DE112012004047B4 - Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen, Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, sowie Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen, umfassend die Schritte:Schneiden eines polykristallinen Halbleiter-Ingots unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts um einen polykristallinen Halbleiter-Wafer zu erhalten,Ätzen wenigstens einer Oberfläche des polykristallinen Halbleiter-Wafers durch Inkontaktbringen der Oberfläche mit einer alkalischen Lösung, enthaltend N-haltige Alkalien als grundlegenden Bestandteil, sodass eine amorphe Schicht nicht vorliegt, und aufgrund des Schneidens mit dem gebundenen Schleifdraht verursachte Unebenheiten in der wenigstens einen Oberfläche verbleiben, undanschließendes Säuretexturieren der mindestens einen Oberfläche des polykristallinen Halbleiter-Wafers.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers für eine Solarzelle, ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls. Die vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers für eine Solarzelle unter Verwendung eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten wird, wobei der Wafer für die Herstellung einer Solarzelle mit hoher Umwandlungseffizienz verwendet werden kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen wird eine Solarzelle unter Verwendung eines Silizium-Wafers oder eines anderen Halbleiter-Wafers hergestellt. Um die Umwandlungseffizienz der Solarzelle zu verbessern, ist es notwendig, das Licht, das auf einer lichtaufnehmenden Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird, und das Licht, das durch die Solarzelle hindurchgeht, zu verringern. Zum Beispiel ist es bei der Herstellung einer kristallinen Solarzelle unter Verwendung des Silizium-Wafers zur Verbesserung der Umwandlungseffizienz wichtig, den Reflexionsverlust sichtbaren Lichts an der Silizium-Wafer-Oberfläche, die als lichtaufnehmende Oberfläche dient, zu verringern, wodurch das einfallende Licht innerhalb der Solarzelle wirksam eingefangen wird, da der Silizium-Wafer eine geringe Durchlässigkeit sichtbaren Lichts, die zur photoelektrischen Umwandlung beiträgt, aufweist.
  • Techniken zur Verringerung des Reflexionsverlusts einfallenden Lichts auf der Silizium-Wafer-Oberfläche umfassen eine Technik der Bildung eines Anti-Reflexionsfilms auf der Oberfläche und eine Technik der Bildung einer unebenen Struktur, wie zum Beispiel pyramidenförmige Unebenheiten in Mikrogröße, die texturierte Struktur genannt wird, an der Oberfläche. Im Hinblick auf die letztere Technik ist das Verfahren zur Bildung der texturierten Struktur in der Oberfläche für Einkristall-Silizium geeignet, und wird durch ein Verfahren des Ätzens der Einkristall-Silizium-(100)-Oberfläche mit alkalischer Lösung verkörpert. Dieses Verfahren setzt die Ätzgeschwindigkeit der (111)-Oberfläche, die geringer ist als diejenige der (100)-Oberfläche und der (110)-Oberfläche, wirksam ein. Als die letztgenannte Technik ist das isotrope Ätzen mit Säurelösung ebenfalls bekannt. Das Ätzen mit einer Säurelösung verwendet eine Säure, die Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, und verursacht dadurch eine Reaktion, in welcher die Oberfläche des Siliziums unter Bildung von SiO2 oxidiert wird, und anschließend das SiO2 mit Fluorwasserstoffsäure gelöst wird. Wird ein polykristalliner Silizium-Wafer mit einer Oberfläche mit nicht-einheitlicher Kristallorientierung mit einer alkalischen Lösung geätzt, so kann die texturierte Struktur lediglich auf Kristallkörnern, die eine (100)-Oberfläche aufweisen, die an der Wafer-Oberfläche exponiert ist, gebildet werden, und die texturierte Struktur kann auf anderen Kristallkörnern nicht wirksam gebildet werden. Demgemäß wird die unebene Struktur in dem polykristallinen Silizium-Wafer hauptsächlich durch Ätzen mit einer Säurelösung hergestellt. Im vorliegenden Zusammenhang wird die Behandlung des Ätzens einer Oberfläche eines polykristallinen Wafers mit einer Säurelösung, um den Reflexionsverlust zu verringern, im Folgenden als „Säuretexturieren“ bezeichnet.
  • Insbesondere im Hinblick darauf, dass ein ausreichender Füllfaktor lediglich durch Ätzen einer Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Substrats mit einer Säurelösung nicht erreicht werden kann, offenbart JP 2005-136081 A (PTL 1) ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellen-Wafers, einschließlich eines Schritts des Ätzens der Oberfläche des polykristallinen Silizium-Substrats mit einer alkalischen Lösung, wie z.B. NaOH, auf 7 µm oder mehr vor dem Säuretexturieren. Ein Silizium-Wafer weist eine Schneidbeschädigung auf dessen Oberfläche unmittelbar nach dem Schneiden aus einem Ingot auf. Das Ätzen mit einer alkalischen Lösung gemäß PTL 1 wird zu einem solchen Ausmaß ausgeführt, dass die Beschädigung aufgrund des Schneideprozesses entfernt werden kann. Insbesondere wird nach Entfernung der Beschädigung aufgrund des Schneidens durch Alkalibehandlung eine unebene Struktur durch Ätzen mit einer Säurelösung gebildet, wodurch Solarzellen unter Verwendung dieses Wafers als deren Substrat hergestellt werden.
  • Hierbei können die Verfahren zum Schneiden eines polykristallinen Halbleiter-Blocks zum Erhalt eines polykristallinen Halbleiter-Wafers grob in zwei Typen eingeteilt werden: Verfahren unter Verwendung freier Schleifkörner (freies Schleifschneiden), und Verfahren, die gebundene Schleifkörner (gebundenes Schleifschneiden) verwenden. Beim freien Schleifschneiden wird eine Aufschlämmung mit Schleifkörnern als Arbeitsflüssigkeit verwendet, und ein Draht bewegt sich, während die Aufschlämmung kontinuierlich dem Draht zugespeist wird. Der polykristalline Halbleiter-Block wird durch die Schleifwirkung der Aufschlämmung, die über den sich bewegenden Draht zum abzuschneidenden Bereich zugespeist wird, geschnitten. Jedoch besitzt das freie Schleifschneiden einige Probleme, wie zum Beispiel die niedrige Schneidegeschwindigkeit, da die Aufschlämmung als Arbeitsflüssigkeit verwendet wird. Daher hat in den letzten Jahren das gebundene Schleifschneiden zum Schneiden eines polykristallinen Halbleiter-Blocks unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts die Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Beim „gebundenen Schleifschneiden“ wird das Schneiden unter Verwendung eines Drahts, auf welchem Schleifkörner mit einem Harz oder mittels Galvanisieren fixiert sind (was „gebundener Schleifdraht“ genannt wird). Insbesondere wird unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts der polykristalline Halbleiter-Block durch die Schleifwirkung der Schleifkörner, die an der Oberfläche des Drahts befestigt sind, geschnitten. Demgemäß kann eine Arbeitsflüssigkeit (Kühlmittel), die frei von Schleifkörnern ist, verwendet werden, wodurch das durch die Aufschlämmung verursachte Problem des freien Schleifdrahts gelöst werden kann.
