JP2004506330A - シリコン太陽電池を粗面状化するための金属触媒技術 - Google Patents
シリコン太陽電池を粗面状化するための金属触媒技術 Download PDFInfo
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Abstract
Description
政府の権利
米国政府は、米国エネルギー省により裁定された契約No. DE−AC04−94AL85000に準拠して、本発明における権利を有する。政府は本発明における何らかの権利を有する。
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、多結晶シリコン太陽電池及びシリコン太陽電池の光学的性能上の改善をもたらすための製造技術に関する。より具体的には、本発明は、シリコン太陽電池材料の表面を粗面状化するため、金属触媒の存在下での反応性イオンエッチング(RIE:reacting ion etching)の使用に関する。記載した技術によれば、太陽スペクトルの波長と同等又は、それより小さい寸法を有する、最適に不規則に分布する表面形状体を制御することができる。
【0003】
【従来技術】
多結晶シリコン(mc−Si;multicrystalline silicon)は、シリコン太陽電池の製造において、頻繁に使用される半導体基板である。単結晶シリコン(c−Si; Single crystal silicon)もまた、シリコン太陽電池の製造において使用されているが、しかしそれは、mc−Siより高価であるということを含めて、多少の欠点を有する。米国特許6,091,021は、多結晶シリコン(mc−Si)表面のエッチングによる粗面状化の補助手段として、マイクロ−マスク(例えばSiO2のような薄い多結晶性被覆)を使用することを含めて、本発明者等により開発されたmc−Si太陽電池製造の幾つかの態様を開示している。その特許において、微小の、不規則に分布したマイクロ−クレータ及び、角錐構造を太陽電池のエミッタの表面(又は、更に言えば任意のシリコン表面)内に形成できることを明示する技術が開示されている。この特許によれば、SiO2の堆積を実施することにより、例えば、光電池産業において通常使用されている、標準の化学蒸着方法を使用することにより実行できる。 ’021特許が教示するように、このような堆積により作成される「マイクロ−マスク」は、エッチャント(例えばSF6/O2)がマイクロ−ギャップを通って導かれて、微小結晶の下方のSiに到達する前に、ギャップ個所において露出されたシリコンを選択的にエッチングすることを可能にする。その結果、Si表面の不規則な粗面状化が達成される。それらの不規則に粗面状化された表面は、有意に、使用可能なスペクトル範囲にわたっての表面反射を低減し、こうして太陽電池における光吸収を増大させる。このことは、引き続いて更なる電子−ホール対が、太陽光発電効果としてシリコン基質内に生成する公算を増大させる。
【0004】
さらに、関連背景情報が、米国特許6,091,021に示され、ここに引用してその全体を援用する。’021特許は、シリコン(殊にmc−Si)粗面状化への手法を示しているが、太陽電池製造技術と両立して利用可能な粗面状化技術におけるより多くの融通性に対する必要性が残っている。本発明は、既存のエッチング方法及び標準太陽電池製造プロセスと両立する不規則粗面状化表面を構成することを狙いとする代替プロセスを提供する。本発明は、少なくとも1つの実施例により、高い処理能率で処理されるシリコン太陽電池材料の最適な不規則粗面状化への適応が可能になる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本開示において記載されている技術は、表面粗面状化されたシリコンが必要とされ、利益とされる種々の製造プロセス及び用途と両立する。シリコン表面の不規則性イオンエッチングが行われるときに、金属「不純物」(粒子)を反応性イオンエッチング(RIE)チャンバ内部環境に意図的に導入する本発明を使用して、種々の目的及び利点を達成できる。詳細な説明において、より一層詳しく説明されるように、1つの実施例によれば、RIEチャンバ内部でシリコンウエハーの表面に対して種々の位置に金属コーティングされたシリコン試料を戦略的に配置して、意図された粗面状化を実現できる。適当な金属種の幾つかには、例えばCr,Au,Cu,Al,Pd及びTiがある。
