JP4721557B2

JP4721557B2 - 太陽電池用基板の粗面化法

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Publication number: JP4721557B2
Application number: JP2001161514A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎新楽; 健次福井; 洋介猪股
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002353484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池用基板の粗面化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の高効率化には光閉じ込め構造の導入が不可欠であるが、その代表的なものが凹凸構造の導入である。
【０００３】
Ｓｉ基板を用いたバルク型太陽電池においては、従来から、ウェットエッチング法によるＳｉの結晶構造を反映したピラミッド状のテクスチャー構造が知られているが、この方法では結晶方位がそろっていない多結晶Ｓｉ基板に対しては所望の凹凸構造を基板全面にわたって均一に形成することはできない。
【０００４】
この問題を解決するには、ドライエッチング法が極めて有効であり、例えば特開平９−１０２６２５号や特開平１１−３１２６６５号に述べられているように、多結晶Ｓｉ基板に対しても均一な凹凸構造を形成することができる。なお、ドライエッチング法のシリコン基板への基本的な応用例は特公昭６０−２７１９５号に、ドライエッチング法を有機薄膜を形成した後に行うことは特開平５−７５１５２号に述べられている。
【０００５】
ところで、ドライエッチング法によって凹凸構造を形成する原理について、例えば特願２０００−２６３０２３号には、凹凸構造を形成するには、その被エッチング面にエッチング残渣が付着することが不可欠である旨が述べられている。つまり、エッチング残渣がマイクロマスクとして働くことによって凹凸構造が形成されるのである。そしてこのエッチング残渣の主成分はＳｉであることが述べられている。
【０００６】
また、特願２００１−１３０４２９号では、図６に示すように、被エッチング基板１の周囲にＳｉ材からなるダミー基板５を配置することで、図５に示すように、それまで課題となっていた基板１の周辺部１ｇの凹凸形成の不良が改善されることが述べられている。これはダミー基板５からエッチング脱離した揮発性Ｓｉ化合物が被エッチング基板１の周辺部１ｇに付着し、被エッチング基板１の周辺部１ｇで不足していたマイクロマスクを補充するからであると考えられている。
【０００７】
つまり、従来は被エッチング基板１自体からエッチングの際に放出される揮発性のＳｉ化合物が再度エッチング基板１上に残渣として付着堆積することを利用して、これをマイクロマスクとして凹凸構造を形成していたが、この方法では、図５に示すように、被エッチング基板１のエッジ部１ｇは周囲にＳｉ基板がない場合には、該エッジ部１ｇは充分なエッチング残渣の供給を受けることができず、その結果この部分での凹凸構造の形成が不充分となっていた。
【０００８】
それに対して特願２００１−１３０４２９号では、被エッチング基板１のエッジ部１ｇの外側にＳｉ片もしくはＳｉ基板をダミー基板５として設置することにより、そのダミー基板５のエッチングにより生成するＳｉ化合物が被エッチング基板１のエッジ部１ｇに供給されてエッチング残渣が補充されることとなり、被エッチング基板１のエッジ部１ｇでも充分な凹凸構造が形成できるようになったのである。そして、このエッジ部１ｇの外側に設置するＳｉ片もしくはＳｉ基板５と目的の被エッチング基板１との間隔は５ｍｍ以内にすることが望ましく、これが５ｍｍ以上離れていると残渣の供給が不充分となって凹凸形成が不充分となり、逆に近づけることは全く問題がなく、全く間隔を開けないことが理想的であるとの知見も得ることができた。
【０００９】
さらに、特願２００１−１３０４３０号では、図７及び図８に示すように、エッチング装置のチャンバー７ｆ内に所定の開口部７ａ’を有するプレート７ａを被エッチング基板１と所定の間隔をもって平行に配置することによって、揮発性のＳｉ化合物が排気されるのを抑えてＳｉ化合物を被エッチング基板１の近傍に閉じ込め、Ｓｉを主成分とするエッチング残渣の生成と付着を促進することで、それまで課題であったマイクロマスクとなるエッチング残渣の生成速度を向上させることができる旨が述べられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの解決手段をもってしても未だ残された課題があった。例えば上記特願２００１−１３０４２８号においては、図６に示すように、ダミー基板５の設置面積がデッドスペースとなって装置の最大処理面積を有効に使うことができず、１バッチあたりの処理枚数に制限が生じてしまうという課題があった。すなわち、この方法によれば確かに被エッチング基板１の全面にわたってほぼ均一な凹凸構造を形成できるが、ダミー基板５を設置する必要があるためにその設置スペースだけ装置の有効処理面積が減少して１バッチあたりの処理枚数が減ってしまうことや、ダミー基板５の補充を定期的に行う必要があることなどの解決すべき課題がなお残っていた。
