JP2003197940A

JP2003197940A - 太陽電池用基板の粗面化法

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Publication number: JP2003197940A
Application number: JP2001392774A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Inomata; 洋介猪股; Hiroaki Takahashi; 宏明高橋; Hideki Shiroma; 英樹白間
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP4467218B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池に用いられるシリコン等の基板表面
の凹凸をエッチング処理装置のバッチ内で均一に形成す
ることで、装置のタクトアップを可能にする。【解決手段】太陽電池用基板の表面にドライエッチン
グ法で微細な凹凸を形成して粗面状にする太陽電池用基
板の粗面化法において、前記ドライエッチング法の条件
として、それぞれ単独で微細な凹凸を形成できる少なく
とも２つ以上の異なるエッチング条件を含み、この２つ
のエッチング条件のうち、後に行うエッチング条件で形
成される凹凸形状の面内平均のアスペクト比が、始めに
行うエッチング条件で形成される凹凸形状の面内平均の
アスペクト比よりも大きいことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池用基板の粗
面化法に関し、特にドライエッチングで一度に処理を行
う基板面積の合計が大きい場合に好適な太陽電池用基板
の粗面化法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】太陽
電池は表面に入射した太陽光などの光エネルギーを電気
エネルギーに変換するものである。この電気エネルギー
への変換効率を向上させるため、従来から様々な試みが
なされてきた。そのひとつに基板の表面に入射した光の
反射を少なくする技術があり、入射した光の反射を低減
することで電気エネルギーヘの変換効率を高めることが
できる。

【０００３】太陽電池のうち主要なものは使用材料の種
類により結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類
される。このうち、現在市場で流通しているのはほとん
どが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコ
ン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。
単結晶型シリコン太陽電池は基板の品質がよいため、高
効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製
造コストが大きいという短所を有する。それに対し、多
結晶型シリコン太陽電池は基板品質が劣るために高効率
化が難しいという弱点はあるものの、低コストで製造で
きるというメリットがある。また、最近では多結晶シリ
コン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究
レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。

【０００４】一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電
池は低コストであったため、従来から市場に流通してき
たが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が
増してきており、低コストで且つより高い変換効率が求
められるようになった。

【０００５】シリコン基板を用いて太陽電池素子を形成
する場合に、基板表面を水酸化ナトリウムなどのアルカ
リ水溶液でエッチングすると、表面に微細な凹凸が形成
され、基板表面の反射をある程度低減させることができ
る。

【０００６】面方位が（１００）面の単結晶シリコン基
板を用いた場合は、このような方法でテクスチャー構造
と呼ばれるピラミッド構造を基板表面に均一に形成する
ことができるものの、アルカリ水溶液によるエッチング
は結晶の面方位に依存することから、多結晶シリコン基
板で太陽電池素子を形成する場合、ピラミッド構造を均
一には形成できず、そのため全体の反射率も効果的には
低減できないという問題がある。

【０００７】このような問題を解決するために、太陽電
池素子を多結晶シリコン基板で形成する場合に、基板表
面に微細な突起を反応性イオンエッチング（Reactive I
on Etching）法で形成することが提案されている（たと
えば特公昭６０−２７１９５号、特開平５−７５１５２
号、特開平９−１０２６２５号公報参照）。すなわち、
微細な突起を多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面
方位に左右されずに均一に形成し、特に多結晶シリコン
を用いた太陽電池素子においても、反射率をより効果的
に低減しようとするものである。

【０００８】現在主流の結晶系シリコン太陽電池に対
し、次世代の低コスト太陽電池として期待されているの
が薄膜多結晶シリコン太陽電池である。この薄膜多結晶
シリコン太陽電池は、ガラス等の基板上に電極層を形成
し、この上にシリコン層を順次積層して素子を形成する
が、光吸収係数の小さい多結晶シリコン膜を活性層とし
た薄膜多結晶シリコン太陽電池においては、入射光を効
率よく吸収させるために光閉じ込め構造の形成が極めて
重要になる。

【０００９】この光閉じ込め効果を得るための一つの手
段として、光入射面あるいは裏面に凹凸構造を形成する
ことが行われている。

【００１０】例えば酸化亜鉛などからなる透明層をガラ
ス基板上に形成した後に、酢酸溶液中に浸漬して電界処
理を施すことによって透明層に凹凸を形成する方法（た
とえば特開平６−１４０６４９号参照）や、導電性酸化
超微粒子を分散媒体中に分散させたコーティング液をガ
ラス基板上に塗布して硬化させることによってヘーズが
２〜４８％である透明導電膜を形成する方法（例えば特
開平１０−１２０５９号等を参照）などが知られてい
る。しかしながら、これらの方法はいずれも透明層を形
成する必要があるため、コストおよびスループットの面
において問題が残る。

【００１１】また、例えばガラス基板上に平均粒径０．
１〜１．０μｍの絶縁性微粒子薄膜を形成して凹凸を形
成する方法（特開平１１−２７４５３６号等を参照）
や、超音波振動を与えつつ遊離砥粒を含むスラリーを供
給してガラス基板表面に複数のＶ溝を有する工具を押し
付けて凹凸を形成する方法（特開平６−３５０１１４号
等を参照）などもあるが、これらの方法では好適な凹凸
形状を得ることが困難で、ガラス基板上に形成する多結
晶シリコン膜の品質を低下させる事態を誘発する。

【００１２】また、ガラス基板に凹凸構造を直接形成す
る方法として、＃２０００以上の番手の砥粒をガラス基
板表面に吹き付ける方法（特開平９−１９９７４５号等
を参照）も知られているが、この方法で形成される凹凸
はアスペクト比が大きいことや、ブラストダメージによ
ってガラス基板にマイクロクラックが発生し、素子を形
成した場合にリークを起こすことが懸念される。

【００１３】また、結晶系シリコンと同様に、ガラス基
板に対しても反応性イオンエッチング処理を施し、凹凸
を形成することが提案されている（たとえば特願２００
０−３０１４１９号参照）。

【００１４】しかし、ガラス基板に凹凸を形成するため
の条件は、結晶シリコン基板に形成する場合と同様に、
非常に微妙であり、また装置の構造によっても変化す
る。微細な突起を均一に形成できない場合は、太陽電池
の光電変換効率が低下し、個々の太陽電池の価値はその
発電効率で決まることから、そのコストを低減するため
には、太陽電池の変換効率を向上させなければならな
い。

【００１５】また、反応性イオンエッチング法で用いら
れる反応性イオンエッチング装置は一般に平行平板電極
型をしており、基板を設置している電極の側にＲＦ電圧
を印加し、他の一方の側及び内部の側壁をアースに接続
してある。この容器内部を真空ポンプで真空引きし、真
空引き完了後、エッチングガスを導入し、圧力を一定に
保持しながら内部の被エッチング基板をエッチングす
る。エッチングが完了した後に、容器内部を大気圧に戻
す。

