JP2007220980A - 太陽電池セルの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｉ基板自体の厚みばらつきを、製造工程で増加させず、均一なエッチング量を制御することによって、安定した生産性が実現できる太陽電池セル製造方法を得る。
【解決手段】機械加工によってＳｉ基板をスライスする第１工程と、水酸化アルカリを含む水溶液によってＳｉ基板の表面のエッチングを行う第２工程と有し、第２工程のエッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数に応じて、処理時間を長くする。また、第２工程の後に、水酸化アルカリを含む水溶液によってＳｉ基板の表面を凹凸にするためのエッチングを行う第３工程と有し、第３工程のエッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数に応じて、処理時間を長くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、安定した生産性が得られる太陽電池セルの製造方法に関する。

従来の太陽電池セルの製造方法では、ＩＤソー、ワイヤソーなどの機械加工によってＳｉインゴットからＳｉ基板をスライスする工程、スライス工程時にＳｉ基板の表面に付いた傷による基板表面ダメージおよびスライス工程での汚染物を取り除くために第１の表層部を除去する１次エッチング工程、および太陽電池セルとして入射する光を効率良く吸収するために太陽電池セルの表面（受光面）に凹凸構造を形成するための第２の表層部を除去する２次エッチング工程を有している（例えば、特許文献１参照）。

１次エッチングとして、温度８０〜９０℃、濃度１〜３ｍｏｌ／リットルの水酸化アルカリ（水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液）を用い、バブリングまたは揺動の下で処理する方法がある。また、２次エッチングとして、水１２リットルに対して３リットルのイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）および３００ｇの水酸化ナトリウムを添加した混合溶液を用いて、温度８５℃の加熱沸騰下で処理する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２２０１４６号公報（第２−３頁、第８図） 特開昭６１−９６７７２号公報（第３頁、第２図）

従来の太陽電池セルの製造方法では、１次エッチング工程と２次エッチング工程とにおいて、それぞれ特定の処理回数を、それぞれ一定の処理時間でエッチング処理していた。この方法では、エッチングの処理回数が増加すると共に、水酸化アルカリを含む水溶液の濃度が低下するので、エッチング量が片面で８〜２０μｍとばらつき、エッチング後のＳｉ基板自体の厚みのばらつきが生じる。このため、所定のエッチング量以上にエッチングされたＳｉ基板は薄くなるので、エッチング工程以降の工程においてＳｉ基板が割れやすくなるという問題点があった。また、エッチング工程でのＳｉ基板の割れ率およびＳｉ基板の反り量は、Ｓｉ基板の板厚の２乗に反比例する。このため、スライスするＳｉ基板の板厚の薄板化に伴い、Ｓｉ基板が割れにくくするためには、必要以上のエッチングを避ける必要がある。さらに、エッチングの処理回数の増加に伴う水溶液の濃度変化を小さくするために、水溶液を新液に交換した後のエッチングの処理回数を数回にすると、水溶液の交換のためのコストが高くなるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水溶液を新液に交換した後のエッチングの処理回数を減らすことなく、Ｓｉ基板の厚みばらつきを低減し、安定した生産性が得られる太陽電池セルの製造方法を得ることができる。

この発明に係る太陽電池セルの製造方法は、機械加工によってＳｉ基板をスライスする第１工程と、水酸化アルカリを含む水溶液によってＳｉ基板の表面のエッチングを行う第２工程とを有し、第２工程のエッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたことを特徴とするものである。

この発明に係る太陽電池セルの製造装置は、機械加工によってスライスしたＳｉ基板の表面に対して水酸化アルカリを含む水溶液によってエッチングを行うエッチング処理部と、水溶液に新液が投入されてからのエッチングの処理回数の増加に応じて、エッチングの処理時間を長くした制御を行う制御部とを備えたことを特徴とするものである。

この発明に係る太陽電池セルの製造方法は、機械加工によってＳｉ基板をスライスする第１工程と、水酸化アルカリを含む水溶液によってＳｉ基板の表面のエッチングを行う第２工程とを有し、第２工程のエッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたので、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉのどちらの基板でも、生産工程にて基板の厚みばらつきを低減することによって、安定した生産性が得られる。また、太陽電池セルの性能ばらつきを抑制することができる。

