JP2012059953A - Manufacturing method of silicon substrate for photoelectric conversion element and manufacturing method of photoelectric conversion element - Google Patents

Manufacturing method of silicon substrate for photoelectric conversion element and manufacturing method of photoelectric conversion element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a silicon substrate for a photoelectric conversion element capable of manufacturing, in good yield, a photoelectric conversion element having a good incidence efficiency of sunlight to a photoelectric conversion layer and a high photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: A manufacturing method of a silicon substrate for a photoelectric conversion element comprises: a step of forming a liquid composition including a first particle which has resistance for dry etching and whose average particle diameter is 0.05 μm to 0.3 μm, a second particle whose resistance is lower than the first particle and whose average particle diameter is 0.05 μm to 0.3 μm, and a binder whose resistance is lower than the first particle into a film in a coating method on one principal surface 10s of a one conductivity-type crystal silicon substrate 10 and arranging a mask material; a step of forming an irregular structure 10t which suppresses sunlight reflection by dry etching on the principal surface 10s in which the mask material was arranged; and a cleaning step of sequentially performing dry etching processing for the irregular structure 10t with a hydrogen gas and processing for immersing the structure in dilute hydrofluoric acid.

Description

本発明は、結晶シリコン系光電変換素子用シリコン基板の製造方法と、該方法を用いて得られる光電変換素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a silicon substrate for a crystalline silicon-based photoelectric conversion element and a method for producing a photoelectric conversion element obtained by using the method.

単結晶Si又は多結晶Si基板を光電変換層として利用する結晶Si系太陽電池が実用化されている。結晶Si系太陽電池において、太陽光の受光側のSi基板面には、基板面における太陽光の反射を抑制して効率良く光電変換層内に太陽光を入射させるために、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている。   Crystalline Si solar cells using a single crystal Si or polycrystalline Si substrate as a photoelectric conversion layer have been put into practical use. In crystalline Si solar cells, the surface of the Si substrate on the sunlight receiving side is uneven, which is called a textured structure, in order to efficiently reflect sunlight into the photoelectric conversion layer by suppressing the reflection of sunlight on the substrate surface. A structure is formed.

一般に、テクスチャ構造の形成には、単結晶Siでは水酸化ナトリウム水溶液を用いたウエットエッチング法、多結晶Siではフッ酸と硝酸の混合溶液を用いたウエットエッチング法が用いられている。   In general, the wet etching method using a sodium hydroxide aqueous solution is used for monocrystalline Si and the wet etching method using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is used for polycrystalline Si for forming a texture structure.

しかしながら、これらの方法で形成されるテクスチャ構造の太陽光の反射率は、単結晶で10%程度、多結晶では25%程度と、反射率を良好に低下させる構造を得ることが難しい。図8(a)は、市販の光電変換セルに用いられている単結晶Siテクスチャ構造の表面SEM像、(b)は市販の光電変換セルに用いられている多結晶Siテクスチャ構造の表面SEM像である。また、図9は、図8の光電変換セルの反射率の波長依存性を、本発明者が測定した結果を示したものである。図示されるように、特に多結晶では、ウエットエッチングの結晶の面方位依存性により、面内均一性及び再現性の良いテクスチャ構造を得ることが難しい。   However, the reflectance of sunlight with a texture structure formed by these methods is about 10% for a single crystal and about 25% for a polycrystal, making it difficult to obtain a structure that reduces the reflectance satisfactorily. FIG. 8A shows a surface SEM image of a single crystal Si texture structure used in a commercially available photoelectric conversion cell, and FIG. 8B shows a surface SEM image of a polycrystalline Si texture structure used in a commercially available photoelectric conversion cell. It is. FIG. 9 shows the result of measurement by the inventor of the wavelength dependence of the reflectance of the photoelectric conversion cell of FIG. As shown in the figure, it is difficult to obtain a texture structure with good in-plane uniformity and reproducibility due to the dependency of wet etching on the crystal orientation, especially in the case of polycrystal.

単結晶、多結晶によらず、面内均一性及び再現性の良好なテクスチャ構造を形成する方法として、指向性の強い反応性イオンエッチング等のドライエッチングを用いることが検討されている(特許文献1〜特許文献6等)。   Regardless of single crystal or polycrystal, the use of dry etching such as reactive ion etching with strong directivity is being studied as a method for forming a texture structure with good in-plane uniformity and reproducibility (patent document) 1 to Patent Document 6).

特開昭60−27195号公報JP 60-27195 A 特開平5−75152号公報JP-A-5-75152 特開平9−102625号公報JP-A-9-102625 特開2003−197940号公報JP 2003-197940 A 特開2010−74004号公報JP 2010-74004 A 特許第4340031号公報Japanese Patent No. 4340031

しかしながら、ドライエッチングによる凹凸形成では、加工後に凹凸構造表面を洗浄してエッチング残渣を除去する必要がある。凹凸構造の凸部のアスペクト比が大きく、凸部同士のピッチがサブミクロン〜ミクロンオーダであるような微細構造になると、エッチング残渣を良好に除去することが難しく、凹凸構造の表面に除去できなかったエッチング残渣が残存しやすい。光電変換素子用シリコン基板は、凹凸構造の形成後に凹凸構造表面からドーパントを拡散させることによってpn接合を形成する。そのため、凹凸構造表面に残存するエッチング残渣は、ドーパント拡散工程においてドーパントの拡散を阻害してpn接合形成に悪影響を及ぼすことから、歩留まり良く高効率な光電変換素子を製造することが難しい。   However, in the formation of unevenness by dry etching, it is necessary to clean the uneven structure surface after processing to remove etching residues. If the projections of the concavo-convex structure have a large aspect ratio and the pitch between the ridges is submicron to micron order, it is difficult to remove the etching residue well, and it cannot be removed on the surface of the concavo-convex structure. Etching residue tends to remain. The silicon substrate for photoelectric conversion elements forms a pn junction by diffusing a dopant from the surface of the concavo-convex structure after the formation of the concavo-convex structure. Therefore, the etching residue remaining on the surface of the concavo-convex structure hinders the diffusion of the dopant in the dopant diffusion step and adversely affects the formation of the pn junction, and thus it is difficult to manufacture a highly efficient photoelectric conversion element with a high yield.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、表面にpn接合を阻害する物質が良好に除去され、且つ、入射光を良好に閉じ込めることが可能な凹凸構造を有する結晶Si系光電変換素子用シリコン基板を製造することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a crystalline Si-based photoelectric conversion element having a concavo-convex structure in which a substance that inhibits a pn junction is satisfactorily removed from the surface and incident light can be well confined. The object is to manufacture a silicon substrate for use.

本発明はまた、上記光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造されたシリコン基板を用いて、光電変換効率の高い光電変換素子を歩留まり良く製造することを目的とするものである。   Another object of the present invention is to produce a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency with a high yield by using the silicon substrate produced by the method for producing a silicon substrate for photoelectric conversion elements.

本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法は、一導電型結晶シリコン基板の一主面に、該主面における太陽光の反射を抑制する多数の凸部を有する凹凸構造からなるテクスチャ構造面を備えた光電変換素子用シリコン基板の製造方法であって、
前記一導電型結晶シリコン基板の一主面に、前記凹凸構造を形成するドライエッチングに対して耐性を有し、且つ、平均粒径が0.05μm以上0.3μm以下である第1粒子と、該第1粒子よりも前記耐性が低く、且つ、平均粒径が0.05μm以上0.3μm以下である第2粒子と、前記第1粒子よりも前記耐性が低い結着剤とを含む液状組成物を前記シリコン基板の一主面に塗布成膜して前記マスク材を配する工程と、
該マスク材が配された前記主面にドライエッチングにより前記凹凸構造を形成する工程と、
前記凹凸構造に、水素ガスによるドライエッチング処理と、希フッ酸中に浸漬させる処理とを順次実施する洗浄工程とを有することを特徴とする光電変換素子用シリコン基板の製造方法。
The method for producing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention is a textured structure surface comprising a concavo-convex structure having a large number of convex portions that suppress reflection of sunlight on one main surface of one conductivity type crystalline silicon substrate. A method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element comprising:
First particles having resistance to dry etching for forming the concavo-convex structure on one main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate and having an average particle diameter of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less; A liquid composition comprising second particles having a lower resistance than the first particles and an average particle size of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less, and a binder having a lower resistance than the first particles. Applying an object to one main surface of the silicon substrate and arranging the mask material;
Forming the concavo-convex structure by dry etching on the main surface on which the mask material is disposed;
The manufacturing method of the silicon substrate for photoelectric conversion elements characterized by having the washing | cleaning process of implementing sequentially the dry etching process by hydrogen gas, and the process immersed in dilute hydrofluoric acid in the said uneven structure.

前記水素ガスによるドライエッチング処理において、水素ガス流量50〜500sccm、ガス圧1〜20Pa,高周波出力50〜300Wの条件で前記ドライエッチング処理を実施することが好ましい。   In the dry etching process using hydrogen gas, the dry etching process is preferably performed under the conditions of a hydrogen gas flow rate of 50 to 500 sccm, a gas pressure of 1 to 20 Pa, and a high frequency output of 50 to 300 W.

また、前記第1粒子及び/又は前記第2粒子の平均粒径が0.1以上0.2μm以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an average particle diameter of the first particles and / or the second particles is 0.1 to 0.2 μm.

前記第1粒子としてSiOを主成分とする粒子等の無機粒子、前記第2粒子としてアクリル樹脂を主成分とする粒子等の樹脂粒子を用いることが好ましく、また、前記結着剤として、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子又は水分散性高分子を主成分とするものを用いることが好ましい。 It is preferable to use inorganic particles such as particles mainly composed of SiO 2 as the first particles, and resin particles such as particles mainly composed of an acrylic resin as the second particles, and also use polyvinyl as the binder. It is preferable to use a water-soluble polymer such as alcohol or a water-dispersible polymer as a main component.

本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法は、前記一導電型結晶シリコン基板が多結晶シリコンからなる(不可避不純物を含んでもよい)場合に好ましく適用することができる。   The method for producing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention can be preferably applied when the one-conductivity-type crystalline silicon substrate is made of polycrystalline silicon (may contain inevitable impurities).

前記ドライエッチングは反応性イオンエッチングであることが好ましい。   The dry etching is preferably reactive ion etching.

本発明の光電変換素子の製造方法は、上記本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造されたシリコン基板を用意し、
該シリコン基板の前記テクスチャ構造面に、前記基板の導電型と異なる導電型の不純物を拡散させてpn接合を形成し、
前記テクスチャ構造面上に表面電極を形成し、
前記シリコン基板の前記一主面の反対側の主面に裏面電極層を形成することを特徴とするものである。かかる構成では、前記表面電極として、透光性導電層を前記テクスチャ構造面上に直接形成することができる。
A method for producing a photoelectric conversion element of the present invention is prepared by preparing a silicon substrate produced by the method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element of the present invention,
A pn junction is formed on the textured structure surface of the silicon substrate by diffusing impurities of a conductivity type different from that of the substrate,
Forming a surface electrode on the textured structure surface;
A back electrode layer is formed on a main surface opposite to the one main surface of the silicon substrate. In such a configuration, a translucent conductive layer can be directly formed on the texture structure surface as the surface electrode.

本発明の結晶Si系光電変換素子用シリコン基板の製造方法では、まず、一導電型結晶シリコン基板の一主面に、ドライエッチング耐性の互いに異なる少なくとも2種の微細な粒子(平均粒径0.05μm〜0.3μm)を備えたマスク材を用いて、ドライエッチングにより結晶シリコン基板表面に凹凸構造を形成した後、凹凸構造に、水素ガスによるドライエッチング処理と、希フッ酸中に浸漬させる処理とを順次実施して該凹凸構造の表面を洗浄する。かかる構成では、結晶Si系光電変換素子のテクスチャ構造面として、入射光(太陽光)の反射を効果的に抑制して良好な光閉じ込め効果を有する微細な凹凸構造を形成することができる上、凹凸構造の形成によって生じるエッチング残渣を凹凸構造の表面から良好に除去することができる。エッチング残渣は、光電変換素子の製造において、pn接合の形成を阻害することが知られている。   In the method for producing a silicon substrate for a crystalline Si photoelectric conversion element of the present invention, first, at least two kinds of fine particles having different dry etching resistance (average particle size of 0.1 mm) are formed on one main surface of one conductivity type crystalline silicon substrate. After forming a concavo-convex structure on the surface of the crystalline silicon substrate by dry etching using a mask material having a thickness of 05 μm to 0.3 μm), the concavo-convex structure is dry-etched with hydrogen gas and immersed in dilute hydrofluoric acid. Are sequentially performed to clean the surface of the concavo-convex structure. In such a configuration, as the texture structure surface of the crystalline Si-based photoelectric conversion element, it is possible to effectively suppress the reflection of incident light (sunlight) and form a fine concavo-convex structure having a good light confinement effect. Etching residues generated by the formation of the concavo-convex structure can be favorably removed from the surface of the concavo-convex structure. It is known that an etching residue inhibits formation of a pn junction in the manufacture of a photoelectric conversion element.

従って、本発明によれば、表面にpn接合を阻害する物質が良好に除去され、且つ、入射光を良好に閉じ込めることが可能な凹凸構造を有する結晶Si系光電変換素子用シリコン基板を製造することができる。   Therefore, according to the present invention, a silicon substrate for a crystalline Si photoelectric conversion element having a concavo-convex structure in which a substance that inhibits a pn junction is satisfactorily removed on the surface and incident light can be confined well is manufactured. be able to.

また、結晶Si系光電変換素子の製造において、上記本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造された結晶Si基板を用いることにより、良好な光閉じ込め効果を有するテクスチャ構造面において良好なpn接合を形成することができる。従って、本発明によれば、入射光の利用効率及び光電変換効率の高い光電変換素子を歩留まり良く製造することができる。   Further, in the production of a crystalline Si-based photoelectric conversion element, by using the crystalline Si substrate manufactured by the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention, a texture structure surface having a good light confinement effect is good. A pn junction can be formed. Therefore, according to the present invention, a photoelectric conversion element having high incident light utilization efficiency and high photoelectric conversion efficiency can be manufactured with high yield.

(a)〜(h)は本発明にかかる一実施形態の光電変換素子の製造方法のフローを模式的に示した図(A)-(h) is the figure which showed typically the flow of the manufacturing method of the photoelectric conversion element of one Embodiment concerning this invention. (a)は本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造されるシリコン基板の構成を示す厚み方向断面図、(b)は(a)の凹凸構造部を拡大した図、(c)は本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造される光電変換素子の構成を示す厚み方向断面図(A) is thickness direction sectional drawing which shows the structure of the silicon substrate manufactured by the manufacturing method of the silicon substrate for photoelectric conversion elements of this invention, (b) is the figure which expanded the uneven | corrugated structure part of (a), (c). Is a cross-sectional view in the thickness direction showing the configuration of a photoelectric conversion element manufactured by the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention (a)はドライエッチングによる凹凸形成後純水中での超音波洗浄を行った後のテクスチャ構造の表面SEM写真、(b)は(a)の超音波洗浄時間を3分延長した際のテクスチャ構造の表面SEM写真、(c)は更に5分超音波洗浄時間を延長した際のテクスチャ構造の表面SEM写真(A) is a surface SEM photograph of the texture structure after performing ultrasonic cleaning in pure water after forming irregularities by dry etching, and (b) is a texture when the ultrasonic cleaning time of (a) is extended by 3 minutes. Surface SEM photograph of the structure, (c) is a surface SEM photograph of the texture structure when the ultrasonic cleaning time is further extended for 5 minutes. 実施例1において、水素ガスによるドライエッチング処理によりテクスチャ構造面を洗浄した場合の表面SEM像In Example 1, the surface SEM image when the texture structure surface is cleaned by dry etching treatment with hydrogen gas (a)は多結晶シリコンインゴットからワイヤーソーカットされて得られた多結晶シリコン基板の切断面の反射率の波長依存性、(b)は実施例1のテクスチャ構造の反射率の波長依存性を示す図(A) shows the wavelength dependence of the reflectance of the cut surface of the polycrystalline silicon substrate obtained by wire saw cutting from the polycrystalline silicon ingot, and (b) shows the wavelength dependence of the reflectance of the texture structure of Example 1. Illustration 単結晶Si基板を用いた場合のテクスチャ構造面(未処理の場合は切断面)の反射率の波長依存性を示す図。(a)は単結晶シリコンインゴットからワイヤーソーカットされて得られた単結晶シリコン基板の切断面、(b)は(a)の表面にアルカリエッチング洗浄した場合のテクスチャ構造面、(c)は(b)の表面にSiN反射防止膜を備えた構成、(d)は本発明におけるマスク材を用いたドライエッチングにより凹凸構造を形成し、希フッ酸への浸漬処理を施したテクスチャ構造面、(e)は実施例2のテクスチャ構造面。The figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the texture structure surface at the time of using a single-crystal Si substrate (when it is unprocessed, a cut surface). (A) is a cut surface of a single crystal silicon substrate obtained by wire saw cutting from a single crystal silicon ingot, (b) is a textured structure surface when alkali etching cleaning is performed on the surface of (a), and (c) is ( (b) a structure provided with a SiN antireflection film on the surface, (d) is a textured structure surface in which a concavo-convex structure is formed by dry etching using a mask material in the present invention, and immersion treatment in diluted hydrofluoric acid is performed, e) is the texture structure surface of Example 2. (a)及び(b)は、波長1000nmの光に対するテクスチャ構造の反射率と表面粗さとの関係を示す図(A) And (b) is a figure which shows the relationship between the reflectance of a texture structure with respect to the light of wavelength 1000nm, and surface roughness. 市販のSi系光電変換セルのテクスチャ構造の表面SEM像。(a)は単結晶Si系、(b)は多結晶Si系。The surface SEM image of the texture structure of a commercially available Si type photoelectric conversion cell. (A) is a single crystal Si system, (b) is a polycrystal Si system. 図8に対応する市販のSi系光電変換セルのテクスチャ構造面の反射率の波長依存性を示す図The figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the texture structure surface of the commercially available Si type photoelectric conversion cell corresponding to FIG.

「光電変換素子の製造方法」
図1(a)〜(h)を参照して、本発明にかかる一実施形態の結晶Si系光電変換素子用シリコン基板(以下、光電変換素子用シリコン基板とする)の製造方法及び、結晶Si系光電変換素子(以下、光電変換素子とする)の製造方法について説明する。図1(a)〜(h)は、光電変換素子用シリコン基板1及びそれを用いた光電変換素子2の製造方法のフローを示す概略断面図である。
"Method for manufacturing photoelectric conversion element"
Referring to FIGS. 1A to 1H, a method for manufacturing a silicon substrate for crystalline Si photoelectric conversion elements (hereinafter referred to as a silicon substrate for photoelectric conversion elements) according to an embodiment of the present invention, and crystalline Si A method for producing a photoelectric conversion element (hereinafter referred to as a photoelectric conversion element) will be described. Fig.1 (a)-(h) is a schematic sectional drawing which shows the flow of the manufacturing method of the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements, and the photoelectric conversion element 2 using the same.

また、図2(a)は本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法によって得られる光電変換素子用シリコン基板1の概略断面図、(b)は(a)における凹凸構造10tの一部を拡大して示した模式図、(c)は本発明の光電変換素子の製造方法によって得られる光電変換素子2の構成を示す厚み方向模式断面図である。視認しやすくするため各部の縮尺は適宜異ならせて示してある。   2A is a schematic cross-sectional view of the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements obtained by the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention, and FIG. 2B is a diagram showing a part of the concavo-convex structure 10t in FIG. An enlarged schematic view, (c), is a schematic cross-sectional view in the thickness direction showing the configuration of the photoelectric conversion element 2 obtained by the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention. In order to facilitate visual recognition, the scales of the respective parts are shown as being appropriately changed.

本発明の光電変換素子の製造方法では、まず、図2(a)に示される光電変換素子用シリコン基板1を製造し、この光電変換素子用シリコン基板1を用いることにより、図2(c)に示される光電変換素子2を製造する。   In the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention, first, the silicon substrate 1 for photoelectric conversion element shown in FIG. 2A is manufactured, and by using this silicon substrate 1 for photoelectric conversion element, FIG. The photoelectric conversion element 2 shown in FIG.

まず、一主面(表面10s)の平滑性の良好なp型結晶シリコン基板(ウエハ)10を用意する(図1(a))。   First, a p-type crystalline silicon substrate (wafer) 10 having a smooth surface on one principal surface (surface 10s) is prepared (FIG. 1A).

シリコン結晶基板10としては結晶性Siであればよく、単結晶でも多結晶でもよい。「背景技術」の項目において、従来のウエットエッチングによる結晶Si系光電変換素子のテクスチャ構造の太陽光の反射率は、単結晶で10%程度、多結晶では25%程度と高く、また、ドライエッチングにより形成されたテクスチャ構造においても、太陽光の反射率を充分に低下させることができていないことを述べた。また、多結晶では、ウエットエッチングの結晶の面方位依存性により、面内均一性及び再現性の良いテクスチャ構造を得ることが難しいことを述べた。本発明の光電変換素子用シリコン基板及び光電変換素子の製造方法では、単結晶、多結晶のいずれの場合においても同様に反射率が一桁台の非常に低反射率のテクスチャ構造面を形成することができるため、特に、低反射率、及び面内均一性再現性に課題を有する多結晶Siに適用する場合により大きな効果を得ることができる。   The silicon crystal substrate 10 may be crystalline Si and may be single crystal or polycrystal. In the section of “Background Art”, the reflectance of sunlight in the texture structure of a crystalline Si photoelectric conversion element by conventional wet etching is as high as about 10% for a single crystal and about 25% for a polycrystal, and is also dry etching. He stated that the reflectance of sunlight could not be reduced sufficiently even in the texture structure formed by the above. In addition, it was described that it is difficult to obtain a texture structure with good in-plane uniformity and reproducibility in the case of polycrystal due to the crystal orientation dependence of wet etching. In the silicon substrate for a photoelectric conversion element and the method for manufacturing the photoelectric conversion element of the present invention, a texture structure surface having a very low reflectivity with single-digit reflectivity is similarly formed in both cases of single crystal and polycrystal. Therefore, a greater effect can be obtained particularly when the present invention is applied to polycrystalline Si having problems in low reflectivity and in-plane uniformity reproducibility.

シリコン基板10が単結晶シリコンの場合は引き上げ法等により形成されたインゴット、多結晶シリコンの場合は、原材料を坩堝内で溶解・凝固させたインゴットをワイヤーソーなどにより所望の厚み(例えば300μm程度)にスライスして得る方法が一般的である。その他、多結晶シリコンの場合は、融液から板状に引き上げる方法により得ることができる。   In the case where the silicon substrate 10 is single crystal silicon, an ingot formed by a pulling method or the like, and in the case of polycrystalline silicon, an ingot obtained by melting and solidifying the raw material in a crucible with a wire saw or the like has a desired thickness (for example, about 300 μm). In general, the method obtained by slicing into two. In addition, in the case of polycrystalline silicon, it can be obtained by pulling up from the melt into a plate shape.

凹凸構造10tの形成面である表面10sの平滑性は、後工程である凹凸構造10tの形成時に、その凹凸の深さの面内均一性に影響を及ぼすことから、良好であることが好ましい。   The smoothness of the surface 10s, which is the formation surface of the concavo-convex structure 10t, is preferably good because it affects the in-plane uniformity of the depth of the concavo-convex when the concavo-convex structure 10t, which is a subsequent process, is formed.

結晶シリコン系光電変換素子は、後に示すpn接合形成を、一方の導電型の基板の上方から他方の導電型のドーパントを拡散させる手法により行うことが一般的である。従って、下層側の導電型層の厚みがミクロンオーダであるのに対し、上層側の導電型層の厚みは数百nmオーダと非常に薄い層となる。   In a crystalline silicon-based photoelectric conversion element, pn junction formation described later is generally performed by a technique in which a dopant of the other conductivity type is diffused from above the substrate of one conductivity type. Therefore, the thickness of the conductive layer on the lower layer side is on the order of microns, whereas the thickness of the conductive layer on the upper layer side is a very thin layer on the order of several hundred nm.

一方、上記したように、シリコン基板は、インゴットを、ワイヤーソーを用いて切り出す手法が一般的であり、ワイヤーソーによる切り出しでは、その切り出し面にはミクロンオーダのダメージが残ることが一般的である。   On the other hand, as described above, a technique for cutting out an ingot using a wire saw is generally used for a silicon substrate. When a wire saw is used for cutting, a micron order damage is generally left on the cut surface. .

従って、これらのダメージを残したまま後工程である凹凸構造10tをドライエッチングにより形成する場合、ダメージ部分はダメージを受けていないシリコン基板部分に比して脆いため、ドライエッチング時には凹凸形成よりもダメージ部分の除去プロセスが支配的となり、ダメージ除去後に凹凸構造の形成がなされる形となる。従って、凹凸構造10tの形成時に良好なパターンでの凹凸構造10tを形成することが難しく、また、表面に存在するダメージの面内分布に依存してその凹凸の形状や深さの面内均一性のばらつきが大きいものとなる。   Therefore, when the concavo-convex structure 10t, which is the subsequent process, is formed by dry etching while leaving these damages, the damaged portion is more fragile than the undamaged silicon substrate portion, and therefore, the damage is more damaged during the dry etching than the concavo-convex formation. The removal process of the part becomes dominant, and a concavo-convex structure is formed after damage removal. Therefore, it is difficult to form the concavo-convex structure 10t with a good pattern when forming the concavo-convex structure 10t, and the in-plane uniformity of the concavo-convex shape and depth depends on the in-plane distribution of damage existing on the surface. The variation of the is large.

従って、光電変換素子用シリコン基板1及び、光電変換素子2の製造に用いる結晶シリコン基板10は、単結晶、多結晶にかかわらず、ワイヤーソーにより切り出された基板は、そのまま使用せず、ワイヤーソーダメージが除去された状態のものとする必要がある。   Therefore, the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements and the crystalline silicon substrate 10 used for manufacturing the photoelectric conversion elements 2 are not used as they are, regardless of whether they are single crystals or polycrystals. The damage must be removed.

一方、表面の平滑性が良好で、ワイヤーソーダメージのように、ドライエッチングによる凹凸形成工程に影響を及ぼすダメージや凹凸等がないものであれば、上記のようなダメージ除去処理をすることなく用いることができる。   On the other hand, if the surface smoothness is good, and there is no damage or unevenness that affects the unevenness forming process by dry etching, such as wire saw damage, it is used without performing the above damage removal treatment. be able to.

光電変換素子用シリコン基板1の製造方法において、凹凸構造10tは、結晶Si基板10の一主面10s(表面10s)に、凹凸構造10tを形成するドライエッチングに対して耐性を有する複数の第1粒子51と、第1粒子51よりもドライエッチング耐性が低い複数の第2粒子52とを含むマスク材50を配し、複数の第1粒子をマスクとしたドライエッチングにより凹凸を形成した後、マスク残渣の洗浄を行って形成される。   In the method for manufacturing the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements, the concavo-convex structure 10t has a plurality of first resistances against dry etching that forms the concavo-convex structure 10t on one main surface 10s (surface 10s) of the crystalline Si substrate 10. A mask material 50 including particles 51 and a plurality of second particles 52 having a dry etching resistance lower than that of the first particles 51 is provided, and irregularities are formed by dry etching using the plurality of first particles as a mask. It is formed by washing the residue.

マスク材50の表面10sへの形成方法は特に制限されず、あらかじめ作製されたシート状のマスク材50を用いてもよいし、上記ドライエッチングに対して耐性を有する第1粒子51と、第1粒子51よりもドライエッチング耐性が低い第2粒子52と、第1粒子51よりもドライエッチング耐性が低い結着剤(バインダ)とを含む液状組成物を調製し、該液状組成物を表面10sに塗布成膜して形成してもよい。   The method for forming the mask material 50 on the surface 10s is not particularly limited, and a sheet-shaped mask material 50 prepared in advance may be used, or the first particles 51 having resistance to the dry etching and the first A liquid composition containing a second particle 52 having a dry etching resistance lower than that of the particle 51 and a binder having a lower dry etching resistance than that of the first particle 51 is prepared, and the liquid composition is applied to the surface 10s. It may be formed by coating.

本実施形態では、後者である塗布成膜によりマスク材50を形成する態様について説明する。   In the present embodiment, a mode in which the mask material 50 is formed by coating film formation, which is the latter, will be described.

(塗布液(液状組成物)の調製)
まず、凹凸構造10tの形成に先立ち、マスク材50の原料液となる、上記ドライエッチングに対して耐性を有する第1粒子51と、第1粒子51よりもドライエッチング耐性が低い第2粒子52とをそれぞれ複数含む粒子群と、第1粒子51よりもドライエッチング耐性が低い結着剤(バインダ)とを含む液状組成物を調製する。粒子群には、上記2種の粒子に限られず、他種の粒子を含んでもよい。
(Preparation of coating solution (liquid composition))
First, prior to the formation of the concavo-convex structure 10t, a first particle 51 having resistance to the dry etching, which is a raw material liquid for the mask material 50, and a second particle 52 having lower dry etching resistance than the first particle 51, A liquid composition containing a plurality of particle groups each including a binder and a binder (binder) having lower dry etching resistance than the first particles 51 is prepared. The particle group is not limited to the above two types of particles, and may include other types of particles.

ここで、ドライエッチングに対して、第1粒子はエッチング耐性を有し、エッチング処理によりエッチングされにくい粒子であるのに対し、第2粒子はドライエッチング処理によりエッチングされやすい粒子である。具体的には、エッチングレートに関して、例えば、エッチングレートERを「第2粒子のエッチング速度/第1粒子のエッチング速度」としたとき、ER>5、さらには、ER>10であることが好ましい。   Here, the first particles have resistance to etching and are difficult to be etched by the etching process, whereas the second particles are easily etched by the dry etching process. Specifically, regarding the etching rate, for example, when the etching rate ER is “second particle etching rate / first particle etching rate”, it is preferable that ER> 5, and further ER> 10.

第1粒子としては、エッチング耐性を持つものであれば、特に制限はなく、例えば、無機粒子、無機元素を含有する有機染顔料粒子、無機元素を有するラテックス粒子やカプセル粒子等が挙げられる。これらの中でも、第1粒子としては、エッチング耐性、入手容易性、及び取り扱い性の観点から、無機粒子が好ましい。   The first particles are not particularly limited as long as they have etching resistance, and examples thereof include inorganic particles, organic dye / pigment particles containing inorganic elements, latex particles and capsule particles containing inorganic elements, and the like. Among these, as the first particles, inorganic particles are preferable from the viewpoints of etching resistance, availability, and handleability.

無機粒子としては、酸化チタンやシリカ(SiO2)、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウムなどの非金属材料、金属又は半導体材料が挙げられる。例えば金属としては、Cu、Au、Ag、Sn、Pt、Pd、Ni、Co、Rh、Ir、Al、Fe、Ru、Os、Mn、Mo、W、Nb、Ta、Bi、Sb及びPbからなる群より選ばれた金属単体又は前記群より選ばれた金属の1種もしくは複数種からなる合金材料が挙げられる。また、半導体としては、Si、Ge、AlSb、InP、GaAs、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、PbS、PbSe、PbTe、SeTe、CuCl、などが挙げられる。また、これらの無機粒子を内包しシリカを壁膜材料としたマイクロカプセルなどが挙げられる。   Examples of the inorganic particles include non-metallic materials such as titanium oxide, silica (SiO2), calcium carbonate, and strontium carbonate, metals, and semiconductor materials. For example, the metal includes Cu, Au, Ag, Sn, Pt, Pd, Ni, Co, Rh, Ir, Al, Fe, Ru, Os, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Bi, Sb, and Pb. Examples thereof include a single metal selected from the group or an alloy material composed of one or more of the metals selected from the group. Examples of the semiconductor include Si, Ge, AlSb, InP, GaAs, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, SeTe, and CuCl. Moreover, the microcapsule etc. which included these inorganic particles and used silica as the wall membrane material are mentioned.

無機元素を含有する有機染顔料粒子としては、金属元素含有アゾ系色素粒子や金属元素含有フタロシアニン系色素粒子などが挙げられる。   Examples of organic dye / pigment particles containing inorganic elements include metal element-containing azo dye particles and metal element-containing phthalocyanine dye particles.

無機元素を有するラテックス粒子やカプセル粒子としては、アクリルラテックスをコロイダルシリカで被覆した粒子、アクリルラテックスをケイ酸塩で被覆した粒子、ポリスチレンラテックス粒子をシリカで被覆した粒子などが挙げられる
第2粒子としては、上記した第1粒子とのエッチング耐性の差を有するものであれば特に制限はないが、エッチング耐性が低く、取り扱いが容易であることから、樹脂粒子を好ましく用いることができる。樹脂粒子としては、熱可塑性樹脂粒子が好ましく、例えば、アクリル樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、ポリプロピレン樹脂粒子、ポリアミド粒子、ポリイミド粒子、ポリエチレンテレフタレート樹脂粒子、ポリスチレン粒子、シリコーン樹脂等が挙げられる。
Examples of latex particles or capsule particles containing inorganic elements include particles in which acrylic latex is coated with colloidal silica, particles in which acrylic latex is coated in silicate, particles in which polystyrene latex particles are coated with silica, and the like. Is not particularly limited as long as it has a difference in etching resistance with the first particles described above, but resin particles can be preferably used because of low etching resistance and easy handling. The resin particles are preferably thermoplastic resin particles, and examples thereof include acrylic resin particles, polyethylene resin particles, polypropylene resin particles, polyamide particles, polyimide particles, polyethylene terephthalate resin particles, polystyrene particles, and silicone resins.

第1粒子及び第2粒子の平均粒径は、同じであってもよいが、第1粒子よりも前記第2粒子の平均粒径が大きいことが好ましい。これにより、第2粒子のエッチングにより生じる第1粒子の粒子間隙が確保され易くなる。   The average particle size of the first particles and the second particles may be the same, but the average particle size of the second particles is preferably larger than the first particles. Thereby, it becomes easy to ensure the particle | grain space | interval of the 1st particle | grains produced by the etching of 2nd particle | grains.

第1粒子及び第2粒子の平均粒径としては、形成する粒子層を薄膜化する観点及び太陽光の反射率を良好に低下させる凹凸構造10tを得る観点から、0.05μm〜1μmであることが好ましい。より低反射率を達成するためには、0.5μm以下であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましい。更に、後工程のエッチング残渣の洗浄の容易性を考慮すると、第1粒子及び第2粒子の平均粒径は、0.1μm〜0.5μmが好ましく、0.1μm〜0.5μmであることがより好ましく、0.1μm〜0.2μmであることが更に好ましい。   The average particle diameter of the first particles and the second particles is 0.05 μm to 1 μm from the viewpoint of thinning the particle layer to be formed and obtaining the concavo-convex structure 10 t that satisfactorily reduces the reflectance of sunlight. preferable. In order to achieve a lower reflectance, the thickness is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.3 μm or less. Furthermore, considering the ease of cleaning the etching residue in the subsequent process, the average particle size of the first particles and the second particles is preferably 0.1 μm to 0.5 μm, more preferably 0.1 μm to 0.5 μm. More preferably, the thickness is 0.1 μm to 0.2 μm.

ここで、粒子の平均粒径は、動的光散乱法で得られる粒子径を意味し、その測定方法は以下の通りである。動的光散乱法では、サブミクロン域以下の粒子径・粒子径分布の測定が可能であり、測定しようとする粒子もしくはその分散液を媒体中で超音波照射するなどの公知の方法で分散し、これを適宜希釈したうえで測定試料とする。動的光散乱法で得られる粒子径の累積度数曲線において累積度数が50%の粒子径を平均粒径とし、同様にして累積度数10%の粒子径の90%の粒子径に対する比率を粒径分布の指標とすることができる、このような原理を採用している測定装置としては、例えば堀場製作所製のLB−500等が挙げられる。   Here, the average particle diameter of a particle means the particle diameter obtained by a dynamic light scattering method, and the measuring method is as follows. In the dynamic light scattering method, it is possible to measure the particle size and particle size distribution in the submicron range or less, and the particles to be measured or dispersions thereof are dispersed by a known method such as ultrasonic irradiation in a medium. Then, after diluting it appropriately, a measurement sample is obtained. In the cumulative frequency curve of the particle size obtained by the dynamic light scattering method, the particle size having a cumulative frequency of 50% is defined as the average particle size, and the ratio of the 10% cumulative particle size to the 90% particle size is similarly determined. An example of a measuring apparatus that employs such a principle that can be used as an index of distribution is LB-500 manufactured by Horiba, Ltd.

また、第1粒子及び第2粒子の粒度分布は、2〜50であることの好ましく、より好ましくは2〜10である。この粒度分布を上記範囲とすることで、最大平均粒径が大きくなりすぎず、平坦な粒子層が得られ易く、均一な表面処理が実現され易くなる。   Moreover, it is preferable that the particle size distribution of a 1st particle and a 2nd particle is 2-50, More preferably, it is 2-10. By setting the particle size distribution in the above range, the maximum average particle size does not become too large, a flat particle layer is easily obtained, and uniform surface treatment is easily realized.

第1粒子と第2粒子との配合量は、同程度か、第2粒子が多い方が好ましい。   The blending amount of the first particles and the second particles is preferably about the same or more of the second particles.

太陽光を良好に閉じ込め、上記した低い反射率のテクスチャ構造面を実現可能な凹凸構造10tを得る為には、液状組成物の成膜面における上記第1粒子の被覆率が30%以上 70%以下であることが好ましい。従って、かかる被覆率を実現可能な範囲となるように、液状組成物中の第1粒子及び第2粒子の配合量、配合比率、及び平均粒径を設計する。   In order to obtain a concavo-convex structure 10t capable of confining sunlight well and realizing the texture structure surface having the low reflectance described above, the coverage of the first particles on the film-formed surface of the liquid composition is 30% or more and 70%. The following is preferable. Therefore, the blending amount, blending ratio, and average particle size of the first particles and the second particles in the liquid composition are designed so that such a coverage can be achieved.

この被覆率とは、粒子層を被処理基板に形成したとき、第1粒子が被処理基板を覆う割合、即ち、エッチング方向から見たとき、当該第1粒子が被覆基板に投影される面積の割合を示す。この被覆率は、次のようにして測定される。被処理基板に貼り合わせた後に走査型電子顕微鏡や光学顕微鏡を使いその表面を観察し、投影面積から算出することができる。   The coverage is the ratio of the first particles covering the substrate to be processed when the particle layer is formed on the substrate to be processed, that is, the area of the first particle projected onto the substrate when viewed from the etching direction. Indicates the percentage. This coverage is measured as follows. After bonding to the substrate to be processed, the surface can be observed using a scanning electron microscope or an optical microscope, and can be calculated from the projected area.

結着剤53としては、特に制限されないが、例えば、水溶性の高分子材料や有機溶媒可溶性高分子材料が挙げられる。特に、環境負荷、設備の簡略化の観点から、水溶性のものが好適である。   Although it does not restrict | limit especially as the binder 53, For example, a water-soluble polymeric material and an organic-solvent soluble polymeric material are mentioned. In particular, water-soluble ones are preferable from the viewpoint of environmental load and facility simplification.

また、結着剤53は、上記高分子材料を形成し得る重合性モノマーを、粒子層を構成するその他の成分と混合し、表面処理用液状組成物を構成し、塗布後に光や熱による重合反応により成膜化、つまり粒子層を形成するようにしてもよい。   In addition, the binder 53 is composed of a polymerizable monomer capable of forming the above polymer material and other components constituting the particle layer to form a liquid composition for surface treatment, and is polymerized by light or heat after coating. A film may be formed by reaction, that is, a particle layer may be formed.

その重合性モノマーの例としては、(メタ)アクリル系モノマーとして、(メタ)アクリル酸C1〜C12アルキルエステルや、これらと新和性のあるアクリル系改質剤として公知の化合物を併用することができる。アクリル系改質剤としては、例えばカルボキシ含有モノマーや酸無水物含有モノマーが挙げられる。これらの重合性モノマノマーは公知の重合方法で重合させることができ、重合に必要な開始剤や連鎖移動剤、オリゴマー材料や界面活性剤など、公知の材料から適宜選択できる。また、重合性モノマーの例としては、公知のエポキシ系モノマーやイソシアネート系モノマーが挙げられる。   As an example of the polymerizable monomer, (meth) acrylic monomer, (meth) acrylic acid C1-C12 alkyl ester, and these and a known compound as a new acrylic modifier can be used in combination. it can. Examples of the acrylic modifier include carboxy-containing monomers and acid anhydride-containing monomers. These polymerizable monomer monomers can be polymerized by a known polymerization method, and can be appropriately selected from known materials such as an initiator, a chain transfer agent, an oligomer material, and a surfactant necessary for the polymerization. Examples of the polymerizable monomer include known epoxy monomers and isocyanate monomers.

より具体的には、例えば、ガラス転移温度が−100〜50℃、数平均分子量が1,000〜200,000、好ましくは5,000〜100,000、重合度が約50〜1000程度のものが好適に挙げられる。このような例としては、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、エチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルエ−テル、等を構成単位として含む重合体又は共重合体、ポリウレタン樹脂、各種ゴム系樹脂、重量平均分子量が100000以下のポリビニルアルコール変性体などがある。   More specifically, for example, those having a glass transition temperature of −100 to 50 ° C., a number average molecular weight of 1,000 to 200,000, preferably 5,000 to 100,000, and a degree of polymerization of about 50 to 1000 Are preferable. Examples of such include vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic ester, vinylidene chloride, acrylonitrile, methacrylic acid, methacrylic ester, styrene, butadiene, ethylene, vinyl butyral, vinyl acetal, Examples include polymers or copolymers containing vinyl ether as a structural unit, polyurethane resins, various rubber resins, and modified polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight of 100,000 or less.

より好ましい結着剤としては、易水溶性である、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体、セルロース系誘導体(ポリビニルピロリドン、カルボシキメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等)、天然多糖類もしくはその誘導体(デンプン、キサンタンガムやアルギンサン等)、ゼラチン、水分散可能なウレタン、アクリル系高分子ラテックスなども挙げられる。   More preferable binders include water-soluble polyvinyl alcohol or derivatives thereof, cellulose derivatives (polyvinylpyrrolidone, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, etc.), natural polysaccharides or derivatives thereof (starch, xanthan gum, alginsan, etc.). Gelatin, water-dispersible urethane, acrylic polymer latex and the like are also included.

結着剤の配合量は、粒子群の分散性に応じて適宜設定されるが、例えば、粒子群に対して5重量%〜50重量%が好ましく、より好ましくは10重量%〜30重量%である。   The amount of the binder is appropriately set according to the dispersibility of the particle group. For example, the amount is preferably 5% by weight to 50% by weight, more preferably 10% by weight to 30% by weight with respect to the particle group. is there.

上記液状組成物には、上記した以外、粒子群を安定に分散させることができる分散剤や、例えば、製造時における塗布液の粘度や表面張力を調整する界面活性剤及び溶媒などを含んでいてもよい。   In addition to the above, the liquid composition contains a dispersant that can stably disperse the particle group, and, for example, a surfactant and a solvent that adjust the viscosity and surface tension of the coating liquid during production. Also good.

特に分散剤としては、フェニルホスホン酸、具体的には日産化学(株)社の「PPA」など、αナフチル燐酸、フェニル燐酸、ジフェニル燐酸、p−エチルベンゼンホスホン酸、フェニルホスフィン酸、アミノキノン類、各種シランカップリング剤、チタンカップリング剤、フッ素含有アルキル硫酸エステル及びそのアルカリ金属塩、などが使用できる。また、アルキレンオキサイド系、グリセリン系、グリシドール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加体、等のノニオン界面活性剤、環状アミン、エステルアミド、第四級アンモニウム塩類、ヒダントイン誘導体、複素環類、ホスホニウム又はスルホニウム類等のカチオン系界面活性剤、カルボン酸、スルフォン酸、燐酸、硫酸エステル基、燐酸エステル基、などの酸性基を含むアニオン界面活性剤、アミノ酸類、アミノスルホン酸類、アミノアルコールの硫酸又は燐酸エステル類、アルキルベダイン型、等の両性界面活性剤等も使用できる。また、分散剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンブロック共重合体、アリル基などの重合性不飽和結合を有するポ
リオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等を選択してもよい。これらの分散剤(界面活性剤)については、「界面活性剤便覧」(産業図書株式会社発行)に詳細に記載されている。これらの分散剤等は必ずしも100%純粋ではなく、主成分以外に異性体、未反応物、副反応物、分解物、酸化物等の不純分が含まれてもかまわない。これらの不純分は30%以下が好ましく、さらに好ましくは10%以下である。本発明は脂肪酸エステルとしてWO98/35345号パンフレットに記載のようにモノエステルとジエステルを組み合わせて使用することも好ましい。
In particular, as a dispersant, phenylphosphonic acid, specifically “PPA” of Nissan Chemical Co., Ltd., α-naphthyl phosphoric acid, phenylphosphoric acid, diphenylphosphoric acid, p-ethylbenzenephosphonic acid, phenylphosphinic acid, aminoquinones, various Silane coupling agents, titanium coupling agents, fluorine-containing alkyl sulfates and alkali metal salts thereof can be used. In addition, nonionic surfactants such as alkylene oxide, glycerin, glycidol, alkylphenol ethylene oxide adducts, cyclic amines, ester amides, quaternary ammonium salts, hydantoin derivatives, heterocycles, phosphonium or sulfoniums, etc. Cationic surfactants, anionic surfactants containing acidic groups such as carboxylic acid, sulfonic acid, phosphoric acid, sulfate ester group, phosphate ester group, amino acids, aminosulfonic acids, sulfuric acid or phosphate esters of amino alcohol, alkyl Bedin type amphoteric surfactants and the like can also be used. As the dispersant, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyalkylene block copolymer, polyoxyethylene alkylphenyl ether having a polymerizable unsaturated bond such as an allyl group, or the like may be selected. These dispersants (surfactants) are described in detail in “Surfactant Handbook” (published by Sangyo Tosho Co., Ltd.). These dispersants and the like are not necessarily 100% pure, and may contain impurities such as isomers, unreacted products, side reaction products, decomposition products, and oxides in addition to the main components. These impurities are preferably 30% or less, more preferably 10% or less. In the present invention, it is also preferable to use a combination of a monoester and a diester as described in the pamphlet of WO 98/35345 as a fatty acid ester.

液状組成物を構成する溶媒としては、結着剤種に合わせて、当該結着剤を溶解する溶媒から選択される。具体的には、例えば、結着剤として水溶性のものを適用する場合、溶媒として水系溶媒を適用することが、環境負荷、設備の簡略化の観点からよい。   The solvent constituting the liquid composition is selected from solvents that dissolve the binder according to the binder type. Specifically, for example, when applying a water-soluble binder as a binder, it is preferable to apply an aqueous solvent as a solvent from the viewpoint of environmental load and simplification of equipment.

水系溶媒としては、例えば、水、低級アルコ−ル(メタノ−ル、エタノ−ル、ブタノ−ル、イソプロピルアルコ−ル等)が挙げられる。溶媒としては、水が最も好ましい。   Examples of the aqueous solvent include water and lower alcohols (methanol, ethanol, butanol, isopropyl alcohol, etc.). As the solvent, water is most preferable.

上記した複数の第1粒子51と複数の第2粒子52とを含む粒子群、結着剤53、及びその他の添加物を含む場合はそれらを溶媒中に添加し、結着剤53が溶解された溶媒中に上記粒子群が略均一に分散されて含まれるように攪拌混合して液状組成物を得る。分散性良く粒子群が含まれる液状組成物とするには、攪拌混合の方法として、高速剪断を与えるディゾルバなどのような攪拌羽根で混合分散させて調製する方法、超音波分散機等の分散装置で混合分散させて調製する方法などを用いることが好ましい。   When the particle group including the plurality of first particles 51 and the plurality of second particles 52, the binder 53, and other additives are included, they are added to the solvent, and the binder 53 is dissolved. A liquid composition is obtained by stirring and mixing so that the particle group is dispersed in a substantially uniform manner. In order to obtain a liquid composition containing a group of particles with good dispersibility, as a method of stirring and mixing, a method of mixing and dispersing with a stirring blade such as a dissolver that gives high-speed shearing, a dispersing device such as an ultrasonic disperser It is preferable to use a method of preparing by mixing and dispersing with the method described above.

(液状組成物の塗布成膜)
上記のようにして調製された液状組成物を、図1(b)に示されるように、結晶Si基板10の凹凸構造10t形成面に塗布成膜する。成膜方法は特に制限されず、塗布方法はスプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、プレートコート法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等が挙げられるが、生産性を考慮するとスピンコート法やスプレー法が好ましい。
(Liquid composition coating)
As shown in FIG. 1B, the liquid composition prepared as described above is applied and formed on the surface of the crystalline Si substrate 10 where the concavo-convex structure 10t is formed. The film forming method is not particularly limited, and examples of the coating method include spray method, spin coating method, dip method, roll coating method, plate coating method, doctor blade method, and screen printing method. The method and the spray method are preferable.

塗布厚みは100nmから1000nmが好ましく、さらには300nm〜600nmが好ましい。スピンコート法の場合はウェハーの裏面にマスク材料が回り込まないように試料台を結晶Si基板と同じにすることが好ましい。また裏面に回りこんだ場合は洗浄することが好ましい。   The coating thickness is preferably 100 nm to 1000 nm, more preferably 300 nm to 600 nm. In the case of the spin coating method, it is preferable to make the sample stage the same as the crystalline Si substrate so that the mask material does not go around the back surface of the wafer. Moreover, when it wraps around the back surface, it is preferable to wash.

また、結着剤53としては、上記した以外に、上記高分子材料を形成し得る重合性モノマーを用いてもよい。かかる構成では、結着剤53中に、後記する溶媒を除く粒子層を構成するその他の成分と混合した液状組成物とし、この液状組成物を成膜面10sに塗布後、光や熱により重合させることにマスク材50を成膜することができる。   Moreover, as the binder 53, in addition to the above, a polymerizable monomer capable of forming the polymer material may be used. In such a configuration, a liquid composition is mixed in the binder 53 with other components constituting the particle layer excluding the solvent described later, and this liquid composition is applied to the film formation surface 10s and then polymerized by light or heat. Thus, the mask material 50 can be formed.

かかる重合性モノマーの例としては、(メタ)アクリル系モノマーとして、(メタ)アクリル酸C1〜C12アルキルエステルや、これらと新和性のあるアクリル系改質剤として公知の化合物を併用することができる。アクリル系改質剤としては、例えばカルボキシ含有モノマーや酸無水物含有モノマーが挙げられる。これらの重合性モノマノマーは公知の重合方法で重合させることができ、重合に必要な開始剤や連鎖移動剤、オリゴマー材料や界面活性剤など、公知の材料から適宜選択できる。また、重合性モノマーの例としては、公知のエポキシ系モノマーやイソシアネート系モノマーが挙げられる。   As an example of such a polymerizable monomer, a (meth) acrylic monomer, (meth) acrylic acid C1-C12 alkyl ester, or a compound known as an acrylic modifier having a neutrality with these may be used in combination. it can. Examples of the acrylic modifier include carboxy-containing monomers and acid anhydride-containing monomers. These polymerizable monomer monomers can be polymerized by a known polymerization method, and can be appropriately selected from known materials such as an initiator, a chain transfer agent, an oligomer material, and a surfactant necessary for the polymerization. Examples of the polymerizable monomer include known epoxy monomers and isocyanate monomers.

(ドライエッチング処理)
次に、図1(c)に示されるように、マスク材50上からドライエッチング処理を施し、凹凸構造10tを形成する。ドライエッチングの方法は特に制限されないが、エッチングガスの直進性が高く、微細なパターニングが可能であることから、反応ガスをプラズマによりイオン化・ラジカル化してエッチングを施す反応性イオンエッチング(RIE)が好ましく、中でも誘導結合方式の反応性イオンエッチングであるICPが好ましい。
(Dry etching process)
Next, as shown in FIG. 1C, a dry etching process is performed on the mask material 50 to form the concavo-convex structure 10t. The dry etching method is not particularly limited, but reactive ion etching (RIE) in which etching is performed by ionizing / radicalizing the reactive gas with plasma is preferable because the etching gas is highly straight and fine patterning is possible. In particular, ICP which is inductive coupling type reactive ion etching is preferable.

エッチングガスとしては塩素系ガス、フッ素系ガス、臭素系ガスが好ましく、中でも六フッ化硫黄(SF)ガスがより好ましい。また、これらのガス中に酸素ガスを混合させた混合ガスを用いることが、よりエッチング特性が良好となるため好ましく、中でも六フッ化硫黄ガスと酸素ガスの混合ガスを用いる場合は、より微細な凹凸構造を得ることができるためより好ましい。 As the etching gas, chlorine-based gas, fluorine-based gas, and bromine-based gas are preferable, and sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas is more preferable. In addition, it is preferable to use a mixed gas in which oxygen gas is mixed in these gases because etching characteristics become better. In particular, when a mixed gas of sulfur hexafluoride gas and oxygen gas is used, a finer gas is used. Since an uneven structure can be obtained, it is more preferable.

エッチング処理が施されると、図1(d)に示されるように、第1粒子51で被覆された領域を除く、マスク材50を構成する結着剤53がエッチングされると共に、第2粒子52もエッチングされる。   When the etching process is performed, as shown in FIG. 1D, the binder 53 constituting the mask material 50 excluding the region covered with the first particles 51 is etched and the second particles 52 is also etched.

これにより、エッチングされた領域が凹部となり、エッチングされない領域が凸部となり、結晶Si基板10の表面に凹凸構造10tが形成される。なお、当該エッチングされる領域では、マスク材50ごとエッチングされる。   Thereby, the etched region becomes a concave portion, and the non-etched region becomes a convex portion, and the concavo-convex structure 10 t is formed on the surface of the crystalline Si substrate 10. Note that the mask material 50 is etched in the region to be etched.

