JP2006210394A

JP2006210394A - シリコン基体表面の凹凸形成方法

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Publication number: JP2006210394A
Application number: JP2005016631A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Nishida; 彰志西田; Masaki Mizutani; 匡希水谷; Noritaka Ukiyo; 典孝浮世; Yukiko Iwasaki; 由希子岩▲崎▼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】太陽電池用シリコン基体の形成に応用できる簡便で量産性のあるシリコン基体表面の凹凸形成方法を提供する。
【解決手段】シリコン基体表面上にインクジェットによりレジスト材をパターン描画してエッチングを行い、シリコン基体表面に凹凸を形成する方法であって、電極部となる部位１０３と該電極部以外の部位１０４とにおけるレジストパターンが異なることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はシリコン基体表面に凹凸形状を形成する方法に関し、特に量産性のある太陽電池用シリコン基体表面の凹凸形成方法に関する。

シリコン結晶太陽電池は光−電気変換効率を上げる観点から一般に表面に凹凸形状（テクスチャ）が形成される。この凹凸形状を形成するには通常アルカリ液により異方性エッチングを行ってピラミッド形状とするが、多結晶シリコンの場合単結晶シリコンとは異なり、結晶方位がランダムであるので一様な凹凸形状はこの手法では得られない。多結晶シリコン表面に凹凸形状を得るその他の方法としてはフォトリソグラフィーで微細パターニングしたシリコン窒化膜をエッチングマスクとして凹凸を形成する方法（例えば、非特許文献１参照）、エッチング液に混酸を用いるもの（例えば、特許文献１参照）や機械的にグルーブを形成する方法（例えば、特許文献２参照）、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によるガスエッチングの方法（例えば、特許文献３参照）等が挙げられる。また、安価な凹凸形成法として微粒子を表面に付着させてエッチングマスクとして凹凸を形成する方法（例えば、特許文献４参照）や微粒子を添加した耐エッチング膜を基板表面に塗布して微粒子部位での耐エッチング力低下を利用してエッチングマスクを作製する方法（例えば、特許文献５参照）などもある。

特開平１０−３０３４４３号公報特公平７−１０５５１８号公報特開平９−１０２６２５号公報特開２０００−２６１００８号公報特開２００３−３０９２７６号公報ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰＶＳＥＣ−７（１９９３）ｐ．９９

しかしながら、フォトリソグラフィーで凹凸形成するのはコスト的に高く、混酸によるエッチングでは組成制御の維持に注意を必要とし、機械的にグルーブを形成する方法は精密ではあるが生産性に難がある。またＲＩＥによるガスエッチングでは真空装置を用いるためコストが高くまた基板の配置等に工夫が要る。さらに、微粒子を表面に付着させる方法では付着力に問題があり安定した凹凸形成ができず、微粒子を添加した耐エッチング膜を基板表面に塗布する場合も微粒子を凝集させず均一に膜中に分散させるために微粒子の粒径を精密に制御する必要があるなど、いずれの方法も問題点があった。

本発明は、上述の従来技術における問題を解決し、簡便で量産性のあるシリコン基体表面の凹凸形成方法を提供することを目的とする。

本発明のシリコン基体表面の凹凸形成方法は、シリコン基体表面上にインクジェットによりレジスト材をパターン描画してエッチングを行い、前記シリコン基体表面に凹凸を形成する方法であって、電極部となる部位と該電極部以外の部位とにおけるパターンが異なることを特徴とする。
また、前記電極部となる部位のパターンがグリッド形状であることを特徴とする。
また、前記電極部以外の部位のパターンがドット形状・格子形状・ハニカム形状の中から選ばれる１つであることを特徴とする。
また、前記シリコン基体が多結晶シリコンであることを特徴とする。
また、前記レジスト材が顔料またはシリカを含む材料からなることを特徴とする。
また、前記凹凸の高さおよびピッチが５μｍ乃至１００μｍの範囲であることを特徴とする。

本発明のシリコン基体表面の凹凸形成方法によれば、インクジェットを用いて電極部と凹凸形成部の異なるパターンをシリコン基板表面に直接レジスト材で一度に描画することで、パターニング工程なしでエッチングマスクが形成されるので簡便に微細な太陽電池用テクスチャが均一に作製できる。また、本発明の方法ではスクリーン印刷の場合のような版が要らず、インクジェットに繋がれたパーソナルコンピュータ上でデータを入れ替えるだけで多種多様な電極形成部および凹凸形成部のパターンに対応することができる上に基板の大きさ等に制限がなく、しかも安価な市販のインクジェットプリンタを転用することが可能でスループットも容易に上げられるメリットがある。

本発明のシリコン基体表面の凹凸形成方法の一例を図１に示す。概略平坦な表面を有するシリコン基板１０１上にインクジェットを用いてノズル１０２から直接レジスト材（例えば顔料系インク）を塗布して乾燥を行う（図１（ａ），（ｂ））。このとき電極部に対応するレジストパターン１０３はレジスト材を均一に塗り、電極部以外の凹凸形成部に対応するレジストパターン１０４は例えばドット状の微小なレジストの液滴を規則的にシリコン基板１０１上に塗る。次にシリコン基板１０１をシリコンのエッチング液（例えばフッ酸と硝酸の混合液等）に浸漬してレジスト材で覆われていないシリコン表面からエッチングをしてレジスト材周辺部のシリコンを除去して凹部１０５を形成する（図１（ｃ））。最後にレジスト材を除去して平坦な電極部１０６と凹凸部１０７とを得る（図１（ｄ））。

本発明に使用されるインクジェットとしてはバブルジェット（登録商標）方式のものでも圧電（ピエゾ）方式のものでも良く、シングルノズルまたはマルチノズルを搭載したものが用いられる。マルチノズル型の方が描画速度が速いので、大面積基板上に描画する場合はこれを用いるとスループットが上げられる。これらのインクジェットはパーソナルコンピュータレベルで制御可能な業務用あるいは市販の個人向けプリンタ等を流用することができる。また本発明に使用されるレジスト材としては耐エッチング特性があり微粒子状態で適当な溶剤中に含有させたものであれば何でもよいが、顔料やシリカの微粉末を含むものが好適に用いられる。

以下、実施例を用いて本発明の方法により所望の凹凸形状を得るところをより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例１）
本例では図１に示す構成の方法および図２に示すパターンにより凹凸表面の形成を行った。まず、シリコン多結晶基板（ｐ型、比抵抗０．６Ω・ｃｍ）１０１の表面に対してパーソナルコンピュータで制御されたインクジェットを用いてシリコン基板１０１上にインクジェットノズル１０２から直接レジスト材（顔料系インク）を塗布して図２（ａ）に示すようなパターンを形成した（図１（ａ），（ｂ））。図２（ａ）のパターンはグリッド形状の表面電極部１０３とテクスチャ構造を形成する凹凸部１０４とからなり、凹凸部のパターンは格子点状に直径２０μｍのドットを５０μｍピッチで配置した。乾燥後にシリコン基板１０１をシリコンのエッチング液（フッ酸と硝酸の混合液）に浸漬してレジスト材で覆われていないシリコン表面をエッチングして凹部１０５を形成する（図１（ｃ））。その後レジスト材を３％ＫＯＨ溶液で除去することにより、図２（ｂ）の斜視図に示すように平坦な電極部１０６と凹凸部１０７とを得た（図１（ｄ））。得られた凹凸部の凸形状はコニーデ型で高さ４０μｍ、ピッチが５０μｍで格子点状に規則的に配列されていた。なお、本例では格子点状に配列された凹凸部の形成方法について述べたが、ハニカム状に凹凸部を配列することも容易にできることは言うまでもない。

（実施例２）
本例では図３に示す構成の方法および図４に示すパターンにより凹凸表面の形成を行った。まず、シリコン多結晶基板（ｐ型、比抵抗０．６Ω・ｃｍ）３０１の表面に対してパーソナルコンピュータで制御されたインクジェットを用いてシリコン基板３０１上にインクジェットノズル３０２から直接レジスト材（顔料系インク）を塗布して図４（ａ）に示すようなパターンを形成した（図３（ａ），（ｂ））。図４（ａ）のパターンはグリッド形状の表面電極部３０３とテクスチャ構造を形成する凹凸部３０４とからなり、凹凸部のパターンは格子状に線幅３０μｍのラインを６０μｍピッチで配置した。乾燥後にシリコン基板３０１をシリコンのエッチング液（フッ酸と硝酸の混合液）に浸漬してレジスト材で覆われていないシリコン表面をエッチングして凹部３０５を形成する（図３（ｃ））。その後レジスト材を３％ＫＯＨ溶液で除去することにより、図４（ｂ）の斜視図に示すように平坦な電極部３０６と凹凸部３０７とを得た（図３（ｄ））。得られた凹凸部は幅３０μｍ、高さ４０μｍの凸部が６０μｍピッチで格子状に規則的に配列されていた。なお、本例では格子状に配列された凹凸部の形成方法について述べたが、ライン・アンド・スペース的にグルーブ形状の凹凸部を配列することも容易にできることは言うまでもない。

（実施例３）
本例では図５に示す構成の方法および図６に示すドットパターンにより凹凸表面の形成を行った。まず、シリコン多結晶基板（ｐ型、比抵抗０．６Ω・ｃｍ）５０１の表面に対してパーソナルコンピュータで制御されたインクジェットを用いてシリコン基板５０１上にインクジェットノズル５０２から直接レジスト材（シリカ（ＳｉＯ₂）微粒子を含む溶剤系インク）を塗布して図６（ａ）に示すようなパターンを形成した（図５（ａ），（ｂ））。図６（ａ）のパターンでは表面電極部５０３は省略しているが図２（ａ）と同様なグリッド形状の表面電極部５０３とテクスチャ構造を形成する凹凸部５０４とからなる。凹凸部５０４のパターンは図６（ａ）に示すようにドットパターンが互いに重なるようにインクを噴出し、重なりが大きい部分５０４’で盛り上がるようにして結果的にこの部分が格子点状にドットパターンのピッチａの半分のピッチとなるように形成した（図６（ａ）の斜線部分）。このときのドットは直径ａは２０μｍで１０μｍ（即ち、ａ／２）ピッチで配置した。乾燥させて８５０℃で熱処理を行った後にシリコン基板５０１をシリコンのエッチング液（フッ酸と硝酸の混合液）に浸漬してレジスト材を徐々に浸食して最終的にレジスト材が盛り上がった部分をマスクとし、相対的にレジスト材の厚みの薄い部分でシリコン表面をエッチングして凹部５０５を形成した（図５（ｃ））。その後残ったレジスト材をフッ酸溶液で除去して平坦な電極部５０６と凹凸部５０７とを得た（図５（ｄ））。得られた凹凸部の凸形状は図６（ｂ）に示すようなコニーデ型で凸部の高さおよびピッチが１０μｍであり、格子点状に規則的に配列されていた。このようにドットパターンの配置を工夫することで微細な凹凸形状の作製が可能である。なお、本例では格子点状に配列された凹凸部の形成方法について述べたが、ハニカム状に凹凸部を配列することも容易にできることは言うまでもない。

本発明の凹凸形成方法の一例を示す模式的な工程図である。本発明により形成される表面電極部および凹凸部のパターンの一例を示す図である。本発明の凹凸形成方法の別の例を示す模式的な工程図である。本発明により形成される表面電極部および凹凸部のパターンの別の例を示す図である。本発明の凹凸形成方法のさらに別の例を示す模式的な工程図である。本発明により形成される凹凸部のパターンのさらに別の例を示す図である。

符号の説明

１０１、３０１、５０１… 基板（ウエハ）
１０２、３０２、５０２… インクジェットノズル
１０３、３０３、５０３… 表面電極部に対応するレジストパターン
１０４、３０４、５０４… 凹凸形成部に対応するレジストパターン
５０４’… レジスト材重なり部分
１０５、３０５、５０５… 凹部
１０６、３０６、５０６… 表面電極部
１０７、３０７、５０７… 凹凸部

Claims

シリコン基体表面上にインクジェットによりレジスト材をパターン描画してエッチングを行い、前記シリコン基体表面に凹凸を形成する方法であって、電極部となる部位と該電極部以外の部位とにおけるパターンが異なることを特徴とするシリコン基体表面の凹凸形成方法。
前記電極部となる部位のパターンがグリッド形状であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基体表面の凹凸形成方法。
前記電極部以外の部位のパターンがドット形状・格子形状・ハニカム形状の中から選ばれる１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン基体表面の凹凸形成方法。
前記シリコン基体が多結晶シリコンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコン基体表面の凹凸形成方法。
前記レジスト材が顔料またはシリカを含む材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコン基体表面の凹凸形成方法。
前記凹凸の高さおよびピッチが５μｍ乃至１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のシリコン基体表面の凹凸形成方法。