DE112009000924T5

DE112009000924T5 - Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat und Herstellungsverfahren für eine Fotovoltaische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112009000924T5
Application number: DE112009000924T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Nishimura; Shigeru Matsuno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2011-03-03
Also published as: JPWO2009128324A1; WO2009128324A1; DE112009000924T9; CN102007582A

Abstract

Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat, Folgendes umfassend:
einen ersten Prozess des Ausbildens einer Schutzschicht auf einer Oberfläche eines Substrats;
einen zweiten Prozess des Ausbildens von Öffnungen in der Schutzschicht, indem eine Strahlbearbeitung an der Schutzschicht erfolgt;
einen dritten Prozess des Ätzens der Oberfläche des Substrats, auf der die Schutzschicht ausgebildet ist, indem die Schutzschicht, in der die Öffnungen ausgebildet sind, unter einer Bedingung, dass die Schutzschicht über Widerstandsfähigkeit verfügt, als Maske verwendet wird; und
einen vierten Prozess des Entfernens der Schutzschicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat und ein Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Um die Leistung einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung, wie etwa von Solarzellen, zu verbessern, ist es wichtig, Sonnenlicht wirksam in Substrate aufzunehmen, die Solarzellen bilden. Dazu wird eine Strukturbearbeitung an einer Substratoberfläche auf einer Lichteinfallsseite vorgenommen, um Licht, sobald es von der Substratoberfläche reflektiert wird, wieder in die Substratoberfläche aufzunehmen, wodurch mehr Sonnenlicht in das Substrat eingebracht wird. Mit dieser Anordnung ist die fotoelektrische Wandlerwirkung verbessert. In diesem Fall bedeutet Strukturbearbeitung eine Bearbeitung, bei der absichtlich feine Unebenheiten in einer Größe von mehreren zehn Nanometer bis mehreren hundert Nanometer auf der Substratoberfläche ausgebildet werden.
Als ein Verfahren zur Ausbildung einer Struktur auf Substraten für Solarzellen wird weitverbreitet ein anisotroper Ätzvorgang unter Verwendung einer Kristallorientierung entsprechend einer alkalischen wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid o. dgl. eingesetzt, die eine Kristallorientierungsabhängigkeit im Ätzverhältnis hat, wenn es sich bei dem Substrat um ein monokristallines Substrat handelt. Wenn dieser anisotrope Ätzvorgang zum Beispiel auf einer Substratoberfläche (100) erfolgt, entsteht eine pyramidenförmige Struktur mit einer freigelegten Oberfläche (111) auf der Substratoberfläche.
Wird jedoch entsprechend diesem Verfahren, bei dem ein anisotroper Ätzvorgang unter Verwendung einer alkalischen wässrigen Lösung erfolgt, ein polykristallines Substrat als Substrat verwendet, kann nur teilweise ein Strukturgefüge hergestellt werden, weil ein Ätzverhältnis je nach der Kristalloberfläche stark differiert und die Kristalloberflächenorientierungen nicht ausgerichtet sind. Deshalb ist der Reduzierung des Lichtreflexionsfaktors auf der Substratoberfläche eine Grenze gesetzt.
Zum Beispiel beträgt der Reflexionsfaktor bei einer Wellenlänge von 628 Nanometer auf Silizium, von dem eine Oberfläche spiegelpoliert ist, ca. 36%, und der Reflexionsfaktor beträgt ca. 15%, wenn ein monokristallines Siliziumsubstrat mit einer Oberfläche (100) nassgeätzt ist. Andererseits beträgt der Reflexionsfaktor ca. 27% bis 30%, wenn eine Oberfläche eines polykristallinen Siliziumsubstrats nassgeätzt ist.
Als ein Verfahren zum Ausbilden eines Strukturgefüges auf der gesamten Oberfläche eines Substrats, ohne von einer Kristalloberflächenorientierung abhängig zu sein, wurde zum Beispiel das folgende Verfahren vorgeschlagen. Und zwar wird eine Schutzmaske mit Öffnungen auf einer Oberfläche eines polykristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet, indem ein Harz auf die Oberfläche aufgetragen wird. Gräben bzw. konkave Vertiefungen werden auf einer Substratoberfläche ausgebildet, indem eine maschinelle Luftstrahlbearbeitung an der Substratoberfläche durch die Öffnungen hindurch erfolgt und die Luftstrahlbearbeitung kontinuierlich durchgeführt wird, um die Schutzmaske zu entfernen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2002-43601

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Nach dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren erfolgt jedoch die Luftstrahlbearbeitung nur durch die Öffnungen der Schutzmaske hindurch. Deshalb behält ein Bereich, auf den die Schutzmaske aufgetragen ist, die anfängliche Substrat-Oberflächenform, d. h. eine flache Form bei. In diesem Fall wird keine Wirkung des Lichteingrenzens bei Licht, das auf diese flache Oberfläche einfällt, erreicht, und somit kann keine zufriedenstellende Lichtreflexionsunterdrückungswirkung erzielt werden.
Ferner wird nach dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren eine Harzschicht durch Aufdrucken o dgl. als Schutzmaske ausgebildet. Deshalb kann kein feines Muster von ca. 10 Mikrometer auf der Substratoberfläche ausgebildet werden. Selbst wenn ein Schutzmaskenmuster fein ausgebildet werden kann, erfolgt nach dem herkömmlichen Verfahren eine Luftstrahlbearbeitung, indem Abrasionsmittel mit einem Durchmesser von ca. 10 Mikrometer zum Strahlen verwendet werden, um eine Struktur des Substrats auszubilden. Deshalb besteht insofern ein Problem, als kein feines unebenes Muster von ca. 10 Mikrometer auf der Substratoberfläche ausgebildet werden kann. Weil darüber hinaus nach dem herkömmlichen Verfahren eine Strahlbearbeitung verwendet wird, um eine Struktur des Substrats auszubilden, tritt ein Problem einer Beschädigung wie etwa ein Mikroriss, der durch einen Aufprall von Abrasionsmitteln entsteht, auf der Substratoberfläche auf.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme bewerkstelligt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat zu erhalten, das in der Lage ist, eine feine Aufrauung einer Substratoberfläche gleichmäßig durchzuführen, dabei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechtzuerhalten, und ein Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung zu erhalten.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Um die Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der vorliegenden Erfindung: einen ersten Prozess des Ausbildens einer Schutzschicht auf einer Oberfläche eines Substrats; einen zweiten Prozess des Ausbildens von Öffnungen in der Schutzschicht, indem eine Strahlbearbeitung an der Schutzschicht erfolgt; einen dritten Prozess des Ätzens der Oberfläche des Substrats, auf der die Schutzschicht ausgebildet ist, indem die Schutzschicht, in der die Öffnungen ausgebildet sind, unter einer Bedingung, dass die Schutzschicht über Widerstandsfähigkeit verfügt, als Maske verwendet wird; und einen vierten Prozess des Entfernens der Schutzschicht.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung kann eine Feinaufrauung einer Substratoberfläche gleichmäßig durchgeführt und dabei die Güte der Substratoberfläche aufrechterhalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines polykristallinen Siliziumsubstrats des p-Typs, von dem eine Oberfläche durch ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgeraut ist.