【００１６】このような手順を踏むことから、反応性イ
オンエッチング装置では真空引き及び大気リークの待ち
時間が長い。また、反応性イオンエッチング装置はＬＳ
Ｉなどの精密な小型半導体素子に用いられる場合が多い
が、太陽電池に用いる際には太陽電池自身の面積が大き
いため、１回あたりの処理枚数が少なく、コストが高く
なるという問題があった。そのため反応性イオンエッチ
ング装置を太陽電池の製造工程に用いる場合には、いか
に高タクトで処理を行うかも重要なポイントである。

【００１７】反応性イオンエッチング法で高タクトを実
現するには、装置１台当たりの処理枚数が重要となる。
装置１台当たりの処理枚数を増やすためには装置のエッ
チング電極およびトレイの大面積化が必要であるが、こ
こで大面積化に伴ってバッチ内の均一性の問題が発生し
てくる。具体的にはエッチング処理のバッチ内の周囲と
中央部の両方を同時に最適な形状に凹凸形成することが
できないという問題が生じる。

【００１８】基板表面の粗面化はエッチング時に表面に
形成される残渣をマスクとして行われる。残渣をマスク
とし、基板のエッチングは電界により加速されたイオン
とラジカルとの双方の作用により進む。基板側はＲＦ電
極とＲＦ電源との間に設けられたブロッキングコンデン
サのためにマイナスの電位となる。このため、エッチン
グに対するプラスイオンの効果が大きくなるほど、基板
に垂直方向のエッチングが進行しやすくなり、凹凸のア
スペクト比は大きくなる。しかしながら、エッチング領
域が大面積化してくると、ガス全体に対するプラスイオ
ンの効果の割合がバッチ面内で均一にならず、中央部よ
りも周辺部の凹凸形状のアスペクト比が小さくなってバ
ッチ内で均一に十分な凹凸が形成できないという問題が
あった。

【００１９】本発明はこのような装置の大面積化に伴う
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電
池に用いられるシリコン等の基板表面の凹凸をエッチン
グ処理装置のバッチ内で均一に形成することで、装置の
タクトアップを可能にする（歩留まりを向上させる）方
法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、太陽電池用基板の表面に
ドライエッチング法で微細な凹凸を形成して粗面状にす
る太陽電池用基板の粗面化法において、前記ドライエッ
チング法の条件として、それぞれ単独で微細な凹凸を形
成できる少なくとも２つ以上の異なるエッチング条件を
含み、この２つのエッチング条件のうち、後に行うエッ
チング条件で形成される凹凸形状の面内平均のアスペク
ト比が、始めに行うエッチング条件で形成される凹凸形
状の面内平均のアスペクト比よりも大きいことを特徴と
する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態をバルク
型シリコン太陽電池を例にとって添付図面に基づき詳細
に説明する。図１は本発明に係る太陽電池用基板の粗面
化法を用いて形成されるバルク型シリコン太陽電池の構
造を示す図である。図１において、１はシリコン基板、
１ａは表面凹凸構造（粗面状部）、１ｂは受光面側不純
物拡散層、１ｃは裏面側不純物拡散層（ＢＳＦ）、１ｄ
は表面反射防止膜、１ｅは表面電極、１ｆは裏面電極を
示している。

【００２２】前記シリコン基板１は単結晶もしくは多結
晶のシリコン基板である。この基板１はｐ型、ｎ型いず
れでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などに
よって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などに
よって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能
で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利で
ある。引き上げ法や鋳造法によって形成されたシリコン
ブロックを１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５
ｃｍ程度の大きさに切断してインゴットとし、３００μ
ｍ程度の厚みにスライスしてシリコン基板となる。

【００２３】シリコン基板１の表面側には、入射した光
を反射させずに有効に取り込むために微細な凹凸１ａを
形成する。これは、真空引きされたチャンバー内にガス
を導入し、一定圧力に保持して、チャンバー内に設けら
れた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生さ
せ、生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用によ
り基板表面をエッチングするものである。

【００２４】反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法と呼
ばれるこの方法は一般に図２及び図３のように示される
装置を用いて行われる。図２および図３において、２ａ
はマスフローコントローラー、２ｂはシリコン基板、２
ｃはＲＦ電極、２ｄは圧力調整器、２ｅは真空ポンプ、
２ｆはＲＦ電源である。装置内にマスフローコントロー
ラー２ａ部分からガスを導入するとともに、ＲＦ電極２
ｃでプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性
化して、ＲＦ電極２ｃの上部に設置されたシリコン基板
２ｂの表面に作用させてエッチングする。図２に示す装
置では、ＲＦ電極２ｃを装置内に設置して１枚のシリコ
ン基板２ｂの表面をエッチングするが、図３に示す装置
では、ＲＦ電極２ｃを装置の外壁に設置して複数枚のシ
リコン基板２ｂの表面を同時にエッチングするようにし
ている。

【００２５】発生した活性種のうち、イオンがエッチン
グに作用する効果を大きくした方法を一般に反応性イオ
ンエッチング法と呼んでいる。類似する方法にプラズマ
エッチングなどがあるが、プラズマ発生の原理は基本的
に同じであり、基板２ｂに作用する活性種の種類の分布
をチャンバー構造あるいは電極構造・発生周波数等によ
り異なる分布に変化させているだけである。そのため、
本発明は反応性イオンエッチング法だけに限らず、広く
プラズマエッチング法全般に対して有効である。

【００２６】例えばＣｌ₂を０．１ｓｌｍ、Ｏ₂を０．６
ｓｌｍ、ＳＦ₆を０．４ｓｌｍ流しながら、反応圧力７
Ｐａ、プラズマを発生させるＲＦパワー５ｋＷで５分間
程度エッチングする。これによりシリコン基板２ｂの表
面には凹凸構造が形成され、粗面状になる。エッチング
中はシリコンがエッチングされて基本的には気化する
が、一部は気化しきれずに分子同士が吸着して基板２ｂ
の表面に残渣として残る。

【００２７】また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーな
どを凹凸形成ガス条件のエッチング後に主成分がシリコ
ンである残渣がシリコン基板２ｂの表面に残るような条
件に設定すると、確実に凹凸形成を行うことができる。
ただし、その凹凸のアスペクト比に関しては、条件によ
り最適化が必要である。逆に、凹凸形成用のエッチング
後の表面に残渣が残らないような条件では凹凸形成を行
うことは不可能である。凹凸形成はこの残渣をマスクと
してエッチングが進むことにより行われる。

【００２８】太陽電池では大きな出力を得るためには大
面積が必要であり、コストが非常に重要である。そのた
め太陽電池の表面に凹凸構造を形成する場合、低コスト
で行うために多数枚の基板２ｂを一括でエッチングする
ことが必要である。そのため基板２ｂを設置するための
電極２ｃは大面積が必要となる。ところが実際に大面積
でエッチングを行ってみると、電極２ｃ上（の基板トレ
イ上）に設置したシリコン基板２ｂの表面の凹凸形状が
場所により異なるという問題があることが分かった。