  • Die US 2008 / 0 001 243 A1 beschreibt einen kristallinen Siliziumwafer, der an seiner Oberfläche Unregelmäßigkeiten aufweist. Die Unregelmäßigkeiten umfassen erste Unregelmäßigkeiten und zweite Unregelmäßigkeiten, die kleiner sind als die ersten Unregelmäßigkeiten. Es werden auch eine kristalline Siliziumwafersolarzelle unter Verwendung des kristallinen Siliziumwafers, ein Verfahren zur Herstellung des kristallinen Siliziumwafers und ein Verfahren zur Herstellung der kristallinen Siliziumwafersolarzelle beschrieben.
  • Die EP 2 182 556 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit einer Textur auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats, mit dem eine Solarzelle mit hoher Leistung in einem einfachen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann. Das Solarzellenherstellungsverfahren umfasst einen ersten Prozess zum Ausbilden einer porösen Siliziumschicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch Eintauchen des Siliziumsubstrats in eine gemischte wässrige Lösung eines Oxidationsmittels, das ein Metallion und Flusssäure enthält, und einen zweiten Prozess zum Ausbilden eine Textur durch Ätzen der Oberfläche des Siliziumsubstrats nach dem Durchlaufen des ersten Prozesses durch Eintauchen des Siliziumsubstrats in eine gemischte Säure, die hauptsächlich Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure enthält. Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer Textur auf einer Oberfläche von ein Siliziumsubstrat umfasst das erste Ausbilden einschließlich des Ausbildens einer porösen Schicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch Eintauchen des Siliziumsubstrats in eine gemischte wässrige Lösung eines Oxidationsmittels, das Metallionen und Flusssäure enthält; und zweites Formen, einschließlich Bilden einer Textur durch Ätzen der Oberfläche des Siliziumsubstrats nach dem ersten Formen durch Eintauchen des Siliziumsubstrats in eine gemischte Säure, die hauptsächlich Flusssäure und Salpetersäure enthält.
  • LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
  • Patentliteratur
  • PTL1: JP 2005 - 136 081 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technische Aufgabe
  • Es ist jedoch offensichtlich geworden, dass Solarzellen, die aus einem polykristallinen Halbleiter-Wafer hergestellt sind, der durch die Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts geschnitten wird, eine niedrigere Umwandlungseffizienz aufweisen, als Solarzellen, die aus einem polykristallinen Halbleiter-Wafer durch freies Schleifschneiden geschnitten worden sind. Folglich werden polykristalline Halbleiter-Wafer, die unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts geschnitten sind, derzeit nicht als Wafer für Solarzellen verwendet. Demgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit hoher Umwandlungseffizienz aus einem polykristallinen Halbleiter-Wafer, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts geschnitten wird, erforderlich geworden.
  • Angesichts der obigen Schwierigkeiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen bereitzustellen, wobei der Wafer unter Verwendung eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahtes ausgeschnitten wird, hergestellt wird, und wobei der Wafer zur Herstellung einer Solarzelle mit hoher Umwandlungseffizienz verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und zur Herstellung eines Solarzellenmoduls, das das Verfahren zur Herstellung des Wafers umfasst, bereitzustellen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen, haben die Erfinder verschiedenartige Studien unternommen, wobei gefunden wurde, dass sofern die Oberfläche eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts geschnitten wird, sich in einem bestimmten Zustand befindet bevor sie einer Säuretexturierung unterworfen wird, eine zu bevorzugende unebene Struktur durch nachfolgendes Ausführen des Säuretexturierens gebildet werden kann. Folglich haben die Erfinder herausgefunden, dass der Reflexionsverlust von Licht auf der Wafer-Oberfläche wirksam verringert werden kann, und die Umwandlungseffizienz von Solarzellen unter Verwendung dieses Wafers verbessert werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung fertiggestellt wurde. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der obigen Erkenntnisse erlangt.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung zunächst die folgenden Komponenten:
    • (1) Das Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß Anspruch 1.
    • (2) Das Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß (1), wobei die alkalische Lösung Wasserstoffperoxid enthält.
    • (3) Das Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß (1) oder (2), wobei die alkalische Lösung ein Tensid enthält.
    • (4) Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, des Weiteren umfassend, zusätzlich zu den Schritten des Verfahrens zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß (1) bis (3), einen Schritt der Herstellung der Solarzelle aus dem Wafer für Solarzellen.
    • (5) Ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls, des Weiteren umfassend, zusätzlich zu den Schritten gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle gemäß (4), einen Schritt der Herstellung eines Solarzellenmoduls aus der Solarzelle.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wafer für Solarzellen mit einer Oberfläche, die frei von einer amorphen Schicht ist, aus einem polykristallinen Halbleiter-Wafer hergestellt, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten wird, wobei beim Wafer für Solarzellen Unebenheiten, die durch das Schneiden unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts verursacht werden, verbleiben; und eine unebene Struktur, die bezüglich Große und Verteilung einheitlich ist, auf der Wafer-Oberfläche durch nachfolgendes Säuretexturieren gebildet werden kann; und Solarellen mit hoher Umwandlungseffizienz können unter Verwendung dieses Wafers für Solarzellen hergestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1(a) bis 1(c) sind SEM-Aufnahmen, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Beispiel 8 erläutern, wobei (a) die Oberfläche des Wafers nach dem Ausschneiden aus polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts zeigt, (b) die Wafer-Oberfläche, die nachfolgendem Ätzen mit einer alkalischen Lösung, enthaltend 1,5% NH4OH und 1,5% H2O2 unterworfen wird, und (c) die Wafer-Oberfläche, die des Weiteren einem weiteren Säuretexturieren unterworfen wird, zeigt.
    • 2(a) und 2(b) sind SEM-Aufnahmen, die die Oberfläche eines poylkristallinen Silizium-Wafers gemäß Beispiel 12 erläutern, wobei (a) die Oberfläche des Wafers, erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, zeigt, wobei der Wafer mit einer alkalischen Lösung, enthaltend 2,0% KS-3050 und 0,1% KOH, geätzt wurde, und (b) die Wafer-Oberfläche, die dem nachfolgenden Säuretexturieren unterworfen wurde, zeigt.
