JP2005142457A - 太陽電池を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有害ガスを副生したり電極を損傷させたりすることなく、反射防止膜を安価に形成することのできる、量産性に富んだ太陽電池製造方法を提供する。
【解決手段】過酸化水素などの酸化剤に対する還元反応の触媒機能を有する金属、例えば銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム及び金のうちから選ばれる１種以上からなる表電極が形成されたシリコン等の半導体結晶基板を、前記酸化剤と場合によりフッ化水素酸を含む水溶液中に浸すことにより、表電極の周辺に多孔質層からなる反射防止膜を形成することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、太陽電池を製造する方法に属し、特に反射防止膜を効率よく形成する方法に関する。

太陽電池においてセルとなるシリコン基板等の半導体基板に太陽光が達した場合、基板内部に進入する光と基板表面で反射する光とに分かれる。このうち内部に進入する光のみが光起電力効果に寄与する。このため実用化されている太陽電池においては通常、基板の表面に反射防止膜を形成し、受光効率を高めている。
反射防止膜としては従来よりプラズマＣＶＤ法にて形成された窒化珪素膜やＣＶＤ法にて形成されたチタニア膜が知られている。また、最近ではシリコン基板に表電極及び裏電極をそれぞれ印刷し、焼き付けた後にその基板を電解エッチング、又はフッ硝酸で化学エッチングすることにより、表電極の周辺に多孔質シリコン層からなる反射防止膜を形成する方法も提案されている（非特許文献１）
phys.stat.sol.(a)197,No.2,512-517(2003)

しかし、プラズマＣＶＤやＣＶＤによる方法は、基板の表面に堆積しなかった窒化珪素や酸化チタンが装置内に多量に残るため、原料の利用率が低いうえ、装置内を定期的に清掃しなければならず、製品のコストを高める。また、非特許文献１に記載の方法のうち電解エッチングによるものは、電流発生装置を必要とするし、基板毎に通電用の接点をとる必要もあり、量産性に欠ける。金属触媒を用いない化学エッチングによるものは、硝酸を用いるので有害なNOxを副生するうえ、反応が激しすぎて電極が劣化してしまう。
それ故、この発明の課題は、有害ガスを副生したり電極を損傷させたりすることなく、反射防止膜を安価に形成することのできる、量産性に富んだ太陽電池製造方法を提供することにある。

その課題を解決するために、この発明の太陽電池の製造方法は、
過酸化水素、酸素、またはオゾンなどの酸化剤に対する還元反応の触媒機能を有する金属からなる表電極（バスバー電極およびフィンガー電極）が形成された半導体結晶基板を、前記酸化剤とフッ化水素酸を含む溶液中に浸すことにより、表電極の周辺に多孔質層からなる反射防止膜を形成することを特徴とする。
この発明の方法によれば、表電極が過酸化水素等の酸化剤の還元触媒として働き、酸化剤がシリコンなどの半導体結晶基板から速やかに電子を受け取る。それによって、基板内に正孔が残る。この正孔が基板材料の酸化及び液中への溶解を促進する。その結果、表電極の周辺が多孔質層となり、これが反射防止膜として機能する。

この発明の方法によれば、過酸化水素、酸素、オゾンの還元反応による副生物は水だけである（H₂O₂ + 2H⁺ + 2e → 2H₂O、O₂+ 4H⁺ + 4e → 2H₂O、O₃+ 2H⁺ + 2e → H₂O+O₂）ので、環境を汚染しない。また、反応は緩やかに進行するので、反射防止膜の成長を制御しやすい上に、処理工程における表電極の劣化を抑制できる。更にまた、同じ溶液中に多数の基板を一度に浸すことが可能であるから、量産性に富むし、高価な装置や手間がかからないので安価に反射防止膜を形成することができる。

前記金属は、好ましくは銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム及び金のうちから選ばれる１種以上である。但し、金属の種類によって還元反応の速度が異なるので、基板を溶液中に浸す時間を変える必要がある。過酸化水素とフッ化水素酸を含む溶液中でシリコンを処理する場合には、銀、パラジウムについては、基板を浸す時間は他の金属よりも短くて足りる。

ホウ素ドープされたｐ型多結晶シリコン基板であって、平均厚さ３５０μｍに薄切りされたものを準備した。比抵抗は０．５〜３Ωｃｍであった。この基板をアセトン中で５分間超音波洗浄した後、純水で洗浄した。西進商事株式会社製の銀ペースト（品番：M-GPC-7451-F1）を図１に断面図として示すように基板１の一方の主面にスクリーン印刷し、温度６００℃で焼き付けることにより、厚さ３０μｍ、幅０．１５ｍｍ、長さ６０ｍｍのフィンガー電極（図示省略）を縦に５０本、厚さ３０μｍ、幅１．５ｍｍ、長さ１２２ｍｍのバスバー電極２を横に２本形成した。

次に、基板１を１０％フッ化水素酸と３０％過酸化水素との１０対１混合水溶液に２０秒間浸した。基板１を走査型電子顕微鏡で観察したところ、図２に断面図として示すように電極側の主面に多孔質層３が形成されていた。得られた基板について、紫外可視分光光度計（UV-2450）と反射スペクトル測定用の積分球を用いて３００ｎｍから８００ｎｍの波長における反射率を測定した。対照として上記混合水溶液に浸していない基板についても同様に測定した。測定結果を図３に示す。図中、実線が実施例、破線が対照である。

図３に見られるように、多孔質層を形成することにより、形成する前よりも反射率が著しく低下した。比較のために、銀ペースト焼き付け後の基板の表面にプラズマＣＶＤ法にて窒化珪素からなる厚さ75 nｍの従来の反射防止膜を形成し、同様に反射率を測定した。測定結果を実施例のものと併せて図４に示す。図中、実線が実施例、破線が比較例である。
図４に見られるように、実施例のものは、５００ｎｍ以下の低波長域にて反射率を従来よりも著しく下げることができた。

この発明によれば、反射防止膜を量産性に適した方法で安価に形成することができるので、太陽電池の普及に有益である。

反射防止膜を形成する前の実施例の基板を示す断面図である。 反射防止膜を形成した後の実施例の基板を示す断面図である。 実施例の基板と対照の基板について反射率を測定した結果を示すグラフである。 実施例の基板と比較例の基板について反射率を測定した結果を示すグラフである。

Claims (3)

1. 酸化剤に対する還元反応の触媒機能を有する金属からなる表電極が形成された半導体結晶基板を、前記酸化剤を含む水溶液中に浸すことにより、表電極の周辺に多孔質層からなる反射防止膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記金属が、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム及び金のうちから選ばれる１種以上である請求項１に記載の製造方法。
3. 前記溶液が前記酸化剤の他にフッ化水素酸を含む請求項１に記載の製造方法。
   
   

Images