【００２９】例えば上記ガス比率でエッチングを行った
場合、電極２ｃの中央部近辺に設置した基板１ｂの表面
はアスペクト比（各々の凹凸の高さ／幅）＝１程度にな
るが、電極２ｃの周辺部近辺に設置した基板２ｂの表面
のアスペクト比は同基板２ｂの中央部で０．５程度、同
基板２ｂ内のさらに電極２ｃの周辺部近傍では測定不可
能なレベルまでアスペクト比が小さくなった。このアス
ペクト比の違いは、ガス条件やＲＦパワー、圧力などを
変化させることによりある程度緩和することが可能であ
るが、種々の条件を検討した結果、最終の太陽電池特性
がほぼ同一となるような均一な凹凸形成を行うことは困
難であることが分かった。

【００３０】また、この均一性が問題となるのは被エッ
チング基板２ｂの設置領域が２５００ｃｍ²よりも大き
い場合により顕著であることが分かった。

【００３１】そこで、このエッチングの条件をさらに検
討した結果、どのような凹凸形成条件であっても電極２
ｃ上の基板トレイ上の中央部の基板２ｂの表面のアスペ
クト比が周辺部の基板２ｂの表面のアスペクト比よりも
大きくなることが分かった。この模式図を図４に示す。
図４中、４ａはアスペクト比の大きい中央部、４ｂはア
スペクト比の小さい周辺部、４ｃは基板トレイを示す。
また、エッチング量を調べると、周辺部の基板のエッチ
ング量が中央部の基板のエッチング量に対して大きいこ
とが分かった。

【００３２】本発明では、これを解決するために複数の
エッチング条件を組み合わせてエッチングを行うこと
で、全面均一な特性が得られる太陽電池の表面構造を提
供する。

【００３３】本発明では最低２つ以上の単独で凹凸形成
可能なエッチング条件を続けて行い、また、この２つの
エッチング条件のうち始めにエッチングを行う条件で得
られる凹凸形状のアスペクト比に対し、後に行うエッチ
ング条件で得られる凹凸形状のアスペクト比が同じ電極
上の基板トレイ上の基板表面部分で単独のエッチングを
行って比較した場合に大きくなるような条件でエッチン
グを行うことでこれらの問題を解決する。

【００３４】例えば被エッチング基板表面の総面積が約
１００００ｃｍ²である電極上の基板トレイ上の基板表
面をエッチングするために、反応性イオンエッチング装
置においてＣｌ₂を０．１ｓｌｍ、Ｏ₂を０．６ｓｌｍ、
ＳＦ₆を０．７ｓｌｍ流し、圧力７Ｐａ、ＲＦパワー５
ｋＷで７分間エッチングを行う（エッチング条件Ａ）。
これにより被エッチング基板全体の中心付近４ａではア
スペクト比が０．６程度の凹凸が形成される。このとき
周辺部付近４ｂではアスペクト比０．１程度の僅かな凹
凸が形成される。一方、エッチング量は周辺部４ｂで大
きく、各凹凸底辺の大きさは中央部４ａが０．５μｍ程
度であるのに対して周辺部は１．０μｍ程度となる。

【００３５】次に、Ｃｌ₂を０．１ｓｌｍ、Ｏ₂を０．６
ｓｌｍ、ＳＦ₆を０．１ｓｌｍ流し、圧力１５Ｐａ、Ｒ
Ｆパワー３ｋＷで３分間エッチングを行う（エッチング
条件Ｂ）。このエッチングは単独で行った場合、中央部
付近４ａはアスペクト比１．５程度、周辺部４ｂは１．
１程度になる。しかし、エッチング条件Ａにおいてすで
にある程度凹凸形成しており、最終の凹凸形状はこの二
つのエッチング条件の和となる。場所別に見ると、中央
部４ａではエッチング条件Ａではアスペクト比０．６の
エッチングを７分間、エッチング条件Ｂではアスペクト
比１．５のエッチングを３分間行うことで最終的にアス
ペクト比１．０のエッチング形状が得られる。周辺部４
ｂにおいてはエッチング条件Ａではアスペクト比０．１
のエッチングを７分間、エッチング条件Ｂではアスペク
ト比１．１のエッチングを３分間行うことで最終的にア
スペクト比１．０のエッチング形状が得られる。これに
より被エッチング基板の全面で適度な凹凸が形成され
る。

【００３６】エッチング条件Ａではエッチング条件Ｂに
対してＳＦ₆流量の比率が大きい。ＳＦ₆のエッチングは
等方性を有し、エッチングレートが非常に大きいため、
ＳＦ₆の流量比が大きくなるとアスペクト比は小さくな
る。つまり、始めに行うエッチング条件Ａによる表面形
状は後のエッチング条件Ｂによる表面形状よりもアスペ
クト比が小さくなっている。このように始めのエッチン
グよりも後に行うエッチング条件がアスペクト比の大き
い条件であることは重要な要素である。この等方性エッ
チングを行うガスはＳＦ₆に限らず他のガスも用いるこ
とができる。また、他のエッチング条件のガスもこの例
によらず他のガスを用いることができる。これにより周
辺部４ｂに適度な凹凸を形成することができる。

【００３７】この方法で形成した凹凸構造は、電極上の
トレイ上の中央部付近４ａの基板表面のものよりも周辺
部付近４ｂの基板表面のものの方が凹凸自体が大きくな
るという特徴を有する。

【００３８】本発明によりエッチングを行った基板表面
の凹凸形状の例を図５に示す。図５中、（ａ）は中央
部、（ｂ）は周辺部である。しかしながら、反射率はと
もに低く、この方法において作製した表面構造は全て同
様に太陽電池の特性を向上させることが可能である。

【００３９】また、エッチング条件Ｂではエッチング条
件Ａよりも反応圧力が大きくすることが望ましい。基板
表面の凹凸形成は、特性向上のために行うものであり、
均一に凹凸形成できることが望ましい。しかしながら、
多結晶シリコン基板のエッチングの際には程度には差が
あるものの面方位の影響を受けてエッチングが行われ
る。この面方位の影響が大きいと多結晶の各々のグレイ
ン表面で凹凸が異なる形状となり、グレインによっては
表面反射の大きい形状も形成されてしまうことから、全
体の反射率も大きくなってしまい、特性向上への寄与が
小さくなる。また、グレインによっては表面反射は小さ
いものの凹凸のアスペクト比が大きすぎて特性向上に寄
与しない場合もある。そのため面方位の影響を受けない
エッチングが望まれる。プラズマを用いたエッチングで
は反応圧力を大きくすると自己バイアス電位が小さくな
るためイオンの入射効果が小さくなって面方位の影響が
現れやすくなる。