2-1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
2-2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
2-3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
2-4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
3 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Strahlbearbeitungsvorrichtung erläutert, die dazu verwendet wird, mehrere feine Öffnungen als feine Löcher in einer Ätzwiderstandsschicht in dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszubilden.
4-1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Unterschied bei den Formen von konkaven Strukturvertiefungen erläutert, die von einem Unterschied in den Verfahren zur Bearbeitung der Ätzwiderstandsschicht herrühren.
4-2 ist ein schematisches Schaubild, das einen Unterschied bei den Formen von konkaven Strukturvertiefungen erläutert, die von einem Unterschied in den Verfahren zur Bearbeitung der Ätzwiderstandsschicht herrühren.
4-3 ist ein schematisches Schaubild, das einen Unterschied bei den Formen von konkaven Strukturvertiefungen erläutert, die von einem Unterschied in den Verfahren zur Bearbeitung der Ätzwiderstandsschicht herrühren.
4-4 ist ein schematisches Schaubild, das einen Unterschied bei den Formen von konkaven Strukturvertiefungen erläutert, die von einem Unterschied in den Verfahren zur Bearbeitung der Ätzwiderstandsschicht herrühren.
5-1 stellt eine fotovoltaische Vorrichtung dar, die unter Verwendung eines Substrats nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
5-2 stellt eine fotovoltaische Vorrichtung dar, die unter Verwendung des Substrats nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
6-1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
6-2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
6-3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
6-4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
6-5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
6-6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Prozess eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
7 ist ein erläuterndes Schaubild der Strahlbearbeitung im Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und stellt ein Positionsverhältnis zwischen einer Vorwärtsbewegungsrichtung von Strahlabrasionsmitteln und einem Substrat dar.
8 ist ein erläuterndes Schaubild der Strahlbearbeitung im Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und stellt ein Positionsverhältnis zwischen einer Vorwärtsbewegungsrichtung von Strahlabrasionsmitteln und einem Substrat dar.
BEDEUTUNG VON BUCHSTABEN UND ZAHLEN
Bezugszeichenliste

1: polykristallines Siliziumsubstrat des P-Typs, dessen Oberfläche aufgeraut ist
1a: polykristallines Siliziumsubstrat des P-Typs
2: Ätzwiderstandsschicht
3: feine Öffnung
4, 4a, 4b, 4c: konkave Strukturvertiefung
5: Seitenätzteil
6: flaches Teil
11: Einspritzdüse für Abrasionsmittel
12: Behälter für Abrasionsmittel
13: Druckluftflasche
14: Strahlabrasionsmittel
15: senkrechte Linie
21: Halbleitersubstrat
21a: N-Schicht
22: reflexionsverhindernde Schicht
23: lichtempfangsoberflächenseitige Elektrode
23a: Gitterelektrode
23b: Buselektrode
24: rückseitige Elektrode
31: Flüssigmembran

BESTE ART(EN) ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat und ein Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beschreibungen beschränkt, und Änderungen können zweckentsprechend durchgeführt werden, ohne dabei vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus wird, obwohl ein Werkstoff eines Substrats und eine Verwendung eines aufgerauten Substrats nicht besonders eingeschränkt sind, eine Aufrauung eines polykristallinen Siliziumsubstrats nachstehend als Beispiel beschrieben. Nachstehend wird beschrieben, dass das Substrat zur Herstellung von Solarzellen aus polykristallinem Silizium verwendet wird. In den nachstehend erläuterten Zeichnungen können maßstäbliche Größen von Teilen in manchen Fällen von den tatsächlichen Größen abweichend dargestellt sein, um das Verständnis zu erleichtern, und dies trifft auch entsprechend auf die Verhältnisse zwischen den Zeichnungen zu.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht eines Substrats, von dem eine Oberfläche durch ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgeraut ist. Das Substrat ist ein polykristallines Siliziumsubstrat 1 des p-Typs (im Nachstehenden ”Substrat 1”) als ein Substrat für eine Solarzelle, bei der es sich um eine fotovoltaische Vorrichtung handelt. Konkave Strukturvertiefungen 4 mit einer im Wesentlichen halbkugeligen Form mit einem mittleren Abstand zwischen den Öffnungen von ca. 10 Nanometer sind im Wesentlichen gleichmäßig auf einer Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet.
Als Nächstes wird ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform zur Ausbildung des Substrats 1 erläutert. Das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform umfasst einen Prozess 1 des Ausbildens einer Schutzschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, einen Prozess 2 des Ausbildens von Öffnungen in der Schutzschicht, indem eine Strahlbearbeitung an der Schutzschicht erfolgt, einen Prozess 3 des Ätzens der Oberfläche des Substrats, auf der die Schutzschicht ausgebildet ist, indem die Schutzschicht, in der die Öffnungen ausgebildet sind, unter einer Bedingung, dass die Schutzschicht über Widerstandsfähigkeit verfügt, als Maske verwendet wird, und einen Prozess 4 des Entfernens der Schutzschicht.
Die 2-1 bis 2-4 sind Querschnittsansichten, die Prozesse des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform erläutern. Das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf diese Zeichnungen erläutert.
Als Erstes wird im Prozess 1 eine Schicht (im Nachstehenden ”Ätzwiderstandsschicht”) 2, die eine später noch zu beschreibende Widerstandsfähigkeit gegen Ätzen besitzt, als Schutzschicht auf einer Oberfläche auf einer Oberflächenseite eines polykristallinen Siliziumsubstrats 1a (im Nachstehenden ”Substrat 1a”) des p-Typs als Substrat ausgebildet, von dem eine Oberfläche einer Aufrauung unterzogen wird, wie in 2-1 gezeigt ist.
Bei dem Substrat 1a in der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um ein polykristallines Siliziumsubstrat, das am häufigsten für Verbrauchersolarzellen verwendet wird. Nachdem ein polykristalliner Siliziumblock mit einer Mehrdrahtsäge in Scheiben zerteilt wurde, wird eine beim Zerteilen entstandene Beschädigung durch Nassätzen unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung entfernt. Zum Beispiel beträgt eine Dicke des Substrats 1a nach dem Entfernen der Beschädigung 200 Mikrometer und eine Größe 15 cm². Die Größe des Substrats 1a ist nicht darauf beschränkt und kann zweckentsprechend verändert werden.
Bei der Ätzwiderstandsschicht 2 handelt es sich um eine Siliziumnitridschicht (im Nachstehenden ”SiN-Schicht”) mit einer Schichtdicke von 80 Mikrometer, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet wird. Obwohl in diesem Fall die SiN-Schicht als Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet wird, kann auch eine Siliziumoxidschicht (SiO₂, SiO), eine Siliziumoxynitridschiht (SiON), eine amorphe Siliziumschicht (a-Si), eine diamantartige Kohlenstoffschicht o. dgl. als Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet werden.
Die Schichtdicke der Ätzwiderstandsschicht 2 sollte vorzugsweise 10 bis 500 Nanometer betragen. Wenn die Schichtdicke der Ätzwiderstandsschicht 2 gleich oder größer als 10 Nanometer ist, fungiert die Ätzwiderstandsschicht 2 selbst dann sicher als Ätzwiderstandsschicht, wenn sie beim Ätzen einer Oberfläche des Substrats 1a, auf dem die Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet ist, im anschließenden Prozess 3 etwas abgeschabt wird. Wenn die Schichtdicke der Ätzwiderstandsschicht 2 gleich oder kleiner als 500 Nanometer ist, kann die Feinlochbearbeitung an der Ätzwiderstandsschicht 2 im anschließenden Prozess 2 sicher durchgeführt werden.