    • 3(a) und 3(b) sind SEM-Aufnahmen, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Vergleichsbeispiel 9 zeigen, wobei (a) die Oberfläche des Wafers, erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, zeigt, wobei der Wafer mit einer alkalischen Lösung geätzt wird und (b) die Wafer-Oberfläche, die dem nachfolgenden Säuretexturieren unterworfen wurde, zeigt.
    • 4 ist eine SEM-Aufnahme, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Der Wafer wird erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, und wird dem Säuretexturieren ohne Ätzen mit alkalischer Lösung unterworfen.
    • 5 zeigt die Ergebnisse der Raman-Spektometrie an einer Oberfläche polykristalliner Silizium-Wafer, die nicht dem Säuretexturieren unterworfen worden sind. (a), (b) und (c) entsprechen Oberflächen der Wafer, die durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts erhalten wurden, und die dem Ätzen mit einer alkalischen Lösung gemäß Beispiel 7, Beispiel 8 bzw. Beispiel 12 unterworfen worden sind, und (d) entspricht einer Oberfläche des Wafers, erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts gemäß Vergleichsbeispiel 1.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten beschrieben. Zunächst ist der polykristalline Halbleiter-Wafer, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht im Besonderen beschränkt, und es kann ein gewöhnlicherweise in der Solarzellenherstellung verwendeter Wafer eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein polykristalliner Silizium-Wafer verwendet werden, der durch Schneiden eines polykristallinen Silizium-Ingots erhalten wird. Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Heranziehung eines Verfahren zur Herstellung eines Wafers für eine polykristalline Silizium-Solarzelle durch Ätzen eines polykristallinen Silizium-Wafers als einem Beispiel beschrieben.
  • Wafer für Solarzellen
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Wafer für Solarzellen aus einem polykristallinen Halbleiter-Wafer hergestellt, der unter Verwendung eines gebundenen Schleidrahts geschnitten wird, wobei der Wafer einem Säuretexturieren nicht unterworfen worden ist. Der Begriff „Wafer für Solarzellen“ bezeichnet hierbei einen polykristallinen Halbleiter-Wafer, bei dem wenigstens eine Oberfläche dem Ätzen zur Herstellung einer Solarzelle unterworfen wurde. Die eine Oberfläche wirkt als lichtaufnehmende Oberfläche der Solarzelle. Der Wafer für Solarzellen, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine amorphe Schicht nicht vorliegt, und durch Schneiden mit dem gebundenen Schleifdraht verursachte Unebenheiten in der einen Oberfläche verbleiben.
  • Die technische Bedeutung der Verwendung des charakteristischen Aufbaus der vorliegenden Erfindung, wie oben erörtert, wird im Folgenden bezüglich Durchführung und Wirkungen unter Heranziehung spezifischer Beispiele erläutert.
  • Gemäß den Studien der Erfinder war die Umwandlungseffizienz einer aus einem Wafer für Solarzellen, erhalten durch Ausführung bekannter Säuretexturierung an einem polykristallinen Wafer, hergestellt durch Schneiden mit einem gebundenen Schleifdraht, niedriger als diejenige einer Solarzelle, die aus einem Wafer für Solarzellen, erhalten durch Ausführen derselben Säuretexturierung an einem polykristallinen Silizium-Wafer, erhalten durch Schneiden mit freiem Schleifen, hergestellt wurde, wie erwartet. Die Oberfläche des ersteren Wafers, die der Säuretexturierung unterworfen worden war, wurde inspiziert, und es wurde gefunden, dass die auf den Wafer-Oberflächen gebildeten Unebenheiten bezüglich Größe und Verteilung nicht einheitlich waren, wie in 4 gezeigt.
  • 1(a) zeigt die Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers unmittelbar nach dem Schneiden mit einem gebundenen Schleifdraht. Wie in 1(a) gezeigt, werden die durch das Schneiden mit dem gebundenen Schleifdraht verursachten Unebenheiten in der Wafer-Oberfläche nicht einheitlich gebildet, und die durch das Schneiden verursachten Unebenheiten besitzen eine Orientierung ähnlich einem gestreiften Muster entlang der Bewegungsrichtung des Drahts (in der Zeichnung die Querrichtung). Gemäß den Studien der Erfinder wurde gefunden, dass eine amorphe Schicht in einem Bereich (glatte Fläche) mit vergleichsweise weniger und kleineren Unebenheiten, die durch das Schneiden verursacht werden, gebildet wurde. Die amorphe Schicht inhibiert den Fortschritt der Ätzreaktion des Säuretexturierens. Demgemäß werden, wenn die Oberfläche säuretexturiert ist, wie in 4 oben beschrieben, kaum Unebenheiten im glatten Gebiet gebildet, da es unwahrscheinlich ist, dass das Ätzen fortschreitet, wohingegen Unebenheiten in einem Gebiet ohne eine amorphe Schicht (ein Gebiet, in welchem vergleichsweise große Unebenheiten anscheinend gebildet werden) leicht gebildet werden, da es wahrscheinlich ist, dass das Ätzen fortschreitet. Dies wurde der Nicht-Einheitlichkeit der Unebenheiten bezüglich Größe und Verteilung zugeschrieben.
  • Angesichts des oben Gesagten haben die Erfinder in Betracht gezogen, die obige amorphe Schicht vor dem Säuretexturieren des polykristallinen Silizium-Wafers, der mit einem gebundenen Schleifdraht ausgeschnitten wurde, zu entfernen. In der oben angeführten PTL 1 wird, obgleich der Wafer nicht unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts geschnitten wird, das Säuretexturieren nach Entfernung der durch das Schneiden durch Ätzen auf eine Tiefe von 7 µm oder mehr mit alkalischer Lösung verursachten Unebenheiten ausgeführt. Demgemäß wurde dieses Verfahren auf einen polykristallinen Silizium-Wafer angewendet, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten wurde. Jedoch war die Oberfläche, die dem Säuretexturieren unterworfen worden war, von nicht einheitlicher unebener Struktur, und es wurde gefunden, dass die Umwandlungseffizienz der erhaltenen Solarzelle nicht merklich verbessert worden war.