【００４０】本発明では、少なくとも二つの単独で凹凸
形成可能なエッチング条件を用いて凹凸形成を行う際
に、始めのエッチングではアスペクト比の小さなエッチ
ング条件を用いて深くエッチングを行うが、これにより
全面に結晶面方位の影響の少ない凹凸を形成することが
できる。ただし、この時点では凹凸の形状は中央部でア
スペクト比を大きく、周辺部で小さい状態となってい
る。後のエッチングにおいては全体を始めのエッチング
に比べて平均的にアスペクト比の大きいエッチングを行
うが、本発明においては、このエッチング量は始めのエ
ッチングに比べて小さい必要がある。ＲＦパワーが大き
い場合や、エッチング時間が長い場合にこのエッチング
量が大きくなると、エッジ部は比較的良好な形状（アス
ペクト比）が得られるが、中央部ではアスペクト比が大
きくなりすぎてしまい、特性に寄与できる形状とならな
い。

【００４１】そこで、後のエッチングにおいてはトレイ
面内で均一なアスペクト比が得られる時点で凹凸形成を
ストップする必要がある。より具体的にこれを実現する
方法としては、ＲＦパワーを始めよりも後のエッチング
で小さくするか、または、エッチング時間を始めよりも
後のエッチングの方で短くするなどの方法がある。この
とき、後のエッチングにおいては、始めのエッチングに
比べてエッチング量が少ないため、面方位の影響が大き
くなる条件でエッチングを行っても最終の全面の均一性
にはさほど影響しない。

【００４２】このような条件下では、後のエッチング条
件における反応圧力を大きくして後の条件単体でのエッ
チングの面方位への影響が大きくなっても、全体を通し
たエッチングの面方位への影響は小さくすることができ
る。各々単独で凹凸形成可能なエッチング条件下では、
エッチング時の自己バイアス電位が大きいと、発生した
プラスイオンの基板への入射効果はバッチの周辺部より
も中央部で大きくなる傾向があり、凹凸の形成は中央で
進みやすい。後のエッチングにおいては中央部の凹凸形
成をなるべく抑え、周辺部を促進することが望ましい。
この方法として、本発明では後のエッチング条件の反応
圧力を大きくすることにより、これを解決することが可
能となる。

【００４３】エッチング条件の反応圧力が大きくなる
と、自己バイアス電位を小さくすることができるため、
単独のエッチングによるバッチ内の凹凸形成を中央と周
辺部をより均一に行うことが可能となる。これにより、
後のエッチングにおける中央部の凹凸形成の促進を抑え
ることができ、結果としてバッチ内で全面均一な凹凸形
成を行うことが可能となる。

【００４４】また、上記の例では二つのステップのエッ
チング条件による凹凸形成を例としたが、このエッチン
グステップはいくらでも増やすことができる。例えば、
１０段階のステップでエッチングを行い、この内容とし
て混合ガスのうちＳＦ₆ガスの流量を始めの３０秒間だ
け０．７ｓｌｍ導入し、次の３０秒間に０．６ｓｌｍ、
次の３０秒間に０．５ｓｌｍといったように段階的に減
らしていくような方法によっても同じ効果を得ることが
できる。さらに、このエッチングステップを無限に増加
させ、ＳＦ₆の流量を徐々に変化させていくというよう
な完全に連続の条件で行うことによっても同様の効果を
得ることができる。また、本発明においては、このよう
な多段階あるいは連続のエッチング条件の変化は、ＳＦ
₆流量だけでなく、いかなるガス条件にも適用可能であ
る。また必要に応じて、同時に反応圧力、ＲＦパワーな
どのエッチング条件も変化させることができる。

【００４５】図１に示す微細な凹凸１ａは円錐形もしく
はそれが連なったような形状を呈し、ＲＩＥ法によりガ
ス濃度もしくはエッチング時間を制御することにより、
その大きさを変化させることができる。この微細な凹凸
１ａの幅と高さはそれぞれ２μｍ以下に形成される。こ
の微細な凹凸１ａをシリコン基板１の必要部分全面にわ
たって均一且つ正確に制御性を持たせて形成するために
は、１μｍ以下が好適である。この微細な凹凸１ａのア
スペクト比（凹凸１ａの高さ／幅）は、２以下であるこ
とが望ましい。このアスペクト比が２以上の場合、製造
過程で微細な凹凸１ａが破損し、太陽電池セルを形成し
た場合にリーク電流が大きくなって良好な出力特性が得
られない。

【００４６】なお、本発明において説明に用いるアスペ
クト比の定義は、図５ｃにあるように凹凸断面を見た場
合の両側面のおよそ直線部分で作られる三角形の高さと
底辺の比により求めた値としている。また、凹凸の円錐
が連なっている部分ではその連なり方向と垂直に断面を
取った場合の凹凸形状で同様に求めた値としている。

【００４７】上記のドライエッチング法で凹凸１ａを形
成した後、シリコン基板１の表面に残ったエッチング残
渣を除去する。これにより作製する太陽電池の特性を向
上させることができる。エッチング残渣を除去する方法
としては、たとえばドライエッチング法で凹凸を形成し
て基板１ａを取り出した後に水槽内で超音波をかける。
この超音波を印加する装置の種類としては、通常市販さ
れている主な洗浄用超音波装置の周波数は数十ｋＨｚか
ら数百ｋＨｚで、印加する振動子も材質、形状、出力な
ど様々なタイプがあるが、この装置のタイプは表面の残
渣除去の容易さによって選択することができる。残渣除
去の容易さは凹凸の形状・大きさ・残渣の残量・基板の
厚みなどによっても変化し、さらに超音波の周波数によ
っても変化するが、比較的残渣除去が困難な条件であっ
ても印加時間を長くすることで残渣除去することが可能
である。

【００４８】シリコン基板１の表面側には、逆導電型半
導体不純物が拡散された層１ｂが形成されている。この
逆導電型半導体不純物が拡散された層１ｂは、シリコン
基板１内に半導体接合部を形成するために設けるもので
あり、例えばｎ型の不純物を拡散させる場合、ＰＯＣｌ
₃を用いた気相拡散法、Ｐ₂Ｏ₅を用いた塗布拡散法、及
びＰ⁺イオンを電界により基板に直接導入するイオン打
ち込み法などによって形成される。この逆導電型半導体
不純物を含有する層１ｂは０．３〜０．５μｍ程度の深
さに形成される。

【００４９】このシリコン基板１の表面側には、反射防
止膜１ｄが形成されている。この反射防止膜１ｄは、シ
リコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリ
コン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。この
反射防止膜１ｄは、シリコン基板１との屈折率差等を考
慮して、屈折率が２程度の材料で構成され、厚み５００
〜２０００Å程度の窒化シリコン膜や酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ₂）膜などで構成される。

【００５０】シリコン基板１の裏面側には、一導電型半
導体不純物が高濃度に拡散された層１ｃを形成すること
が望ましい。この一導電型半導体不純物が高濃度に拡散
された層１ｃは、シリコン基板１の裏面近くでキャリア
の再結合による効率の低下を防ぐために、シリコン基板
１の裏面側に内部電界を形成するものである。つまり、
シリコン基板１の裏面近くで発生したキャリアがこの電
界によって加速される結果、電力が有効に取り出される
こととなり、特に長波長の光感度が増大すると共に、高
温における太陽電池特性の低下を軽減できる。このよう
に一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された層１ｃが
形成されたシリコン基板１の裏面側のシート抵抗は、１
５Ω／□程度になる。