【0006】
別の実施例によれば、金属触媒の適当な選択し、RIEチャンバを調整により所望の粗面状化が行われ、高い処理能率を達成できる。このことは、例えば、チャンバ内でのシリコンのRIE粗面状化の前に、チャンバの内表面上に単数又は複数の金属の薄層を形成することを含むことができる。(適当な金属種は、金属コーティングされたシリコン試料を利用する実施例に関連してまさに説明したものを含む。)
【0007】
こうしてRIEチャンバ内に導入される金属は、「マイクロ−マスク」(又は、顕微鏡的金属微粒子)をRIE環境内に導入する効果を有する。反応チャンバ内に存在する金属は、チャンバ内でエッチングされるシリコンの表面上の不規則なナノスケールの形状体の形成を「触媒(catalyze)」する。そして、太陽電池の用途に有益な、光学的に好ましい粗面状体が得られる。そのようにして粗面状化されたシリコン表面は、例えば柱状及び角錐状形状体を含んだ入射光の波長よりはるかに小さい寸法の粗面を得ることができる。このサブ波長−製造技術は、空気及びシリコンの屈折率により規定される範囲にわたる、意図した屈折率の層の作成を可能にする。従って、本発明は、例えば、mc−Si太陽電池上の最適な反射防止層の作成を可能にし、広いスペクトル範囲にわたる光子吸収を最適化し、太陽電池効率を高めるものである。さらに、本発明のプロセスは、Siに対して、あるとしても、僅かな表面損傷しか生じさせず、それは、太陽電池からの電流抽出を有意に減少させることはない。そのような損傷は、もし起これば、光学的に好ましい粗面状形状体を損なうことなく容易に除去できる。
【0008】
本開示を通じて使用されている「触媒する」(“catatyze”)、「触媒作用」(“catalysis”)、「触媒」(“catalyst”)及び他の類似の語及び句は、ある種の金属がRIE環境に加えられたとき、Siの不規則な粗面状化に及ぼす効果を可能にし、促進することに係わり、関係する。この時、プラズマプロセスが反応経路の変化に基づき変えられる、旧来の化学的触媒が関与しているか否かは確かではない。実際、基礎となる物理的なメカニズムの完全な理解を狙いとする研究は進行中であるが、チャンバ内での金属の存在を媒介しての、所望の表面粗面状形状体の形成を担う厳密な化学的及び/又は物理的メカニズムは、現在知られていない。むしろ、この用途を目的として、「触媒作用」(“catalysis”)及び他の関連する用語は、ここで記載されているのとは異なる技術を使用してシリコンの表面粗面状化を実施できるが、ここで開示した要領で金属を導入することにより速度、制御及び結果の品質がすべて有意に高められる、という事実を伝えることを意図する。
従って、本発明の一の利点は、不規則に分布する表面形状体を生成することにより、基板上に粗面状化された表面を形成する方法を提供することである。
【0009】
本発明の別の利点は、そのような基板の表面を、少なくとも1つのエッチャントを含む反応性イオンエッチングプラズマと、プラズマ中に導入される金属粒子とに曝すことを含むことである。
【0010】
本発明の別の利点は、本発明の技術により、太陽電池関連スペクトル(具体的には、シリコン太陽電池において、光起電力効果を生じさせることができる光を意味する)における光の波長より小さい寸法を有する、ナノスケールの表面粗面状形状体が達成されることである。
本発明の更に別の利点は、粗面状化すべき基板の存在下でチャンバ内に個々の金属源を置くこと、そして、例えば金属の薄いコーティングを用いて反応性イオンエッチングチャンバの内表面を事前調整することを含む種々の手法で、金属触媒を反応性イオンエッチングチャンバ内に導入できることである。
明細書及び添付の特許請求の範囲を、更に検討すれば、発明のさらなる目的及び利点が当業者に明らかになる。
【0011】
[発明の詳細な説明]
