける工程を有し、前記分割工程は、前記半導体分割片が前記第一の方向に第一の繰り返し距離となり、前記第二の方向に第二の繰り返し距離となるように前記担持フィルムを延伸させる工程であることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、担持フィルムを延伸する事によって、外部応力を板状の半導体材にかけられ、一定間隔で担持された半導体分割片に分割できるので、工程が簡単になる。また、板状の半導体材に圧縮方向の応力が加わらないので、隣接する半導体分割片どうしが擦れる事なく、分割時のチッピングを抑える事ができる。
【００１８】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記基材には、延伸された前記担持フィルムと前記基材とが対向するよう重ね合わせた場合に、前記複数の半導体分割片の配置と一致するように前記複数の装填部が配置されており、前記第二の工程であって、前記担持フィルムに担持された前記複数の半導体分割片と前記基材とを、前記複数の半導体分割片と前記複数の装填部とが対向するよう重ね合わせた後、前記担持フィルムから前記複数の半導体分割片を剥離させることにより、前記半導体分割片のそれぞれを、前記基材の前記複数の各装填部内に装填する工程を有することを特徴としている。
【００１９】
これによれば、複数の装填部のが、半導体分割片の間隔と同じ間隔で配置されているので、延伸された担持フィルムと基材とが対向するよう重ね合わせて、複数の装填部のそれぞれに複数の半導体分割片のそれぞれを装填する事ができる。この事により、半導体分割片を一括でしかも複数の装填部のそれぞれに確実に装填する事ができる。そのため、製造工程が短くなると共に、簡易な構造で付帯設備が少ない製造装置での製造が可能になる。また、半導体分割片を一括で装填するので、一つずつ装填する場合と比較して、ピックアップ不良等が起こらず、半導体分割片を確実に複数の装填部に装填できる。
【００２０】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記装填部には、前記半導体分割片のそれぞれが、前記融解時にそれぞれが分離した前記溶融体となるよう前記溶融体を保持する凹部を有することを特徴としている。
【００２１】
これによれば、半導体分割片が確実に収まるように、装填部の形状を形作っているので、他の半導体分割片と融合したり、他の半導体分割片の一部が隣接する装填部に流れ込んだりしない。この事により、分割された半導体分割片のそれぞれが、確実に、融解、固化されるので、体積が均一な球状の半導体材を得る事ができる。
【００２２】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記凹部の内面に、前記溶融体に対して溌液性を示す離型部が形成されていることを特徴としている。
【００２３】
これによれば、装填部の中で融解、固化させるだけで、溶融体と離型部の表面張力差を利用し、球状の半導体材が得られるようになる。また、離型部により溌液性が発現しているため、球状の半導体材の材質と基材の材質とを選定する必要がなく、使用できる基材の
材質を自由に選定できる。また、離型部が基材の表面の微細な凹凸をより平面化するので、球状の半導体材との接触面積を最小にできるので、より球状の半導体材が得られるようになる。
【００２４】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記球状の半導体材の材質が、シリコンであることを特徴としている。
【００２５】
これによれば、球状の半導体材の材質がシリコンなので、光−電気変換効率が高く、本発明の球状の半導体材は、球状半導体型太陽電池モジュール用として好適に用いられる。
【００２６】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上６５ｍｍ３以下であることを特徴としている。
【００２７】
これによれば、半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上なので、球状半導体型太陽電池モジュールに適用した場合、球状の半導体材の反射板への実装時に、ピックアップ吸着や電極取り出しなどの製造工程を確実に行う事ができる。
【００２８】
また、半導体分割片のそれぞれの体積が、６５ｍｍ３以下なので、シリコンの表面張力と重力とのバランスで、より真球に近い形状になる。そのため、球状半導体型太陽電池モジュールに適用した場合、球状の半導体材の反射板への実装時に、吸着不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００２９】
本発明の球状の半導体材の製造方法は、前記球状の半導体材が、凝固時に体積膨張する半導体材であり、前記第三の工程の後に、前記球状の半導体材を研磨する第四の工程を有することを特徴としている。
【００３０】