【００５１】シリコン基板１の表面側および裏面側に
は、表面電極１ｅおよび裏面電極１ｆが形成されてい
る。この表面電極１ｅ及び裏面電極１ｆは主にＡｇ紛、
バインダー、フリットなどからなるＡｇペーストをスク
リーン印刷して焼成し、その上に半田層を形成する。表
面電極１ｅは、例えば幅２００μｍ程度に、またピッチ
３ｍｍ程度に形成される多数のフィンガー電極（不図
示）と、この多数のフィンガー電極を相互に接続する２
本のバスバー電極（１ｅ）で構成される。裏面電極１ｆ
は、例えば幅３００μｍ程度に、またピッチ５ｍｍ程度
に形成される多数のフィンガー電極（不図示）と、この
多数のフィンガー電極を相互に接続する２本のバスバー
電極（１ｆ）で構成される。

【００５２】次に、本発明の他の実施形態を薄膜多結晶
シリコン太陽電池を例にとって説明する。図６は本発明
に係る太陽電池用基板の粗面化法を用いて形成されるサ
ブストレート型薄膜多結晶シリコン太陽電池の構造を示
す図である。

【００５３】ここでは光入射側のシリコン層をｎ型とし
た場合について説明するが、光入射側をｐ型とする場合
にも用いることができ、その場合は文中の導電型を逆に
読み替えればよい。また、本発明はサブストレート型薄
膜多結晶シリコン太陽電池に限られるものではなく、ス
ーパーストレート型太陽電池にも応用可能であり、さら
には薄膜多結晶シリコン太陽電池に限られるものでもな
く、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体を用
いた薄膜太陽電池にも広く応用可能である。さらにま
た、多層型（タンデム）型の薄膜太陽電池にも応用可能
である。

【００５４】図６において、６ａはガラス基板、６ｂは
裏電極、６ｃは光活性層部を結晶質Ｓｉで形成した半導
体接合を有する半導体層、６ｄは透明導電膜、６ｅは表
集電極を示している。

【００５５】ガラス基板６ａの表面には、入射した光が
後述する裏電極６ｂ表面で有効に散乱反射されるように
微細な凹凸構造６ａを形成する。これは、前記バルク型
シリコン太陽電池の実施形態で述べた反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法を用いて形成する。

【００５６】例えばＣｌ₂を０．２ｓｌｍ、ＳＦ₆を０．
６ｓｌｍ流しながら、反応圧力５Ｐａ、プラズマを発生
させるＲＦパワー５ｋＷで５分間エッチングする。これ
によりガラス基板６の表面には微細な凹凸構造６ｆが形
成される。エッチング中はガラスがエッチングされて基
本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が
吸着して基板６の表面に残渣として残る。

【００５７】また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーな
どをガラス基板表面に残渣が残るような条件に設定する
と、確実に凹凸形成を行うことができる。ただし、その
凹凸のアスペクト比に関しては、条件により最適化が必
要である。逆に、表面に残渣が残らないような条件では
いかなる条件でも凹凸形成を行うことは不可能である。
凹凸形成はこの残渣をマスクとしてエッチングが進むこ
とにより行われる。

【００５８】薄膜太陽電池では低コストを実現するため
に、大面積基板を用いて集積化まで行うのが一般的であ
る。このためエッチング装置には大面積基板に均一に凹
凸形成できることが求められる。ところが、実際に大面
積基板でエッチングを行ってみると、ガラス基板６ａの
表面の凹凸形状が場所により異なるという問題があるこ
とが分かった。例えば上記ガス比率でエッチングを行っ
た場合、基板中央部近辺はアスペクト比（各々の凹凸の
高さ／幅）＝０．０７程度になるが、基板周辺部のアス
ペクト比は０．０３程度から測定不可能なレベルまでア
スペクト比が小さくなった。このアスペクト比の違い
は、ガス条件やＲＦパワー、圧力などを変化させること
によりある程度緩和することが可能であるが、種々の条
件検討の結果、最終の太陽電池特性がほぼ同一となるよ
うな均一な凹凸形成を行うことは困難であることが分か
った。また、この均一性が問題となるのは被エッチング
基板の面積が２５００ｃｍ²よりも大きい場合により顕
著であることが分かった。

【００５９】そこで、このエッチングの条件をさらに検
討した結果、どのような凹凸形成条件であっても基板中
央部付近のアスペクト比が基板周辺部のアスペクト比よ
りも大きくなることが分かった。

【００６０】本発明ではこれを解決するために複数のエ
ッチング条件を組み合わせてエッチングを行うことで全
面均一な特性が得られる太陽電池用基板の粗面化法を提
供する。

【００６１】本発明では最低２つ以上の単独で凹凸形成
可能なエッチング条件を続けて行い、また、この２つの
エッチング条件のうち始めにエッチングを行う条件で得
られる凹凸形状のアスペクト比に対し、後に行うエッチ
ング条件で得られる凹凸形状のアスペクト比が、単独の
エッチングを行って比較した場合に大きくなるような条
件でエッチングを行うことでこれらの問題を解決する。

【００６２】例えば被エッチング基板表面の総面積が約
１００００ｃｍ²である基板表面をエッチングするため
に、Ｃｌ₂を０．１ｓｌｍ、ＳＦ₆を０．７ｓｌｍ流し、
圧力５Ｐａ、ＲＦパワー５ｋＷで７分間エッチングを行
う（エッチング条件Ｃ）。これにより被エッチング基板
の中心付近ではアスペクト比が０．０５程度の凹凸が形
成される。このとき周辺部付近ではアスペクト比０．０
１程度の僅かな凹凸が形成される。次に塩素（Ｃｌ₂）
を０．３ｓｌｍ、ＳＦ₆を０．５ｓｌｍ流し、圧力１０
Ｐａ、ＲＦパワー４ｋＷで３分間エッチングを行う（エ
ッチング条件Ｄ）。このエッチングは単独で行った場
合、中央部付近はアスペクト比０．１６程度、周辺部は
０．１１程度になる。しかし、エッチング条件Ｃにおい
てすでにある程度凹凸形成しており、最終の凹凸形状は
この二つのエッチング条件の和となる。場所別に見る
と、中央部ではエッチング条件Ｃではアスペクト比０．
０５のエッチングを７分間、エッチング条件Ｄではアス
ペクト比０．１６のエッチングを３分間行うことで最終
的にアスペクト比０．０７のエッチング形状が得られ
る。周辺部においてはエッチング条件Ｃではアスペクト
比０．０１のエッチングを７分間、エッチング条件Ｄで
はアスペクト比０．１１のエッチングを３分間行うこと
で最終的にアスペクト比０．０７のエッチング形状が得
られる。これにより被エッチング基板の全面で適度な凹
凸が形成される。

【００６３】エッチング条件Ｃではエッチング条件Ｄに
対してＳＦ₆流量の比率が大きい。ＳＦ₆のエッチングは
等方性を有し、エッチングレートが非常に大きいため、
ＳＦ₆の流量比が大きくなるとアスペクト比は小さくな
る。つまり、始めに行うエッチング条件Ｃによる表面形
状は後のエッチング条件Ｄによる表面形状よりもアスペ
クト比が小さくなっている。このように始めのエッチン
グよりも後に行うエッチング条件がアスペクト比の大き
い条件であることは重要な要素である。この等方性エッ
チングを行うガスはＳＦ₆に限らず他のガスも用いるこ
とができる。また、他のエッチング条件のガスもこの例
によらず他のガスを用いることができる。これにより周
辺部に適度な凹凸を形成することができる。この方法に
おいて作製した表面構造は全て同様に太陽電池の特性を
向上させることが可能である。

【００６４】また、エッチング条件Ｂではエッチング条
件Ａよりも反応圧力が大きい。基板表面の凹凸形成は、
特性向上のために行うものであり、均一に凹凸形成でき
ることが望ましい。しかしながら、多結晶シリコン基板
のエッチングの際には程度には差があるものの面方位の
影響を受けてエッチングが行われる。この面方位の影響
が大きいと多結晶の各々のグレイン表面で凹凸が異なる
形状となり、グレインによっては表面反射の大きい形状
も形成されてしまうことから全体の反射率も大きくなっ
てしまい、特性向上への寄与が小さくなる。また、グレ
インによっては表面反射は小さいものの凹凸のアスペク
ト比が大きすぎて特性向上に寄与しない場合もある。そ
のため面方位の影響を受けないエッチングが望まれる。
プラズマを用いたエッチングでは反応圧力を大きくする
と自己バイアス電位が小さくなるためイオンの入射効果
が小さくなって面方位の影響が現れやすくなる。

【００６５】本発明では、少なくとも二つの単独で凹凸
形成可能なエッチング条件を用いて凹凸形成を行う際
に、始めのエッチングではアスペクト比の小さなエッチ
ング条件を用いて深くエッチングを行うが、これにより
全面に結晶面方位の影響の少ない凹凸を形成することが
できる。ただし、この時点では凹凸の形状は中央部でア
スペクト比を大きく、周辺部で小さい状態となってい
る。後のエッチングにおいては全体を始めのエッチング
に比べて平均的にアスペクト比の大きいエッチングを行
うが、本発明においては、このエッチング量は始めのエ
ッチングに比べて小さい必要がある。

【００６６】ＲＦパワーが大きい場合や、エッチング時
間が長い場合にこのエッチング量が大きくなると、エッ
ジ部は比較的良好な形状（アスペクト比）が得られる
が、中央部ではアスペクト比が大きくなりすぎてしま
い、特性に寄与できる形状とならない。

【００６７】そこで、後のエッチングにおいてはトレイ
面内で均一なアスペクト比が得られる時点で凹凸形成を
ストップする必要がある。より具体的にこれを実現する
方法としては、ＲＦパワーを始めよりも後のエッチング
で小さくするか、または、エッチング時間を始めよりも
後のエッチングの方で短くするなどの方法がある。この
とき、後のエッチングにおいては、始めのエッチングに
比べてエッチング量が少ないため、面方位の影響が大き
くなる条件でエッチングを行っても最終の全面の均一性
にはさほど影響しない。このような条件下では、後のエ
ッチング条件における反応圧力を大きくして後の条件単
体でのエッチングの面方位への影響が大きくなっても、
全体を通したエッチングの面方位への影響は小さくする
ことができる。各々単独で凹凸形成可能なエッチング条
件下では、エッチング時の自己バイアス電位が大きい
と、発生したプラスイオンの基板への入射効果はバッチ
の周辺部よりも中央部で大きくなる傾向があり、凹凸の
形成は中央で進みやすい。後のエッチングにおいては中
央部の凹凸形成をなるべく抑え、周辺部を促進すること
が望ましい。この方法として、本発明では後のエッチン
グ条件の反応圧力を大きくすることにより、これを解決
することが可能となる。エッチング条件の反応圧力が大
きくなると、自己バイアス電位を小さくすることができ
るため、単独のエッチングによるバッチ内の凹凸形成を
中央と周辺部をより均一に行うことが可能となる。これ
により、後のエッチングにおける中央部の凹凸形成の促
進を抑えることができ、結果としてバッチ内で全面均一
な凹凸形成を行うことが可能となる。

【００６８】また、上記の例では二つのステップのエッ
チング条件による凹凸形成を例としたが、このエッチン
グステップはいくらでも増やすことができる。例えば、
１０段階のステップでエッチングを行い、この内容とし
て混合ガスのうちＳＦ₆ガス及びＣｌ₂ガスの流量をそれ
ぞれ始めの３０秒間だけ０．７ｓｌｍ、０．１ｓｌｍ導
入し、次の３０秒間に０．６ｓｌｍ、０．２ｓｌｍ、次
の３０秒間に０．５ｓｌｍ、０．３ｓｌｍといったよう
に段階的に減らしていくような方法によっても同じ効果
を得ることができる。さらに、このエッチングステップ
を無限に増加させ、ＳＦ₆ガス及びＣｌ₂ガスの流量を徐
々に変化させていくというような完全に連続の条件で行
うことによっても同様の効果を得ることができる。ま
た、本発明においては、このような多段階あるいは連続
のエッチング条件の変化は、ＳＦ ₆ガス及びＣｌ₂ガスだ
けでなく、いかなるガス条件にも適用可能である。また
必要に応じて、同時に反応圧力、ＲＦパワーなどのエッ
チング条件も変化させることができる。

【００６９】さらに、この凹凸形状を最適化するため
に、ドライエッチング処理後にウエットエッチング処理
を加えることが提案されている（例えば特願２０００−
２５７６０９号参照）。

【００７０】この微細な凹凸構造６ｆは、表面から見た
その形状が擬楕円形であり、且つガラス基板に対して鉛
直な方向の任意断面における凹凸部の平均傾斜角が５〜
１０°（アスペクト比が０．０４〜０．１）程度の凹凸
形状が形成される。

【００７１】ここで、ガラス基板に対して鉛直な方向の
任意断面における凹凸部の平均傾斜角とは、ガラス基板
６ａに対して鉛直な方向に切った任意の断面部におい
て、凹凸部を形取る稜線の基板水平方向に対する傾斜角
の（断面部全体における）平均値とする。

【００７２】このとき、凹凸の平均傾斜角が５°以下に
なると、薄膜太陽電池に応用した際に、太陽電池の裏面
側で反射した反射光が受光面側で全反射される確率が低
下するため、光活性層内での実効的な光路長が効果的に
増大しない。逆に、凹凸の平均傾斜角が１０°以上の場
合には、互いに向かい合う凹凸斜面上での結晶の成長が
極度に阻害されるとともに、各々の結晶粒が衝突する界
面近傍にボイドを伴った粒界が発生し、Ｖ_ocおよびＦＦ
を中心とした素子特性を悪化せしめる事態を誘発する。