Im Prozess 2 erfolgt eine Feinlochbearbeitung an der Ätzwiderstandsschicht wie in 2-2 gezeigt ist. Das heißt, es werden eine Vielzahl von feinen Öffnungen 3 durch Strahlbearbeitung in der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet. In diesem Fall werden Aluminiumabrasionsmittel als Abrasionsmittel in der Strahlbearbeitung verwendet. Die vorliegenden Erfinder haben verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um Abrasionsmittel zu erlangen, die sich am besten zum Ausbilden von Öffnungen in einer SiN-Schicht als Ätzwiderstandsschicht 2 eignen, ohne einen Riss im Substrat zu erzeugen. Als Ergebnis fanden die Erfinder heraus, dass sich Aluminiumabrasionsmittel am besten eignen. Jedoch sind Abrasionsmittel zur Strahlbearbeitung nicht auf diese Materialien beschränkt und es können auch andere Abrasionsmittel als Aluminiumabrasionsmittel verwendet werden, die in der Lage sind, feine Öffnungen 3 in der Ätzwiderstandsschicht 2 auszubilden.
3 ist ein schematisches Schaubild, das ein Beispiel einer Vorrichtung (im Nachstehenden ”Strahlbearbeitungsvorrichtung”) erläutert, die im Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform zum Ausbilden einer Vielzahl von feinen Öffnungen 3 als feine Löcher in der Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet wird. Die in 3 gezeigte Strahlbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Einspritzdüse 11 für Abrasionsmittel, einen Behälter 12 für Abrasionsmittel und eine Druckluftflasche 13. Die Strahlbearbeitungsvorrichtung spritzt Strahlabrasionsmittel 14, die aus dem Behälter 12 für Abrasionsmittel zugeführt werden, mit Druckluft, die aus der Druckluftflasche 13 zugeführt wird, aus der Einspritzdüse 11 für Abrasionsmittel aus und bewirkt, dass die ausgespritzten Strahlabrasionsmittel 14 gegen eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Objekts prallen, wodurch die Oberfläche abgetragen wird.
Obwohl in 3 nicht gezeigt, kann bewirkt werden, dass die Strahlabrasionsmittel 14 auf die gesamte Oberfläche innerhalb der Substratoberfläche einwirken, indem das Substrat 1a parallel in einer in der Ebene des Substrats 1a verlaufenden Richtung bewegt wird, und zwar in einem Zustand, in dem die Strahlabrasionsmittel 14 aus der Einspritzdüse 11 für Abrasionsmittel ausgespritzt werden. Entsprechend können die feinen Öffnungen 3 in der Ätzwiderstandsschicht 2 durch gleichmäßiges Abtragen der gesamten Oberfläche der Substratoberfläche ausgebildet werden.
Im Prozess 3 erfolgt ein Ätzvorgang an einer Oberfläche des Substrats 1a, auf der die Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet ist, indem die Ätzwiderstandsschicht 2 als Maske verwendet wird, an der eine Feinlochbearbeitung durchgeführt wird, wodurch die wie in 2-3 gezeigten konkaven Strukturvertiefungen 4 ausgebildet werden. Zum Ätzen wird zum Beispiel ein Nassätzvorgang unter Verwendung einer Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure durchgeführt. Das Mischungsverhältnis von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Wasser beim Herstellen der Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure ist in dieser Reihenfolge 1:20:10. Das Mischungsverhältnis einer Ätzflüssigkeit kann unter Berücksichtigung des Ätzverhältnisses und der Ätzform zweckdienlich auf ein angemessenes Mischungsverhältnis abgeändert werden. Für den Ätzvorgang kann außer dem Nassätzen auch ein Trockenätzen wie etwa Plasmaätzen eingesetzt werden.
Die 4-1 bis 4-4 sind schematische Schaubilder, die einen Unterschied bei den Formen der konkaven Strukturvertiefungen 4 erläutern, die von einem Unterschied in den Verfahren zur Bearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 herrühren. Wenn die konkaven Strukturvertiefungen 4 durch Ätzen unter Verwendung einer Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure als Ätzflüssigkeit ausgebildet werden, haben die konkaven Strukturvertiefungen 4a eine im Wesentlichen halbkugelige Form, wie in 4-1 gezeigt ist, weil der Ätzvorgang, ungeachtet der Kristalloberflächenausrichtung von Silizium, im Wesentlichen isotrop vor sich geht
Das heißt, auf einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 wird auch ein Seitenätzteil 5 erzeugt, und ein flacher Bereich einer Oberfläche des Substrats 1a kann verkleinert werden. Eine ähnliche Form kann auch durch Trockenätzen erzielt werden. Die konkaven Strukturvertiefungen 4a mit einer im Wesentlichen halbkugeligen Form können durch Ätzen unter einer Bedingung erzielt werden, die in der Lage ist, isotropes Ätzen zu bewerkstelligen, das heißt, unter einer Bedingung eines Plasmaätzvorgangs oder eines relativ hohen Gasdrucks bei reaktivem Ionenätzen, oder durch plasmafreies Gasätzen.
Wenn die konkaven Strukturvertiefungen 4 durch Ätzen unter Verwendung einer alkalischen Lösung als Ätzlösung ausgebildet werden, differieren die Formen der konkaven Strukturvertiefungen 4 je nach einer Kristalloberflächenorientierung. Zum Beispiel sind konkave Strukturvertiefungen 4b mit einer im Wesentlichen viereckigen Pyramidenform, wie in 4-2 gezeigt ist, auf der Oberfläche des Substrats 1a gebildet, auf dem beispielsweise eine Oberfläche <100> freigelegt wird. Allerdings wird der Ätzfortschritt sehr langsam, wenn eine Oberfläche <111> während des Ätzfortschritts freigelegt wird. Als Ergebnis schreitet ein Seitenätzvorgang an einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 nicht ausreichend voran, flache Teile 6 verbleiben auf der Oberfläche des Substrats 1a, und dies wird später eine Ursache für das Blockieren der Reflexionsunterdrückung. Im Gegensatz dazu schreitet ein Ätzvorgang auf der Oberfläche des Substrats 1a, auf dem eine Oberfläche <111> freigelegt wird, kaum voran, und die konkaven Strukturvertiefungen 4 werden nicht ausgebildet, wie in 4-3 gezeigt ist.
Wenn die konkaven Strukturvertiefungen 4 durch Anwenden einer Strahlbearbeitung anstatt eines Ätzvorgangs ausgebildet werden, entstehen konkave Strukturvertiefungen 4c nur unmittelbar unter den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2, wie in 4-4 gezeigt ist. Dies tritt deswegen auf, weil bei der Strahlbearbeitung das Substrat 1a abgetragen wird, indem Abrasionsmittel mit einer Eigenschaft, sich geradeaus vorwärts zu bewegen, verwendet werden. In diesem Fall schreitet ein Seitenätzvorgang an einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 nicht voran. Deshalb verbleibt ein flacher Teil der Oberfläche des Substrats 1a in im Wesentlichen dem ganzen Bereich eines von der Ätzwiderstandsschicht 2 abgedeckten Teils, und dies wird eine Ursache für das Blockieren der Reflexionsunterdrückung.
