JP2013087043A - Substrate processing apparatus and method for the same, and thin film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、基板処理装置とその方法、および薄膜太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and method, and a thin film solar cell.
薄膜シリコン(Si)太陽電池は、100℃〜200℃程度の比較的低温で形成できるため、薄膜Si太陽電池を形成するための基板としては様々な材質の基板を用いることが可能である。通常よく用いられるものは、ガラス基板である。この薄膜Si太陽電池は、変換効率の向上が課題となっており、それにはガラス基板上に成膜された発電層となる薄膜Si層の光吸収量を増加させることが重要なポイントとなっている。そのため、ガラス基板上に、表面に凹凸のあるテクスチャ形状の透明導電膜を形成することによって、光吸収層中での光の光路長を増加させる、いわゆる光の閉じ込め効果を上げることが従来から行われてきた。 Since a thin film silicon (Si) solar cell can be formed at a relatively low temperature of about 100 ° C. to 200 ° C., substrates of various materials can be used as a substrate for forming the thin film Si solar cell. A commonly used glass substrate is a glass substrate. In this thin-film Si solar cell, improvement in conversion efficiency is an issue, and for that purpose, it is important to increase the light absorption amount of the thin-film Si layer that is a power generation layer formed on the glass substrate. Yes. Therefore, a so-called light confinement effect, which increases the optical path length of light in the light absorption layer, has been conventionally performed by forming a textured transparent conductive film having an uneven surface on the glass substrate. I have been.
ガラス基板の表面上に凹凸のテクスチャ構造を形成するには幾つかの方法があるが、その一つとしてブラスト法が提案されている。たとえば、ガラス基板に研磨剤としてアルミナ粉末(最大粒子径19μm)を混合した水を吹き付けるウォーターブラスト法によって粗面化した後、この基板をフッ酸水溶液中で処理して凹凸を形成する方法(たとえば、特許文献1参照)や、#200の番手の砥粒を用いて、サンドブラスト法によって太陽電池用基板であるガラス基板の表面を処理して、平均段差3μmの凹凸を形成する方法(たとえば、特許文献2参照)が提案されている。これらの方法によって凹凸が形成されたガラス基板表面に透明導電膜を形成する。 There are several methods for forming an uneven texture structure on the surface of a glass substrate, and one of them is a blast method. For example, after roughening by a water blasting method in which water mixed with alumina powder (maximum particle diameter of 19 μm) as a polishing agent is sprayed on a glass substrate, the substrate is treated in a hydrofluoric acid aqueous solution to form irregularities (for example, , And a method of forming irregularities with an average step of 3 μm by treating the surface of a glass substrate, which is a substrate for solar cells, by sandblasting using abrasive grains of # 200 count (for example, patents) Document 2) has been proposed. A transparent conductive film is formed on the surface of the glass substrate on which irregularities are formed by these methods.
しかしながら、以上説明したガラス基板上の透明導電膜に凹凸のテクスチャ形状を形成する方法では、凹凸の大きさが数μm〜数十μmとなるため十分な光閉じ込め効果が得られないという問題点があった。また、ガラス基板にブラスト処理によって凹凸を形成してから透明導電膜を形成する方法では、ブラスト処理によるガラス基板へのダメージが残ってしまい、さらにブラスト処理後に薬液によるウエットエッチング処理を施すため、用途の異なる2台の製造装置を用いて2つの工程を行うことになり、コストがかかってしまう反面高いスループットが得られないという問題があった。 However, the above-described method for forming a textured shape on the transparent conductive film on the glass substrate has a problem that a sufficient light confinement effect cannot be obtained because the size of the unevenness is several μm to several tens of μm. there were. Moreover, in the method of forming a transparent conductive film after forming irregularities on a glass substrate, damage to the glass substrate due to blasting remains, and further, wet etching treatment with a chemical solution is performed after blasting. Two processes are performed using two different manufacturing apparatuses, which is costly, but has a problem that high throughput cannot be obtained.
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、薄膜太陽電池を構成するガラス基板表面に低コストで光閉じ込め効果の大きい凹凸形状を形成することができる基板処理装置とその方法を得ることを目的とする。また、このような基板処理方法を用いた薄膜太陽電池を得ることも目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a substrate processing apparatus and method for forming a concavo-convex shape having a large light confinement effect at low cost on the surface of a glass substrate constituting a thin film solar cell. And Another object of the present invention is to obtain a thin film solar cell using such a substrate processing method.
上記目的を達成するため、この発明にかかる基板処理方法は、ガラス基板の表面にテクスチャ構造を形成する基板処理方法において、前記ガラス基板の表面に、HFガスと、アルコールガスまたは水蒸気との混合ガスを供給してエッチングする際に、HFガスとアルコールガスまたは水蒸気の流量比を時間的に変化させてエッチングを行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a substrate processing method according to the present invention is a substrate processing method for forming a texture structure on the surface of a glass substrate, wherein a mixed gas of HF gas and alcohol gas or water vapor is formed on the surface of the glass substrate. The etching is performed by changing the flow rate ratio of HF gas and alcohol gas or water vapor over time when etching is performed.
この発明によれば、数μm〜十数μmの大きさの凹凸と、1μm以下の大きさの凹凸とが混在したテクスチャ構造を形成することができるので、従来に比して光閉じ込め効果の大きなガラス基板を制御性よく、低コストで形成することができるという効果を有する。 According to this invention, it is possible to form a texture structure in which unevenness having a size of several μm to several tens of μm and unevenness having a size of 1 μm or less are mixed. The glass substrate can be formed with good controllability and low cost.
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる基板処理装置とその方法、および薄膜太陽電池を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる薄膜太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。 A substrate processing apparatus and method, and a thin film solar cell according to embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. Moreover, the cross-sectional views of the thin-film solar cell used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layer, the ratio of the thickness of each layer, and the like may differ from the actual ones.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による基板処理装置の概略構成を模式的に示す断面図である。基板処理装置10は、処理室15である真空チェンバ11内に、処理対象であるガラス基板51などの基板が載置される基板ステージ12と、基板ステージ12の基板載置面に対向して配置されるガス吐出部13と、を備える。この例では、基板ステージ12は、真空チェンバ11内の下部に設けられ、ガス吐出部13は、真空チェンバ11内の上部に設けられている。ガス吐出部13の基板ステージ12側の面には、ガラス基板51に向けてガスをシャワー状に供給するシャワープレート14が設けられている。また、基板ステージ12は、保持するガラス基板51の温度を所定の温度に調整することができるように、加熱機構や水冷式などの冷却機構を有している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a substrate processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The substrate processing apparatus 10 is disposed in a vacuum chamber 11 that is a processing chamber 15 so as to face a substrate stage 12 on which a substrate such as a glass substrate 51 to be processed is placed, and a substrate placement surface of the substrate stage 12. The gas discharge part 13 to be provided. In this example, the substrate stage 12 is provided in the lower part in the vacuum chamber 11, and the gas discharge unit 13 is provided in the upper part in the vacuum chamber 11. On the surface of the gas discharge unit 13 on the substrate stage 12 side, a shower plate 14 that supplies gas in a shower shape toward the glass substrate 51 is provided. Moreover, the substrate stage 12 has a cooling mechanism such as a heating mechanism or a water cooling type so that the temperature of the glass substrate 51 to be held can be adjusted to a predetermined temperature.
また、真空チェンバ11の下部には排気口17が設けられており、処理室15と排気口17とを結ぶ配管上には、処理室15内の圧力を調整するゲートバルブなどの圧力調整部16が設けられ、また排気口17には図示しない真空ポンプが接続される。圧力調整部16と真空ポンプによって、処理室15内の圧力を所望の圧力に調整可能な構成となっている。 Further, an exhaust port 17 is provided in the lower part of the vacuum chamber 11, and a pressure adjusting unit 16 such as a gate valve for adjusting the pressure in the processing chamber 15 is provided on a pipe connecting the processing chamber 15 and the exhaust port 17. And a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 17. By the pressure adjusting unit 16 and the vacuum pump, the pressure in the processing chamber 15 can be adjusted to a desired pressure.
ガス吐出部13には、処理室15内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構20が接続されている。処理ガス供給機構20は、第1のガスを供給する第1のガス供給配管21と、第2のガスを供給する第2のガス供給配管24と、を有する。第1のガス供給配管21には、第1のガス供給配管21を流れる第1のガスの流量を調整するマスフローコントローラ22と、流量調整された第1のガスをガス吐出部13に連続的にまたは間欠的に供給することができるパルスバルブ23と、が設けられる。第2のガス供給配管24には、第2のガス供給配管24を流れる第2のガスの流量を調整するマスフローコントローラ25と、流量調整された第2のガスをガス吐出部13に連続的にまたは間欠的に供給することができるパルスバルブ26と、が設けられる。ここで第1のガスとしては、ガラス基板51をエッチングするHFガスを用いることができ、第2のガスとしては、メタノール(CH3OH)、エタノール(C2H5OH)、イソプロピルアルコールなどのアルコールガスや水蒸気(H2O)を用いることができる。なお、マスフローコントローラ22,25とパルスバルブ23,26は、後述する方法によって、図示しない制御装置によって制御される。 A processing gas supply mechanism 20 that supplies a processing gas into the processing chamber 15 is connected to the gas discharge unit 13. The processing gas supply mechanism 20 includes a first gas supply pipe 21 that supplies a first gas, and a second gas supply pipe 24 that supplies a second gas. In the first gas supply pipe 21, a mass flow controller 22 that adjusts the flow rate of the first gas flowing through the first gas supply pipe 21, and the flow-adjusted first gas are continuously supplied to the gas discharge unit 13. Alternatively, a pulse valve 23 that can be supplied intermittently is provided. In the second gas supply pipe 24, a mass flow controller 25 for adjusting the flow rate of the second gas flowing through the second gas supply pipe 24 and the second gas whose flow rate has been adjusted are continuously supplied to the gas discharge unit 13. Alternatively, a pulse valve 26 that can be supplied intermittently is provided. Here, as the first gas, HF gas for etching the glass substrate 51 can be used, and as the second gas, methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), isopropyl alcohol, or the like can be used. Alcohol gas or water vapor (H 2 O) can be used. The mass flow controllers 22 and 25 and the pulse valves 23 and 26 are controlled by a control device (not shown) by a method described later.
第1のガス供給配管21からの第1のガスと第2のガス供給配管24からの第2のガスは、それぞれ流量調整されてガス吐出部13に入る前に合流して混合され、ガス吐出部13へと混合ガス(ベーパ)が供給される。そして、ガス吐出部13のシャワープレート14から、基板ステージ12上のガラス基板51上へと吐出される。なお、パルスバルブ23,26で間欠的にガスを供給してエッチングする方法については後述する。 The first gas from the first gas supply pipe 21 and the second gas from the second gas supply pipe 24 are each adjusted in flow rate and merged and mixed before entering the gas discharge section 13 to discharge the gas. A mixed gas (vapor) is supplied to the section 13. Then, the gas is discharged from the shower plate 14 of the gas discharge unit 13 onto the glass substrate 51 on the substrate stage 12. A method of etching by supplying gas intermittently with the pulse valves 23 and 26 will be described later.
つぎに、この基板処理装置10における基板処理方法について、(1)ガス流量を一定にしてエッチングする場合と(2)ガス流量比を変化させてエッチングする場合に分けて説明する。 Next, the substrate processing method in the substrate processing apparatus 10 will be described separately for (1) etching with a constant gas flow rate and (2) etching with changing the gas flow rate ratio.
(1)ガス流量を一定にしてエッチングする場合
図1に示される構成を有する基板処理装置10の基板ステージ12上にアルカリ成分28%を含むガラス基板51を載置する。ここでガラス基板51の温度は、ガラス中のSiO2のエッチング速度と相関があり、80℃以上では十分なエッチング速度が得られないため、基板ステージ12の温度を80℃未満の所定の温度(たとえば40℃)に設定する。そして、図示しない真空ポンプによって、処理室15内を所定の真空度となるまで排気する。
(1) Etching with a constant gas flow rate A glass substrate 51 containing an alkali component of 28% is placed on the substrate stage 12 of the substrate processing apparatus 10 having the configuration shown in FIG. Here, the temperature of the glass substrate 51 correlates with the etching rate of SiO 2 in the glass, and a sufficient etching rate cannot be obtained at 80 ° C. or higher. Therefore, the temperature of the substrate stage 12 is set to a predetermined temperature (less than 80 ° C.). For example, 40 ° C.). Then, the inside of the processing chamber 15 is exhausted by a vacuum pump (not shown) until a predetermined degree of vacuum is reached.
第1のガスにはHFガスを用い、マスフローコントローラ22で流量を100sccmに設定し、第2のガスにはCH3OHを用いてマスフローコントローラ25で流量を200sccmに設定する。また、この例では、それぞれのパルスバルブ23,26は常時オープンさせる連続動作としており、CH3OH/HFの流量比が2となるように時間的に一定にしている。 HF gas is used as the first gas, the flow rate is set to 100 sccm by the mass flow controller 22, CH 3 OH is used as the second gas, and the flow rate is set to 200 sccm by the mass flow controller 25. In this example, the pulse valves 23 and 26 are continuously operated so that they are always open, and the flow rate ratio of CH 3 OH / HF is kept constant so as to be 2.
また、HFとCH3OHの混合ガスを噴出するシャワープレート14と基板ステージ12との間隔は、ガラス基板の大きさやエッチング速度の均一性を考慮して適宜設定される。エッチング中の処理室15の圧力は、エッチング速度や表面凹凸サイズなどによって、10〜10,000Paに設定されるが、ここでは圧力調整部16によって2,000Paに設定する。なお、処理室15内の圧力が10Pa未満または10,000Paよりも大きいと、エッチング速度が低くなり、必要以上に時間を要してしまう場合があるので好ましくなく、上記した10〜10,000Paの範囲に設定するのが望ましい。以上の条件の下で、20分間エッチングを行う。 Further, the distance between the shower plate 14 that ejects the mixed gas of HF and CH 3 OH and the substrate stage 12 is appropriately set in consideration of the size of the glass substrate and the uniformity of the etching rate. The pressure in the processing chamber 15 during the etching is set to 10 to 10,000 Pa depending on the etching rate, the surface unevenness size, and the like. Here, the pressure is set to 2,000 Pa by the pressure adjusting unit 16. In addition, when the pressure in the processing chamber 15 is less than 10 Pa or greater than 10,000 Pa, the etching rate is low, and it may take more time than necessary. It is desirable to set the range. Etching is performed for 20 minutes under the above conditions.
その結果、ガラス基板51の表面がエッチングされていることが認められる。このエッチングされたガラス基板51について、SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)で表面観察を行い、さらにヘイズ率を測定する。図2は、HFガスとCH3OHガスの流量を一定としてエッチング処理した後のガラス基板の表面の状態を示すSEM像であり、図3は、実施の形態1による基板処理方法によって処理されたガラス基板のヘイズ率を示す図である。図3において、横軸は、波長(Wavelength,nm)を示し、縦軸はヘイズ率(Haze,%)を示している。また、図中の曲線(A)は、HFガスとCH3OHガスの流量を時間的に一定としてエッチング処理したガラス基板のヘイズ率を示しており、曲線(B)は、後に示すHFガスとCH3OHガスの流量比を時間的に変化させてエッチング処理したガラス基板のヘイズ率を示している。 As a result, it is recognized that the surface of the glass substrate 51 is etched. The etched glass substrate 51 is subjected to surface observation with an SEM (Scanning Electron Microscope), and the haze ratio is measured. FIG. 2 is an SEM image showing the state of the surface of the glass substrate after etching with the flow rates of HF gas and CH 3 OH gas being constant, and FIG. 3 is processed by the substrate processing method according to the first embodiment. It is a figure which shows the haze rate of a glass substrate. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength (Wavelength, nm), and the vertical axis indicates the haze ratio (Haze,%). Moreover, the curve (A) in the figure shows the haze ratio of the glass substrate etched by setting the flow rates of the HF gas and the CH 3 OH gas to be constant over time, and the curve (B) shows the HF gas shown later. The haze ratio of the glass substrate etched by changing the flow rate ratio of the CH 3 OH gas with time is shown.
図2に示されるように、ガラス基板51の表面には、数μm〜十数μmの凹凸が形成されている。また、図3の曲線(A)に示されるように、短波長から長波長の領域において、高いヘイズ率が得られている。特に、波長500nmにおいては、63%のヘイズ率が得られている。このように、ガラス基板51の表面に形成される凹凸によって、良好な光閉じ込め効果が得られることが分かる。 As shown in FIG. 2, irregularities of several μm to several tens of μm are formed on the surface of the glass substrate 51. Moreover, as shown by the curve (A) in FIG. 3, a high haze ratio is obtained in the short wavelength to long wavelength region. In particular, at a wavelength of 500 nm, a haze ratio of 63% is obtained. Thus, it can be seen that a good light confinement effect can be obtained by the unevenness formed on the surface of the glass substrate 51.
ここでHFとアルコールの混合ガスによるガラス基板のエッチングメカニズムについて説明する。図4は、HFとアルコールの混合ガスによるエッチングのメカニズムを模式的に示す図である。上記したように、太陽電池パネルに用いられるガラス基板51は、二酸化珪素(SiO2)を主成分とし、アルカリ成分となるNa2O,CaO,MgOなどが10〜30%添加されたいわゆるソーダガラスとして製造される。したがって、ガラス基板51中には、図4に示される主成分のSiO2の中にアルカリ成分の粒塊が分散して混在する形態となる。 Here, the etching mechanism of the glass substrate by the mixed gas of HF and alcohol will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing an etching mechanism using a mixed gas of HF and alcohol. As described above, the glass substrate 51 used in the solar cell panel is so-called soda glass in which silicon dioxide (SiO 2 ) is a main component and 10 to 30% of Na 2 O, CaO, MgO or the like serving as an alkali component is added. Manufactured as. Therefore, in the glass substrate 51, the alkali component particles are dispersed and mixed in the main component SiO 2 shown in FIG.
HFガスをガラス基板51の表面に噴出(吐出)させると、HFとSiO2との間の反応によってガラス基板51の表面からエッチングが進展する。ここでHFがガラスをエッチングするのは、HFがガラスの主成分であるSiO2と、次式(1)、(2)のように反応するからである。
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O ・・・(1)
H2SiF6→SiF4↑+2HF ・・・(2)
When HF gas is ejected (discharged) onto the surface of the glass substrate 51, etching progresses from the surface of the glass substrate 51 by the reaction between HF and SiO 2 . The reason why HF etches glass is that HF reacts with SiO 2 , which is the main component of glass, as shown in the following formulas (1) and (2).
SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2H 2 O (1)
H 2 SiF 6 → SiF 4 ↑ + 2HF (2)
そして、これらの(1)、(2)式から次の(3)式が導かれる。
SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O ・・・(3)
Then, the following equation (3) is derived from these equations (1) and (2).
SiO 2 + 4HF → SiF 4 ↑ + 2H 2 O (3)
具体的には、図4(a)に示されるように、HFガスは、鎖状の6量体構造で存在しており、SiO2と反応する。これによって、(1)式のようにH2SiF6とH2Oが形成される。また、(2)式のようにH2SiF6は、SiF4とHFとに分解する。その結果、(3)式のようにSiO2とHFガスとを反応させることで、SiF4とH2Oとが生成され、揮発していく。このように、HFガスに触れたガラス基板51の表面はエッチングされることになる。 Specifically, as shown in FIG. 4A, the HF gas exists in a chain-like hexamer structure and reacts with SiO 2 . As a result, H 2 SiF 6 and H 2 O are formed as shown in equation (1). Further, as shown in the equation (2), H 2 SiF 6 is decomposed into SiF 4 and HF. As a result, SiF 4 and H 2 O are generated and volatilized by reacting SiO 2 and HF gas as shown in equation (3). Thus, the surface of the glass substrate 51 that has been exposed to the HF gas is etched.
一方、図4(b)に示されるように、ガラス基板51中に存在するNa,Ca,Mgは、フッ素と反応して、水に不溶かつ不揮発性のフッ化物を形成して、上記(1)〜(3)式で示されるSiO2のエッチングの際のマスクとして機能する。これによって、HFガスがSiO2と接触しないところはエッチングされず、SiO2と接触したところのみがエッチングされ、結果的にガラス基板51の表面に凹凸が形成されることになる。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, Na, Ca, Mg present in the glass substrate 51 reacts with fluorine to form a non-volatile and non-volatile fluoride in water, and the above (1) ) - (3) functions as a mask during etching of the SiO 2 of the formula. As a result, the portion where the HF gas does not come into contact with SiO 2 is not etched, and only the portion where the HF gas comes into contact with SiO 2 is etched. As a result, irregularities are formed on the surface of the glass substrate 51.
つまり、ガラス基板51の表面は揮発したSiO2と、Na,Ca,Mgのフッ化物からなるマスクと、によって凹凸形状となり、エッチングが進展するにしたがって数μm〜数十μmの凹凸を有するテクスチャ構造が形成される。 That is, the surface of the glass substrate 51 has a concavo-convex shape due to volatilized SiO 2 and a mask made of fluoride of Na, Ca, Mg, and a texture structure having a concavo-convex of several μm to several tens μm as etching progresses. Is formed.
ガラス基板51のエッチングでは、HFガスすなわち無水フッ化水素の単体ではガラス基板51のSiO2との反応性が低いため、H2Oまたはアルコールを添加している。これによって、HFはイオン解離してフッ化物イオンF-を生成し、このF-イオンがシリコン酸化膜に作用してSiO2のエッチング反応が進行することになる。 In the etching of the glass substrate 51, HF gas, that is, anhydrous hydrogen fluoride alone, has low reactivity with SiO 2 of the glass substrate 51, so H 2 O or alcohol is added. As a result, HF is ion-dissociated to generate fluoride ions F − , and the F − ions act on the silicon oxide film and the SiO 2 etching reaction proceeds.
なお、HF水溶液を用いてもガラス基板51の表面に凹凸のテクスチャを形成できることが知られている。そこで、HF水溶液を用いた場合と実施の形態1によるHFガスを用いた場合とのガラス基板51へのテクスチャの形成の相違について説明する。図5は、HF水溶液を用いた場合のガラス基板のエッチングのメカニズムを模式的に示す図であり、図6は、HFガスを用いた場合のガラス基板のエッチングのメカニズムを模式的に示す図である。 It is known that an uneven texture can be formed on the surface of the glass substrate 51 even when an HF aqueous solution is used. Therefore, a difference in texture formation on the glass substrate 51 between the case where the HF aqueous solution is used and the case where the HF gas according to Embodiment 1 is used will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing a glass substrate etching mechanism when an HF aqueous solution is used, and FIG. 6 is a diagram schematically showing a glass substrate etching mechanism when HF gas is used. is there.
HF水溶液を用いる場合には、HFガスの場合と同様に、F-イオンがSiO2に作用してエッチングが行われるが、同時にガラス基板51中のアルカリ成分であるNa,Ca,Mgもフッ素と反応して、水に不溶かつ不揮発性のフッ化物が形成される。しかし、HF水溶液を用いたエッチングでは、図5(a)に示されるように、エッチング液の流れによってアルカリ成分のフッ化物がリフトオフされてしまう。そのため、ガラス基板51中に残存することなく等方的なエッチングが支配的となる。その結果、エッチング処理を行い水洗処理した後には、図5(b)に示されるように、凹凸のテクスチャサイズが十μm以上の大きさになってしまう。 When an HF aqueous solution is used, etching is performed by the action of F − ions on SiO 2 as in the case of HF gas. At the same time, Na, Ca, Mg, which are alkali components in the glass substrate 51, are also fluorine. Reacts to form water-insoluble and non-volatile fluorides. However, in the etching using an HF aqueous solution, as shown in FIG. 5A, the alkali component fluoride is lifted off by the flow of the etching solution. Therefore, isotropic etching is dominant without remaining in the glass substrate 51. As a result, after the etching process and the water washing process, as shown in FIG. 5B, the texture size of the unevenness becomes 10 μm or more.
これに対して、HFガスを用いる場合には、図6(a)に示されるように、エッチングの際に生成されるアルカリ成分のフッ化物は、リフトオフされずにそのままガラス基板51中に残存する。このアルカリ成分のフッ化物は、不揮発性であるので、上記したようにエッチングの際のマスクとなり、SiO2のエッチングが進行する。その後、水洗処理を行うと、図6(b)に示されるように、アルカリ成分のフッ化物は除去され、HF水溶液を用いた場合に比して小さい周期の凹凸を形成することができる。 On the other hand, when HF gas is used, as shown in FIG. 6A, the alkali component fluoride generated during the etching remains in the glass substrate 51 without being lifted off. . Since the alkali component fluoride is non-volatile, it serves as a mask for etching as described above, and etching of SiO 2 proceeds. Thereafter, when a water washing treatment is performed, as shown in FIG. 6B, the fluoride of the alkali component is removed, and irregularities with a small period can be formed as compared with the case of using the HF aqueous solution.
つまり、この実施の形態1のテクスチャ形成方法は、ガラスとHFガスとの反応が分子レベルのミクロな領域での反応の積み重ねとなるので、細かなピッチの凹凸から大きなピッチの凹凸までコントロールが可能となる。特に細かなピッチの凹凸は、従来のブラスト処理とウエットエッチング法では不可能な領域の加工となる。 In other words, in the texture forming method of the first embodiment, the reaction between the glass and the HF gas is an accumulation of reactions in a microscopic region at the molecular level, so it is possible to control from fine pitch irregularities to large pitch irregularities. It becomes. In particular, the fine pitch unevenness results in processing of an area that is impossible by conventional blasting and wet etching.
以上述べたHFとアルコールの混合ガスによってガラス基板の表面に凹凸を形成する方法は、本発明者らが見出したものであり、これを用いることによって、太陽電池パネルの製造において、簡便な方法で光閉じ込め効果の大きなテクスチャ構造の形成が可能になる。 The above-described method for forming irregularities on the surface of a glass substrate with a mixed gas of HF and alcohol has been found by the present inventors. By using this method, a simple method can be used in the production of a solar cell panel. A texture structure having a large light confinement effect can be formed.
(2)ガス流量比を変化させてエッチングする場合
上記(1)のガス流量を一定にしてエッチングする場合においても、太陽電池パネルの製造において、光閉じ込め効果の大きなテクスチャ構造を形成することが可能であるが、(1)の方法に比してさらにテクスチャ構造による光閉じ込め効果を向上することができるガラス基板の表面に凹凸を形成する方法について説明する。
(2) Etching while changing the gas flow rate ratio Even in the case of etching with the gas flow rate fixed in (1) above, it is possible to form a texture structure with a large light confinement effect in the manufacture of solar cell panels. However, a method of forming irregularities on the surface of the glass substrate that can further improve the light confinement effect by the texture structure as compared with the method (1) will be described.
ここでも、(1)の場合と同様に、図1に示される構成を有する基板処理装置10の基板ステージ12上にアルカリ成分28%を含むガラス基板51を載置する。そして、基板ステージ12の温度を80℃未満の所定の温度(たとえば40℃)に設定し、処理室15内を所定の真空度となるまで排気する。 Here, as in the case of (1), the glass substrate 51 containing 28% of the alkali component is placed on the substrate stage 12 of the substrate processing apparatus 10 having the configuration shown in FIG. Then, the temperature of the substrate stage 12 is set to a predetermined temperature lower than 80 ° C. (for example, 40 ° C.), and the inside of the processing chamber 15 is exhausted until a predetermined degree of vacuum is reached.
その後、第1のガス供給配管21と第2のガス供給配管24から第1のガス(HFガス)と第2のガス(CH3OH)を供給するが、ここでは、(1)の場合と異なり、ガスの供給をパルス的に行うようにしている。図7は、実施の形態1によるガスの供給方法を模式的に示すタイムチャートである。この図において、横軸は時間を示している。 Thereafter, the first gas (HF gas) and the second gas (CH 3 OH) are supplied from the first gas supply pipe 21 and the second gas supply pipe 24. Here, in the case of (1) In contrast, the gas is supplied in a pulsed manner. FIG. 7 is a time chart schematically showing the gas supply method according to the first embodiment. In this figure, the horizontal axis indicates time.
上段は、パルスバルブ23,26の開閉動作(オン/オフタイミング)を示している。この例では、第1のガス(HFガス)供給配管21に設けられるパルスバルブ23を間欠的にパルス動作させ、第2のガス(CH3OH)供給配管24に設けられるパルスバルブ26を定常的に連続動作させる。 The upper part shows the opening / closing operation (ON / OFF timing) of the pulse valves 23 and 26. In this example, the pulse valve 23 provided in the first gas (HF gas) supply pipe 21 is intermittently pulsed, and the pulse valve 26 provided in the second gas (CH 3 OH) supply pipe 24 is steadily operated. Operate continuously.
中段は、その場合のガス流量の時間変化を示しており、第1のガスであるHFガス流量は、オン/オフ供給によって時間的に大きく変化することになる。つまり、パルスバルブ23がオンにされると、第1のガス供給配管21からガス吐出部13に供給されるHFガスの量は急激に増加し、パルスバルブ23がオフにされると、ガス吐出部13へのHFガスの供給量は減少していく。そして、パルスバルブ23の所定の周期でのオン/オフの切換えで、このHFガスの供給量の増減のパターンが繰り返される。一方、第2のガスであるCH3OHガス流量は、時間に依らず一定となっている。 The middle stage shows the time change of the gas flow rate in that case, and the flow rate of the HF gas as the first gas greatly changes with time by on / off supply. That is, when the pulse valve 23 is turned on, the amount of HF gas supplied from the first gas supply pipe 21 to the gas discharge unit 13 increases rapidly, and when the pulse valve 23 is turned off, the gas discharge The amount of HF gas supplied to the section 13 decreases. The pattern of increasing / decreasing the supply amount of HF gas is repeated by switching on / off the pulse valve 23 in a predetermined cycle. On the other hand, the flow rate of the CH 3 OH gas as the second gas is constant regardless of time.
下段は、第1のガスに対する第2のガスの流量比、すなわちCH3OH/HF流量比の時間変化を示している。CH3OH/HF流量比は、第1のガスが時間的に大きく変化し、第2のガスが時間に依らず一定となっていることから、時間的に大きな変化となっている。そのため、ガス吐出部13からシャワープレート14を介して処理室15内に供給される混合ガスのCH3OH/HF流量比は時間的に大きな変化を有するものとなる。 The lower part shows the time change of the flow rate ratio of the second gas to the first gas, that is, the CH 3 OH / HF flow rate ratio. The CH 3 OH / HF flow rate ratio varies greatly with time because the first gas changes greatly with time and the second gas remains constant regardless of time. Therefore, the CH 3 OH / HF flow rate ratio of the mixed gas supplied from the gas discharge unit 13 through the shower plate 14 into the processing chamber 15 has a large change with time.
なお、この例では、第1のガスをパルス的に供給し、第2のガスを定常的に供給したが、第1のガスを定常的に供給し、第2のガスをパルス的に供給しても同様にCH3OH/HF流量比を時間的に大きく変化させることができる。 In this example, the first gas is supplied in a pulsed manner and the second gas is supplied in a steady manner. However, the first gas is supplied in a steady manner and the second gas is supplied in a pulsed manner. However, similarly, the CH 3 OH / HF flow rate ratio can be greatly changed over time.
このように、時間的にCH3OH/HF流量比を変化させながら、ガラス基板51をエッチングする。具体的な処理条件は、上記(1)の場合と同様に、第1のガスにはHFガスを用い、HFの平均ガス流量を100sccmに設定し、第2のガスにはCH3OHを用い、CH3OHの平均流量を200sccmに設定する。また、第1のガスのパルスバルブ23はオン時間を2秒とし、オフ時間を4秒として動作させてHFガスをパルス的に供給し、第2のガスのパルスバルブ26はオープン動作として定常的に供給する。これによって、CH3OH/HF流量比が時間的に0.5〜5.0程度に大きく変化しながら、ガス吐出部13のシャワープレート14からHFガスとCH3OHガスとが処理室15内に吐出される。また、処理室15の圧力は、パルス的なガス供給により時間的に変動することになるが、ここでは圧力調整部16を所定の位置に固定して平均的なガス圧力を設定する。その他の処理方法は(1)の場合の条件と同様とする。また、このようなパルスバルブ23,26のオン/オフの切換え動作は、図示しない制御部によって行われる。以上の条件の下で20分間エッチングを行う。 In this manner, the glass substrate 51 is etched while changing the CH 3 OH / HF flow rate ratio with time. As in the case of (1) above, the specific processing conditions are such that HF gas is used for the first gas, the average gas flow rate of HF is set to 100 sccm, and CH 3 OH is used for the second gas. The average flow rate of CH 3 OH is set to 200 sccm. The first gas pulse valve 23 is operated with an on-time of 2 seconds and an off-time of 4 seconds to supply HF gas in a pulsed manner, and the second gas pulse valve 26 is constantly operated as an open operation. To supply. As a result, the HF gas and the CH 3 OH gas are transferred from the shower plate 14 of the gas discharge section 13 into the processing chamber 15 while the CH 3 OH / HF flow rate ratio greatly changes to about 0.5 to 5.0 over time. Discharged. The pressure in the processing chamber 15 fluctuates with time due to pulsed gas supply. Here, the pressure adjusting unit 16 is fixed at a predetermined position to set an average gas pressure. Other processing methods are the same as those in the case of (1). Further, such on / off switching operation of the pulse valves 23 and 26 is performed by a control unit (not shown). Etching is performed for 20 minutes under the above conditions.
その結果、ガラス基板51の表面がエッチングされていることが認められる。このエッチングされたガラス基板51について、SEMで表面状態を観察し、さらにヘイズ率を測定する。図8は、CH3OH/HF流量比を時間的に変化させながらエッチング処理した後のガラス基板の表面の状態を示すSEM像である。 As a result, it is recognized that the surface of the glass substrate 51 is etched. About this etched glass substrate 51, a surface state is observed with SEM, and also a haze rate is measured. FIG. 8 is an SEM image showing the state of the surface of the glass substrate after the etching process while changing the CH 3 OH / HF flow ratio with time.
図8に示されるように、ガラス基板51の表面には、数μm〜十数μmの大きな凹凸と、1μm以下の小さな凹凸が混在しながら形成されている。また、図3の曲線(B)に示されるように、短波長から長波長において曲線(A)の場合に比してさらに高いヘイズ率が得られている。特に、波長500nmにおいては、77%のヘイズ率が得られている。このように、ガラス基板51の表面に形成される凹凸によって、(1)の場合に比してさらに良好な光閉じ込め効果が得られることが分かる。 As shown in FIG. 8, the surface of the glass substrate 51 is formed with large unevenness of several μm to several tens of μm and small unevenness of 1 μm or less mixed together. Further, as shown by the curve (B) in FIG. 3, a higher haze ratio is obtained from the short wavelength to the long wavelength as compared with the case of the curve (A). In particular, at a wavelength of 500 nm, a haze ratio of 77% is obtained. Thus, it can be seen that the concavity and convexity formed on the surface of the glass substrate 51 can provide a better light confinement effect than in the case of (1).
ここで、HFガスとCH3OHガスの流量比を時間的に変化させながらガラス基板51の表面をエッチングすると、ヘイズ率の高い光閉じ込め効果の大きいテクスチャ構造が形成される理由を検討するため、以下の評価をさらに行う。 Here, when the surface of the glass substrate 51 is etched while temporally changing the flow rate ratio of the HF gas and the CH 3 OH gas, the reason why a texture structure having a high light confinement effect with a high haze ratio is formed, The following evaluation is further performed.
第1のガス(HF)と第2のガス(CH3OH)の流量を定常的に供給して、第1のガスのHF流量を100sccmとし、第2のガスのCH3OH流量を100sccmとする。つまり、CH3OH/HF流量比を1として20分間、ガラス基板51のエッチングを行い、SEMによって表面状態を観察する。 The flow rates of the first gas (HF) and the second gas (CH 3 OH) are constantly supplied, the HF flow rate of the first gas is 100 sccm, and the CH 3 OH flow rate of the second gas is 100 sccm. To do. That is, the glass substrate 51 is etched for 20 minutes with a CH 3 OH / HF flow rate ratio of 1, and the surface state is observed by SEM.
図9は、CH3OH/HF流量比を1に一定にしてエッチング処理した後のガラス基板の表面の状態を示すSEM像である。この図9に示されるように、エッチングされたガラス基板51の表面には1μm以下の小さな凹凸が形成され、ガラス基板51のエッチング量も少なかった。一方、図2に示されるように、CH3OH/HF流量比を2に一定にしてエッチングした場合には、上記したように数μm〜十数μmの凹凸が形成される。 FIG. 9 is a SEM image showing the state of the surface of the glass substrate after the etching process with the CH 3 OH / HF flow ratio kept constant at 1. As shown in FIG. 9, small irregularities of 1 μm or less were formed on the surface of the etched glass substrate 51, and the etching amount of the glass substrate 51 was small. On the other hand, as shown in FIG. 2, when etching is performed with the CH 3 OH / HF flow rate ratio kept constant at 2, unevenness of several μm to several tens of μm is formed as described above.
このように、CH3OH/HF流量比が1程度と小さい場合には小さな(1μm以下の)凹凸が形成され、CH3OH/HF流量比が2以上(たとえば、5程度)と大きい場合には比較的大きな(数μm〜十数μmの)凹凸が形成されると考えられる。そのため、CH3OH/HF流量比を時間的に大きく変化させると、凹凸のサイズがガラス基板51の厚さ方向に変化しながらエッチングが進展すると考えられる。 Thus, when the CH 3 OH / HF flow rate ratio is as small as about 1, small irregularities (1 μm or less) are formed, and when the CH 3 OH / HF flow rate ratio is as large as 2 or more (for example, about 5). It is considered that relatively large unevenness (several μm to several tens μm) is formed. Therefore, when the CH 3 OH / HF flow rate ratio is greatly changed with time, it is considered that etching progresses while the size of the unevenness changes in the thickness direction of the glass substrate 51.
すなわち、HFガスとCH3OHガスの流量比を時間的に変化させると、ガラス基板51中のアルカリ成分とSiO2とのエッチング選択比が時間的に変化することによって凹凸の形状が変化すると考えられる。凹凸のサイズ、凹凸の大小の割合は、第1のガスまたは第2のガスを間欠的に供給する際のパルス条件によって所望のテクスチャ構造に制御可能となる。 That is, when the flow rate ratio of the HF gas and the CH 3 OH gas is changed with time, the shape of the unevenness is changed by changing the etching selection ratio between the alkali component in the glass substrate 51 and SiO 2 with time. It is done. The size of the unevenness and the ratio of the size of the unevenness can be controlled to a desired texture structure according to the pulse condition when the first gas or the second gas is intermittently supplied.
なお、HFガスとCH3OHガスによるガラスのエッチング速度は、HFガスとCH3OHガスの流量比によって変化すると共に、真空チェンバ11内のガス圧力にも依存する。そのため、両ガスの流量比を時間的に変化させる実施の形態1の方法においては、場合によっては流量比が大きい場合でも凹凸が小さく、流量比が小さい場合でも凹凸が大きくなることもある。しかし、このような場合でも、流量比を時間的に変化させてガラス基板51のエッチングを行うことによって、テクスチャ形状の制御が可能であることに変わりはない。 The etching rate of the glass by HF gas and CH 3 OH gas is adapted to vary the flow rate ratio of HF gas and CH 3 OH gas also depends on the gas pressure in the vacuum chamber 11. Therefore, in the method of Embodiment 1 in which the flow ratio of both gases is changed with time, the unevenness may be small even when the flow ratio is large, and the unevenness may be large even when the flow ratio is small. However, even in such a case, the texture shape can be controlled by etching the glass substrate 51 while changing the flow rate ratio with time.
実施の形態1では、HFガスとアルコールガスの流量比を時間的に変化させた混合ガスをガラス基板51に吐出してエッチングを行うようにしたので、ガラス基板51の表面には、数μm〜十数μmの大きな凹凸と、1μm以下の小さな凹凸が混在したテクスチャ構造を制御性よく形成することができる。同様に、HFガスと水蒸気との流量比を時間的に変化させてエッチングを行ってもよい。その結果、従来に比して光閉じ込め効果の大きなガラス基板を形成することができる。また、従来のように、ブラスト処理後に薬液によるウエットエッチング処理を施して凹凸を形成する方法に比して、凹凸の形成に使用する装置が1つとなり(凹凸を形成するのに1工程のみとなり)、低コストを実現すると共に高いスループットを得ることができるという効果も有する。 In the first embodiment, etching is performed by discharging a mixed gas in which the flow rate ratio of the HF gas and the alcohol gas is temporally changed to the glass substrate 51. It is possible to form a texture structure in which large unevenness of ten and several μm and small unevenness of 1 μm or less are mixed with good controllability. Similarly, the etching may be performed by changing the flow rate ratio of HF gas and water vapor with time. As a result, a glass substrate having a greater light confinement effect than conventional can be formed. In addition, as compared with the conventional method of forming irregularities by performing wet etching treatment with a chemical solution after blasting, there is only one apparatus used to form irregularities (only one process is required to form irregularities). ), And has an effect of realizing low cost and high throughput.
実施の形態2.
実施の形態1では、真空チェンバ内にガラス基板を搬入した後、真空チェンバ内が所定の真空度になるまで排気した後、エッチングガスを導入してエッチングを行っていた。この実施の形態2では、実施の形態1に比して高精度にテクスチャを形成することができるエッチング方法について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In Embodiment 1, after carrying a glass substrate in a vacuum chamber, after evacuating until the inside of a vacuum chamber became a predetermined vacuum degree, etching gas was introduce | transduced and it etched. In the second embodiment, an etching method capable of forming a texture with higher accuracy than in the first embodiment will be described.
まず、図1に示される構成を有する基板処理装置10の基板ステージ12上にアルカリ成分28%を含むガラス基板51を載置する。そして、基板ステージ12の温度を80℃未満の所定の温度(たとえば40℃)に設定し、処理室15内を所定の真空度となるまで排気する。 First, a glass substrate 51 containing 28% of an alkali component is placed on the substrate stage 12 of the substrate processing apparatus 10 having the configuration shown in FIG. Then, the temperature of the substrate stage 12 is set to a predetermined temperature lower than 80 ° C. (for example, 40 ° C.), and the inside of the processing chamber 15 is exhausted until a predetermined degree of vacuum is reached.
処理室15内が所定の真空度になると、圧力調整部16を調整するとともに、第2のガスのCH3OHのみを定常的に200sccm供給し、処理室15内の圧力を上昇させて1,000〜10,000Paの範囲の所定の圧力(たとえば、2,000Pa)になるようにする。この状態では、処理室15内はCH3OHガスのみとなっているのでガラス基板51の表面のエッチングは行われない。 When the inside of the processing chamber 15 reaches a predetermined degree of vacuum, the pressure adjusting unit 16 is adjusted, and only 200 sccm of the second gas CH 3 OH is constantly supplied to raise the pressure in the processing chamber 15 to 1, A predetermined pressure in the range of 000 to 10,000 Pa (for example, 2,000 Pa) is set. In this state, since only the CH 3 OH gas is contained in the processing chamber 15, the surface of the glass substrate 51 is not etched.
処理室15内が所定の圧力になると、第2のガスに加えて第1のガスのHFを、実施の形態1の(2)の場合のように平均流量100sccmでパルス的に供給して、処理室15内をCH3OHガスとHFガスの混合ガスとする。このとき、ガス吐出部13のシャワープレート14からは、CH3OH/HF流量比が時間的に大きく変化するCH3OHガスとHFガスの混合ガスが供給される。そして、2,000Paの高い圧力状態からHFによるSiO2のエッチングが開始される。ガラス基板51中のSiO2は、上述したようにHFとの反応によってエッチングされるが、エッチング速度はガス圧力に対して相関を持ち、1,000〜10,000Pa程度の圧力で比較的高いエッチング速度が得られるので、HFガスの供給を開始した時点から比較的高いエッチング速度でのエッチングが行われることになる。 When the inside of the processing chamber 15 reaches a predetermined pressure, in addition to the second gas, HF of the first gas is supplied in a pulse manner with an average flow rate of 100 sccm as in the case of (2) of the first embodiment. The inside of the processing chamber 15 is a mixed gas of CH 3 OH gas and HF gas. At this time, a mixed gas of CH 3 OH gas and HF gas in which the CH 3 OH / HF flow rate ratio greatly changes with time is supplied from the shower plate 14 of the gas discharge unit 13. Then, etching of SiO 2 with HF is started from a high pressure state of 2,000 Pa. SiO 2 in the glass substrate 51 is etched by the reaction with HF as described above, but the etching rate has a correlation with the gas pressure, and is relatively high etching at a pressure of about 1,000 to 10,000 Pa. Since the speed is obtained, the etching is performed at a relatively high etching speed from the time when the supply of the HF gas is started.
実施の形態1のように処理室15内に第1のガスと第2のガスを同時に供給した場合には、処理室15が高真空状態から所定の圧力に到達するまでは、低いエッチング速度しか得られないため、所望の凹凸形状を形成することが難しい。 When the first gas and the second gas are simultaneously supplied into the processing chamber 15 as in the first embodiment, only a low etching rate is required until the processing chamber 15 reaches a predetermined pressure from a high vacuum state. Since it cannot be obtained, it is difficult to form a desired uneven shape.
一方、この実施の形態2では、高真空状態の処理室15内に第2のガスを供給して、1,000〜10,000Pa程度の所定の圧力に到達した後に、HFガスを間欠的に供給し、CH3OH/HF流量比が時間的に大きく変化する条件で、ガラス基板51上にCH3OHとHFの混合ガスを供給するようにした。これによって、HFガスを処理室15内に供給した時点から、比較的高い速度でエッチングが開始され、凹凸形状、構造の制御性が向上し、光閉じ込め効果の大きい高精度なテクスチャを歩留まりよく形成することができるという効果を有する。 On the other hand, in the second embodiment, the second gas is supplied into the processing chamber 15 in a high vacuum state, and after reaching a predetermined pressure of about 1,000 to 10,000 Pa, the HF gas is intermittently supplied. Then, a mixed gas of CH 3 OH and HF is supplied onto the glass substrate 51 under the condition that the CH 3 OH / HF flow rate ratio greatly changes with time. As a result, etching is started at a relatively high rate from the time when the HF gas is supplied into the processing chamber 15, and the controllability of the concavo-convex shape and structure is improved, and a highly accurate texture with a large light confinement effect is formed with a high yield. It has the effect that it can be done.
実施の形態3.
図10は、実施の形態3による薄膜太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。この薄膜太陽電池50は、実施の形態1または実施の形態2で形成されたテクスチャ構造を表面に有するガラス基板51上に、アンダーコート層52と、透明導電膜からなる第1電極層53と、p型半導体膜、発電層であるi型半導体膜およびn型半導体膜からなるpin接合を有する半導体層からなる光電変換層54と、透明導電膜551および金属電極膜552からなる第2電極層55と、が積層された構造を有する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the thin-film solar cell according to the third embodiment. This thin-film solar cell 50 has an undercoat layer 52 and a first electrode layer 53 made of a transparent conductive film on the glass substrate 51 having the texture structure formed in the first or second embodiment on the surface, A photoelectric conversion layer 54 made of a semiconductor layer having a pin junction made of a p-type semiconductor film, an i-type semiconductor film that is a power generation layer, and an n-type semiconductor film, and a second electrode layer 55 made of a transparent conductive film 551 and a metal electrode film 552. And have a laminated structure.
ここで、アンダーコート層52は、ガラス基板51からのアルカリ成分の拡散を防止する機能を有し、たとえばSiO2膜などを用いることができる。第1電極層53として、ZnOやSnO2、ITOなどの透明導電性酸化膜や、導電率向上のためにこれらの透明導電性酸化膜にAlなどの金属を添加した膜などを用いることができる。光電変換層54として、p型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、i型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層およびn型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層を順次積層したものを用いることができる。第2電極層55の透明導電膜551としては、ZnOやSnO2、ITOなどの透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にAlなどの金属を添加した膜などを用いることができ、金属電極膜552としては、Agなどを用いることができる。なお、ここでは図示していないが、上記積層構造がセルごとに形成され、各セル間を直列にまたは並列に接続することで、太陽電池モジュールを得ることができる。 Here, the undercoat layer 52 has a function of preventing the diffusion of alkali components from the glass substrate 51, and for example, a SiO 2 film or the like can be used. As the first electrode layer 53, a transparent conductive oxide film such as ZnO, SnO 2 , or ITO, or a film obtained by adding a metal such as Al to these transparent conductive oxide films to improve conductivity can be used. . As the photoelectric conversion layer 54, a p-type hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) layer, an i-type hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) layer, and an n-type hydrogenated microcrystalline silicon (μc). A layer in which -Si: H) layers are sequentially stacked can be used. As the transparent conductive film 551 of the second electrode layer 55, a transparent conductive oxide film such as ZnO, SnO 2 or ITO, or a film obtained by adding a metal such as Al to these transparent conductive oxide films can be used. As the metal electrode film 552, Ag or the like can be used. Although not shown here, the stacked structure is formed for each cell, and a solar cell module can be obtained by connecting the cells in series or in parallel.
つぎに、このような構造の薄膜太陽電池の製造方法について説明する。なお、実際の製造では、レーザスクライブ法などによって、複数のセルに分離して太陽電池モジュールを製作するが、ここでは省略して膜構造のみを示している。 Next, a manufacturing method of the thin film solar cell having such a structure will be described. In actual manufacturing, a solar cell module is manufactured by being separated into a plurality of cells by a laser scribing method or the like, but is omitted here and only the film structure is shown.
まず、所定の洗浄を経たガラス基板51を、実施の形態1または実施の形態2に記載の方法を用いてエッチングし、ガラス基板51の表面にテクスチャ構造51aを形成する。ついで、必要に応じて、テクスチャ構造51aが形成されたガラス基板51上にスパッタリング法によってアンダーコート層52としてSiO2膜を成膜する。その後、該アンダーコート層52上に第1電極層53としてZnO膜をスパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜法によって形成する。 First, the glass substrate 51 that has undergone predetermined cleaning is etched using the method described in the first embodiment or the second embodiment to form the texture structure 51 a on the surface of the glass substrate 51. Then, if necessary, a SiO 2 film is formed as an undercoat layer 52 by sputtering on the glass substrate 51 on which the texture structure 51a is formed. Thereafter, a ZnO film is formed as a first electrode layer 53 on the undercoat layer 52 by a film forming method such as a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
ついで、第1電極層53上に光電変換層54となるシリコン薄膜をプラズマCVD法によって形成する。ここでは、光電変換層54として、第1電極層53側からp型μc−Si:H層、i型μc−Si:H層、およびn型μc−Si:H層を順次積層形成する。その後、光電変換層54上に透明導電膜551としてのSnO2をスパッタリング法などの成膜法によって成膜し、さらに、透明導電膜551上に金属電極膜552としてのAg膜をスパッタリング法などの成膜法によって形成し、第2電極層55を形成する。以上によって、薄膜太陽電池が形成される。 Next, a silicon thin film that becomes the photoelectric conversion layer 54 is formed on the first electrode layer 53 by a plasma CVD method. Here, as the photoelectric conversion layer 54, a p-type μc-Si: H layer, an i-type μc-Si: H layer, and an n-type μc-Si: H layer are sequentially stacked from the first electrode layer 53 side. Thereafter, SnO 2 as the transparent conductive film 551 is formed on the photoelectric conversion layer 54 by a film forming method such as sputtering, and an Ag film as the metal electrode film 552 is further formed on the transparent conductive film 551 by sputtering. The second electrode layer 55 is formed by a film formation method. As a result, a thin film solar cell is formed.
なお、この薄膜太陽電池50の構造は、例示であり、光電変換層54がバンドギャップの異なる複数の半導体層が積層されたタンデム構造を有するものであってもよい。また、上記した各層の材料は例示であり、これに限定されるものではない。 The structure of the thin-film solar cell 50 is merely an example, and the photoelectric conversion layer 54 may have a tandem structure in which a plurality of semiconductor layers having different band gaps are stacked. Moreover, the material of each above-mentioned layer is an illustration, and is not limited to this.
この実施の形態3によれば、実施の形態1または実施の形態2の基板処理方法で表面に凹凸を形成したガラス基板51を用いて薄膜太陽電池50を形成したので、光電変換層54中での光路長が長くなり、ガラス基板51側から入射する光を光電変換層54で効率よく発電に用いることができるという効果を有する。 According to the third embodiment, since the thin-film solar cell 50 is formed using the glass substrate 51 having the irregularities formed on the surface by the substrate processing method of the first or second embodiment, in the photoelectric conversion layer 54 The optical path length is increased, and the light incident from the glass substrate 51 side can be efficiently used for power generation by the photoelectric conversion layer 54.
なお、上記した実施の形態では、ガス流量や圧力などのパラメータを具体的な数値で説明したが、これらの値に限定されるものではない。また、ガラス基板51中のアルカリ成分の割合も一例であり、これに限定されるものではない。 In the above-described embodiment, parameters such as the gas flow rate and pressure have been described with specific numerical values, but are not limited to these values. Moreover, the ratio of the alkali component in the glass substrate 51 is an example, and is not limited to this.
10 基板処理装置
11 真空チェンバ
12 基板ステージ
13 ガス吐出部
14 シャワープレート
15 処理室
16 圧力調整部
17 排気口
20 処理ガス供給機構
21 第1のガス供給配管
22,25 マスフローコントローラ
23,26 パルスバルブ
24 第2のガス供給配管
50 薄膜太陽電池
51 ガラス基板
51a テクスチャ構造
52 アンダーコート層
53 第1電極層
54 光電変換層
55 第2電極層
551 透明導電膜
552 金属電極膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate processing apparatus 11 Vacuum chamber 12 Substrate stage 13 Gas discharge part 14 Shower plate 15 Processing chamber 16 Pressure adjustment part 17 Exhaust port 20 Process gas supply mechanism 21 1st gas supply piping 22, 25 Mass flow controller 23, 26 Pulse valve 24 Second gas supply pipe 50 Thin film solar cell 51 Glass substrate 51a Texture structure 52 Undercoat layer 53 First electrode layer 54 Photoelectric conversion layer 55 Second electrode layer 551 Transparent conductive film 552 Metal electrode film
Claims (11)
前記ガラス基板の表面に、HFガスと、アルコールガスまたは水蒸気との混合ガスを供給してエッチングする際に、HFガスとアルコールガスまたは水蒸気の流量比を時間的に変化させてエッチングを行うことを特徴とする基板処理方法。 In a substrate processing method for forming a texture structure on the surface of a glass substrate,
Etching is performed by supplying a mixed gas of HF gas and alcohol gas or water vapor to the surface of the glass substrate while changing the flow rate ratio of HF gas and alcohol gas or water vapor over time. A substrate processing method.
前記真空チェンバ内でガラス基板を載置する基板保持手段と、
前記真空チェンバ内で前記基板保持手段の前記ガラス基板載置面上にガスを吐出するガス吐出手段と、
前記ガス吐出手段にHFガスを供給する第1ガス供給手段と、
前記ガス吐出手段にアルコールガスまたは水蒸気を供給する第2ガス供給手段と、
前記真空チェンバ内のガスを排気する排気手段と、
前記第1ガス供給手段から前記ガス吐出手段に供給されるHFガスのオン/オフを切り替える第1ガスバルブと、
前記第2ガス供給手段から前記ガス吐出手段に供給されるアルコールガスまたは水蒸気のオン/オフを切り替える第2ガスバルブと、
前記HFガスと、前記アルコールガスまたは前記水蒸気との流量比が時間的に変化するように、前記第1ガスバルブと前記第2ガスバルブのオン/オフを切り替える制御手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。 A vacuum chamber;
Substrate holding means for placing a glass substrate in the vacuum chamber;
Gas discharge means for discharging gas onto the glass substrate mounting surface of the substrate holding means in the vacuum chamber;
First gas supply means for supplying HF gas to the gas discharge means;
Second gas supply means for supplying alcohol gas or water vapor to the gas discharge means;
Exhaust means for exhausting the gas in the vacuum chamber;
A first gas valve for switching on / off of HF gas supplied from the first gas supply means to the gas discharge means;
A second gas valve for switching on / off alcohol gas or water vapor supplied from the second gas supply means to the gas discharge means;
Control means for switching on and off the first gas valve and the second gas valve so that the flow rate ratio between the HF gas and the alcohol gas or the water vapor changes with time;
A substrate processing apparatus comprising:
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- 2011-10-21 JP JP2011232102A patent/JP2013087043A/en active Pending
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