これによれば、球状の半導体材を更に研磨して、より真球にする事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができる。また、球状の半導体材の形状をより一層均一にできる事により、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減する事ができる。
【００３１】
本発明の球状の半導体材は、球状半導体型太陽電池モジュールに好適に用いることができる。これによれば、球状の半導体材は、体積が均一であるので、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減する事ができる。
【発明の効果】
【００３２】
これによれば、本発明の球状の半導体材は、板状の半導体材を分割し、半導体分割片にする事により、それぞれの半導体分割片の体積のバラツキを抑える事ができ、粉体を用いる場合と比較して、融解、固化され得られた球状の半導体材の体積を均一にできる。また、本発明の球状半導体型太陽電池モジュールは、体積が均一な本発明の球状の半導体材を用いるので、球状半導体型太陽電池モジュールの組立工程での工程不良や、外観不良を低減できるとともに、光−電気変換性能を一定にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第一の工程を工程順に示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第一の工程の内のレーザ走査工程を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の半導体分割片の一片の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、図４（ａ）は、第一の工程の内のレーザ走査工程終了後の板状の半導体材を示した平面図であり、図４（ｂ）は、第一の工程の内の分割工程終了後の複数の半導体分割片を示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第二の工程を工程順に示した構成図である。
【図６】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第三の工程を工程順に示した構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、図７（ａ）は、複数の装填部を有した基材を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、その一部分のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、図８（ａ）は、複数の装填部を有した基材を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、その一部分のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法に用いる基材の一例を説明する図であって、複数の装填部を有した基材の一部分を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の一個の球状の半導体材の一例を示した斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の球状の半導体材の製造方法を説明する図であって、第四の工程に用いる研磨装置の一例を一部破断して示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態で、第２実施形態の球状の半導体材を用いた球状半導体型太陽電池モジュールを説明する図である。
【図１３】従来例１の落下方式による球状シリコン単結晶製造装置の概略構成図である。
【図１４】従来例２の球状シリコン結晶の製造方法を説明する図であって、粉末原料を用いた多重ルツボ法の製造の流れを示した構成図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の半導体分割片の一片の一例を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
［第１実施形態］
先ず、図１ないし図４を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材の製造方法の第一の工程Ｐ１について説明する。図１は、第一の工程Ｐ１を工程順に示した斜視図である。また、図２は、第一の工程Ｐ１のレーザ走査工程Ｐ１３を示した斜視図である。また、図３は、本発明の第１実施形態の半導体分割片１２の一片の一例を示した模式図である。また、図４（ａ）は、第一の工程Ｐ１のレーザ走査工程Ｐ１３終了後の板状の半導体材２を示した平面図であり、図４（ｂ）は、第一の工程Ｐ１の分割工程Ｐ１４終了後の複数の半導体分割片１２を示した平面図である。
【００３６】