本発明のナノ−粗面状化プロセスは、金属触媒が、Siにおける不規則RIE粗面状化の基本的性質へ重大な影響を与えることに基づく。この金属により支援されたプロセスは、広いプロセス範囲にわたり高度に一様な粗面状体を達成するのを助ける。本プロセスは、1実施例においてSF6及びO2ガスのような非毒性で不活性のエッチャントを利用する。これにより、若干の研究者、例えば、日本における研究者が使用しているCl2ガスのような危険なエッチャントに比して、より安全かつ低コストの処理が可能になる。コスト節減は、比較的危険でないエッチャントを使用することに関連している。けれども、塩素、臭素及びフッ素プラズマ化学反応に基づくエッチャントを含めた、SF6及びO2とは異なるエッチャントを使用する場合、粗面状化を、ここで開示された金属触媒プロセスを用いて最適化できることが注目される。
【0012】
本発明によるプロセスは、半導体表面内に、太陽スペクトルの波長より小さい、又は、それと同等の寸法を持つ制御可能な不規則粗面状形状体を有するシリコン(例えばmc―Si太陽電池)を作成する。本発明により粗面状化された表面は、肉眼では黒色又は灰色に見え、そして、走査形電子顕微鏡(SEM)が示すところによれば、取得された粗面状化された輪郭が、使用された金属触媒に決定的に依存する。
【0013】
本発明の1実施例によれば、表面粗面状化は、シリコンウエハー又は他のシリコン基板に近接して、RIEチャンバ内に金属コーティングされた小さいシリコン片を置くことにより達成される。(本発明の基本手法により粗面状化に適するシリコン基板の1つのタイプとして、シリコンウエハーについて言及することを注記する。同様に、実際のシリコン太陽電池又は他のバルクシリコン材料の表面のような、他のシリコン表面を、ここに記載したプロセスに従って粗面状化できる。さらに他の半導体及びガラスを含む誘電材料を、ここに記載した基本手法に従って粗面状化できる。)RIEチャンバ内に、そして、具体的には、エッチングすべき表面に近接して金属性材料を存在させることにより、識別性のある粗面状化された輪郭が得られる。
【0014】
エッチングプロセス中、顕微鏡的金属性微粒子がRIEプラズマ内に分散されることを想定する。それらの金属性粒子はシリコン表面上に堆積すると考えられる。このプロセスにより、高分解能の、不規則に配向したマイクロ−マスクが形成され、これは少なくとも一時的に、Si表面上の複数の点をエッチングから遮蔽する作用をすると考えられる。
【0015】
図1(a)〜(d)は、丸い4インチSiウエハー上への、RIE粗面状化プロセス中のチャンバ内における、Crの影響を示す概略図である。これらの結果を生成する上で使用されたチャンバは、Plasma―ThermTM790リアクタであった。このシステムにおいて、電力、圧力、ガス比及びエッチング時間から成る大きなパラメータ空間マトリクスが検討された。所望の粗面状化の結果が、RF電力〜300W,SF6流速〜14sccm,O2流速〜16sccm,チャンバ圧力〜170mTorr,及びエッチング時間〜15分において達成された。
【0016】
図1(a)は、単一のSF6/O2源を使用したRIEへの、4インチ直径Siウエハー4の境界にほぼ隣接して置かれたCr10(フィルム厚〜50nm、〜2cm×1.5cmの寸法を有するシリコン片上)(<<1インチ)の影響を示す。図1(a)は、Crにより支援された上述のRIEプロセスにより、ほぼ楕円状に粗面状化された領域6が得られることを示す。粗面状化された表面は、全体的にウエハーの大きな部分にわたって延在し、殊に、Cr試料に最も近いウエハーの領域において明らかであった。金属試料から最も遠いウエハーの領域では、有意な量の粗面状化は起こらなかった。図1(a)は、非粗面状化領域8の部分の(Cr源10に最も近いほぼ1mmからCr源10から最も遠いほぼ1.5cmまでに及ぶ)代表的幅を示すため、幅記号W1,W2,W3,W4を有する。
図1(b)は、類似のテストによる結果を示し、ここでは、3つの別個のCr源12a,12b,12c(フィルム厚〜50nm,Si寸法〜5mm×5mm)は、4インチ直径Siウエハー4の周の辺りに、ほぼ均一の間隔で置かれている。図1(b)は、3つのCr試料により支援されたRIEを使用した場合の、ほぼ3角形の粗面状化領域6を示す。図1(c)は、4インチ直径Siウエハー4の周の辺りにほぼ均一の間隔で置かれた4つのCr源14a〜d(フィルム厚〜50nm,Si寸法〜5mm×5mm)を使用して得られた、ほぼ長方形の粗面状化領域6を示す。図中、幅W5〜W8(〜1.0と〜1.5cmの範囲)は、粗面状化領域6に対する非粗面状化領域8の大体の大きさを表すため、付与されている。最後に、図1(d)は、ウエハー自体上に4つのCr源16a〜16d(膜厚〜50nm,Si寸法〜5mm×5mm)を対称的に配置したことにより達成された、ほぼ円形の対称形状体を示す。非粗面状化領域8もまた、まさに説明した図1(b)〜図1(d)の各々に示されている。図1(a)〜(c)に示す粗面状化に比して、図1(d)では、ウエハーエッジ上に源を置くことによりウエハー全面にわたって、粗面状化の一様性がより良好である。