Eine Bestimmung von Bedingungen der Strahlbearbeitung im Prozess 2 wird nun erläutert. Es ist notwendig, den Luftdruck, die Luftstrommenge, den Abstand zwischen einer Düse und einem Substrat und die Überstreichgeschwindigkeit als Strahlbearbeitungsbedingungen einzustellen. In der ersten Ausführungsform werden die Bedingungen derart eingestellt, dass der Durchmesser der Löcher (der feinen Öffnungen 3), die in der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet werden, 2 Mikrometer und ein mittlerer Abstand zwischen den Löchern 10 Mikrometer beträgt.
Wenn der Durchmesser der feinen Öffnungen 3 in der Ätzwiderstandsschicht 2 groß ist, wird ein Seitenverhältnis der konkaven Strukturvertiefungen 4, die im Prozess 3 ausgebildet werden, bei dem es sich um ein Verhältnis der Tiefe der konkaven Strukturvertiefungen 4 zu einem Eintrittsdurchmesser der konkaven Strukturvertiefungen 4 handelt, klein. Dies wird zu einer Ursache für das Blockieren der Reflexionsunterdrückung. Andererseits bestimmt ein Abstand zwischen den Öffnungen einen Abstand der durch Ätzen erhaltenen konkaven Strukturvertiefungen 4. Wenn ein Abstand der konkaven Strukturvertiefungen 4 groß ist, braucht es eine lange Zeit, um einen flachen Teil auf der Oberfläche des Substrats 1 zu beseitigen, und auch die Tiefe der konkaven Strukturvertiefungen 4 nimmt zu. Dies wird später zu einer Ursache für eine Leitungsunterbrechung beim Ausbilden von Elektroden zur Herstellung einer fotovoltaischen Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1, und deshalb ist es notwendig, einen angemessenen Abstand einzustellen.
Bei den vorstehenden Größen handelt es sich nur um Beispiele, und das Ziel der vorliegenden Erfindung kann auch mit anderen als diesen Größen erreicht werden.
Im Prozess 4 werden die konkaven Strukturvertiefungen 4 freigelegt, indem die Ätzwiderstandsschicht 2 entfernt wird. Um die Ätzwiderstandsschicht 2 zu entfernen, kann zum Beispiel eine wässrige Fluorwasserstoffsäurelösung verwendet werden. Entsprechend kann ein Strukturgefüge mit zum Beispiel einem feinen Muster von ca. 10 Mikrometer auf der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet werden, wie in 1-4 gezeigt ist.
Die 5-1 und 5-2 stellen eine fotovoltaische Vorrichtung dar, die unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Substrats 1 hergestellt wurde. 5-1 ist eine Querschnittsansicht der fotovoltaischen Vorrichtung, und 5-2 ist eine Draufsicht der fotovoltaischen Vorrichtung. Die in den 5-1 und 5-2 gezeigte fotovoltaische Vorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat 21 des P-Typs als Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mit einer N-Schicht 21a als Störstellendiffusionsschicht, in welcher ein Störstellenelement eines zweiten Leitungstyps diffundiert ist, auf einer Substratoberflächenschicht; eine reflexionsverhindernde Schicht 22, die auf einer Oberfläche (Vorderseite) an einer Lichtempfangsoberflächenseite des Halbleitersubstrats 21 ausgebildet ist; eine lichtempfangsoberflächenseitige Elektrode 23, die auf der Oberfläche (Vorderseite) an der Lichtempfangsoberflächenseite des Halbleitersubstrats 21 ausgebildet ist; und eine rückseitige Elektrode 24, die auf einer Oberfläche (Rückseite) auf der entgegengesetzten Seite der Lichtempfangsoberfläche des Halbleitersubstrats 21 ausgebildet ist. Alternativ kann die fotovoltaische Vorrichtung auch so aufgebaut sein, dass sie ein Halbleitersubstrat des N-Typs umfasst, auf dem eine P-Schicht vorgesehen ist.
Die lichtempfangsoberflächenseitige Elektrode 23 umfasst Gitterelektroden 23a und Buselektroden 23b der fotovoltaischen Vorrichtung. In 5-1 ist ein zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden 23a senkrechter Querschnitt gezeigt. Auf dem Halbleitersubstrat 21 ist eine 15 cm² große fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1 aufgebaut, bei der ein Strukturgefüge auf der Substratoberfläche unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Oberflächenaufrauungsverfahren ausgebildet ist.
Als Nächstes wird ein Prozess zur Herstellung der in den 5-1 und 5-2 gezeigten fotovoltaischen Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1 erläutert. Der hier erläuterte Prozess ist ähnlich einem allgemeinen Herstellungsprozess einer allgemeinen fotovoltaischen Vorrichtung, bei dem ein allgemeines polykristallines Siliziumsubstrat verwendet wird, und ist deshalb in den Zeichnungen nicht speziell gezeigt.
Das Substrat 1, an dem der Prozess 4 abschließend erfolgt, wird in einen Thermooxidationsofen eingelegt und im Beisein von Phosphoroxychlorid-Dampf (POCl₃-Dampf) erwärmt, wodurch sich Phosphorglas auf der Oberfläche des Substrats 1 bildet. Mit dieser Anordnung wird Phosphor in das Substrat 1 diffundiert und es bildet sich die N-Schicht 21a auf einer Oberflächenschicht des Substrats 1. Eine Diffusionstemperatur ist zum Beispiel auf 840°C eingestellt.
Eine Phosphorglasschicht auf dem Substrat 1 wird in einer Fluorwasserstoffsäurelösung entfernt. Eine SiN-Schicht wird für die reflexionsverhindernde Schicht 22 durch das Plasma-CVD-Verfahren auf der N-Schicht 21 unter Ausschluss eines Ausbildungsbereichs ausgebildet, in dem die lichtempfangsoberflächenseitige Elektrode 23 ausgebildet werden soll. Die Schichtdicke und der Brechungsindex der reflexionsverhindernden Schicht werden auf Werte eingestellt, die eine Lichtreflexion am meisten unterdrücken. Zwei oder mehr Schichten mit unterschiedlichen Brechzahlen können gestapelt werden. Die reflexionsverhindernde Schicht 22 kann auch durch ein anderes Schichtbildungsverfahren wie etwa ein Sputter-Verfahren ausgebildet werden.
Eine mit Silber gemischte Paste wird durch Siebdruck kammförmig auf eine Lichtempfangsoberseite des Substrats 1 aufgedruckt, und eine mit Aluminium gemischte Paste wird durch Siebdruck auf die gesamte Rückseite des Substrats 1 aufgedruckt. Danach wird die Lichtempfangsoberfläche des Substrats 1 gesintert, um die lichtempfangsoberflächenseitige Elektrode 23 und die rückseitige Elektrode 24 auszubilden. Das Sintern erfolgt zum Beispiel bei 760°C in einer Umgebungsatmosphäre. Die in den 5-1 und 5-2 gezeigte fotovoltaische Vorrichtung wird wie vorstehend beschrieben hergestellt.
