JP2015213189A - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする、光起電力装置の製造方法を得ること。【解決手段】シリコン系基板である半導体基板11の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層15を形成する拡散工程と、シリコン系基板の第1面側において、不純物拡散層15を除去するためのエッチング工程と、シリコン系基板のうち第1面側とは反対の第2面側に反射防止膜17を形成する成膜工程と、を含み、エッチング工程は、第1面側において、供給位置からシリコン系基板の外縁部へ向けてエッチング流体を供給するエッチング流体供給工程と、エッチング流体供給工程におけるエッチング流体の供給に合わせて、第2面側において、エッチング流体と同じ向きへエアーを供給するエアー供給工程と、を含み、エッチング工程は、拡散工程と成膜工程との間に実行される。【選択図】図2−4
Description
本発明は、光起電力装置の製造方法に関し、特に、シリコン系基板の表面全体に形成された接合のうち、不要な部分の接合を除去するための方法に関する。
光起電力装置である太陽電池は、性能の向上を目的として、太陽光を効率良く装置内部に取り込み、取り込んだ光エネルギーを効率良く電気エネルギーへ変換するための工夫がなされている。性能向上のための工夫の一つとして、PN接合の分離における工夫が挙げられる。半導体素材からなる太陽電池の多くは、接合での光起電力を用いて発電する。特に、結晶系シリコンを素材に用いる場合、熱拡散によってPN接合を形成することが多い。
熱拡散は、PN接合の形成方法として、量産性およびコスト面で優れた手法とされている。ただし、熱拡散の手法では、基板の受光面(おもて面)およびその裏面を問わず、基板の露出部分の全体に、拡散が及ぶこととなる。太陽電池にとってPN接合を要するのは、基板の受光面側であって、その反対の裏面側や基板側面にPN接合は不要とされている。受光面側、裏面側および側面にPN接合が残されたままでは、受光面側と裏面側との間で電流の短絡が生じてしまい、太陽電池としての機能が損なわれることになる。
このため、光起電力装置の製造工程には、受光面側と裏面側との間の、不要な接合を分離あるいは絶縁する工程が加えられている。具体的には、プラズマ放電によるドライエッチング、レーザ加工、ウェットエッチングが主に用いられている。
接合の分離および絶縁の工程において、光起電力装置の性能向上、高効率化のために考慮すべき点の一つとして、必要な箇所の接合を正確に残し、除去すべき箇所の接合を除去する制御性が挙げられる。また、この他に考慮すべき点の一つとして、光起電力装置の特性への悪影響を少なくするために、加工による基板へのダメージをできるだけ少なくすることが挙げられる。
ドライエッチングやレーザ加工は、一般的な水準の太陽電池への適用としては支障が少ない一方、太陽電池の高効率化を図る上では、制御性およびダメージ低減のいずれかにおいて劣り、不向きと考えられる。ウェットエッチングは、良好な制御性およびダメージ低減の二点を両立し得る手法として、太陽電池の高効率化を図る上で適している。
ウェットエッチングを用いた接合分離に関して、特許文献1には、液面および基板の、高さ方向における位置関係を精密に制御することで、受光面側の接合を残しながら裏面側の接合を除去するための技術が提案されている。
特許文献1の技術によると、ウェットエッチングを用いた所望の接合分離を実施し得る。しかし、この手法では、水平方向へ基板を並列するのに加え、液面および基板の位置関係を精密に制御するため、大量な基板の処理を実現するには非常に広大な面積の液槽を要し、装置の大型化を招来することとなる。液面および基板の精密な制御を維持するために、基板の搬送速度やエッチング速度が制限される。また、処理間に一貫性を持たせる都合上、エッチング後の洗浄、乾燥の処理も、エッチングと似たような形態を採ることとなる。これらのことは、生産性の向上を妨げる要因となり得る。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする、光起電力装置の製造方法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、本発明は、シリコン系基板の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層を形成する拡散工程と、前記シリコン系基板の第1面側において、前記不純物拡散層を除去するためのエッチング工程と、前記シリコン系基板のうち前記第1面側とは反対の第2面側に反射防止膜を形成する成膜工程と、を含み、前記エッチング工程は、前記第1面側において、供給位置から前記シリコン系基板の外縁部へ向けてエッチング流体を供給するエッチング流体供給工程と、前記エッチング流体供給工程における前記エッチング流体の供給に合わせて、前記第2面側において、前記エッチング流体と同じ向きへエアーを供給するエアー供給工程と、を含み、前記エッチング工程は、前記拡散工程と前記成膜工程との間に実行されることを特徴とする。
本発明にかかる光起電力装置の製造方法によると、エッチング流体を用いたウェットエッチングにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とする。第1面側の所望の位置へエッチング流体を供給するとともに、第2面側にてエアーを供給することで、エッチング流体がシリコン系基板の側面から第2面側へ伝わるのを阻止し、接合を除去する範囲を正確に限定可能とする。適切なエッチング速度とエアーの吹き付け強度とは、少ない制約で設定することができる。また、エッチング工程は、小規模な装置内での実施が可能となる。これにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現できるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる光起電力装置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、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態1.
図1−1から1−3は、本発明の実施の形態1にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す図である。図1−1は、太陽電池セルの断面図である。図1−2は、受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。図1−3は、受光面とは反対の裏面側から見た太陽電池セルの下面図である。図1−1は、図1−2に示すA−A断面を表している。
図1−1から1−3は、本発明の実施の形態1にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す図である。図1−1は、太陽電池セルの断面図である。図1−2は、受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。図1−3は、受光面とは反対の裏面側から見た太陽電池セルの下面図である。図1−1は、図1−2に示すA−A断面を表している。
太陽電池セル1は、光電変換機能を有する太陽電池基板である。図1−1から1−3に示すように、太陽電池セル1は、半導体基板11、反射防止膜17、受光面側電極19および裏面側電極21を有する。半導体基板11は、PN接合を有する。反射防止膜17は、半導体基板11の受光面側の面であるおもて面に形成されている。反射防止膜17は、受光面での入射光の反射を防止する。
受光面側電極19は、半導体基板11の受光面側の面であるおもて面において、反射防止膜17に囲まれて形成された第1電極である。裏面側電極21は、半導体基板11の受光面と反対側の面である裏面に形成された第2電極である。
半導体基板11は、第1の導電型であるP型の多結晶シリコン層13と、該P型多結晶シリコン層13の表面の導電型が反転した、第2の導電型であるN型の不純物拡散層15とを有する。これらにより、半導体基板11にはPN接合が構成されている。
半導体基板11のうちN型不純物拡散層15の受光面側の表面には、テクスチャー構造として不図示の微小凹凸が高密度で形成されている。微小凹凸は、受光面において、特に反射光の角度を変えることで、複数回の反射を通じて実質的な反射率を抑え、光を閉じ込める機能を有している。
受光面側電極19は、太陽電池セル1の表銀グリッド電極23および表銀バス電極25を含む。表銀グリッド電極23は、半導体基板11で発電された電気を集電するために、受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極25は、表銀グリッド電極23で集電された電気を取り出すために、表銀グリッド電極23にほぼ直交して設けられている。裏面側電極21は、半導体基板11の裏面がなす矩形において、各辺の端から0.5から2mm程度を残して、半導体基板11の裏面の全体に形成されている。
このように構成された太陽電池セル1では、太陽光が太陽電池セル1の受光面側から半導体基板11のPN接合面に照射すると、ホールと電子が生成する。P型多結晶シリコン層13とN型不純物拡散層15との接合面は、PN接合面である。PN接合面の電界によって、生成した電子はN型不純物拡散層15に向かって移動し、ホールはP型多結晶シリコン層13に向かって移動する。
N型不純物拡散層15には電子、P型多結晶シリコン層13にはホールがそれぞれ過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はPN接合を順方向にバイアスする向きに生じ、N型不純物拡散層15に接続した受光面側電極19がマイナス極となり、P型多結晶シリコン層13に接続した裏面側電極21がプラス極となって、不図示の外部回路に電流が流れる。
つぎに、このような太陽電池セル1の製造方法の一例を、図2−1から2−7を参照して説明する。図2−1から2−7は、実施の形態1にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である。
半導体基板となるシリコン系基板としては、図2−1に示すように、P型多結晶シリコン基板11aを用意する。P型多結晶シリコン基板11aは、民生用太陽電池向けとして多く使用されている。P型多結晶シリコン基板11aの厚さや寸法は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、一例としてP型多結晶シリコン基板11aの厚みは200μm、寸法は150mm×150mmとする。
P型多結晶シリコン基板11aは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、スライス時のダメージによるダメージ層が表面に残っている。この表層のダメージ層は、結晶性が極めて悪く、半導体素子として十分に機能させる為には、除去する必要がある。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、P型多結晶シリコン基板11aを酸または加熱したアルカリ溶液中、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してP型多結晶シリコン基板11aの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
ダメージ層の除去に続いて、P型多結晶シリコン基板11aの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。テクスチャー構造の形成は、P型多結晶シリコン基板11aを、IPAを含有させた水酸化アルカリ水溶液によりエッチングすることで行う。
このようなテクスチャー構造をP型多結晶シリコン基板11aの受光面側に設けることで、太陽電池セル1の受光面側で光の多重反射を生じさせる。太陽電池セル1に入射する光を効率的に半導体基板11の内部に吸収させることで、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。なお、図2−2から2−7においては、微小凹凸の図示を省略している。
つぎに、テクスチャー構造として表面に微小凹凸が形成されたP型多結晶シリコン基板11aを熱酸化炉へ投入し、N型の不純物であるリンの雰囲気下で加熱する。この工程によりP型多結晶シリコン基板11aの表面に不純物元素であるリンを拡散させ、図2−2に示すようにN型不純物拡散層15を形成する。P型多結晶シリコン基板11aのうち、N型不純物拡散層15が形成される表層に対して内側の部分は、P型多結晶シリコン層13となる。これにより、PN接合が形成された半導体基板11を得る。
本実施の形態では、P型多結晶シリコン基板11aをオキシ塩化リン(POCl3)ガス雰囲気中において、800℃から850℃の温度で加熱することにより、N型不純物拡散層15を形成する。また、N型不純物拡散層15のシート抵抗が30Ω/□から100Ω/□、好ましくは50Ω/□から80Ω/□となるようにリンの拡散を制御する。
つぎに、図2−3に示すように、N型不純物拡散層15を除去するためのエッチング工程において、半導体基板11におけるPN接合の分離を行う。本実施の形態では、N型不純物拡散層15は、半導体基板11のうち裏面側となる第1面の、外縁部およびその近傍部分について除去する。なお、エッチング工程の詳細については後述する。
接合の分離は、本実施の形態のように、拡散工程と反射防止膜の成膜工程との間に実行するのが望ましい。原理的には、接合形成後ならばどの段階で実行する事も可能なので、他の段階での実施を妨げるものではない。ただし、後に形成される構成物である反射防止膜および電極、あるいは副産物が生じる場合は副産物に対し、付加的な保護や対処を要する場合が多い。したがって、そのような煩雑さを避ける為にも、この段階で実行することが望ましい。
なお、拡散工程と反射防止膜の成膜工程との間では、拡散の副産物であるリンガラスの除去も必要であるが、この2つの工程は、使用するエッチング液に応じて順序を選択すれば良い。シリコンを溶解するエッチング液の多くは、リンガラスに対してもある程度の選択比で溶解する。この場合は、まず接合分離したい箇所についてリンガラスと同時に接合を除去して、その後に他領域のリンガラス除去を行うのが、より望ましい。
この場合、分離する箇所以外のリンガラスを一時的な保護膜として利用できるので、分離箇所とそれ以外の区別を、より際立たせることができる。薬液の選択比が大きくリンガラスの溶解速度が遅い場合、上述の順番では分離加工に無駄に時間が掛かり、生産性の視点から逆に不都合になる。この場合は、全面のリンガラスを除去してから、分離加工を実行する順番とすることが望ましい。
つぎに、図2−4に示すように、N型不純物拡散層15を形成したP型多結晶シリコン基板11aの受光面側に、光電変換効率改善のための反射防止膜17を形成する。本実施形態において、反射防止膜17は、シリコン窒化膜(SiN膜)とする。反射防止膜17の形成には、プラズマCVD法を使用する。シランとアンモニアの混合ガスを用いて、反射防止膜17であるシリコン窒化膜を形成する。
反射防止膜17の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜17として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜17の形成には、スパッタリング法など他の成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜17としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、焼成前における受光面側電極19を作製する。すなわち、図2−5に示すように、半導体基板11の受光面側にある反射防止膜17上に、表銀グリッド電極23および表銀バス電極25の形状に、受光面側電極材料ペーストである銀ペースト19aをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペースト19aを乾燥させる。
つぎに、焼成前における裏面側電極21を作成する。すなわち、図2−6に示すように、半導体基板11の裏面側にスクリーン印刷によって、裏面側電極21の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペースト21aを塗布し、乾燥させる。
その後、ペーストを焼成することで、図2−7に示すように、受光面側電極19としての表銀グリッド電極23および表銀バス電極25と、裏面側電極21とが得られる(図2−7)。焼成は、大気雰囲気中、750から850℃の範囲で選択して実施する。焼成温度の選択は、セル構造やペースト種類を考慮して行う。また、受光面側電極19中の銀が反射防止膜17を貫通して、N型不純物拡散層15と受光面側電極19とが電気的に接続する。これにより、N型不純物拡散層15は、受光面側電極19と良好な抵抗性接合を得ることができる。
以上のような工程を実施することにより、図1−1から1−3に示す太陽電池セル1を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板11への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
つぎに、本実施の形態における接合分離のためのエッチング工程の詳細について説明する。図3は、光起電力装置の製造装置によるエッチング工程の様子を示す概略図である。かかる製造装置は、ステージ30、エッチング流体供給部31およびエアー供給部32を有する。
ステージ30は、半導体基板11が載置される載置面を備える。ステージ30は、吸着により、載置面上にて半導体基板11を固定する。ステージ30は、載置面に垂直な中心軸を中心として回転可能とされている。
エッチング流体供給部31は、ステージ30に載置された半導体基板11の上面に、エッチング液33を供給する。エッチング液33は、N型不純物拡散層15を除去するためのエッチング流体である。エアー供給部32は、半導体基板11の下面側においてエアー34を供給する。
PN接合が形成された半導体基板11は、ステージ30に載置される。ステージ30上にて、半導体基板11は、外縁部およびその近傍部分をステージ30の外側にはみ出させた状態で載置される。ステージ30に載置された半導体基板11の上面は、裏面側となる第1面である。半導体基板11のうちステージ30の載置面側の下面は、受光面側となる第2面である。製造装置は、エッチング工程において、ステージ30を回転させながら、エッチング流体供給工程におけるエッチング液33の供給と、エアー供給工程におけるエアー34の供給とを同時に行う。
エッチング流体供給部31は、ステージ30に載置された半導体基板11の第1面に、エッチング液33を供給する。エッチング流体供給部31は、第1面側において、供給位置から、半導体基板11の側面の位置である外縁部へ向けて、エッチング液33を供給する。エッチング液33としては、フッ酸と硝酸の混合液や、水酸化アルカリ水溶液を70度から90度に加熱したものが挙げられるが、特に指定は無いものとする。
エアー供給部32は、エッチング流体供給部31によるエッチング液33の供給に合わせて、エアー34を供給する。エアー供給部32は、半導体基板11の第2面側において、半導体基板11のうちステージ30からはみ出た部分の下から半導体基板11の外縁部へ向けて、エアー34を供給する。エアー供給部32は、エッチング流体供給部31がエッチング液33を供給する向きと同じ向きへ、エアー34を供給する。エアー34としては、乾燥空気や窒素が挙げられる。
半導体基板11を回転させながらエッチング液33を供給すると、エッチング液33は、遠心力により、供給位置から半導体基板11の外縁部に向けて広がり、外縁部から半導体基板11の外へ離脱する。エッチング液33を接触させた領域は、エッチングが進行する。リン拡散の場合、接合の深さは0.5μm未満である場合が大半であることから、エッチング量は、深さに換算して0.5μm程度分とする。先に例示した物質をエッチング液33とする場合、シリコンに対するエッチング速度は毎分数μmから10μm程度であることから、シリコンのエッチング時間は、数秒から十数秒と設定する。
仮に、エアー34の供給を行わないこととした場合であっても、エッチング液33のほとんどは、接合を残すべき領域と接触せずに、遠心力によって離脱する。ただし、エッチング液33の一部が、半導体基板11の側面から、受光面側へ廻り込むことがあり得る。半導体基板11の受光面側へのエッチング液33の廻り込みは、発電面積を減少させることになるため、抑止する必要がある。
本実施の形態では、遠心力に加え、エアー34の供給により、半導体基板11の側面から受光面側へエッチング液33が伝わるのを確実に抑制可能とする。なお、半導体基板11の側面におけるエッチングについては、状況に応じて適宜調整することとしても良い。
半導体基板11の裏面におけるエッチングは、全体を対象とする場合に限られない。裏面のうち、優先してエッチングすべき対象となるのは、裏面側電極21が形成される領域以外の領域であって、外縁部の数百μmから2mm程度の範囲である。この部分に接合が残されると、裏面側電極21との接触による短絡を生じさせることとなる。接合の分離がなされていても、分離箇所と裏面側電極21の端部との間の部分が付近のキャリアを吸収し、発電を妨害するように作用することもある。したがって、太陽電池セル1の高効率化を達成するために、図4に示すように、半導体基板11の裏面のうち外縁部から一定の範囲の領域が最優先となるように、エッチングを実施する。
これに対して、半導体基板11の裏面のうち裏面側電極21が形成される領域は、エッチングとは無関係に、電極材料の焼成に伴い、強いP型へと導電型が再度転換される。このため、裏面側電極21が形成される領域以外の領域に比べて、裏面側電極21が形成される領域は、エッチングの優先度が低くなる。裏面側電極21が形成される領域は、エッチングをしても差し支えはないが、必須ではないものとする。エッチング流体供給部31は、以上に述べるようにエッチングを最優先とすべき領域に十分エッチング液33が行き渡るように、エッチング液33の供給位置や向き、流速を設定することが望ましい。
本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法によると、エッチング液33を用いたウェットエッチングにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とする。裏面側の所望の位置へエッチング液33を供給するとともに、受光面側にてエアーを供給することで、エッチング液33が半導体基板11の側面から第2面側へ伝わるのを阻止し、接合を除去する範囲を正確に限定可能とする。
本実施の形態によると、適切なエッチング速度とエアーの吹き付け強度とを、少ない制約で設定することができ、生産性の向上が可能となる。また、本実施の形態によると、広大な面積の液槽が不要であることから、エッチング工程は、小規模な装置内での実施が可能となる。これにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現できるという効果を奏する。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
図5は、本発明の実施の形態2にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
エッチング流体供給部31は、泡状のエッチング液35を供給する。エッチング液35は、N型不純物拡散層15を除去するためのエッチング流体である。本実施の形態では、泡状のエッチング液35を使用することで、通常の液体状のエッチング液を使用する場合に比べて、半導体基板11がエッチング液35から受ける力を軽減させる。また、エッチング液35が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー34の強度も軽減させることができる。
本実施の形態の場合も、実施の形態1と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態では、エッチング液35およびエアー34が半導体基板11へ及ぼす力を弱められ、半導体基板11の破損を低減させることができる。また、エアー34の強度を軽減可能とすることで、エアー34の供給に要する消費電力を低減できる。
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
図6は、本発明の実施の形態3にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
エッチング流体供給部31は、エッチング液33を射出する方向と半導体基板11の第1面とがなす角度θが30度以下となるように設置されている。エッチング流体供給部31は、半導体基板11の面に対して30度以下の角度でエッチング液33を供給する。
エッチング流体供給部31は、半導体基板11に当てるエッチング液33の角度が浅くなるように、角度θを30度以下とすることで、エッチング液33の速度成分に依存する力のうち、半導体基板11の面に対して鉛直方向に働く成分が小さくなる。また、エッチング液33が流動する力のうち、半導体基板11の面に対して平行な水平方向に働く成分が大きくなることで、受光面側へのエッチング液33の廻り込み抑止に有効活用ができる。さらに、エッチング液33が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー34の強度も軽減させることができる。
本実施の形態の場合も、実施の形態1と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態によると、半導体基板11に当てるエッチング液33の角度を浅くしたことで、半導体基板11の破損の低減と、エッチング液33が受光面側へ伝わることを効果的に抑止することができる。エアー34の強度を軽減可能とすることで、エアー34の供給に要する消費電力を低減できる。
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
図7は、本発明の実施の形態4にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
エッチング流体供給部31は、ステージ30に載置された半導体基板11の下面に、エッチング液33を供給する。エアー供給部32は、半導体基板11の上面側においてエアー34を供給する。
ステージ30に載置された半導体基板11のうち載置面側の下面は、裏面側となる第1面である。ステージ30に載置された半導体基板11の上面は、受光面側となる第2面である。エッチング流体供給部31は、半導体基板11の第1面のうちステージ30からはみ出た部分へエッチング液33を供給する。エッチング流体供給部31は、第1面側において、供給位置から、半導体基板11の側面の位置である外縁部へ向けて、エッチング液33を供給する。
エアー供給部32は、半導体基板11の第2面側において、半導体基板11上の位置から半導体基板11の外縁部へ向けて、エアー34を供給する。エアー供給部32は、エッチング流体供給部31がエッチング液33を供給する向きと同じ向きへ、エアー34を供給する。
エッチング流体供給部31から供給されたエッチング液33は、エッチング液33自身の重力により、エッチング液33の速度成分に依存する力のうち、半導体基板11の面に対して鉛直方向に働く成分が小さくなる。また、エッチング液33が流動する力のうち、半導体基板11の面に対して平行な水平方向に働く成分が大きくなることで、受光面側へのエッチング液33の廻り込み抑止に有効活用ができる。さらに、エッチング液33が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー34の強度も軽減させることができる。
本実施の形態の場合も、実施の形態1と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態によると、半導体基板11のうち加工対象とする面を下向きとすることで、半導体基板11の破損の低減と、エッチング液33が受光面側へ伝わることを効果的に抑止することができる。エアー34の強度を軽減可能とすることで、エアー34の供給に要する消費電力を低減できる。
なお、上述した実施の形態においては、半導体基板としてP型のシリコン基板を使用する場合について説明したが、半導体基板としてN型のシリコン基板を用いてP型の拡散層を形成する逆導電型の太陽電池セルにおいても上述した本発明の効果を得ることができる。また、上述した実施の形態においては、半導体基板として多結晶シリコン基板を用いたが、半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた場合においても上述した本発明の効果を得られることは言うまでもない。
さらに、上述した実施の形態においては、半導体基板の基板厚が200μmである場合について説明したが、基板が自己保持できる厚みであれば、50μm程度まで薄板化した基板を用いることもできる。また、上述した実施の形態においては、半導体基板の寸法が150mm×150mmである場合について説明したが、この寸法よりも大きな寸法あるいは小さな寸法の基板を用いた場合においても上述した本発明の効果が得られるのは言うまでもない。
以上のように、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、高効率化に有用な接合の分離方法であるウェットエッチングを、小面積でコンパクトに実行する場合に有用であり、特に太陽電池の高効率化、およびその製造の生産性向上に適している。
1 太陽電池セル、11 半導体基板、13 P型多結晶シリコン層、15 N型不純物拡散層、17 反射防止膜、19 受光面側電極、21 裏面側電極、23 表銀グリッド電極、25 表銀バス電極、30 ステージ、31 エッチング流体供給部、32 エアー供給部、33, 35 エッチング液、34 エアー。
Claims (6)
- シリコン系基板の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層を形成する拡散工程と、
前記シリコン系基板の第1面側において、前記不純物拡散層を除去するためのエッチング工程と、
前記シリコン系基板のうち前記第1面側とは反対の第2面側に反射防止膜を形成する成膜工程と、を含み、
前記エッチング工程は、
前記第1面側において、供給位置から前記シリコン系基板の外縁部へ向けてエッチング流体を供給するエッチング流体供給工程と、
前記エッチング流体供給工程における前記エッチング流体の供給に合わせて、前記第2面側において、前記エッチング流体と同じ向きへエアーを供給するエアー供給工程と、を含み、
前記エッチング工程は、前記拡散工程と前記成膜工程との間に実行されることを特徴とする、光起電力装置の製造方法。 - 前記拡散工程により生じたリンガラスを除去する除去工程をさらに含み、
前記エッチング工程では、前記エッチング流体の供給により前記不純物拡散層およびリンガラスを除去し、
前記除去工程では、前記エッチング工程において前記不純物拡散層が除去された箇所以外におけるリンガラスを除去することを特徴とする、請求項1に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記拡散工程により生じたリンガラスを除去する除去工程をさらに含み、
前記除去工程は、前記拡散工程と前記エッチング工程との間に実行されることを特徴とする請求項1に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記エッチング流体供給工程において、泡状の前記エッチング流体を供給することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一つに記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記エッチング流体供給工程において、前記シリコン系基板の面に対して30度以下の角度で前記エッチング流体を供給することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一つに記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記エッチング工程において、前記第1面側を下向きとして前記シリコン系基板を設置することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一つに記載の光起電力装置の製造方法。
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