JP2014187165A - 太陽電池の製造方法及び太陽電池製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異方性エッチング実施のために用いるアルカリ溶液の交換時期を最適化し、高い光電変換効率を与える太陽電池を得ること。
【解決手段】シリコン（１１１）基板をエッチング液に浸漬させ、引き上げた基板の平均面粗さが０．５ｎｍ以上であればエッチング液を交換することを特徴とする。従って、製造される太陽電池の｛１１１｝面の荒れが低減し、その荒れに起因する非晶質シリコン層の欠陥発生や、エピタキシャル層形成が抑制される。その結果、基板―非晶質層界面及び膜中の欠陥が低減し、光電変換素子のＶｏｃ、ＦＦが向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池の製造方法及び太陽電池製造装置にかかり、特に、反射防止構造を構成する凹凸部（テクスチャ）を有する太陽電池用基板の製造方法に関する。

入射した光を光電変換部で電気に変換する太陽電池では、表面での光反射率が大きいと太陽電池内部に入射する光が減少して、得られる電力も少なくなる。したがって、太陽電池の光電変換効率を高めるには、表面での光反射率を低減し、より多くの光を取り込むことが重要となる。光反射率の低減には、例えば太陽電池の表面に反射防止膜を設けることが有効である。

しかし、反射防止膜を用いても入射光の数％の反射による損失が生じるため、反射防止膜に加え、さらに太陽電池の表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸部を形成して、光閉じ込め効果による反射率低減を図っている。

例えば、単結晶シリコンは、アルカリ溶液を用いて異方性エッチングを行うことで、テクスチャとしてランダムなピラミッド形状の凹凸部を容易に形成することができる。これらの方法によって、凹凸部における多重散乱による光閉じ込め効果で、太陽電池の表面での光反射率を大幅に低減することが可能である。

従来、単結晶シリコン基板などの結晶系シリコン基板を用いる太陽電池では、シリコン（１００）基板の表面を、異方性エッチングによって、エッチングすることにより、｛１１１｝面に起因したピラミッド状の凹凸部を形成する。

一方、単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン層或いは微結晶シリコン層を堆積し、ｐｎ接合を形成したヘテロ接合型太陽電池技術が開示されている（特許文献１）。しかし、このようなヘテロ構造においては、ヘテロ接合界面に欠陥が多く発生し、生成したキャリアが再結合されてしまうため、高い変換効率が得られないという問題があった。そこで、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に薄い真性非晶質シリコン層を挟み、ヘテロ接合界面での欠陥を低減した構造の太陽電池技術が開示されている（特許文献２）。

しかし、特許文献２のような太陽電池構造でも、テクスチャ表面を構成する｛１１１｝面が原子レベルで平坦でない形状のため、基板上に製膜される非晶質シリコン層に欠陥が発生したり、部分的に結晶を含むエピタキシャル層が形成されたりすることが確認されている。

この｛１１１｝面の表面粗さを左右する因子の１つに、異方性エッチングの際に用いるアルカリ溶液（以下、エッチング液と呼ぶ）中の各成分の濃度がある。エッチング液は通常数回に渡り繰り返し使用されるものであるが、使用回数が増えるにつれて、シリコン基板との反応により各成分の濃度が変化していき、形成される｛１１１｝面の表面粗さは大きくなり、結果として、非晶質シリコン層の欠陥発生やエピタキシャル層の増加につながる。

したがって、エッチング液はある程度使用したところで新しいものに交換する必要がある。エッチング液交換のタイミングを判定する方法として、エッチング液の各成分の濃度を吸光度測定により明らかにする技術が開示されている（特許文献３）。

特開昭５９−１７５１７０号公報 特公平７−９５６０３号公報 特開平６−２８００５４号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、エッチング液に含まれる成分によっては、濃度を測定する上で用いる吸光の波長領域が、他の成分の波長領域と重なってしまう場合があり、その場合には、正確に濃度を測定することが困難となる。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、｛１１１｝面の平均面粗さからエッチング液の各成分の濃度変化を間接的に検知して、エッチング液交換のタイミングを最適化し、高い光電変換効率を与えることの可能な、テクスチャ付きの太陽電池用基板を用いた太陽電池の製造方法及び太陽電池造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、テクスチャ構造を形成する工程が、アルカリ性溶液からなるエッチング液を用いて結晶系シリコン基板の表面に凹凸部を形成する異方性エッチング工程と、異方性エッチング工程後に、原子間力顕微鏡を用いて前記凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する工程と、表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えないものであるか否かを判断する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、テクスチャとしての凹凸部を有する結晶系基板の｛１１１｝表面粗さが小さくなり、それに起因する非晶質シリコン層の欠陥発生や、エピタキシャル層形成が抑制される。その結果、テクスチャ基板―非結晶性シリコン膜界面及び膜中の欠陥が低減し、太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）などのセル特性が向上するという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１による太陽電池の概略構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１の太陽電池用基板（ｎ型単結晶シリコン基板）表面の拡大斜視図である。 図３−１は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図３−３は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図３−４は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図３−５は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図３−６は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造工程を示すフローチャートを示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１の太陽電池製造装置を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による太陽電池製造方法で形成された太陽電池の概略構成を示す断面図である。この太陽電池は、比抵抗が１〜１０Ω・ｃｍで、（１００）で構成される結晶配向面を主面（第１の面１Ａ）とし、厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下のｎ型単結晶シリコン基板１を用いたものである。このｎ型単結晶シリコン基板１は、図２に斜視図を示すように、表面に、異方性エッチングにより形成されたテクスチャ（凹凸部１Ｔ）が加工されている。異方性エッチングに用いるエッチング液は、シリコン（１１１）基板を異方性エッチングした場合に、その基板の｛１１１｝面の平均面粗さが０．５ｎｍ以下であることを満たすように調整されているものである。

ここで、上記平均面粗さは、原子間力顕微鏡で測定することによって得られる。ミラー指数｛１１１｝の結晶格子面である｛１１１｝面とは、ミラー指数（１１１）の結晶格子面と等価な面群を指し、ミラー指数（−１１１）、（１−１１）、（−１−１１）の結晶格子面等を挙げることができる。本実施の形態における原子間力顕微鏡測定は、チップ先端半径が１０ｎｍ以下で、高さが約１０μｍ以上のプローブを使用して、単結晶シリコン基板｛１１１｝表面を測定した。測定に際しては、シリコン（１１１）基板表面の５００ｎｍ×５００ｎｍ領域を走査して｛１１１｝面におけるステップ部の高さｈの測定を行い、その平均値を算出した。

凹凸加工されたｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１Ａおよび第２の面１Ｂの両側の表面に、厚さがそれぞれ約５ｎｍのｉ型非晶質シリコン層２ａ、２ｂが形成されている。ｉ型非晶質シリコン層２ａ上には厚さが約５ｎｍのｐ型非晶質シリコン層３が製膜されている。ｐ型非晶質シリコン層３が形成されている第１の面１Ａ側と反対側である第２の面１Ｂに形成された、ｉ型非晶質シリコン層２ｂ上には厚さが約５ｎｍのｎ型非晶質シリコン層４が製膜されている。ここで、ｉ型非晶質シリコン層２ａ、２ｂは、基板表面の界面準位を低減するのに作用する。また、ｎ型非晶質シリコン４は、裏面電極付近でのキャリア再結合を防ぎ、発生したキャリアを効率良く捕獲するためのＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層であるが、これらｉ型非晶質シリコン層２ａ、２ｂ、及び、ｎ型非晶質シリコン４は必ずしも形成されなければいけないわけではない。また、テクスチャ構造については受光面側のみに形成してもよい。

さらに、ｐ型非晶質シリコン層３、及び、ｎ型非晶質シリコン層４上に厚みが約７０ｎｍの透光性電極５ａ、５ｂが形成されている。そして、透光性電極５ａ上には、銀（Ａｇ）からなる厚みが約５０μｍの集電電極６ａが、前記透光性電極５ｂ上には銀（Ａｇ）からなる厚みが約４０μｍの集電電極６ｂが形成されている。

次に、本発明の実施の形態１による結晶系シリコン太陽電池の製造方法について説明する。図３−１〜図３−６は、本発明の実施の形態１の結晶系シリコン太陽電池の製造方法の手順を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態１の結晶系シリコン太陽電池の製造方法の手順を示すフローチャートである。図５は、本実施の形態１で用いられる太陽電池用基板製造装置としてのエッチング装置を示す概略図である。このエッチング装置ではシリコン（１１１）基板をモニタ基板Ｍとして用いている。

製造方法の説明に先立ち、エッチング装置について簡単に説明する。図５は、本実施の形態１の太陽電池を製造するための太陽電池製造装置のテクスチャ形成に用いられる、エッチング装置１００を示す図である。ここでは１２０枚のｎ型単結晶シリコン基板１をカセットＫにセットして、エッチング槽２２に浸漬するが、ここではテクスチャを構成する凹凸は微細であるため図示を省略する。このエッチング装置１００は、シリコン（１１１）基板をモニタ基板Ｍとして用いるとともに、原子間力顕微鏡を用いて凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する測定部と、表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えないものであるか否かを判断部と、を含む。

本実施の形態の異方性エッチングを実現するためのエッチング装置１００は、エッチング槽２２と、エッチング液２４を供給する供給管２３と、該エッチング槽２２に供給管２３からエッチング液２４を供給し、オーバーフローさせる、排出部２５とが接続されている。供給管２３の上流にはエッチング液生成部３１が接続されている。エッチング槽２２内に底面内に沿って配置されたエッチング液供給管２３には供給孔２６が複数個上向きに開けられている。さらに、凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する原子間力顕微鏡３３を備えた測定部３４が設けられ、エッチング槽２２のエッチング液２４の状況を、エッチング槽２２の外部でモニタできるようになっている。エッチング液生成部３１と測定部３４は判断部３５および信号線３６を介して接続されている。この判断部３５ではモニタ基板Ｍの｛１１１｝面の平均面粗さが０．５ｎｍ以下であるか否かを判断する。そしてこの判断結果を、信号線３６を介して制御部３２に伝達し、制御部３２でエッチング液生成部３１への支持データを作製し、エッチング液２４の生成及びエッチング槽２２への供給を制御するものである。

まず、結晶系基板として主面の結晶面方位が＜１００＞であるｎ型単結晶シリコン基板１を用意する（図３−１）。ｎ型単結晶シリコン基板１は、所望の濃度のｎ型にドープされた単結晶シリコンインゴットからマルチワイヤーソーでスライスして形成したものである。

ここで、基板としては、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いるが、通常、引き上げにより得られたインゴットをスライスすることにより切り出されたものであるため、表面に自然酸化膜、および構造的欠陥、金属等による汚染をはらんでいる。このため、ここで用いられるｎ型単結晶シリコン基板１に対して洗浄および、ダメージ層エッチングを行う（Ｓ１００１）。

ｎ型単結晶シリコン基板１に対し、洗浄、ダメージ層エッチングを行った後、ｎ型単結晶シリコン基板１内の不純物を除去するためにゲッタリングを行う（Ｓ１００２）。ゲッタリング工程では、処理温度１０００℃程度のリンの熱拡散により形成されたリンガラス層に不純物を偏析させ、リンガラス層をフッ化水素等でエッチングする。

次に、テクスチャ形成に先立ち、エッチング液の交換の必要性を検討する。テクスチャの作製は、異方性エッチングにより行われる。異方性エッチングでは、例えば、有機物を適量含むアルカリ溶液をｎ型単結晶シリコン基板１の表面に供給する。アルカリ溶液としては、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などを用いる。これらの水溶液の濃度は、添加する有機物の種類に依存して適宜変更されるが、例えばアルカリ濃度は、１重量％以上１０重量％以下が好ましく、有機物としては例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などのアルコールやスルホン酸、エステルが用いられる。また、面内均一なテクスチャ形成を可能とするために、界面活性剤などを添加してもよい。さらにまた、面内均一性の良好なテクスチャ形成のためには、エッチング時のこれらの水溶液の温度は、７０℃以上９０℃以下とすることが好ましい。基板全面へのテクスチャ形成は、２０〜４０分程度のエッチング形成を実施すればよい。本実施の形態では浸漬法によるエッチング処理を実施したが、エッチング中はエッチング溶液を攪拌しても良く、凹凸部形成は光入射側だけでもよい。

シリコン（１１１）基板に対し異方性エッチングを施した場合、既にエッチング速度の極めて遅い｛１１１｝面が表面の大部分を占めているため、巨視的には変化は見られない。しかしながら、われわれが鋭意検討した結果、微視的には平均面粗さの増加を生じ、この増加量はエッチング液の使用回数と比例することを見出した。

この傾向はシリコン（１００）基板においても同様であり、シリコン（１１１）基板の平均面粗さを著しく増加させるエッチング液にてテクスチャを形成すると、テクスチャ斜面の表面粗さが増大し、その結果、基板―非結晶性シリコン膜界面、及び、膜中の欠陥が増加し、セル特性を低下させる原因となる。

そこで、テクスチャ形成時と同様の条件で、シリコン（１１１）基板に異方性エッチングを施した後、その平均面粗さを測定し（Ｓ１００３）、その値が０．５ｎｍを超えている場合（Ｓ１００４＝ＮＯ）には、そのエッチング液の使用を中止し、エッチング液を交換して（Ｓ１００５）、新たなエッチング液を使用することとする。一方ステップＳ１００３ｄｅ測定した値が０．５ｎｍ以下である場合（Ｓ１００４＝ＹＥＳ）には、そのままエッチングを続行する（Ｓ１００３，１００４，１００５）。

ここで、実際の製造工程に用いるシリコン（１００）基板でなく、シリコン（１１１）基板をエッチング液の状態判定のために用いた理由は、シリコン（１１１）基板は異方性エッチングを施しても巨視的には平坦性を保つため、これをモニタ基板Ｍとして用いることで、平均面粗さの測定がより簡便であるためである。

次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面である第１の面１Ａ側および裏面側である第２の面１Ｂの表面に対して異方性エッチングを施し、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１Ａおよび第２の面１Ｂにテクスチャを作製する（図３−２：Ｓ１００６）。

アルカリ性溶液によりｎ型単結晶シリコン基板１の表面を異方性エッチングすると、エッチングの速度の速い｛１００｝面などでエッチングが進み、エッチング速度の極めて遅い｛１１１｝面からなるピラミッド状の凹凸部が形成され、エッチングの進行が遅くなる。そのためピラミッド状の凹凸部１Ｔは、結晶面が｛１１１｝である斜面によって構成される。

ここで厳密に言うと、｛１００｝面や｛１１０｝面などのエッチング速度と｛１１１｝面のエッチング速度の比は無限大ではないため、｛１１１｝面で形成されるテクスチャの凹部角度は理論値の７０．５°よりも大きく、本実施の形態で述べる｛１１１｝面は略｛１１１｝面のことを意味する。

一方、凹凸部１Ｔ形成前に、エッチングムラを抑制するために、基板に洗浄を施したが、この工程は省略してもよい。さらに、スライス時の基板表面のダメージ層を酸またはアルカリ溶液を用いたウェットエッチングで除去する工程を実施したが、この工程についても省略してもよい。加えてダメージ層除去工程後に、基板内不純物のゲッタリング処理を施すと性能向上に望ましいが、実施しなくてもよい。

このようにしてテクスチャ（凹凸部１Ｔ）を形成した後、テクスチャの形成されたｎ型単結晶シリコン基板１表面に付着した有機物汚染や金属汚染を洗浄により除去する（Ｓ１００７）。対象とする汚染物を除去できれば、洗浄方法として、例えば、オゾン水洗浄やＲＣＡ洗浄によって基板表面を清浄化する方法が挙げられる。

金属汚染量と総有機物汚染量は、テクスチャ形成面の表面粗さにも関係すると考えられることから、より平滑なテクスチャ表面を得るためにもできればテクスチャエッチング工程に先立ち、洗浄工程により金属汚染と総有機物汚染とを低減するのが望ましい。

次に、図３−３に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の片面にｉ型非晶質シリコン層２ａ、ｐ型非晶質シリコン層３をこの順番で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成する（Ｓ１００８，１００９）。ｉ型非晶質シリコン層２ａ、ｐ型非晶質シリコン層３のそれぞれの層厚は５ｎｍである。本実施の形態では層厚は５ｎｍとしたが、層の形成条件によっては３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲の層厚でもよい。ＣＶＤ法としてはプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いることが望ましい。光電変換層であるｎ型単結晶シリコン基板１に対して十分な内蔵電界を発生させるためには、ｐ型非晶質シリコン層３のバンドギャップ、活性化エネルギーはそれぞれ１．７ｅＶ以上、０．４ｅＶ以下であることが必要である。なおｉ型非晶質シリコン層２ａの代わりに、ｉ型非晶質炭化シリコン層、ｉ型非晶質酸化シリコン層或いはそれらを積層した多層膜を用いてもよい。またｐ型非晶質シリコン層３の代わりにｐ型非晶質炭化シリコン層、ｐ型非晶質酸化シリコン層、ｐ型微結晶シリコン層或いはそれらを積層した多層膜などを用いてもよい。

ｎ型単結晶シリコン基板１の片面にｉ型非晶質シリコン層２ａ、ｐ型非晶質シリコン層３を形成した後、図３−４に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の反対側にｉ型非晶質シリコン層２ｂ、ｎ型非晶質シリコン層４をこの順番でＣＶＤ法を用いて形成する（Ｓ１０１０，１０１１）。ｉ型非晶質シリコン層２ｂ、ｎ型非晶質シリコン層４それぞれの層厚は５ｎｍである。本実施の形態では層厚は５ｎｍとしたが、層の形成条件によっては３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲の層厚でも構わない。ここでも、ＣＶＤ法としてはプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いることが望ましい。

光電変換層であるｎ型単結晶シリコン基板１に対して十分な内蔵電界を発生させるためには、ｎ型非晶質シリコン層４のバンドギャップ、活性化エネルギーはそれぞれ１．７ｅＶ以上、０．３ｅＶ以下であることが必要である。なおｉ型非晶質シリコン層２ｂの代わりに、ｉ型非晶質炭化シリコン層、ｉ型非晶質酸化シリコン層或いはそれらを積層した多層膜を用いてもよい。またｎ型非晶質シリコン層４の代わりにｎ型非晶質炭化シリコン層、ｎ型非晶質酸化シリコン層、ｎ型微結晶シリコン層或いはそれらを積層した多層膜などを用いてもよい。

ｎ型単結晶シリコン基板１の片面にｉ型非晶質シリコン層２ｂ、ｎ型非晶質シリコン層４を形成した後、ｉ型非晶質シリコン層２ｂとｎ型単結晶シリコン基板１の界面欠陥低減のため、不活性ガス或いは不活性ガスで希釈した水素ガス中で熱アニール処理を施してもよい。アニール温度は２００℃以下が望ましい。

熱アニール処理の後、図３−５に示すように、ｐ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコン層４の上に透光性電極５ａ、５ｂをスパッタ法或いは蒸着法で形成する（Ｓ１０１２）。透光性電極５ａ、５ｂの膜厚は反射率低減の観点から、約７０ｎｍが望ましい。透光性電極材料としては酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）或いは、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）を用いる。また透光性電極の抵抗率は低いことが望ましいが、導電性を担うキャリア密度が高いと光吸収率が増加してしまう。そのため透光性電極として用いた材料は高移動度でなければならない。７０ｎｍの層厚で十分低い抵抗率を達成するために移動度は１００ｃｍ^２／Ｖｓ以上が望ましい。なお下層の透光性電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）などを添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を用いてもよい。

透光性電極５ａ、５ｂを形成した後、図３−６に示すように、透光性電極５ａ、５ｂ上にＡｇで構成される集電電極６ａ、６ｂをスクリーン印刷法で形成する（Ｓ１０１３）。集電電極６ａを構成しているグリッド電極の幅は遮光を押さえるため狭いほどよいが、抵抗が増加してしまう。従って集電電極６ａは幅が狭く、層厚が大きいことが望ましい。本実施の形態では幅を７０μｍ、層厚を５０μｍとした。集電電極６ｂを構成しているグリッド電極の幅はコスト低減のため狭いほどよいが、透光性電極５ｂを構成する透光性導電膜とのコンタクト抵抗が増加してしまう。従って集電電極６ｂは、幅が狭く、透光性電極５ｂとのコンタクト抵抗の増加がほとんどないことが望ましい。本実施の形態では幅を１００μｍ、層厚を４０μｍとした。なおスクリーン印刷法の他に、メッキ法などで集電電極を形成してもよく、Ａｇの代わりにアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などを用いてもよい。集電電極の印刷後、２００℃以下で焼成する。

本発明の実施の形態１において、用いるエッチング液のそれまでの使用回数のみが異なり、他の製造工程は同様な３つの太陽電池セルのセル特性と、それらの製造の際に同時に異方性エッチングしたシリコン（１１１）基板の平均面粗さを表１に示す。ここで、エッチング液のそれまでの使用回数は、実施例が一番少なく、比較例１、比較例２の順に多い。

各エッチング液によりエッチングされたシリコン（１１１）基板の平均面粗さは、実施例が一番小さく、比較例１、比較例２の順に大きかった。また、同エッチング液にて製造された太陽電池セルのセル特性は、実施例が最も良好で、比較例１、比較例２の順に悪かった。

このように、あるエッチング液を用いる場合に、シリコン（１１１）基板を異方性エッチングした際に得られる平均面粗さと、同じエッチング液を用いて製造された太陽電池セルのセル特性は相関するため、エッチング後のシリコン（１１１）基板の平均面粗さが０．５ｎｍ以下となるようなエッチング液を使用した太陽電池では、それを満たさないエッチング液を用いた場合と比べ、Ｖｏｃ及びＦＦが向上する。

本実施の形態によれば、凹凸部を形成する工程が、エッチング工程後に、原子間力顕微鏡を用いて前記凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する工程と、表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えないものであるか否かを判断する工程とを含むようにしている。このように、表面粗さを測定し、Ｒａの値が０．５ｎｍを超えない場合は、エッチング液をそのまま用いてテクスチャ形成を行うことで、Ｖｏｃ及びＦＦを向上させることが可能となる。

加えて、エッチング液中の金属汚染量を抑えるのは有効であり、また、テクスチャ形成後の洗浄処理は、ヘテロ接合型太陽電池の特性向上において非常に重要である。これは｛１１１｝面の荒れとは別に、基板表面での表面再結合を抑制するという観点からも重要である。そしてこの洗浄工程においても、洗浄液中の金属汚染が多いと、形成されたテクスチャ｛１１１｝表面が荒れていく可能性が考えられる。最良の状態にするためには、洗浄工程においても、処理液中に金属汚染が低いことが、基板表面を清浄に保ち、平滑なテクスチャを形成する上で極めて重要である。

なお、結晶系半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン基板の他、シリコンカーバイド基板などのシリコン化合物基板をはじめとする結晶シリコン系基板などにも適用可能である。真性または各導電型の非晶質シリコン層についても、非晶質炭化シリコン膜、非晶質酸化シリコン膜などの非晶質シリコン層の他、微結晶シリコン系薄膜、多結晶シリコン系薄膜などの結晶系薄膜にも適用可能である。

また、実施の形態１の太陽電池用基板は、特に、結晶系半導体基板上に非晶質薄膜などを形成したいわゆるヘテロ接合型太陽電池における、エピタキシャル成長層の異常成膜防止に有効である。一方、結晶系半導体基板表面から拡散により接合を形成する、拡散型太陽電池の場合、受光面側にＳｉＮなどのパッシベーション膜を形成する際にも、欠陥が形成されるのを防ぐことができるなど、実施の形態１の太陽電池用基板は他の構造の太陽電池にも有効である。

以上のように、本発明にかかる太陽電池用基板は、ピラミッド型のテクスチャ構造を有して低光反射率および高光電変換効率を有する太陽電池の実現に適している。

１ ｎ型単結晶シリコン基板、２ａ，２ｂ ｉ型非晶質シリコン層、３ ｐ型非晶質シリコン層、４ ｎ型非晶質シリコン層、５ａ，５ｂ 透光性電極、６ａ，６ｂ 集電電極、Ｍ モニタ基板、２２ エッチング槽、２３ 供給管、２４ エッチング液、２５ 排出部、２６ 供給孔、３１ エッチング液生成部、３２ 制御部、３３ 原子間力顕微鏡、３４ 測定部、３５ 判断部、３６ 信号線、Ｋ カセット、１００ エッチング装置。

Claims (4)

1. 第１導電型の結晶系シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成する工程と、
   前記結晶系シリコン基板表面に第２導電型の半導体層を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、
   前記テクスチャ構造を形成する工程が、
   アルカリ性溶液からなるエッチング液を用いて前記結晶系シリコン基板の表面に凹凸部を形成する異方性エッチング工程と
   前記異方性エッチング工程後に、原子間力顕微鏡を用いて前記凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する工程と、
   表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えないものであるか否かを判断する工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記異方性エッチング工程は、
   ｛１１１｝面を主面とするシリコン基板からなるモニタ基板を前記エッチング液に浸漬し、前記モニタ基板の表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えているか否かを判断する工程と、
   前記判断する工程で平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えていると判断された場合は、前記エッチング液を交換する工程を含む請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 第１導電型の結晶系シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成するテクスチャ形成装置と、
   前記結晶系シリコン基板表面に第２導電型の半導体層を形成する半導体層形成装置とを含む太陽電池製造装置であって、
   前記テクスチャ形成装置が、
   アルカリ性溶液を用いて前記結晶系シリコン基板の表面に凹凸を形成するエッチング部と、
   原子間力顕微鏡を用いて前記凹凸部の側面の｛１１１｝面粗さを測定する測定部と、
   表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えないものであるか否かを判断する判断部とを含むことを特徴とする太陽電池製造装置。
4. 前記エッチング部は、
   ｛１１１｝面を主面とするシリコン基板からなるモニタ基板を有し、
   前記エッチング液に浸漬し、前記モニタ基板の表面ラフネスの平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えているか否かを判断し、
   前記判断部で平均面粗さＲａが０．５ｎｍを超えていると判断された場合は、前記エッチング液を交換するように構成された請求項３に記載の太陽電池製造装置。

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