Ein Ergebnis einer Leistungsbewertung der im vorstehenden Prozess hergestellten fotovoltaischen Vorrichtung wird nun erläutert. Bei der Herstellung der fotovoltaischen Vorrichtung wird eine Lichtreflexionscharakteristik des Substrats 1 nach dem Aufrauen des Substrats 1 mit einem Spektrofotometer bewertet. Der Reflexionsfaktor, wenn die Wellenlänge 628 Nanometer beträgt, ist in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

Substrat nach der ersten Ausführungsform Vergleichsbeispiel

Reflexionsfaktor bei einer Wellenlänge von 628 nm 22% 30%
Als Vergleichsbeispiel wurde ein Substrat durch Ätzen eines polykristallinen Siliziumsubstrats mit einer alkalischen wässrigen Lösung hergestellt. Eine Lichtreflexionscharakteristik des Substrats des Vergleichsbeispiels wurde mit einem Spektrofotometer bewertet. Der Reflexionsfaktor, wenn die Wellenlänge 628 Nanometer beträgt, ist auch in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus der Tabelle 1 klar hervorgeht, kann, während der Reflexionsfaktor bei der Wellenlänge von 628 Nanometer bei dem Substrat des Vergleichsbeispiels 30% beträgt, der Reflexionsfaktor bei dem durch das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform aufgerauten Substrat 1 auf 22% gedrückt werden. Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, dass das durch das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform aufgeraute Substrat 1 eine zufriedenstellende Reflexionsunterdrückungswirkung hat.

Eine hergestellte fotovoltaische Vorrichtung wurde tatsächlich in Betrieb genommen und eine Stromerzeugungscharakteristik durch Messen bewertet. Eine Leerlaufspannung Voc (Vm), eine Kurzschlussstromdichte Jsc (mA/cm²), ein Füllfaktor FF und eine fotoelektrische Wandlerleistung (%) sind als Ergebnis der Bewertung in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]

	Fotovoltaische Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform	Vergleichsbeispiel
Leerlaufspannung Voc [mV]	621,3	621,0
Kurzschlussstromdichte Jsc [mA/cm²]	34,2	32,1
Füllfaktor FF	0,7712	0,7753
Fotoelektrische Wandlerleistung η [%]	16,4	15,5

Als Vergleichsbeispiel wurde eine 15 cm² große fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des Gegenstands des Vergleichsbeispiels hergestellt. Die fotovoltaische Vorrichtung des Vergleichsbeispiels wurde tatsächlich in Betrieb genommen und eine Stromerzeugungscharakteristik durch Messen bewertet. Eine Leerlaufspannung Voc (Vm), eine Kurzschlussstromdichte Jsc (mA/cm²), ein Füllfaktor FF und eine fotoelektrische Wandlerleistung (%) sind als Ergebnis der Bewertung auch in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus Tabelle 2 klar hervorgeht, nimmt im Vergleich zu den Werten der fotovoltaischen Vorrichtung nach dem Vergleichsbeispiel bei der fotovoltaischen Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform eine Kurzschlussstromdichte wesentlich zu und die fotoelektrische Wandlerleistung ist verbessert. Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, dass ein Oberflächenreflexionsverlust des Substrats 1 unterdrückt ist, eine Kurzschlussstromdichte wesentlich zunimmt und die fotoelektrische Wandlerleistung verbessert ist, wenn eine fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des durch das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform aufgerauten Substrats 1 hergestellt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der ersten Ausführungsform eine Strahlbearbeitung zur Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 eingesetzt. Deshalb kann die Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 bewerkstelligt werden, ohne eine kostspielige Vorrichtung wie etwa diejenige für Lithografie zu benötigen, und ohne einen redundanten Herstellungsprozess erforderlich zu machen. Darüber hinaus kann eine Feinaufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat wird in der ersten Ausführungsform kein Dickfilmprozess wie etwa ein Harzaufdruck zur Strukturierung der Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet. Deshalb kann eine Strukturierung erfolgen, indem eine Feinlochbearbeitung an der Ätzwiderstandsschicht 2 mit einem kleinen Abstand von ca. 10 Mikrometer vorgenommen wird. Entsprechend kann eine Feinaufrauung gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der ersten Ausführungsform ein nass- oder trockenchemischer isotroper Ätzvorgang zum Aufrauen des Substrats 1a eingesetzt wird, kann eine Feinaufrauungsbearbeitung ungeachtet des Abrasionsdurchmessers durchgeführt werden. Weil das Ätzen isotrop bis zu einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 vor sich geht, und weil eine sogenannte Seitenätzbearbeitung durchgeführt werden kann, verbleibt kein unnötiges, flaches Teil an einem unteren Teil der Ätzwiderstandsschicht 2. Deshalb kann eine Aufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil ein nass- oder trockenchemischer Ätzvorgang anstelle einer Strahlbearbeitung eingesetzt wird, um das Substrat 1a aufzurauen, kann eine Beschädigung des Substrats, wie etwa ein durch Strahlbearbeitung verursachter Mikroriss verhindert werden. Entsprechend kann eine Feinaufrauung an der Oberfläche des Substrats 1a ohne eine durch die Aufrauung verursachte Herabsetzung der Güte der Substratoberfläche durchgeführt werden.
Deshalb kann gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der ersten Ausführungsform eine Feinaufrauung gleichmäßig an einer Substratoberfläche durchgeführt, dabei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechterhalten und somit eine Aufrauung des Substrats mit einer bemerkenswerten Reflexionsunterdrückungswirkung vorgenommen werden.
Gemäß einem Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung wird in der ersten Ausführungsform eine fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1 hergestellt, von dem in der ersten Ausführungsform eine Oberfläche unter Verwendung des Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat aufgeraut wird.
Deshalb kann eine fotovoltaische Vorrichtung mit einer zufriedenstellenden fotoelektrischen Wandlerleistung hergestellt werden, während ein Oberflächenlichtreflexionsverlust an der Substratoberfläche auf einer Lichteinfallsseite wesentlich reduziert und die fotoelektrische Wandlerleistung verbessert wird. Deshalb ist es bei der Herstellung einer fotovoltaischen Vorrichtung mit einer der herkömmlichen fotoelektrischen Wandlerleistung äquivalenten fotoelektrischen Wandlerleistung möglich, die Größe eines Substrats, die Menge an Rohmaterial für das Substrat, und die Größe, das Gewicht und das Volumen der fotovoltaischen Vorrichtung zu reduzieren.
Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform werden eine Abwandlung des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat und das Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform erläutert. Bei den 6-1 bis 6-6 handelt es sich um Querschnittsansichten, die Prozesse eines Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform erläutern. Das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf diese Zeichnungen erläutert. Elemente, die gleich den in den 2-1 bis 2-4 gezeigten sind, sind mit denselben Bezugszahlen versehen und deren Erläuterungen werden weggelassen.
Ein Prozess 1 ist in der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Prozess 1 im Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform. Wie in 6-1 gezeigt ist, ist die Ätzwiderstandsschicht 2 als eine Schutzschicht auf der Oberfläche auf einer Oberflächenseite des Substrats 1a ausgebildet.
Als Nächstes wird in einem Prozess 1-2 eine Flüssigmembran 31 auf einer Oberfläche der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet, wie in 6-2 gezeigt ist. Hexanol (Siedepunkt 157°C) wird als Material mit hohem Siedepunkt als Werkstoff der Flüssigmembran verwendet. Ein Zweistoffsprühsystem wird für das Ausbildungsverfahren eingesetzt und eine Beschichtungsbedingung so eingestellt, dass eine Flüssigkeitsdicke auf der gesamten Ätzwiderstandsschicht 2 zum Beispiel 5 Mikrometer beträgt.
Die Bedeutung der Ausbildung einer Flüssigmembran 31 wird hier erläutert. Normalerweise umfassen Strahlabrasionsmittel viele scharfkantige Vorsprünge auf ihren Oberflächen. Wenn die Abrasionsmittel gegen die Ätzwiderstandsschicht 2 prallen, durchbrechen diese Vorsprünge die Ätzwiderstandsschicht 2, wodurch sich feine Öffnungen 3 in der Ätzwiderstandsschicht 2 bilden. Ist jedoch die Aufprallenergie der Abrasionsmittel zu stark, dringen die Vorsprünge in eine gewisse Tiefe des Substrats 1a unter die Ätzwiderstandsschicht 2 ein und die Abrasionsmittel können nicht von der Ätzwiderstandsschicht 2 entfernt werden.
Die vorliegenden Erfinder haben durch ihre Untersuchungen bestätigt, dass, wenn sich Abrasionsmittel an den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2 ansammeln, ohne entfernt zu werden, der Ätzvorgang des Substrats 1a nicht über die feinen Öffnungen 3 vonstatten geht. Deshalb wird in der zweiten Ausführungsform die Flüssigmembran 31 auf der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet, um ein Eintreten von Abrasionsmitteln in das Substrat 1a zu unterdrücken. Indem die Flüssigmembran 31 unmittelbar über der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet wird, kann die Geschwindigkeit von Abrasionsmitteln abgebremst werden, und die Abrasionsmittel können daran gehindert werden, sich an den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2 anzusammeln.
Nach Untersuchungen durch die vorliegenden Erfinder konnte als Ergebnis eines durchgeführten Versuchs, bei dem eine Flüssigkeitsdicke der Flüssigmembran 31 verändert wurde, kaum ein Abbremseffekt der Geschwindigkeit von Abrasionsmitteln erzielt werden, wenn die Schichtdicke der Flüssigmembran 31 gleich oder kleiner als 1 Mikrometer war. War andererseits jedoch die Schichtdicke der Flüssigmembran 31 gleich oder größer als 10 Mikrometer, wurden in die Flüssigmembran 31 eindringende Abrasionsmittel nicht aus der Flüssigmembran 31 entfernt. Aus diesen Gründen ist eine Flüssigkeitsdicke in der zweiten Ausführungsform auf 5 Mikrometer eingestellt. Im Übrigen kann der optimale Wert zweckentsprechend eingestellt werden, weil sich eine optimale Schichtdicke der Flüssigmembran 31 je nach der Viskosität eines Materials der Flüssigmembran 31 und der Oberflächenspannung verändert.
Obwohl Hexanol als Material mit einem hohen Siedepunkt als Werkstoff für die Flüssigmembran 31 verwendet wird, um eine Veränderung bei einer Flüssigkeitsdicke aufgrund von Verdunstung während eines Zeitraums bis zur Strahlbearbeitung als nächsten Prozess nach dem Beschichten zu minimieren, kann auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden. Die Flüssigmembran 31 kann auch während eines Zeitraums bis zur Strahlbearbeitung ausgebildet werden, indem eine Veränderung bei der Flüssigkeitsdickes aufgrund von Verdunstung vorab berücksichtigt wird.
Zusätzlich zum Zweistoffsprühsystem kann das Ausbildungsverfahren für die Flüssigmembran 31 auch aus einem Tintenstrahlsystem, Schleuderbeschichtungssystem, Tauchbeschichtungssystem, Walzenbeschichtungssystem und einem Ultraschalleinspritzsystem ausgewählt werden.
Als Nächstes wird in einem Prozess 2 eine Feinlochbearbeitung an der Flüssigmembran 31 und der Ätzwiderstandsschicht 2 durchgeführt, wie in 6-3 gezeigt ist. Das heißt, es werden eine Vielzahl von feinen Öffnungen 3 durch Strahlbearbeitung in der Flüssigmembran 31 und der Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet.
Als Nächstes wird in einem Prozess 2-2 die Flüssigmembran 31 entfernt, wie in 6-4 gezeigt ist. Weil in der Ausführungsform Hexanol für die Flüssigmembran 31 verwendet wird, kann die Flüssigmembran 31 getrocknet und entfernt werden, indem das Substrat 1a zum Beispiel 10 Minuten lang in einem Trockenofen bei 170°C erwärmt wird.
Als Nächstes ist ein Prozess 3 in der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Prozess 3 beim Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform. Eine Oberfläche des Substrats 1a, auf der die Ätzwiderstandsschicht 2 ausgebildet ist, wird geätzt, indem die feinlochbearbeitete Ätzwiderstandsschicht 2 als Maske verwendet wird, wodurch die wie in 6-5 gezeigten konkaven Strukturvertiefungen 4 ausgebildet werden Zum Ätzen erfolgt zum Beispiel ein Nassätzvorgang unter Verwendung einer Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure. Das Mischungsverhältnis von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Wasser ist in dieser Reihenfolge 1:20:10 bei der Herstellung der Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure.
Als Nächstes ist ein Prozess 4 in der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Prozess 4 beim Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform. Die konkaven Strukturvertiefungen 4 werden freigelegt, indem die Ätzwiderstandsschicht 2 entfernt wird. Um die Ätzwiderstandsschicht 2 zu entfernen, kann zum Beispiel eine wässrige Fluorwasserstoffsäurelösung verwendet werden. Entsprechend kann ein Strukturgefüge mit einem feinen Muster von z. B. ca. 10 Mikrometer auf der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet werden, wie in 6-6 gezeigt ist.
Durch ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der zweiten Ausführungsform kann eine fotovoltaische Vorrichtung mit einer zufriedenstellenden fotoelektrischen Wandlerleistung auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt werden, indem das Substrat 1 verwendet wird, dessen Oberfläche aufgeraut ist. Erläuterungen eines detaillierten Verfahrens dafür werden weggelassen, weil dazu auf die erste Ausführungsform Bezug genommen werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der zweiten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform eine Strahlbearbeitung für die Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 eingesetzt. Deshalb kann die Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 bewerkstelligt werden, ohne eine kostspielige Vorrichtung wie etwa diejenige für Lithografie zu benötigen, und ohne einen redundanten Herstellungsprozess erforderlich zu machen. Darüber hinaus kann eine Feinaufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat wird in der zweiten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform kein Dickfilmprozess wie etwa ein Harzaufdruck zur Strukturierung der Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet. Deshalb kann eine Strukturierung erfolgen, indem eine Feinlochbearbeitung an der Ätzwiderstandsschicht 2 mit einem kleinen Abstand von ca. 10 Mikrometer vorgenommen wird. Entsprechend kann eine Feinaufrauung gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der zweiten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform ein nass- oder trockenchemischer isotroper Ätzvorgang zum Aufrauen des Substrats 1a eingesetzt wird, kann eine Feinaufrauungsbearbeitung ungeachtet des Abrasionsdurchmessers durchgeführt werden. Weil das Ätzen isotrop bis zu einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 vor sich geht, kann eine sogenannte Seitenätzbearbeitung durchgeführt werden. Deshalb verbleibt kein unnötiges, flaches Teil unter der Ätzwiderstandsschicht 2. Dadurch kann eine Aufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil ein nass- oder trockenchemischer Ätzvorgang anstelle einer Strahlbearbeitung eingesetzt wird, um das Substrat 1a aufzurauen, kann eine Beschädigung des Substrats, wie etwa ein durch Strahlbearbeitung verursachter Mikroriss verhindert werden. Entsprechend kann eine Feinaufrauung an der Oberfläche des Substrats 1a ohne eine durch die Aufrauung verursachte Herabsetzung der Güte der Substratoberfläche durchgeführt werden.
