JP3898604B2

JP3898604B2 - Manufacturing method of solar cell

Info

Publication number: JP3898604B2
Application number: JP2002252153A
Authority: JP
Inventors: 洋介猪股; 祐子府川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004095691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング装置、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材に関し、特に太陽電池などに用いられるシリコン基板等の表面を粗面化するのに好適に用いることができるエッチング装置、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
太陽電池は入射した光エネルギを電気エネルギに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。
【０００４】
このような太陽電池では、電気エネルギへの変換効率を向上させるために従来から様々な試みがなされてきた。そのひとつに基板に入射する光の反射を低減する技術があり、表面での光の反射を低減することで電気エネルギへの変換効率を高めることができる。
【０００５】
シリコン基板を用いて太陽電池素子を形成する場合、基板の表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液でエッチングすると、基板の表面に微細な凹凸が形成され、反射をある程度低減できる。面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いた場合、このような方法でテクスチャ構造と呼ばれるピラミッド構造を基板の表面に均一に形成することができるものの、アルカリ水溶液によるエッチングは結晶の面方位に依存することから、多結晶シリコン基板で太陽電池素子を形成する場合、ピラミッド構造を均一には形成できず、そのため全体の反射率も効果的には低減できないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、太陽電池素子を多結晶シリコンで形成する場合に、基板の表面に微細な突起を反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）法で形成することが提案されている（例えば特公昭６０−２７１９５号、特開平５−７５１５２号、特開平９−１０２６２５号公報参照）。すなわち、多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面方位に左右されずに微細な凹凸を均一に形成し、多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においても反射率をより効果的に低減しようとするものである。
【０００７】
しかしながら、上述のような凹凸の形成条件は微妙であり、また装置の構造によっても変化するために条件の設定は非常に難しいことが多い。凹凸を均一に形成できない場合は、入射した光を太陽電池に有効に取りこむことができず、太陽電池の光電変換効率は向上しない。個々の太陽電池の価値はその発電効率で決まることから、そのコストを低減するには、太陽電池の変換効率を向上させなければならない。
【０００８】
また、反応性イオンエッチング法で用いられる装置は一般に平行平板電極型をしており、基板を設置している電極の側にＲＦ電圧を印加し、他の一方の側および内部の側壁をアースに接続する。このチャンバ内部を真空引きしてエッチングガスを導入して圧力を一定に保持しながら基板をエッチングし、エッチングが完了した後にチャンバ内部を大気圧に戻す。
【０００９】
このような手順を踏むことから、反応性イオンエッチング装置では真空引きおよび大気リークの待ち時間が長い。また、反応性イオンエッチング装置はＬＳＩなどの精密な小型半導体素子に用いられる場合が多いが、太陽電池に用いる際には太陽電池自身の面積が大きいため、１回あたりの処理枚数が少なく、製造コストが高くなるという問題があった。そのため反応性イオンエッチング装置を太陽電池の製造工程に用いる場合には、いかに高タクトで１回あたりの処理枚数を増やすかが重要なポイントである。
【００１０】
タクトを向上させるための方法の一つとして、特願２００１−２９８６７１号による方法がある。この方法ではシリコン基板の表面にエッチング残渣を付着させながらエッチングして凹凸を形成して粗面化した後、このエッチング残渣を除去するが、このエッチングの際にマスクとなる残渣を速く形成するために、エッチングされる基板を開口部が形成されたプレート部材で覆ってエッチングする。この方法によれば凹凸の形成速度が速くなると同時に、バッチ内での凹凸の均一性が向上し、１回あたりの処理枚数を増やすことができる。
【００１１】
しかしながら、このような方法でも１回あたりの処理枚数を無制限に増加させることができるわけではなく、一括処理面積がさらに大きくなってくると凹凸の均一性が徐々に劣るようになる。例えばエッチング面積が１ｍ角を越えるような大型の装置の場合には、均一性の確保が非常に困難となる。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば太陽電池に用いられる基板の表面に均一な凹凸を高タクトで形成するエッチング装置、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材を提供することを目的とする。
【００１３】
【問題点を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池の製造方法は、電極上に直接あるいはトレイを介して複数のシリコン基板を並設し、該シリコン基板の表面側に開口部が多数形成されたプレート部材を配設して、エッチングマスクとなるエッチング残渣を前記プレート部材と前記シリコン基板との間に閉じ込めつつ前記シリコン基板の表面に光反射低減用の凹凸を形成するドライエッチング工程を有するものにおいて、前記プレート部材は、隣接する前記シリコン基板の間に位置し且つ前記基板設置面に当接する突出壁を有することを特徴とする。
【００１４】
上記太陽電池の製造方法では、前記突出壁が前記プレート部材を平面視して格子状に形成されていることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエッチング装置を用いて形成される太陽電池素子の構造を示す図であり、１はシリコン基板、２は凹凸、３は受光面側の不純物拡散層、４は裏面側の不純物拡散層（ＢＳＦ）、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極である。
【００１９】
前記シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶のシリコン基板である。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板となる。
【００２０】
シリコン基板１の表面側には、入射する光を反射させずに有効に取り込むために凹凸２が形成されている。また、シリコン基板１の表面側には、逆導電型半導体不純物が拡散された拡散層３が形成されている。この逆導電型不純物拡散層３は、シリコン基板１内に半導体接合部を形成するために設けるものである。この逆導電型不純物拡散層３は０．１〜０．５μｍ程度の深さに形成される。
【００２１】
シリコン基板１の表面側には、反射防止膜５が形成されている。この反射防止膜５は、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。この反射防止膜５は、厚み５００〜２０００Å程度の窒化シリコン膜（ＳｉＮ_x）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜などで構成される。
【００２２】
シリコン基板１の裏面側には、一導電型不純物が高濃度に拡散された拡散層４を形成することが望ましい。この一導電型不純物拡散層４は、シリコン基板１の裏面近くでキャリアの再結合による効率の低下を防ぐために、シリコン基板１の裏面側に内部電界を形成するものである。
【００２３】
シリコン基板１の表面側および裏面側には、表面電極６および裏面電極７が形成されている。この表面電極６および裏面電極７は、例えばＡｇペーストをスクリーン印刷して焼成してその上に半田層（不図示）を被着して形成される。
【００２４】
上述のように、シリコン基板１の表面側には入射する光を有効に取り込むために微細な凹凸２を形成する。この凹凸は真空引きされたエッチングチャンバ１８内にガスを導入して一定圧力に保持してチャンバ１８内に設けられた電極９にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させて生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用によって基板１の表面をエッチングして形成する。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法と呼ばれるこの方法は図２および図３のように示される。
【００２５】
図２および図３において、８はマスフローコントローラ、１はシリコン基板、９はＲＦ電極、１０は圧力調整器、１１は真空ポンプ、１２はＲＦ電源である。装置内にマスフローコントローラ８部分からエッチングガスとエッチング残渣生成用ガスを導入するとともに、ＲＦ電極９からＲＦ電力を導入することでプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性化して、ＲＦ電極９の上部に設置されたシリコン基板１の表面に作用させてエッチングする。図２に示す装置では、ＲＦ電極９を装置内に設置して１枚のシリコン基板１の表面をエッチングするが、図３に示す装置では、ＲＦ電極９を装置の外壁に設置して複数枚のシリコン基板１の表面を同時にエッチングするようにしている。
【００２６】
発生した活性種のうち、イオンがエッチングに作用する効果を大きくした方法を一般に反応性イオンエッチング法と呼んでいる。類似する方法にプラズマエッチングなどがあるが、プラズマ発生の原理は基本的に同じであり、基板１に作用する活性種の種類の分布をチャンバ構造、電極構造、あるいは発生周波数等によって異なる分布に変化させているだけである。そのため、本発明は反応性イオンエッチング法に限らず、プラズマエッチング法などのドライエッチング法全般に有効である。
【００２７】
本発明のエッチング装置では、例えばフッ素系ガス、塩素系ガス、および酸素等を流しながら反応圧力を調整してプラズマを発生させるＲＦパワーを印加して一定時間保持することでエッチングする。これによりシリコン基板１の表面には凹凸２が形成される。エッチング中はシリコンがエッチングされて基本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が吸着して基板１の表面に残渣として残る。つまり、シリコン基板１の表面を反応性イオンエッチング法および類似のドライエッチング法で粗面化する際に、エッチングされたシリコンを主成分とするエッチング残渣をシリコン基板１の表面に再付着させる速度を促進させ、これをエッチングのマイクロマスクとして利用することでシリコン基板１の表面に凹凸２を形成するものである。なお、このエッチング残渣は最終的には除去される。
【００２８】
また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどをシリコン基板１の表面にシリコンの残渣が残るような条件に設定すると、確実に凹凸２を形成することができる。ただし、その凹凸２のアスペクト比は条件によって最適化が必要である。つまり、シリコンの残渣が基板１の表面に残らないような条件では凹凸２を形成することはできない。
【００２９】
本発明のエッチング装置を用いてエッチングする際には、シリコン基板１を多数の開口部１４が形成されたプレート部材１３で覆ってエッチングする。このようなプレート部材１３を用いてエッチングすることで、残渣の形成を促進させ、これに伴って凹凸２の形成を速めることができる。
【００３０】
図４にプレート部材１３の一例を示す。プレート部材１３の基板１側すなわち一主面側の周縁部に突出壁２０を設ける。このような突出壁２０を設けると大きな面積の装置でも、チャンバ１８内へのガスの導入口や排気口の位置や形状にかかわらず、プレート部材１３と突出壁２０によって囲われた基板１上の空間に滞留するシリコンの残渣の濃度が均一になり、基板１の表面への残渣の付着の均一性を増すことができる。これによりエッチングの均一性を増すことができる。
【００３１】
このとき突出壁２０は、プレート部材１３を平面視して格子状に形成してもよい。これによりエッチング残渣が閉じ込められる領域が狭くなってエッチングされる前後左右の領域おけるエッチングの均一性をさらに増すことができる。
【００３２】
また、突出壁２０の下端部は電極９に当接していることが望ましい。これによりプレート部材１３の基板１側にある突出壁２０の下端部２１と電極９間での異常放電を防ぐことができる。突出壁２０の下端部２１と電極９間にはエッチングされるシリコン基板１がないことが望ましい。これはシリコン基板１と突出壁２０が直接接触あるいは近づきすぎるとその部分のシリコン基板１がエッチングされないという問題が発生するためである。
【００３３】
プレート部材１３の材質は金属材またはガラスやセラミックなどの材料を選択できる。プレート部材１３の加工の容易さという点ではアルミニウムなどからなる金属部材が好ましい。ステンレス系の金属などではシリコンエッチングに用いるガスに曝されると腐食するために不適である。一方、エッチング中はプラズマに曝されるために発熱する。この温度は条件によって大幅に変わるが、プラズマに曝されると温度が上昇し、凹凸の形成が終了すれば大気中でシリコン基板１を取り出すといった工程となるため、温度の上下動に耐えうる材質が好ましい。そのため、プラズマに曝される場合にはガラス系の材質が望ましい。このように、条件によって好ましい材質を選択することができる。
【００３４】
プレート部材１３とシリコン基板１とは、５ｍｍから３０ｍｍの間隔に保持してエッチングすることが望ましい。このようにすることでエッチングする際に生成するシリコン化合物が揮発する際にシリコン基板１とプレート部材１３の内部に閉じ込める効果が生じ、シリコンを主成分とする残渣がシリコン基板１上に容易に生成しやすくなり、残渣の形成が促進されると同時に、凹凸２の形成を促進することができる。このプレート部材１３とシリコン基板１の間隔が５ｍｍ以下ではプレート部材１３の開口パターン１４が凹凸２を形成するときにシリコン基板１の表面に模様として転写されてムラとなってしまう。また、３０ｍｍ以上では残渣を早く形成して凹凸２の形成を促進する効果が少なくなってしまう。
【００３５】
プレート部材１３とシリコン基板１との距離を保持するための方法は、特に問わない。図５に示すように、例えば高さ方向の全長にわたって側壁１７を設けることで距離を保持する方法が簡単である。また、プレート部材１３の複数の端部を支持する脚部を設けてもよい。エッチングされるシリコン基板１の枚数が多く、プレート部材１３が大面積になる場合には、プレート部材１３が自重によって反ってしまい、エッチングされるシリコン基板１とプレート部材１３との距離が狭まって開口パターン１４の跡がシリコン基板１の上に転写されてムラとなる可能性がある。その場合にはプレート部材１３の厚みを増したり、側壁部１７の高さを増すなどの対策が有効である。また、プレート部材１３の中央のみ厚みを薄くするという方法も有効である。プレート部材１３の厚みは特に問わない。強度と材料コスト、およびエッチング条件の関係によって自由に設定することができる。
【００３６】
プレート部材１３を平面視した表面部の全面積に対する開口部１４の開口率は５％〜４０％にするのが望ましい。開口率が５％以下であるとシリコン基板１のエッチングに必要なガスの供給が不十分となって残渣の形成速度が遅くなるため、凹凸２の形成が遅くなる。また、開口率が４０％以上であるとエッチングの際に生成するシリコン化合物が揮発する際にシリコン基板１とプレート部材１３の内部に閉じこめる効果が弱くなって残渣の形成の促進効果が少なくなる。
【００３７】
本発明は、基板を１ｍ角を越えるような大面積に並べてエッチングする際に特に効果があるが、小面積の場合でも有効に活用することができる。他のエッチング条件を変化させても均一性の改善が十分でないようなハード的な問題が存在するときには本発明は有効に効力を発揮する。
【００３８】
プレート部材１３の開口部１４のパターン形状は特に問わない。図４に示すように、例えば円形状の開口を行列状に並べたパターンを用いることもできるし、ドット状の千鳥パターンを用いることもできる。また、スリットのようなパターンでもよい。ただし、開口していない面積の大きい部分があると、その下部は開口部１４の下部との凹凸２の形状の違いによってムラが発生する。
【００３９】
上述した例ではエッチングされる基板としてバルク型シリコン太陽電池を例にとって説明したが、バルク型に限定されるものではなく薄膜型やアモルファスシ型などにも応用できる。また、シリコン基板や太陽電池に限定されるものでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池の製造方法は、電極上に直接あるいはトレイを介して複数のシリコン基板を並設し、該シリコン基板の表面側に開口部が多数形成されたプレート部材を配設して、エッチングマスクとなるエッチング残渣を前記プレート部材と前記シリコン基板との間に閉じ込めつつ前記シリコン基板の表面に光反射低減用の凹凸を形成するドライエッチング工程を有するものにおいて、前記プレート部材は、隣接する前記シリコン基板の間に位置し且つ前記基板設置面に当接する突出壁を有することから、エッチングする際に発生する残渣をプレート部材と基板との間に閉じ込めることができ、バッチ内での凹凸の均一性を向上させることができる。もって、基板の表面に均一な凹凸を効率よく形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエッチング装置を使用して基板を粗面化した太陽電池を示す図である。
【図２】本発明に係るエッチング装置を示す図である。
【図３】本発明に係るエッチング装置の他の構造を示す図である。
【図４】本発明に係るエッチング装置用プレート部材を示す図である。
【図５】本発明に係るエッチング装置の断面を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、２；凹凸構造、８；マスフローコントローラ、９；ＲＦ電極、１０；圧力調整器、１１；真空ポンプ、１２；ＲＦ電源、１３；プレート部材、１４；開口部、１５；トレイ、１６；絶縁体、１７；側壁、１８；エッチングチャンバ、１９；エッチング装置、２０；突出壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching apparatus, an etching method, and a plate member used therefor, and more particularly to an etching apparatus, an etching method, and an etching apparatus that can be suitably used for roughening the surface of a silicon substrate or the like used for a solar cell or the like. The present invention relates to a plate member.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
A solar cell converts incident light energy into electrical energy. Major solar cells are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of materials used. Of these, most of the crystalline silicon solar cells currently on the market are in the market. This crystalline silicon solar cell is further classified into a single crystal type and a polycrystalline type. Single-crystal silicon solar cells have the advantage that the substrate quality is good and the efficiency can be easily increased, but the substrate is expensive to manufacture. On the other hand, the polycrystalline silicon solar cell has the advantage that it can be manufactured at a low cost although it has the disadvantage that it is difficult to increase the efficiency because the quality of the substrate is inferior. In recent years, conversion efficiency of about 18% has been achieved at the research level due to the improvement of the quality of the polycrystalline silicon substrate and the advancement of cell technology.
[0003]
On the other hand, mass-produced polycrystalline silicon solar cells have been distributed to the market because of their low cost. However, in recent years, demand has increased further as environmental issues have been addressed, resulting in higher conversion efficiency at lower costs. Is now required.
[0004]
In such a solar cell, various attempts have been made so far in order to improve the conversion efficiency into electric energy. One of the techniques is a technique for reducing the reflection of light incident on the substrate. By reducing the reflection of light on the surface, the conversion efficiency into electric energy can be increased.
[0005]
When a solar cell element is formed using a silicon substrate, when the surface of the substrate is etched with an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide, fine irregularities are formed on the surface of the substrate, and reflection can be reduced to some extent. When a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation is used, a pyramid structure called a texture structure can be uniformly formed on the surface of the substrate by such a method. Since it depends on the orientation, when a solar cell element is formed from a polycrystalline silicon substrate, there is a problem that the pyramid structure cannot be formed uniformly, and therefore the overall reflectance cannot be reduced effectively.
[0006]
In order to solve such problems, it has been proposed that when a solar cell element is formed of polycrystalline silicon, a minute protrusion is formed on the surface of the substrate by a reactive ion etching method. (For example, see Japanese Patent Publication No. 60-27195, Japanese Patent Laid-Open No. 5-75152, Japanese Patent Laid-Open No. 9-102625). That is, the fine irregularities are uniformly formed regardless of the plane orientation of the irregular crystal in the polycrystalline silicon, and the reflectance is more effectively reduced even in the solar cell element using the polycrystalline silicon. It is.
[0007]
However, the conditions for forming the unevenness as described above are delicate and change depending on the structure of the apparatus, so it is often very difficult to set the conditions. When unevenness cannot be formed uniformly, the incident light cannot be effectively taken into the solar cell, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is not improved. Since the value of each solar cell is determined by its power generation efficiency, the conversion efficiency of the solar cell must be improved to reduce its cost.
[0008]
The apparatus used in the reactive ion etching method is generally a parallel plate electrode type, in which an RF voltage is applied to the side of the electrode on which the substrate is installed, and the other side and the inner side wall are grounded. Connecting. The inside of the chamber is evacuated and an etching gas is introduced to etch the substrate while keeping the pressure constant. After the etching is completed, the inside of the chamber is returned to atmospheric pressure.
[0009]
Since such a procedure is followed, the reactive ion etching apparatus has a long waiting time for evacuation and atmospheric leakage. In addition, reactive ion etching apparatuses are often used for precision small semiconductor elements such as LSIs, but when used in solar cells, the area of the solar cell itself is large, so the number of processed wafers per process is small and manufacturing is possible. There was a problem of high costs. Therefore, when a reactive ion etching apparatus is used in the manufacturing process of a solar cell, it is an important point how to increase the number of treatments per process at a high tact time.
[0010]
As one of the methods for improving the tact, there is a method according to Japanese Patent Application No. 2001-298671. In this method, etching is performed while depositing an etching residue on the surface of the silicon substrate to form unevenness and roughening, and then this etching residue is removed. In order to quickly form a residue that becomes a mask during this etching. Then, the substrate to be etched is covered with a plate member having an opening and etched. According to this method, the unevenness formation speed is increased, and at the same time, the unevenness uniformity in the batch is improved, and the number of processed sheets per process can be increased.
[0011]
However, even with such a method, the number of processed sheets per process cannot be increased without limit, and the uniformity of the unevenness gradually becomes inferior as the batch processing area further increases. For example, in the case of a large apparatus whose etching area exceeds 1 m square, it is very difficult to ensure uniformity.
[0012]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art. For example, an etching apparatus, an etching method, and a plate used for forming uniform unevenness on the surface of a substrate used in a solar cell with high tact. An object is to provide a member.
[0013]
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a plurality of silicon substrates are arranged side by side directly on an electrode or via a tray, and a large number of openings are formed on the surface side of the silicon substrate. A plate member is provided and has a dry etching step of forming irregularities for reducing light reflection on the surface of the silicon substrate while confining an etching residue serving as an etching mask between the plate member and the silicon substrate. The plate member has a protruding wall located between the adjacent silicon substrates and abutting against the substrate mounting surface.
[0014]
In the solar cell manufacturing method, it is desirable that the protruding walls are formed in a lattice shape when the plate member is viewed in plan view.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view showing the structure of a solar cell element formed by using an etching apparatus according to the present invention, wherein 1 is a silicon substrate, 2 is uneven, 3 is an impurity diffusion layer on the light receiving surface side, and 4 is a back surface side. The impurity diffusion layer (BSF) 5 is an antireflection film, 6 is a front electrode, and 7 is a back electrode.
[0019]
The silicon substrate 1 is a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate. This substrate may be either p-type or n-type. In the case of monocrystalline silicon, it is formed by a pulling method or the like, and in the case of polycrystalline silicon, it is formed by a casting method or the like. Polycrystalline silicon can be mass-produced and is extremely advantageous over single-crystal silicon in terms of manufacturing cost. An ingot formed by a pulling method or a casting method is sliced to a thickness of about 300 μm and cut into a size of about 15 cm × 15 cm to form a silicon substrate.
[0020]
Concavities and convexities 2 are formed on the surface side of the silicon substrate 1 in order to effectively capture incident light without reflecting it. Further, a diffusion layer 3 in which reverse conductivity type semiconductor impurities are diffused is formed on the surface side of the silicon substrate 1. The reverse conductivity type impurity diffusion layer 3 is provided for forming a semiconductor junction in the silicon substrate 1. The reverse conductivity type impurity diffusion layer 3 is formed to a depth of about 0.1 to 0.5 μm.
[0021]
An antireflection film 5 is formed on the surface side of the silicon substrate 1. The antireflection film 5 is provided in order to prevent light from being reflected from the surface of the silicon substrate 1 and to effectively incorporate light into the silicon substrate 1. The antireflection film 5 is composed of a silicon nitride film (SiN _x ) film or a silicon oxide (SiO ₂ ) film having a thickness of about 500 to 2000 mm.
[0022]
On the back side of the silicon substrate 1, it is desirable to form a diffusion layer 4 in which one conductivity type impurity is diffused at a high concentration. This one-conductivity type impurity diffusion layer 4 forms an internal electric field on the back surface side of the silicon substrate 1 in order to prevent a decrease in efficiency due to carrier recombination near the back surface of the silicon substrate 1.
[0023]
A front surface electrode 6 and a rear surface electrode 7 are formed on the front surface side and the back surface side of the silicon substrate 1. The front electrode 6 and the back electrode 7 are formed, for example, by screen printing and baking an Ag paste and depositing a solder layer (not shown) thereon.
[0024]
As described above, fine irregularities 2 are formed on the surface side of the silicon substrate 1 in order to effectively capture incident light. The irregularities are active species generated by generating plasma by introducing a gas into the vacuumed etching chamber 18 and maintaining a constant pressure and applying RF power to the electrode 9 provided in the chamber 18. It is formed by etching the surface of the substrate 1 by the action of certain ions / radicals. This method, called the reactive ion etching (RIE) method, is illustrated as in FIGS.
[0025]
2 and 3, 8 is a mass flow controller, 1 is a silicon substrate, 9 is an RF electrode, 10 is a pressure regulator, 11 is a vacuum pump, and 12 is an RF power source. An etching gas and an etching residue generation gas are introduced into the apparatus from the mass flow controller 8 portion, and RF power is introduced from the RF electrode 9 to generate plasma to excite and activate ions and radicals. Etching is performed by acting on the surface of the silicon substrate 1 placed on the top. In the apparatus shown in FIG. 2, the RF electrode 9 is installed in the apparatus and the surface of one silicon substrate 1 is etched. In the apparatus shown in FIG. 3, the RF electrode 9 is installed on the outer wall of the apparatus and a plurality of sheets are provided. The surface of the silicon substrate 1 is etched simultaneously.
[0026]
Of the generated active species, a method that increases the effect of ions on etching is generally called a reactive ion etching method. Plasma etching is a similar method, but the principle of plasma generation is basically the same, and the distribution of the active species acting on the substrate 1 changes to a different distribution depending on the chamber structure, electrode structure, generation frequency, etc. I just let them. Therefore, the present invention is effective not only for the reactive ion etching method but also for all dry etching methods such as the plasma etching method.
[0027]
In the etching apparatus of the present invention, for example, etching is performed by applying RF power for adjusting the reaction pressure while flowing a fluorine-based gas, a chlorine-based gas, oxygen, or the like to generate plasma and holding the plasma for a certain period of time. As a result, irregularities 2 are formed on the surface of the silicon substrate 1. During the etching, silicon is etched and basically vaporized, but a part of the silicon is not vaporized and molecules are adsorbed and remain on the surface of the substrate 1 as a residue. That is, when the surface of the silicon substrate 1 is roughened by a reactive ion etching method or a similar dry etching method, the rate at which the etching residue mainly composed of etched silicon is reattached to the surface of the silicon substrate 1 is increased. The projections and recesses 2 are formed on the surface of the silicon substrate 1 by promoting and using this as a micromask for etching. This etching residue is finally removed.
[0028]
In addition, if the gas conditions, reaction pressure, RF power, etc. are set such that silicon residues remain on the surface of the silicon substrate 1, the irregularities 2 can be formed reliably. However, the aspect ratio of the unevenness 2 needs to be optimized depending on conditions. That is, the unevenness 2 cannot be formed under the condition that no silicon residue remains on the surface of the substrate 1.
[0029]
When etching is performed using the etching apparatus of the present invention, the silicon substrate 1 is covered with a plate member 13 having a large number of openings 14 and etched. Etching using such a plate member 13 can accelerate the formation of the residue and accelerate the formation of the unevenness 2.
[0030]
FIG. 4 shows an example of the plate member 13. A protruding wall 20 is provided on the peripheral edge of the plate member 13 on the substrate 1 side, that is, on one main surface side. When such a protruding wall 20 is provided, even in a large-area apparatus, the plate member 13 and the protruding wall 20 are surrounded by the substrate 1 regardless of the position and shape of the gas inlet and exhaust ports into the chamber 18. The density | concentration of the residue of the silicon | silicone staying in space becomes uniform, and the adhesion uniformity of the residue to the surface of the board | substrate 1 can be increased. Thereby, the uniformity of etching can be increased.
[0031]
At this time, the protruding wall 20 may be formed in a lattice shape in plan view of the plate member 13. As a result, the region where the etching residue is confined is narrowed, and the etching uniformity in the left and right regions before and after etching can be further increased.
[0032]
Further, it is desirable that the lower end portion of the protruding wall 20 is in contact with the electrode 9. Thereby, abnormal discharge between the lower end portion 21 of the protruding wall 20 on the substrate 1 side of the plate member 13 and the electrode 9 can be prevented. It is desirable that there is no silicon substrate 1 to be etched between the lower end 21 of the protruding wall 20 and the electrode 9. This is because if the silicon substrate 1 and the protruding wall 20 are in direct contact or too close, the silicon substrate 1 in that portion is not etched.
[0033]
The material of the plate member 13 can be a metal material or a material such as glass or ceramic. From the viewpoint of ease of processing the plate member 13, a metal member made of aluminum or the like is preferable. Stainless steel metals are not suitable because they corrode when exposed to a gas used for silicon etching. On the other hand, heat is generated during etching due to exposure to plasma. Although this temperature varies greatly depending on conditions, the temperature rises when exposed to plasma, and the process of removing the silicon substrate 1 in the atmosphere when the formation of irregularities is completed. Is preferred. Therefore, glass-based materials are desirable when exposed to plasma. Thus, a preferable material can be selected according to conditions.
[0034]
It is desirable to etch the plate member 13 and the silicon substrate 1 while maintaining an interval of 5 mm to 30 mm. In this way, when the silicon compound generated during the etching is volatilized, the silicon substrate 1 and the plate member 13 are confined within the silicon substrate 1, and a residue mainly composed of silicon is easily generated on the silicon substrate 1. The formation of the unevenness 2 can be promoted at the same time as the formation of the residue is promoted. When the distance between the plate member 13 and the silicon substrate 1 is 5 mm or less, the opening pattern 14 of the plate member 13 is transferred as a pattern on the surface of the silicon substrate 1 when the irregularities 2 are formed, resulting in unevenness. On the other hand, if the thickness is 30 mm or more, the effect of accelerating the formation of the unevenness 2 by forming the residue quickly is reduced.
[0035]
A method for maintaining the distance between the plate member 13 and the silicon substrate 1 is not particularly limited. As shown in FIG. 5, for example, a method of maintaining the distance by providing the side wall 17 over the entire length in the height direction is simple. Moreover, you may provide the leg part which supports the several edge part of the plate member 13. As shown in FIG. When the number of silicon substrates 1 to be etched is large and the plate member 13 has a large area, the plate member 13 is warped by its own weight, and the distance between the silicon substrate 1 to be etched and the plate member 13 is narrowed and opened. The trace of the pattern 14 may be transferred onto the silicon substrate 1 and become uneven. In that case, measures such as increasing the thickness of the plate member 13 or increasing the height of the side wall portion 17 are effective. A method of reducing the thickness only at the center of the plate member 13 is also effective. The thickness of the plate member 13 is not particularly limited. It can be set freely depending on the relationship between strength, material cost, and etching conditions.
[0036]
The opening ratio of the opening 14 with respect to the entire area of the surface portion of the plate member 13 in plan view is preferably 5% to 40%. When the aperture ratio is 5% or less, the supply of gas necessary for etching the silicon substrate 1 is insufficient, and the formation rate of the residue is slowed, so that the formation of the unevenness 2 is slowed. Further, when the aperture ratio is 40% or more, the effect of confining the inside of the silicon substrate 1 and the plate member 13 when the silicon compound generated during etching is volatilized is weakened, and the effect of promoting the formation of the residue is reduced.
[0037]
The present invention is particularly effective when the substrate is etched in a large area exceeding 1 m square, but can be effectively used even in a small area. The present invention is effective when there is a hardware problem that uniformity cannot be improved sufficiently even if other etching conditions are changed.
[0038]
The pattern shape of the opening 14 of the plate member 13 is not particularly limited. As shown in FIG. 4, for example, a pattern in which circular openings are arranged in a matrix can be used, or a dot-like staggered pattern can be used. Moreover, a pattern like a slit may be sufficient. However, if there is a part with a large area that is not open, unevenness occurs in the lower part due to the difference in the shape of the unevenness 2 from the lower part of the opening 14.
[0039]
In the above-described example, the bulk type silicon solar cell has been described as an example of the substrate to be etched. However, the present invention is not limited to the bulk type and can be applied to a thin film type or an amorphous type. Moreover, it is not limited to a silicon substrate or a solar cell.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a plate member in which a plurality of silicon substrates are arranged side by side directly or via a tray and a large number of openings are formed on the surface side of the silicon substrate. A plate having a dry etching step of forming concavities and convexities for reducing light reflection on the surface of the silicon substrate while confining an etching residue serving as an etching mask between the plate member and the silicon substrate; Since the member has a protruding wall that is located between the adjacent silicon substrates and abuts against the substrate mounting surface, the residue generated during etching can be confined between the plate member and the substrate. The uniformity of the unevenness can be improved. Accordingly, uniform irregularities can be efficiently formed on the surface of the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a solar cell having a roughened substrate using an etching apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing an etching apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing another structure of the etching apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a plate member for an etching apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view showing a cross section of an etching apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Silicon substrate, 2; Concavity and convexity structure, 8; Mass flow controller, 9; RF electrode, 10; Pressure regulator, 11; Vacuum pump, 12: RF power supply, 13; Plate member, 14; 16; insulator, 17; side wall, 18; etching chamber, 19; etching apparatus, 20;

Claims

A plurality of silicon substrates are juxtaposed on the electrode directly or via a tray, a plate member having a large number of openings formed on the surface side of the silicon substrate is disposed, and etching residues serving as an etching mask are removed from the plate member. And a dry etching step of forming concavities and convexities for reducing light reflection on the surface of the silicon substrate while confining between the silicon substrate and the silicon substrate,
The said plate member is located between the said adjacent silicon substrates, and has a protrusion wall which contact | abuts to the said board | substrate installation surface, The manufacturing method of the solar cell characterized by the above-mentioned.

The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the protruding wall is formed in a lattice shape when the plate member is viewed in plan view.