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JP2002009320A - Method for manufacturing solar battery - Google Patents

Method for manufacturing solar battery

Info

Publication number
JP2002009320A
JP2002009320A JP2000189131A JP2000189131A JP2002009320A JP 2002009320 A JP2002009320 A JP 2002009320A JP 2000189131 A JP2000189131 A JP 2000189131A JP 2000189131 A JP2000189131 A JP 2000189131A JP 2002009320 A JP2002009320 A JP 2002009320A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
plate
powder
type
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000189131A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Okuyama
哲雄 奥山
Teiichi Tsubata
禎一 津幡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippei Toyama Corp
Original Assignee
Nippei Toyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippei Toyama Corp filed Critical Nippei Toyama Corp
Priority to JP2000189131A priority Critical patent/JP2002009320A/en
Publication of JP2002009320A publication Critical patent/JP2002009320A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a solar battery from such waste as silicon powder that is generated when machining a silicon single crystal or polycrystal. SOLUTION: Powder with silicon as a main constituent is taken out of waste slurry that is generated when cutting the ingot of a silicon crystal, and is compressed into a plate. First, the plate is dipped into a fluoric acid solution and then into pure water to remove an oxygen atom from silicon oxide for covering the surface of the silicon particle for composing the plate before drying. Moisture in the plate is evaporated by drying, and silicon particles that have approached are connected via a gap to form a porous body. Then, after the plate is crimped to the conductive layer of the substrate, PN junction is formed at silicon for forming the porous body. By providing a metal electrode while sandwiching the PN junction with the conductive layers, the solar battery is completed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリコンの
単結晶や多結晶からなるインゴットを加工する際に生じ
る廃棄物からシリコンを主成分とする粉体を回収し、当
該粉体から太陽電池を作る方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for recovering a powder containing silicon as a main component from waste generated when processing an ingot made of, for example, a single crystal or polycrystal of silicon, and converting a solar cell from the powder. On how to make.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、太陽電池は例えばシリコン単結
晶またはシリコン多結晶のインゴットを例えばワイヤソ
ーにより切断(スライス)して得られるウエーハにPN
接合を形成し、このPN接合を挟むようにウエーハの表
裏に電極を設けて製造される。前記ウエーハの切削には
例えばワイヤソーと呼ばれる装置が用いられている。こ
の装置は、例えば1本のワイヤを複数のローラ間に所定
ピッチで巻き付けてなるワイヤ群を構成し、ローラの回
転によりワイヤを高速走行させながらインゴットをワイ
ヤに押しつけると共に砥粒を含むスラリをインゴットと
ワイヤとの接触部に供給して、多数枚のウエーハを同時
に得るものである。
2. Description of the Related Art In general, a solar cell is obtained by cutting a wafer obtained by cutting (slicing) a silicon single crystal or silicon polycrystal ingot with a wire saw, for example.
It is manufactured by forming a junction and providing electrodes on the front and back of the wafer so as to sandwich the PN junction. For cutting the wafer, for example, an apparatus called a wire saw is used. This apparatus comprises, for example, a wire group formed by winding a single wire between a plurality of rollers at a predetermined pitch, and pressing the ingot against the wire while rotating the wire at a high speed by rotating the rollers, and also forming a slurry containing abrasive grains into the ingot. And a plurality of wafers are simultaneously obtained by supplying to a contact portion between the wafer and the wire.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】太陽電池は省エネルギ
ー化を図る上で有効なものではあるが、原料であるシリ
コン結晶が高価であることからコストが高いことが最大
の難点であった。また太陽電池の生産量増大に伴い原料
シリコンが不足してきていることがこれに拍車をかけて
いる。
Although solar cells are effective in saving energy, the biggest drawback is that the cost is high because the silicon crystal as a raw material is expensive. In addition, the shortage of raw material silicon has been spurred by the increase in the production of solar cells.

【0004】一方ワイヤソーでは、砥粒を含むスラリを
循環させているが、スラリ中にシリコンの切り粉が増え
ると切断機能が低下するので所定回数循環させた後、廃
スラリとして捨てている。即ち、この廃スラリ中には不
足しつつある貴重なシリコンが含まれているにもかかわ
らず無駄に捨てられているのが現状である。
On the other hand, in a wire saw, a slurry containing abrasive grains is circulated. However, if the amount of silicon chips in the slurry increases, the cutting function deteriorates. Therefore, after circulating a predetermined number of times, the slurry is discarded as waste slurry. In other words, at present, the waste slurry contains wasteful and scarce precious silicon, but is wasted.