【００１１】
また、上記特願２００１−１３０４３０号においては、プレート７ａの設置高さや加工形状を連続的に自由に変えることは実際には困難であるが、エッチング形状に対するプレート７ａの影響は大きく、これがためにエッチング条件の自由度が自ずから制限されてしまい、結果的にプレート７ａの設置高さや加工形状の条件出しに非常に手間がかかるなどコスト的に望ましいものとは言えなかった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、前記ドライエッチングによるガス条件において、従来から用いられてきたエッチング用反応性混合ガスに加えて、Ｓｉ系ガスを混合することで、積極的にＳｉを主成分とするマイクロマスクの生成を促進することを基本原理として考案されたものである。
【００１３】
太陽電池用基板の製造方法は、太陽電池用基板の表面をドライエッチング法で粗面化した太陽電池用基板の製造方法において、フッ素ガスと、塩素系ガスと、酸素系ガスと、を含む反応性混合ガスと、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のうちの少なくとも１種を含むＳｉ系ガスとをそれぞれ別系統でチャンバー内に導入するとともに、前記Ｓｉ系ガスをチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔から前記チャンバー内に導入してドライエッチングを行なうことを特徴とする。
【００１６】
また、上記太陽電池用基板の粗面化法では、前記ドライエッチング法が反応性イオンエッチング法であることが望ましい。
【００１７】
また、上記太陽電池用基板の粗面化法では、前記太陽電池用基板がシリコン、ガラス、金属、プラスチック、または樹脂のうちのいずれかからなることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞バルク型Ｓｉ太陽電池の場合
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は本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法で形成されるバルク型Ｓｉ太陽電池セルの構造を示す図である。図１中、１はＳｉ基板、１ａは表面凹凸構造、１ｂは受光面側不純物拡散層、１ｃは裏面側不純物拡散層（ＢＳＦ）、１ｄは表面反射防止膜、１ｅは表面電極、１ｆは裏面電極を示している。
【００１９】
前記Ｓｉ基板１は単結晶もしくは多結晶のＳｉ基板である。この基板１はｐ型、ｎ型いずれでもよい。単結晶Ｓｉの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶Ｓｉの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶Ｓｉは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶Ｓｉ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、１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してＳｉ基板とする。
【００２０】
Ｓｉ基板１の表面側には、入射した光を反射させずに基板１内に有効に取り込むために微細な凹凸１ａをドライエッチング法を用いて形成する。本実施形態で述べる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法はドライエッチング法の一例であるが、このＲＩＥ法を実現するための装置の構成を図２及び図３に示す。ドライエッチング法は、真空引きされたチャンバー内に反応性ガスを導入し、一定圧力に保持して、チャンバー内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオンやラジカルの作用によって基板１の表面をエッチングするものである。
【００２１】
図２および図３中、１はＳｉ基板、２ａはマスフローコントローラー、２ｂはＲＦ電極、２ｃは圧力調整器、２ｄは真空ポンプ、２ｅはＲＦ電源である。装置内にマスフローコントローラー２ａ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２ｂ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２ｂの上部に設置されたＳｉ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２ｂを装置内に設置して１枚のＳｉ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２ｂを装置の外壁に設置して複数枚のＳｉ基板１の表面を同時にエッチングするようにしている。
【００２２】