ドライエッチング処理を施すための条件は、マスク材50の厚み・種類(結着剤53の種類や粒子群の種類など)に応じて、適宜設定される。例えば、後記実施例1にて使用したマスク材50を用いたドライエッチング処理において、処理時間と反射率の関係について調べた結果、処理時間6分で反射率6%を達成し、処理時間9分では反射率3%を達成した。また、処理時間10分においても反射率は3%程度であった。これらの結果から、反射率5%程度を実現し得ると判断されるドライエッチング処理時間は約8分間の処理であることが確認された。従って、本実施形態において、ドライエッチング処理時間は8分以上であることが好ましく、8〜10分であることがより好ましく、8〜9分であることが更に好ましい(ドライエッチングの装置及びその他の条件は実施例1を参照)。可能であるが、あまり高すぎると、次工程にて述べるプラズマダメージを与える可能性がある。後記実施例に記載のパワーであれば、8〜10分という比較的短時間の処理にて、大きなプラズマダメージを与えることなく凹凸形成を実施することができる。   Conditions for performing the dry etching process are appropriately set according to the thickness and type of the mask material 50 (type of binder 53, type of particle group, etc.). For example, in the dry etching process using the mask material 50 used in Example 1 to be described later, the relationship between the processing time and the reflectance was examined. As a result, the reflectance was 6% in the processing time of 6 minutes, and the processing time was 9 minutes. Then, a reflectance of 3% was achieved. Further, the reflectance was about 3% even at a processing time of 10 minutes. From these results, it was confirmed that the dry etching processing time determined to be able to achieve a reflectance of about 5% was about 8 minutes. Therefore, in the present embodiment, the dry etching treatment time is preferably 8 minutes or more, more preferably 8 to 10 minutes, and further preferably 8 to 9 minutes (dry etching apparatus and other devices). See Example 1 for conditions). Although it is possible, if it is too high, there is a possibility of causing plasma damage described in the next step. With the power described in the examples described later, it is possible to form irregularities without giving large plasma damage in a relatively short process of 8 to 10 minutes.

(洗浄処理)
ドライエッチング後の凹凸構造10tの表面10sには、第1粒子51や第2粒子52、結着剤53及び、エッチングガスの構成元素を含むエッチング残渣、更にプラズマダメージが存在している。図3(a)に、ドライエッチングによる凹凸形成(約9分)後、超音波洗浄(純水中、5分)洗浄を行った後の表面SEM写真を示す。図3(a)には、右上部にシリカ残渣がはっきりと確認される。また、SEM写真では確認することが難しいが、Si基板をドライエッチング処理すると、その加工表面にステイン層と呼ばれる極微細な凹凸ができることが知られており、この層の存在により表面物性に影響を及ぼすことから、かかるステイン層をプラズマダメージと称している。
(Cleaning process)
On the surface 10 s of the concavo-convex structure 10 t after dry etching, there are etching residues including the first particles 51 and the second particles 52, the binder 53, and constituent elements of the etching gas, and further plasma damage. FIG. 3 (a) shows a surface SEM photograph after the formation of irregularities by dry etching (about 9 minutes), followed by ultrasonic cleaning (pure water, 5 minutes). In FIG. 3A, the silica residue is clearly confirmed in the upper right part. Although it is difficult to confirm with an SEM photograph, it is known that when a Si substrate is subjected to dry etching, extremely fine irregularities called a stain layer are formed on the processed surface, and the presence of this layer affects the surface physical properties. Therefore, this stain layer is called plasma damage.

上記エッチング残渣及びプラズマダメージの存在により、後工程のpn接合形成において、n型ドーパント(例えばリン)の拡散の際、ドーパントガス(例えば燐酸ガス)の熱拡散を行うが、エッチング残渣やプラズマダメージの存在により、その拡散が阻害されるため、良好なpn接合を形成することができなくなる。従って、本実施形態では、n型ドーパントの拡散前に、エッチング残渣及びプラズマダメージの除去を行う。   Due to the presence of the etching residue and plasma damage, the thermal diffusion of the dopant gas (for example, phosphoric acid gas) is performed when the n-type dopant (for example, phosphorus) is diffused in the subsequent pn junction formation. Due to the presence, the diffusion is inhibited, so that a good pn junction cannot be formed. Therefore, in this embodiment, the etching residue and plasma damage are removed before the diffusion of the n-type dopant.

エッチング残渣は、主に上記第2粒子(エッチング耐性の高い粒子)であり、その他、エッチングガスとの反応物(硫黄やフッ素の化合物)などがある。これらの残渣は主に、凹凸構造10tの凸部101上であるが、凹部102にも残っている場合もある。   The etching residue is mainly the second particles (particles having high etching resistance), and other reactants (such as sulfur and fluorine compounds) with the etching gas. These residues are mainly on the convex portions 101 of the concavo-convex structure 10t, but may also remain in the concave portions 102.

これらの洗浄方法としては、これまで超音波洗浄や溶剤のスピン洗浄等様々な方法が採用できるが完全に表面付着物を除去できるまでには長時間かかる。また、強い洗浄条件で行うと形成された凹凸形状が崩れ、反射率が逆に上がってしまうことを本発明者は確認している。図3(b)は純水中での超音波洗浄時間を8分とした場合の表面SEM写真、(c)は更に超音波洗浄時間を5分延長した場合(超音波洗浄時間13分)の表面SEM写真であり、これらの写真には凹凸形状の崩壊が示されている。   As these cleaning methods, various methods such as ultrasonic cleaning and solvent spin cleaning can be adopted so far, but it takes a long time to completely remove surface deposits. In addition, the present inventor has confirmed that the uneven shape formed is broken and the reflectivity is increased when performed under strong cleaning conditions. FIG. 3B is a surface SEM photograph when the ultrasonic cleaning time in pure water is 8 minutes, and FIG. 3C is a case where the ultrasonic cleaning time is further extended by 5 minutes (ultrasonic cleaning time 13 minutes). These are surface SEM photographs, which show the collapse of the irregular shape.

そこで本発明者は、洗浄効果とダメージ低減の両立を鋭意検討した。その結果、上記エッチング残渣及びプラズマダメージを良好に取り除き、高い光電変換効率を達成可能とする洗浄方法を見出した。以下にその洗浄方法を説明する。   Therefore, the present inventor has earnestly studied to achieve both a cleaning effect and damage reduction. As a result, the present inventors have found a cleaning method that can satisfactorily remove the etching residue and plasma damage and achieve high photoelectric conversion efficiency. The cleaning method will be described below.

まず、図1(d)に示されるように、ドライエッチングによる凹凸構造10tの上方より、水素ガスによるドライエッチングを実施する(図中矢印↓)。ここで、水素ガスによるドライエッチング(以下、「水素エッチング」とする)は、シリコン基板表面の自然酸化膜を水素還元により除去することを目的としている水素還元処理とは異なるものであり、エッチング残渣とプラズマダメージを除去するための処理である。しかしながら、シリコン基板表面に対して水素が施されるため、表面の酸化膜の除去も同じプロセス中に実施されることもある。   First, as shown in FIG. 1D, dry etching with hydrogen gas is performed from above the concavo-convex structure 10t by dry etching (arrow ↓ in the figure). Here, the dry etching with hydrogen gas (hereinafter referred to as “hydrogen etching”) is different from the hydrogen reduction treatment for removing the natural oxide film on the surface of the silicon substrate by hydrogen reduction. And a process for removing plasma damage. However, since hydrogen is applied to the silicon substrate surface, removal of the oxide film on the surface may be performed during the same process.

ドライエッチングの方法は特に制限されず、プロセスの容易性から前工程である凹凸形成と同様の装置にて実施できる方法を選択することが好ましい。   The method of dry etching is not particularly limited, and it is preferable to select a method that can be carried out in the same apparatus as that for forming the concavo-convex that is the previous step because of ease of process.

水素エッチングの条件は特に制限されないが、水素ガス流量50〜500sccm、ガス圧1〜20Pa,高周波出力50〜300Wの範囲内で設計することが好ましい。かかるエッチング条件であれば、エッチング時間1〜5分程度とすることにより、良好にエッチング残渣及びプラズマダメージが除去され、且つ、ランニングコスト及び信頼性の高いエッチングが可能となる。好ましいエッチング条件としては、例えば、水素ガス流量100sccm、ガス圧3Pa,高周波出力100W,エッチング時間5分等が挙げられる。   The conditions for the hydrogen etching are not particularly limited, but it is preferable to design within a range of a hydrogen gas flow rate of 50 to 500 sccm, a gas pressure of 1 to 20 Pa, and a high frequency output of 50 to 300 W. Under such etching conditions, by setting the etching time to about 1 to 5 minutes, etching residues and plasma damage can be satisfactorily removed, and etching with high running cost and high reliability is possible. Preferable etching conditions include, for example, a hydrogen gas flow rate of 100 sccm, a gas pressure of 3 Pa, a high frequency output of 100 W, and an etching time of 5 minutes.

水素エッチングでは、エッチング耐性がエッチング残渣(例えばシリカ)<プラズマダメージ部<<結晶Si、の順であると考えられる。従って、エッチング残渣除去を充分に実施しても、凹凸構造10tの凸部101がエッチングされて反射率に悪影響を及ぼす恐れはあまりないと考えられる。   In hydrogen etching, it is considered that the etching resistance is in the order of etching residue (for example, silica) <plasma damage portion << crystal Si. Therefore, even if the etching residue is sufficiently removed, the projection 101 of the concavo-convex structure 10t is not likely to be etched and adversely affect the reflectance.

プラズマダメージであるステイン層についても、上記ドライエッチングにより良好に除去することができる。しかしながら、より効率良くステイン層を除去するためには、水素ドライエッチングの後、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ液によるウエットエッチングを実施することが好ましい。アルカリ液の好ましい濃度としては、0.1〜10wt%が挙げられ、かかる濃度範囲の場合、エッチング時間を10秒〜2分とすることにより良好にステイン層を除去することができる。   The stain layer which is plasma damage can also be satisfactorily removed by the dry etching. However, in order to remove the stain layer more efficiently, it is preferable to perform wet etching with an alkali solution such as an aqueous sodium hydroxide solution after hydrogen dry etching. A preferable concentration of the alkaline solution is 0.1 to 10 wt%. In such a concentration range, the stain layer can be removed satisfactorily by setting the etching time to 10 seconds to 2 minutes.

凹凸形成及び表面洗浄を施したシリコン結晶版の表面は、非常に酸化されやすく、一般に、SiOの酸化皮膜が形成される。かかる酸化皮膜は、水素ドライエッチングにより除去することができるが、より除去率を高くするためには、水素ドライエッチングに引き続き、希フッ酸等の酸溶液に浸漬させることが好ましい。 The surface of the silicon crystal plate that has been subjected to unevenness formation and surface cleaning is very easily oxidized, and generally an oxide film of SiO 2 is formed. Such an oxide film can be removed by hydrogen dry etching, but in order to further increase the removal rate, it is preferable to immerse in an acid solution such as dilute hydrofluoric acid following hydrogen dry etching.

なお、洗浄後のテクスチャ構造面(凹凸構造10t)にアルカリ性又は酸性の水溶液が付着している場合には、中和をしておくことが好ましい。更に、次工程のpn接合形成時には、テクスチャ構造面10sを充分に乾燥させておくことが好ましい。   In addition, when the alkaline or acidic aqueous solution has adhered to the texture structure surface (uneven structure 10t) after washing | cleaning, it is preferable to neutralize. Furthermore, it is preferable to sufficiently dry the texture structure surface 10s when forming the pn junction in the next step.

洗浄後の光電変換素子用シリコン基板1は、図2(a)に示されるように、一主面10s(表面10s)が多数の針状の凸部101を細かいピッチで備えた構成有する凹凸構造10tを備えたテクスチャ構造面となっている。かかる凹凸構造10tでは、太陽光を良好に光電変換層10内に閉じ込めて、テクスチャ構造面における該光の反射率を、従来のテクスチャ構造に比して格段に低下させ、テクスチャ構造面に入射した光を高効率に光電変換層10に入射させることができる。   As shown in FIG. 2A, the cleaned silicon substrate 1 for a photoelectric conversion element has a concavo-convex structure in which one main surface 10s (surface 10s) includes a large number of needle-like convex portions 101 at a fine pitch. It is a textured surface with 10t. In such a concavo-convex structure 10t, sunlight is well confined in the photoelectric conversion layer 10, and the reflectance of the light on the texture structure surface is significantly reduced as compared with the conventional texture structure, and is incident on the texture structure surface. Light can be incident on the photoelectric conversion layer 10 with high efficiency.

本発明者は、後記実施例に示されるように、マスク材50を用いたドライエッチングによる凹凸形成後、水素エッチングを3分〜15分程度実施し、希フッ酸中への浸漬処理を施すことにより、凹凸構造10tの太陽光の反射率を5%以下、最も低い反射率では1%まで低減させることに成功している(後記実施例、図5,図6を参照)。かかる効果は、Si基板10が単結晶である場合も、多結晶である場合も同様に得られるがこと確認されている。   As shown in Examples described later, the present inventor performs hydrogen etching for about 3 to 15 minutes after the formation of irregularities by dry etching using the mask material 50, and performs immersion treatment in dilute hydrofluoric acid. As a result, the solar reflectance of the concavo-convex structure 10t has been successfully reduced to 5% or less, and to 1% at the lowest reflectance (see Examples, FIG. 5 and FIG. 6). It has been confirmed that such an effect can be obtained similarly when the Si substrate 10 is single crystal or polycrystalline.

上記の低反射率な光電変換素子用シリコン基板1の凹凸構造10tは、上記本発明者が見出した光電変換素子用シリコン基板の製造方法によって得られる構造に特有のものである。   The concavo-convex structure 10t of the low-reflectivity silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements is unique to the structure obtained by the method for producing a silicon substrate for photoelectric conversion elements found by the present inventors.

上記光電変換素子用シリコン基板の製造方法において、比較的ばらつきが大きくなりやすいが、マスク材50の設計及び、ドライエッチング条件を調整することにより、凹凸構造10tの凸部101の形状や平均高さ、ピッチ等を設計することができる。   In the above method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements, the variation tends to be relatively large. However, by adjusting the design of the mask material 50 and the dry etching conditions, the shape and average height of the convex portions 101 of the concavo-convex structure 10t , Pitch etc. can be designed.

凸部101の平均高さは、大きな光閉じ込め効果が得られることから高い方が好ましいが、凸部101の高さを高くするにはより長い形成時間を要することになる。凸部101の形成工程の処理時間(タクトタイム)は、ランニングコストの観点から短いことが好ましく、従って、所望の反射率を実現可能な範囲で平均高さは低いことが好ましい。上記のように、本実施形態の凹凸構造10tは、多数の針状の凸部101を細かいピッチで備えた構成とすることができるので、凸部101の平均高さが1μm程度であれば、大きな光閉じ込め効果が得られ、充分に低い反射率の凹凸構造10tとすることができる。ここで、「凸部の平均高さ」は、凸部の算術平均高さを意味する。なお、凸部の高さの測定は、AFMにより測定するものとする。上記したように、本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法では、凸部101の高さのばらつきは比較的大きくなりやすいため、算術平均高さより高い凸部を40%以下の範囲で含まれる可能性がある。   The average height of the convex portion 101 is preferably higher because a large light confinement effect can be obtained, but a longer formation time is required to increase the height of the convex portion 101. The processing time (tact time) of the formation process of the convex portion 101 is preferably short from the viewpoint of running cost. Therefore, it is preferable that the average height is low as long as a desired reflectance can be realized. As described above, the concavo-convex structure 10t of the present embodiment can be configured to include a large number of needle-like convex portions 101 at a fine pitch, so if the average height of the convex portions 101 is about 1 μm, A large light confinement effect is obtained, and the concavo-convex structure 10t having a sufficiently low reflectance can be obtained. Here, the “average height of the convex portions” means the arithmetic average height of the convex portions. In addition, the measurement of the height of a convex part shall be measured by AFM. As described above, in the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention, since the variation in the height of the convex portion 101 tends to be relatively large, the convex portion higher than the arithmetic average height is included in a range of 40% or less. There is a possibility.

一方で、多数の凸部101の個々の高さhについても、ピッチと同様ばらつきがあることが、図4のSEM像から確認することができる。図4は、後記する実施例において得られたテクスチャ構造面の凹凸構造10tの表面SEM像であり、(a)と(b)とで倍率を変えたものを示してある。図4に示されるSEM像からは、凹凸構造10tの凸部101のピッチは、100〜500nm若しくはそれ以下となっていることが確認されるが、面内においてばらつきがあることも認められる。凹凸構造10tにおいて、最大高さ粗さRzとしては、0.9μm〜3.0μmの範囲であることが好ましい。   On the other hand, it can be confirmed from the SEM image of FIG. 4 that the individual heights h of the large number of convex portions 101 have variations similar to the pitch. FIG. 4 is a surface SEM image of the textured surface uneven structure 10t obtained in the examples described later, and shows the magnifications changed between (a) and (b). From the SEM image shown in FIG. 4, it is confirmed that the pitch of the convex portions 101 of the concavo-convex structure 10t is 100 to 500 nm or less, but it is also recognized that there is variation in the plane. In the concavo-convex structure 10t, the maximum height roughness Rz is preferably in the range of 0.9 μm to 3.0 μm.

なお、針状の凸部101とは、光電変換層10の裏面10rと略平行な面における、凸部101の底部の断面積sbに対する凸部101の先端部の断面積stの比が、20%以下である凸部を意味している。ここで、凸部101の底部とは、図2(b)に示されるように、隣接する凹部102のうち先端部に近い方の凹部102の最下部と同じ高さに位置する部分を意味するものである。先端部の断面積stは後記するドライエッチングの際のマスク材によって保護され、残った部分を意味する。本明細書において「高さ」とは、基板のテクスチャ構造面の反対側の主面に対して略垂直方向の、底部から先端部までの距離を意味するものとする。   In addition, the ratio of the cross-sectional area st of the front-end | tip part of the convex part 101 with respect to the cross-sectional area sb of the bottom part of the convex part 101 in the surface substantially parallel to the back surface 10r of the photoelectric converting layer 10 with the acicular convex part 101 is 20. The convex part which is% or less is meant. Here, as shown in FIG. 2B, the bottom portion of the convex portion 101 means a portion located at the same height as the lowermost portion of the concave portion 102 closer to the tip portion among the adjacent concave portions 102. Is. The cross-sectional area st at the tip means the remaining part that is protected by a mask material in dry etching described later. In the present specification, the “height” means a distance from the bottom portion to the tip portion in a direction substantially perpendicular to the main surface opposite to the texture structure surface of the substrate.

以上のようにして、光電変換素子用シリコン基板1を製造することができる。   As described above, the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements can be manufactured.

本発明の結晶Si系光電変換素子用シリコン基板1の製造方法では、まず、一導電型結晶シリコン基板10の一主面10sに、ドライエッチング耐性の互いに異なる少なくとも2種の微細な粒子(第1粒子51と第2粒子52,平均粒径0.05μm〜0.3μm)を備えたマスク材50を用いて、ドライエッチングにより結晶シリコン基板表面10sに凹凸構造10tを形成した後、凹凸構造10tに、水素ガスによるドライエッチング処理と、希フッ酸中に浸漬させる処理とを順次実施して該凹凸構造10tの表面を洗浄する。かかる構成では、結晶Si系光電変換素子のテクスチャ構造面として、入射光(太陽光)の反射を効果的に抑制して良好な光閉じ込め効果を有する微細な凹凸構造10tを形成することができる上、凹凸構造10tの形成によって生じるエッチング残渣を凹凸構造の表面から良好に除去することができる。   In the method for manufacturing the silicon substrate 1 for crystalline Si photoelectric conversion elements of the present invention, first, at least two kinds of fine particles (first particles having different dry etching resistances) are formed on one main surface 10 s of the one-conductivity type crystalline silicon substrate 10. After forming the concavo-convex structure 10t on the crystalline silicon substrate surface 10s by dry etching using the mask material 50 having the particles 51, the second particles 52, and the average particle size 0.05 μm to 0.3 μm, the concavo-convex structure 10t Then, a dry etching process using hydrogen gas and a process of immersing in dilute hydrofluoric acid are sequentially performed to clean the surface of the concavo-convex structure 10t. In such a configuration, the fine concavo-convex structure 10t having a good light confinement effect by effectively suppressing the reflection of incident light (sunlight) can be formed as the texture structure surface of the crystalline Si photoelectric conversion element. Etching residue generated by the formation of the concavo-convex structure 10t can be favorably removed from the surface of the concavo-convex structure.

このようにして得られた光電変換素子用シリコン基板1は、入射光を良好に閉じ込めることが可能な凹凸構造を有しており、且つ、表面にpn接合を阻害する物質が良好に除去されているので、次工程のpn形成においてpn欠陥を生じにくいものとなる。   The thus obtained silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements has a concavo-convex structure capable of confining incident light satisfactorily, and a substance that obstructs a pn junction is well removed on the surface. Therefore, pn defects are less likely to occur in the pn formation in the next step.

(pn形成)
図2(c)に示されるように、光電変換素子2は、上記光電変換素子用シリコン基板1を用いて得られた光電変換層1’と、表面10sに直接成膜されてなる透光性導電層30と、光電変換層10の裏面10r(一主面10sと反対側の主面10r)に形成された裏面電極層20と、透光性導電層(表面電極)30上に形成された取り出し電極40とを備えた構成としている。
(Pn formation)
As shown in FIG. 2C, the photoelectric conversion element 2 has a light-transmitting property obtained by directly forming a film on the surface 10s of the photoelectric conversion layer 1 ′ obtained using the photoelectric conversion element silicon substrate 1 described above. Formed on the conductive layer 30, the back electrode layer 20 formed on the back surface 10r of the photoelectric conversion layer 10 (the main surface 10r opposite to the one main surface 10s), and the translucent conductive layer (surface electrode) 30 The structure includes a take-out electrode 40.

光電変換層1’は、第一導電型(p型)Si層11と第二導電型(n型)Si層12との二層構造となっており、光電変換層1’内にてpn接合が形成されている。かかる二層構造は、図1(e)に示されるように、洗浄後の光電変換素子用シリコン基板1のテクスチャ構造面(凹凸構造10t)から、ドーパントを拡散させて形成する。p型ドーパント及びn型ドーパントとしては特に制限されず、一般に結晶Siのドーパントとして用いられているドーパントイオンであればよい。p型ドーパントとしてはIII族元素であるホウ素、n型ドーパントとしてはV族元素であるリンが好適に用いられる。   The photoelectric conversion layer 1 ′ has a two-layer structure of a first conductivity type (p-type) Si layer 11 and a second conductivity type (n-type) Si layer 12, and a pn junction in the photoelectric conversion layer 1 ′. Is formed. As shown in FIG. 1E, such a two-layer structure is formed by diffusing a dopant from the textured structure surface (uneven structure 10t) of the cleaned silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements. It does not restrict | limit especially as a p-type dopant and an n-type dopant, What is necessary is just a dopant ion generally used as a dopant of crystalline Si. As the p-type dopant, boron, which is a group III element, and phosphorus, which is a group V element, are preferably used as the n-type dopant.

本実施形態では第一導電型Si層11がp型層、第二導電型Si層12がn型層である場合を例に説明するが、それぞれの導電型が逆の構成となっていてもよい。かかる構成では、図1(e)に示されるように、洗浄後のp型シリコンウエハのテクスチャ構造面(凹凸構造10t)から、n型ドーパント(リン等)を拡散させてpn接合を形成する。n型ドーパントがリンである場合は、例えば、塩化ホスホリル(POCl)を拡散源としたガス拡散法等により、リンを熱拡散させてpn接合の形成を行う(拡散温度は800℃。)。 In the present embodiment, the case where the first conductivity type Si layer 11 is a p-type layer and the second conductivity type Si layer 12 is an n-type layer will be described as an example. Good. In this configuration, as shown in FIG. 1E, an n-type dopant (phosphorus or the like) is diffused from the textured surface (uneven structure 10t) of the washed p-type silicon wafer to form a pn junction. When the n-type dopant is phosphorus, phosphorus is thermally diffused by, for example, a gas diffusion method using phosphoryl chloride (POCl 3 ) as a diffusion source to form a pn junction (diffusion temperature is 800 ° C.).

次に側面や裏面に回りこんだ余分なp層やn層を削ってpn分離を行う。分離方法は特に制限されず、希フッ酸でのウエットエッチングやプラズマエッチング等を採用してよい。また、リンを拡散させた場合は、テクスチャ構造面10sにリン酸ガラスが生成されるので、希フッ酸での浸漬で除去することが好ましい。   Next, pn separation is performed by cutting off the excess p layer and n layer that wrap around the side surface and the back surface. The separation method is not particularly limited, and wet etching or plasma etching with dilute hydrofluoric acid may be employed. Further, when phosphorus is diffused, phosphate glass is generated on the texture structure surface 10s, and therefore, it is preferably removed by immersion in dilute hydrofluoric acid.

既に述べたように、本実施形態の光電変換素子用シリコン基板1では、テクスチャ構造面10s(凹凸構造10t)が、エッチング残渣及びプラズマダメージが良好に除去されている。このことは、後記実施例図4(a),(b)から確認することができる。図4(a),(b)は、電子顕微鏡によるテクスチャ構造10sの表面SEM像であり、倍率を5000倍、10000倍としたものである。図示されるように、いずれの写真においてもエッチング残渣及びプラズマダメージは観察されない。   As already described, in the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements of the present embodiment, the etching residue and plasma damage are satisfactorily removed from the texture structure surface 10s (uneven structure 10t). This can be confirmed from the examples shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIGS. 4A and 4B are surface SEM images of the texture structure 10s obtained by an electron microscope. The magnification is set to 5000 times and 10,000 times. As shown in the figure, neither etching residue nor plasma damage is observed in any of the photographs.

従って、光電変換素子用シリコン基板1では、テクスチャ構造面10sにおいて、pn形成の阻害要因となるエッチング残渣やプラズマダメージが非常に少ないため、良好且つ略一様なpn接合を形成することができる。pn接合の部分的な欠損や、面内不均一性(pn欠陥)は、光電変換素子の光電変換効率に大きな影響を及ぼす。光電変換素子用シリコン基板1を用いて光電変換素子を製造することにより、上記のように、良好且つ略一様なpn接合を形成することができるため、テクスチャ構造面10sにより高効率に光電変換層1’内に入射された太陽光を高効率に光電変換することができる。   Therefore, in the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements, a good and substantially uniform pn junction can be formed on the textured structure surface 10s because there are very few etching residues and plasma damages that inhibit pn formation. Partial defects of the pn junction and in-plane non-uniformity (pn defect) greatly affect the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element. Since a photoelectric conversion element is manufactured using the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements, a good and substantially uniform pn junction can be formed as described above, so that the photoelectric conversion is performed with high efficiency by the texture structure surface 10s. The sunlight incident on the layer 1 ′ can be photoelectrically converted with high efficiency.

(電極形成)
次に、図1(f)に示されるように、裏面10rに裏面電極20を形成し、次いで、pn接合が形成された光電変換層1’のテクスチャ構造面10s上に、該面を略一様に被覆する透光性導電層30を直接成膜する(図1(g))。
(Electrode formation)
Next, as shown in FIG. 1 (f), the back electrode 20 is formed on the back surface 10 r, and then the surface is placed approximately on the textured structure surface 10 s of the photoelectric conversion layer 1 ′ where the pn junction is formed. Thus, the transparent conductive layer 30 to be coated is directly formed (FIG. 1G).

裏面電極層20としては特に制限されず、任意の金属電極を用いることができるが、導電性の高いアルミニウムや銀等を用いることが好ましい。
透光性導電層30(表面電極)は、光を取り込むと共に、裏面電極層20と対になって、光電変換層10で生成された電荷が流れる電極として機能する層であり、光電変換層10の凹凸構造10tからなるテクスチャ構造面上に直接成膜されてなるものである。透光性導電層30としては特に制限されないが、ITO(酸化インジウム錫)や金属ドープ酸化亜鉛(ZnO:Al等のn−ZnO)等が好ましい。透光性導電層30の膜厚は特に制限されず、50nm〜2μmが好ましい。
The back electrode layer 20 is not particularly limited, and any metal electrode can be used, but it is preferable to use highly conductive aluminum, silver, or the like.
The translucent conductive layer 30 (front surface electrode) is a layer that captures light and functions as an electrode through which the charge generated in the photoelectric conversion layer 10 flows, paired with the back electrode layer 20. The film is directly formed on the textured structure surface of the uneven structure 10t. Although it does not restrict | limit especially as the translucent conductive layer 30, ITO (indium tin oxide), metal dope zinc oxide (n-ZnO, such as ZnO: Al), etc. are preferable. The film thickness in particular of the translucent conductive layer 30 is not restrict | limited, 50 nm-2 micrometers are preferable.

裏面電極20及び透光性導電層30の成膜方法としては特に制限されないが、スパッタ法、CVD法、MOCVD法、MBE法等の気相法でもよいし、液相法により形成してもよい。裏面電極20は銀ペーストやAlペーストをスクリーン印刷法等により塗布した後焼成して形成してもよい。   A method for forming the back electrode 20 and the translucent conductive layer 30 is not particularly limited, but may be a vapor phase method such as a sputtering method, a CVD method, an MOCVD method, an MBE method, or a liquid phase method. . The back electrode 20 may be formed by applying a silver paste or an Al paste by a screen printing method or the like and then baking.

光電変換素子用シリコン基板1は、上記したようにテクスチャ構造面10sは入射光(太陽光)の反射を効果的に抑制し、太陽光を光電変換層内に高効率に閉じ込めることができる。従って、このように、テクスチャ構造面10s上に直接成膜された、透光性導電層30を表面電極とすることができる。かかる構成では、表面電極が透光性であるため、従来の櫛形電極に比して発電面積を広くすることできる。またpn接合のすぐ上に電極が形成できるため電極までの経路が短縮されるので直列抵抗を低減できる。従って、これらの相乗効果により高効率な発電効率を達成することができる。   As described above, in the silicon substrate 1 for photoelectric conversion elements, the texture structure surface 10s can effectively suppress the reflection of incident light (sunlight) and can confine sunlight in the photoelectric conversion layer with high efficiency. Therefore, the translucent conductive layer 30 formed directly on the texture structure surface 10s as described above can be used as the surface electrode. In such a configuration, since the surface electrode is translucent, the power generation area can be increased as compared with the conventional comb electrode. Further, since the electrode can be formed immediately above the pn junction, the path to the electrode is shortened, so that the series resistance can be reduced. Therefore, highly efficient power generation efficiency can be achieved by these synergistic effects.

更に、従来の櫛形電極のように局所的な電極形成が不要であるために高温焼成の必要がない。従って、本発明によれば、入射光の利用効率及び光電変換効率高い光電変換素子を歩留まりの良く製造することができる。   Furthermore, since local electrode formation is not required unlike conventional comb electrodes, high temperature firing is not necessary. Therefore, according to the present invention, a photoelectric conversion element having high incident light utilization efficiency and high photoelectric conversion efficiency can be manufactured with high yield.

なお、本実施形態の光電変換素子2では、反射防止膜は成膜しない方が好ましいが、反射防止膜を備えた構成としてもよい。   In addition, in the photoelectric conversion element 2 of this embodiment, although it is preferable not to form an antireflection film, it is good also as a structure provided with the antireflection film.

最後に、透光性導電層30の表面に取り出し電極40を形成して光電変換素子2を得る(図1(h))。   Finally, the extraction electrode 40 is formed on the surface of the translucent conductive layer 30 to obtain the photoelectric conversion element 2 (FIG. 1 (h)).

取り出し電極40としては特に制限されないが、銀やアルミニウム等の塗布成膜が可能な電極が好ましい。取り出し電極40の膜厚は特に制限されず、0.1〜3μmが好ましい。取り出し電極40として、Alや銀ペーストを用いる場合、スクリーン印刷法等により塗布した後焼成して形成することができる。   Although it does not restrict | limit especially as the extraction electrode 40, The electrode in which the coating film-forming of silver, aluminum, etc. is possible is preferable. The film thickness of the extraction electrode 40 is not particularly limited and is preferably 0.1 to 3 μm. In the case where Al or silver paste is used as the extraction electrode 40, it can be formed by applying and baking after screen printing.

なお、本実施形態では、裏面電極20を最初に形成した態様について説明したが、裏面電極20は、透光性導電層30形成後に成膜されてもよいし、取り出し電極40の形成後に形成されてもよい。
以上のようにして、光電変換素子2は製造することができる。
In the present embodiment, the mode in which the back electrode 20 is formed first has been described. However, the back electrode 20 may be formed after the light-transmitting conductive layer 30 is formed or after the extraction electrode 40 is formed. May be.
As described above, the photoelectric conversion element 2 can be manufactured.

上記したように、本発明の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造された結晶Si基板1を用いることにより、良好な光閉じ込め効果を有するテクスチャ構造面10sにおいて良好なpn接合を形成することができる。従って、本発明によれば、入射光の利用効率及び光電変換効率の高い光電変換素子2を歩留まり良く製造することができる。   As described above, by using the crystalline Si substrate 1 manufactured by the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements of the present invention, a good pn junction is formed on the textured structure surface 10s having a good light confinement effect. Can do. Therefore, according to the present invention, the photoelectric conversion element 2 having high incident light utilization efficiency and high photoelectric conversion efficiency can be manufactured with high yield.

光電変換素子2は、太陽電池等に好ましく使用することができる。光電変換素子1に対して必要に応じて、カバーガラス、保護フィルム等を取り付けて、太陽電池とすることができる。   The photoelectric conversion element 2 can be preferably used for a solar cell or the like. If necessary, a cover glass, a protective film, or the like can be attached to the photoelectric conversion element 1 to form a solar cell.

(設計変更)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
(Design changes)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
(実施例1)
まず、マスク材の塗布液の調製を行った。まず結合剤としてポリビニルアルコール(PVA)を3重量%含んだPVA液(水溶媒)を用意した。次に、該PVA液100重量部に対して第1粒子としてシリカ(SiO)粒子(扶桑化学社製SP-03F、平均粒径0.3μm)を6重量部、第2粒子としてアクリル樹脂粒子(綜研化学社製MP1000、平均粒径0.4μm)を4重量部、分散剤として(2-エチルヘキシルスルホコハク酸Na)を0.5重量部添加してディゾルバにて分散させてマスク材塗布液を得た。
Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
Example 1
First, a coating liquid for the mask material was prepared. First, a PVA liquid (aqueous solvent) containing 3% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) as a binder was prepared. Next, 6 parts by weight of silica (SiO 2 ) particles (SP-03F manufactured by Fuso Chemical Co., Ltd., average particle size: 0.3 μm) are used as the first particles with respect to 100 parts by weight of the PVA liquid, and acrylic resin particles ( 4 parts by weight of MP1000 manufactured by Soken Chemical Co., Ltd. (average particle size 0.4 μm) and 0.5 parts by weight of (2-ethylhexylsulfosuccinate Na) as a dispersant were added and dispersed in a dissolver to obtain a mask material coating solution .

P型でワイヤソーダメージが除去された多結晶シリコンウエハ(156mm角)の一表面に、スピンコータ(ミカサ製1H-360s)により、マスク材塗布液を塗布して乾燥させ、膜厚0.5μmのマスク材を成膜した。   A P-type polycrystalline silicon wafer (156 mm square) from which wire saw damage has been removed is coated with a mask material coating solution with a spin coater (1H-360s made by Mikasa) and dried to obtain a mask with a thickness of 0.5 μm. A material was deposited.

次に、RIE装置(リアクティブイオンエッチング装置:神港精機社製EXAM)にて凹凸構造の形成を行った。   Next, a concavo-convex structure was formed with an RIE apparatus (reactive ion etching apparatus: EXAM manufactured by Shinko Seiki Co., Ltd.).

SFとOの混合ガス(SF:O=1:0.5)を用いて、ガス圧20Pa、高周波出力150Wで8分間ドライエッチング処理をした。 Using a mixed gas of SF 6 and O 2 (SF 6 : O 2 = 1: 0.5), dry etching was performed for 8 minutes at a gas pressure of 20 Pa and a high frequency output of 150 W.

次いで、RIE装置においてエッチングガスをHガスに入れ替え、水素流量100sccm、ガス圧3Pa、高周波出力100Wで5分間ドライエッチング処理を行い、次に水酸化ナトリウム1%溶液に浸漬し、さらに希フッ酸10%溶液に浸漬した後、純水リンス洗浄して、表面に高さ約1μmの凹凸形状を得た。 Next, in the RIE apparatus, the etching gas is replaced with H 2 gas, dry etching is performed for 5 minutes at a hydrogen flow rate of 100 sccm, a gas pressure of 3 Pa, and a high-frequency output of 100 W, and then immersed in a 1% sodium hydroxide solution and further diluted with hydrofluoric acid. After dipping in a 10% solution, it was rinsed with pure water to obtain an uneven shape with a height of about 1 μm on the surface.

次に塩化ホスホリル(POCl)を、拡散温度800℃にてガス拡散して表面にn型層を形成し、ウエハ側面と裏面をCF4とO2の混合ガスによりプラズマエッチングをしてpn分離を行った。 Next, phosphoryl chloride (POCl 3 ) is gas diffused at a diffusion temperature of 800 ° C. to form an n-type layer on the surface, and pn separation is performed by plasma etching the wafer side and back surface with a mixed gas of CF 4 and O 2. Went.

次に希フッ酸10%溶液に浸漬させ、表面にあるリン酸ガラスを除去した後、表面にITOの透明導電膜をプラズマCVD装置にて成膜し、ITO表面に銀ペーストを細長くスクリーン印刷にて形成し、更に、裏面にはAlペーストをスクリーン印刷にて形成した後温度860℃にて焼成し、光電変換素子を作製した。   Next, after dipping in a 10% solution of dilute hydrofluoric acid to remove the phosphate glass on the surface, an ITO transparent conductive film is formed on the surface with a plasma CVD device, and silver paste is elongated on the ITO surface for screen printing. Further, an Al paste was formed on the back surface by screen printing and then baked at a temperature of 860 ° C. to produce a photoelectric conversion element.

(実施例2)
シリコンウエハをP型単結晶ウエハとした以外は実施例2と同様にして光電変換素子を得た。
(Example 2)
A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 2 except that the silicon wafer was changed to a P-type single crystal wafer.

(比較例1)
リン酸ガラスの除去工程まで実施した後、プラズマCVD法にてSiNの反射防止膜を膜厚約50nmで成膜し、透光性導電層を成膜しなかった以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Comparative Example 1)
After carrying out to the phosphate glass removal step, the same procedure as in Example 1 was conducted, except that a SiN antireflection film was formed to a thickness of about 50 nm by plasma CVD and no translucent conductive layer was formed. Thus, a photoelectric conversion element was obtained.

(比較例2)
p型多結晶シリコンウエハの一表面をフッ化水素と硝酸の混合溶液(配合比率50:50(体積比率))に浸漬させて、該表面にテクスチャ構造を形成した以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 2 was performed except that one surface of a p-type polycrystalline silicon wafer was immersed in a mixed solution of hydrogen fluoride and nitric acid (mixing ratio 50:50 (volume ratio)) to form a texture structure on the surface. Thus, a photoelectric conversion element was produced.

(比較例3)
水素によるドライエッチングから水酸化ナトリウム水溶液への浸漬工程の代わりに、純水中において超音波洗浄を5分実施した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
(Comparative Example 3)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that ultrasonic cleaning was performed in pure water for 5 minutes instead of dry etching with hydrogen and immersion in a sodium hydroxide aqueous solution.

(評価)
上記実施例1、2及び比較例1〜3にて得られた光電変換素子の表面反射率及び発電効率を測定した。その結果を表1に示す。表1において、発電効率が◎のものは発電効率17%以上、○は16%〜14%、△は13%〜11%であることを意味する。
(Evaluation)
The surface reflectance and power generation efficiency of the photoelectric conversion elements obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured. The results are shown in Table 1. In Table 1, when the power generation efficiency is ◎, it means that the power generation efficiency is 17% or more, ◯ is 16% to 14%, and Δ is 13% to 11%.

表1に示されるように、本発明の光電変換素子では、多結晶、単結晶にかかわらず、表面反射率1%、発電効率も良好であることが確認された。   As shown in Table 1, in the photoelectric conversion element of the present invention, it was confirmed that the surface reflectance was 1% and the power generation efficiency was good regardless of whether it was polycrystalline or single crystal.

また、比較例1では、本発明の光電変換素子に反射防止膜を入れた構成としている。比較例1では、反射率は実施例1,2と同等であるのに対し、絶縁膜であるSiNの挿入、及び表面電極の局所性による発電効率の低下も確認された。   Moreover, in the comparative example 1, it is set as the structure which put the antireflection film in the photoelectric conversion element of this invention. In Comparative Example 1, the reflectance was the same as in Examples 1 and 2, but it was also confirmed that power generation efficiency was reduced due to the insertion of SiN as an insulating film and the locality of the surface electrode.

また、比較例2は従来の多結晶シリコン太陽電池の構成であり、比較例3は、実施例1においてエッチング残渣の洗浄工程を従来の純水中での超音波洗浄とした例である。   Comparative Example 2 is a configuration of a conventional polycrystalline silicon solar cell, and Comparative Example 3 is an example in which the etching residue cleaning step in Example 1 is a conventional ultrasonic cleaning in pure water.

実施例1,2の結果、及び比較例1〜比較例3とにより、本発明の有効性を確認することができた。   The effectiveness of the present invention could be confirmed by the results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.

図4に、実施例1で得られたテクスチャ構造面の凹凸構造10tの表面SEM像を示す。図4に示されるように、実施例1のテクスチャ構造面10s(凹凸構造10t)には、エッチング残渣及びプラズマダメージが観察されず、良好に除去されていることが確認された。   In FIG. 4, the surface SEM image of the uneven structure 10t of the texture structure surface obtained in Example 1 is shown. As shown in FIG. 4, etching residue and plasma damage were not observed on the texture structure surface 10s (uneven structure 10t) of Example 1, and it was confirmed that the texture structure surface 10s was removed well.

図5は実施例1において、マスク材の塗布前の多結晶シリコンウエハ表面(a)と、n型ドーパント拡散前のテクスチャ構造面(b)の反射率のスペクトルを示したものである。図5に示されるように、多結晶Si基板を用いた場合において、Siの吸収波長帯である400nm〜1200nmにおいて、テクスチャ構造形成前の反射率が20%以上であったのに対し、テクスチャ構造形成後の反射率が1〜2%を達成されていることが確認された。   FIG. 5 shows the reflectance spectra of the polycrystalline silicon wafer surface (a) before application of the mask material and the textured structure surface (b) before n-type dopant diffusion in Example 1. As shown in FIG. 5, in the case of using a polycrystalline Si substrate, the reflectance before the texture structure formation was 20% or more in the Si absorption wavelength band of 400 nm to 1200 nm, whereas the texture structure It was confirmed that the reflectance after formation was 1 to 2%.

図6は実施例2において、マスク材の塗布前の単結晶シリコンウエハ表面(a)と、n型ドーパント拡散前のテクスチャ構造面の反射率のスペクトル(e)を示したものである。また、図6では、従来のアルカリ処理によるテクスチャ構造形成方法により得られたテクスチャ構造面の反射率のスペクトルも併せて示してある((b)アルカリ処理のテクスチャ構造面、(c)は(b)のテクスチャ構造面上にSiN反射防止膜を設けた面))。また、図6(d)は、実施例2において、希フッ酸中での処理前の凹凸構造面の反射率スペクトルを示したものである。   FIG. 6 shows the reflectance spectrum (e) of the single crystal silicon wafer surface (a) before application of the mask material and the texture structure surface before diffusion of the n-type dopant in Example 2. FIG. 6 also shows the reflectance spectrum of the texture structure surface obtained by the conventional texture structure forming method by alkali treatment ((b) the texture structure surface of alkali treatment, (c) is (b). The surface where the SiN antireflection film is provided on the texture structure surface))). FIG. 6D shows the reflectance spectrum of the concavo-convex structure surface before the treatment in dilute hydrofluoric acid in Example 2.

図6に示されるように、単結晶Si基板を用いた場合は、Siの吸収波長帯である400nm〜1200nmにおいて、テクスチャ構造形成前の反射率が20%以上であり、また、従来のアルカリ処理によるテクスチャ構造面における反射率10%前後であることが確認された。また、従来のアルカリ処理によるテクスチャ構造面に、SiN膜を設けた構成では、400nmより短波長領域から600nmの波長域において反射率は6%以下となっているが、600nmより長波長側では短波長側に比して高くなっており、反射率の波長依存性が高いことが確認された。一方、マスク材を用いたテクスチャ構造面では、洗浄工程に関わらず反射率が1〜2%を達成されていることが確認された。   As shown in FIG. 6, when a single crystal Si substrate is used, the reflectance before forming the texture structure is 20% or more in the Si absorption wavelength band of 400 nm to 1200 nm, and the conventional alkali treatment is performed. It was confirmed that the reflectance on the texture structure surface was about 10%. Further, in the configuration in which the SiN film is provided on the texture structure surface by the conventional alkali treatment, the reflectance is 6% or less in the wavelength region shorter than 400 nm to 600 nm, but shorter on the longer wavelength side than 600 nm. It was higher than the wavelength side, and it was confirmed that the wavelength dependency of the reflectance was high. On the other hand, on the texture structure surface using the mask material, it was confirmed that the reflectance of 1 to 2% was achieved regardless of the cleaning process.

図7は、本発明者が、Si基板面の表面粗さ(1.5μm角)と波長1μmの光に対する積分球反射率との関係を調べた結果をグラフに示したものである。図7(a)にはRa(算術平均表面粗さ)及びRq(二乗平均平方根粗さ)と反射率との関係、(b)にはRz(最大高さ粗さ),Rzjis(10点平均粗さ),Rp(最大山),及びRv(最大谷)と、反射率との関係を示してある。   FIG. 7 is a graph showing the results of investigation by the inventor of the relationship between the surface roughness (1.5 μm square) of the Si substrate surface and the integrating sphere reflectance for light having a wavelength of 1 μm. FIG. 7A shows the relationship between Ra (arithmetic mean surface roughness) and Rq (root mean square roughness) and reflectance, and FIG. 7B shows Rz (maximum height roughness) and Rzjis (10-point average). The relationship between the roughness, Rp (maximum peak), and Rv (maximum valley) and the reflectance is shown.

図7(a),(b)より、上記実施例1,2及び比較例1、2のテクスチャ構造面の表面粗さを見積もることができる。実施例1,2では、反射率が1〜3%であるので、これらの算術平均表面粗さRaは122nm以上であることが確認される。上記実施形態において説明したように、凹凸構造のピッチ(細かさ)は、マスク材に含まれる第1粒子及び第2粒子の設計により調整することができる。また、最大高さ粗さRzは1151nm(1.151μm)以上であることも確認される。   7A and 7B, the surface roughness of the texture structure surfaces of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 can be estimated. In Examples 1 and 2, since the reflectance is 1 to 3%, it is confirmed that the arithmetic average surface roughness Ra is 122 nm or more. As described in the above embodiment, the pitch (fineness) of the concavo-convex structure can be adjusted by the design of the first particles and the second particles included in the mask material. It is also confirmed that the maximum height roughness Rz is 1151 nm (1.151 μm) or more.

実施例1,2に示されるように、本発明により、結晶Si系太陽電池において、6%以下の低反射率のテクスチャ構造の作製に成功し、これにより結晶Si太陽電池において初めて、透光性導電層(透明電極層)からなる表面電極を備えた構成を実現した。かかる電極層の実現により、高効率に光電変換層中に太陽光を閉じ込め、更に、大幅に広くなった発電領域にて発電させることに成功し、発電された電荷を取り出す際の抵抗も最小限にすることを可能にした。従って、本発明によれば、太陽光の利用効率、光電変換効率、及び装置内のロスが少ない、優れた光電変換性能を有する結晶Si系太陽電池を初めて実現することができた。   As shown in Examples 1 and 2, according to the present invention, in a crystalline Si solar cell, a texture structure having a low reflectance of 6% or less was successfully produced. The structure provided with the surface electrode which consists of a conductive layer (transparent electrode layer) was implement | achieved. By realizing such an electrode layer, solar light is confined in the photoelectric conversion layer with high efficiency, and furthermore, it has succeeded in generating power in a greatly widened power generation region, and the resistance when taking out the generated charge is minimized. Made it possible to Therefore, according to the present invention, it has been possible to realize for the first time a crystalline Si-based solar cell having excellent photoelectric conversion performance with less utilization efficiency of sunlight, photoelectric conversion efficiency, and loss in the apparatus.

本発明の光電変換素子は、太陽電池、及び赤外センサ等に使用される光電変換素子等の用途に好ましく適用できる。   The photoelectric conversion element of this invention is preferably applicable to uses, such as a photoelectric conversion element used for a solar cell, an infrared sensor, etc.

1 光電変換素子用シリコン基板
1’ 光電変換層
2 光電変換素子
10 結晶Si基板
10s 表面(一主面,テクスチャ構造面)
10r 裏面(一主面と反対側の主面)
10t 凹凸構造(凹凸構造面,テクスチャ構造面)
101 凸部
102 凹部
11 第一導電型(p型)Si層
12 第二導電型(n型)Si層
20 裏面電極層
30 透光性導電層(表面電極)
40 取り出し電極
50 マスク材
51 第1粒子
52 第2粒子
53 結着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate for photoelectric conversion elements 1 'Photoelectric conversion layer 2 Photoelectric conversion element 10 Crystalline Si substrate 10s Surface (one main surface, texture structure surface)
10r Back surface (main surface opposite to one main surface)
10t Concavity and convexity structure (concave and convex structure surface, texture structure surface)
101 Convex part 102 Concave part 11 First conductivity type (p-type) Si layer 12 Second conductivity type (n-type) Si layer 20 Back electrode layer 30 Translucent conductive layer (surface electrode)
40 Extraction electrode 50 Mask material 51 First particle 52 Second particle 53 Binder

Claims (12)

一導電型結晶シリコン基板の一主面に、該主面における太陽光の反射を抑制する多数の凸部を有する凹凸構造からなるテクスチャ構造面を備えた光電変換素子用シリコン基板の製造方法であって、
前記一導電型結晶シリコン基板の一主面に、前記凹凸構造を形成するドライエッチングに対して耐性を有し、且つ、平均粒径が0.05μm以上0.3μm以下である第1粒子と、該第1粒子よりも前記耐性が低く、且つ、平均粒径が0.05μm以上0.3μm以下である第2粒子と、前記第1粒子よりも前記耐性が低い結着剤とを含む液状組成物を前記シリコン基板の一主面に塗布成膜して前記マスク材を配する工程と、
該マスク材が配された前記主面にドライエッチングにより前記凹凸構造を形成する工程と、
前記凹凸構造に、水素ガスによるドライエッチング処理と、希フッ酸中に浸漬させる処理とを順次実施する洗浄工程とを有することを特徴とする光電変換素子用シリコン基板の製造方法。
This is a method for manufacturing a silicon substrate for a photoelectric conversion element, which has a textured structure surface having a concavo-convex structure having a large number of convex portions that suppress reflection of sunlight on one main surface of one conductivity type crystalline silicon substrate. And
First particles having resistance to dry etching for forming the concavo-convex structure on one main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate and having an average particle diameter of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less; A liquid composition comprising second particles having a lower resistance than the first particles and an average particle size of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less, and a binder having a lower resistance than the first particles. Applying an object to one main surface of the silicon substrate and arranging the mask material;
Forming the concavo-convex structure by dry etching on the main surface on which the mask material is disposed;
The manufacturing method of the silicon substrate for photoelectric conversion elements characterized by having the washing | cleaning process of implementing sequentially the dry etching process by hydrogen gas, and the process immersed in dilute hydrofluoric acid in the said uneven structure.
前記水素ガスによるドライエッチング処理において、水素ガス流量50〜500sccm、ガス圧1〜20Pa,高周波出力50〜300Wの条件で前記ドライエッチング処理を実施することを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   2. The photoelectric conversion according to claim 1, wherein in the dry etching process using the hydrogen gas, the dry etching process is performed under conditions of a hydrogen gas flow rate of 50 to 500 sccm, a gas pressure of 1 to 20 Pa, and a high frequency output of 50 to 300 W. Manufacturing method of silicon substrate for device. 前記第1粒子及び/又は前記第2粒子の平均粒径が0.1以上0.2μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   3. The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein an average particle diameter of the first particles and / or the second particles is 0.1 to 0.2 μm. 前記第1粒子が無機粒子であり、前記第2粒子が樹脂粒子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first particles are inorganic particles, and the second particles are resin particles. 前記第1粒子がSiOを主成分とする粒子であることを特徴とする請求項4に記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。 The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the first particles are particles containing SiO 2 as a main component. 前記第2粒子がアクリル樹脂を主成分とする粒子であることを特徴とする請求項4又は5に記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 4 or 5, wherein the second particles are particles mainly composed of an acrylic resin. 前記結着剤が、水溶性高分子又は水分散性高分子を主成分とするものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the binder is mainly composed of a water-soluble polymer or a water-dispersible polymer. 前記結着剤がポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項7に記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the binder is polyvinyl alcohol. 前記一導電型結晶シリコン基板が多結晶シリコンからなる(不可避不純物を含んでもよい)ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 8, wherein the one-conductivity-type crystalline silicon substrate is made of polycrystalline silicon (may contain unavoidable impurities). 前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法。   The method for producing a silicon substrate for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the dry etching is reactive ion etching. 請求項1〜10のいずれかに記載の光電変換素子用シリコン基板の製造方法により製造されたシリコン基板を用意し、
該シリコン基板の前記テクスチャ構造面に、前記基板の導電型と異なる導電型の不純物を拡散させてpn接合を形成し、
前記テクスチャ構造面上に表面電極を形成し、
前記シリコン基板の前記一主面の反対側の主面に裏面電極層を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
A silicon substrate manufactured by the method for manufacturing a silicon substrate for photoelectric conversion elements according to claim 1 is prepared,
A pn junction is formed on the textured structure surface of the silicon substrate by diffusing impurities of a conductivity type different from that of the substrate,
Forming a surface electrode on the textured structure surface;
A method for producing a photoelectric conversion element, comprising forming a back electrode layer on a main surface opposite to the one main surface of the silicon substrate.
前記表面電極として、透光性導電層を前記テクスチャ構造面上に直接形成することを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子の製造方法。   The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 11, wherein a translucent conductive layer is formed directly on the textured structure surface as the surface electrode.
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