【0017】
まさに説明したテストの各々について、著しく小さいCr源の導入により、有意に反射が低減され、粗面状化された領域の一様性が改善される。図2(a)及び図2(b)は、金属性触媒としてCrを用いて作成された粗面状化領域のSEM画像を示す。(図2(a)は倍率×100000で、水平の帯は100nmの長さを表し;図2(b)は倍率×70000で、水平の帯は200nmの長さを表す)。Crにより支援されたRIE粗面状化プロセスを用いて作成された、図に示す柱状の形状体は、〜20−50nmの直径、〜50nmの分離距離及び〜500nmの深さを有する。
【0018】
他の種々の金属を使用する粗面状化も調べられている。図3(a)〜(c)は、それぞれ触媒としてAl、Ti及びPdを用いて達成されたRIE粗面状体の幾つかの例を示す。我々は、粗面状体の輪郭及び寸法は、種々の触媒の導入により劇的に影響されることを認知している。例えば、図3(a)に示すAlにより支援された粗面状化は柱状の輪郭を生じさせ、Tiにより支援されたRIE(図3(b)に示す)は孔の様な模様を生じさせ、Pdにより支援されたRIE(図3(c)に示す)は遙かに大きな寸法となる。
【0019】
図4は、金属により支援された粗面状化表面からのスペクトル半球形反射率測定結果を示す。曲線はPd粗面状化(200)、Al粗面状化(300)、Ti粗面状化(400)及びCr粗面状化(500)に対して示されている。対比のため、平らなSi表面からの反射(100)も描かれている。Cr及びTiの双方により支援された表面は、それの粗面状化された輪郭における有意の変動にも拘わらず、類似の反射率応答を有する。Pdにより支援された比較的大きな粗面状体は、平らな表面からの反射よりなお小さいが、はるかに高い反射を呈している。Alにより支援された粗面状体の反射は、PdとCrで支援された粗面状体の中間に位置する。
【0020】
ウエハーに対する金属触媒の配置、及びそれの粗面状体の輪郭への影響もまた調べた。図5は、ウエハーから〜3−4インチ離れて置かれたAl試料に関して得られた粗面状体の例を示す。図3(a)に示す柱状の輪郭に比して、比較的大きな形状体が得られる(幅200〜500nmのオーダで、ほぼ500nmの分離距離で)。これらの形状体は、ほぼ500〜1000nm及びそれより大きい長手方向寸法を呈示している。図6は、2つのAlにより支援されたRIEプロセスからの反射率測定を示す。この図においても、対比のため、平らなSi表面からの反射もまた描いてある(100)。111で表された曲線は、ウエハーの近くにAl源を有するAlにより支援された不規則RIE粗面状化表面に関する半球形反射測定を示す。222で表された曲線は、Al源がウエハーからより一層離れている状況に対するデータを示す。ウエハーから更に離れたAl試料に対して、反射が有意に、より低くなっていることが判る。このプロセスは、また、比較的大きなウエハー領域にわたり粗面状体の一様性及び伸長性を改善する。
【0021】
代替的実施例によれば、ウエハーの周りの戦略的個所に金属源を置く代わりに、RIEチャンバの内表面を調整して、RIE粗面状化プロセス中金属触媒を供給することに係わる研究が実施されてきた。金属がSi粗面状化に対して触媒作用を有するという発見に導いた早期の研究が、RIE反応チャンバ壁からスパッタリングされたAl粒子がおそらくウエハー上に付着し、それにより不規則に粗面状化された表面が得られることを発見した。J.I.Gittleman,E.K,Sichel,H.W.Lehman,及びR.Widmer,“Textured silicon:a selective absorber for solar thermal conversion,”Appl.Phys.Lett.35,pp.742−744,1979。従って本発明者等は、所望の粗面状体の成果を、そのようにして実施し得るか否かを判定するため、反応チャンバ壁を入念に種々の金属でコーティングすることを試みたのである。このチャンバ調整手法を用いて成功を収めている。この実施例の典型的な事例において、Alにより支援されるRIE粗面状化プロセスが、先に説明したプロセスパラメータを用いて〜15分、実行される。これに続いて、同じCrにより支援された粗面状化プロセスが行われる。それらの2つのRIEプロセスにより、おそらく、RIEチャンバ表面内壁をコーティングする単分子層が得られる。複数(通常4〜5)のSiウエハーがそれに引き続いて、金属触媒を除いて、同じRIEパラメータを使用して粗面状化される。図7は、調整された粗面状体のSEM画像を示す。それらの形状体は通常3角形であり、Crにより支援された形状体よりほぼ1桁大きい。図8は、それらの表面からの反射率測定結果を示す。333で表された曲線は、チャンバ調整技術を使用する粗面状化から得られた結果を示し、その場合、Siのエッチングの前に、薄い(おそらく単分子層)のAlのコーティングがRIEチャンバの内表面上に堆積し、それに続いて、薄いCrのコーティングが行われる。対比のため、Siウエハーに対して金属源の戦略的配置を使用する、先に述べた実施例を用いて得られた、Crにより支援された反射率(曲線500)を描いた。(これは、図4に示す曲線500と同じ曲線である。)2つの異なる技術(調整及び個別の金属源)を使用して粗面状化された表面が類似の反射率応答を呈することが明らかである。再度、また対比のため、平らなSiからの反射も描いてある(100)。
【0022】
カソードに対する粗面状体の変動も検討している。図9は、黒鉛及びSiカソードを使用して粗面状化した表面からの反射率測定を示す。この図は、黒鉛(600)及びSi(700)カソードでの平らな表面(100)及び不規則RIE粗面状化表面からの半球形反射測定を示す。Siカソードを用いると、反射率は有意により低くなることが判る。
【0023】
最後に、カソード温度による粗面状体の変動を検討した。図10は、〜20℃(曲線800)及び〜1℃(曲線900)の温度で実施された、2つの調整された粗面状化プロセスからの反射率測定を示す。プロセスの温度がより低いと、反射率が有意により低くなることが判る。
【0024】
高度に一様な粗面状化を、RIEチャンバの調整により達成でき、更に、この手法は高度に経済的になる見通しがある。例えば、金属コーティングで反応チャンバを調整することにより、高い処理能力を達成できる、と言うのは、多くのエッチングを、更なる金属を追加する必要なしに完全に操業できるからである。けれども、究極的には、再調整が行われる停止期間同士の間に粗面状化すべき大量のSiの潜在的な存在を減退させるであろう。
【0025】
本開示において、先に、RIEプロセスの一結果としての表面損傷について言及した。エッチングプロセスによっては、Si表面に対するわずかな損傷が生じる。そのような損傷の結果、キャリア再結合により、Si太陽電池からの光電流が低減することとなり、損傷した材料の除去を目的とする、RIE後の追跡処理を必要とする。しかし、ここで述べる技術は、大きな程度の表面損傷を生じさせず、損傷除去のためのエッチングは、不要であろう。随意だが、もしも、SF6/O2エッチングにより実際に僅かな損傷が生じ、そして損傷した層の除去が望まれるなら、これは、希薄な湿式エッチングを使用して遂行できる。例えば、40重量%の水酸化カリウム中でほぼ4〜5分間、又は硝酸とフッ化水素酸の混合物(〜10:1)中でほぼ10秒間、粗面状化されたSi表面のエッチングを行うことにより、表面粗面状形状体を損なうことなく損傷が除かれるであろう。この目的のための他のエッチャントとして、フッ化水素酸、硝酸及び酢酸の混合物を含み得る。また、代替として、不規則に分布する表面形状体が生成された後、等方性のプラズマレスSiエッチングにより、すなわち、XeF2結晶源からの蒸気圧を用いて、損傷を除去できる。
【0026】
図11は、損傷の除去に適用される種々の処理に関連する、内部量子効率測定結果の対比を示す。その図は、平らなSi(曲線444)、未処理の不規則RIE粗面状化シリコン(曲線777)及びKOHエッチングされた処理済みRIE粗面状化太陽電池(60sec処理を用いて得られた結果を示す曲線666、270sec処理を用いて得られた結果を示す曲線555)を示す。データから明らかなように、量子効率が、KOHを用いた表面損傷の除去により改善される。ただし、表面損傷の除去は、本発明の目的にとっては随意のステップであると考えられ、損傷除去のためのエッチングが実施されなくても好ましい結果が得られることが注記される。
【0027】
以上の説明から、当業者は、本明細書及び添付の特許請求の範囲において規定された本発明の本質的な特徴を容易に確かめることができ、それらの精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の種々の変更及び変形を行って、それを種々の使用法及び状況に適合させることができる。当業者にとって自明であるような変更及び変形は、本特許請求の範囲内に包含されるべきものである。すべての引例、応用、特許及び引用された刊行物の開示全体を、ここに引用して援用する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)〜1(d)は、RIEチャンバ内で粗面状化すべきシリコンに対する、金属コーティングされたシリコンチップの種々の戦略的配置により生じる粗面状化状態の概略図である。
【図2】図2(a)〜2(b)は、金属触媒としてCrを用いて作成された粗面状化領域のSEM画像を示す。
【図3】図3(a)〜3(c)は、触媒としてそれぞれAl、Ti及びPdを用いて取得されたRIE粗面状体のSEM画像を示す。
【図4】金属により支援された粗面状化表面からのスペクトルの半球形反射率測定結果を描いたグラフである。
【図5】Al金属触媒を用いて作成された粗面状化領域のSEM画像を示す。
【図6】相異なるAlにより支援された粗面状化方法を対比する、スペクトルの半球形反射率測定結果を描いたグラフである。
【図7】薄層の金属コーティングでのRIEチャンバの調整を含むプロセスを用いて作成された粗面状化領域のSEM画像を示す。
【図8】本発明のチャンバ調整を用いて粗面状化されたシリコンに関連する半球形反射率測定結果を描いたグラフである。
【図9】本発明のチャンバ調整を用いて粗面状化されたシリコンに関連する半球形反射率測定結果を描いたグラフである。
【図10】本発明のチャンバ調整を用いて粗面状化されたシリコンに関連する半球形反射率測定結果を描いたグラフである。
【図11】RIEエッチングに伴う損傷を除くため適用される種々の処理に関連する内部量子効率測定結果を対比的に示す図である。
【符号の説明】
4 Siウエハー
6 粗面状化エリア
8 非粗面状化領域
10 Cr源
12a〜12c 3つのCr源
14a〜14d 4つのCr源
16a〜16d 4つのCr源
100 平らなSi表面からの反射
200 Pd粗面状化表面からの反射
300 Al粗面状化表面からの反射
400 Ti粗面状化表面からの反射
500 Cr粗面状化表面からの反射
111 ウエハーの近くにAl源を設置
222 ウエハーから離してAl源を設置
333 チャンバ調整技術を使用する粗面状化
600 黒鉛カソード
700 Siカソード
800 プロセス温度〜20℃
900 プロセス温度〜1℃
444 平らなSi
555 270secKOHエッチング処理
666 60secKOHエッチング処理
777 未処理シリコン
Claims (10)
- 不規則に分布する表面形状体を基板上に形成することにより、基板上に粗面状化された表面を作成する方法であって、前記基板の表面を、少なくとも1つのエッチャントを含む反応性イオンエッチングプラズマと、少なくとも1つの源からプラズマ中に導入される金属粒子とに曝すステップを含んでなることを特徴とする基板状に粗面化された表面を作成する方法。
- 前記基板が、半導体材料、誘電材料及びガラスから成る群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の基板状に粗面化された表面を作成する方法。
- 基板がシリコンを含むことを特徴とする請求項1に記載の基板状に粗面化された表面を作成する方法。
- 前記表面を反応性イオンエッチングに曝すステップが少なくとも1つの内壁を含むチャンバ内で行われ、少なくとも1つの金属源は、前記チャンバ内に配置された少なくとも1つの個別の金属源;及び前記チャンバの少なくとも1つの内壁に付着する金属のコーティングから選択されてなることを特徴とする請求項3に記載の基板状に粗面化された表面を作成する方法。
- 前記金属は、Cr,Au,Cu,Al,Pd,及びTi並びにそれらの任意の組合せから成る群から選択され;好ましくは、エッチャントは、Cl,Br,F,SF6及びO2,並びにそれらの任意の組合せから成る群から選択された少なくとも1つの構成要素を含み;かつ、好ましくは、前記少なくとも1つの個別の金属源は、チャンバ内の、
少なくとも1つの金属コーティングされたシリコン試料が粗面状化すべき表面に接触する位置;及び
少なくとも1つの金属コーティングされたシリコン試料が粗面状化すべき表面に隣接し、しかし前記粗面状化すべき表面に接触しない位置;
から成る群から選択される位置に置かれた少なくとも1つの金属被覆されたシリコンを含み、かつ
好ましくは、不規則に分布する表面形状体が形成された後、エッチングを実施するステップを更に含み、前記エッチングは、
KOH;
硝酸とフッ化水素酸の混合物;
硝酸、フッ化水素酸及び酢酸の混合物;及び
フッ化キセノン蒸気
から成る群から選択されるエッチャントを使用して実施される請求項4に記載の基板状に粗面化された表面を作成する方法。 - 表面を有するシリコンウエハーを反応性イオンエッチングチャンバ内に配置するステップ;
反応性イオンエッチングチャンバ内に金属源を導入するステップ;及び
チャンバ内でシリコンウエハー表面の反応性イオンエッチングを実施するステップ、を含み、それにより、
プラズマ雲がチャンバ内に形成され;かつ
反応性イオンエッチングチャンバ内の金属源の存在により、前記金属源からの金属粒子が前記プラズマ雲内で少なくとも一時的に浮遊状態に置かれる、
太陽電池で使用されるシリコン上に粗面状化表面を作成する方法。 - 金属粒子の少なくとも幾分かがシリコンウエハーの表面上に堆積して、シリコンの少なくとも一部を遮蔽する複数のマイクロ−マスクを形成し、複数のマイクロ−マスクにより遮蔽されたシリコンの部分を、少なくとも一時的に、エッチングに対して不浸透性にせしめ;かつ、好ましくは、反応性イオンエッチングは約300WのRF電力を使用して実施され、エッチング時間は約15分であり、使用されるエッチャントガスは約14sccmの流速のSF6及び約16sccmの流速のO2を含み、かつ、チャンバ圧力は約170mTorrであることを特徴とする請求項6に記載の基板状に粗面化された表面を作成する方法。
- 表面を備えた、シリコンを含む材料を反応性イオンエッチングチャンバ内に置くステップ;
金属源を反応性イオンエッチングチャンバ内に導入するステップ;及び
チャンバ内で反応性イオンエッチングを実行するステップ、
を含み、それにより、
プラズマ雲がチャンバ内に形成され;かつ
反応性イオンエッチングチャンバ内の金属源の存在により、前記金属源からの金属粒子が前記プラズマ雲内で少なくとも一時的に浮遊状態に置かれる、
プロセスにより形成された、金属触媒により媒介された粗面状化表面を含むシリコン太陽電池。 - 金属粒子がシリコンウエハーの表面上に堆積して、シリコンの少なくとも一部を遮蔽する複数のマイクロ−マスクを形成し、複数のマイクロ−マスクにより遮蔽されたシリコンの部分を、少なくとも一時的に、エッチングに対して不浸透性にせしめ、それにより、不規則に分布した表面形状体を含む表面粗面状体を形成させる請求項8に記載の太陽電池。
- 不規則に分布する表面形状体は複数の構造体を含み、少なくともその幾分かが、
太陽スペクトル中の光の波長より小さい、特定の寸法を持つほぼ柱状構造;及び
太陽スペクトル中の光の波長より小さい、特定の寸法を持つほぼ錐体構造、からなる群から選択され、かつ
随意に、表面形状体は直径約20nm〜約50nmで、好ましくは、約50nm離れており、かつ縦寸法が約500nmである構造を含み;かつ
随意に、表面形状体は直径約200nm〜約500nm、及びより大である構造を含み;かつ
随意に、表面形状体は約500nm分離され、かつ縦寸法が約500〜1000nm、およびそれより大である構造を含む、
請求項9に記載の太陽電池。
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