【0005】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、切断、研磨といったシリコ
ン結晶の加工にて発生する含シリコン廃棄物を用い、低
コストで太陽電池を製造する方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to manufacture a solar cell at low cost by using silicon-containing waste generated by processing of silicon crystal such as cutting and polishing. It is to provide a method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池の
製造方法は、P形(N形)のシリコンを加工あるいは破
砕するときに生じる廃棄物からシリコンを主成分とする
粉体を回収する回収工程と、回収された粉体から酸化シ
リコンを除去する工程と、この工程の前または後に、回
収された粉体の層を一方の電極をなす導電体の表面に付
着させる工程と、酸化シリコンが除去された粉体の層の
表面部に、N形(P形)のシリコン層を形成してPN接
合を形成する工程と、前記N形(P形)のシリコン層の
上に他方の電極を設ける工程と、を含むことを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing a solar cell according to the present invention recovers a powder mainly composed of silicon from waste generated when processing or crushing P-type (N-type) silicon. A collecting step, a step of removing silicon oxide from the collected powder, a step of attaching a layer of the collected powder to a surface of a conductor forming one electrode before or after this step, Forming a PN junction by forming an N-type (P-type) silicon layer on the surface of the powder layer from which the P-type silicon has been removed; and forming another electrode on the N-type (P-type) silicon layer. And a step of providing

【0007】このような方法によれば、従来は廃棄され
ていたシリコンを主成分とする粉体から酸化シリコンを
取り除いているのでシリコンウエーハに代わり得る太陽
電池用材料を作り出すことができ、資源の有効活用を図
ることができる。
According to such a method, silicon oxide is removed from a powder containing silicon as a main component, which has been conventionally discarded, so that a material for a solar cell which can be substituted for a silicon wafer can be produced. Effective utilization can be achieved.

【0008】また、上述した酸化シリコンを除去する工
程の前または後に、回収された粉体を圧縮してプレ−ト
化を行う工程と、この工程で得られたプレ−トを一方の
電極をなす導電体の表面に付着させる工程と、を行うよ
うにしてもよく、前記プレートを一方の電極に付着させ
る工程は、例えば圧着によることができる。
[0008] Before or after the above-mentioned step of removing silicon oxide, a step of compressing the recovered powder to form a plate, and applying the plate obtained in this step to one electrode. The step of attaching the plate to one of the electrodes may be performed by, for example, crimping.

【0009】これらの方法において、回収された粉体ま
たは粉体をプレ−ト化したものから酸化シリコンを除去
する工程については、例えばフッ酸と反応させ、次いで
水と反応させた後、乾燥させる方法によることができ、
また電極は透明電極を含むようにしてもよい。
In these methods, the step of removing silicon oxide from the recovered powder or the plate formed from the powder is, for example, reacted with hydrofluoric acid, then reacted with water, and then dried. Can be by way,
Further, the electrode may include a transparent electrode.

【0010】更に本発明における原料として用いられる
廃棄物には、例えばシリコンインゴットをワイヤソ−に
より切断したときの切り粉、ウエハの研磨屑及びウエハ
の破砕屑を挙げることができる。
Further, the waste used as a raw material in the present invention includes, for example, swarf when a silicon ingot is cut by a wire saw, wafer polishing debris, and wafer crushed debris.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る太陽電池の製
造方法の実施の形態を、ワイヤソーから排出される廃ス
ラリから得た粉体を原料とする場合を例にとって説明す
る。本実施の形態は図1に示す工程により進行するが、
先ず原料である、シリコン(Si)を主成分とする粉体
を回収するまでの回収工程1について図2に示すワイヤ
ソーを用いた場合を例にとって説明を行う。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described below, taking as an example a case where powder obtained from waste slurry discharged from a wire saw is used as a raw material. The present embodiment proceeds by the steps shown in FIG.
First, a description will be given of an example of a case where a wire saw shown in FIG. 2 is used in a recovery step 1 until a powder containing silicon (Si) as a main component is recovered.

【0012】ワイヤソーは、切断手段である1本のワイ
ヤを例えば3本の加工ローラ11間に所定ピッチで巻回
し張設してなり、ローラ11の回転により走行するワイ
ヤ群12に、例えば炭化珪素(SiC)からなる砥粒を
水溶性あるいは油性の分散剤に分散させてスラリ化した
ものを、スラリ槽13から供給管14とスラリ供給手段
15とを介して循環供給し、ワイヤ群11の上方側から
被切削体であるN形あるいはP形の単結晶シリコンや多
結晶シリコンのインゴット16をワイヤ群12を通過す
るように下降させることにより、該インゴット16を切
断(スライス)し、多数のウエーハを同時に得るように
構成されている。ここで水溶性の分散剤とは例えば水を
ベースとしてグリコール、界面活性剤、高級脂肪酸等が
添加されたものを挙げることができ、また油性の分散剤
とは例えば鉱物油などのオイルに潤滑剤等が添加された
ものを挙げることができる。
The wire saw is formed by winding one wire serving as a cutting means at a predetermined pitch between, for example, three processing rollers 11 and stretching the wire. A slurry obtained by dispersing abrasive grains made of (SiC) in a water-soluble or oil-based dispersant is circulated and supplied from a slurry tank 13 through a supply pipe 14 and a slurry supply means 15, and is supplied above the wire group 11. By lowering an ingot 16 of N-type or P-type monocrystalline silicon or polycrystalline silicon, which is an object to be cut, from the side so as to pass through the wire group 12, the ingot 16 is cut (sliced), and a large number of wafers are cut. Are simultaneously obtained. Here, the water-soluble dispersant includes, for example, those based on water to which glycols, surfactants, higher fatty acids and the like are added, and the oil-based dispersants include, for example, lubricants for oils such as mineral oils. And the like can be mentioned.

