JP3823166B2 - Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method - Google Patents

Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method Download PDF

Info

Publication number
JP3823166B2
JP3823166B2 JP25739998A JP25739998A JP3823166B2 JP 3823166 B2 JP3823166 B2 JP 3823166B2 JP 25739998 A JP25739998 A JP 25739998A JP 25739998 A JP25739998 A JP 25739998A JP 3823166 B2 JP3823166 B2 JP 3823166B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
etched
electrolytic
layer
semiconductor layer
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
JP25739998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11162931A (en
Inventor
博文 一ノ瀬
雪絵 上野
勉 村上
一平 沢山
雅哉 久松
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP25739998A priority Critical patent/JP3823166B2/en
Publication of JPH11162931A publication Critical patent/JPH11162931A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3823166B2 publication Critical patent/JP3823166B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

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

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解反応を利用して部分エッチングやパターンエッチングを行なう方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、金属や透明導電膜のエッチング方法としては、例えば特開昭55−108779号公報、米国特許4419530号明細書等に開示されているような化学エッチング法がある。これは、まず、シルクスクリーン印刷あるいはフォトレジストによりポジパターンを形成し、その後、ネガ部(露出部)に相当する金属や透明導電膜を、塩化第2鉄溶液や硝酸などのエッチング液で処理する方法である。
【0003】
しかし、化学エッチング法においては、被エッチング物にレジストの塗布、剥離などといった処理が必要であり、工程が複雑化し、処理コストが増大する。また、被エッチング物の種類によっては反応速度が小さいため長い処理時間が必要であった。また、非接触処理ができないため、歩留まりが低下するという問題もあった。
【0004】
一方、電解反応を利用する場合、部分エッチングやパターニングを行なうためには、被エッチング物にレジストを塗布し、露光、硬化してパターンを得る前処理の後、電解エッチングを行なっていた。ここでは、エッチング後に、使用したレジストを剥す必要がある。例えば特開昭62−290900号公報には、導電膜上にレジストパターンを密着させ、塩酸水溶液に浸漬させ、通電し、レジスト以外の部分をパターニングし、レジスト剥離してエッチングを完了する方法が開示されている。具体的には、平板の電極を対向極とし、電解液中で、電源により電解処理を行ない、被エッチング物に所望のパターンを形成する。
【0005】
しかし、かかる方法においては、電解時には非接触による処理が可能であるが、前処理のレジスト塗布、後処理のレジスト剥離が必要な点で化学エッチング同様、前工程や後工程において、完全には非接触処理ができず、処理コストが削減できないことや、工程が多く、歩留まり低下の問題が存在する。また、電解時に発生する気泡がレジストパターンに滞留するとパターニングが精密にできないという問題がある。
【0006】
また、被エッチング物側にレジストパターンの前処理を行なわない方法としては、特開平5−93300号公報に、プローブ電極を先端開口を有するキャピラリー中に挿入し、この先端開口の周辺面と作動極としての加工対象固体表面との間に小さなギャップを置き、該先端開口部を通して電解液を流動させつつ電解を行なう方法が開示されている。
【0007】
しかし、かかる方法においては、前処理なしに被エッチング物に対し、非接触でパターニング処理が可能であるが、ピンポイントエッチング技術のため、液の平面方向への広がりのためパターン制御が難しいという問題がある。また、広範囲のパターニングに適用するにはエッジ部のダレや処理時間が長くなってしまう問題がある。更に被エッチング物や電解液の種類によっては電解時に発生する気体の量が多く、反応初期に発生した気体が泡となって被エッチング物と電極間に滞留してしまう。そのため、滞留した泡がある部分では電解反応が阻害されるためパターニングラインの断線やかけなどが生じる問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決し、被エッチング物に対して非接触にて、低コストで工程も少なく処理時間を削減でき、更にパターニング精度を向上できる電解エッチング方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属や透明導電膜の電気化学的反応による還元、酸化、溶解現象を利用したエッチング方法について鋭意検討した結果、エッチング精度を向上させる条件を見出し、更に剥離などの副作用を生じずに長期的に安定な処理が行なえるエッチング方法について、本発明者らが得た知見に更に詳細な検討を加えて完成したものである。
【0010】
その骨子は、被エッチング物とエッチング電極の間で電気化学的な反応によりエッチング処理を行い、パターニングを行う際に、被エッチング物が半導体層上に設けられた導電層であり、電解液がルイス酸またはルイス塩基を含む水溶液であって、該電解液の表面張力を低下させる添加物質としてポリエチレングリコール又はポリプロピレングリコールを含有し、被エッチング物に対する電解液の接触角70°以下であるため、電解時に発生する泡の影響を制御することができる。その結果、パターニングラインの断線やかけなどのエッチング不良の問題が解消される。更に、光起電力素子の製造にも利用でき、特性、歩留まり、信頼性の高いものを作製することが可能となる。
【0011】
【作用】
本発明はこれらの知見に基づいて完成したものであり、以下では本発明の作用について説明する。
【0012】
電解液の表面張力を低下させ、被エッチング物に対する電解液の接触角を70°以下、好ましくは10°〜70°に調整することにより、電解反応により気体が大量に発生して泡が大きくなって滞留することを防ぐことができ、また、逆に泡が微細化しすぎて凝集しやすくなりその泡の凝集体が滞留することを防ぐことができる。
【0013】
被エッチング物とエッチング電極間で電気化学反応をさせる場合に、電解液の表面張力を低下させることにより、発生する気体による泡を破泡又は抑泡することができ、大きな泡が被エッチング物と電極間のいずれかの部位に滞留することを制御することができる。その結果、電解エッチングを効果的に行なうことが可能となる。
【0014】
添加物質を電解液の全体の重量分に対して0.01%〜10%の重量分含有させることにより泡の滞留を制御しながら、電解反応を阻害せず、電解エッチングによる良好なパターニングが可能となる。
【0015】
表面張力を低下させる物質としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アセチレンアルコール、エタノールおよびそれらの共重合体、界面活性剤のうち少なくとも1種類を電解液に添加することにより効果的に表面張力を低下させることができる。その結果、泡の滞留を抑制することができる。
【0016】
電解エッチング処理とパターニング加工を組み合わることにより処理液の温度などの影響を受けず、処理速度が高い加工が可能になる。
【0017】
電解エッチングとマスクエッチングを組み合わせることにより曲線などを含むパターニングが可能になる。
【0018】
エッチング電極を所望のエッチングパターンに形成することにより、非接触によるパターニングが可能になる。
【0019】
電解液にルイス酸またはルイス塩基を含有させ、電子対の授受を行なうことで電荷のキャリアーとなるため、多くの水素イオンを発生することなく、電解反応を促進することができ、ひいては、エッチング時に問題となる気泡の発生を低減することができる。
【0020】
電解液を水溶液とすることにより、揮発性が低く、蒸発などの影響を受け難く連続工程が容易に行なえる。
【0021】
エッチング電極と被エッチング物の間に直流、パルスまたは交番電流を流すことにより線幅の制御や処理時間の制御が可能となる。
【0022】
エッチング処理後被エッチング物の水洗浄及び加熱処理を行うことにより、添加物質が被エッチング物と反応することがなく、剥離などの副作用が生じることがない。
【0023】
被エッチング物を透明導電膜を堆積した基板とすることにより本発明の電解エッチングを太陽電池、感光装置、光放出装置、液晶ディスプレイ等の各種装置の製造に利用することができる。
【0024】
被エッチング物を金属層、透明導電膜の少なくとも一方を有する光起電力素子用基板とすることにより、精密かつ精度の高いパターニングが得られ、外観、特性、信頼性の高い光起電力素子が得られる。
【0025】
被エッチング物を、基板上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられた導電層を有する光起電力素子とすることにより、精度の高いエッチングが可能なため、性能の高い光起電力素子の製造が可能になる。
【0026】
本発明の電解エッチング方法により短絡路周辺の導電層を還元することにより選択的に短絡路の上の導電層をエッチングでき、光起電力素子の性能を回復できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施態様例を説明する。
【0028】
(パターニング加工)
本発明の電解エッチング方法をパターニング加工を例にとり説明する。
【0029】
本発明における電解エッチング方法では、種々の電解液を用いることができ、室温で反応が進み、外部から熱を供給する必要がない。電解に際して、気体発生と同時に被エッチング物の構成成分が還元または酸化反応によりイオン化し、電解液中に溶け出す。
【0030】
電解エッチングによりパターニングするためには被エッチング物にレジストを塗布してマスクを形成し、マスクのない部分をエッチングする方法、もしくは、電極側をパターニングのための形状に予め形成し、電気力線を制御して所望のパターニングラインを形成する方法がある。
【0031】
図1a)はマスクを被エッチング物に形成して電解エッチングを行う方法を示している。ここで、101は被エッチング物、102はマスク、103はエッチング電極、104は電解液、105は電源、106は電圧、電流、時間などの条件を制御するコントローラー、107は電解槽を示す。ここでは、非マスク部のみ電解反応によりエッチングパターニングが可能となる。
【0032】
図1b)は、電極側をパターニングして、更にギャップを設けて電解エッチングを行う方法を示している。ここで、エッチング電極103には、厚さ1mmのシリコーンゴムシートをパターニングカットしたものをギャップ110として設けている。
【0033】
図1c)は電極側をパターニングして更に補助極を形成して電気力線を制御して電解エッチングを行う方法を示している。エッチング電極111は作用極112と補助極113とを有し、それぞれの極でパターンを形成している。作用極112と補助極113の間には絶縁材114が設けられている。
【0034】
エッチング電極と被エッチング物の間に流す電流は、特に限定されないが、直流、パルスまたは交番電流を適宜選択して流すことにより線幅の制御や処理時間の制御が可能となり好ましい。
【0035】
また、エッチング処理終了後、被エッチング物の水洗浄及び加熱処理を行うことにより、電解液に含有される物質が被エッチング物に残存して反応することがなく、特に被エッチング物が複合多層薄膜である場合に、層の一部が浸食されて剥離が生じるなどの副作用が生じることがなく好ましい。
【0036】
被エッチング物としては特に限定されないが、透明導電膜を堆積した基板、金属層、透明導電膜の少なくとも一方を有する光起電力素子用基板、少なくとも基板上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられた透明電極層とを有する光起電力素子等が挙げられる。
【0037】
従来、図1a)〜c)のいずれの方法でも電解エッチングの際に発生する気体が泡となり部分的に滞留する。
【0038】
図1a)では被エッチング物101に形成したマスク102のエッジに泡が滞留する。ここでは、エッチングの初期段階に発生した泡の影響によりエッチング完了までに均一性が得られないという恐れがある。
【0039】
図1b)、図1c)ではパターニングされた電極側に泡が滞留する可能性があり致命的である。
【0040】
すなわち、図1b)では電解反応により被エッチング物のエッチングを行った後、次の被エッチング物をエッチングする際に電極103のパターニングされた部分とギャップ110の隙間の部分に泡が滞留する。すなわちエッチング電極103と被エッチング物101の間に泡が滞留するため、そこでは電気化学的反応は進行しない。そのため、パターニングラインが不均一になり、泡の滞留が多い場合ラインの断線の発生もあり得る。この現象はエッチングの処理枚数を重ねることにより泡の滞留量が蓄積されて影響が顕著になる。
【0041】
図1c)では図1b)同様にエッチング電極側に泡が滞留する。ここでは作用極112の部分に泡が付着する形で滞留した場合、電気力線が所望のパターン通りに制御できなくなり、パターニングラインの不均一化、断線の発生を引き起こす。いずれの場合も超音波発生器や液の循環、ワイパー等による泡の除去が可能であるが気体の発生量によってはその効果は十分ではない。また、パターンが複雑になるほどパターンのエッヂ部(かど)に泡が滞留しやすい。
【0042】
本発明によれば、ここで問題となる電解反応時に発生する気体による泡の滞留を抑制または防止することが可能となる。
【0043】
本発明の電解エッチング方法においては、電解液の被エッチング物に対する接触角が70°以下、好ましくは10°〜70°である。電解液の被エッチング物に対する接触角が70°以下であれば、電解液の表面張力が低下して消泡性を示し、10°以上であれば、微細な泡が集合して凝集となって除々に滞留することがなく、連続的に安定したパターニングをすることができる。
【0044】
電解液には、表面張力を低下させる添加物質(添加剤)を含有させることが好ましい。かかる添加物質の含有により、電解液に、一度生成した泡を破壊する破泡性、電解液中での泡の生成を抑制する抑泡性をもたせることができ好ましい。
【0045】
添加物質の含有量は、電気化学的反応を阻害せずに安定して効果を維持するためには、電解液の全体の0.01wt%〜10wt%とすることが好適である。
【0046】
添加剤としては電解液への拡張性(分散性)が高く、表面張力が小さいものを選ぶことにより破泡性を示すことができる。また、電解液への溶解性が小さく表面張力が小さいものを選ぶことにより抑泡性を示すことができる。すなわち、より効果的な添加剤としては、表面張力が小さく、拡張性(分散性)が大きく、溶解性が小さいものである。
【0047】
電解液として酸または塩基、またはその水溶液を用いる場合、添加剤の選択が必要である。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールである添加剤は、1種または2種の混合系で用いられ、その形態としては液状あるいは固体でもよいが、電解処理の後処理で被エッチング物への残存などの影響を考えると溶解性の高い液状のものが望ましい。
【0048】
また、光起電力素子基板などの半導体素子を処理するには基板表面への残存がないことが必要である。すなわち、複合多層薄膜となっている場合には添加剤が残存すると、層の一部が浸食されて剥離が生じるなどの問題が発生する恐れがあるからである。
【0049】
具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アセチレンアルコール、エタノール又はこれらの共重合体及び界面活性剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種が有効である。中でもポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールは揮発性が低いため長期的な連続処理を行なう場合でも電解処理中に蒸発して効果が消失することがなく好適である。
【0050】
ここで、電解液は電気化学反応を起こさせるための媒体となるためのものであり、ルイス酸またはルイス塩基を含む水溶液を用いることができる。
【0051】
ここで電解液にルイス酸またはルイス塩基を含有させ、電子対の授受を行なうことにより電荷のキャリアーとすることにより、多くの水素イオンを発生することなく、電解反応を促進することができ、ひいては、エッチング時に問題となる気泡の発生を低減することができ、好ましい。電解液に含有させるルイス酸、ルイス塩基として具体的には硫酸、硝酸、塩酸、アンモニア等の酸や塩基、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、塩化錫、塩化第二鉄、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の塩を溶媒に溶解したものが用いられる。
【0052】
また、電解液を上記の酸や塩基、または塩の水溶液とすることにより、揮発性が低く、蒸発などの影響を受け難く、連続工程が容易に行なえ、好ましい。
【0053】
(光起電力素子の製造)
本発明の電解エッチング方法により透明電極層等の半導体層上に設けられた導電層をエッチングすることにより、光起電力素子を製造することができる。
【0054】
本発明で製造できる光起電力素子の一例を図3に示す。図3はアモルファス太陽電池300を示し、太陽電池300は入射する光の吸収に反応して電流の流れを発生するn−i−p接合を有する複数の半導体層303、313及び323を有する。なお、303はボトムセル、313はミドルセル、323はトップセルである。301は太陽電池本体を支持する基板、302は下部電極層、304は透明電極層、305は集電電極として用いられるグリッド電極を示す。図3は基板と反対側から光入射するアモルファスシリコン系太陽電池であるが、本発明で製造される光起電力素子は特定の構造もしくは形状の光起電力素子に限定されるものではない。
【0055】
以下、各構成要素について説明する。
【0056】
<基板301>
基板301は、アモルファスシリコンのような多層薄膜の構成による太陽電池の場合の半導体層303、313、323を機械的に支持する基板であり、また同時に電極として用いられる場合もある。基板は導電性の基板、例えばステンレス基板、錫金属箔等の金属部材、または、ガラスや合成高分子樹脂等の絶縁性の基板、もしくは絶縁性の基板上の少なくとも一部分に導電性膜を堆積したものを用いる。
【0057】
<下部電極層302>
下部電極層302は、半導体層303、313、323が発生した電力を取り出すための一方の電極である。基板302として導電性基板を用いる場合には下部電極層302は必須ではない。半導体層303に対してはオーミックコンタクトとなる仕事関係を持つことが要求される。下部電極層の表面を光の乱反射を起こさせるためにテクスチャー化してJscを向上させても良い。
【0058】
下部電極層302の材料としては、例えば、Al、Ag、Pt、ZnO、In23、ITO(インジウム錫酸化物)、AlSi等の金属体または合金及び透明導電性酸化物(TCO)等が用いられる。
【0059】
下部電極層302の作製法としては、メッキ、蒸着、スパッタ等の方法を用いることができる。
【0060】
ここで、下部電極層302が、導電性が高く、反射量の高い金属層または金属合金の層を含むことが、光起電力素子の特性向上には重要である。ただし、金属層と半導体層303を直接に積層するとその界面でアロイ化し、シリーズ抵抗を増加させるおそれがあるため、基板301上に金属層または金属の合金層、透明導電性酸化物層を順次積層した構成が好適に用いられる。
【0061】
<半導体層303,313,323>
半導体層としては、アモルファスシリコン系太陽電池を例に挙げると、i層を構成する半導体材料としては、a−Si,a−SiGe,a−SiC等のいわゆるIV族及びIV族合金系アモルファスシリコン半導体が挙げられる。p層またはn層を構成する半導体材料としては、前述したi層を構成する半導体材料に価電子制御剤をドーピングすることによって得られる。p型半導体を得るための価電子制御剤としては第III族の元素を含む化合物が用いられる。第III族の元素としては、B,Al,Ga,Inが挙げられる。n型半導体を得るための価電子制御剤としては第V族の元素を含む化合物が用いられる。第V族の元素としてはP,N,As,Sbが挙げられる。
【0062】
アモルファスシリコン半導体層の成膜法としては、蒸着法、スパッタ法、RFプラズマ法、マイクロ波プラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法等の公知の方法を所望に応じて用いる。また、大面積のものを得るためにロールツーロール法で基板を連続的に搬送して成膜する方法が用いられる。
【0063】
本発明は、半導体接合を1層有するセルの製造のみならず分光感度や電圧の向上を目的として半導体接合を2層以上積層するいわゆるタンデムセルや図3に示したようなトリプルセルの製造にも用いることができる。
【0064】
<透明電極層304>
透明電極層304は、半導体層303、313、323で発生した起電力を取り出すための電極であり、前記下部電極層302と対をなすものであり上部電極とも呼ばれる。透明電極層はアモルファスシリコン系太陽電池のようにシート抵抗が高い半導体の場合に必要である。また、光入射側に位置するため、透明であることが必要である。
【0065】
透明電極層304は、太陽や蛍光灯等からの光を半導体層303,313,323内に効率良く吸収するために光の透過率が85%以上であることが望ましく、さらに、電気的には光で発生した電流を半導体層303,313,323に対し平行方向に流れるようにするために、シート抵抗を低くすることが必要であり、好ましくは100Ω/□以下が良い。
【0066】
このような特性を備えた材料としてSnO2,In23,ZnO,CdO,CdSnO4,ITO等の金属酸化物が挙げられ、これらは透明電極層304の材料として好適に用いられる。
【0067】
<集電電極305>
集電電極305は、半導体層303、313、323で発生した起電力を前記透明電極層304により取り出し、更に集電するものである。集電電極305は櫛状に形成され、透明電極層304のシート抵抗の大きさから好適な幅やピッチ等が設計決定される。集電電極305は太陽電池の直列抵抗にならないように、比抵抗が低いことが要求される。
【0068】
集電電極305の形成方法としては、具体的には、Ag,Ni,Al,Ti,Cr,W,Cu等の金属を粉末にしてポリマーのバインダー、溶剤と混合しペーストとし、スクリーン印刷法により形成する方法、蒸着法により直接形成する方法、半田法、メッキ法、また、前記金属をワイヤ状にして敷設する方法などが挙げられる。
【0069】
(光起電力素子の欠陥処理)
図5に欠陥処理した光起電力素子500の断面図を示す。図5において、501は基板、502は下部電極層、503はボトムセル、513はミドルセル、523はトップセル、504は透明電極層、505は集電電極(グリッド電極)、506は欠陥部、507は高抵抗化された部分である。
【0070】
一般に堆積される半導体層503,513,523の厚みの合計はおよそ4000Åの薄膜層である。このため、上下からの突起や異物等が存在する場合、十分に堆積により覆うことは困難となる。
【0071】
例えば、基板501にステンレススチールを用いて、その上に半導体層503,513,523を連続的に堆積する場合、基板501表面を平滑に処理をしたとしても、突出やくぼみ、歪みを全くなくすことは困難である。また、連続成膜中の搬送中に基板501裏面側から機械的な打痕や傷が少なからず生じてしまう。このため、1μm以上の凹凸や半導体層503,513,523への機械的ダメージにより欠陥部が発生する。
【0072】
例えば、基板501表面から突起の高さが大きいと基板501乃至下部電極層502が半導体層503,513,523により覆われず、基板501乃至下部電極層502上に透明電極層504が直接積層され接触してしまいシャントやショートが生じる。また、半導体層503,513,523の成膜時にダスト等が堆積した場合、半導体層503,513,523の未成膜部が形成されたり、剥れが生じ、ピンホールの原因となるばかりか、透明電極層504が下部電極層502乃至基板501上に直接積層されシャントやショートが生じる。
【0073】
これらの欠陥の存在は低照度における電圧特性に影響する。すなわち、光起電力素子の光起電流は照明が強くなると共に直接的に増加するが、その結果得られる起電圧は指数的に増加する。すなわち、起電圧は照度が強い場合、極端には明るさが100mW/cm2程度の強い光源下では、欠陥の程度に係わらず殆ど差がでないが、照度が下がるにつれて欠陥のあるものとないものの差が現れる。この傾向は照度1000Lux以下からより顕著になる。このため、室内や太陽光が集まりにくい環境では欠陥による影響を排除することが重要である。
【0074】
本発明の欠陥処理方法によると、光起電力素子500中の半導体層503、513、523の欠陥部506の上にある透明電極層504の一部に高抵抗化された部分507を形成することによって欠陥部506への電流経路が塞がれる。この際、透明電極層504の高抵抗化は欠陥部506の近傍でのみ行なわれるため、透明電極層504の抵抗率自体は増加せず、そのため、光起電力素子全体の直列抵抗は増加しない。
【0075】
図6に本発明の欠陥処理装置の一例を示す。600は光起電力素子、601は基板、602は下部電極層、603は最上層(図では左側)にp層が堆積された半導体層、604は透明電極層、606は欠陥部、617は電解槽、614は電解液、613は対向電極(エッチング電極)、615は電源を示している。
【0076】
本発明においては、前述した図5における高抵抗な部分507の形成は透明電極層604の一部を還元することにより達成される。電解槽617中に光起電力素子600を浸漬し、電源615のマイナス極側に接続し、エッチング電極613をプラス極側に接続する。すなわち光起電力素子600には順方向にバイアス電圧が印加される仕組みとなる。この際、電極間にバイアスが印加されると、電解液614を媒体として、電流が低抵抗率である欠陥部606を通して優先的に流れる。
【0077】
この時陰極側となる光起電力素子600側に発生期水素が生じ、欠陥部606周辺、つまりは欠陥部606の上部に形成された透明電極層604を化学反応させる。すなわち、金属酸化物からなる透明電極層604を還元することになる。この還元反応と同時に反応生成物の電解液614への溶解が始まり、溶解した部分の透明電極層604が欠落した形になり、実質的には透明電極層604を経由して横方向から欠陥に流れ込む漏れ電流の経路が遮断されることになる。この時発生する酸素量は電解液の種類、濃度、更には、透明電極層604の種類や製造条件によって異なる。
【0078】
本発明によれば、欠陥処理時に発生する気泡を少なくさせることができ、高抵抗化された部分を欠陥部分の近傍の上部のみに形成することが可能となる。高抵抗化された部分が非常に小さい範囲で形成されるために、直列抵抗への影響を低減することができ、更には、斑点状の部分は少なく、小さなものとなり、性能面のみならず、外観上にも歩留まりを向上することができる。
【0079】
尚、上記の電解は、電解液中で光起電力素子600に光を照射することによっても行なえる。この際、光によって光起電力素子600が発生する起電圧自体が印加バイアスとなり、照射する光の強度によりバイアス条件をコントロールすることができる。
【0080】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものはない。
【0081】
(実施例1<参考例>
図1c)に示す電解エッチング装置を用いて、透明導電膜のエッチングによるパターニングを行った。
【0082】
本実施例において、エッチング電極111を構成する作用極112としては厚さ0.8mmのPt板を、補助極113としては厚さ2.0mmのSUS304を、絶縁材114としては厚さ0.2mmのガラスエポキシ樹脂板を組み合わせて用いた。この時、電極面(電解エッチング時に被エッチング物101に最も近くなる面)を研磨することによって平滑化した。
【0083】
まず、十分に脱脂、洗浄した31cm×31cm角のSUS304基板を蒸着装置に入れ、ITO膜を750Å堆積して、被エッチング物101を作製した。
【0084】
次に、エッチング電極111と被エッチング物101とを電解装置100にセットした。その際、被エッチング物101のITO膜側とエッチング電極111の平滑化した面とが対向するようにした。また、作用極112を陽極側として、補助極113と被エッチング物101とを陰極側として電源105との接続を行なった。さらに、テフロンからなるつき当てスペーサーを付設して、エッチング電極111と被エッチング物101とのギャップを0.4mmに調整した。
【0085】
電解液107としては硫酸水溶液を用いた。濃度を1.0wt%、電導度を25mS/cmに調整した。添加剤としてはポリエチレングリコールの分子量の400のものを1.0wt%添加して十分に撹拌した。電解液の被エッチング物101表面に対する接触角を濡れ性側定器(CONTACT−ANGLE・METER、協和界面科学株式会社製)を用いて測定したところ56°であった。電源105としては直流電源を用いた。コントローラ108を用いて20Aの定電流を0.2秒流すように調整し、電解処理を行なった。同様にして100サンプルのエッチング処理を行なった。電解中、被エッチング物101表面から気体の発生が観察された。電解処理後、エッチング電極111表面のパターニングされた凹凸面を横から観察したが泡の滞留は確認されなかった。
【0086】
その後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で洗浄、乾燥した後、光学顕微鏡で観察したところ、30cm×30cm角、ライン幅0.2mmの一様なパターニングがされていた。また、パターニングのエッチ部(かど)にもかけなどのエッチング不良は見られなかった。
【0087】
(比較例1)
比較のため、電解液107に添加剤を加えないこと以外は実施例1と同様にして、透明導電膜のエッチングによるパターニングを行なった。
【0088】
電解液の接触角を測定したところ87°であった。電解中の被エッチング物101表面からの気体の発生を観察したところ、非常に大きな気泡が多数発生していることが観察された。更に、電解処理後、エッチング電極111表面のパターニングされた凹凸面を横から観察したところエッチング回数を重ねて行くうちに気泡の滞留が増加しているのが明らかだった。
【0089】
その後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で洗浄、乾燥した後、光学顕微鏡で観察したところ、パターニングラインの幅は平均で0.2mm±0.1mmでばらつきが見られた。また、エッチングの回数を重ねて行くうちに一部ラインが形成されていない部分(断線)が見られた。更に、パターニングのエッチ部にかけやまるみが観察された。
【0090】
(実施例2<参考例>
電解液に加える添加剤をポリプロピレングリコールとした以外は実施例1と同様にして、透明導電膜の電解エッチングによるパターニングを100サンプルについて行なった。添加剤として用いたポリプロピレングリコールは分子量400のもので添加量は1.0wt%とした。
【0091】
ここで、電解液107の接触角を測定したところ44°であった。電解処理後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で水洗、乾燥した後、光学顕微鏡で観察したところ実施例1と同様に30cm×30cm角、ライン幅0.2mm±0.05mmの一様なパターニングがされていた。また、パターニングのエッチ部(かど)にもかけなどのエッチング不良は見られなかった。
【0092】
(実施例3<参考例>
電解液に加える添加剤をエタノールとした以外は実施例1と同様にして、透明導電膜の電解エッチングによるパターニングを100サンプルについて行なった。添加剤として用いたエタノールは添加量9.0wt%とした。
【0093】
ここで、電解液107の接触角を測定したところ50°であった。
【0094】
電解処理後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で水洗、乾燥した後、光学顕微鏡で観察したところ実施例1と同様に30cm×30cm角、ライン幅0.2mm±0.05mmの一様なパターニングがされていた。また、パターニングのエッチ部(かど)にもかけなどのエッチング不良は見られなかった。
【0095】
(実施例4<参考例>
電解液に加える添加剤を界面活性剤とした以外は実施例1と同様にして、透明導電膜の電解エッチングによるパターニングを100サンプルについて行なった。
【0096】
添加剤として用いた界面活性剤はフッ素系(RfSO3KRf:Cn2n+1 -構造のもの)の界面活性剤を用い、添加量は0.1wt%とした。
【0097】
ここで、電解液107の接触角を測定したところ28°であった。
【0098】
電解処理後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で水洗、乾燥した後、光学顕微鏡で観察したところ実施例1と同様に30cm×30cm角、ライン幅0.2mm±0.05mmの一様なパターニングがされていた。また、パターニングのエッチ部(かど)にもかけなどのエッチング不良は見られなかった。
【0099】
(実施例5<参考例>
電解処理時に印加する電流をパルス状のものとした以外は実施例1と同様にして、透明導電膜の電解エッチングによるパターニングを100サンプルについて行なった。
【0100】
電源105をパルス電源とし、0.05A、パルス幅0.2秒間のパルス電流を0.1秒間隔で20回印加した。
【0101】
電解処理後、被エッチング物101を電解液107から取り出し、純水で水洗、乾燥した後、光学顕微鏡下で観察したところ、平均で30cm×30cm角、ライン幅0.2mmのエッチングラインが得られた。また、パターニングのエッチ部(かど)にもかけなどのエッチング不良は見られなかった。
【0102】
(実施例6)
図3に示すようなpin接合型トリプルセル構造を有するアモルファス太陽電池を製造する際に、図1−c)に示す電解エッチング装置を用いて透明電極層のエッチングによるパターニングを行なった。詳細を以下に示す。
【0103】
まず、アセトンとイソプロパノールとで十分に超音波洗浄したロール状の厚さ0.15mm、幅360mmのステンレス(SUS430BA)製の基板301をDCマグネロンスパッタ装置に入れ、室温で表面に層厚0.4μmのAgを堆積し、続いてZnOを基板温度350℃で、0.4μm堆積して2層構造の下部電極層302を形成した。
【0104】
次に、DCスパッタ装置から基板を取り出し、以下の方法により、n型半導体層、i型半導体層、p型半導体層の順に成膜し、ボトムセル303を形成した。以下の方法を同様に繰り返してミドルセル313、トップセル323を形成し、半導体層を形成した。
【0105】
減圧できる堆積室(真空チャンバー)内を所定の初期圧力に減圧した。堆積室に原料ガスSiH4,希釈ガスH2を導入し、真空ポンプによって排気した。ここで、p型半導体層とするためにドーパントガスとしてはBF3を(他のドーパントガスを用いることも可能である)n型半導体層とするためのドーパントガスとしてはPH3を用いた(他のドーパンドガスを用いることも可能である)。基板温度はヒーターによってコントロールした。i型半導体層の堆積の際には、マイクロ波電源によって発振されたマイクロ波を、導入管によって導き、誘電体窓(本実施例ではアルミナセラミックスを使用)を介して前記堆積室に導入した。マイクロ波の周波数は2.45GHz、堆積室内の基板温度は300℃、内圧10mTorr、パワーは0.1W/cm3とした。また、n型半導体層、p型半導体層の堆積の際には平板電極にRF高周波を印加した。RF高周波の周波数は13.45MHz、堆積室内の基板温度は200℃、内圧は1Torr、RFパワーは0.01W/cm3とした。
【0106】
層厚は、ボトムセル303では、n型半導体層250Å、i型半導体層1050Å、p型半導体層100Å、ミドルセル313では、n型半導体層600Å、i型半導体層1450Å、p型半導体層100Å、トップセル323では、n型半導体層100Å、i型半導体層1000Å、p型半導体層100Åとした。
【0107】
次に、この半導体層を形成した基板上に、DCマグネトロンスパッタ法を用いて、透明電極層304としてITO膜を形成した(成膜温度170℃、膜厚730Å)。なお、この透明電極層304は反射防止機能を有する。透明電極層304まで形成された基板を以下太陽電池と呼ぶ。
【0108】
次に、360mm×260mmにこの太陽電池基板をカットし、図1−c)に示す電解エッチング装置を用いて、実施例1と同様の方法で透明電極層304に図2に示すパターニングを行なった。201はエッチングラインである。
【0109】
続いて、カーボンペーストを銅線ワイヤーに被覆して5mmピッチに配置し、200℃、1分間加熱圧着することにより、透明電極層304上に集電電極305を形成し、図3に示すような太陽電池300を得た。同様の方法で100個の太陽電池を製造した。これらの太陽電池300の初期特性を以下のようにして評価した。
【0110】
まず、暗状態での電圧電流特性を測定し、原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたところ、平均で100kΩ・cm2で、シャントは生じていなかた。また、エッチング処理を行なった基板表面をXMA装置で分析したところ、添加剤の残渣の元素は確認されなかった。
【0111】
次に、図4−a)に示すように中央部のライン上でプレスカッターで分割して半分の面積の太陽電池400を得た。この分割した太陽電池400のそれぞれのシャント抵抗を測定したところ、平均で98kΩ・cm2であり、分割された後でもシャントが生じていなかった。1.5AMグローバルの太陽光スペクトルで100mW/cm2の光量の疑似太陽光源(SRIRE社製)を用いて太陽電池特性を測定し、光電変換効率を求めたところ、平均で9.0%±0.2%という良好な値が得られた。
【0112】
また、電解エッチングによりパターニングした部分を光学顕微鏡下で観察したところ、断線やエッチング不良はなく、均一なエッチングラインが得られていた。
【0113】
次に、分割された太陽電池400を図4−b)に示すように直列接続した。この時、直列接続には銅箔403を用い右側の太陽電池のプラス側の集電部401、左側の太陽電池のマイナス側のステンレス部402に半田404を用いた。更に、左側の太陽電池の集電部にプラス側の取り出し電極405を、右側の太陽電池のステンレス部にマイナス側の取り出し電極406をそれぞれ半田つけにした。これらの直列化された太陽電池を以下のようにラミネートしてモジュール化した。まず、ガルバリウム鋼板上に両面にEVA(エチレンビニルアセテート)樹脂を有する絶縁フィルム、ガラス不織布、上記太陽電機、EVA樹脂シート、及びフッ素樹脂フィルムを積層し、真空ラミネート装置によって加熱圧着してラミネートした。
【0114】
更に、このモジュール化した太陽電池(以下太陽電池モジュールとする)について日本工業規格C8917の結晶系太陽電池モジュールの環境試験法及び耐久試験法に定められた温湿度サイクル試験A−2に基づく信頼性試験を行なった。
【0115】
まず、太陽電池モジュールを温湿度が制御できる恒温恒湿器に投入し、−40℃と+85℃との間で変化させるサイクル試験を20回繰り返し行なった。試験終了後の太陽電池モジュールの光電変換効率を前記した方法で測定したところ、平均で初期の98.0%の光電変換効率が得られた。また、外観観察によっても、太陽電池の半導体層やラミネート剤の剥離は見られなかった。
【0116】
上述したように、本実施例では、エッチングによりパターニング精度を良好なものにすることができ、初期特性及び信頼性に優れた太陽電池を製造することができる。
【0117】
(実施例7)
図5に示すようなpin接合型トルプルセル構造を有するアモルファス太陽電池を製造する際に、実施例6と同様に図1−c)に示す電解エッチング装置を用いて透明導電膜のエッチングによるパターニングを行なった後、図6に示す欠陥処理装置を用いて欠陥処理を行なった。
【0118】
欠陥処理に用いた電解液は実施例6と同様とし、電解条件は直流電源をシーケンスでコントロールし、4.5Vの直流を2秒間印加した。その後、パターニングされた太陽電池600を電解液614から取り出し、純水で水洗、乾燥した。
【0119】
続いて、カーボンペーストを銅線ワイヤーに被覆して5mmピッチに配置し、200℃、1分間加熱圧着することにより、透明電極層504上に集電電極505を形成し、図5に示すような太陽電池500を得た。同様の方法で100個の太陽電池を製造した。
【0120】
実施例6と同様の方法でこれらの太陽電池500の初期特性を以下のようにして評価したところ、シャント抵抗が平均で698kΩ・cm2、変換効率が平均で9.4%±0.2%という更に良好な値が得られた。また、外観観察によっても極端な斑点状の部分は見受けられなかった。
【0121】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電解エッチング時に発生する気泡の影響を受けず、精密なパターンでも選択性に優れたパターニングを行なうことができる。さらに、エッチング処理工程を簡略化できる。
【0122】
また、本発明によれば、シャントや外観不良等の課題が解決された特性の良好な光電変換素子を提供することができる。
【0123】
また、本発明によれば、電解エッチング処理により光起電力素子の欠陥処理を行うため、非接触且つ光起電力素子にダメージの少ない欠陥処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる電解エッチング装置を示す概略図である。
【図2】図1に示す電解装置を用いてエッチングを行なった際のエッチングパターンの例を示す概略図である。
【図3】本発明を用いて製造した太陽電池の一例を示す模式的な概略断面図である。
【図4】本発明を用いて製造した太陽電池を分割、直列した例を示す模式的な概略図である。
【図5】本発明を用いて欠陥処理を行なった太陽電池の模式的な概略断面図である。
【図6】本発明にかかる欠陥処理装置を示す概略図である。
【符号の説明】
100 電解エッチング装置
101 被エッチング物
102 マスク
103、111、613 エッチング電極
104、614 電解液
105、615 電源
106 コントローラー
107、617 電解槽
110 ギャップ
112 作用極
113 補助極
114 絶縁材
201 エッチングライン
300、500、600 光起電力素子
301、501、601 基板
302、502、602 下部電極層
303、503 ボトムセル
313、513 ミドルセル
323、523 トップセル
304、504、604 透明電極層
305、505 集電電極
400 分割された太陽電池
401 プラス側の集電部
402 マイナス側の集電部
403 銅箔
404 半田
405 プラス側の取り出し電極
406 マイナス側の取り出し電極
506、606 欠陥部
507 高抵抗化された部分
603 半導体層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of performing partial etching or pattern etching using an electrolytic reaction.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for etching a metal or a transparent conductive film, there is a chemical etching method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-108779, US Pat. No. 4,419,530. In this method, first, a positive pattern is formed by silk screen printing or photoresist, and then a metal corresponding to a negative part (exposed part) or a transparent conductive film is treated with an etching solution such as a ferric chloride solution or nitric acid. Is the method.
[0003]
However, in the chemical etching method, it is necessary to perform a process such as applying or removing a resist on an object to be etched, which complicates the process and increases the processing cost. Further, depending on the type of the object to be etched, a long processing time is required because of a low reaction rate. In addition, since non-contact processing cannot be performed, there is a problem in that the yield decreases.
[0004]
On the other hand, when an electrolytic reaction is used, in order to perform partial etching or patterning, a resist is applied to an object to be etched, and after the pretreatment for obtaining a pattern by exposure and curing, electrolytic etching is performed. Here, it is necessary to remove the used resist after etching. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-290900 discloses a method in which a resist pattern is brought into close contact with a conductive film, immersed in an aqueous hydrochloric acid solution, energized, and a portion other than the resist is patterned, and the resist is removed to complete the etching. Has been. Specifically, a flat electrode is used as a counter electrode, and an electrolytic process is performed with a power source in an electrolytic solution to form a desired pattern on an object to be etched.
[0005]
However, in this method, non-contact processing is possible at the time of electrolysis, but it is completely non-processed in the pre-process and post-process in the same way as chemical etching in that a pre-treatment resist coating and post-treatment resist stripping are necessary. There is a problem that the contact processing cannot be performed and the processing cost cannot be reduced, and there are many processes, resulting in a decrease in yield. In addition, if bubbles generated during electrolysis stay in the resist pattern, there is a problem that patterning cannot be performed accurately.
[0006]
Further, as a method of not pre-treating the resist pattern on the object to be etched side, JP-A-5-93300 discloses that a probe electrode is inserted into a capillary having a tip opening, and the peripheral surface of the tip opening and the working electrode. A method is disclosed in which electrolysis is performed while a small gap is placed between the surface of the solid object to be processed and the electrolyte solution flows through the opening at the tip.
[0007]
However, in such a method, it is possible to perform patterning processing on an object to be etched without pretreatment without contact, but because of the pinpoint etching technique, it is difficult to control the pattern because the liquid spreads in the plane direction. There is. In addition, there is a problem that edge portion sagging and processing time become long when applied to a wide range of patterning. Furthermore, depending on the type of the object to be etched and the electrolytic solution, the amount of gas generated during electrolysis is large, and the gas generated at the beginning of the reaction becomes bubbles and stays between the object to be etched and the electrode. Therefore, there is a problem that the patterning line is broken or hooked because the electrolytic reaction is hindered in the portion where the staying bubbles are present.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrolytic etching method that solves the above-mentioned conventional problems, is non-contact with an object to be etched, can be reduced in cost, has fewer steps, and can further improve patterning accuracy. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive investigations on etching methods utilizing reduction, oxidation, and dissolution phenomena by electrochemical reactions of metals and transparent conductive films, the present invention has found conditions for improving etching accuracy, and without causing side effects such as peeling. An etching method capable of performing a long-term stable treatment has been completed by adding further detailed examination to the knowledge obtained by the present inventors.
[0010]
  The essence of the etching process is an electrochemical reaction between the object to be etched and the etching electrode.The object to be etched is a conductive layer provided on the semiconductor layer,The electrolyte is an aqueous solution containing a Lewis acid or a Lewis base.And containing polyethylene glycol or polypropylene glycol as an additive that lowers the surface tension of the electrolyte,Contact angle of electrolyte to the object to be etchedBut70 ° or lessIsTherefore, the influence of bubbles generated during electrolysis can be controlled. As a result, the problem of etching defects such as disconnection and hooking of the patterning line is solved. Further, it can be used for manufacturing a photovoltaic device, and it is possible to manufacture a device having high characteristics, yield, and reliability.
[0011]
[Action]
The present invention has been completed based on these findings, and the operation of the present invention will be described below.
[0012]
By reducing the surface tension of the electrolytic solution and adjusting the contact angle of the electrolytic solution with respect to the object to be etched to 70 ° or less, preferably 10 ° to 70 °, a large amount of gas is generated by the electrolytic reaction and bubbles are increased. In the meantime, the bubbles are too fine and easily aggregated to prevent the aggregates of the bubbles from staying.
[0013]
When an electrochemical reaction is performed between the object to be etched and the etching electrode, by reducing the surface tension of the electrolyte solution, bubbles generated by the generated gas can be broken or suppressed, and large bubbles are formed with the object to be etched. It is possible to control residence at any part between the electrodes. As a result, it is possible to effectively perform electrolytic etching.
[0014]
By adding 0.01% to 10% by weight of the additive material to the total weight of the electrolyte, it is possible to achieve good patterning by electrolytic etching without inhibiting the electrolytic reaction while controlling the retention of bubbles. It becomes.
[0015]
The surface tension can be effectively reduced by adding at least one of polyethylene glycol, polypropylene glycol, acetylene alcohol, ethanol and their copolymers, and surfactants to the electrolyte as a substance that reduces the surface tension. it can. As a result, foam retention can be suppressed.
[0016]
By combining the electrolytic etching process and the patterning process, a process with a high processing speed can be performed without being affected by the temperature of the processing solution.
[0017]
By combining electrolytic etching and mask etching, patterning including a curve or the like becomes possible.
[0018]
By forming the etching electrode in a desired etching pattern, non-contact patterning becomes possible.
[0019]
Since the electrolyte solution contains Lewis acid or Lewis base, and exchanges electron pairs, it becomes a charge carrier, so that the electrolytic reaction can be promoted without generating many hydrogen ions. Generation of problematic bubbles can be reduced.
[0020]
By using an electrolytic solution as an aqueous solution, the volatility is low, and it is difficult to be affected by evaporation and the like, and a continuous process can be easily performed.
[0021]
By supplying a direct current, a pulse, or an alternating current between the etching electrode and the object to be etched, the line width and the processing time can be controlled.
[0022]
By performing water cleaning and heat treatment of the object to be etched after the etching process, the additive substance does not react with the object to be etched, and side effects such as peeling do not occur.
[0023]
By using the substrate to be etched as a substrate on which a transparent conductive film is deposited, the electrolytic etching of the present invention can be used for manufacturing various devices such as solar cells, photosensitive devices, light emitting devices, and liquid crystal displays.
[0024]
By making the object to be etched a substrate for a photovoltaic device having at least one of a metal layer and a transparent conductive film, precise and accurate patterning can be obtained, and a photovoltaic device with high appearance, characteristics and reliability can be obtained. It is done.
[0025]
Since the object to be etched is a photovoltaic element having a semiconductor layer provided on a substrate and a conductive layer provided on the semiconductor layer, high-accuracy photovoltaics can be obtained because highly accurate etching is possible. The device can be manufactured.
[0026]
By reducing the conductive layer around the short circuit by the electrolytic etching method of the present invention, the conductive layer on the short circuit can be selectively etched, and the performance of the photovoltaic device can be recovered.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, exemplary embodiments of the present invention will be described.
[0028]
(Patterning processing)
The electrolytic etching method of the present invention will be described taking patterning as an example.
[0029]
In the electrolytic etching method of the present invention, various electrolytic solutions can be used, the reaction proceeds at room temperature, and it is not necessary to supply heat from the outside. During electrolysis, the constituents of the object to be etched are ionized by reduction or oxidation reaction and dissolved in the electrolyte simultaneously with the generation of gas.
[0030]
In order to perform patterning by electrolytic etching, a mask is formed by applying a resist to an object to be etched, or a portion without a mask is etched, or the electrode side is formed in a shape for patterning in advance, and lines of electric force are applied. There is a method of controlling to form a desired patterning line.
[0031]
FIG. 1a) shows a method for performing electrolytic etching by forming a mask on an object to be etched. Here, 101 is an object to be etched, 102 is a mask, 103 is an etching electrode, 104 is an electrolytic solution, 105 is a power source, 106 is a controller for controlling conditions such as voltage, current, and time, and 107 is an electrolytic cell. Here, only the non-mask portion can be subjected to etching patterning by an electrolytic reaction.
[0032]
FIG. 1b) shows a method of performing electrolytic etching by patterning the electrode side and further providing a gap. Here, the etching electrode 103 is provided with a gap 110 formed by patterning and cutting a 1 mm-thick silicone rubber sheet.
[0033]
FIG. 1c) shows a method of performing electrolytic etching by patterning the electrode side to form an auxiliary electrode and controlling electric lines of force. The etching electrode 111 has a working electrode 112 and an auxiliary electrode 113, and a pattern is formed by each of the electrodes. An insulating material 114 is provided between the working electrode 112 and the auxiliary electrode 113.
[0034]
The current that flows between the etching electrode and the object to be etched is not particularly limited, but it is preferable to control the line width and the processing time by appropriately selecting a direct current, a pulse, or an alternating current to flow.
[0035]
In addition, after the etching process is completed, the object to be etched is washed with water and subjected to heat treatment, so that the substance contained in the electrolytic solution does not remain in the object to be etched and does not react. In this case, it is preferable that no side effects such as peeling occur due to part of the layer being eroded.
[0036]
The object to be etched is not particularly limited, but a substrate on which a transparent conductive film is deposited, a metal layer, a photovoltaic element substrate having at least one of the transparent conductive film, at least a semiconductor layer provided on the substrate, and the semiconductor layer And a photovoltaic device having a transparent electrode layer provided on the substrate.
[0037]
Conventionally, in any of the methods of FIGS. 1a) to 1c), gas generated during electrolytic etching becomes bubbles and partially stays.
[0038]
In FIG. 1 a), bubbles stay on the edge of the mask 102 formed on the object to be etched 101. Here, there is a risk that uniformity cannot be obtained until the etching is completed due to the influence of bubbles generated in the initial stage of etching.
[0039]
In FIGS. 1b) and 1c), bubbles may stay on the patterned electrode side, which is fatal.
[0040]
That is, in FIG. 1b), after etching the object to be etched by an electrolytic reaction, bubbles remain in the patterned portion of the electrode 103 and the gap between the gap 110 when the next object to be etched is etched. That is, bubbles stay between the etching electrode 103 and the object to be etched 101, so that the electrochemical reaction does not proceed there. Therefore, the patterning line becomes non-uniform, and when there is a large amount of bubbles, line breakage may occur. The effect of this phenomenon becomes significant by accumulating the amount of accumulated bubbles by repeating the number of etching processes.
[0041]
In FIG. 1c), bubbles stay on the etching electrode side as in FIG. 1b). Here, when bubbles stay in the working electrode 112 in a form of adhering bubbles, the electric lines of force cannot be controlled according to a desired pattern, resulting in uneven patterning lines and occurrence of disconnection. In either case, bubbles can be removed by an ultrasonic generator, liquid circulation, wiper, etc., but the effect is not sufficient depending on the amount of gas generated. Also, the more complicated the pattern, the more likely the bubbles will stay at the edge of the pattern.
[0042]
According to the present invention, it is possible to suppress or prevent the retention of bubbles due to the gas generated during the electrolytic reaction, which is a problem here.
[0043]
In the electrolytic etching method of the present invention, the contact angle of the electrolytic solution to the object to be etched is 70 ° or less, preferably 10 ° to 70 °. If the contact angle of the electrolytic solution to the object to be etched is 70 ° or less, the surface tension of the electrolytic solution is reduced to show defoaming properties. If the contact angle is 10 ° or more, fine bubbles are aggregated and aggregated. Continuously stable patterning can be performed without gradually staying.
[0044]
The electrolytic solution preferably contains an additive substance (additive) that lowers the surface tension. The inclusion of such an additive substance is preferable because the electrolyte solution can have a bubble-breaking property that destroys bubbles once generated and a bubble-suppressing property that suppresses the generation of bubbles in the electrolyte solution.
[0045]
In order to maintain the effect stably without inhibiting the electrochemical reaction, the content of the additive substance is preferably 0.01 wt% to 10 wt% of the entire electrolytic solution.
[0046]
By selecting an additive having a high expandability (dispersibility) to the electrolyte and a low surface tension, the foam breaking property can be exhibited. Further, by selecting one having a low solubility in the electrolytic solution and a low surface tension, it is possible to exhibit foam suppression. That is, as a more effective additive, the surface tension is small, the expansibility (dispersibility) is large, and the solubility is small.
[0047]
  When an acid or base or an aqueous solution thereof is used as the electrolytic solution, it is necessary to select an additive.Additives that are polyethylene glycol and polypropylene glycol areIt can be used in one or two mixed systems.Liquid or solidHowever, in view of the influence of the post-electrolysis treatment remaining on the object to be etched, a liquid with high solubility is desirable.
[0048]
Further, in order to process a semiconductor element such as a photovoltaic element substrate, it is necessary that there is no residue on the substrate surface. That is, in the case of a composite multilayer thin film, if the additive remains, there is a risk that a part of the layer is eroded and peeling occurs.
[0049]
Specifically, at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, acetylene alcohol, ethanol or a copolymer thereof and a surfactant is effective. Among these, polyethylene glycol and polypropylene glycol are suitable because they are low in volatility and are not evaporated during the electrolytic treatment and lose their effects even when long-term continuous treatment is performed.
[0050]
  Here, the electrolyte is used as a medium for causing an electrochemical reaction.Yes, an aqueous solution containing Lewis acid or Lewis baseCan be used.
[0051]
Here, by containing a Lewis acid or a Lewis base in the electrolytic solution, and making a charge carrier by exchanging electron pairs, the electrolytic reaction can be promoted without generating many hydrogen ions, and thus It is preferable because it is possible to reduce the generation of bubbles which are problematic during etching. Specific examples of Lewis acids and Lewis bases to be included in the electrolyte include acids and bases such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and ammonia, sodium chloride, potassium chloride, aluminum chloride, zinc chloride, tin chloride, ferric chloride, sodium nitrate A solution obtained by dissolving a salt such as potassium nitrate in a solvent is used.
[0052]
In addition, it is preferable that the electrolytic solution is an aqueous solution of the above acid, base, or salt, since it has low volatility and is not easily affected by evaporation and the like, and a continuous process can be easily performed.
[0053]
(Manufacture of photovoltaic elements)
A photovoltaic device can be produced by etching a conductive layer provided on a semiconductor layer such as a transparent electrode layer by the electrolytic etching method of the present invention.
[0054]
An example of a photovoltaic device that can be produced by the present invention is shown in FIG. FIG. 3 shows an amorphous solar cell 300, which has a plurality of semiconductor layers 303, 313, and 323 having nip junctions that generate a current flow in response to absorption of incident light. Reference numeral 303 denotes a bottom cell, 313 denotes a middle cell, and 323 denotes a top cell. Reference numeral 301 denotes a substrate that supports the solar cell body, 302 denotes a lower electrode layer, 304 denotes a transparent electrode layer, and 305 denotes a grid electrode used as a collecting electrode. FIG. 3 shows an amorphous silicon solar cell in which light is incident from the side opposite to the substrate, but the photovoltaic element manufactured in the present invention is not limited to a photovoltaic element having a specific structure or shape.
[0055]
Hereinafter, each component will be described.
[0056]
<Substrate 301>
The substrate 301 is a substrate that mechanically supports the semiconductor layers 303, 313, and 323 in the case of a solar cell having a multilayer thin film structure such as amorphous silicon, and may be used as an electrode at the same time. The substrate is a conductive substrate, for example, a metal member such as a stainless steel substrate or tin metal foil, or an insulating substrate such as glass or synthetic polymer resin, or a conductive film is deposited on at least a part of the insulating substrate. Use things.
[0057]
<Lower electrode layer 302>
The lower electrode layer 302 is one electrode for taking out the electric power generated by the semiconductor layers 303, 313, and 323. In the case where a conductive substrate is used as the substrate 302, the lower electrode layer 302 is not essential. The semiconductor layer 303 is required to have a work relationship that forms an ohmic contact. The surface of the lower electrode layer may be textured to cause irregular reflection of light to improve Jsc.
[0058]
Examples of the material of the lower electrode layer 302 include Al, Ag, Pt, ZnO, and In2OThreeIn addition, a metal body or alloy such as ITO (indium tin oxide) or AlSi, transparent conductive oxide (TCO), or the like is used.
[0059]
As a manufacturing method of the lower electrode layer 302, methods such as plating, vapor deposition, and sputtering can be used.
[0060]
Here, it is important for improving the characteristics of the photovoltaic element that the lower electrode layer 302 includes a metal layer or a metal alloy layer having high conductivity and high reflection. However, if the metal layer and the semiconductor layer 303 are directly stacked, alloying at the interface may increase the series resistance, so a metal layer or a metal alloy layer and a transparent conductive oxide layer are sequentially stacked on the substrate 301. The configuration described above is preferably used.
[0061]
<Semiconductor layers 303, 313, 323>
Taking an amorphous silicon solar cell as an example of the semiconductor layer, the semiconductor material constituting the i layer may be a so-called group IV or group IV amorphous silicon semiconductor such as a-Si, a-SiGe, or a-SiC. Is mentioned. The semiconductor material constituting the p layer or the n layer can be obtained by doping a valence electron controlling agent into the semiconductor material constituting the i layer described above. As a valence electron controlling agent for obtaining a p-type semiconductor, a compound containing a Group III element is used. Examples of Group III elements include B, Al, Ga, and In. As a valence electron controlling agent for obtaining an n-type semiconductor, a compound containing a Group V element is used. Examples of Group V elements include P, N, As, and Sb.
[0062]
As a method for forming the amorphous silicon semiconductor layer, a known method such as an evaporation method, a sputtering method, an RF plasma method, a microwave plasma CVD method, an ECR method, a thermal CVD method, or an LPCVD method is used as desired. Moreover, in order to obtain a large area, a method of forming a film by continuously transporting the substrate by a roll-to-roll method is used.
[0063]
The present invention is not only for manufacturing a cell having a single semiconductor junction, but also for manufacturing a so-called tandem cell in which two or more semiconductor junctions are stacked for the purpose of improving spectral sensitivity and voltage, and a triple cell as shown in FIG. Can be used.
[0064]
<Transparent electrode layer 304>
The transparent electrode layer 304 is an electrode for taking out electromotive force generated in the semiconductor layers 303, 313, and 323. The transparent electrode layer 304 forms a pair with the lower electrode layer 302 and is also called an upper electrode. The transparent electrode layer is necessary in the case of a semiconductor having a high sheet resistance such as an amorphous silicon solar cell. Moreover, since it is located on the light incident side, it needs to be transparent.
[0065]
The transparent electrode layer 304 preferably has a light transmittance of 85% or more in order to efficiently absorb light from the sun, a fluorescent lamp, or the like into the semiconductor layers 303, 313, and 323. In order to allow the current generated by light to flow in a direction parallel to the semiconductor layers 303, 313, and 323, it is necessary to reduce the sheet resistance, and preferably 100Ω / □ or less.
[0066]
As a material having such characteristics, SnO2, In2OThree, ZnO, CdO, CdSnOFourMetal oxides such as ITO and the like can be used, and these are preferably used as the material of the transparent electrode layer 304.
[0067]
<Collector electrode 305>
The current collecting electrode 305 takes out the electromotive force generated in the semiconductor layers 303, 313, and 323 by the transparent electrode layer 304, and further collects current. The collecting electrode 305 is formed in a comb shape, and a suitable width, pitch, and the like are designed and determined from the sheet resistance of the transparent electrode layer 304. The collector electrode 305 is required to have a low specific resistance so as not to be a series resistance of the solar cell.
[0068]
As a method for forming the collector electrode 305, specifically, a metal such as Ag, Ni, Al, Ti, Cr, W, or Cu is powdered and mixed with a polymer binder or solvent to obtain a paste. Examples thereof include a method of forming, a method of directly forming by vapor deposition, a soldering method, a plating method, and a method of laying the metal in the form of a wire.
[0069]
(Defect processing of photovoltaic elements)
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a photovoltaic device 500 that has been subjected to defect processing. In FIG. 5, 501 is a substrate, 502 is a lower electrode layer, 503 is a bottom cell, 513 is a middle cell, 523 is a top cell, 504 is a transparent electrode layer, 505 is a collecting electrode (grid electrode), 506 is a defective portion, and 507 is This is a part with high resistance.
[0070]
Generally, the total thickness of the semiconductor layers 503, 513, and 523 deposited is a thin film layer of about 4000 mm. For this reason, when there are protrusions and foreign matters from above and below, it is difficult to sufficiently cover them by deposition.
[0071]
For example, when stainless steel is used for the substrate 501 and the semiconductor layers 503, 513, and 523 are continuously deposited thereon, even if the surface of the substrate 501 is processed smoothly, protrusions, depressions, and distortion are eliminated at all. It is difficult. In addition, mechanical dents and scratches are not a little generated from the back side of the substrate 501 during conveyance during continuous film formation. For this reason, a defect occurs due to unevenness of 1 μm or more and mechanical damage to the semiconductor layers 503, 513, and 523.
[0072]
For example, when the height of the protrusion is large from the surface of the substrate 501, the substrate 501 to the lower electrode layer 502 are not covered with the semiconductor layers 503, 513, and 523, and the transparent electrode layer 504 is directly laminated on the substrate 501 to the lower electrode layer 502. Contact will cause shunts and shorts. In addition, when dust or the like is deposited during film formation of the semiconductor layers 503, 513, and 523, not-formed portions of the semiconductor layers 503, 513, and 523 are formed or peeled off, which causes pinholes. The transparent electrode layer 504 is directly laminated on the lower electrode layer 502 to the substrate 501 to cause a shunt or short circuit.
[0073]
The presence of these defects affects the voltage characteristics at low illumination. That is, the photovoltaic current of the photovoltaic element increases directly with increasing illumination, but the resulting electromotive voltage increases exponentially. That is, when the electromotive force is high in illuminance, the brightness is extremely 100 mW / cm.2Under a strong light source, there is almost no difference regardless of the degree of the defect, but as the illuminance decreases, the difference between the presence and absence of the defect appears. This tendency becomes more prominent from an illuminance of 1000 Lux or less. For this reason, it is important to eliminate the influence of defects in a room or in an environment where sunlight is difficult to gather.
[0074]
According to the defect processing method of the present invention, the high-resistance portion 507 is formed on a part of the transparent electrode layer 504 on the defect portion 506 of the semiconductor layers 503, 513, and 523 in the photovoltaic element 500. As a result, the current path to the defective portion 506 is blocked. At this time, since the resistance of the transparent electrode layer 504 is increased only in the vicinity of the defect portion 506, the resistivity itself of the transparent electrode layer 504 does not increase, and therefore the series resistance of the entire photovoltaic element does not increase.
[0075]
FIG. 6 shows an example of the defect processing apparatus of the present invention. 600 is a photovoltaic device, 601 is a substrate, 602 is a lower electrode layer, 603 is a semiconductor layer in which a p layer is deposited on the uppermost layer (left side in the figure), 604 is a transparent electrode layer, 606 is a defect portion, and 617 is an electrolysis A tank, 614 represents an electrolytic solution, 613 represents a counter electrode (etching electrode), and 615 represents a power source.
[0076]
In the present invention, the formation of the high resistance portion 507 in FIG. 5 described above is achieved by reducing a part of the transparent electrode layer 604. The photovoltaic element 600 is immersed in the electrolytic cell 617, connected to the negative electrode side of the power source 615, and the etching electrode 613 is connected to the positive electrode side. That is, a bias voltage is applied to the photovoltaic element 600 in the forward direction. At this time, when a bias is applied between the electrodes, current flows preferentially through the defect portion 606 having a low resistivity, using the electrolytic solution 614 as a medium.
[0077]
At this time, nascent hydrogen is generated on the photovoltaic element 600 side which is the cathode side, and the transparent electrode layer 604 formed around the defect portion 606, that is, above the defect portion 606 is chemically reacted. That is, the transparent electrode layer 604 made of a metal oxide is reduced. Simultaneously with this reduction reaction, dissolution of the reaction product into the electrolytic solution 614 begins, and the transparent electrode layer 604 of the dissolved portion is lost, and substantially becomes a defect from the lateral direction via the transparent electrode layer 604. The path of the leakage current that flows in is cut off. The amount of oxygen generated at this time varies depending on the type and concentration of the electrolytic solution, and the type and manufacturing conditions of the transparent electrode layer 604.
[0078]
According to the present invention, it is possible to reduce bubbles generated at the time of defect processing, and it is possible to form a high resistance portion only in the upper part near the defect portion. Since the high resistance portion is formed in a very small range, the influence on the series resistance can be reduced, and furthermore, the spotted portion is small and small, not only in terms of performance, In terms of appearance, the yield can be improved.
[0079]
The above electrolysis can also be performed by irradiating the photovoltaic element 600 with light in an electrolytic solution. At this time, the electromotive voltage itself generated by the photovoltaic element 600 by light becomes an applied bias, and the bias condition can be controlled by the intensity of the irradiated light.
[0080]
【Example】
Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples.
[0081]
  Example 1<Reference example>)
  Patterning by etching of the transparent conductive film was performed using the electrolytic etching apparatus shown in FIG.
[0082]
In this example, the working electrode 112 constituting the etching electrode 111 is a Pt plate having a thickness of 0.8 mm, the auxiliary electrode 113 is SUS304 having a thickness of 2.0 mm, and the insulating material 114 is 0.2 mm in thickness. These glass epoxy resin plates were used in combination. At this time, the electrode surface (the surface closest to the object to be etched 101 at the time of electrolytic etching) was smoothed by polishing.
[0083]
First, a 31 cm × 31 cm square SUS304 substrate that had been sufficiently degreased and washed was placed in a vapor deposition apparatus, and 750 mm of ITO film was deposited to produce an object to be etched 101.
[0084]
Next, the etching electrode 111 and the object to be etched 101 were set in the electrolysis apparatus 100. At that time, the ITO film side of the object to be etched 101 and the smoothed surface of the etching electrode 111 were made to face each other. Further, the working electrode 112 was set as the anode side, and the auxiliary electrode 113 and the object to be etched 101 were connected as the cathode side to the power source 105. Further, a contact spacer made of Teflon was provided to adjust the gap between the etching electrode 111 and the object to be etched 101 to 0.4 mm.
[0085]
A sulfuric acid aqueous solution was used as the electrolytic solution 107. The concentration was adjusted to 1.0 wt% and the conductivity was adjusted to 25 mS / cm. As an additive, polyethylene glycol having a molecular weight of 400 was added at 1.0 wt% and sufficiently stirred. The contact angle of the electrolytic solution with respect to the surface of the object to be etched 101 was 56 ° when measured using a wettability determination device (CONTACT-ANGLE METER, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). A direct current power source was used as the power source 105. The controller 108 was used to adjust a constant current of 20 A to flow for 0.2 seconds, and electrolytic treatment was performed. Similarly, 100 samples were etched. During electrolysis, gas generation was observed from the surface of the object 101 to be etched. After electrolytic treatment, the patterned uneven surface on the surface of the etching electrode 111 was observed from the side, but no retention of bubbles was confirmed.
[0086]
Thereafter, the object to be etched 101 was taken out of the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and then observed with an optical microscope. As a result, uniform patterning of 30 cm × 30 cm square and a line width of 0.2 mm was performed. In addition, no etching defects such as overhang were found in the etched portion of the patterning.
[0087]
(Comparative Example 1)
For comparison, the transparent conductive film was patterned by etching in the same manner as in Example 1 except that no additive was added to the electrolytic solution 107.
[0088]
The contact angle of the electrolyte was measured and found to be 87 °. When the generation of gas from the surface of the etching object 101 during electrolysis was observed, it was observed that many very large bubbles were generated. Further, after the electrolytic treatment, the patterned uneven surface on the surface of the etching electrode 111 was observed from the side, and it was clear that the retention of bubbles increased as the number of etching was repeated.
[0089]
Thereafter, the object to be etched 101 was taken out from the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and then observed with an optical microscope. As a result, the width of the patterning line was found to be 0.2 mm ± 0.1 mm on average. Further, as the number of times of etching was repeated, a part where no line was formed (disconnection) was observed. In addition, sag and rounding were observed on the etched portion of patterning.
[0090]
  Example 2<Reference example>)
  100 samples were patterned by electrolytic etching of the transparent conductive film in the same manner as in Example 1 except that polypropylene glycol was used as the additive to be added to the electrolytic solution. Polypropylene glycol used as an additive had a molecular weight of 400, and the addition amount was 1.0 wt%.
[0091]
Here, the contact angle of the electrolytic solution 107 was measured and found to be 44 °. After the electrolytic treatment, the object to be etched 101 was taken out from the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and then observed with an optical microscope. As in Example 1, 30 cm × 30 cm square, line width 0.2 mm ± 0.05 mm The uniform patterning was performed. In addition, no etching defects such as overhang were found in the etched portion of the patterning.
[0092]
  Example 3<Reference example>)
  100 samples were patterned by electrolytic etching of the transparent conductive film in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used as the additive to be added to the electrolytic solution. The amount of ethanol used as an additive was 9.0 wt%.
[0093]
Here, the contact angle of the electrolytic solution 107 was measured and found to be 50 °.
[0094]
After the electrolytic treatment, the object to be etched 101 was taken out from the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and then observed with an optical microscope. As in Example 1, 30 cm × 30 cm square, line width 0.2 mm ± 0.05 mm The uniform patterning was performed. In addition, no etching defects such as overhang were found in the etched portion of the patterning.
[0095]
  Example 4<Reference example>)
  100 samples were patterned by electrolytic etching of the transparent conductive film in the same manner as in Example 1 except that the additive to be added to the electrolytic solution was a surfactant.
[0096]
The surfactant used as an additive is fluorine-based (RfSOThreeKRf: CnF2n + 1  -A surfactant having a structure) was used, and the addition amount was 0.1 wt%.
[0097]
Here, the contact angle of the electrolytic solution 107 was measured and found to be 28 °.
[0098]
After the electrolytic treatment, the object to be etched 101 was taken out from the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and observed with an optical microscope. As in Example 1, 30 cm × 30 cm square, line width 0.2 mm ± 0.05 mm The uniform patterning was performed. In addition, no etching defects such as overhang were found in the etched portion of the patterning.
[0099]
  Example 5<Reference example>)
  100 samples were patterned by electrolytic etching of the transparent conductive film in the same manner as in Example 1 except that the current applied during the electrolytic treatment was pulsed.
[0100]
The power source 105 was a pulse power source, and a pulse current of 0.05 A and a pulse width of 0.2 seconds was applied 20 times at 0.1 second intervals.
[0101]
After the electrolytic treatment, the object to be etched 101 is taken out from the electrolytic solution 107, washed with pure water, dried, and observed under an optical microscope. As a result, an etching line having an average of 30 cm × 30 cm square and a line width of 0.2 mm is obtained. It was. In addition, no etching defects such as overhang were found in the etched portion of the patterning.
[0102]
(Example 6)
When an amorphous solar cell having a pin junction triple cell structure as shown in FIG. 3 was manufactured, patterning by etching of the transparent electrode layer was performed using the electrolytic etching apparatus shown in FIG. 1-c). Details are shown below.
[0103]
First, a stainless steel (SUS430BA) substrate 301 having a roll thickness of 0.15 mm and a width of 360 mm that has been sufficiently ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol is placed in a DC magnetron sputtering apparatus, and a layer thickness of 0. 4 μm of Ag was deposited, and then ZnO was deposited at a substrate temperature of 350 ° C. and 0.4 μm to form the lower electrode layer 302 having a two-layer structure.
[0104]
Next, the substrate was taken out from the DC sputtering apparatus, and an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer were formed in this order by the following method to form a bottom cell 303. The following method was repeated in the same manner to form the middle cell 313 and the top cell 323, thereby forming a semiconductor layer.
[0105]
The inside of the deposition chamber (vacuum chamber) that can be depressurized was depressurized to a predetermined initial pressure. Source gas SiH in the deposition chamberFour, Dilution gas H2Was introduced and evacuated by a vacuum pump. Here, BF is used as a dopant gas to form a p-type semiconductor layer.ThreeAs a dopant gas for forming an n-type semiconductor layer (other dopant gases can also be used)Three(Other dopant gases can also be used). The substrate temperature was controlled by a heater. When depositing the i-type semiconductor layer, microwaves oscillated by a microwave power source were guided by an introduction tube and introduced into the deposition chamber through a dielectric window (in this example, alumina ceramics were used). The frequency of the microwave is 2.45 GHz, the substrate temperature in the deposition chamber is 300 ° C., the internal pressure is 10 mTorr, and the power is 0.1 W / cm.ThreeIt was. In addition, an RF high frequency was applied to the plate electrode during the deposition of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. The frequency of the RF high frequency is 13.45 MHz, the substrate temperature in the deposition chamber is 200 ° C., the internal pressure is 1 Torr, and the RF power is 0.01 W / cm.ThreeIt was.
[0106]
The bottom cell 303 has an n-type semiconductor layer 250 Å, an i-type semiconductor layer 1050 Å, and a p-type semiconductor layer 100 Å, and a middle cell 313 has an n-type semiconductor layer 600 Å, an i-type semiconductor layer 1450 Å, a p-type semiconductor layer 100 Å, and a top cell. In H.323, an n-type semiconductor layer 100 Å, an i-type semiconductor layer 1000 Å, and a p-type semiconductor layer 100 Å were used.
[0107]
Next, an ITO film was formed as a transparent electrode layer 304 on the substrate on which the semiconductor layer was formed by using a DC magnetron sputtering method (film formation temperature: 170 ° C., film thickness: 730 mm). The transparent electrode layer 304 has an antireflection function. The substrate formed up to the transparent electrode layer 304 is hereinafter referred to as a solar cell.
[0108]
Next, this solar cell substrate was cut to 360 mm × 260 mm, and the patterning shown in FIG. 2 was performed on the transparent electrode layer 304 in the same manner as in Example 1 using the electrolytic etching apparatus shown in FIG. . 201 is an etching line.
[0109]
Subsequently, a carbon paste is coated on a copper wire, placed at a pitch of 5 mm, and heat-pressed at 200 ° C. for 1 minute to form a collecting electrode 305 on the transparent electrode layer 304, as shown in FIG. A solar cell 300 was obtained. 100 solar cells were manufactured in the same manner. The initial characteristics of these solar cells 300 were evaluated as follows.
[0110]
First, the voltage-current characteristics in the dark state were measured, and the shunt resistance was obtained from the slope near the origin. The average was 100 kΩ · cm.2And there was no shunt. Further, when the surface of the substrate subjected to the etching treatment was analyzed with an XMA apparatus, no residual element of the additive was confirmed.
[0111]
Next, as shown in FIG. 4-a), the solar cell 400 having a half area was obtained by being divided by a press cutter on the center line. When the shunt resistance of each of the divided solar cells 400 was measured, the average was 98 kΩ · cm.2Even after being divided, no shunt occurred. 100mW / cm in 1.5AM global solar spectrum2When the solar cell characteristics were measured using a pseudo solar light source (manufactured by SRIRE Co., Ltd.) and the photoelectric conversion efficiency was determined, a good value of 9.0% ± 0.2% was obtained on average.
[0112]
Further, when the portion patterned by electrolytic etching was observed under an optical microscope, there was no disconnection or etching failure, and a uniform etching line was obtained.
[0113]
Next, the divided solar cells 400 were connected in series as shown in FIG. At this time, the copper foil 403 was used for the series connection, and the solder 404 was used for the positive current collector 401 of the right solar cell and the negative stainless steel portion 402 of the left solar cell. Further, the plus side extraction electrode 405 was soldered to the current collector of the left solar cell, and the minus side extraction electrode 406 was soldered to the stainless portion of the right solar cell. These serialized solar cells were laminated as follows to form a module. First, an insulating film having an EVA (ethylene vinyl acetate) resin on both sides, a glass nonwoven fabric, the above-mentioned solar electric device, an EVA resin sheet, and a fluororesin film were laminated on a galvalume steel plate, and were laminated by thermocompression bonding using a vacuum laminator.
[0114]
Furthermore, the reliability of this modularized solar cell (hereinafter referred to as “solar cell module”) based on the temperature and humidity cycle test A-2 defined in the environmental test method and durability test method of the crystalline solar cell module of Japanese Industrial Standard C8917. A test was conducted.
[0115]
First, the solar cell module was put into a thermo-hygrostat whose temperature and humidity can be controlled, and a cycle test in which the temperature was changed between −40 ° C. and + 85 ° C. was repeated 20 times. When the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module after the test was measured by the method described above, an initial photoelectric conversion efficiency of 98.0% was obtained on average. Moreover, peeling of the semiconductor layer and the laminating agent of the solar cell was not observed by appearance observation.
[0116]
As described above, in this example, patterning accuracy can be improved by etching, and a solar cell excellent in initial characteristics and reliability can be manufactured.
[0117]
(Example 7)
When manufacturing an amorphous solar cell having a pin junction type torpull cell structure as shown in FIG. 5, patterning is performed by etching the transparent conductive film using the electrolytic etching apparatus shown in FIG. After that, defect processing was performed using the defect processing apparatus shown in FIG.
[0118]
The electrolyte used for the defect treatment was the same as in Example 6, and the electrolysis conditions were controlled by a DC power supply in sequence, and a DC voltage of 4.5 V was applied for 2 seconds. Thereafter, the patterned solar cell 600 was taken out of the electrolytic solution 614, washed with pure water, and dried.
[0119]
Subsequently, the carbon paste is coated on a copper wire, placed at a pitch of 5 mm, and heat-pressed at 200 ° C. for 1 minute to form a current collecting electrode 505 on the transparent electrode layer 504, as shown in FIG. A solar cell 500 was obtained. 100 solar cells were manufactured in the same manner.
[0120]
When the initial characteristics of these solar cells 500 were evaluated in the same manner as in Example 6, the shunt resistance averaged 698 kΩ · cm.2As a result, an even better value of 9.4% ± 0.2% on average was obtained. In addition, no extreme speckled portion was observed by appearance observation.
[0121]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to perform patterning with excellent selectivity even with a precise pattern without being affected by bubbles generated during electrolytic etching. Furthermore, the etching process can be simplified.
[0122]
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element having good characteristics in which problems such as shunting and poor appearance are solved.
[0123]
In addition, according to the present invention, since the defect processing of the photovoltaic element is performed by electrolytic etching, it is possible to perform defect processing that is non-contact and causes little damage to the photovoltaic element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an electrolytic etching apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of an etching pattern when etching is performed using the electrolytic apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a solar cell manufactured using the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which solar cells manufactured using the present invention are divided and connected in series.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solar cell subjected to defect processing using the present invention.
FIG. 6 is a schematic view showing a defect processing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100 Electrolytic etching equipment
101 Object to be etched
102 mask
103, 111, 613 Etching electrode
104, 614 electrolyte
105, 615 Power supply
106 controller
107,617 Electrolyzer
110 gap
112 working electrode
113 Auxiliary electrode
114 Insulation material
201 Etching line
300, 500, 600 photovoltaic elements
301, 501, 601 substrate
302, 502, 602 Lower electrode layer
303, 503 Bottom cell
313, 513 Middle cell
323, 523 Top cell
304, 504, 604 Transparent electrode layer
305, 505 Current collecting electrode
400 Solar cell divided
401 Current collector on the positive side
402 Current collector on the negative side
403 copper foil
404 Solder
405 Positive extraction electrode
406 Negative extraction electrode
506, 606 Defective part
507 High resistance part
603 Semiconductor layer

Claims (14)

被エッチング物とエッチング電極の間での電解液を介した電気化学的な反応にて該被エッチング物をエッチング処理する方法において、該被エッチング物が半導体層上に設けられた導電層であり、該電解液がルイス酸またはルイス塩基を含む水溶液であって、該電解液の表面張力を低下させる添加物質としてポリエチレングリコール又はポリプロピレングリコールを含有し、該被エッチング物に対する該電解液の接触角が70°以下であることを特徴とする電解エッチング方法。In the method of etching the object to be etched by an electrochemical reaction via an electrolytic solution between the object to be etched and the etching electrode, the object to be etched is a conductive layer provided on the semiconductor layer, electrolytic solution I aqueous der including Lewis acid or Lewis base, and containing polyethylene glycol or polypropylene glycol as additive agents to reduce the surface tension of the electrolytic solution, the contact angle of the electrolytic solution for該被etching object is An electrolytic etching method characterized by being 70 ° or less. 前記被エッチング物に対する前記電解液の接触角が10°以上であることを特徴とする請求項1に記載の電解エッチング方法。  The electrolytic etching method according to claim 1, wherein a contact angle of the electrolytic solution with respect to the object to be etched is 10 ° or more. 前記添加物質の含有量が0.01wt%〜10wt%であることを特徴とする請求項1または2に記載の電解エッチング方法。Electrolytic etching method according to claim 1 or 2 content of said additive material is characterized by a 0.01 wt% 10 wt%. 前記エッチング処理によりパターニング加工を行うことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電解エッチング方法。Electrolytic etching method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that performing the patterning by the etching process. 前記被エッチング物上にマスクを設けて、該被エッチング物の該マスクに覆われていない部分をエッチングすることを特徴とする請求項に記載の電解エッチング方法。5. The electrolytic etching method according to claim 4 , wherein a mask is provided on the object to be etched, and a portion of the object to be etched that is not covered with the mask is etched. 前記エッチング電極がパターニングされた電極であることを特徴とする請求項に記載の電解エッチング方法。The electrolytic etching method according to claim 4 , wherein the etching electrode is a patterned electrode. 前記エッチング電極と前記被エッチング物の間に直流、パルスまたは交番電流を流すことにより通電することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電解エッチング方法。Electrolytic etching method according to any one of claims 1 to 6, DC, characterized by energizing by passing a pulse or alternating current between the object to be etched and the etching electrode. 前記エッチング処理終了後、被エッチング物の水洗浄及び加熱処理を行うことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電解エッチング方法。The electrolytic etching method according to any one of claims 1 to 7 , wherein after the etching process is completed, the object to be etched is washed with water and heated. 前記導電層が透明導電膜または金属層であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電解エッチング方法。Electrolytic etching method according to any one of claims 1-8, wherein said conductive layer is a transparent conductive film or a metal layer. 前記被エッチング物が、少なくとも基板上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられた透明電極層とを有する光起電力素子の該透明電極層であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電解エッチング方法。Claim 1, wherein the object to be etched, characterized in that a transparent electrode layer of the photovoltaic device having at least a semiconductor layer provided on the substrate and the transparent electrode layer provided on said semiconductor layer The electrolytic etching method according to any one of 8 . 少なくとも基板上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられた導電層とを有する光起電力素子の製造方法であって、請求項1〜に記載の電解エッチング方法により前記導電層をエッチングする工程を有することを特徴とする光起電力素子の製造方法。A method of manufacturing a photovoltaic device having at least a semiconductor layer provided on a substrate and said semiconductor layer conductive provided on layer, said conductive layer by electrolytic etching method according to claim 1-8 A method for producing a photovoltaic device, comprising a step of etching. 前記導電層が透明電極層であることを特徴とする請求項11に記載の光起電力素子の製造方法。The method of manufacturing a photovoltaic element according to claim 11 , wherein the conductive layer is a transparent electrode layer. 少なくとも基板上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられた導電層とを有し、かつ導電層と基板とを半導体層を通じて電気的に短絡させる短絡路を有する光起電力素子の欠陥処理方法であって、請求項1〜に記載の電解エッチング方法により短絡路周辺の導電層を還元することを特徴とする光起電力素子の欠陥処理方法。A defect in a photovoltaic device having at least a semiconductor layer provided on a substrate and a conductive layer provided on the semiconductor layer, and having a short circuit that electrically short-circuits the conductive layer and the substrate through the semiconductor layer a processing method, the defect processing method of a photovoltaic device characterized by reducing the conductive layer near shorting path by electrolytic etching method according to claim 1-8. 前記導電層が透明電極層であることを特徴とする請求項13に記載の光起電力素子の欠陥処理方法。The defect processing method for a photovoltaic element according to claim 13 , wherein the conductive layer is a transparent electrode layer.
JP25739998A 1997-09-11 1998-09-11 Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method Expired - Fee Related JP3823166B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25739998A JP3823166B2 (en) 1997-09-11 1998-09-11 Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9-246273 1997-09-11
JP24627397 1997-09-11
JP25739998A JP3823166B2 (en) 1997-09-11 1998-09-11 Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11162931A JPH11162931A (en) 1999-06-18
JP3823166B2 true JP3823166B2 (en) 2006-09-20

Family

ID=26537648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25739998A Expired - Fee Related JP3823166B2 (en) 1997-09-11 1998-09-11 Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3823166B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4579650B2 (en) * 2003-12-01 2010-11-10 キヤノン株式会社 Electrolytic etching method and apparatus
JP5046277B2 (en) * 2007-04-05 2012-10-10 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 Electrochemical etching homogenization technique

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11162931A (en) 1999-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3809237B2 (en) Electrolytic pattern etching method
JP2686022B2 (en) Method for manufacturing photovoltaic element
US6051116A (en) Etching apparatus
US6491808B2 (en) Electrolytic etching method, method for producing photovoltaic element, and method for treating defect of photovoltaic element
KR100334595B1 (en) Manufacturing method of photovoltaic device
JP2000219512A (en) Production of zinc oxide thin film, production of photovoltaic element using the film and photovoltaic element
JPH07297421A (en) Manufacture of thin film semiconductor solar battery
JP2009033208A (en) Method for manufacturing stacked photovoltaic device
JP2002167695A (en) Method for depositing zinc oxide film and method for producing photovolatic element using the film
KR100343241B1 (en) Method for producing photovoltaic element
JP4240933B2 (en) Laminate formation method
US6221685B1 (en) Method of producing photovoltaic element
JP4926150B2 (en) Thin film solar cell manufacturing method and thin film solar cell manufacturing apparatus
JP3823166B2 (en) Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method
JP2966332B2 (en) Method and apparatus for manufacturing photovoltaic element
US6902948B2 (en) Method of producing photovoltaic element
JP3006701B2 (en) Thin-film semiconductor solar cells
JP3854764B2 (en) Photovoltaic element manufacturing method
JPH11233802A (en) Manufacture of photovoltaic device
JP2000188410A (en) Manufacture of photovoltaic element
JP2004331991A (en) Method for electrodepositing zinc oxide film, electrodeposition apparatus and photovoltaic device
JP2000049370A (en) Manufacture of photovoltaic element
JP2005171271A (en) Method of forming deposition film, and method of producing photovolatic sensor using the same
JP3078935B2 (en) Solar cell manufacturing method
JPH1056195A (en) Manufacture of photovoltaic element

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040105

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040506

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20040511

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20040716

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060605

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090707

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110707

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120707

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120707

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130707

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees