成果報告書詳細
管理番号20160000000111
タイトル平成22年度ー平成26年度成果報告書 「太陽エネルギー技術研究開発/太陽光発電システム次世代高性能技術の開発/極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(太陽電池向け100μmウェーハの効率的加工技術の構築)」
公開日2016/5/24
報告書年度2010 - 2014
委託先名コマツNTC株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約目標
シリコンインゴットに対するマルチワイヤソー切断において、材料コストの更なる低減を目指し、ウェーハの薄板化の検証と、ワイヤの細線化によるカーフロスと呼ばれる切り代低減の評価検証を実施する。特に切り代削減の可能性が高い固定砥粒方式のワイヤソー加工にテーマを絞り、ウェーハ厚み100μm、カーフロス100μmの加工技術の構築を目的とする。
成果
1)カーフロス低減 (目標:カーフロス 100μm)
・平成22年度時点で、150μmほどあった切り代と呼ばれるカーフロスを市販の固定砥粒ワイヤを使用して100μm程度まで削減するできる事を平成24年度までに実証した。
・カーフロス低減の実証試験を通じて、固定砥粒ワイヤを市販しているワイヤメーカの細線化を促進した。(芯線径φ120μm⇒φ100μm⇒φ80μm)
・カーフロス低減分だけで、材料歩留りを15%向上できることを示した。(ウェーハ厚さ180μmとして、カーフロスが150μm⇒100μmとなった場合)
・さらなるカーフロス削減の可能性として、芯線径φ50μm、60μmの固定砥粒ワイヤを製造メーカに試作させた。そのうち、芯線径φ60μmワイヤでのスライス加工を実施し、量産加工に使用できる可能性を示した。
・さらなるカーフロスの低減(細線化)に向けては、ワイヤソーの張力制御をより高精度化し、張力変動による断線リスクを低減する必要があることを示した。
2)薄板化 (目標:ウェーハ厚さ 100μm)
・平成22年度時点で、180μmほどあったウェーハ厚さを市販の固定砥粒ワイヤを使用して100μm程度まで削減することを実証した。
・ウェーハの薄板化によって、材料歩留りを29%向上できることを示した。(切り代100μmとして、ウェーハ厚さが180μm⇒100μmとなった場合)
3)シリコンインゴットスライス加工の低コスト化
・固定砥粒ワイヤの評価試験を重ねて、各ワイヤメーカの切断性能を明らかにするとともに、砥粒分布や切れ刃処理等の開発を行い、結果的に各メーカのワイヤ切断能力向上を進めた。その結果、ワイヤ使用量の削減に成功した。
・スライスビーム、クーラントの評価試験を重ねて、消耗資材コストの低減の可能性を示した。
・スライス加工時のワイヤ断線に直結する、メインローラの溝加工技術を検討した。特に、細線薄板時の狭ピッチ溝に関しては、従来型の溝角度60度程度では溝深さが浅く、ワイヤ飛びの発生頻度が高かったが、本研究開発において製作できるようになった溝角度40度においてワイヤ飛びの発生頻度を最小限まで抑えることができた。また、更なる細線薄板化の対応に向けて、溝角度15度までの溝加工技術を確立した。
4)スライス加工のウェーハ品質と発電効率の関係性の明確化
・固定砥粒ワイヤで加工したウェーハのライフタイムやエッチング除去時間の評価を実施した。
 
以上、目標としたシリコン結晶に対する細線、薄板化スライス加工を実現した。この構築した技術の一部は量産加工に適用され、結晶太陽電池の普及拡大に貢献している。また、結晶太陽電池の更なる発電コスト低減に向けた課題や施策を示す事で、太陽光発電ロードマップ(PV2030+)に記載の発電コスト目標:14円/kWh(2020年)、モジュール製造コスト目標:75円/W、モジュール変換効率目標:20%(2015?2020年時点)の実現に資する太陽電池の高効率化、低コスト化に必要な要素技術を確立することができた。
英文要約Title : High Performance PV Generation System for the future. R and D on Ultimate Wafer-based Si Solar Cells. (Construction of efficient processing technology of 100μm wafer for Photovoltaic) (FY2010-FY2014) Final Report. Komatsu NTC Ltd.

1. Objective
We aimed at reduction in material cost in Multi-Wire-Saw cutoff to silicon ingot. We inspected a thin wafer slice also put the processing evaluation which reduces kerf-loss by making the wire thinner into effect. We narrowed a theme down to processing in Diamond-Wire with a high possibility of the reduction in kerf-loss. Our purpose is building of a processing technology of 100μm of Wafer thickness and 100μm of kerf-loss.
2. Results
1) Kerf-loss reduction (target: 100μm of kerf-loss)
*We proved that 150 μm (as of 2010) of kerf-loss can be reduced to about 100μm using Diamond-Wire by 2012.
*We promoted that the manufacturer marketing Diamond-Wire offers a thinner wire. (Core wire diameter φ120μm⇒φ100μm⇒φ80μm)
*We showed that you can improve stock utilization 15 % by reducing kerf-loss.(When kerf-loss is 150μm⇒100μm , as 180μm of wafer thickness)
*We prepared thin Diamond-wire(core diameter isφ50μm andφ60μm) as a possibility which becomes kerf-loss reduction. We put a processing test using thin Diamond-wire(core diameter is φ60μm) into effect. We showed a possibility thatφ60μm of slice processing can be used for mass production processing.
*We made tension control highly precise from now on, and showed that it's necessary to reduce breaking risk by a tension fluctuation.
2) The wafer is made thin (target: 100μm of wafer thickness).
*We proved to reduce the wafer thickness which was 180 μm at 2010 to 100μm using Diamond-Wire.
*We showed that you can improve stock utilization 29 % by making the wafer thin.(When he wafer thickness is 180μm⇒100μm , as 100μm of kerf-loss.)
3) Cost reduction of silicon ingot slice processing
*We put an evaluation test of Diamond-Wire into effect again and made the disconnecting performance of each wire manufacturer clear. We suggested wire development of ability.
*We put an evaluation test of a slice beam and a coolant into effect again, and a possibility of the reduction in consumption material cost was indicated.
*We established a ditch processing technology to 15 times of ditch angle for a thin wire and thin wafer processing.
4) Clarification of relationship of wafer processing quality and the efficiency of generation electricity
*We estimated a lifetime of the wafer processed in diamond - wire and etching removal time.
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