【0013】この切削処理の際には、スラリ供給手段1
5からワイヤ群11に供給されたスラリは、受槽17を
介してスラリ槽13に貯溜されるが、インゴット16を
スライスするとスラリ中にインゴット16の切り粉、破
砕砥粒が混入し、これらが多くなるとスライス精度が悪
くなるため、適宜スラリの一部を廃スラリとして排出管
18を介して廃スラリ槽19に排出すると共に供給口1
3aを介してスラリ槽13へ新しいスラリを補給してい
る。
In this cutting process, the slurry supply means 1
The slurry supplied from 5 to the wire group 11 is stored in the slurry tank 13 via the receiving tank 17, but when the ingot 16 is sliced, chips of the ingot 16 and crushed abrasive grains are mixed in the slurry, and these are often mixed. Since the slicing accuracy is deteriorated, a part of the slurry is appropriately discharged as waste slurry to the waste slurry tank 19 via the discharge pipe 18 and the supply port 1
New slurry is supplied to the slurry tank 13 via 3a.

【0014】ここで生じる廃スラリは主成分として例え
ば50重量%前後の分散剤を含むため、分離工程19a
にて分散剤の除去を行う。この分離工程19aの一例を
示すと、先ず例えば遠心分離機にて濾過を行って大部分
の分散剤と粘土状の固形分とを分離し、この固形分を有
機溶剤好ましくはアセトンで洗浄して固形分に付着した
残りの分散剤を取り除き、濾過・乾燥等の工程を経てシ
リコンを主成分とする粉体(シリコン粉)が得られる。
Since the waste slurry produced here contains, for example, about 50% by weight of a dispersant as a main component, the separation step 19a
To remove the dispersant. As an example of the separation step 19a, first, filtration is performed by, for example, a centrifuge to separate most of the dispersant and clay-like solid, and the solid is washed with an organic solvent, preferably acetone. The remaining dispersant attached to the solid content is removed, and a powder containing silicon as a main component (silicon powder) is obtained through processes such as filtration and drying.

【0015】本実施の形態において原料となる粉体に
は、上述したようなワイヤソーで得られるものの他、ウ
エーハ製造、IC製造工程中の研削工程例えばバックグ
ラインダーやSOIウエーハ作製時等の片面研削、ウエ
ーハ作成中の両頭研削等においてに発生する廃棄物より
回収したシリコン粉や、シリコンウエーハを研磨した
際、あるいは端材(インゴットの端部に相当するウエー
ハ)を破砕した際に生じるシリコン粉を用いることもで
きる。これらの粉体には、例えば上述したワイヤソーに
て回収された粉体では、シリコンの切り粉以外にも例え
ば破砕砥粒やワイヤーの磨耗片である微量の金属粉等が
混入し得るし、例えばシリコン結晶の加工手段例えば切
断手段としてダイヤモンドを用いた場合にはダイヤモン
ド屑が混入することもあり得るが、これらの混入物は太
陽電池の製造には影響が少ないため通常は分離せずに原
料として利用し、必要に応じて分離を行う。
In the present embodiment, in addition to the powder obtained as a raw material as described above, the powder used as a raw material may be a wafer, a grinding process during an IC manufacturing process, for example, a single-side grinding such as a back grinder or SOI wafer manufacturing process. Use silicon powder recovered from waste generated during double-head grinding during wafer preparation, or silicon powder generated when polishing a silicon wafer or crushing offcuts (a wafer corresponding to the end of an ingot). You can also. In these powders, for example, in the powder collected by the above-mentioned wire saw, in addition to silicon chips, for example, a small amount of metal powder or the like, which is a crushed abrasive or a worn piece of a wire, can be mixed. When diamond is used as a processing means of silicon crystal, for example, cutting means, diamond dust may be mixed in, but these contaminants have little effect on the production of solar cells, so they are usually not separated and used as raw materials. Use and separate as necessary.

【0016】ここで図1の工程図に戻ると、以上のよう
に回収工程1で回収されたシリコン粉は、次に圧縮工程
2へと送られて、例えばプレス成型機により例えばプレ
ート状にプレスされる。プレートは全体が固形分として
一体化するように粉(粒)同士が密着して固められてい
るが、その内部には図3に示すように後述する酸浸漬工
程31にて酸溶液が入り込める程度の間隙21を残すよ
うに圧縮されている。この間隙21は粉体を構成する各
シリコン(Si)粒22の表面に形成された薄い酸化シ
リコン(SiO2)の層(表面層23)を除去するため
に必要な空間であり、この表面層23に形成された酸化
シリコンはシリコン結晶が前述した加工または破砕処理
された際に摩擦による高温に晒されて、表面が酸化され
ることにより生成したものである。
Returning to the process diagram of FIG. 1, the silicon powder recovered in the recovery step 1 as described above is then sent to a compression step 2 where the silicon powder is pressed into, for example, a plate by a press molding machine. Is done. Although the powder (grain) is tightly adhered to the plate so as to be integrated as a solid as a whole, the inside of the plate is such that an acid solution can enter in an acid immersion step 31 described later as shown in FIG. Is compressed so as to leave a gap 21. The gap 21 is a space necessary for removing a thin silicon oxide (SiO 2) layer (surface layer 23) formed on the surface of each silicon (Si) particle 22 constituting the powder. Is formed by exposing the surface of the silicon crystal to high temperature due to friction when the silicon crystal is subjected to the above-described processing or crushing.

【0017】次に、このプレートを構成するシリコン粉
に形成された酸化シリコンを取り除く酸化シリコン除去
工程3について説明すると酸化シリコン除去工程3は、
酸浸漬工程31、純水浸漬工程32及び乾燥工程4から
なる。酸浸漬工程31は、プレートを例えば濃フッ酸
(50%)溶液に浸漬してプレート中の酸化シリコンを
構成しているシリコンと酸素の結合を切り離そうとする
ものであり、このHF溶液にプレートを浸漬すると、H
F溶液は前述の間隙21を通ってプレート中に入り込
み、(1)式に示す反応によりシリコン原子と結合する
酸素原子を切り離し、酸素原子の切り離された部位に水
素(H)原子またはフッ素(F)原子が結合する。 SiO2+4HF → SiF4+2H2O …(1) 図4及び図5は夫々HF溶液と反応させる前及び後のシ
リコン粉22の表面層23の状態を模式的に示す図であ
る。
Next, the silicon oxide removing step 3 for removing silicon oxide formed on the silicon powder constituting the plate will be described.
It comprises an acid immersion step 31, a pure water immersion step 32, and a drying step 4. The acid immersion step 31 is to immerse the plate in, for example, a concentrated hydrofluoric acid (50%) solution in order to cut off the bond between silicon and oxygen constituting silicon oxide in the plate. When the plate is immersed, H
The F solution enters the plate through the gap 21 and separates oxygen atoms bonded to silicon atoms by the reaction shown in the equation (1), and hydrogen (H) atoms or fluorine (F) ) The atoms bond. SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O (1) FIGS. 4 and 5 are diagrams schematically showing the state of the surface layer 23 of the silicon powder 22 before and after the reaction with the HF solution, respectively.

【0018】そしてHF溶液への浸漬(酸浸漬工程3
1)の終了したプレートを今度は純水に浸漬する(純水
浸漬工程32)。プレートを純水中に浸漬すると、酸素
原子を切り離してシリコン原子に結合したフッ素原子が
図6に示すように水酸基によって置換される。このとき
シリコン原子に水素原子が結合した部位はそのまま変化
しない。
Immersion in an HF solution (acid immersion step 3)
The plate after 1) is immersed in pure water (pure water immersion step 32). When the plate is immersed in pure water, the oxygen atoms are cut off and the fluorine atoms bonded to the silicon atoms are replaced by hydroxyl groups as shown in FIG. At this time, the site where the hydrogen atom is bonded to the silicon atom remains unchanged.

【0019】このようにして表面層23内には、同様の
構造をなすシリコン原子の列が複数形成されるが、フッ
素原子と置換された水酸基は、例えば図7中のA1に示
すように、他の列の置換されずに残った水素原子と引き
寄せ合い、結果として鎖状に形成された原子の列同士が
接近することとなる。このような状態でプレートを乾燥
する(乾燥工程4)ことで、互いに接近する水素原子と
酸素原子とは水蒸気(H2O)となって蒸発し、シリコ
ン原子から切り離される。酸浸漬工程31でフッ素原子
に置換されず僅かに残ったSi−O結合の部位は、この
乾燥工程4により外方拡散する。
In this manner, a plurality of rows of silicon atoms having the same structure are formed in the surface layer 23. The hydroxyl groups substituted with fluorine atoms are, for example, as shown by A1 in FIG. The hydrogen atoms remaining without being replaced in other rows are attracted to each other, and as a result, the rows of atoms formed in a chain approach each other. By drying the plate in such a state (drying step 4), the hydrogen atoms and oxygen atoms approaching each other become water vapor (H 2 O), evaporate, and are separated from the silicon atoms. In the acid immersion step 31, a part of the Si—O bond slightly substituted without being replaced by a fluorine atom is diffused outward by the drying step 4.

【0020】こうして乾燥工程4が終了したとき、上述
したようにシリコン原子の列は接近しているため、各シ
リコン原子(またはシリコン原子の列)は図8に示すよ
うに、各々に結合した水素原子及び水酸基が取り除かれ
ることで結合し、結果として表面層23から絶縁物であ
る酸化シリコンが取り除かれる。
When the drying step 4 is completed, since the rows of silicon atoms are close to each other as described above, each silicon atom (or row of silicon atoms) has a hydrogen atom bonded thereto as shown in FIG. The removal of the atoms and the hydroxyl groups results in the bonding, and as a result, silicon oxide, which is an insulator, is removed from the surface layer 23.

【0021】酸化シリコン除去工程3におけるプレート
の搬送は、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲
気、または減圧雰囲気中で行うことが好ましい。その理
由は、シリコン粒が結合して電気が流れるようにするた
めには、シリコン粒同士の粒界面に酸化シリコンが介在
しないことが必要だからである。
The transport of the plate in the silicon oxide removing step 3 is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon or a reduced pressure atmosphere. The reason is that in order for the silicon particles to combine and allow electricity to flow, it is necessary that silicon oxide does not intervene at the particle interface between the silicon particles.

【0022】図9はこのような処理装置の一例を表す概
略平面図であり、この図に基づいて処理装置の説明を行
う。圧縮工程2でプレート化されたシリコン粉はカセッ
トCにセットされ、ロードロック室61へと搬入され、
載置トレイ62へと載置される。その後大気側及び処理
室側のゲートバルブV1,V2を閉じて室内を窒素(N
2)ガス雰囲気とし、しかる後ゲートバルブV2を開
き、図示しない分割された搬送ベルトによりカセットC
を処理室62内へ搬入する。処理室63内は窒素ガス雰
囲気とされており、カセットCは、X方向に移動自在な
把持アーム64により順に薬液槽65、水洗槽66及び
乾燥ユニット67へと搬送され、既述の酸浸漬工程3
1、純水浸漬工程32及び乾燥工程4の各工程を行う。
そしてカセットCは上述した経路と逆の経路を経てロー
ドロック室61から搬出される。
FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of such a processing apparatus, and the processing apparatus will be described with reference to FIG. The silicon powder plated in the compression step 2 is set in the cassette C and is carried into the load lock chamber 61,
It is placed on the loading tray 62. Thereafter, the gate valves V1 and V2 on the atmosphere side and the processing chamber side are closed, and nitrogen (N
2) After setting the gas atmosphere, the gate valve V2 is opened, and the cassette C is moved by the divided transport belt (not shown).
Is carried into the processing chamber 62. The inside of the processing chamber 63 is set to a nitrogen gas atmosphere, and the cassette C is transferred to the chemical solution tank 65, the washing tank 66, and the drying unit 67 in this order by the gripping arm 64 movable in the X direction. 3
1. Each step of the pure water immersion step 32 and the drying step 4 is performed.
Then, the cassette C is carried out of the load lock chamber 61 via a route reverse to the above-described route.

【0023】次に、酸化シリコンの除去されたプレート
から太陽電池を製造する工程について説明する。先ずプ
レートと一方側の電極をなす基板との接合を行う(一方
の電極形成工程5)。この一方の電極形成工程5はプレ
ートを基板に密着させて押圧することにより両者が圧着
され、その圧力は例えば、粉体をプレート化した圧縮工
程2のときよりも大きく設定される。その結果、プレー
トは図10に示すように圧縮されたシリコン粉の間に隙
間aが僅かに残る形状(シリコン多孔体71)で基板7
2に付着される。前述したように一方の電極の役割を果
たす基板72は少なくとも表面が導電性を有する必要が
あるため、樹脂膜例えばプラスチックフィルムの表面に
金属例えばアルミニウムまたはステンレスを蒸着したも
の等が用いられ、前記金属により形成される導電体であ
る導電層73がシリコン多孔体(プレート)71と電気
的に接続された状態となる。
Next, a process of manufacturing a solar cell from a plate from which silicon oxide has been removed will be described. First, the plate and the substrate forming one electrode are joined (one electrode forming step 5). In the one electrode forming step 5, the two are pressed together by pressing the plate in close contact with the substrate, and the pressure is set to be higher than, for example, the compression step 2 in which the powder is formed into a plate. As a result, the plate 7 has a shape (a porous silicon body 71) in which a gap a slightly remains between the compressed silicon powders as shown in FIG.
2 attached. As described above, since at least the surface of the substrate 72 serving as one electrode needs to have conductivity, a resin film such as a plastic film obtained by depositing a metal such as aluminum or stainless steel on the surface is used. The conductive layer 73, which is a conductor formed by the above, is electrically connected to the porous silicon body (plate) 71.

【0024】そしてシリコン多孔体71にPN接合を形
成する(PN接合工程51)。PN接合の形成は、例え
ばシリコン多孔体71がP形であるとすると、N形不純
物である例えばリン(P)の拡散等により上面側にN形
層を形成する方法を採ることができ、または上面にCV
D等によりN形半導体の薄膜を堆積させる方法を採るこ
ともできる。
Then, a PN junction is formed in the porous silicon body 71 (PN junction step 51). The PN junction can be formed by, for example, assuming that the silicon porous body 71 is P-type, by forming an N-type layer on the upper surface side by diffusion of N-type impurities such as phosphorus (P), or CV on top
A method of depositing an N-type semiconductor thin film by D or the like can also be adopted.

【0025】こうしてシリコン多孔体71に例えば図1
1に示すようなPN接合が形成され、N形層上面側にI
TO(透明電極)74を全面に形成し、その上に例えば
アルミニウムまたはステンレスからなる金属電極75を
例えば櫛形形状に設け(他方の電極形成工程52)、太
陽電池が完成する。この例ではITO74と金属電極7
5とにより他方の電極が構成される。金属電極75には
例えば図12に示すような、櫛型電極が用いられている
ため、例えば太陽光がシリコン多孔体71上方側の金属
電極75のない露出した部分を介してPN接合の形成さ
れた部位に入射し、起電力を生じる。なお図11及び図
12では作図の都合上シリコン多孔体71をプレート状
に表し、隙間aを省略しており、またシリコン多孔体7
1が形成するプレート部分(P形層及びN形層)は実際
より厚く描いてある。
In this manner, the porous silicon body 71 is formed, for example, as shown in FIG.
1 is formed, and an I-type junction is formed on the upper surface of the N-type layer.
A TO (transparent electrode) 74 is formed on the entire surface, and a metal electrode 75 made of, for example, aluminum or stainless steel is provided thereon, for example, in a comb shape (the other electrode forming step 52), thereby completing the solar cell. In this example, ITO 74 and metal electrode 7
5 constitutes the other electrode. Since, for example, a comb-shaped electrode as shown in FIG. 12 is used as the metal electrode 75, for example, sunlight is formed at a PN junction through an exposed portion of the silicon porous body 71 above the metal electrode 75 without the metal electrode 75. Incident on the part, and generates an electromotive force. 11 and 12, the porous silicon body 71 is shown in the form of a plate for convenience of drawing, and the gap a is omitted.
The plate portion (P-type layer and N-type layer) formed by 1 is drawn thicker than it actually is.

【0026】このように本実施の形態によれば、例えば
シリコン単結晶またはシリコン多結晶から太陽電池用の
ウエーハを切り出す際に生じる廃スラリ、またはシリコ
ンウエーハの端材を破砕する際に生じる破砕屑から、シ
リコンを主成分とする粉体を回収し、かかる粉体を例え
ばプレート化すると共にシリコン表面に形成された酸化
シリコンを取り除いているので、これまで廃棄されてき
た含シリコン廃棄物から前記ウエーハに代わり得る太陽
電池用材料を作り出すことができ、資源の有効活用を図
ることができる。
As described above, according to the present embodiment, for example, waste slurry generated when a wafer for a solar cell is cut out from silicon single crystal or silicon polycrystal, or crushed debris generated when crushing offcuts of a silicon wafer , A powder containing silicon as a main component is recovered, and the powder is formed into a plate, for example, and silicon oxide formed on the silicon surface is removed. It is possible to create a solar cell material which can be used instead of the above, and it is possible to effectively use resources.

【0027】また上述プレートは、回収された粉体から
酸化シリコンを取り除く際に、酸溶液浸漬及び純水浸漬
の各工程を経るようにし、シリコン原子に結合する酸素
原子を切り離すと共にシリコン原子同士或いはシリコン
粉を形成する粒同士を結合させているので、シリコンは
多孔体を形成し、この多孔体を形成するシリコンプレー
トを太陽電池化することで、光の吸収率が高い太陽電池
を作ることができる。
In the above-mentioned plate, when removing silicon oxide from the recovered powder, each step of immersion in an acid solution and immersion in pure water is performed to separate oxygen atoms bonded to silicon atoms and to separate silicon atoms from each other. Because the particles that form the silicon powder are bonded together, silicon forms a porous body, and by converting the silicon plate that forms the porous body into a solar cell, a solar cell with high light absorption can be made. it can.

【0028】更に、含シリコン廃棄物を太陽電池に利用
するにあたり、当該廃棄物中に炭化珪素(SiC)、ダ
イヤモンドが混入したとしても影響が少ないため、分離
するコストをかけずに済むという利点もあり、例えば切
削等のシリコン結晶の加工に炭化珪素を用いた砥粒を使
用した場合や、ダイヤモンド刃を使用した場合に生じる
含シリコン廃棄物を再利用する用途として適している。
Furthermore, when silicon-containing waste is used for a solar cell, there is little effect even if silicon carbide (SiC) and diamond are mixed in the waste, so that there is an advantage that separation cost is not required. There is, for example, a case where abrasive grains using silicon carbide are used for processing of a silicon crystal such as cutting, and a silicon-containing waste generated when a diamond blade is used.

【0029】なお、本実施の形態における酸浸漬工程3
1で用いる酸溶液はフッ酸に限られず、例えばKOH等
アルカリであってもよい。また、酸化シリコンを除去し
た後のシリコンと表面に導電層73が設けられた基板7
2との接合(図1における一方の電極形成工程5)は、
上述実施の形態で述べた圧着に限られず、例えば酸化シ
リコンを除去したシリコン粉を分散剤と混ぜ合わせてス
ラリー化し、このスラリーを導電層73上に塗布した後
に分散剤を蒸発させるようにしてもよい。
The acid immersion step 3 in the present embodiment
The acid solution used in 1 is not limited to hydrofluoric acid, but may be an alkali such as KOH. In addition, the silicon after removing the silicon oxide and the substrate 7 provided with the conductive layer 73 on the surface.
2 (one electrode forming step 5 in FIG. 1)
The present invention is not limited to the pressure bonding described in the above embodiment. For example, the silicon powder from which silicon oxide has been removed may be mixed with a dispersant to form a slurry, and the slurry may be applied to the conductive layer 73 and then the dispersant may be evaporated. Good.

【0030】更にまた、上述の基板72は金属板でもよ
いし、樹脂製の基板に金属膜を貼り付けたものであって
もよい。更に本発明における「プレート」はいわゆるペ
レットなども含まれるものとする。
Further, the above-described substrate 72 may be a metal plate or a resin substrate with a metal film attached thereto. Further, the “plate” in the present invention includes so-called pellets and the like.

【0031】また、上述実施の形態における回収工程1
で得られる粉体(シリコン粉)から太陽電池を形成する
方法は、上述のように前記粉体からシリコン多孔体71
を形成する方法に限られない。例えば基板72表面の導
電層73表面に例えば高分子の接着剤からなる接着層を
形成し、この接着層の上にP形のシリコン粉を単層堆積
させ、その上に順にN形シリコンの薄膜と、電極をなす
ITO膜とを堆積させるようにしてもよい。このような
方法においてはシリコン粉が単結晶であることが望まし
く、またシリコン粉がN形であるときは、P形シリコン
の薄膜を堆積させるようにしてもよい。
The recovery step 1 in the above embodiment
The method for forming a solar cell from the powder (silicon powder) obtained by the method described above is as follows.
The method is not limited to the method of forming. For example, an adhesive layer made of, for example, a polymer adhesive is formed on the surface of the conductive layer 73 on the surface of the substrate 72, a single layer of P-type silicon powder is deposited on the adhesive layer, and an N-type silicon thin film is sequentially formed thereon. And an ITO film forming an electrode may be deposited. In such a method, the silicon powder is preferably a single crystal, and when the silicon powder is N-type, a thin film of P-type silicon may be deposited.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、切削、研
磨といったシリコン結晶の加工や端材の破砕にて発生す
る含シリコン廃棄物を用い、従来よりも低コストで太陽
電池を製造することができる。
As described above, according to the present invention, a solar cell is manufactured at a lower cost than the conventional one by using silicon-containing waste generated by processing of silicon crystal such as cutting and polishing and crushing of scraps. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による太陽電池の製造工程
を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】ワイヤソーの廃スラリから太陽電池の原料とな
るシリコンの粉体を回収するまでの回収工程を説明する
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a recovery process from recovery of silicon powder as a raw material of a solar cell from waste slurry of a wire saw.

【図3】前記回収工程で回収され、圧縮工程にてプレー
ト化された粉体及び粉体を構成するシリコン粒の様子を
表す拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a state of the powder collected in the recovery step and formed into a plate in the compression step and silicon particles constituting the powder.

【図4】前記シリコン粒の表面層内部の構造を説明する
模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a structure inside a surface layer of the silicon particles.

【図5】前記シリコン粒の表面層内部の構造及びその変
化を説明する模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a structure inside the surface layer of the silicon particles and a change thereof.

【図6】前記シリコン粒の表面層内部の構造及びその変
化を説明する模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a structure inside the surface layer of the silicon particles and a change thereof.

【図7】前記シリコン粒の表面層内部の構造及びその変
化を説明する模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a structure inside the surface layer of the silicon particles and changes thereof.

【図8】前記シリコン粒の表面層内部の構造及びその変
化を説明する模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a structure inside the surface layer of the silicon particles and a change thereof.

【図9】プレートの処理装置を説明する概略平面図であ
る。
FIG. 9 is a schematic plan view illustrating a plate processing apparatus.

【図10】一方の電極形成工程におけるシリコン多孔体
と基板(導電層)との接合の様子を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of bonding between a silicon porous body and a substrate (conductive layer) in one electrode forming step.

【図11】本実施の形態により製造される太陽電池の一
例を示す概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing an example of a solar cell manufactured according to the present embodiment.

【図12】本実施の形態により製造される太陽電池の一
例を示す概略斜視図である。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing an example of a solar cell manufactured according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回収工程 2 圧縮工程 23 表面層 3 酸化シリコン除去工程 31 酸浸漬工程 32 純水浸漬工程 4 乾燥工程 5 一方の電極形成工程 51 PN接合形成工程 52 他方の電極形成工程 72 基板 73 導電層 75 金属電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recovery process 2 Compression process 23 Surface layer 3 Silicon oxide removal process 31 Acid immersion process 32 Pure water immersion process 4 Drying process 5 One electrode formation process 51 PN junction formation process 52 The other electrode formation process 72 Substrate 73 Conductive layer 75 Metal electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 P形(N形)のシリコンを加工あるいは
破砕するときに生じる廃棄物からシリコンを主成分とす
る粉体を回収する回収工程と、 回収された粉体から酸化シリコンを除去する工程と、 この工程の前または後に、回収された粉体の層を一方の
電極をなす導電体の表面に付着させる工程と、 酸化シリコンが除去された粉体の層の表面部に、N形
(P形)のシリコン層を形成してPN接合を形成する工
程と、 前記N形(P形)のシリコン層の上に他方の電極を設け
る工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方
法。
1. A recovery step for recovering a powder mainly composed of silicon from waste generated when processing or crushing P-type (N-type) silicon, and removing silicon oxide from the recovered powder. A step of, before or after this step, attaching a layer of the recovered powder to the surface of the conductor forming one electrode; and forming an N-type on the surface of the layer of the powder from which silicon oxide has been removed. Forming a (P-type) silicon layer to form a PN junction; and providing another electrode on the N-type (P-type) silicon layer. Production method.
【請求項2】 P形(N形)のシリコンを加工あるいは
破砕するときに生じる廃棄物からシリコンを主成分とす
る粉体を回収する回収工程と、 回収された粉体または粉体をプレ−ト化したものから酸
化シリコンを除去する工程と、 この工程の前または後に、回収された粉体を圧縮してプ
レ−ト化を行う工程と、 この工程で得られたプレ−トを一方の電極をなす導電体
の表面に付着させる工程と、 この工程の後、プレ−トの表面部に、N形(P形)のシ
リコン層を形成してPN接合を形成する工程と、 前記N形(P形)のシリコン層の上に他方の電極を設け
る工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方
法。
2. A recovery step of recovering a powder containing silicon as a main component from waste generated when processing or crushing P-type (N-type) silicon; A step of removing the silicon oxide from the plate, a step of compressing the recovered powder before or after this step to form a plate, and a step of combining the plate obtained in this step with one side. Attaching a N-type (P-type) silicon layer to the surface of the plate to form a PN junction; Providing a second electrode on the (P-type) silicon layer.
【請求項3】 プレ−トを導電体の表面に付着させる工
程は、プレ−トを導電体の表面に圧着させる工程である
ことを特徴とする請求項2記載の太陽電池の製造方法。
3. The method for manufacturing a solar cell according to claim 2, wherein the step of attaching the plate to the surface of the conductor is a step of pressing the plate to the surface of the conductor.
【請求項4】 回収された粉体または粉体をプレ−ト化
したものから酸化シリコンを除去する工程は、フッ酸と
反応させ、次いで水と反応させた後、乾燥させる工程で
あることを特徴とする請求項1、2または3記載の太陽
電池の製造方法。
4. The step of removing silicon oxide from the recovered powder or a plate formed from the powder is a step of reacting with hydrofluoric acid, then reacting with water, and then drying. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, 2 or 3, wherein:
【請求項5】 他方の電極は透明電極を含むことを特徴
とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の太陽
電池の製造方法。
5. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the other electrode includes a transparent electrode.
【請求項6】 廃棄物はシリコンインゴットをワイヤソ
−により切断したときの切り粉、ウエハの研磨屑及びウ
エハの破砕屑の少なくとも一つであることを特徴とする
請求項1ないし5のいずれかに記載の太陽電池の製造方
法。
6. The waste according to claim 1, wherein the waste is at least one of cutting chips, wafer polishing debris and wafer crushed debris when the silicon ingot is cut by a wire saw. A method for manufacturing the solar cell according to the above.
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