【００７３】このドライエッチング法で凹凸形成を行っ
た後、基板表面に残った残渣を除去する。これにより太
陽電池の特性を向上させることができる。エッチング残
渣を除去する方法としては、ドライエッチングによって
凹凸を形成して基板を取り出した後に、水槽内で超音波
をかける。この超音波を印加する装置の種類としては、
通常市販されている主な洗浄用超音波装置の周波数は数
十ｋＨｚから数百ｋＨｚで、印加する振動子も材質、形
状、出力など様々なタイプがあるが、この装置のタイプ
は表面の残渣除去の容易さによって選択することができ
る。残渣除去の容易さは凹凸の形状・大きさ・残渣の残
量・基板の厚みなどによっても変化し、さらに超音波の
周波数によっても変化するが、比較的残渣除去が困難な
条件であっても印加時間を長くすることで残渣を除去す
ることが可能である。

【００７４】また、ウェットエッチング処理を追加した
場合には、ウエットエッチング処理の前後の少なくとも
一方で、純水中等で超音波洗浄を行うことが望ましい。
スループットをより向上させるには、ウェットエッチン
グ処理中に超音波振動を与えることにより、エッチング
と残渣の除去を同時に行ってもよい。以上のようにして
粗面化されたガラス基板を容易に形成することが可能に
なる。

【００７５】次に、裏電極層６ｂとなる金属膜を形成す
る。金属膜材料としては、光反射特性に優れるＡｌ、Ａ
ｇなどを用いるのが望ましい。製膜方法としては、蒸着
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの
公知の技術を使用できる。膜厚は、０．０５〜２μｍと
し、この裏電極層６ｂの表面がガラス基板６ａの表面の
微細な凹凸構造６ｆを反映した微細な凹凸構造を有した
ものにする。裏電極層６ｂの膜厚を０．０５〜２μｍと
すれば、裏電極層６ｂ表面の凹凸形状は基板６ａの表面
の凹凸構造６ｆをほぼ反映したものとなる。

【００７６】なお、裏電極層６ｂの膜厚を０．０５μｍ
以下とすると素子の直列抵抗成分の増加による特性低下
を無視できなくなり、また２μｍ以上にするとガラス基
板６ａの表面上の凹凸構造６ｆが裏電極層６ｂの表面に
有効に反映されにくくなると同時にコスト的にも現実的
ではなくなる。

【００７７】また、ガラス基板６ａと裏電極層６ｂとの
接着強度を高めるためには、例えばＴｉなどの金属層
（不図示）をガラス基板６ａと裏電極層６ｂの間に厚さ
０．５〜２００ｎｍで挿入すればよいことが特願２００
１−５３２９０号に述べられている。

【００７８】さらに、裏電極層６ｂから後述する半導体
層６ｃへの金属成分の拡散が問題になる場合は、裏電極
層６ｂと半導体層６ｃとの間に拡散バリア層（不図示）
を挿入すればよい。拡散バリア層としてＴｉなどの金属
膜を用いる場合は厚さ１０ｎｍ以下、ＺｎＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、ＩＴＯ等の透明導電膜を拡散バリア層に用いる場
合は厚さ１００ｎｍ以下にすればよい。透明導電膜を用
いる場合は、拡散バリア層としての機能の他に裏電極層
６ｂの実効的反射率を向上させる機能も持たせることが
できる。さらにまた、後者の透明導電膜を用いる場合、
その成膜後に、表面の凹凸形状の平均高低差が透明導電
膜と裏電極層６ｂとの界面の凹凸形状の平均高低差より
も小さくなるようにすることで、後述する半導体層６ｃ
の形成においてリーク電流の発生が抑えられた高品質な
膜の形成が可能となる（例えば特願２００１−２０６２
３号参照）。

【００７９】次に、光活性層部を結晶質Ｓｉで形成した
半導体接合を有する半導体層６ｃを形成する。半導体層
６ｃは大別して下地層、光活性層、接合層で構成され
る。

【００８０】まず、下地層（不図示）として、非単結晶
Ｓｉ膜を触媒ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などで形成す
る。膜厚は１０〜５００ｎｍ程度とする。ドーピング元
素濃度については１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ³程度と
し、ｐ⁺型（またはｎ⁺型）とする。

【００８１】次に、光活性層（不図示）として結晶質Ｓ
ｉ膜を触媒ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などで形成す
る。膜厚は０．５〜１０μｍ程度とする。なお、導電型
は上記下地層よりドーピング濃度が低い同導電型とする
か、あるいは実質的なｉ型とする。

【００８２】次に、半導体接合（不図示）を形成すべ
く、非単結晶Ｓｉ膜（接合層）を触媒ＣＶＤ法やプラズ
マＣＶＤ法などで形成する。膜厚は５〜５００ｎｍ程度
とする。ドーピング元素濃度は１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃ
ｍ³程度とし、上述した下地層とは反対導電型（ｎ⁺型ま
たはｐ⁺型）とする。なお、接合特性をより改善するた
めに光活性層と接合層との間に実質的にｉ型の非単結晶
Ｓｉ層を挿入してもよい。このとき挿入層の厚さは、結
晶質Ｓｉ層の場合は１０〜５００ｎｍ程度、非晶質Ｓｉ
の場合は１〜２０ｎｍ程度とする。

【００８３】次に、透明導電層６ｄを形成する。透明導
電層６ｄの材料としては、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯな
ど公知の材料を用いることができる。製膜方法として
は、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング
法など公知の技術を用いることができる。この膜厚は光
学的干渉効果を考慮して６０〜３００ｎｍ程度にするの
がよい。

【００８４】最後に、表集電極６ｅとなる金属膜を形成
する。金属膜材料としては導電性に優れるＡｌ、Ａｇな
どを用いるのが望ましい。製膜方法としては、蒸着法、
スパッタリング法、スクリーン印刷法などの公知の技術
を使用できる。このとき蒸着法、スパッタ法において
は、マスキング法、リフトオフ法などを用いて所望のパ
ターンに金属膜を形成することができる。なお、透明導
電層６ｄとの接着強度を強化するためには、透明導電層
６ｄと表集電極６ｅとの間に、Ｔｉ等の酸化物材料との
接着強度に優れる金属材料を挿入すると効果的である。

【００８５】以上によって、光閉じ込め効率が高くかつ
リーク電流発生を充分抑制できる凹凸構造を有した高効
率かつ低コストな薄膜型結晶質Ｓｉ太陽電池を得ること
ができる。