なお、反応性ガスのプラズマ中には、既に述べたようにラジカルやイオンといった活性種が存在しているが、このうち、イオンによるエッチング作用を積極的に用い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法などがあるが、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ー構造や電極構造や発生周波数等によって変化させているだけである。そのため、本発明は特に反応性イオンエッチング法に限るものではなく、広くプラズマエッチング法全般に対して有効である。
【００２３】
反応性ガスとしては、フッ素系ガス、塩素系ガス、酸素系ガスの少なくともいずれかを含む混合ガスを用いる。例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ₃）を２０ｓｃｃｍ、塩素（Ｃｌ₂）を５０ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ₂）を１０ｓｃｃｍ、ＳＦ₆を８０ｓｃｃｍ、さらに必要であればこれらに加えてＨ₂Ｏを１ｓｃｃｍ程度流しながら、反応圧力７Ｐａ、プラズマを発生させるＲＦパワー５００Ｗで３分間程度エッチングする。これによりＳｉ基板１の表面には凹凸構造が形成される。このとき前記ガス流量やＲＦパワーの絶対値は装置の大きさや形状が変われば当然変化するものであるが、その場合は所定のディメンジョン効果を考慮して前記数値間の比が一定になるようにするなどして絶対値を決めればよい。エッチング処理中はＳｉ基板１の表面のＳｉは基本的には気化して排気されるが、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ったり、一部は気化後に排気しきれずに基板１の表面に再付着して残渣となる。この残渣はＳｉを主成分とするものであって、これがマイクロマスクとして働いて凹凸構造１ａが形成されるのである。
【００２４】
このように、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどのエッチング条件を、エッチング直後に残渣がＳｉ基板１の表面に残るような条件に設定すると、凹凸１ａを確実に形成することができ、逆にエッチング後に残渣が残らないような条件ではいかなる条件でも凹凸１ａを形成することはできない。なお、凹凸１ａのアスペクト比（凹凸の平均高さ／凹凸の平均幅）に関しては、上記条件よって所望の値に調整して最適化することができる。
【００２５】
この微細な凹凸１ａは凹部が曲面になり、この曲面が多数連なったような形状を呈し、ＲＩＥ法によりガス濃度もしくはエッチング時間を制御することにより、その大きさを変化させることができる。この微細な凹凸１ａの平均的高さと幅はそれぞれ２μｍ以下に形成される。この微細な凹凸１ａをＳｉ基板１の必要な部分の全面にわたって均一且つ正確に制御性を持たせて形成するためには、１μｍ以下が好適である。この微細な凹凸１ａのアスペクト比（凹凸の平均高さ／凹凸の平均幅）は、２以下であることが望ましい。このアスペクト比が２以上の場合、製造過程で微細な凹凸１ａが破損しやすくなり、太陽電池セルを形成した場合にリーク電流が大きくなって良好な出力特性が得られにくくなる。
【００２６】
本発明では、前記した混合ガスに、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のＳｉ系ガスのうち少なくとも１種を含むガスを混合する。
【００２７】
このとき混合するＳｉ系ガスの流量は、エッチング用ガスである前記フッ素系ガスと塩素系ガスの合計流量を最大値とし、その１／１０００を最小値とする範囲で、より好適にはその１／２００を最小値とする範囲で、目標とする凹凸形状やエッチング装置の大きさ、形状等に応じて調節する。Ｓｉ系ガス流量が前記最大値を超えるとＳｉ膜の堆積が優先的となって望ましいマイクロマスクの形成ができなくなる。また、Ｓｉ系ガス流量が前記最小値未満ではマイクロマスク形成の促進効果は著しく低下してしまう。例えば、前述のように反応性ガスとして、フッ素系ガスである三フッ化メタン（ＣＨＦ₃）及びＳＦ₆を、それぞれ２０ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ、合計１００ｓｃｃｍとし、塩素系ガスである塩素（Ｃｌ₂）を５０ｓｃｃｍ、酸素系ガスである酸素（Ｏ₂）を１０ｓｃｃｍ、さらに必要であればこれらに加えてＨ₂Ｏを１ｓｃｃｍ程度流す条件では、Ｓｉ系ガスとしてＳｉＨ４を用いる場合、その流量を０．７５ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍの範囲としたときには、好適なマイクロマスクの形成促進効果を認めた。しかし流量を０．７５ｓｃｃｍより下げていくとマイクロマスクの形成促進効果の低減が見られるようになり、０．１５ｓｃｃｍ以下では促進効果は全く認められなかった。一方、流量を１５０ｓｃｃｍ以上とすると明らかにＳｉ膜の堆積モードとなり好適なマイクロマスク形成はなされなかった。
【００２８】
本発明によれば、前記Ｓｉ系ガスを導入することでＳｉを主成分とするマイクロマスクの形成に必要なＳｉの供給を積極的に行うことにより、マイクロマスクの形成を促進するので、従来必要であったＳｉ材からなるダミー基板５などが不要となり、装置の有効処理面積を最大限に活用できるようになり、１バッチあたりの処理枚数を最大にすることが可能となる。
【００２９】
また、従来用いていたプレート７ａによるエッチング条件の制限が緩くなり、場合によってはプレート７ａ自体も不要とすることができるので装置の低コスト化に非常に有効である。