Darüber hinaus wird gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der zweiten Ausführungsform eine Strahlbearbeitung durchgeführt, nachdem die Flüssigmembran 31 unmittelbar über der Ätzwiderstandsschicht ausgebildet wurde. Auf diese Weise kann ein Ätzfehler an der Substratoberfläche verhindert werden, der durch eine Ansammlung von Abrasionsmitteln auf dem Substrat 1a verursacht wird, und somit kann eine Feinaufrauung sicher an der Oberfläche des Substrats 1a vorgenommen werden.
Deshalb kann gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der zweiten Ausführungsform eine Feinaufrauung gleichmäßig an einer Substratoberfläche durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechterhalten bleibt. Somit kann eine Aufrauung des Substrats mit einer bemerkenswerten Reflexionsunterdrückungswirkung vorgenommen werden.
Gemäß einem Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung wird in der zweiten Ausführungsform eine fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1 hergestellt, von dem eine Oberfläche unter Verwendung des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat aufgeraut wird. Deshalb kann eine fotovoltaische Vorrichtung mit einer zufriedenstellenden fotoelektrischen Wandlerleistung hergestellt werden, während ein Oberflächenlichtreflexionsverlust an der Substrat oberfläche auf einer Lichteinfallsseite wesentlich reduziert und die fotoelektrische Wandlerleistung verbessert wird. Entsprechend ist es bei der Herstellung einer fotovoltaischen Vorrichtung mit einer der herkömmlichen fotoelektrischen Wandlerleistung äquivalenten fotoelektrischen Wandlerleistung möglich, die Größe eines Substrats, die Menge an Rohmaterial für das Substrat, und die Größe, das Gewicht und das Volumen der fotovoltaischen Vorrichtung zu reduzieren.
Dritte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform werden eine Abwandlung des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat und des Herstellungsverfahrens für eine fotovoltaische Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform erläutert. Ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat unterscheidet sich in der dritten Ausführungsform nur durch einen Prozess 2 vom Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der ersten Ausführungsform. Deshalb wird der Prozess 2 des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der dritten Ausführungsform nachstehend erläutert.
7 ist ein erläuterndes Schaubild einer Strahlbearbeitung im Prozess 2, der in der ersten Ausführungsform erläutert wurde, und stellt ein Positionsverhältnis zwischen einer Vorwärtsbewegungsrichtung D1 der Abrasionsmittel 14 und des Substrats 1a dar. Wie in 7 gezeigt ist, ist in dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Prozess 2 die Richtung D1 des Einblasens der Strahlabrasionsmittel 14 (die Vorwärtsbewegungsrichtung der Abrasionsmittel 14) eine zur Oberfläche des Substrats 1a, zu der die Strahlabrasionsmittel 14 eintreten, im Wesentlichen senkrechte Richtung (eine Richtung einer senkrechten Linie 15 zur Substratoberfläche). Wenn die Strahlabrasionsmittel 14 auf diese Weise im Wesentlichen senkrecht zur Oberfäche in die Oberfläche des Substrats 1a eintreten, und falls die Aufprallenergie zu stark ist, dringen Vorsprünge der Strahlabrasionsmittel 14 bis zu einer gewissen Tiefe des Substrats 1a unter die Ätzwiderstandsschicht 2 in dieses ein. In diesem Fall können die Strahlabrasionsmittel 14 von der Ätzwiderstandsschicht 2 nicht entfernt werden. Wenn sich die Strahlabrasionsmittel 14 an den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2 ansammeln, ohne entfernt zu werden, geht der Ätzvorgang des Substrats 1a nicht über die feinen Öffnungen 3 vonstatten, wie vorstehend beschrieben wurde.
Somit wird in der dritten Ausführungsform, um die Entfernung der Strahlabrasionsmittel 14 von der Ätzwiderstandsschicht 2 zu fördern, ein Winkel (ein Eintrittswinkel) α, der durch die Einblasrichtung D1 der Strahlabrasionsmittel 14 (die Vorwärtsbewegungsrichtung der Strahlabrasionsmittel 14) und der zur Oberfläche des Substrats 1a senkrechten Linie 15 gebildet wird, auf 30 Grad eingestellt, wie in 8 gezeigt ist. 8 ist ein erläuterndes Schaubild der Strahlbearbeitung im Prozess 2 des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat nach der dritten Ausführungsform und stellt ein Positionsverhältnis zwischen der Vorwärtsbewegungsrichtung D1 der Strahlabrasionsmittel 14 und dem Substrat 1a dar. Entsprechend besitzen die Strahlabrasionsmittel 14 sowohl eine Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des Eintretens in die Ätzwiderstandsschicht 2 als auch eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung des Gleitens auf der Oberfläche des Substrats 1a. Eine Beseitigung der Strahlabrasionsmittel 14 von der Ätzwiderstandsschicht 2 wird durch die letztgenannte Geschwindigkeitskomponente begünstigt, und die Strahlabrasionsmittel 14 können daran gehindert werden, sich an den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2 anzusammeln.
Die vorliegenden Erfinder ermittelten einen geeignetsten Eintrittswinkel α, bei dem die Strahlabrasionsmittel 14 daran gehindert werden können, sich an den feinen Öffnungen 3 der Ätzwiderstandsschicht 2 anzusammeln. Als Ergebnis wiederholter Untersuchungen bestand überhaupt keine Wirkung, die Strahlabrasionsmittel 14 daran zu hindern, sich anzusammeln, wenn der Eintrittswinkel α kleiner als 10 Grad war. Es bildeten sich keine feine Öffnungen 3 in der Ätzwiderstandsschicht 2, wenn der Eintrittswinkel α 60 Grad überschritt.
Aus diesen Gründen wird in dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der dritten Ausführungsform der Winkel (der Eintrittswinkel) α, der durch die Einblasrichtung D1 der Strahlabrasionsmittel 14 (die Vorwärtsbewegungsrichtung der Strahlabrasionsmittel 14) und der zur Oberfläche des Substrats 1a senkrechten Linie 15 gebildet wird, auf gleich oder größer als 10 Grad und gleich oder kleiner als 60 Grad eingestellt. Entsprechend kann ein durch eine Ansammlung von Abrasionsmitteln auf dem Substrat 1a verursachter Ätzfehler auf der Oberfläche des Substrats 1a im Prozess 3 verhindert werden.
Indem das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der dritten Ausführungsform angewendet wird, kann darüber hinaus eine fotovoltaische Vorrichtung mit zufriedenstellender fotoelektrischer Wandlerleistung auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt werden, indem das Substrat 1 verwendet wird, dessen Oberfläche aufgeraut ist. Erläuterungen eines detaillierten Verfahrens dafür werden weggelassen, weil dazu auf die erste Ausführungsform Bezug genommen werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der dritten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform eine Strahlbearbeitung für die Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 eingesetzt. Deshalb kann die Feinlochbearbeitung der Ätzwiderstandsschicht 2 bewerkstelligt werden, ohne eine kostspielige Vorrichtung wie etwa diejenige für Lithografie zu benötigen, und ohne einen redundanten Herstellungsprozess erforderlich zu machen. Darüber hinaus kann eine Feinaufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat wird in der dritten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform kein Dickfilmprozess wie etwa ein Harzaufdruck zur Strukturierung der Ätzwiderstandsschicht 2 verwendet. Deshalb kann eine Strukturierung erfolgen, indem eine Feinlochbearbeitung an der Ätzwiderstandsschicht 2 mit einem kleinen Abstand von ca. 10 Mikrometer vorgenommen wird. Entsprechend kann eine Feinaufrauung gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil darüber hinaus gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der dritten Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform ein nass- oder trockenchemischer isotroper Ätzvorgang zum Aufrauen des Substrats 1a eingesetzt wird, kann eine Feinaufrauungsbearbeitung ungeachtet des Abrasionsdurchmessers durchgeführt werden. Weil das Ätzen isotrop bis zu einer Unterseite der Ätzwiderstandsschicht 2 vor sich geht und eine sogenannte Seitenätzbearbeitung durchgeführt werden kann, verbleibt kein unnötiges, flaches Teil unter der Ätzwiderstandsschicht 2. Deshalb kann eine Aufrauung mühelos und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden.
Weil ein nass- oder trockenchemischer Ätzvorgang anstelle einer Strahlbearbeitung eingesetzt wird, um das Substrat 1a aufzurauen, kann eine Beschädigung des Substrats, wie etwa ein durch Strahlbearbeitung verursachter Mikroriss verhindert werden. Entsprechend kann eine Feinaufrauung an der Oberfläche des Substrats 1a ohne eine durch die Aufrauung verursachte Herabsetzung der Güte der Substratoberfläche durchgeführt werden.
Darüber hinaus wird der Winkel (der Eintrittswinkel) α, der durch die Einblasrichtung D1 der Strahlabrasionsmittel 14 (die Vorwärtsbewegungsrichtung der Strahlabrasionsmittel 14) und der zur Oberfläche des Substrats 1a senkrechten Linie 15 gebildet wird, auf gleich oder größer als 10 Grad und gleich oder kleiner als 60 Grad eingestellt. Entsprechend kann im Prozess 3 ein durch eine Ansammlung von Abrasionsmitteln auf dem Substrat 1a verursachter Ätzfehler auf der Oberfläche des Substrats 1a verhindert und somit eine Feinaufrauung sicher und gleichmäßig an der Oberfläche des Substrats 1a vorgenommen werden.
Deshalb kann gemäß dem Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat in der dritten Ausführungsform eine Feinaufrauung gleichmäßig und sicher an einer Substratoberfläche durchgeführt, dabei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechterhalten und eine Aufrauung des Substrats mit einer bemerkenswerten Reflexionsunterdrückungswirkung vorgenommen werden.
Gemäß einem Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung wird in der dritten Ausführungsform eine fotovoltaische Vorrichtung unter Verwendung des Substrats 1 hergestellt, dessen Oberfläche unter Verwendung des Oberflächenaufrauungsverfahrens für ein Substrat in der dritten Ausführungsform aufgeraut wird. Deshalb kann eine fotovoltaische Vorrichtung mit einer zufriedenstellenden fotoelektrischen Wandlerleistung hergestellt werden, während ein Oberflächenlichtreflexionsverlust an der Substratoberfläche auf einer Lichteinfallsseite wesentlich reduziert und die fotoelektrische Wandlerleistung verbessert wird. Deshalb ist es bei der Herstellung einer fotovoltaischen Vorrichtung mit einer der herkömmlichen fotoelektrischen Wandlerleistung äquivalenten fotoelektrischen Wandlerleistung möglich, die Größe eines Substrats, die Menge an Rohmaterial für das Substrat, und die Größe, das Gewicht und das Volumen der fotovoltaischen Vorrichtung zu reduzieren.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben, ist das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach der vorliegenden Erfindung für einen Fall nützlich, bei dem eine Feinaufrauung einer Substratoberfläche gleichmäßig durchgeführt und dabei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechterhalten wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Um ein Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Feinaufrauung einer Substratoberfläche durchzuführen und dabei gleichzeitig die Güte der Substratoberfläche aufrechtzuerhalten, umfasst das Verfahren einen ersten Prozess des Ausbildens einer Schutzschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, einen zweiten Prozess des Ausbildens von Öffnungen in der Schutzschicht, indem eine Strahlbearbeitung an der Schutzschicht erfolgt, einen dritten Prozess des Ätzens der Oberfläche des Substrats, auf der die Schutzschicht ausgebildet ist, indem die Schutzschicht, in der die Öffnungen ausgebildet sind, unter einer Bedingung, dass die Schutzschicht über Widerstandsfähigkeit verfügt, als Maske verwendet wird, und einen vierten Prozess des Entfernens der Schutzschicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-43601 [0006]

Claims

Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat, Folgendes umfassend: einen ersten Prozess des Ausbildens einer Schutzschicht auf einer Oberfläche eines Substrats; einen zweiten Prozess des Ausbildens von Öffnungen in der Schutzschicht, indem eine Strahlbearbeitung an der Schutzschicht erfolgt; einen dritten Prozess des Ätzens der Oberfläche des Substrats, auf der die Schutzschicht ausgebildet ist, indem die Schutzschicht, in der die Öffnungen ausgebildet sind, unter einer Bedingung, dass die Schutzschicht über Widerstandsfähigkeit verfügt, als Maske verwendet wird; und einen vierten Prozess des Entfernens der Schutzschicht.
Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Ätzvorgang um einen isotropen Ätzvorgang handelt.
Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach Anspruch 1, darüber hinaus Folgendes umfassend: einen Prozess des Ausbildens einer Flüssigmembran auf einer Oberfläche der Schutzschicht, wobei der Prozess zwischen dem ersten und dem zweiten Prozess erfolgt, wobei die Strahlbearbeitung im zweiten Prozess über die Flüssigmembran erfolgt; und einen Prozess des Entfernens der Flüssigmembran, wobei der Prozess zwischen dem zweiten Prozess und dem dritten Prozess erfolgt.
Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach Anspruch 1, wobei im zweiten Prozess ein Winkel, der durch eine zur Oberfläche des Substrats senkrechte Linie und eine Einblasrichtung von Abrasionsmitteln, die zur Strahlbearbeitung verwendet werden, gebildet wird, auf gleich oder größer als 10 Grad und gleich oder kleiner als 60 Grad eingestellt wird.
Herstellungsverfahren für eine fotovoltaische Vorrichtung, Folgendes umfassend: einen Oberflächenaufrauungsprozess des Aufrauens einer Oberflächenseite eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps durch das Oberflächenaufrauungsverfahren für ein Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4; einen Störstellendiffusionsschichtausbildungsprozess des Ausbildens einer Störstellendiffusionsschicht, indem ein Störstellenelement eines zweiten Leitungstyps auf einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats diffundiert wird; und einen Elektrodenausbildungsprozess des Ausbildens von Elektroden in einem Elektrodenausbildungsbereich auf einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und auf der anderen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats.