JP2981098B2 - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents

光電変換素子の製造方法

Info

Publication number
JP2981098B2
JP2981098B2 JP5328337A JP32833793A JP2981098B2 JP 2981098 B2 JP2981098 B2 JP 2981098B2 JP 5328337 A JP5328337 A JP 5328337A JP 32833793 A JP32833793 A JP 32833793A JP 2981098 B2 JP2981098 B2 JP 2981098B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing
groove
electrode
photoelectric conversion
conversion element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP5328337A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07183556A (ja
Inventor
荘太 森内
浩明 中弥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority to JP5328337A priority Critical patent/JP2981098B2/ja
Publication of JPH07183556A publication Critical patent/JPH07183556A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2981098B2 publication Critical patent/JP2981098B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は表面に凹凸部を有する光
電変換素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコン太陽電池を例にとって説明す
る。
【0003】シリコン太陽電池において、表面への凹凸
部の形成による表面反射の低減は、光電変換効率の高効
率化を図る要素技術の1つとして重要なものとなってい
る。
【0004】従来、単結晶シリコン基板を用いた太陽電
池においては、(100)面を持つ基板を、アルカリ溶
液中でエッチングを行なうことによって、表面にピラミ
ッド状の凹凸が形成できる。また、表面にレジストを塗
布し、これを格子状にパターニングした後、アルカリ溶
液中でエッチングを行なうことによって、逆ピラミッド
状の凹凸が形成できる。
【0005】一方、低コスト化に有効な多結晶シリコン
基板を用いた場合においては、基板内の面方位が様々で
あるため、結晶の面方位に依存するアカリ溶液中のエ
ッチングでは、均一な凹凸は形成できず、そのため反射
も低減されない。そこで、近年、多結晶シリコンにおい
ては、結晶の面方位に依存せず表面反射を低減する方法
として、表面にV字状またはU字状の断面を持つ溝状の
凹凸を確保する方法が開発されている。溝の加工方法と
しては、表面にレジストを塗布し、パターニングをした
後、エッチングする化学的加工や、レーザビーム,ダイ
シングマシン等を用いた機械的加工が提案されている。
【0006】太陽電池としては、ピラミッド状や溝のよ
うな凹凸が形成された基板に、不純物を拡散することに
よって接合を形成し、次いで受光面と裏面に電極をそれ
ぞれ形成することによって完成する。受光面電極の形成
法としては、蒸着法や金属ペーストのスクリーン印刷法
等があるが、低コスト化を要求される太陽電池において
は、金属ペーストのスクリーン印刷法が一般的である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、面方位
に依存しない凹凸の加工法としては、様々な方法が開発
されている。しかしながら、上記の方法には、反射率低
減の効果,コスト,量産性,受光面電極の占有率等に関
して、何らかの問題があるため、低コストの太陽電池を
量産することは困難であった。以下、これについて詳し
く述べる。
【0008】まず、エッチングによる化学的加工におい
て、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングでは、均一
な溝を形成することができず、酸溶液を用いた等方性エ
ッチングでは、エッチングが幅方向にも進行するため、
アスペクト比が低く反射率低減の効果が少ない。さら
に、レジストの塗布工程とパターニング工程というコス
トのかかる工程が必要であることも問題となる。
【0009】次に、レーザビームにより加工する方法
は、溝の形成は1本ずつとなり、量産性に劣ること、多
数のレーザビームを同時に照射するのは、高価なレーザ
加工機を複数台必要とし、コストがかかることが問題と
なる。
【0010】次に、ダイシングマシンによる加工は、コ
スト的には比較的安価であるが、基板表面の溝は1本な
いしは多くとも十数本ずつしか加工されないため、量産
性の点で十分とはいえない。
【0011】さらに、ダイシングマシンにより加工する
方法では、溝の凹部に沿っての金属ペーストの広がり
や、溝の凸部での金属ペーストの断線が発生しやすいと
いう問題がある。これは、ダイシングマシンにより加工
する方法では、溝が基板全面に形成され、電極直下にも
溝が形成されるためである。電極直下の表面に凹凸があ
る場合には、スクリーン印刷法による電極形成の際に、
金属ペーストが溝の凹部に沿って広がり、そのため、印
刷可能な最小印刷線幅は表面が平坦な場合に比べ太くな
る。その結果、電極占有率は表面が平坦な場合に比べて
増加し、短絡電流が減少する。また、電極面積の増加に
伴って、電極の拡散層への接触面積も増加し、電極近傍
における再結合が増加するため、開放電圧が低下する。
一方、溝の凸部では金属ペーストの断線が発生しやす
く、この場合には曲線因子が大きく低下する。
【0012】上述のように、表面への溝状の凹凸部の形
成は表面反射の低減には大きな効果があり、その加工法
としては、様々な方法が開発されているが、実際には、
コストの増加や、量産性に劣ることなどの問題がある。
また、電極直下にも凹部が形成された場合には、受光面
電極ペーストの凹部への広がりによる占有率増加等の問
題点がある。そのため、表面への凹凸部加工が量産工程
に導入された例はない。
【0013】本発明の目的は、上記問題点を解決し、面
方位に依存しない、溝状の凹凸部の形成による表面反射
の低減によって、短絡電流を向上させた太陽電池を、量
産性に富む方法で製造する方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明による光電変換素
子の製造方法は、半導体基板の受光面側表面へ複数の凹
凸部を超音波加工法で形成し、さらに、この表面加工に
おいて、反射率低減のための凹凸部の形成を電極形成部
分でない部分に限定し、電極形成部分は溝を形成せず平
面のまま残すか、あるいは平坦な底面をもつ凹部を同時
に形成する。
【0015】
【作用】超音波加工法では、加工物を面状に一度に加工
することができる。したがって、多数の凹凸部を同時に
加工することができる点で、低コストで量産性に富む方
法である。また、受光面側表面の受光部分に溝を形成
し、同時に電極形成部分に、平面のまま残される部分、
または平坦な底面を持つ受光電極形成用の溝を形成する
ことができる。そのため、溝の凹部への受光面電極ペー
ストの広がりによる占有率増加等の問題は生じない。
【0016】
【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
また、比較のため従来例についても示す。
【0017】図1は、本発明により製造した多結晶シリ
コン太陽電池の斜視図である。P型多結晶シリコン基板
11の表面に後述の図2に示すような超音波加工機によ
り複数の溝12を形成する。
【0018】図2は超音波加工機の構成の説明図であ
る。超音波加工機は超音波発振機21,超音波振動子2
2,コーン23,ホーン24,工具25,スラリー(砥
粒を含む加工液)26を供給する砥粒供給装置27およ
び加工テーブル28等からなり、加工テーブル28上に
P型多結晶シリコン基板29が固定される。超音波加工
の原理は、超音波発振機21で発生した高周波を超音波
振動子22にかけて、周波数20〜40KHz、振幅数
μmの超音波振動を発生させる。これを半波長共振する
コーン23およびホーン24を用いて、工具25の先端
で振幅5〜100μmとなるよう振幅拡大する。P型多
結晶シリコン基板29と工具25の先端の間には、スラ
リーを流し込み、工具25に加工圧をかけてP型多結晶
シリコン基板29に押し当てると、砥粒が振動してシリ
コン基板の表面を破砕し、表面は工具25の形状に加工
される。
【0019】図3は、工具25の先端の加工面の概略の
斜視図であり、図4〜図6は図3の○印の部分の各種の
形状の拡大図である。工具25は、たとえば100mm
角の多結晶シリコン基板を加工できる寸法のものを用い
た。
【0020】図4は、溝の断面形状がU字状となるよ
う、工具25先端に、幅40μm、ピッチ100μmで
多数の微小なU字状の突起41を加工した。また、電極
形成部分は加工されずに残るよう、電極の寸法に合わせ
て、2.5mmのピッチで、150μm幅の切欠き42
を入れ、さらに図示されないが、主電極形成部分は1.
5mmの幅で、工具に切欠きを入れた。
【0021】加工条件として、周波数25〜30K
Z 、発振機出力300〜500W、工具先端での振幅
5〜15μm、加工圧0〜50gfとし、砥粒はボロン
カーバイドあるいはダイヤモンドで粒度が♯500〜♯
1000のものを用い、加工液としては純水を用いた。
【0022】以上の条件で加工を行なったところ、1枚
あたりの加工時間が15秒から2分の時間で、基板上に
深さ50〜100μmの所望形状の溝を加工することが
できた。さらに、電極形成部分は上面を平坦に残すこと
ができた。加工後の溝の寸法は工具の寸法に比べて5〜
20μm程度大きく形成された。これは砥粒の大きさに
よるものである。
【0023】従来例においては、溝はダイシングマシン
によって形成した。このとき、前記の実施例に対応させ
るため、ダイシングマシンのブレードの厚みを50μ
m、溝の深さを70μm、溝のピッチを100μmとし
た。溝のピッチは100μmであるため、100mmの
角の基板へは1000本の溝を形成した。カットスピー
ドを比較的高速である約100mm/sとしたが、ダイ
シングマシンに装着できるブレードは1枚であったの
で、基板1枚当りの加工時間は約20分であった。
【0024】以上の工程によってU字状の溝を形成した
基板を洗浄した後、加工時のダメージ層を除去するた
め、フッ酸と硝酸の混合液によって基板のエッチングを
行なった。
【0025】次に、図1に示されるように、このように
して溝を形成されたP型多結晶シリコン基板11の表面
に、POCl3 を用いたガス拡散によって、N型の拡散
層13を形成し、その表面にパッシベーション層14と
して熱酸化法により薄い熱酸化膜を形成した。その上
に、反射防止膜15として常圧CVDによって酸化チタ
ン膜を形成した。次いでエッチングによって裏面の不要
な拡散層を取り除いた後、BSF層16および裏面電極
17をAlペーストを印刷・焼成することによって形成
した。次いで銀ペーストをスクリーン印刷法によって受
光面に印刷し、これを乾燥・焼成することによって受光
面電極18とした。この際に、銀ペーストは、溝が形成
されていない平坦部19に印刷を行なった。以上の工程
によって本発明による太陽電池素子が完成した。
【0026】本実施例により作製した太陽電池の光電変
換特性を、従来例により作製した太陽電池の特性と合わ
せて次の表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】本実施例により作製した太陽電池は、従来
例により作製した太陽電池に比べると、短絡電流,開放
電圧,曲線因子ともに向上しており、これは、電極の占
有率および接触面積の低減がなされ、かつペーストの断
線等が発生していないことを示すものである。
【0029】図5は、工具先端のU字状の突起51の形
状,幅,ピッチは図4に示されるものと同様であるが、
基板の電極形成部分には底面が平坦な溝が加工されるよ
うに、電極の寸法に合わせて、工具に2.5mmのピッ
チで、150μm幅の凸部分52を加工し、さらに図示
されない主電極形成部分は1.5mmの幅で凸部分を加
工した。
【0030】前述の実施例と同様の条件で加工を行なっ
たところ、1枚当りの加工時間が15秒から2分の時間
で、基板上に深さ50〜100μmの所望形状の溝を加
工することができ、さらに、電極形成部分は底面が平坦
な溝を加工することができた。この後、前述の実施例と
同様の工程によって、太陽電池を作製した。ただし、受
光面側電極を形成する際には、銀ペーストは、底部が平
坦な溝が形成された部分に印刷を行なった。本実施例に
おいても、前述の実施例と同様に従来より短絡電流,開
放電圧,曲線因子ともに上回る特性を得た。
【0031】図6は、溝の断面形状がV字状となるよ
う、工具先端に、先端角度50°、ピッチ100μmで
多数の微小なV字状の突起61を加工した。電極形成部
分が加工されずに残るように、電極の寸法に合わせて、
2.5mmのピッチで、150μm幅の切欠き62を入
れ、さらに図示されない主電極形成部分は1.5mmの
幅で工具に切欠きを入れた。前述の実施例と同様の条件
で加工を行なったところ、1枚当りの加工時間が30秒
で、基板に深さ50〜100μmの所望形状の溝を加工
することができ、さらに、電極形成部分は、上面が平坦
になるように残すことができた。この後前述の実施例と
同様の工程によって、太陽電池を作製した。この場合も
同様に従来例より短絡電流,開放電圧,曲線因子ともに
上回る特性を得た。
【0032】前述の実施例は多結晶シリコン基板の場合
について述べたが、単結晶シリコン基板または他の半導
体基板の場合にも応用できる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板に、反射低
減のための表面の凹凸を、基板の面方位に依存せず、し
かも安価な装置を用いて高速で形成することができ、そ
の結果、量産プロセスにおいて従来より高効率の太陽電
池を得ることができる。なお、ここでは実用性の観点か
ら表面の凹凸としては、断面がU字状やV字状の溝を例
として説明したが、工具の加工により、その他の断面形
状の溝や、ピラミッド状の凹凸なども高速で加工でき、
表面反射率の低減に効果があることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により製作した太陽電池の一例の斜視図
である。
【図2】超音波加工機の構成図である。
【図3】超音波加工機の工具の先端の斜視図である。
【図4】工具加工面の一部の拡大図である。
【図5】工具加工面の一部の拡大図である。
【図6】工具加工面の一部の拡大図である。
【符号の説明】
11 P型多結晶シリコン基板 12 溝 13 N型拡散層 14 パッシベーション層 15 反射防止膜 16 BSF層 17 裏面電極 18 受光面電極 19 平坦部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−350114(JP,A) 特開 平5−235385(JP,A) 特開 昭64−13774(JP,A) 特開 昭63−274186(JP,A) 宮下 欣也,“超音波加工−音波で穴 明け”,ニューセラミックス,平成5年 8月,第6巻,第8号,p.43−47 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の受光面側表面に、複数の凹
    凸部を超音波加工法で形成する光電変換素子の製造方法
    であって、 凹部を受光面側表面の電極形成部分でない部分に形成
    し、電極形成部分は凹部を形成せず平面のまま残すこと
    を特徴とする光電変換素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板の受光面側表面に、複数の凹
    凸部を超音波加工法で形成する光電変換素子の製造方法
    であって、 底面が平坦でない凹部を受光面側の表面の電極形成部分
    でない部分に形成し、電極形成部分は平坦な底面を持つ
    凹部を同時に形成することを特徴とする光電変換素子
    の製造方法。
JP5328337A 1993-12-24 1993-12-24 光電変換素子の製造方法 Expired - Fee Related JP2981098B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5328337A JP2981098B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 光電変換素子の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5328337A JP2981098B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 光電変換素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07183556A JPH07183556A (ja) 1995-07-21
JP2981098B2 true JP2981098B2 (ja) 1999-11-22

Family

ID=18209113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5328337A Expired - Fee Related JP2981098B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 光電変換素子の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2981098B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020072736A (ko) * 2001-03-12 2002-09-18 (주)솔라사인 결정질 실리콘 태양전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宮下 欣也,"超音波加工−音波で穴明け",ニューセラミックス,平成5年8月,第6巻,第8号,p.43−47

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07183556A (ja) 1995-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3271990B2 (ja) 光起電力素子及びその製造方法
US7875794B2 (en) Semiconductor wafer processing to increase the usable planar surface area
US5704992A (en) Solar cell and method for manufacturing a solar cell
US7128975B2 (en) Multicrystalline silicon substrate and process for roughening surface thereof
US6534336B1 (en) Production method of photoelectric conversion device, and photoelectric conversion device produced by the method
WO2002075816A1 (fr) Pile solaire et son procede de fabrication
US20120006409A1 (en) Thin Silicon Sheets for Solar Cells
WO2005117138A1 (ja) 太陽電池用半導体基板とその製造方法および太陽電池
WO2009133607A1 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
JP3695932B2 (ja) 凹凸基板の製造方法
JP4339990B2 (ja) シリコン基板の粗面化法
JP2981098B2 (ja) 光電変換素子の製造方法
US20130330871A1 (en) Methods for texturing a semiconductor material
JP3602323B2 (ja) 太陽電池の製造方法
JP2007142471A (ja) 太陽電池の製造方法
JP2014239085A (ja) 太陽電池素子およびその製造方法
JPH03276682A (ja) 半導体装置
Willeke et al. Mechanical wafer engineering for semitransparent polycrystalline silicon solar cells
JP3872305B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2005136062A (ja) 太陽電池の製造方法
JP2006279071A (ja) 太陽電池及び太陽電池の製造方法
JP2002329710A (ja) シリコン基板の粗面化法
JP2001223373A (ja) 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換装置の製造装置
AU2013201557A1 (en) Process for decreasing the reflectivity of a semiconductor material

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990907

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees