JP2004134499A

JP2004134499A - Process and system for producing solar cell

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Publication number: JP2004134499A
Application number: JP2002296004A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Namikata; 南方　量二
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the conversion efficiency of a solar cell lowers when a light receiving surface electrode is formed on a fine protruding/recessed structure being formed on the surface of a semiconductor substrate when a high efficiency solar cell is produced, in expectation of a light confinement effect for taking in incident light from the surface efficiently, because insufficient contact tends to occur between the light receiving surface electrode and the semiconductor substrate thus lowering the curvilinear factor. <P>SOLUTION: A semiconductor substrate having a protruding/recessed structure only on the surface of the semiconductor substrate other than a region for forming the light receiving surface electrodes and not having the protruding/recessed structure in the region for forming the light receiving surface electrodes can be obtained by an ink jet method where the process is simple and the apparatus cost is low. A high efficiency solar cell where insufficient contact between the light receiving surface electrode and the semiconductor substrate is eliminated can thereby be produced at a relatively low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造方法およびその製造装置に関しており、より詳細には、高い変換効率を有する太陽電池を製造する方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の構成を図３に示す。従来の太陽電池の製造法は、主にｐｎ接合形成、反射防止膜形成、ならびに裏面および受光面等の電極形成から成り立っている。まず、ｐ型半導体基板１の表面側に、三塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）等の熱拡散を行うことによって、ｎ型半導体層２を形成させ、ｐｎ接合を形成する。そして、裏面側において全面にアルミ（Ａｌ）ペーストを印刷、焼成することにより、裏面電極５を形成し、半導体基板の内部にｐ^＋の裏面電界（またはバックサーフェイスフィールド、ＢＳＦ：Ｂａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ）層４を形成する。更に、受光面となる半導体基板表面においては、全面にわたって結晶欠陥のパッシベーション（または結晶欠陥の不活性化）のために、例えば熱酸化によるＳｉ−ＳｉＯ_２表面を形成したり、入射する光の表面反射を低減させるために、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜または酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜等の反射防止膜３を形成する。その後、銀ペーストを用いて、反射防止膜３の上から直接、所望のパターンになるようにスクリーン印刷法等によって、反射防止膜３を通ってｎ型半導体層２の表面に達する受光面電極６を形成する。なお、この受光面電極６とは、光起電力を取り出すための多くの細いフィンガー電極と光起電力を集めて外部に取り出す太いバスバーとから成るものである。
【０００３】
太陽電池の高い性能を得るには、表面での光の反射ロスを低く抑え、入射する光を効率よく太陽電池内に取り込む必要があり、上述のような反射防止膜３を形成する以外に、受光面となる半導体基板表面に微細なピラミッド状の凹凸構造（またはテクスチャ構造）を形成することがある。半導体基板表面に凹凸構造があると、半導体基板表面に入射した光が透過および反射を繰り返すことになり、フラットな半導体基板表面よりも多くの光を太陽電池内に取り込む効果（光閉じ込め効果）が期待される。
【０００４】
半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成する方法として、例えば、単結晶半導体基板では、アルカリ溶液によって結晶面におけるエッチング速度の違いを利用して、凹凸構造を形成する方法がある。また、多結晶半導体基板では、例えば、半導体基板表面に機械的にＶ溝を形成する方法（例えば、特公平７−１０５５１８号公報参照）、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって微細な凹凸構造を形成する方法（例えば、特開平１１−１７２０２号公報参照）、もしくは、湿式エッチング法でエッチング液の組成等を調整することによって、結晶面に依存せずに微細な凹凸構造を形成する方法等がある（例えば、特開平１０−３０３４４３号参照）。
【０００５】
ここで、受光面電極の形成領域に微細な凹凸構造が形成されていると、スクリーン印刷法等による受光面電極の形成の際に、Ａｇペースト等の電極ペースト剤を凹部において十分に埋め込むことができず、受光面電極と半導体基板との間で接触不良が起こり易く、曲線因子が低下して太陽電池の変換効率が低下するという不都合がある。一方、凸部においては電極ペースト剤の厚さが薄くなり、均一な膜厚さの受光面電極を形成することが困難となる。従って、受光面電極の形成領域は、凹凸構造のないことが望まれる。
【０００６】
そこで、受光面電極の形成領域に凹凸構造を形成しない方法として、フォトリソグラフィー技術を用いて、エッチング用マスクを形成した後、混酸溶液、アルカリ溶液等を用いて、エッチング用マスク以外の半導体基板表面をエッチングする方法がある。しかしながら、このフォトリソグラフィー技術は、露光装置等が非常に高価なのでコスト的に問題がある共に、レジスト塗布、露光、現像等のプロセスが複雑となる問題がある。
【０００７】
なお、凹凸構造領域に受光面電極を形成させる際の上述のような問題点を直接的に解決する方法として、真空蒸着法またはスパッタ法等を受光面電極の形成に用いる方法があるが、装置が高価であり、成膜後にパターニングする工程が追加的に必要となる問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特公平７−１０５５１８号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７２０２号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０３４４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、受光面電極の形成領域以外に凹凸構造を有する半導体基板を製造することによって、比較的低コストにて高効率の太陽電池を製造する方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、そのような製造方法を実施するのに適した比較的量産性の良い太陽電池の製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するため、本発明の太陽電池の製造方法は、
インクジェット法によって、半導体基板表面の所定領域にマスク剤を塗布してエッチング用マスクを形成する工程と、
該半導体基板表面をエッチング処理する工程と、
該エッチング用マスクを取り除いた領域に受光面電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
【００１２】
本発明の方法では、半導体基板に対してエッチング液およびマスク剤を用いる。まず、マスク剤を半導体基板表面に塗布し、それを乾燥させることによってエッチング用マスクを形成する。その後、エッチング液で半導体基板表面をエッチング処理するが、エッチング用マスクで覆われた領域は、エッチング液の影響を受けない一方、その領域以外の半導体基板表面は、エッチング液の影響を受ける。従って、エッチング用マスクで覆われた領域以外の半導体基板表面に微細な凹凸構造が形成されることになる。その後、エッチング用マスクで覆われていた半導体基板表面にフィンガー電極およびバスバー等の受光面電極を形成する。従って、本発明の「所定領域」とは、半導体基板表面の受光面電極形成領域をいう。また、本発明の「エッチング用マスク」は、半導体基板表面の受光面電極形成領域をエッチング処理から保護するマスクであり、エッチング前後で、その受光面電極形成領域を変わることなく元の状態で保つ機能を有している。なお、本発明でいう「凹凸構造」とは、常套のエッチング処理によって、半導体基板表面に形成されるピラミッド状の凹凸構造をいう。
【００１３】
本発明は、インクジェット法を用いており、インクジェットヘッドのノズルからマスク剤を半導体基板表面に向かって吐出させることによって、半導体基板表面の所定領域にマスク剤を塗布している。本発明において、半導体基板は、太陽電池に一般に使用されるものであってよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはインジウム燐（ＩｎＰ）等から成るものである。
【００１４】
以下に、シリコン基板の場合を例にして、本発明を説明する。例えば、マスク剤は、レジスト、ポリイミドの前駆体等の有機物があり、また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物を形成する有機金属等がある。なお、本明細書で用いられている「レジスト」とは、従来からフォトリソグラフィー用またはメッキ用として用いられているレジストを意味する。
【００１５】
マスク剤は、操作温度条件下においてインクジェットヘッドのノズルから吐出され、塗布されるのに適した粘性を有する必要がある。従って、マスク剤は、エッチング用マスクの形成工程時において、例えば、２〜２０ｃＰ、好ましくは５〜１５ｃＰの粘度を有する。
【００１６】
エッチング処理に用いるエッチング液は、半導体基板がエッチングされるものであればよく、例えば、シリコン基板では、フッ酸および硝酸のうち少なくとも１種を含んで成る混酸溶液等の酸溶液である。その他、そのような酸溶液には燐酸等がある。また、エッチング液は、少なくとも苛性ソーダおよび苛性カリのうち少なくとも１種を含んで成るアルカリ溶液、好ましくは苛性ソーダ溶液であってもよい。その他、そのようなアルカリ溶液としては、エチレンジアミンおよびヒドラジン等がある。
【００１７】
エッチング処理において、上述のような酸溶液またはアルカリ溶液を単独で用いてもよいが、酸溶液で処理した後、アルカリ溶液に浸漬することによって、エッチング処理を行うことも可能である。またその逆に、アルカリ溶液で浸漬した後に酸溶液で処理することも可能である。更に、本発明のエッチング処理では、上述のような湿式エッチング法の他に、ＲＩＥ法のようなドライエッチング法を用いることも可能である。
【００１８】
エッチング処理の後、半導体基板表面のエッチング用マスクは剥離される。例えば、レジストをエッチング用マスクとして使用した場合には、そのレジスト用剥離液でエッチング用マスクを剥離できる。ポリイミド等のように専用の剥離液がない有機材料をエッチング用マスクとして使用した場合には、酸素プラズマ或いはオゾン等の酸化雰囲気中で処理することにより、剥離することができる。また、ＳｉＯ_２等の無機材料をエッチング用マスクとして使用した場合には、フッ酸等のシリコン材料がエッチングされず、マスクのみがエッチングされる溶液を用いることにより、剥離することができる。
【００１９】
なお、マスクを、半導体基板（即ち、シリコン基板）と同様にエッチングされる材料、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等で構成した場合には、フッ酸および硝酸のうち少なくとも１種を含んで成る混酸溶液の組成、濃度等の条件を選択すれば、エッチング処理時にエッチング用マスクも同時に除去することが可能となり、凹凸構造の形成工程とエッチング用マスクの剥離工程とを分けることなく、一つの工程で行なうことができる。
【００２０】
また、半導体基板のエッチング時に、エッチング用マスクの下部までエッチングされるようにオーバーエッチングすることにより、エッチング用マスクを半導体基板上から剥離することも可能であり、工程の簡略化が図られるとともに、剥離液等を考慮することなく、種々の材料でエッチング用マスクを形成することが可能となる。
【００２１】
本発明は、凹凸構造を半導体基板表面に有する太陽電池の製造方法の実施に使用できる太陽電池の製造装置を提供し、その製造装置は、半導体基板表面の受光面電極形成領域にマスク剤を塗布するために、
インクジェットヘッドと、
半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、
インクジェットヘッドおよび／または半導体基板を相対的に移動させる移動手段と
を備えている。
【００２２】
インクジェットヘッドは、マスク剤を塗布するために、一般に略一列に並んだ複数のノズルを少なくとも１列有しており、半導体基板の上方に配置されている。また、インクジェットヘッドは、半導体基板の相対的な移動方向と略直角をなす方向の半導体基板表面長さに相当する領域を少なくとも塗布できるように、その方向に略一列に並んだ複数のノズルを有している。
【００２３】
この複数のノズルから成るノズルの列は、一列である必要はなく、複数のノズルの列を組み合せてもよい。同様に、インクジェットヘッドは、単一である必要はなく、複数のインクジェットヘッドを組み合わせたものであってもよい。
【００２４】
半導体基板は、例えば、チャック等の半導体基板支持手段によって下方より支持される。そして、移動手段を用いることによって、半導体基板は、列を成すべく複数のノズルが配置されている方向と略直角の方向において、インクジェットヘッドの下方を通過することになる。そして、半導体基板が、インクジェットヘッドの下方を通過する際に、インクジェットヘッドのノズルから、マスク剤が半導体基板表面に塗布され、そのマスク剤を乾燥させることによって、エッチング用マスクが半導体基板表面に形成される。ここで、移動手段とは、半導体基板を移動させるものであってもよいし、インクジェットヘッドを移動させるものであってもよい。更に、移動手段は、半導体基板およびインクジェットヘッドの双方を移動させるものであってもよく、インクジェットヘッドと半導体基板とが相対的に移動するものであればよい。
【００２５】
マスク剤を、インクジェットヘッドのノズルから半導体基板表面に対して垂直方向から吐出してもよいし、斜め方向から吐出してもよい。
【００２６】
ノズルからのマスク剤の吐出角度および／または吐出速度を制御すること、ならびに半導体基板支持手段および／またはインクジェットヘッドの移動を、制御することによって、所定形状のエッチング用マスクを形成することができる。従って、受光面電極に必要な領域にのみ、最低限必要な量のマスク剤を塗布できるので、無駄なく効率的にマスク剤を半導体基板に塗布することができ、低コストにて太陽電池を製造することが可能となる。
【００２７】
表面にエッチング用マスクを有する半導体基板をエッチング処理に付した後、そのエッチング用マスクを剥離液で剥離することによって、凹凸構造のない領域が、エッチング用マスクで覆われていた表面に残される。なお、この剥離液は、エッチング用マスクにのみ作用するものであり、半導体基板表面、従って、半導体基板表面の凹凸構造には影響を及ぼすものではない。
【００２８】
エッチング用マスクの剥離後、そのエッチング用マスクで覆われていた領域にフィンガー電極およびバスバー等の受光面電極が形成される。従って、マスク剤を塗布することにより形成されるエッチング用マスクの形状は、それらの受光面電極に適当な形状である。ノズルの先端形状、マスク剤の吐出速度および／または吐出角度、ならびにインクジェットヘッドに対する半導体基板の相対的な位置および／または角度等を調整することによって、任意の受光面電極の形状に適したエッチング用マスクを形成することが可能である。なお、一般的に、フィンガー電極として幅１００〜２００μｍ程度の細い電極が数多く形成され、また、バスバーとして幅１〜２ｍｍ程度の太い電極が２または３本程度形成されるので、それらの受光面電極の幅に相当する幅を有したエッチング用マスクを半導体基板表面に形成する。なお、実際的には、スクリーン印刷法等の受光面電極形成時に、受光面電極が若干の位置ずれを生じることがあるので、エッチング用マスクの幅を受光面電極幅より１〜２割程度広くして形成することが好ましい。
【００２９】
エッチング用マスクが形成された領域はエッチング処理の影響を受けることがないので、エッチング処理後、剥離液でエッチング用マスクを剥離することによって、エッチング用マスクで覆われていた領域以外のみに微細な凹凸構造を有し、エッチング用マスクで覆われていた領域には凹凸構造を有さない半導体基板が得られる。その後、その半導体基板の表面側には、三塩化ホスホリル等の熱拡散を行うことによって、ｎ型半導体層が形成されてｐｎ結合が形成される。そして、裏面側において全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極が形成され、更に、半導体基板の内側にはｐ^＋の裏面電界層が形成される。そして、表面側に反射防止膜を形成した後、スクリーン印刷法等によって、凹凸構造がない半導体基板表面に、フィンガー電極およびバスバー等の受光面電極が形成される。
【００３０】
従って、受光面電極形成領域には、凹凸構造が存在しないので、受光面電極と半導体基板との間で接触不良を起こすことはなく、曲線因子が低下して太陽電池の変換効率が低下するという不都合が回避される。
【００３１】
好ましくは、上述の半導体基板を有する太陽電池の製造装置は、
インクジェットヘッドに対する半導体基板の位置および／または角度を調整する半導体基板調整手段を備えており、また、
半導体基板の形状を測定する形状測定手段と、
形状測定手段からの信号に基づいて、半導体基板調整手段および／またはインクジェットヘッドのノズルの動作を、制御するコントロール手段と
を備えている。
【００３２】
インクジェットヘッドに対して半導体基板の位置および／または角度を調整する手段は、半導体基板の相対的な移動方向に対してインクジェットヘッドより上流側に設けられており、例えば、複数の異なる形状の半導体基板が本装置に供給される場合でも、または、半導体基板が水平等でなく不適当な供給状態にある場合でも、半導体基板がインクジェットヘッドの下方で塗布に適した状態になるように、半導体基板の位置および／または角度を塗布前に適宜調整することができ、従って、エッチング用マスクの形成工程の効率化が図れる。
【００３３】
半導体基板の形状を測定する形状測定手段は、半導体基板の相対的な移動方向に対してインクジェットヘッドより上流側に設けられており、半導体基板の外形寸法を測定することができる。従って、太陽電池を量産する際、各々の半導体基板の外形寸法にバラツキがある場合でも、測定された外形寸法データの信号を基に、コントロール手段が、半導体基板の位置および／もしくは角度を調整する半導体基板調整手段を制御することによって、ならびに／または、インクジェットヘッドのノズル動作を制御することによって、各々の半導体基板の所定領域にマスク剤を塗布することができる。
【００３４】
なお、半導体基板の外形寸法のバラツキが十分に小さい場合には、形状測定手段を用いることなく、半導体基板の位置および／または角度を調整する手段だけで、インクジェットヘッドに対する半導体基板の相対位置および／または相対角度を一定にすることができ、従って、コントロール手段が、半導体基板調整手段および／またはノズル動作を制御することなく、受光面電極形成領域を保護するエッチング用マスクの形成領域を各半導体基板にて略一定にすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の太陽電池の製造方法および製造装置を説明する。
【００３６】
図１は、本発明によって半導体基板表面の所定領域に微細な凹凸構造を形成する工程の一態様を示す。図１（ａ）に示すように、半導体基板１として、例えば略正方形状のｐ型多結晶シリコン半導体基板を用いる。
【００３７】
マスク剤塗布装置を用いて、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１の表面にマスク剤である塗布液１３をインクジェットヘッドのノズル１２から吐出させ、半導体基板１の表面に塗布液１３を塗布する。その後、塗布液１３の溶媒成分を気化させ、図１（ｃ）に示すような、エッチング用マスク１４を形成する。
【００３８】
次に、苛性カリ溶液中で、エッチング用マスク１４を表面に有した半導体基板１をエッチング処理することによって、図１（ｄ）に示すように、エッチング用マスク１４で覆われた領域以外に微細な凹凸構造を形成する。その後、エッチング用マスク１４の剥離液でエッチング用マスク１４を剥離することによって、図１（ｅ）に示すように、エッチング用マスク１４で覆われた領域以外に微細な凹凸構造１５を有する半導体基板を得る。
【００３９】
その後、例えば図３を参照して説明したような常套の方法によって、ｐｎ接合、反射防止膜３、裏面電極５、ＢＳＦ層４、および受光面電極６を形成して、図１（ｆ）に示すような太陽電池を得る。
【００４０】
図２において、本発明のマスク剤塗布装置を説明する。本塗布装置は、半導体基板チャック２１、インクジェットヘッド２２および半導体基板形状測定器２３を備えている。インクジェットヘッド２２および半導体基板形状測定器２３は装置に固定されており、半導体基板チャック２１は、半導体基板１を下方より支持しており、半導体基板１を水平方向に移動させる。
【００４１】
本発明のマスク剤塗布装置を運転させた一態様として、まず、半導体基板１を、インクジェットヘッドのノズルが並ぶ方向と略直角をなす方向に移動させることによって、半導体基板形状測定器２３に通過させ、その通過中において半導体基板形状測定器２３によって半導体基板の外形寸法を測定する。その後、半導体基板１をインクジェットヘッド２２の下方を通過させるが、その通過中において塗布液１３をインクジェットヘッド２２のノズルから吐出することによって、塗布液１３を半導体基板１に塗布する。なお、半導体基板形状測定器２３で測定した半導体基板の外形寸法データを基に、コントロール手段がインクジェットヘッド２２を制御することによって、半導体基板１の所定の領域、即ち、受光面電極形成領域に塗布液１３が塗布される。簡略化のために、図２では線状のエッチング用マスクを示しているが、ノズルの先端形状を変えること、または、ノズルからの吐出タイミング、吐出角度、吐出速度、もしくは本発明のインクジェットヘッドに対する半導体基板の相対的な移動等を種々に制御することによって、任意の複雑なパターンを有するエッチング用マスクを作成できることは明らかである。
【００４２】
このような本発明の太陽電池の製造方法および製造装置は、特に半導体基板の受光面電極の形成領域にエッチング用マスクを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法および製造装置を特徴とするものであり、例えば、ｐｎ接合、反射防止膜、もしくは電極等の構造、または、それらの製造方法および製造装置を限定するものではない。
【００４３】
また、本発明の太陽電池の製造方法および製造装置は、特に、半導体基板表面の受光面形成領域をエッチング処理から保護するマスクを形成するのに好適であるが、そのような領域を保護する目的に限られず、本発明の属する技術分野または他の技術分野において、特定の領域を保護するマスクを形成することにも適用できる。
【００４４】
【実施例】
半導体基板として、多結晶シリコン基板（１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．０４ｃｍ）を用いた。マスク剤塗布装置として、既存のインクジェットヘッドを備えたインクジェット塗布装置を用いた。その塗布装置によって、半導体基板表面に、ポリイミド（常温にて約１０ｃＰの粘度）を塗布後、乾燥させることによって、フィンガー電極用として、幅が約１５０μｍ程度の細いエッチング用マスクを数多く形成し、また、バスバー用として、幅が約２ｍｍ程度の太いエッチング用マスクを２、３本形成した。
【００４５】
そして、エッチング液として、苛性カリの４．５モル％水溶液によって、多結晶シリコン基板をエッチング処理し、マスク形成領域以外の半導体基板表面に微小な凹凸構造を形成した。この後、酸素プラズマ中でポリイミドを除去することにより、エッチング用マスクを半導体基板表面から取り除いた。
【００４６】
以上により、エッチング用マスクで覆われていた領域に凹凸構造を有さず、エッチング用マスクで覆われていた領域以外に、凹凸構造を表面に有する半導体基板を得た。
【００４７】
その後、半導体基板の表面側において、三塩化ホスホリルを用いた熱拡散を行なうことによってｐｎ接合を形成した後、裏面側において、全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極を形成し、更に、半導体基板の内部には、Ｐ^＋の裏面電界を形成した。そして、表面側において、窒化シリコン膜の反射防止膜を形成した後、銀ペーストを用いたスクリーン印刷法によって、凹凸構造のない半導体基板表面に受光面電極として、幅１５０μｍのフィンガー電極および幅２ｍｍのバスバーを形成した。以上により、凹凸構造を半導体基板表面に有する太陽電池を得た。
【００４８】
そして、得られた太陽電池の特性を測定した。その結果を表２に示す。
【００４９】
（比較例）
本比較例では、半導体基板として、多結晶シリコン基板（１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．０４ｃｍ）を用いた。まず、半導体基板を苛性カリの４．５モル％水溶液に浸漬させることによって、半導体基板表面の加工変質層を除去するエッチング処理を行なった。その結果、ランダムな凹凸構造を全表面に有する半導体基板を得た。
【００５０】
その後、半導体基板の表面側において、三塩化ホスホリルを用いた熱拡散を行なうことによってｐｎ接合を形成した後、裏面側において、全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極を形成し、更に、半導体基板の内部には、Ｐ^＋の裏面電界を形成した。
【００５１】
そして、表面側において、窒化シリコン膜の反射防止膜を形成した後、上記実施例と同様の受光面電極を形成した。そして、得られた太陽電池の特性を測定した。その結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１に示すように、従来技術と比較して、本発明によって製造された太陽電池の受光面表面には、エッチング処理により微細な凹凸構造が形成されているが、インクジェット法により、その受光面表面の受光面電極形成領域にエッチング用マスクが形成されたことから、受光面電極形成領域には凹凸構造が存在せず、半導体基板と受光面電極との間での接触不良が回避されているので、曲線因子が増加し、変換効率が向上した。以上より、本発明の製造方法および製造装置で製造した太陽電池では、高価な設備を用いることなく、インクジェット法によるエッチング用マスクの形成工程を追加しただけで、比較的低コストで高効率の太陽電池を得ることができた。
【００５４】
なお、上述の実施例では、半導体基板１として略正方形状の多結晶シリコン半導体基板を用いたが、本発明の効果は、そのような半導体基板の形状、結晶の種類に制限されていない。
【００５５】
更に、上述の実施例においては、受光面電極が形成される領域に、エッチング用マスクを形成したが、そのような受光面電極形成領域以外の領域にもエッチング用マスクを形成することが可能であり、例えば、その受光面電極形成領域以外の凹凸構造形成領域に、凹凸構造形成用としてのエッチング用マスクを形成することができ、従って、そのマスクによって微細な凹凸構造を形成することができる。なお、ここでいう凹凸構造形成用のエッチング用マスクとは、エッチング処理から半導体基板表面を保護することによって、凹凸構造の凸部を、そのマスク下の領域に形成させるものであり、従って、ここでいう凹凸構造とは、エッチング用マスクで覆われていた領域に形成されると凸部と、そのエッチング用マスクで覆われていなかった領域に形成される凹部とから成る微細な凹凸構造をいう。
【００５６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明による太陽電池の製造方法は、複雑なプロセスで高価な装置設備を用いるフォトリソグラフィー技術を用いることなく、プロセスが簡単で装置コストが安いインクジェット法でもって、受光面電極形成領域以外にのみ凹凸構造を有し、受光面電極形成領域には凹凸構造を有さない半導体基板を得ることができる。従って、比較的低コストにて、受光面電極と半導体基板とが接触不良を起こすことない高効率の太陽電池を形成することができる。また、本発明の太陽電池の製造装置は、インクジェットヘッド、半導体基板支持手段、およびインクジェットヘッドと半導体基板とを相対的に移動させる移動手段、半導体基板調節手段等を備えていることから、太陽電池を量産する際、例えば、複数の異なる形状の半導体基板が本装置に供給される場合、または、半導体基板が水平でない等、不適当な供給状態にある場合でも、所定の受光面電極形成領域にエッチング用マスクを形成できる量産性に優れた製造装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態を模式的に断面図により示す。
【図２】本発明の太陽電池の製造装置の一実施態様を模式的に斜視図により示す。
【図３】太陽電池の構造を模式的に断面図により示す。
【符号の説明】
１…半導体基板（ｐ型半導体基板）、２…ｎ型半導体層、３…反射防止膜、４…ｐ^＋の裏面電界層（ＢＳＦ層）、５…裏面電極、６…受光面電極、１２…インクジェットヘッドのノズル、１３…塗布液（マスク剤）、１４…エッチング用マスク、１５…微細な凹凸構造、２１…半導体基板チャック、２２…インクジェットヘッド、２３…半導体基板形状測定器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell and an apparatus for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell having high conversion efficiency and an apparatus for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows the configuration of the solar cell. A conventional method for manufacturing a solar cell mainly includes formation of a pn junction, formation of an antireflection film, and formation of electrodes such as a back surface and a light receiving surface. First, the n-type semiconductor layer 2 is formed by performing thermal diffusion of phosphoryl trichloride (POCl ₃ ) or the like on the surface side of the p-type semiconductor substrate 1 to form a pn junction. Then, an aluminum (Al) paste is printed and baked on the entire back surface to form a back electrode 5, and a p ⁺ back surface electric field (or back surface field, BSF: Back Surface Field) layer is formed inside the semiconductor substrate. 4 is formed. Further, in order to passivate crystal defects (or inactivate crystal defects) over the entire surface of the semiconductor substrate surface serving as a light receiving surface, for example, a Si—SiO ₂ surface is formed by thermal oxidation, or a surface of incident light is formed. In order to reduce reflection, an anti-reflection film 3 such as a silicon nitride (SiN) film or a titanium oxide (TiO ₂ ) film is formed. Then, using a silver paste, the light receiving surface electrode 6 reaching the surface of the n-type semiconductor layer 2 through the anti-reflection film 3 through the anti-reflection film 3 by a screen printing method or the like so that a desired pattern is formed directly on the anti-reflection film 3. To form The light receiving surface electrode 6 is composed of many thin finger electrodes for extracting photovoltaic power and a thick bus bar for collecting and extracting photovoltaic power to the outside.
[0003]
In order to obtain high performance of the solar cell, it is necessary to suppress the reflection loss of light on the surface to be low and to efficiently take incident light into the solar cell. In addition to forming the antireflection film 3 as described above, In some cases, a fine pyramid-shaped uneven structure (or texture structure) is formed on the surface of a semiconductor substrate serving as a light receiving surface. If the surface of the semiconductor substrate has an uneven structure, light incident on the surface of the semiconductor substrate repeats transmission and reflection, and the effect of capturing more light into the solar cell than the flat semiconductor substrate surface (light confinement effect). Be expected.
[0004]
As a method for forming a fine concavo-convex structure on the surface of a semiconductor substrate, for example, in a single-crystal semiconductor substrate, there is a method for forming a concavo-convex structure using a difference in etching rate on a crystal surface with an alkaline solution. In the case of a polycrystalline semiconductor substrate, for example, a method of mechanically forming a V-groove in the surface of the semiconductor substrate (for example, see Japanese Patent Publication No. 7-105518) or a reactive ion etching (RIE) method is used. A fine uneven structure is formed independently of the crystal plane by adjusting the composition of the etchant by a method of forming a fine uneven structure (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-17202) or a wet etching method. (See, for example, JP-A-10-303443).
[0005]
Here, if a fine uneven structure is formed in the formation region of the light receiving surface electrode, an electrode paste such as Ag paste can be sufficiently embedded in the concave portion when the light receiving surface electrode is formed by a screen printing method or the like. However, there is an inconvenience that contact failure easily occurs between the light receiving surface electrode and the semiconductor substrate, the fill factor decreases, and the conversion efficiency of the solar cell decreases. On the other hand, the thickness of the electrode paste is reduced at the projections, and it is difficult to form a light receiving surface electrode having a uniform thickness. Therefore, it is desired that the formation region of the light receiving surface electrode has no uneven structure.
[0006]
Therefore, as a method of not forming a concavo-convex structure in the formation region of the light-receiving surface electrode, after forming an etching mask using photolithography technology, using a mixed acid solution, an alkaline solution, or the like, the surface of the semiconductor substrate other than the etching mask is used. There is a method of etching. However, this photolithography technique has a problem in cost because an exposure apparatus and the like are very expensive, and also has a problem in that processes such as resist coating, exposure, and development are complicated.
[0007]
In addition, as a method for directly solving the above-described problem when the light receiving surface electrode is formed in the uneven structure region, there is a method using a vacuum deposition method or a sputtering method for forming the light receiving surface electrode. However, there is a problem that it is expensive and an additional step of patterning after film formation is required.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-105518 [Patent Document 2]
JP-A-11-17202 [Patent Document 3]
JP-A-10-303443
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly efficient solar cell at a relatively low cost by manufacturing a semiconductor substrate having a concavo-convex structure other than the light receiving surface electrode formation region.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing apparatus which is suitable for implementing such a manufacturing method and has relatively good mass productivity.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes:
A step of forming a mask for etching by applying a masking agent to a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate by an inkjet method,
Etching the semiconductor substrate surface;
Forming a light receiving surface electrode in a region from which the etching mask has been removed.
[0012]
In the method of the present invention, an etching solution and a masking agent are used for a semiconductor substrate. First, a masking agent is applied to the surface of a semiconductor substrate and dried to form an etching mask. Thereafter, the surface of the semiconductor substrate is etched with an etchant. The region covered with the etching mask is not affected by the etchant, whereas the surface of the semiconductor substrate other than the region is affected by the etchant. Therefore, a fine uneven structure is formed on the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the etching mask. Thereafter, light receiving surface electrodes such as finger electrodes and bus bars are formed on the surface of the semiconductor substrate covered with the etching mask. Therefore, the “predetermined region” of the present invention refers to a light receiving surface electrode formation region on the surface of the semiconductor substrate. The “etching mask” of the present invention is a mask that protects the light receiving surface electrode formation region on the semiconductor substrate surface from the etching process, and maintains the light reception surface electrode formation region in the original state before and after etching. Has a function. Note that the “irregular structure” in the present invention refers to a pyramidal irregular structure formed on the surface of a semiconductor substrate by a conventional etching process.
[0013]
The present invention uses an inkjet method, in which a mask agent is applied to a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate by discharging a mask agent from a nozzle of an inkjet head toward the surface of the semiconductor substrate. In the present invention, the semiconductor substrate may be one generally used for a solar cell, and is made of, for example, silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), or the like.
[0014]
Hereinafter, the present invention will be described using a silicon substrate as an example. For example, the masking agent includes an organic substance such as a resist and a precursor of polyimide, and an organic substance that forms an oxide such as silicon dioxide (SiO ₂ ), titanium oxide (TiO ₂ ), or aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). There are metals and the like. The “resist” used in the present specification means a resist conventionally used for photolithography or plating.
[0015]
The masking agent needs to have a viscosity suitable for being ejected from the nozzle of the inkjet head under the operating temperature condition and applied. Therefore, the masking agent has a viscosity of, for example, 2 to 20 cP, preferably 5 to 15 cP during the step of forming the etching mask.
[0016]
The etchant used for the etching treatment may be any as long as the semiconductor substrate is etched. For example, for a silicon substrate, an acid solution such as a mixed acid solution containing at least one of hydrofluoric acid and nitric acid is used. Other such acid solutions include phosphoric acid and the like. Further, the etching solution may be an alkaline solution containing at least one of caustic soda and caustic potash, preferably a caustic soda solution. Other examples of such an alkaline solution include ethylenediamine and hydrazine.
[0017]
In the etching treatment, the above-described acid solution or alkali solution may be used alone, but it is also possible to perform the etching treatment by immersing in an alkali solution after treating with an acid solution. Conversely, treatment with an acid solution after immersion in an alkali solution is also possible. Further, in the etching process of the present invention, it is also possible to use a dry etching method such as an RIE method in addition to the above-mentioned wet etching method.
[0018]
After the etching process, the etching mask on the surface of the semiconductor substrate is peeled off. For example, when a resist is used as an etching mask, the etching mask can be stripped with the resist stripping solution. When an organic material such as polyimide which does not have a dedicated stripping liquid is used as an etching mask, it can be stripped by treatment in an oxidizing atmosphere such as oxygen plasma or ozone. In the case where an inorganic material such as SiO ₂ is used as an etching mask, the silicon material such as hydrofluoric acid is not etched, and the etching can be performed by using a solution in which only the mask is etched.
[0019]
When the mask is made of a material that is etched in the same manner as a semiconductor substrate (that is, a silicon substrate), for example, silicon dioxide (SiO ₂ ), a mixed acid containing at least one of hydrofluoric acid and nitric acid is used. If conditions such as the composition and concentration of the solution are selected, the etching mask can be removed at the same time as the etching process, and the step of forming the concavo-convex structure and the step of removing the etching mask can be performed in one step. Can do it.
[0020]
Further, at the time of etching the semiconductor substrate, it is possible to peel off the etching mask from above the semiconductor substrate by over-etching so as to be etched to the lower portion of the etching mask, thereby simplifying the process, It is possible to form an etching mask with various materials without considering a stripper or the like.
[0021]
The present invention provides a solar cell manufacturing apparatus that can be used for implementing a method of manufacturing a solar cell having a concavo-convex structure on a semiconductor substrate surface, and the manufacturing apparatus applies a masking agent to a light-receiving surface electrode formation region on the semiconductor substrate surface. To do
An inkjet head,
Semiconductor substrate supporting means for supporting a semiconductor substrate,
Moving means for relatively moving the inkjet head and / or the semiconductor substrate.
[0022]
The ink jet head generally has at least one row of a plurality of nozzles arranged in a substantially single row in order to apply a masking agent, and is arranged above a semiconductor substrate. Further, the inkjet head has a plurality of nozzles arranged substantially in a line in the direction so as to apply at least an area corresponding to the semiconductor substrate surface length in a direction substantially perpendicular to the relative movement direction of the semiconductor substrate. are doing.
[0023]
The row of nozzles including the plurality of nozzles does not need to be one row, and a plurality of rows of nozzles may be combined. Similarly, the inkjet head need not be a single inkjet head, but may be a combination of a plurality of inkjet heads.
[0024]
The semiconductor substrate is supported from below by semiconductor substrate supporting means such as a chuck. Then, by using the moving means, the semiconductor substrate passes below the inkjet head in a direction substantially perpendicular to the direction in which the plurality of nozzles are arranged to form a row. Then, when the semiconductor substrate passes below the inkjet head, a masking agent is applied to the surface of the semiconductor substrate from nozzles of the inkjet head, and the masking agent is dried to form an etching mask on the surface of the semiconductor substrate. Is done. Here, the moving means may move the semiconductor substrate or may move the inkjet head. Further, the moving means may move both the semiconductor substrate and the ink jet head, and may be any means as long as the ink jet head and the semiconductor substrate move relatively.
[0025]
The masking agent may be discharged from the nozzle of the inkjet head in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate or in an oblique direction.
[0026]
By controlling the discharge angle and / or the discharge speed of the mask agent from the nozzle, and by controlling the movement of the semiconductor substrate supporting means and / or the inkjet head, an etching mask having a predetermined shape can be formed. Therefore, since the minimum required amount of the masking agent can be applied only to the area required for the light-receiving surface electrode, the masking agent can be efficiently applied to the semiconductor substrate without waste, and the solar cell can be manufactured at low cost. It is possible to do.
[0027]
After a semiconductor substrate having an etching mask on its surface is subjected to an etching treatment, the etching mask is peeled off with a peeling liquid, so that a region without an uneven structure is left on the surface covered with the etching mask. Note that the stripping solution acts only on the etching mask, and does not affect the surface of the semiconductor substrate, that is, the uneven structure on the surface of the semiconductor substrate.
[0028]
After peeling off the etching mask, light receiving surface electrodes such as finger electrodes and bus bars are formed in the regions covered by the etching mask. Therefore, the shape of the etching mask formed by applying the masking agent is an appropriate shape for the light receiving surface electrodes. By adjusting the tip shape of the nozzle, the discharge speed and / or the discharge angle of the masking agent, and the relative position and / or angle of the semiconductor substrate with respect to the ink jet head, etc. It is possible to form a mask. Generally, many thin electrodes having a width of about 100 to 200 μm are formed as finger electrodes, and about two or three thick electrodes having a width of about 1 to 2 mm are formed as bus bars. An etching mask having a width corresponding to the width of is formed on the surface of the semiconductor substrate. Note that, in practice, when the light receiving surface electrode is formed by a screen printing method or the like, the light receiving surface electrode may be slightly displaced. Therefore, the width of the etching mask is about 10 to 20% wider than the light receiving surface electrode width. It is preferable to form them.
[0029]
The region where the etching mask is formed is not affected by the etching process.Therefore, after the etching process, the etching mask is peeled off with a peeling solution, so that only the region covered with the etching mask is fine. A semiconductor substrate having a concavo-convex structure and having no concavo-convex structure in a region covered with the etching mask can be obtained. Thereafter, the n-type semiconductor layer is formed on the surface side of the semiconductor substrate by thermal diffusion of phosphoryl trichloride or the like, and a pn bond is formed. Then, an aluminum paste is printed and baked on the entire back surface to form a back electrode, and a p ⁺ back electric field layer is formed inside the semiconductor substrate. Then, after the anti-reflection film is formed on the front surface side, a light receiving surface electrode such as a finger electrode and a bus bar is formed on the surface of the semiconductor substrate having no uneven structure by a screen printing method or the like.
[0030]
Therefore, since there is no uneven structure in the light receiving surface electrode formation region, no contact failure occurs between the light receiving surface electrode and the semiconductor substrate, the fill factor is reduced, and the conversion efficiency of the solar cell is reduced. Inconveniences are avoided.
[0031]
Preferably, an apparatus for manufacturing a solar cell having the above-described semiconductor substrate,
A semiconductor substrate adjusting unit for adjusting a position and / or an angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head;
A shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate,
Control means for controlling the operation of the semiconductor substrate adjusting means and / or the nozzles of the ink jet head based on a signal from the shape measuring means.
[0032]
The means for adjusting the position and / or angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head is provided on the upstream side of the inkjet head with respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate. Even when the semiconductor substrate is supplied to the apparatus, or when the semiconductor substrate is in an inappropriate supply state instead of being horizontal or the like, the semiconductor substrate is placed in a state suitable for coating below the ink jet head. The position and / or angle can be appropriately adjusted before the application, so that the efficiency of the etching mask forming process can be improved.
[0033]
The shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate is provided upstream of the ink jet head with respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate, and can measure the external dimensions of the semiconductor substrate. Therefore, when mass-producing solar cells, the control means adjusts the position and / or angle of the semiconductor substrate based on the signal of the measured external dimension data even if the external dimensions of each semiconductor substrate vary. By controlling the semiconductor substrate adjustment means and / or controlling the nozzle operation of the inkjet head, a masking agent can be applied to a predetermined region of each semiconductor substrate.
[0034]
If the variation in the external dimensions of the semiconductor substrate is sufficiently small, the relative position and / or the relative position of the semiconductor substrate with respect to the ink-jet head can be determined only by means for adjusting the position and / or angle of the semiconductor substrate without using the shape measuring means. Alternatively, the relative angle can be made constant, so that the control means can adjust the formation area of the etching mask for protecting the light receiving surface electrode formation area without controlling the semiconductor substrate adjusting means and / or the nozzle operation. Can be made substantially constant.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method and an apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1 shows an embodiment of a process of forming a fine uneven structure in a predetermined region of a semiconductor substrate surface according to the present invention. As shown in FIG. 1A, for example, a substantially square p-type polycrystalline silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 1.
[0037]
As shown in FIG. 1B, a coating liquid 13 serving as a masking agent is discharged from the nozzle 12 of the inkjet head onto the surface of the semiconductor substrate 1 using a mask coating apparatus, and the coating liquid 13 is applied to the surface of the semiconductor substrate 1. Is applied. Thereafter, the solvent component of the coating liquid 13 is vaporized to form an etching mask 14 as shown in FIG.
[0038]
Next, by etching the semiconductor substrate 1 having the etching mask 14 on the surface thereof in a caustic potash solution, as shown in FIG. 1D, fine portions other than the area covered with the etching mask 14 are formed. An uneven structure is formed. Thereafter, the etching mask 14 is stripped with a stripping solution of the etching mask 14 to form a semiconductor substrate having a fine uneven structure 15 in a region other than the region covered with the etching mask 14 as shown in FIG. Get.
[0039]
Thereafter, a pn junction, an antireflection film 3, a back electrode 5, a BSF layer 4, and a light receiving surface electrode 6 are formed by, for example, a conventional method as described with reference to FIG. A solar cell as shown is obtained.
[0040]
FIG. 2 illustrates a masking agent application device according to the present invention. This coating apparatus includes a semiconductor substrate chuck 21, an inkjet head 22, and a semiconductor substrate shape measuring device 23. The inkjet head 22 and the semiconductor substrate shape measuring device 23 are fixed to the apparatus, and the semiconductor substrate chuck 21 supports the semiconductor substrate 1 from below and moves the semiconductor substrate 1 in the horizontal direction.
[0041]
As one mode of operating the mask applying apparatus of the present invention, first, the semiconductor substrate 1 is passed through the semiconductor substrate shape measuring device 23 by moving the semiconductor substrate 1 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the nozzles of the inkjet head are arranged. During the passage, the external dimensions of the semiconductor substrate are measured by the semiconductor substrate shape measuring device 23. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is passed below the inkjet head 22, and the application liquid 13 is applied to the semiconductor substrate 1 by discharging the application liquid 13 from the nozzles of the inkjet head 22 during the passage. The control means controls the ink jet head 22 based on the external dimension data of the semiconductor substrate measured by the semiconductor substrate shape measuring device 23, so that a predetermined area of the semiconductor substrate 1, that is, a light receiving surface electrode forming area is coated. The liquid 13 is applied. Although a linear etching mask is shown in FIG. 2 for simplicity, the shape of the tip of the nozzle is changed, or the ejection timing, ejection angle, ejection speed from the nozzle, or the ink jet head of the present invention is used. It is clear that an etching mask having an arbitrarily complicated pattern can be produced by variously controlling the relative movement of the semiconductor substrate.
[0042]
Such a method and apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention are characterized by a method and apparatus for manufacturing a solar cell, in which an etching mask is formed in a region where a light-receiving surface electrode is formed on a semiconductor substrate. For example, the present invention is not limited to a structure such as a pn junction, an antireflection film, or an electrode, or a manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof.
[0043]
The method and apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention are particularly suitable for forming a mask that protects a light-receiving surface formation region on a semiconductor substrate surface from an etching process. However, the present invention is not limited to this, and in the technical field to which the present invention belongs or other technical fields, the present invention can be applied to forming a mask for protecting a specific region.
[0044]
【Example】
A polycrystalline silicon substrate (10 cm × 10 cm × 0.04 cm) was used as a semiconductor substrate. As the masking agent applying device, an existing inkjet applying device equipped with an inkjet head was used. After applying polyimide (viscosity of about 10 cP at room temperature) to the surface of the semiconductor substrate by the coating apparatus and drying, a large number of thin etching masks having a width of about 150 μm are formed for finger electrodes, and Two or three thick etching masks having a width of about 2 mm were formed for bus bars.
[0045]
Then, the polycrystalline silicon substrate was subjected to an etching treatment with a 4.5 mol% aqueous solution of caustic potash as an etchant to form a fine uneven structure on the surface of the semiconductor substrate other than the mask formation region. Thereafter, the etching mask was removed from the surface of the semiconductor substrate by removing the polyimide in oxygen plasma.
[0046]
As described above, a semiconductor substrate having no concavo-convex structure in a region covered with the etching mask and having a concavo-convex structure on the surface other than the region covered with the etching mask was obtained.
[0047]
After that, on the front side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then on the back side, an aluminum paste is printed and fired on the entire surface to form a back electrode, Further, a P ⁺ back surface electric field was formed inside the semiconductor substrate. Then, after forming an antireflection film of a silicon nitride film on the surface side, a finger electrode having a width of 150 μm and a width of 2 mm were formed as light receiving surface electrodes on the surface of the semiconductor substrate having no uneven structure by a screen printing method using a silver paste. A busbar was formed. Thus, a solar cell having the uneven structure on the surface of the semiconductor substrate was obtained.
[0048]
Then, characteristics of the obtained solar cell were measured. Table 2 shows the results.
[0049]
(Comparative example)
In this comparative example, a polycrystalline silicon substrate (10 cm × 10 cm × 0.04 cm) was used as a semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was immersed in a 4.5 mol% aqueous solution of caustic potash to perform an etching process for removing a work-affected layer on the surface of the semiconductor substrate. As a result, a semiconductor substrate having a random uneven structure on the entire surface was obtained.
[0050]
After that, on the front side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then on the back side, an aluminum paste is printed and fired on the entire surface to form a back electrode, Further, a P ⁺ back surface electric field was formed inside the semiconductor substrate.
[0051]
Then, on the front surface side, after forming an anti-reflection film of a silicon nitride film, a light-receiving surface electrode similar to that of the above embodiment was formed. Then, characteristics of the obtained solar cell were measured. Table 1 shows the results.
[0052]
[Table 1]

[0053]
As shown in Table 1, on the surface of the light receiving surface of the solar cell manufactured according to the present invention, a fine uneven structure is formed by an etching process as compared with the conventional technology. Since the etching mask is formed in the light receiving surface electrode formation region on the front surface, there is no uneven structure in the light reception surface electrode formation region, and contact failure between the semiconductor substrate and the light reception surface electrode is avoided. Therefore, the fill factor was increased, and the conversion efficiency was improved. As described above, in a solar cell manufactured by the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the present invention, a solar cell of relatively low cost and high efficiency can be obtained by simply adding an etching mask forming step by an inkjet method without using expensive equipment. Battery was obtained.
[0054]
In the above-described embodiment, a substantially square-shaped polycrystalline silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 1, but the effects of the present invention are not limited to the shape of the semiconductor substrate and the type of crystal.
[0055]
Further, in the above-described embodiment, the etching mask is formed in the region where the light receiving surface electrode is formed. However, the etching mask can be formed in a region other than such a light receiving surface electrode formation region. For example, an etching mask for forming a concave-convex structure can be formed in a concave-convex structure forming region other than the light-receiving surface electrode forming region. Therefore, a fine concave-convex structure can be formed by the mask. Note that the etching mask for forming the concavo-convex structure here is to protect the surface of the semiconductor substrate from the etching process so that the convex portion of the concavo-convex structure is formed in a region under the mask. The concavo-convex structure referred to in the above refers to a fine concavo-convex structure composed of a convex portion formed in a region covered with the etching mask and a concave portion formed in a region not covered with the etching mask. .
[0056]
【The invention's effect】
As is clear from the above, the method for manufacturing a solar cell according to the present invention uses a light-receiving surface by an inkjet method with a simple process and a low device cost without using a photolithography technique that uses expensive equipment in a complicated process. A semiconductor substrate having an uneven structure only in the region other than the electrode formation region and having no uneven structure in the light receiving surface electrode formation region can be obtained. Therefore, it is possible to form a high-efficiency solar cell that does not cause a contact failure between the light receiving surface electrode and the semiconductor substrate at a relatively low cost. The solar cell manufacturing apparatus of the present invention includes an inkjet head, a semiconductor substrate supporting unit, a moving unit that relatively moves the inkjet head and the semiconductor substrate, a semiconductor substrate adjusting unit, and the like. When mass-producing, for example, when a plurality of semiconductor substrates of different shapes are supplied to the present apparatus, or when the semiconductor substrate is not in a horizontal state or is in an inappropriate supply state, a predetermined light receiving surface electrode formation region This is a manufacturing apparatus which can form an etching mask and has excellent mass productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of a method for manufacturing a solar cell of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an embodiment of the solar cell manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solar cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate (p-type semiconductor substrate), 2 ... n-type semiconductor layer, 3 ... antireflection film, 4 ... p ⁺ back surface field layer (BSF layer), 5 ... back surface electrode, 6 ... light receiving surface electrode, 12 ... Nozzles of inkjet head, 13: coating liquid (masking agent), 14: etching mask, 15: fine uneven structure, 21: semiconductor substrate chuck, 22: inkjet head, 23: semiconductor substrate shape measuring instrument.

Claims

In a method for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having an uneven structure on a surface,
A step of forming a mask for etching by applying a masking agent to a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate by an inkjet method,
Etching the surface of the semiconductor substrate.

The method for manufacturing a solar cell according to claim 1,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the etching mask includes an organic material made of a resist or polyimide.

The method for manufacturing a solar cell according to claim 1,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the etching mask includes an oxide made of silicon dioxide, titanium oxide, or aluminum oxide.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 3,
The etching process is
A method for manufacturing a solar cell, comprising at least one of a step of treating with an acid solution and a step of treating with an alkaline solution.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing a solar cell, comprising performing an etching treatment with an acid solution containing at least one of hydrofluoric acid, nitric acid, and phosphoric acid.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing a solar cell, comprising performing etching with an alkaline solution containing at least one of caustic soda, caustic potash, ethylenediamine, and hydrazine.

An apparatus for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having an uneven structure on a surface,
In order to apply a masking agent to the light receiving surface electrode formation area on the semiconductor substrate surface,
An inkjet head having at least one row of a plurality of nozzles arranged in substantially one row;
Semiconductor substrate supporting means for supporting a semiconductor substrate,
Moving means for relatively moving the inkjet head and / or the semiconductor substrate in a direction substantially perpendicular to a direction in which the plurality of nozzles of the inkjet head are arranged;
An apparatus for manufacturing a solar cell, comprising:

The apparatus for manufacturing a solar cell according to claim 7,
Regarding the relative movement direction of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head, further comprising a semiconductor substrate adjustment means provided upstream from the inkjet head,
The apparatus for manufacturing a solar cell, wherein the semiconductor substrate adjusting means adjusts a position and / or an angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head.

The solar cell manufacturing apparatus according to claim 7 or 8,
With respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head, provided on the upstream side of the inkjet head, shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate,
An apparatus for manufacturing a solar cell, further comprising control means for controlling the operation of the semiconductor substrate adjusting means and / or the nozzles of the inkjet head based on a signal from the shape measuring means.