  • Die Oberflächenbedingungen waren in diesem Fall wie folgt. Zunächst besaß die Oberfläche, von der die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten mit einer alkalischen Lösung entfernt worden waren, eine Form dergestalt, dass die Kristalloberflächen des polykristallinen Siliziums, wie in 3(a) gezeigt, exponiert waren. Insbesondere lagen Oberflächen einer Reihe von Kristallorientierungen unterhalb der Unebenheiten in dem polykristallinen Silizium-Wafer vor, die aufgrund des Schneidens mit einem gebundenen Schleifdraht verursacht worden waren. Als der Wafer zu einem solchen Ausmaß geätzt wurde, dass die Unebenheiten gemeinsam mit der amorphen Schicht entfernt worden waren, wurden die kristallinen Bereiche der Oberfläche ebenfalls geätzt, was zu einem nicht einheitlichen Oberflächenprofil führte, bei welchem eine Reihe von Kristalloberflächen in der Wafer-Oberfläche exponiert wurde. Zum Beispiel bilden Bereiche mit einer Kristallorientierung einer (100)-Oberfläche eine pyramidenförmige texturierte Struktur, während Bereiche einer (110)-Oberfläche tiefe Rillen mit (111)-Seitenoberflächen bilden; daher ist die unebene Struktur in der Wafer-Oberfläche nicht einheitlich. Wurde ein solcher Wafer für eine Solarzelle säuretexturiert, so wurde gefunden, dass das Profil der Waferoberfläche dergestalt war, dass die nicht einheitliche unebene Struktur nach der Alkalibehandlung belassen wurde, wie in 3(b) gezeigt. Wurden Elektroden auf der Oberfläche gebildet, so variierten die Zustände der Unebenheiten in der Oberfläche zwischen den Kristallkörnern, was zu unterschiedlichem elektrischen Widerstand führt. Daher haben die Erfinder gefolgert, dass die Solarzellen, die aus diesem Wafer hergestellt wurden, keine hohe Umwandlungseffizienz erreichen können.
  • Basierend auf den obigen Erkenntnissen haben die Erfinder folgendes abgeleitet. Vor dem Säuretexturieren können, anstelle des Entfernens der aufgrund des Schneidens mit einem gebundenen Schleifdraht zur Exponierung der Kristalloberflächen verursachten Unebenheiten, diejenigen Unebenheiten, die aufgrund des Schneidens unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts verursacht werden, eher absichtlich belassen werden, indem lediglich die amorphe Schicht, die auf der Oberfläche gebildet ist, entfernt wird. Somit kann eine einheitliche texturierte Struktur auf der Wafer-Oberfläche durch Säuretexturieren gebildet werden.
  • Der Wafer für Solarzellen besitzt wenigstens eine Oberfläche, die frei von einer amorphen Schicht ist, und Unebenheiten, die aufgrund von Schneiden mit einem gebundenen Schleifdraht verursacht werden, verbleiben auf der wenigstens einen Oberfläche. 1(a) bis 1(c) und 2(a) und 2(b) sind SEM-Aufnahmen, die jeweils eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers beschreiben. 1(a) zeigt eine Oberfläche eines Wafers unmittelbar nach dem Erhalt durch Schneiden von polykristallinem Silizum unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts. 1(b) und 2(a) zeigen jeweils eine Oberfläche eines Wafers für Solarzellen, bei der aufgrund von Schneiden unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts verursachte Unebenheiten durch ausschließliches Entfernen der amorphen Schicht verbleiben.
  • 1(c) und 2(b) zeigen jeweils eine Oberfläche eines Wafers für Solarzellen, unmittelbar nachdem dieser einem Säuretexturieren unterworfen worden ist, wobei im Vergleich zu 3(b) und 4 gefunden wurde, dass eine einheitlich unebene Struktur über die Wafer-Oberfläche hinweg gebildet wurde. Daher kann das Säuretexturieren des Wafers für Solarzellen Unebenheiten bilden, die bezüglich Größe und Verteilung über die gesamte Oberfläche hinweg einheitlich sind, und somit können Solarzellen mit hoher Umwandlungseffizienz hergestellt werden.
  • Ob eine amorphe Schicht vorliegt oder nicht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt bestimmt. Wird ein Schulter-Peak in einem Raman-Spektrumsbereich von 420 cm-1 bis 480 cm-1, gemessen mittels Raman-Spektroskopie, beobachtet, so wird festgestellt, dass eine amorphe Schicht vorliegt. Andererseits wird, sofern kein Schulter-Peak im Bereich von 420 cm-1 bis 480 cm-1 beobachtet wird, festgelegt, dass eine amorphe Schicht auf der Wafer-Oberfläche nicht vorliegt.
  • Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine alkalische Lösung, die N-(Stickstoff-)haltige Alkalien als Aufbauelement enthält, zu Kontakt mit wenigstens einer Oberfläche eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der mit einem gebundenen Schleifdraht ausgeschnitten worden ist, gebracht wird, sodass ein Ätzen auf den Zustand, bei welchem wenigstens eine Oberfläche keine amorphe Schicht aufweist, und Unebenheiten aufgrund des Schneidens unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts verbleiben.
  • Des Weiteren wird durch Hinzufügen eines Säuretexturierungsschritts zum obigen Verfahren ein Wafer für Solarzellen gebildet, der mit einer einheitlich unebenen Struktur, die in der Lage ist, den Reflexionsverlust zu unterdrücken, versehen ist.
  • Im Unterschied zur Technik der Entfernung von Schneidbeschädigungen, indem ein polykristalliner Silizium-Wafer einer alkalischen Behandlung unterworfen wird, um einen Wafer für Solarzellen zu erhalten, und eine unebene Struktur in dem Wafer für Solarzellen durch Säuretexturieren gebildet wird, basiert die vorliegende Erfindung auf der folgenden technischen Idee, die sich von dem herkömmlichen Verfahren signifikant unterscheidet: Ein Wafer für Solarzellen, von dem eine amorphe Schicht selektiv durch Ätzen mit einer bestimmten alkalischen Lösung entfernt wird, wird der Säuretexturierung unterworfen, und somit eine optimal unebene Struktur in der gesamten Wafer-Oberfläche durch Kombinieren der bestimmten alkalischen Behandlung und Säuretexturierung gebildet. Dies ermöglicht es, Solarzellen mit hoher Umwandlungseffizienz unter Verwendung eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten wird, herzustellen.
  • Gemäß den von den Erfindern unternommenen Studien wurde gefunden, dass obgleich die durch Ätzen mit einer Säurelösung in einem solchen Wafer, der unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten wird, gebildeten Unebenheiten leicht bezüglich Größe und Verteilung uneinheitlich wurden, die Unebenheiten bezüglich Größe und Verteilung durch selektives Ätzen der amorphen Schicht in der Wafer-Oberfläche mit einer alkalischen Lösung, die N-haltige Alkalien als grundlegenden Bestandteil enthalten, und durch nachfolgendes Ätzen mit einer Säurelösung einheitlich gemacht werden können.