この発明に係る太陽電池セルの製造装置は、機械加工によってスライスしたＳｉ基板の表面に対して水酸化アルカリを含む水溶液によってエッチングを行うエッチング処理部と、水溶液に新液が投入されてからのエッチングの処理回数の増加に応じて、エッチングの処理時間を長くした制御を行う制御部とを備えたので、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉのどちらの基板でも、生産工程にて基板の厚みばらつきを低減することによって、安定した生産性が得られる。また、太陽電池セルの性能ばらつきを抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における太陽電池セルの製造装置であるエッチング装置の構成図である。図１において、エッチング装置１は、水酸化アルカリを含む水溶液であるエッチング液２が投入されたエッチング槽３、エッチング槽３へエッチング液２の投入および廃棄を行うエッチング液調節器４、非処理部材であるｐ型Ｓｉ基板５を保持するエッチング冶具６、エッチング冶具６を昇降するための上下スライダー７、エッチング冶具６を搬送し、上下スライダー７を駆動する搬送ロボット８、エッチング液調節器４および搬送ロボット８を制御する時間制御シーケンサ９によって構成されている。

本実施の形態では、１回のエッチング処理におけるｐ型Ｓｉ基板５の処理枚数を多くするために、エッチング冶具６を多段にしている。時間制御シーケンサ９によって、搬送ロボット８を制御して、ｐ型Ｓｉ基板５の投入および排出を行い、エッチングの処理時間を制御する。なお、本実施の形態ではＳｉ基板をｐ型Ｓｉ基板５としているが、ｎ型Ｓｉ基板でもよい。太陽電池セルの製造装置は、機械加工によってスライスしたｐ型Ｓｉ基板５の表面に対して水酸化アルカリを含む水溶液であるエッチング液２によってエッチングを行うエッチング処理部であるエッチング装置１とエッチング液２に新液が投入されてからのエッチング装置１での処理回数の増加に応じて、エッチングの処理時間を長くした制御を行う制御部である時間制御シーケンサ９とによって構成されている。

ｐ型Ｓｉ基板５は、多結晶Ｓｉインゴットからワイヤソー等の機械加工によって切り出された後は未処理の状態である「アズ・スライスの多結晶Ｓｉ基板」と呼ばれる多結晶Ｓｉ基板を使用した。機械加工によってｐ型Ｓｉ基板５をスライスする工程の一例は次のとおりである。なお、機械加工によってｐ型Ｓｉ基板５をスライスする工程を第１工程とする。ｐ型Ｓｉ基板５は、多結晶Ｓｉインゴットをマルチワイヤーソーにて、ワイヤー径０．１８ｍｍφのワイヤーと＃８００のＳｉＣの砥粒とを用いて、ワイヤー速度（一方向送り）５００〜７００ｍ／ｍｉｎの条件で、３５０μｍ程度の厚さに切り出した基板である。この条件でスライスした場合における、ｐ型Ｓｉ基板５の表面の平均表面あらさＲａは５μｍ程度である。

次に、ｐ型Ｓｉ基板５をスライスする第１工程以降の太陽電池セルの製造工程について説明する。図２は、太陽電池セルの製造工程の工程フロー図である。図２（ａ）は、多結晶Ｓｉインゴットからスライスされたままのｐ型Ｓｉ基板５を示している。太陽電池セルの場合には、多結晶Ｓｉインゴットからスライスされたままの基板を用いることが多い。このため、ｐ型Ｓｉ基板５の表面である第１の表層部１７には、スライス工程時にＳｉ基板の表面に付いた傷による基板表面ダメージおよびスライス工程での汚染物が存在する。

図２（ｂ）は、ｐ型Ｓｉ基板５上の第１の表層部１７を取り除くための１次エッチング工程である。第１の表層部１７には、基板表面ダメージおよびスライス工程の汚染物を多く含んでおり、汚染物が残存した状態では、ｐ型Ｓｉ基板５は半導体結晶として十分に機能しない。半導体デバイスである太陽電池セルを有効に機能させるためには、これら損傷を受けた部分を除去する必要がある。このため、適切な一定時間、エッチング処理を行い、片面５〜１５μｍ程度の深さの表層部、すなわち第１の表層部１７をエッチングで除去する。このエッチングを１次エッチングとする。１次エッチングは水酸化アルカリを含む水溶液によってｐ型Ｓｉ基板５の表面のエッチングを行う第２工程である。１次エッチングの処理はエッチング装置１を用いて行う。１次エッチングの方法としては、温度８０〜９０℃、濃度１〜３ｍｏｌ／リットルの水酸化アルカリ（水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液）を含む水溶液を用い、バブリングまたは揺動によって処理する。１次エッチング工程において、水酸化アルカリを含む水溶液は１０〜４０回の処理回数で新液に交換される。

表面ダメージおよびスライス工程の汚染除去の状態を把握するためには、太陽電池セル開放電圧（Ｖｏｃ）を測定する方法がある。開放電圧は、太陽電池セルの正極と負極との間に何も接続しない状態での電圧である。そして、表面ダメージおよびスライス工程の汚染の除去が不十分であると、この開放電圧が低下する。

図２（ｃ）の工程は、太陽電池セルの表面（受光面）であるｐ型Ｓｉ基板５の表面に凹凸構造１９を形成するために第２の表層部１８を除去する２次エッチング工程である。２次エッチングは水酸化アルカリを含む水溶液によってｐ型Ｓｉ基板５の表面を凹凸にするためのエッチングを行う第３工程である。ｐ型Ｓｉ基板５を太陽電池セルとして有効に機能させるためには、入射する太陽光を効率良く吸収する、いわゆる光閉じ込めを行う必要がある。このための一要素としてｐ型Ｓｉ基板５の表面に凹凸構造１９を設けて光路の曲げおよび多重反射を利用する。１次エッチングには、ｐ型Ｓｉ基板５の表面に比較的平坦性を持たせる目的があり、この工程だけでは光閉じ込めに効果的なｐ型Ｓｉ基板５の表面の凹凸構造１９は得られない。したがって、光閉じ込めに効果的なｐ型Ｓｉ基板５の表面の凹凸構造１９を得るため、１次エッチングの後の２次エッチングによって第２の表層部１８を改めて除去する。

２次エッチングの方法としては、１２リットルの水に対して３リットルのイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）および３００ｇの水酸化ナトリウムを添加した混合溶液を用いて、温度８５℃の加熱沸騰下で処理する。この２次エッチング工程でも１０〜４０回の処理回数で水溶液は新液に交換される。２次エッチングによって、機械加工によるスライス工程で損傷を受けた表層部が更に除去される。２次エッチングも、水溶液を交換することでエッチング装置１を用いて行うことができる。

凹凸構造１９によって、通常の平坦な受光面であれば一回の反射で外部へ逃げてしまう光であっても、傾斜面を何回か反射させて、基板内部へ導入することが可能となるので、より多くの太陽光を太陽電池セル内部に吸収させることができ、太陽電池セルの変換効率が向上する。この向上の指針となる太陽電池セルの特性として短絡光電流密度（Ｊｓｃ）がある。短絡光電流密度は、太陽光を入射した状態で太陽電池セルの正負両極を導線で接続し、短絡した状態での電流を、その太陽電池セルの面積で割った値である。この短絡光電流密度の値が大きいほど、より多くの太陽光が太陽電池セル内部に吸収されてエネルギー変換効率が向上していることを示しており、上述の凹凸構造１９が効率よく形成されていることになる。２次エッチングを行うことによって、短絡光電流密度は１ｍＡ／ｃｍ^２程度上昇する。

図２（ｄ）において、例えばリン（Ｐ）を熱的に拡散することによって、導電型を反転させたｎ型拡散層１２を形成する。通常リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）が用いられることが多い。ｎ型拡散層１２の抵抗値は数十Ω／□程度、拡散層の深さは０．３〜０．５μｍ程度である。ｐ型Ｓｉ基板５の片面をレジスト材などで保護し、図２（ｅ）に示すように一主面のみにｎ型拡散層１２を残すようにエッチング除去し、有機溶剤等を用いてレジスト材を除去する。

図２（ｆ）において、ｎ型拡散層１２の反対面に、スクリーン印刷法またはロールコータ方式などによってアルミペースト電極１３を形成する。そして、図２（ｇ）に示すように、７００〜９００℃で数分から数十分、炉の中で焼成することによってアルミペーストから不純物としてアルミがｐ型Ｓｉ基板５中に拡散し、高濃度不純物を含んだｐ^＋層１４が形成される。この層はＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層と呼ばれ、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上に寄与するものである。また、この工程の後で、ｎ型拡散層１２の表面に反射防止膜を設けてもよい。

そして、図２（ｈ）に示すように、表面（受光面）と裏面とに銀ペースト電極１５，１６を印刷し、再度焼成を行うことで太陽電池セルが完成する。なお、工程簡略化のために図２（ｇ）の焼成工程を省略し、図２（ｈ）の後に一括焼成で太陽電池セルを完成させることも可能である。

このような、太陽電池セルの製造方法において、ｐ型Ｓｉ基板５の表層部のうちのスライス加工によって機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とする１次エッチングの処理を行う際に、１次エッチングに使用する水溶液の液疲労に対応するために、水溶液が新液に交換されてからの１次エッチングの処理回数の増加に応じて、１次エッチングの処理時間を長くする制御を行う。図３は、実施の形態１におけるエッチング時間制御パターンを変化させた場合の１次エッチングの処理回数とエッチングの処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。図３において、左欄にエッチング時間制御パターンを、右欄に処理回数毎のエッチング量を示している。エッチング時間制御パターンは、処理回数に応じた処理時間の制御パターンである。

条件１〜４はそれぞれ異なるエッチング時間制御パターンである。処理回数の増加と共に処理時間を長くしている。条件４は、従来から行われている、処理回数が増加しても処理時間を一定とした場合である。水溶液が新液に交換されてからの処理回数に関わらず、処理時間を一定時間とした。水溶液は、新液の際の濃度が２．０ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム溶液である。この水溶液を用いて、このアズ・スライス多結晶Ｓｉ基板であるｐ型Ｓｉ基板５の表面をエッチングした。水溶液の温度は８５℃である。

図３において、処理時間Ｔ２（ｓｅｃ）は、エッチングの処理回数３０回目の処理時間で、エッチング処理によって太陽電池セル特性の開放電圧（Ｖｏｃ）のレベルが低下しない処理時間に設定されている。また、処理時間Ｔ１（ｓｅｃ）は、処理回数１回目の処理時間である。ここでは、処理時間Ｔ１をＴ１＝０.７×Ｔ２＜Ｔ２となるように設定した。条件１〜３では、処理時間Ｔ１から処理時間Ｔ２までの間で、処理回数が増加する毎に処理時間を任意に長くするような制御パターンを設定した。つまり、第２工程のエッチングである１次エッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くした。ここで、新液の投入とは、水溶液を新液に交換することである。しかしながら、水溶液全体を完全に交換する必要はなく、水溶液の一部を新液に置換することでもよい。

条件１〜４のそれぞれの１次エッチングを行った後、ｐ型Ｓｉ基板５の表面（受光面）に凹凸構造１９を形成するために第２の表層部１８を除去する２次エッチングを行った。ここでは、２次エッチングの処理時間は、処理回数に関係なく一定の処理時間Ｔ３（ｓｅｃ）とした。

図３の右欄に示した条件１〜４に対応した処理回数毎のエッチング処理の実験結果から、１次エッチングの処理回数３０回の場合での、エッチング量のばらつきがわかる。エッチング量は、条件１で５〜１５μｍ、条件２で６〜１５μｍ、条件３で６〜１４μｍとなっており、エッチング量のばらつきは１０μｍ以下に抑えられている。しかしながら、処理時間が一定である条件４では、エッチング量のばらつきは５〜２０μｍとなり、条件１〜３に比べてエッチング量のばらつきが大きいことがわかる。

ここで、エッチング量のばらつきと太陽電池セルの特性との関係について述べる。図４は、実験結果に基づいてＳｉ基板表面のダメージ層除去厚みと太陽電池セルのエネルギーの変換効率との関係を示したグラフである。図４からわかるように、ダメージ層除去厚みが小さい場合には変換効率が低下する。ダメージ層除去厚みを５μｍ以上にすることで、良好な変換効率を確保できる。一方、ダメージ層除去厚みを大きくすると、配線不良、基板割れなどの問題が生じ、結果的に変換効率が低下するので、ダメージ層除去厚みを１５μｍ以下にすることが必要である。このため、最適なダメージ層除去厚みは５〜１５μｍであり、この条件を満たすようにエッチング量のばらつきを抑える必要がある。