第一の工程Ｐ１は、図１（ａ）に示す様に、板状の半導体材２と延伸可能な担持フィルム３を準備し（準備工程Ｐ１１）、図１（ｂ）に示す様に、板状の半導体材２を延伸可能な担持フィルム３に貼り付ける（貼り付ける工程Ｐ１２）。次に、図１（ｃ）及び図２に示す様に、レーザ光ＬＳを走査して、板状の半導体材２の内部に変質部２２を形成させる（レーザ走査工程Ｐ１３）。その時のレーザ光ＬＳの走査は、第一の方向ＤＲ１と、第一の方向ＤＲ１と交差する第二の方向ＤＲ２にそって行う。そして、レーザ光ＬＳの走査が終了した後、図１（ｄ）に示す様に、変質部２２が形成された板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える事により、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させて、それぞれの半導体分割片１２に分割する（分割工程Ｐ１４）。以上のようにして作
製した半導体分割片の電子顕微鏡写真を図１５に示す。
【００３７】
ここで用いる板状の半導体材２は、例えばシリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ），インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）等を用い、特に、光−電気変換性能の良いシリコン（Ｓｉ）を用いるのが好ましい。また、板状の半導体材２の形状は、円形状でも良く、図１（ａ）に示す様な方形に限るものではない。また、ここで用いる担持フィルム３は、主にＰＶＣ（ポリビニールクロライド）やＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＥ（ポリエチレン）等の合成樹脂製のフィルムを用いる。特に、担持フィルム３を延伸する事によって、板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える場合、延伸性を有したＰＶＣ（ポリビニールクロライド）やＰＯ（ポリオレフィン）を用いるのが好ましい。また、ここで用いるレーザ光ＬＳは、板状の半導体材２の内部に変質部２２を形成させるため、板状の半導体材２を透過するような波長のレーザ光が使用され、例えばシリコン（Ｓｉ）の場合、波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザが好適に用いられる。
【００３８】
レーザ走査工程Ｐ１３は、図２に示す様に、先ず、担持フィルム３に貼り付けられた板状の半導体材２の内部に、パルス発振されたレーザ光ＬＳを集光用レンズ６５によって、レーザ光ＬＳの集光点ＦＵを合わせる。そして、担持フィルム３が載せられたＸ−Ｙステージ（図示しない）を動かす事によって、レーザ光ＬＳの走査を行う。これにより、変質部２２が走査ラインに沿って板状の半導体材２の内部に形成される。この時の加工雰囲気は、大気中でも良いが、変質部２２の加工面の酸化を一層低減させるため、窒素ガス等の不活性ガス中の方がより好ましい。
【００３９】
また、変質部２２は、板状の半導体材２の内部に連続的に形成される場合もあるし、それ以外に断続的に形成される場合もあり、少なくとも板状の半導体材２の内部に形成されていれば良い。また、図３に一例を示す様に、板状の半導体材２の材質や板厚等の条件が違った場合、レーザ光ＬＳの集光点ＦＵを変え、同じ走査ラインで走査を繰り返す事で、板状の半導体材２の内部に形成される変質部２２を２層以上にする事もある。
【００４０】
また、レーザ光ＬＳの走査は、直線状に限らず曲線状であっても良が、図４（ａ）に示す様に、第一の間隔ＩＮ１で、第一の方向ＤＲ１にそって、レーザ光ＬＳを照射し、第二の間隔ＩＮ２で、第二の方向ＤＲ２にそって、レーザ光ＬＳを照射する方が好ましい。これにより、一定の間隔で２方向に走査するので、レーザの走査が容易だけでなく、得られる半導体分割片１２のそれぞれが同じ形状になるので、融解，固化され得られた球状の半導体材１の体積を均一にできる。
【００４１】
また、第一の方向ＤＲ１に対し第二の方向ＤＲ２を９０°にする事で、半導体分割片１２に外部応力Ｆ５５を加える場合、外周方向に担持フィルム３を延伸する事で、縦横の２方向にバランス良く外部応力Ｆ５５を加えられる。この事により、得られる半導体分割片１２のそれぞれが鋭角を持たない方形状となり、分割時の割れ不良やチッピングを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。また、板状の半導体材２からの取り個数も最大限にできる。
【００４２】
次に、レーザ光ＬＳの走査が終了した後、分割工程Ｐ１４では、変質部２２が形成された板状の半導体材２に外部応力Ｆ５５を加える事により、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させて、それぞれの半導体分割片１２に分割する。外部応力Ｆ５５をかける方法は、板状の半導体材２に分割治具を直接押し当てて行っても良いし、担持フィルム３を延伸する事によって行っても良く、板状の半導体材２の表面に変質部２２にそった亀裂を成長させられれば、どの様な方法で行っても良い。しかし、担持フィルム３を延伸する方法は、板状の半導体材２に圧縮方向の応力が加わらないので、隣接する半