  • Die amorphe Schicht wird mit der alkalischen Lösung, die N-haltige Alkalien als grundlegenden Bestandteilt enthält, entfernt. Die amorphe Schicht kann ebenfalls mit einer gegebenen alkalischen Lösung oder Säurelösung entfernt werden. Wird jedoch das Säureätzen ausgeführt, wobei die Unebenheiten aufgrund des Schneidens unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts im höchstmöglichen Ausmaß zurückbleiben, so wird ein Wafer für Solarzellen mit einer gewünschten Textur erhalten. Demgemäß ist eine Behandlung unter Verwendung der alkalischen Lösung, die N-haltige Alkalien als grundlegenden Bestandteil enthält, erforderlich, um die amorphe Schicht, die das Texturieren inhibiert, während die Unebenheiten, die aufgrund des Schneidens unter Verwendung aufgrund des gebundenen Schleifdrahts verursacht werden, in höchstmöglichem Ausmaß zurückbleiben.
  • Beispiele für N-haltige Alkalien umfassen Ammoniak, Hydrazin, Tetraalkylammoniumhydroxid und Amin. Bei Tetraalkylammoniumhydroxid enthält jede Alkylgruppe vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatome, und Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) wird insbesondere bevorzugt verwendet. Das Amin kann ein beliebiges primäres Amin, sekundäres Amin oder tertiäres Amin sein, wobei jede Kohlenwasserstoffgruppe vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatome enthält. Das Amin kann ein Alkanolamin sein, bei welchem wenigstens ein Wasserstoffatom in jeder Kohlenwasserstoffgruppe mit einer OH-Gruppe ersetzt ist. Als Amin kann zum Beispiel Methylamin, Dimethylamin oder Trimethylamin verwendet werden.
  • Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Ätzen zu einem solchen Ausmaß ausgeführt, dass die amorphe Schicht nicht zurückbleibt, und es verbleiben Unebenheiten, die aufgrund von Schneiden unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts verursacht werden; demgemäß wird es bevorzugt, eine alkalische Lösung zu verwenden, die Wasserstoffperoxid enthält, wodurch die Ätzgeschwindigkeit im Hinblick auf die Kontrolle der Ätztiefe verringert wird. Die alkalische Lösung kann Wasserstoffperoxid zum Beispiel zu 0,1 Massen-% bis 6,0 Massen-%, vorzugsweise 0,1 Massen-% bis 3,0 Massen-%, und stärker bevorzugt 1,5 Massen-% bis 3,0 Massen-% enthalten.
  • Um die Ätzgeschwindigkeit zu verringern, kann ein Tensid in der alkalischen Lösung enthalten sein. Das Tensid ist nicht in besonderer Weise beschränkt, solange nicht diese Komponente die Reaktivität des Ätzens mit der N-haltigen Alkalie stark verringert; jedoch ist das Tensid bevorzugt ein anionisches Tensid oder nicht-ionisches Tensid, und umfasst vorzugsweise ein Polymer mit einem Molekulargewicht von 1000 oder weniger. Darüber hinaus wird ein Aminoethanol-haltiges Tensid besonders bevorzugt.
  • Als alkalische Lösung, die ein Tensid enthält, kann zum Beispiel CLEANTHROUGH™ KS-3050, hergestellt von Kao Corporation (im Folgenden als „KS-3050“ bezeichnet) verwendet werden. KS-3050 enthält ein Tensid, das Aminoethanol enthält, und ist eine Lösung, die 2-Aminoethanol als Alkanolamin enthält. Wird KS-3050 als alkalische Lösung allein verwendet, so hängt das Ätzen von der Konzentration an KS-3050 und der Behandlungszeit ab. Die Konzentration liegt bevorzugt im Bereich von beispielsweise 0,1 Massen-% bis 10 Massen-%, stärker bevorzugt in dem Bereich von 1 Massen-% bis 5 Massen%, und noch stärker bevorzugt in dem Bereich von 2 Massen-% bis 3 Massen-%. Eine Konzentration von weniger als 0,1 Massen-% kann einen ausreichenden Ätzvorgang nicht sicherstellen, oder würde zu lange benötigen, wobei eine Konzentration, die 10 Massen-% übersteigt, den Kostenaufwand erhöht, und es unmöglich machen würde, das Tensid durch Abspülen in einem nachfolgenden Schritt vollständig zu entfernen. Um die Reaktionsgeschwindigkeit von KS-3050 zu erhöhen, kann KOH zu 1 Massen-% oder weniger zugegeben werden. Die zugegebene Menge beträgt vorzugsweise 1 Massen-% oder weniger, wobei eine höhere Menge den Effekt des bevorzugten Ätzens der amorphen Schicht eliminieren würde.
  • Die Behandlungszeit mit einer alkalischen Lösung, das heißt, die Zeit, während der die Wafer-Oberfläche in Kontakt mit der alkalischen Lösung steht, ist nicht in besonderer Weise beschränkt, solange die aufgrund von Schneiden mit einem gebundenen Schleifmittel verursachten Unebenheiten ohne eine amorphe Schicht verbleiben. Zum Beispiel beträgt die Behandlungszeit vorzugsweise 3 Minuten bis 30 Minuten, stärker bevorzugt 5 Minuten bis 20 Minuten, und noch stärker bevorzugt 5 Minuten bis 10 Minuten.
  • Des Weiteren ist die Konzentration der N-haltigen Alkalie in der alkalischen Lösung, die für das Ätzen verwendet wird, nicht in besonderer Weise beschränkt, solange der Ätzvorgang derart ausgeführt werden kann, dass die aufgrund von Schneiden unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts verursachten Unebenheiten ohne eine amorphe Schicht verbleiben. Zum Beispiel liegt die Konzentration vorzugsweise in dem Bereich von beispielsweise 0,1 Massen-% bis 3,0 Massen-%, stärker bevorzugt in dem Bereich von 1,0 Massen-% bis 2,5 Massen-%, und am stärksten bevorzugt in dem Bereich von 1,5 Massen-% bis 2,0 Massen-%.
  • Darüber hinaus ist die Behandlungstemperatur des Ätzens mit einer alkalischen Lösung nicht in besonderer Weise beschränkt, solange das Ätzen derart ausgeführt werden kann, dass die aufgrund von Schneiden mit einem gebundenen Schleifdraht verursachten Unebenheiten ohne eine amorphe Schicht verbleiben. Zum Beispiel beträgt die Behandlungstemperatur 30°C bis 50°C und vorzugsweise 35°C bis 45°C.
  • Bezüglich der zur Säuretexturierung verwendeten Säurelösung wird eine wässrige Lösung, die Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure enthält, vorzugsweise verwendet. Die Säurelösung kann vorzugsweise eine solche sein, in welcher zum Beispiel Fluorwasserstoffsäure in einer Konzentration von 50 Massen-% und Salpetersäure in einer Konzentration von 70 Massen-% sowie Wasser vermischt werden. Die Endkonzentrationen an Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure sind vorzugsweise 1 Massen-% bis 10 Massen-% bzw. 10 Massen-% bis 50 Massen-%, stärker bevorzugt 3 Massen% bis 6 Massen-% bzw. 20 Massen-% bis 40 Massen-%.
  • Beispiele für ein Verfahren zum Inkontaktbringen einer Behandlungslösung mit der Wafer-Oberfläche umfassen Dip-Coating und Spray-Coating. Alternativ kann ein Gießverfahren unter Auftropfen der Behandlungslösung auf eine Seite des Wafers, die als die lichtaufnehmende Oberfläche dient, verwendet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung wurde oben im Bezug auf die Ausführung und Wirkungen beschrieben. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Herstellungsverfahrens ist, dass die durch das Schneiden verursachten Defekte nicht notwendigerweise vollständig entfernt werden. Insbesondere ist die Maschinenbearbeitungstoleranz des Wafers wesentlich geringer als bei herkömmlichen Techniken, was zu verringertem Materialverlust führt; somit kann eine kostengünstige Solarzelle bereitgestellt werden.
  • Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zusätzlich zu den Schritten des Verfahrens der Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung, das vorangehend beschrieben worden ist, ein Verfahren der Herstellung einer Solarzelle unter Verwendung des Wafers für Solarzellen. Das Verfahren zur Herstellung der Zelle umfasst mindestens einen Schritt des Bildens eines p-n-Übergangs durch Dotierungsmitteldiffusionswärmebehandlung, und einen Schritt der Elektrodenbildung. Bei der Dotierungsmitteldiffusionswärmebehandlung wird Phosphor thermisch in ein Substrat vom p-Typ diffundiert.
  • Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass der Schritt der Bildung des p-n-Übergangs vor dem Ätzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann. Mit anderen Worten wird nach dem Schneiden das Ätzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung an dem Wafer in einem Zustand ausgeführt, in dem der p-n-Übergang durch die Dotierungsmitteldiffusionswärmebehandlung gebildet worden ist. Eine Solarzelle kann durch Herstellen der Elektroden auf dem Wafer für Solarzellen, der so erhalten wird, hergestellt werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Solarzelle mit verringertem Reflexionsverlust des einfallenden Lichts auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der Zelle und hoher Energieumwandlungseffizienz erhalten werden.
  • Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zusätzlich zu den Schritten des Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle, das oben beschrieben wurde, ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls unter Verwendung der Solarzelle. Das Verfahren zur Herstellung eines Moduls umfasst einen Schritt der Anordnung einer Mehrzahl von Solarzellen und Verdrahtungselektroden, einen Schritt des Anordnens der verdrahteten Solarzellen auf einem gesinterten Glassubstrat, und das Einschweißen derselben mit Harz und einer Schutzfolie, sowie einen Schritt des Zusammensetzens eines Aluminiumrahmens und des elektrischen Verbindens eines Kabelanschlusses mit der Schaltung.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, dass der Reflexionsverlust einfallenden Lichts auf die lichtaufnehmende Oberfläche der Solarzelle unterdrückt wird, und daher ein Solarzellenmodul mit hoher Energieumwandlungseffizienz erhalten wird.
  • Somit ist die vorliegende Erfindung unter Vorstellung von Beispielen typischer Ausführungsformen erläutert worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenartiger Weise innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung verändert werden.
  • BEISPIELE
  • Um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung weiter klarzustellen, werden die Vergleichsevaluierungen bezüglich Beispielen und Vergleichsbeispielen, die im Folgenden beschrieben sind, erörtert.
  • Herstellung der Probe
  • Beispiele
  • Zunächst wurden quadratische polykristalline Silizum-Wafer vom p-Typ mit 156 mm (Dicke: 0,2 mm) durch Schneiden unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts hergestellt. Die Wafer wurden in alkalische Lösungen gemäß Tabelle 1 unter den Temperatur- und Zeitbedingungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, eingetaucht. Die Wafer wurden anschließend mit Wasser gereinigt und in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet, wodurch Wafer für Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Danach wurde ein Ätzen unter Verwendung einer Säurelösung, die hergestellt wurde durch Vermischen von 50 Massen-% Fluorwasserstoffsäure, 70 Massen-% Salpetersäure und Wasser, in einem Verhältnis von 1:4:5 (Volumenverhältnis) bei Raumtemperatur für 3 Minuten ausgeführt, und die Wafer wurden anschließend getrocknet.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Zunächst wurden quadratische polykristalline Silizum-Wafer vom p-Typ mit 156 mm (Dicke: 0,2 mm) durch Schneiden unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts hergestellt. Ohne Durchführung eines Ätzvorgangs mit alkalischer Lösung wurde ein Ätzen unter Verwendung einer Säurelösung ausgeführt, hergestellt durch Vermischen von 50 Massen-% Fluorwasserstoffsäure, 70 Massen-% Salpetersäure und Wasser mit 1:4:5 (Volumenverhältnis), bei Raumtemperatur für 3 Minuten, und die Wafer wurden anschließend getrocknet. Somit wurden Wafer für Solarzellen gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Zunächst wurden quadratische polykristalline Silizium-Wafer vom p-Typ mit 156 mm (Dicke: 0,2 mm) durch Schneiden unter Verwendung eines freien Schleifdrahts hergestellt. Ohne Ausführung eines Ätzvorgangs mit alkalischer Lösung wurde Ätzen unter Verwendung einer Säurelösung, hergestellt durch Vermischen von 50 Massen-% Fluorwasserstoffsäure, 70 Massen% Salpetersäure und Wasser mit 1:4:5 (Volumenverhältnis) bei Raumtemperatur 3 Minuten ausgeführt, und die Wafer wurden anschließend getrocknet. Somit wurden Wafer für Solarzellen gemäß Vergleichsbeispiel 2 hergestellt.
  • Vergleichsbeispiele 3 bis 9
  • Wafer für Solarzellen gemäß Vergleichsbeispielen 3 bis 9 wurden in derselben Weise wie in den Beispielen hergestellt, mit der Ausnahme, dass die in Tabelle 1 gezeigten Lösungen als alkalische Lösungen verwendet wurden, und die Behandlungszeit mit den alkalischen Lösungen wie in Tabelle 1 gezeigt war.
  • Evaluierung 1: Evaluierung bezüglich Rückstand an amorpher Schicht
  • An der Oberfläche jedes polykristallinen Silizium-Wafers, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten worden waren, wurde Raman-Spektrometrie unter Verwendung eines Raman-Spektrometers (LabRAM HR-80, hergestellt von JOBIN YVON S.A.S.) vor der Säuretexturierung ausgeführt. 5 zeigt einen Teil der Messergebnisse. (a), (b) und (c) entsprechen den Oberflächen der Wafern, erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, die dem Ätzen mit alkalischer Lösung gemäß Beispiel 7, Beispiel 8 bzw. Beispiel 12 unterworfen wurden, und (d) entspricht der Oberfläche des Wafers, erhalten durch Schneiden polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts gemäß Beispiel 1. Wie oben beschrieben zeigt der Schulter-Peak im Bereich von 420 cm-1 bis 480 cm-1 an, dass eine amorphe Schicht verbleibt. Ein Schulter-Peak in diesem Bereich erscheint in 5(d), jedoch nicht in 5(a) bis (c). Dies zeigt, dass eine amorphe Schicht auf dem Wafer, der unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts ausgeschnitten worden war (Vergleichsbeispiel 1), vorlag, wohingegen keine amorphe Schicht auf den Wafern für Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung vorlag, die erhalten wurden durch Behandeln mit einer alkalischen Lösung.
  • Wie aus dem Vergleich zwischen 5(a) bis 5(c) und 5(d) deutlich wird, war das Verhalten des Spektrums im Bereich von 420 cm-1 bis 480 cm-1 in Abhängigkeit von dem Vorliegen der amorphen Schicht verschieden. Des Weiteren wurde dasselbe Spektralverhalten in den weiteren Beispielen gemäß 5(a) und 5(c) beobachtet, und daher wurde das Nicht-Vorliegen der amorphen Schicht bestätigt. Ebenso wurde in Vergleichsbeispielen 4, 6, 7 und 9 wurde selbstverständlich keine amorphe Schicht gefunden, da das Ätzen unter Verwendung von alkalischer Lösung derart ausgeführt worden war, dass die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten entfernt wurden. Andererseits erschien gemäß Vergleichsbeispielen 3, 5 und 8 dasselbe Spektralverhalten wie in 5(d); somit wurde gefunden, dass die Behandlung mit alkalischer Lösung zur vollständigen Entfernung der amorphen Schicht unzureichend war. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass gemäß Vergleichsbeispiel 2 von Anfang an keine amorphe Schicht vorlag, da das Schneiden unter Verwendung freier Schleifkörner ausgeführt wurde.
  • Evaluierung 2: Inspektion und Analyse der unebenen Struktur
  • Die Oberflächen der Wafer gemäß Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet. Typische Beispiele sind im Folgenden gezeigt.
  • 4 ist eine SEM-Aufnahme, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Vergleichsbeispiel 1 nach dem Säuretexturieren zeigt. Auf der Oberfläche des Wafers unmittelbar nach dem Ausschneiden des polykristallinen Silizium-Wafer unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts werden Unebenheiten, die aufgrund des Schneidens verursacht werden, so gebildet, dass sie eine Orientierung ähnlich eines gestreiften Musters entlang der Hin- und Herbewegungsrichtung des Drahts (in Links-/Recht-Richtung in der Zeichnung gemäß 4) besitzen. 4 zeigt, dass die Querstreifen nach dem Ätzen mit einer Säurelösung verbleiben. Insbesondere sind die Unebenheiten, welche die Streifen bilden, vergleichsweise groß und die kleineren Unebenheiten werden zwischen benachbarten Streifen gebildet; daher werden die bezüglich Größe und Verteilung nicht einheitlichen Unebenheiten in der Wafer-Oberfläche gebildet.
  • 1(a) bis 1(c) sind SEM-Aufnahmen, die die Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Beispiel 8 zeigen, wobei (a) die Oberfläche des Wafers nach dem Ausschneiden aus polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts zeigt, (b) die Wafer-Oberfläche, die dem nachfolgenden Ätzen mit einer alkalischen Lösung unterworfen wurde, zeigt, und (c) die Wafer-Oberfläche zeigt, die des Weiteren einem nachfolgenden Ätzen mit einer Säurelösung unterworfen worden ist. 2(a) und 2(b) sind SEM-Aufnahmen, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Beispiel 12 zeigen, wobei (a) die Oberfläche des Wafers zeigt, der erhalten wird durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, wobei der Wafer mit einer alkalischen Lösung geätzt wurde, und (c) zeigt die Wafer-Oberfläche, die nachfolgendem Ätzen mit einer Säurelösung unterworfen worden ist. 1(b) und 2(a) zeigen, dass die aufgrund des Schneidens mit dem gebundenen Schleifdraht verursachten Unebenheiten auf der Wafer-Oberfläche verbleiben, obgleich sie eher undeutlich sind, als unmittelbar nach dem Schneiden. Des Weiteren zeigen 1(c) und 2(b), dass das Ätzen mit einer Säurelösung Unebenheiten erzeugt, die bezüglich Größe und Verteilung einheitlicher sind als in 4 auf der Wafer-Oberfläche. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass gemäß anderen Beispielen die aufgrund des Schleifens mit dem gebundenen Schleifdraht verursachten Unebenheiten ebenfalls auf den Wafer-Oberflächen nach alkalischer Behandlung vor dem Säuretexturieren verblieben.
  • 3(a) und 3(b) sind SEM-Aufnahmen, die eine Oberfläche eines polykristallinen Silizium-Wafers gemäß Vergleichsbeispiel 9 zeigen, wobei (a) die Oberfläche des Wafers, erhalten durch Schneiden von polykristallinem Silizium unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, zeigt und (b) die Wafer-Oberfläche, die der nachfolgenden Säuretexturierung unterworfen worden ist, zeigt. Wie aus 3(a) deutlich wird, wurden die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten anscheinend in einem Schritt nach der alkalischen Behandlung und vor der Säuretexturierung entfernt, und eine Reihe von Kristalloberflächen wurde an der Wafer-Oberfläche exponiert. Bei Vergleich von 1(b) und 2(a) mit 3(a) wird deutlich, dass es nicht eindeutig aus den SEM-Aufnahmen bestimmt werden kann, ob die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten zurückblieben oder nicht. Ebenso wurden gemäß Vergleichsbeispielen 4, 6 und 7 die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten anscheinend, wie in Vergleichsbeispiel 9, entfernt. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass in Vergleichsbeispielen 3, 5 und 8 die alkalische Behandlung für die vollständige Entfernung der amorphen Schicht unzureichend war, sodass die aufgrund des Schneidens verursachten Unebenheiten zurückblieben. Gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurden Unebenheiten, die im Bezug auf Größe und Verteilung vergleichsweise einheitlich waren, in der Oberfläche nach dem Säuretexturieren gebildet, da das Schneiden durch freies Schleifschneiden ausgeführt wurde.
  • Auf Basis der obigen Ausführungen ist in Tabelle 1 im Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele zusammengefasst, ob eine amorphe Schicht auf der Oberfläche vor dem Säuretexturieren verblieb, und ob Unebenheiten, die aufgrund des Schneidens unter Verwendung des gebundenen Schleifdrahts verursacht wurden, auf der Oberfläche verblieben oder nicht.
  • Evaluierung 3: Messung der Umwandlungseffizienz
  • P-OCD (hergestellt von TOKYO OHKA KOGYO CO., LTD., Typ: P-110211) wurde mittels Spin-Coating auf den Wafer gemäß jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele aufgetragen. Anschließend wurde der Wafer einer Diffusionswärmebehandlung zur Bildung des p-n-Übergangs unterworfen, und das Phosphorglas auf der Oberfläche wurde mit Fluorwasserstoff entfernt. Danach wurde eine ITO-Folie als Anti-Reflexions-Film auf einer Phosphordiffusionsoberfläche der Wafer-Oberfläche durch Sputtern gebildet. Des Weiteren wurden die Elektroden auf den Vorder- und Rückseitenoberflächen des Wafers durch Auftragen von Ag-Paste für eine Ag-Elektrode auf der Oberfläche und Al-Paste für eine Al-Elektrode auf der Rückseitenoberfläche aufgetragen, und der Wärmebehandlung unterworfen, somit wurde die Solarzelle hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der Energieumwandlungseffizienz, gemessen durch ein Energieumwandlungseffizienz-Messgerät (YQ-250BX, hergestellt von IZUMI TECH).
  • In den Beispielen wurde eine höhere Umwandlungseffizienz gefunden als in den Vergleichsbeispielen, mit Ausnahme von Vergleichsbeispiel 2; somit näherte sich die Umwandlungseffizienz der Solarzellen gemäß den Beispielen derjenigen der Solarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 2, ausgeschnitten aus einem Wafer mit einem freien Schleifdraht, an. Dies wird in 1(a) bis 1(c) und 2(a) und 2(b) gezeigten zugeschrieben, eine unebene Struktur, die nicht einheitlich bezüglich Größe und Verteilung ist, wird auf der Wafer-Oberfläche gebildet. Andererseits wurde eine hohe Umwandlungseffizienz nicht erreicht, falls eine amorphe Schicht vorliegt (Vergleichsbeispiele 1, 3, 5 und 8) oder alternativ, falls die aufgrund des Schneidens gebildeten Unebenheiten ebenfalls entfernt werden, wenn die amorphe Schicht entfernt werden kann (Vergleichsbeispiele 4, 6, 7 und 9) . Tabelle 1
    Bedingungen für alkalische Behandlung Waferoberfläche vor Säurebehandlung Umwandlungseffizienz
    Alkalische Lösung Temp. (°C) Zeit (min) Amorphe Schicht auf Waferoberfläche Unebenheiten durch Schneiden
    Beispiel 1 0,1% NH4H 30 10 Keine Verbleiben 15,82
    Beispiel 2 1,5% NH4OH 30 10 Keine Verbleiben 16, 15
    Beispiel 3 3,0% NH4OH 30 10 Keine Verbleiben 15, 79
    Beispiel 4 1,5% NH4OH 40 10 Keine Verbleiben 16,05
    Beispiel 5 1,5% Hydrazin 30 10 Keine Verbleiben 16,06
    Beispiel 6 1,5% Dimethylamin 30 10 Keine Verbleiben 16,02
    Beispiel 7 1,5% NH4OH/0,1% H2O2 50 10 Keine Verbleiben 15,82
    Beispiel 8 1,5% NH4OH/1,5% H2O2 50 10 Keine Verbleiben 16, 14
    Beispiel 9 1,5% NH4OH/3,0% H2O2 50 10 Keine Verbleiben 15,80
    Beispiel 10 2,0% KS-3050 50 10 Keine Verbleiben 16,21
    Beispiel 11 2,0% KS-3050/0,1% KOH 50 5 Keine Verbleiben 16,31
    Beispiel 12 2,0% KS-3050/0,1% KOH 50 10 Keine Verbleiben 16,23
    Beispiel 13 2,0% KS-3050/0,1% KOH 50 10 Keine Verbleiben 16,05
    Vergleichsbeispiel 1 - - - Verbleiben Verbleiben 15,43
    Vergleichsbeispiel 2 - - - - - 16,20
    Vergleichsbeispiel 3 0,05% NH4OH 30 10 Verbleiben Verbleiben 15,40
    Vergleichsbeispiel 4 3,5% NH4OH 30 10 Keine Keine 15,36
    Vergleichsbeispiel 5 1,5% NH4OH 20 10 Verbleiben Verbleiben 15,43
    Vergleichsbeispiel 6 1,5% NH4OH 60 10 Keine Keine 15,36
    Vergleichsbeispiel 7 1,5% NH4OH/0,05% H2O2 50 10 Keine Keine 15,42
    Vergleichsbeispiel 8 1,5% NH4OH/6% H2O2 50 10 Verbleiben Verbleiben 15,41
    Vergleichsbeispiel 9 1,5% KOH 50 10 Keine Keine 15,09
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Wafer für Solarzellen bereit, wobei der Wafer unter Verwendung eines polykristallinen Halbleiter-Wafers, der ausgeschnitten wird unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts, hergestellt wird, wobei der Wafer für die Herstellung einer Solarzelle mit hoher Umwandlungseffizienz verwendet werden kann.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen, umfassend die Schritte: Schneiden eines polykristallinen Halbleiter-Ingots unter Verwendung eines gebundenen Schleifdrahts um einen polykristallinen Halbleiter-Wafer zu erhalten, Ätzen wenigstens einer Oberfläche des polykristallinen Halbleiter-Wafers durch Inkontaktbringen der Oberfläche mit einer alkalischen Lösung, enthaltend N-haltige Alkalien als grundlegenden Bestandteil, sodass eine amorphe Schicht nicht vorliegt, und aufgrund des Schneidens mit dem gebundenen Schleifdraht verursachte Unebenheiten in der wenigstens einen Oberfläche verbleiben, und anschließendes Säuretexturieren der mindestens einen Oberfläche des polykristallinen Halbleiter-Wafers.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß Anspruch 1, wobei die alkalische Lösung Wasserstoffperoxid enthält.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die alkalische Lösung ein Tensid enthält.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, des Weiteren umfassend, zusätzlich zu den Schritten des Verfahrens zur Herstellung eines Wafers für Solarzellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, einen Schritt der Herstellung einer Solarzelle aus dem Wafer für Solarzellen.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls, des Weiteren umfassend, zusätzlich zu den Schritten gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle gemäß Anspruch 4, einen Schritt der Herstellung eines Solarzellenmoduls aus der Solarzelle.
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