【００８６】なお、基板６ａの材料としてはガラスに限
らず、金属、プラスチック、樹脂のうちのいずれでもよ
い。

【００８７】

【発明の効果】以上のように、本発明における太陽電池
用基板の粗面化法では、太陽電池用基板の表面にドライ
エッチング法で微細な凹凸を形成して粗面状にする場合
に、後に行うエッチング条件で形成される凹凸形状の面
内平均のアスペクト比が、始めに行うエッチング条件で
形成される凹凸形状の面内平均のアスペクト比よりも大
きいくなるような少なくとも２つ以上の異なるエッチン
グ条件でエッチングすることから、従来不可能であった
２５００ｃｍ²以上の大面積の被エッチング基板の領域
を均一なプラズマによるドライエッチングで処理できる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法で形成
されるバルク型シリコン太陽電池を示す図である。

【図２】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法に用い
る反応性イオンエッチング装置の一例を示す図である。

【図３】本発明に係る太陽電池用シリコン基板の粗面化
法に用いる反応性イオンエッチング装置の他の例を示す
図である。

【図４】従来のＲＩＥ処理を行った場合の、トレイ上の
基板位置によるエッチング形状の違いの分布を示す模式
図である。

【図５】本発明により凹凸形成を行ったシリコン基板表
面の場所による構造の違いを示す電子顕微鏡像である。

【図６】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法で形成
されるサブストレート型の薄膜多結晶シリコン太陽電池
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA16 BA04 BB17 BB18 CA02 CA03 DA01 DA02 DA03 DA04 DA16 DA17 DA18 DA26 DA29 DB01 DB02 EB02 5F051 AA02 AA03 CB22 DA03 GA01 HA07 HA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池用基板の表面にドライエッチン
グ法で微細な凹凸を形成して粗面状にする太陽電池用基
板の粗面化法において、前記ドライエッチング法の条件
として、それぞれ単独で微細な凹凸を形成できる少なく
とも２つ以上の異なるエッチング条件を含み、この２つ
のエッチング条件のうち、後に行うエッチング条件で形
成される凹凸形状の面内平均のアスペクト比が、始めに
行うエッチング条件で形成される凹凸形状の面内平均の
アスペクト比よりも大きいことを特徴とする太陽電池用
基板の粗面化法。
【請求項２】前記ドライエッチング法においてプラズ
マを用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池
基板の粗面化法。
【請求項３】前記太陽電池用基板がシリコン、ガラ
ス、金属、プラスチック、樹脂のいずれかの材料からな
る板材もしくはフィルム材であることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項４】前記太陽電池用基板が１枚もしくは複数
枚の基板からなり、粗面状にする側の面積の和が２５０
０ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１に記載の
太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項５】前記ドライエッチング法に用いるガス
が、基板に対し等方性エッチング特性及び異方性エッチ
ング特性を有するガスを含むことを特徴とする請求項１
に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項６】前記単独で微細な凹凸を形成できる少な
くとも２つのエッチング条件のうち、基板に対し等方性
エッチング特性を有するガスに対する異方性エッチング
特性を有するガスの比が、始めに行うエッチング条件よ
り後に行うエッチング条件の方が大きいことを特徴とす
る請求項１に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項７】前記太陽電池用基板がシリコンであり、
前記それぞれ単独で微細な凹凸を形成できるエッチング
条件で使用するガスが、フッ素系ガス又は臭素系ガス、
酸素系ガス、及び塩素系ガスを含むことを特徴とする請
求項１に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項８】前記単独で微細な凹凸を形成できる少な
くとも２つのエッチング条件のうち、フッ素系ガス又は
臭素系ガスの和の酸素系ガス及び塩素系ガスの和に対す
る流量の比率が、始めに行うエッチング条件より後に行
うエッチング条件の方が少ないことを特徴とする請求項
７に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項９】前記太陽電池用基板がガラスであり、前
記それぞれ単独で微細な凹凸を形成できるエッチング条
件で使用するガスが、フッ素系ガス又は臭素系ガス、及
び塩素系ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の
太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１０】前記単独で微細な凹凸を形成できる少
なくとも２つのエッチング条件のうち、フッ素系ガス又
は臭素系ガスの和の塩素系ガスの和に対する流量の比率
が、始めに行うエッチング条件より後に行うエッチング
条件の方が少ないことを特徴とする請求項９に記載の太
陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１１】前記フッ素系ガスがＦ₂、ＣＨＦ₃、Ｓ
Ｆ₆、ＮＦ₃、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、ＣｌＦ₃
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項
７〜１０に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１２】前記臭素系ガスがＨＢｒであることを
特徴とする請求項７〜１０に記載の太陽電池用基板の粗
面化法。
【請求項１３】前記塩素系ガスがＣｌ₂、ＨＣｌ、Ｃ
ｌＦ₃のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする
請求項７〜１０のいずれかに記載の太陽電池用基板の粗
面化法。
【請求項１４】前記酸素系ガスがＯ₂、Ｈ₂Ｏのうちの
少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７又は請
求項８に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１５】前記それぞれ単独で微細な凹凸を形成
できるエッチング条件で使用するガスが、ＳＦ₆、Ｏ₂、
Ｃｌ₂を含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電
池用基板の粗面化法。
【請求項１６】ＳＦ₆のＯ₂に対する流量の比率が
Ｏ₂：ＳＦ₆＝１０：０．５〜１５であることを特徴とす
る請求項１５に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１７】Ｃｌ₂のＯ₂に対する流量の比率が
Ｏ₂：Ｃｌ₂＝１０：０．５〜５であることを特徴とする
請求項１５に記載の太陽電池用基板の粗面化法。
【請求項１８】前記単独で微細な凹凸を形成できる少
なくとも２つのエッチング条件のうち、ＳＦ₆ガスのＯ₂
ガスとＣｌ₂ガスの和に対する流量の比率が、始めに行
うエッチング条件より後に行うエッチング条件の方が少
ないことを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池用基
板の粗面化法。
【請求項１９】前記それぞれ単独で微細な凹凸を形成
できるエッチング条件で使用するガスが、ＳＦ₆、Ｃｌ₂
を含むことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池用基
板の粗面化法。
【請求項２０】前記単独で微細な凹凸を形成できる少
なくとも２つのエッチング条件のうち、ＳＦ₆ガスのＣ
ｌ₂ガスに対する流量の比率が、始めに行うエッチング
条件より後に行うエッチング条件の方が少ないことを特
徴とする請求項１９に記載の太陽電池用基板の粗面化
法。
【請求項２１】前記単独で微細な凹凸を形成できる少
なくとも２つのエッチング条件のうち、後に行うエッチ
ング条件の反応圧力が始めに行うエッチング条件の反応
圧力よりも高いことを特徴とする請求項２、請求項６、
請求項８、請求項１０、請求項１８、または請求項２０
のいずれかに記載の太陽電池基板の粗面化法。
【請求項２２】前記単独で微細な凹凸を形成できる少
なくとも２つのエッチング条件のうち、後に行うエッチ
ング条件での基板のエッチング量が始めに行うエッチン
グ条件での基板のエッチング量よりも小さいことを特徴
とする請求項２、請求項６、請求項８、請求項１０、請
求項１８、または請求項２０のいずれかに記載の太陽電
池基板の粗面化法。