そこで、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めるための、処理時間Ｔ１（ｓｅｃ）と処理時間Ｔ２（ｓｅｃ）との関係を実験によって調べた。図５は、実施の形態１における処理時間Ｔ１を変化させた場合の１次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。２次エッチングの処理時間は、処理回数に関係なく一定の処理時間Ｔ３（ｓｅｃ）とした。条件５は、処理時間Ｔ１をＴ１＝０.７×Ｔ２となるように設定した場合で、エッチング量のばらつきは５〜１５μｍの範囲に収まる。図３の条件４において、処理時間を一定にした場合には、エッチング量のばらつきは５〜２０μｍとなることを考慮すると、処理時間Ｔ１は処理時間Ｔ２×０.７が上限であり、処理時間Ｔ２×０.７以下に設定する必要がある。

条件６は、処理時間Ｔ１をＴ１＝０.５×Ｔ２となるように設定した場合で、エッチング量のばらつきは５〜１０μｍの範囲に収まる。また、条件７は、処理時間Ｔ１をＴ１＝０.３×Ｔ２となるように設定した場合で、エッチング量は安定して５μｍとなる。処理時間Ｔ１を条件７よりも短くすると、エッチング量は５μｍを下回り、太陽電池セルの変換効率が低下するので、処理時間Ｔ１は処理時間Ｔ２×０.３以上に設定する必要がある。水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの１次エッチングの処理回数が３０回の場合には、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間を３０回目のエッチングの処理時間の０．３倍以上、０．７倍以下の範囲に設定することによって、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。処理回数が増加することによって、処理時間が徐々に長くなる理由は次のとおりである。新液状態では水溶液の濃度が濃いために、処理時間が短くても所望のエッチング量が得られ、処理回数が増加する毎に、水溶液の濃度が薄くなり、ある一定量のエッチング量を得るには、処理時間が長くなるためである。

図５に示した実験結果から、水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの１次エッチングの処理回数をＮ回（１０≦Ｎ≦４０）とした場合でも、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めるために、Ｎ回目のエッチングの処理時間Ｔ２に対して、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ１をどのような範囲に設定すればよいかがわかる。

図５に示した条件７では、エッチングの処理回数３０回までの間、エッチング量が不変である。このため、処理回数１０回の場合では、処理回数１回目の処理時間を０．３×Ｔ２、処理回数１０回目の処理時間を０．５３×Ｔ２としてもエッチング量は不変である。つまり、処理回数１回目の処理時間は、処理回数１０回目の処理時間の０．５６倍となる。処理回数２０回の場合では、処理回数１回目の処理時間を０．３×Ｔ２、処理回数２０回目の処理時間を０．７７×Ｔ２としてもエッチング量は不変である。つまり、処理回数１回目の処理時間は、処理回数２０回目の処理時間の０．３９倍となる。このことから、処理回数Ｎ回の場合には、処理回数１回目の処理時間は、処理回数Ｎ回目の処理時間の１／（０．０７８×Ｎ＋１）倍に設定すれば、エッチング量が不変となる。

また、図５に示した条件５から、エッチングの処理回数Ｎ回の場合では、処理回数１回目の処理時間は、処理回数Ｎ回目の処理時間の１．２７／（０．０２７×Ｎ＋１）倍以下に設定すれば、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。なお、処理回数１０回以下の場合であれば、エッチングの処理時間が一定でも、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍに収めることができる。一方、水溶液の交換前後の生産タクトバランスから、エッチングの処理回数４０回以上の場合では、エッチング時間が極端に長くなるため、エッチングの処理回数の上限は４０回以下となる。これらの結果をまとめると、エッチングの処理回数を１０〜４０回とし、１次エッチングの処理回数をＮ回（１０≦Ｎ≦４０）とし、Ｎ回目のエッチングの処理時間Ｔ２に対して、式（１）を満たすように、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ１を設定することによって、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。

以上のことから、ｐ型Ｓｉ基板５の表層部のうちの機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とする１次エッチング工程において、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたことによって、エッチング量のばらつきを抑えることができる。

実施の形態２．
本実施の形態においては、Ｓｉ基板の表面を凹凸にするための２次エッチングを行う際に、２次エッチングに使用する水溶液の液疲労に対応するために、水溶液が新液に交換されてからの２次エッチングの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くする制御を行う。図６は、実施の形態２におけるエッチング時間制御パターンを変化させた場合の２次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。図６において、左欄にエッチング時間制御パターンを、右欄に処理回数毎のエッチング量を示している。条件８〜１１はそれぞれ異なるエッチング時間制御パターンである。処理回数の増加と共に処理時間を長くしている。条件１１は、従来から行われている、処理回数が増加しても処理時間を一定とした場合である。水溶液が新液に交換されてからの処理回数に関わらず、処理時間を一定時間とした。水溶液は、水１２リットルに対しイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を３リットル、水酸化ナトリウムを３００ｇ添加した混合溶液である。

図６において、処理時間Ｔ５（ｓｅｃ）は、エッチングの処理回数３０回目の処理時間である。処理時間は、太陽電池セル特性の開放電圧（Ｖｏｃ）のレベルが低下しないエッチング量となるように設定されている。また、処理時間Ｔ４（ｓｅｃ）は、処理回数１回目の処理時間である。ここでは、処理時間Ｔ４をＴ４＝０.５×Ｔ５＜Ｔ５となるように設定した。条件８〜１０では、処理時間Ｔ４から処理時間Ｔ５までの間で、処理回数が増加する毎に処理時間を任意に長くするように制御パターンを設定した。つまり、第３工程のエッチングである２次エッチングは、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くした。ここで、新液の投入とは、水溶液を新液に交換することである。しかしながら、水溶液全体を完全に交換する必要はなく、水溶液の一部を新液に置換することでもよい。条件８〜１０のそれぞれの２次エッチングを行う前には、実施の形態１の条件３に従って１次エッチングを行った。

図６の右欄に示した条件８〜１１に対応した処理回数毎のエッチング処理の実験結果から、２次エッチングの処理回数３０回の場合での、エッチング量のばらつきがわかる。エッチング量は、条件５〜７でほぼ１０μｍ均一の値となった。しかしながら、処理時間が一定の条件１１では、エッチング量のばらつきは８〜１４μｍとなり、条件８〜１１に比べてエッチング量のばらつきが大きいことがわかる。

そこで、実施の形態１と同様に、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めるための、処理時間Ｔ４（ｓｅｃ）と処理時間Ｔ５（ｓｅｃ）との関係を実験によって調べた。図７は、実施の形態２における処理時間Ｔ４を変化させた場合の２次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。１次エッチングの条件は、実施の形態１の条件３である。

条件１２は、処理時間Ｔ４をＴ４＝０.７×Ｔ５となるように設定した場合で、エッチング量はほぼ１５μｍ均一の値となった。条件１３は、処理時間Ｔ４をＴ４＝０.５×Ｔ５となるように設定した場合で、エッチング量はほぼ１０μｍ均一の値となった。また、条件１４は、処理時間Ｔ４をＴ４＝０.３×Ｔ５となるように設定した場合で、ほぼ５μｍ均一の値となった。処理時間Ｔ４を条件１４よりも短くすると、エッチング量は５μｍを下回り、太陽電池セルの変換効率が低下するので、処理時間Ｔ４は処理時間Ｔ５×０.３以上に設定する必要がある。つまり、水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの２次エッチングの処理回数が３０回の場合には、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間を３０回目のエッチングの処理時間の０．３倍以上、１．０倍以下の範囲に設定することによって、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。

図６および図７に示した実験結果から、水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの２次エッチングの処理回数をＭ回（１０≦Ｍ≦４０）とした場合でも、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めるために、Ｍ回目のエッチングの処理時間Ｔ５に対して、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ４をどのような範囲に設定すればよいかがわかる。

図７に示した条件１４では、処理回数３０回までの間、エッチング量が５μｍで不変である。このため、処理回数１０回の場合では、処理回数１回目の処理時間を０．３×Ｔ２、処理回数１０回目の処理時間を０．５３×Ｔ２としてもエッチング量は不変である。つまり、処理回数１回目の処理時間は、処理回数１０回目の処理時間の０．５６倍となる。処理回数２０回の場合では、処理回数１回目の処理時間を０．３×Ｔ２、処理回数２０回目の処理時間を０．７７×Ｔ２としてもエッチング量は不変である。つまり、処理回数１回目の処理時間は、処理回数２０回目の処理時間の０．３９倍となる。このことから、処理回数Ｍ回の場合には、処理回数１回目の処理時間は、処理回数Ｍ回目の処理時間の１／（０．０７８×Ｍ＋１）倍以上に設定すれば、エッチング量５μｍ以上となり、不変となる。

また、図６に示した条件１１から、処理時間一定でもエッチング量のばらつきが８〜１４μｍに収まっている。このため、２次エッチングにおいては、処理時間Ｔ４＝処理時間Ｔ５に設定しても、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。しかしながら、１次エッチングの条件３と２次エッチングとを組合せたことによって、エッチング量のばらつきを所定の範囲に収めることができたので、１次エッチングの条件によっては、処理時間Ｔ４を処理時間Ｔ５より短くしなければならない。ところで、水溶液の交換前後の生産タクトバランスから、エッチングの処理回数４０回以上の場合では、エッチング時間が極端に長くなるため、エッチングの処理回数の上限は４０回以下となる。また、エッチングの処理回数１０回未満の場合では、本実施の形態のような処理を行うまでもなく、エッチング量のばらつきを所定の範囲に収めることができる。これらの結果をまとめると、２次エッチングの処理回数をＭ回（１０≦Ｍ≦４０）とし、Ｍ回目のエッチングの処理時間Ｔ５に対して、式（２）を満たすように、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ４を設定することによって、エッチング量のばらつきを５〜１５μｍの範囲に収めることができる。

なお、１次エッチング工程におけるエッチング時間を一定として、２次エッチング工程のみに対して時間制御を行ってもよい。

以上のことから、太陽光の光閉じ込めをより有効にする凹凸構造形成し、機械加工によるスライス工程で損傷を受けた表層部を更に除去するエッチングを行う２次エッチング工程においても、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたことによって、エッチング量のばらつきを抑えることができる。

この発明の実施の形態１を示す太陽電池セル製造装置であるエッチング装置の構成図である。 太陽電池セルの製造工程の工程フロー図である。 この発明の実施の形態１におけるエッチング時間制御パターンを変化させた場合の１次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。 Ｓｉ基板表面のダメージ層除去厚みと太陽電池セルの変換効率との関係を示したグラフである。 この発明の実施の形態１における処理時間Ｔ１を変化させた場合の１次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。 この発明の実施の形態２におけるエッチング時間制御パターンを変化させた場合の２次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。 この発明の実施の形態２における処理時間Ｔ４を変化させた場合の２次エッチングの処理回数と処理時間およびエッチング量との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ エッチング装置、２ エッチング液、３ エッチング槽、４ エッチング液調節器、５ ｐ型Ｓｉ基板、６ エッチング冶具、７ 上下スライダー、８ 搬送ロボット、９ 時間制御シーケンサ、１２ ｎ型拡散層、１３ アルミペースト電極、１４ ｐ^＋層、１５，１６ 銀ペースト電極、１７ 第１の表層部、１８ 第２の表層部、１９ 凹凸構造。

Claims (5)

1. 機械加工によってＳｉ基板をスライスする第１工程と、
   水酸化アルカリを含む水溶液によって前記Ｓｉ基板の表面のエッチングを行う第２工程とを有し、
   前記第２工程のエッチングは、前記水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
2. 水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの第２工程のエッチングの処理回数をＮ回（１０≦Ｎ≦４０）とし、Ｎ回目のエッチングの処理時間Ｔ２に対して、式（１）を満たすように、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ１が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
   

   
3. 第２工程の後に、水酸化アルカリを含む水溶液によってＳｉ基板の表面を凹凸にするためのエッチングを行う第３工程を有し、
   前記第３工程のエッチングは、前記水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
4. 水溶液に新液が投入されてから次の新液が投入されるまでの第３工程のエッチングの処理回数をＭ回（１０≦Ｍ≦４０）とし、Ｍ回目のエッチングの処理時間Ｔ５に対して、式（２）を満たすように、水溶液に新液が投入された後の１回目のエッチングの処理時間Ｔ４が設定されたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池セルの製造方法。
   

   
5. 機械加工によってスライスしたＳｉ基板の表面に対して水酸化アルカリを含む水溶液によってエッチングを行うエッチング処理部と、
   前記水溶液に新液が投入されてからの前記エッチング処理部での処理回数の増加に応じて、前記エッチングの処理時間を長くした制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする太陽電池セルの製造装置。

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