導体分割片１２どうしが擦れる事なく、分割時のチッピングを抑える事ができるので、この方法の方がより好ましい。この事により、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。
【００４３】
また、担持フィルム３を延伸する場合、図４（ｂ）に示す様に、半導体分割片１２が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように担持フィルム３を延伸すると良い。この事により、一定間隔で担持された半導体分割片１２に分割できるので、後述する装填する工程Ｐ２３において、半導体分割片１２のそれぞれを、基材４の複数の各装填部３４内に装填する事が簡単になる。
【００４４】
以上、第一の工程Ｐ１によれば、通常の切削式ダイシングによる切りしろのバラツキが、１００μｍ〜２００μｍ程度であるのに対して、分割切りしろを必要としないので、１μｍ以下の寸法バラツキに抑えることができる。そのため、それぞれの半導体分割片１２の体積のバラツキを抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の体積をより一層均一にできる。また、分割工程Ｐ１４で水を使わない事と、その分割工程Ｐ１４で切削粉が出ないのでその後の洗浄も要らない事により、水が起因となる酸化膜が分割面に形成されなくなる。そのため、融解固化するときに、酸化膜を原因とする、球状固化化への阻害や結晶欠陥の増加を抑える事ができ、融解、固化され得られた球状の半導体材１の形状を均一にでき、結晶性も安定させる事ができる。
【００４５】
次に、図５を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法の第二の工程Ｐ２について説明する。図５は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法を説明する図であって、第二の工程Ｐ２を工程順に示した構成図である。第二の工程Ｐ２は、先ず、図５（ａ）に示す様に、複数の半導体分割片１２が担持された担持フィルム３と複数の装填部３４を有する基材４とを、複数の半導体分割片１２と複数の装填部３４とが対向するよう重ね合わせる（重ね合わせ工程Ｐ２１）。この時、複数の半導体分割片１２の配置と複数の装填部３４の配置が一致するように、基材４が作製されている。次に、図５（ｂ）に示す様に、担持フィルム３に紫外線ＵＶを照射し、担持フィルム３の粘着性を低下させ（剥離工程Ｐ２２）、図５（ｃ）に示す様に、複数の半導体分割片１２のそれぞれが、複数の装填部３４のそれぞれに装填される（装填する工程Ｐ２３）。
【００４６】
この時の複数の半導体分割片１２が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように担持フィルム３を延伸している場合、基材４の複数の装填部３４は、第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように作製されている。また、担持フィルム３の粘着性を低下させる方法は、使用する担持フィルム３の特性により生じるもので、紫外線ＵＶの照射に限るものではなく、他に、例えば、担持フィルム３を加熱する事でも良い。
【００４７】
以上、第二の工程Ｐ２によれば、複数の装填部３４が、半導体分割片１２の間隔と同じ間隔で配置されているので、延伸された担持フィルム３と基材４とが対向するよう重ね合わせて、複数の装填部３４のそれぞれに複数の半導体分割片１２のそれぞれを装填する事ができる。この事により、複数の半導体分割片１２を一括でしかも同じ装填部３４に混入することなしに、複数の装填部３４のそれぞれに確実に装填する事ができる。そのため、製造工が短くなると共に、簡易な構造で付帯設備が少ない製造装置での製造が可能になる。また、複数の半導体分割片１２を一括で装填するので、一つずつ装填する場合と比較して、ピックアップ不良等が起こらず、複数の半導体分割片１２のそれぞれを確実に複数の装填部３４のそれぞれに装填できる。
【００４８】
次に、図６を用いて、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法の第三の工程Ｐ３について説明する。図６は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法を説明する図であって、第三の工程Ｐ３を工程順に示した構成図である。第三の工程Ｐ３は、先ず、図６（ａ）に示す複数の半導体分割片１２のそれぞれが複数の装填部３４のそれぞれ装填された基材４を、高温で加熱する事により、図６（ｂ）に示す様に、複数の半導体分割片１２を複数の装填部３４内で融解し、球状の溶融体１１を作製する（融解工程Ｐ３１）。次に、図６（ｃ）に示す様に、融解された溶融体１１を冷却して固化し、球状の半導体材１を作製する（固化工程Ｐ３２）。
【００４９】
ここで用いる基材４は、カーボン、石英ガラス、アルミナ、グラファイト、窒化硼素、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素等であるが、溶融体１１に対して溌液性を示す材質が用いられるので、その時用いる球状の半導体材１の材質との組み合わせで決められる。そして、半導体分割片１２を融解させ溌液状にすると、溶融体１１は表面張力により球状になり、その後、冷却して固化することで、球状の半導体材１が得られる様になる。この時の処理雰囲気は、水分、酸素、一酸化炭素等の溶融体１１と化学反応を起こす様な不純物を極力低減しなければいけなく、超高純度のアルゴン又はヘリウム等の不活性ガス中にする事が必要となる。この様に、球状の半導体材１を融解させ撥液状の状態にさせるためには、球状の半導体材１の材質、基材４、処理雰囲気等を制御しないといけない。
【００５０】
また、図７は、本発明の第１実施形態の球状の半導体材１の製造方法に用いる基材４の一例を説明する図であって、図７（ａ）は、複数の装填部３４を有した基材４を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ部分の断面図である。図７（ａ）に示す様に、基材４は、複数の装填部３４が配置されていて、しかも、複数の装填部３４が第一の方向ＤＲ１に第一の繰り返し距離ＤＳ１となり、第二の方向ＤＲ２に第二の繰り返し距離ＤＳ２となるように作製されている。その複数の装填部３４は、半導体分割片１２のそれぞれが、融解時にそれぞれが分離した溶融体１１となるよう、溶融体１１を保持する凹部４４を有している。
【００５１】
凹部４４は、半導体分割片１２が確実に収まるように、装填部３４の形状を形作っているので、他の半導体分割片１２と融合したり、他の半導体分割片１２の一部が隣接する装填部３４に流れ込んだりしない。この事により、分割された半導体分割片１２のそれぞれが、確実に、融解、固化されるので、体積が均一な球状の半導体材１を得る事ができる。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示す様に、装填部３４の内面を含む表面に、溶融体１１に対して溌液性を示す離型部５５が形成されている。離型部５５は、液状の離型材をコーティングした後焼成して作製するか、ＣＶＤ装置やスパッタ装置を用いて、成膜を行う事により、容易に作製できる。また、離型部５５の材質は、溶融体１１に対して溌液性を示す材質が用いられるので、その時用いる球状の半導体材１の材質との組み合わせで決められる。例えば球状の半導体材１の材質がシリコン（Ｓｉ）の場合、離型部５５材質は、シリコン（Ｓｉ）に対して良好な溌液性を示す窒化珪素や窒化アルミ等が好適に用いられる。図７の基材４には、装填部３４の内面を含む表面の片面全体に、スパッタ装置を用いて、離型部５５が成膜されているが、離型部５５は、溶融体１１と接触する凹部４４の内面のみに設けられていれば良い。
【００５３】
溶融体１１に対して溌液性を示す離型部５５が形成されている事で、装填部３４の中で融解、固化させるだけで、溶融体１１と離型部５５の表面張力差を利用し、球状の半導体材１が得られるようになる。また、離型部５５により溌液性が発現しているため、球状の半導体材１の材質と基材４の材質との組み合わせを考慮する必要がなく、使用できる基材４の材質を自由に選定できる。また、離型部５５が基材４の表面の微細な凹凸をより平面化するので、球状の半導体材１との接触面積を最小にできるので、より球状の半導体材１
が得られるようになる。また、固化する途中で球状の半導体材１に溌液性が付与されるため、球状の半導体材１と基材４が点接触になるので、その接触点からの凝固となり、結晶性が上がる。その結果、落下方式で球状の半導体材１を作製する場合と比較して、球状の半導体材１を使用した球状半導体型太陽電池モジュールに使用できる結晶化された球状の半導体材１の割合を大幅に増すことができる。
【００５４】
また、図７に示す装填部３４の形状は、方形状の凹部４４になっているが、図８ａ）及び図８（ｂ）に示す様に、半円形状の凹部５４であっても良い。また、図９に示す様に、装填部３４の形状は、一部分の区切り部６６で仕切られた凹部６４であっても良い。つまり、凹部は、それぞれの半導体分割片１２が確実に収まるように、装填部３４の形状を形作っていれば良い。
【００５５】
［第２実施形態］
図１０は、球状の半導体材の材質にシリコン（Ｓｉ）を用いた場合であって、本発明の第２実施形態の球状の半導体材２１の一つの例を示した斜視図である。球状の半導体材２１は、本発明の第１実施形態の第一の工程Ｐ１，第二の工程Ｐ２及び第三の工程Ｐ３と同様な方法で作製される。球状の半導体材２１の材質がシリコン（Ｓｉ）なので、光−電気変換効率が高く、球状の半導体材２１は、球状半導体型太陽電池モジュール用として好適に用いられる。
【００５６】
また、図１０に示す様に、球状の半導体材２１は、第三の工程Ｐ３の固化工程Ｐ３２において、凝固時に体積膨張を伴うため、シリコン突起部ＳＰが作製される。球状の半導体材２１を球状半導体型太陽電池モジュール用に用いる場合、その形状が球状であれば、真球で無くても良く、シリコン突起部ＳＰ等があっても良い。しかし、その様な形状の際、ピックアップ吸着不良や電極取り出し不良などの製造工程不良を起こす場合がある。そのため、球状の半導体材２１は、第四の工程Ｐ４において、図１１に示す様な研磨装置７を用い、研磨される（研磨工程Ｐ４１）。研磨された球状の半導体材２１は、シリコン突起部ＳＰが無くなり、より真球に近い形状になる。研磨装置７は、図１１に示す様に、ラップ層７１ａ（図示しない）を備えたラップ定盤７１とラップ層７２ａを備えたラップ定盤７２とラップ定盤７１を回転させる駆動軸７３とから構成されている。ラップ定盤７１及びラップ定盤７２、樹脂製または金属製で作製され、駆動軸７３は、モータなどの駆動源（図示しない）により回転駆動される。ラップ層７１ａ及びラップ層７２ａは、アルミナ等の砥粒が固着されたフィルムを用いているが、ラップ層７１ａ及びラップ層７２ａの替わりに、ペースト状の砥粒を用いても良い。
【００５７】
以上により、固化工程Ｐ３２を経た球状の半導体材２１は、ラップ定盤７１とラップ定盤７２との間に充填され、より真球に近い形状に研磨される。これによれば、より一層球状の半導体材２１の体積を均一にできる。この事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができる。
【００５８】
［第３実施形態］
図１２は、本発明の第３実施形態で、第２実施形態の球状の半導体材２１を用いた球状半導体型太陽電池モジュール１０１を説明する図である。図中の球状半導体５１は、球状の半導体材２１の表層に、P（リン）等を気相拡散させｎ型層を形成し、その後、一部分を研磨してｐ型層を露出させたものである。球状半導体型太陽電池モジュール１０１は、蜂の巣状に連続した多数の反射凹部１８を備えている反射板８と、球状半導体５１と電気的に導通した電極１９及び電極２９と、絶縁性の保護層９８から構成されている。
【００５９】
反射板８は、Ａｌ薄板を加工していて、反射凹部１８の底部には、孔（図示しない）が形成されている。そして、球状半導体５１が反射凹部１８に装填された際、その孔部から
球状半導体５１のｐ型層を露出させた部分と電極２９とを導通させている。また、反射板８は、球状半導体５１の外周部のｎ型層と電気的に導通していて、電極１９とも電気的に導通している。また、反射凹部１８の内面は、反射鏡としても機能している。また、絶縁性の保護層９８は、透光性のポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の合成樹脂で作製されている。
【００６０】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を、０.０１ｍｍ３以上とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、０.２７ｍｍ以上となる。これによれば、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、球状半導体５１の反射板８への実装時に、球状半導体５１が小さくないので、ピックアップ吸着不良や電極取り出し不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００６１】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を、６５ｍｍ３以下とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、５.０ｍｍ以下となる。これによれば、シリコンの表面張力と重力とのバランスで、球状の半導体材２１のそれぞれが、より真球に近い形状になり、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれも、より真球に近い形状になる。そのため、球状の半導体材２１を球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、反射板８への実装時に、吸着不良などの製造工程不良を少なくできる。
【００６２】
また、半導体分割片１２のそれぞれの体積を０.０２ｍｍ３以上１４ｍｍ３以下とすることにより、球状の半導体材２１を用いた球状半導体５１のそれぞれの直径が、０.３４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。これによれば、より確実に、製造工程不良を少なくできる。
【００６３】
また、球状半導体５１は、球状の半導体材２１を研磨してより真球の形状に近くしておけば、より一層、球状半導体５１の直径を均一にできる。この事により、より一層、光−電気変換性能を一定にする事ができ、しかも、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に適用した場合、球状半導体５１の形状が均一なので、外観不良を低減できる。
【００６４】
以上の事により、本発明の球状の半導体材２１は、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に用いた場合、光−電気変換性能を一定にする事ができ、更に、球状半導体型太陽電池モジュール１０１の組立工程での工程不良や、外観不良を低減でき、球状半導体型太陽電池モジュール１０１に好適に用いられる。
【００６５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更する事が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１、２１ 球状の半導体材
２ 板状の半導体材
３ 担持フィルム３
４ 基材
１１ 溶融体
５１ 球状半導体
１２ 半導体分割片
２２ 変質部
３４ 装填部
４４、５４、６４ 凹部
５５ 離型部
１０１ 球状半導体型太陽電池モジュール
ＤＲ１ 第一の方向
ＤＲ２ 第二の方向
ＤＳ１ 第一の繰返し距離
ＤＳ２ 第二の繰返し距離
Ｆ５５ 外部応力
ＩＮ１ 第一の間隔
ＩＮ２ 第二の間隔
ＬＳ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の半導体材を製造する方法であって、
板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、
前記半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の前記各装填部内に装填する第二の工程と、
前記装填部内に装填された前記半導体分割片を加熱して、前記装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、
を有することを特徴とする球状の半導体材の製造方法。
【請求項２】
前記第一の工程は、レーザ光を走査して前記板状の半導体材の内部に変質部を形成するレーザ走査工程と、前記変質部が形成された前記板状の半導体材に外部応力を加えることにより、前記板状の半導体材の表面に前記変質部にそった亀裂を成長させて分割する分割工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項３】
前記第一の工程は、前記レーザ光の走査が、第一の間隔で、第一の方向にそって照射する工程と、第二の間隔で、前記第一の方向と交差する第二の方向にそって照射する工程と、を有することを特徴とする請求項２記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項４】
前記第一の工程は、前記レーザ走査工程の前に前記板状の半導体材を延伸可能な担持フィルムに貼り付ける工程を有し、
前記分割工程は、前記半導体分割片が前記第一の方向に第一の繰り返し距離となり、前記第二の方向に第二の繰り返し距離となるように前記担持フィルムを延伸させる工程であることを特徴とする請求項３に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項５】
前記基材には、延伸された前記担持フィルムと前記基材とが対向するよう重ね合わせた場合に、前記複数の半導体分割片の配置と一致するように前記複数の装填部が配置されており、
前記第二の工程は、前記担持フィルムに担持された前記複数の半導体分割片と前記基材とを、前記複数の半導体分割片と前記複数の装填部とが対向するよう重ね合わせた後、前記担持フィルムから前記複数の半導体分割片を剥離させることにより、前記半導体分割片のそれぞれを、前記基材の前記複数の各装填部内に装填する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項６】
前記装填部は、前記半導体分割片のそれぞれが、前記融解時にそれぞれが分離した前記溶融体となるよう前記溶融体を保持する凹部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項７】
前記凹部の内面に、前記溶融体に対して溌液性を示す離型部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項８】
前記半導体材の材質は、シリコンであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項９】
前記半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上６５ｍｍ３以下であることを特徴とする請求項８記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体材は、凝固時に体積膨張する半導体材であり、
前記第三の工程の後に、前記球状の半導体材を研磨する第四の工程を有することを特徴と
する請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の球状の半導体材に不純物をドープした球状半導体を光起電力素子として用いたことを特徴とする球状半導体型太陽電池モジュール。
【請求項１】
球状の半導体材を製造する方法であって、
板状の半導体材を分割し複数の半導体分割片を形成する第一の工程と、
前記半導体分割片のそれぞれを、複数の装填部を有する基材の前記各装填部内に装填する第二の工程と、
前記装填部内に装填された前記半導体分割片を加熱して、前記装填部内で融解した後に、融解された溶融体を冷却して固化する第三の工程と、
を有することを特徴とする球状の半導体材の製造方法。
【請求項２】
前記第一の工程は、レーザ光を走査して前記板状の半導体材の内部に変質部を形成するレーザ走査工程と、前記変質部が形成された前記板状の半導体材に外部応力を加えることにより、前記板状の半導体材の表面に前記変質部にそった亀裂を成長させて分割する分割工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項３】
前記第一の工程は、前記レーザ光の走査が、第一の間隔で、第一の方向にそって照射する工程と、第二の間隔で、前記第一の方向と交差する第二の方向にそって照射する工程と、を有することを特徴とする請求項２記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項４】
前記第一の工程は、前記レーザ走査工程の前に前記板状の半導体材を延伸可能な担持フィルムに貼り付ける工程を有し、
前記分割工程は、前記半導体分割片が前記第一の方向に第一の繰り返し距離となり、前記第二の方向に第二の繰り返し距離となるように前記担持フィルムを延伸させる工程であることを特徴とする請求項３に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項５】
前記基材には、延伸された前記担持フィルムと前記基材とが対向するよう重ね合わせた場合に、前記複数の半導体分割片の配置と一致するように前記複数の装填部が配置されており、
前記第二の工程は、前記担持フィルムに担持された前記複数の半導体分割片と前記基材とを、前記複数の半導体分割片と前記複数の装填部とが対向するよう重ね合わせた後、前記担持フィルムから前記複数の半導体分割片を剥離させることにより、前記半導体分割片のそれぞれを、前記基材の前記複数の各装填部内に装填する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項６】
前記装填部は、前記半導体分割片のそれぞれが、前記融解時にそれぞれが分離した前記溶融体となるよう前記溶融体を保持する凹部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項７】
前記凹部の内面に、前記溶融体に対して溌液性を示す離型部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項８】
前記半導体材の材質は、シリコンであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項９】
前記半導体分割片のそれぞれの体積が、０.０１ｍｍ３以上６５ｍｍ３以下であることを特徴とする請求項８記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体材は、凝固時に体積膨張する半導体材であり、
前記第三の工程の後に、前記球状の半導体材を研磨する第四の工程を有することを特徴と
する請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の球状の半導体材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の球状の半導体材に不純物をドープした球状半導体を光起電力素子として用いたことを特徴とする球状半導体型太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【公開番号】特開２０１２−２５６０５（Ｐ２０１２−２５６０５Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６４２５６（Ｐ２０１０−１６４２５６）
【出願日】平成２２年７月２１日（２０１０．７．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２１日（２０１０．７．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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