【００３０】
さらに、本発明によれば、フッ素系ガス、塩素系ガス、酸素系ガスのいずれかを含んだ反応性混合ガスと、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のＳｉ系ガスのうち少なくとも１種を含むガスを、エッチング処理を行うチャンバー内まで別系統で導入し、少なくとも後者のガスをチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔からチャンバー内に導入することもできるので、チャンバー内の被エッチング領域１の凹凸構造１ａの形成の均一分布をより容易に得ることができる。つまり、チャンバー内エッチング領域のうち中心に近い領域では周囲に被エッチング材料があるので、Ｓｉを主成分とするマイクロマスク形成に必要な揮発性のＳｉ化合物の供給が自動的に行われるが、エッチング領域の外周部となるチャンバー内壁に近い領域では、その外周部に被エッチング材がなく被エッチング材からの揮発性Ｓｉ化合物の供給が不足しがちとなるので、前段落までに述べた本発明においてもエッチング領域全域にわたっての均一な凹凸構造を形成するための条件出しは必ずしも容易とは言えないのであるが、この場合はＳｉ系ガスの導入をチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔から行えば、その流量を調節することによってチャンバー内壁に近い領域でもチャンバー中心付近のエッチング領域と同等のマイクロマスクを形成することができるようになるので、エッチング領域の全域にわたって均一な凹凸構造をより容易に形成することができるのである。
【００３１】
続いて、Ｓｉ基板１の表面に残ったエッチング残渣を除去する。エッチング残渣を除去する方法としては、たとえば反応性イオンエッチング装置あるいは類似のプラズマエッチング装置によって凹凸構造１ａを形成して基板１を取り出した後に水槽内で超音波をかける。この超音波を印加する装置の種類としては、通常市販されている主な洗浄用超音波装置の周波数は数十ｋＨｚから数百ｋＨｚで、印加する振動子も材質、形状、出力など様々なタイプがあるが、この装置のタイプは表面の残渣除去の容易さによって選択することができる。残渣除去の容易さは凹凸の形状や大きさや残渣の残量、あるいは基板の厚みなどによっても変化し、さらに超音波の周波数によっても変化するが、残渣の除去が比較的困難な条件であっても印加時間を長くすることで残渣を除去することが可能である。
【００３２】
Ｓｉ基板１の表面側には、Ｓｉ基板１とは逆導電型の不純物が拡散された層１ｂが形成されている。この逆導電型不純物が拡散された層１ｂは、Ｓｉ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り、例えばｎ型の不純物を拡散させる場合、ＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散法、Ｐ₂Ｏ₅を用いた塗布拡散法、及びＰ⁺イオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。この逆導電型不純物を含有する層１は０．３〜０．５μｍ程度の深さに形成される。
【００３３】
また、このＳｉ基板１の表面側には、反射防止膜１ｄが形成されている。この反射防止膜１ｄは、太陽電池素子の表面で光が反射するのを防止して、Ｓｉ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１ｄは、Ｓｉ基板１との屈折率差等を考慮して、屈折率が２程度の材料で構成され、厚み５０〜２００ｎｍ程度の窒化Ｓｉ膜や酸化Ｓｉ（ＳｉＯ₂）膜などで構成される。
【００３４】
Ｓｉ基板１の裏面側には、Ｓｉ基板１と同一導電型の不純物が高濃度に拡散された層１ｃを形成することが望ましい。この同一導電型不純物が高濃度に拡散された層１ｃは、Ｓｉ基板１の裏面でのキャリア再結合による効率低下を防ぐため形成される。すなわち、Ｓｉ基板１の裏面側に形成された拡散層１ｃでは少数キャリア密度が低減されるので少数キャリアの再結合速度が減り、効率低下に比例する再結合割合が減るのである。この結果、特に長波長の光感度が増大すると共に、太陽電池の高温における特性の低下をも軽減できる。なお、拡散層１ｃが形成されたＳｉ基板１の裏面側のシート抵抗は１５Ω／□程度になる。
【００３５】
Ｓｉ基板１の表面側および裏面側には、表面電極１ｅおよび裏面電極１ｆが形成されている。この表面電極１ｅ及び裏面電極１ｆは主にＡｇ紛、バインダー、フリットなどからなるＡｇペーストをスクリーン印刷して焼成し、その上に半田層を形成する。表面電極１ｅは、例えば幅２００μｍ程度に、またピッチ３ｍｍ程度に形成される多数のフィンガー電極（不図示）と、この多数のフィンガー電極を相互に接続する２本のバスバー電極（１ｅ）で構成される。裏面電極１ｆは、例えば幅３００μｍ程度に、またピッチ５ｍｍ程度に形成される多数のフィンガー電極（不図示）と、この多数のフィンガー電極を相互に接続する２本のバスバー電極（１ｆ）とで構成される。
【００３６】
以上によって光閉じ込め効率が高い凹凸構造を有した高効率かつ低コストなバルク型Ｓｉ太陽電池を得ることができる。
【００３７】
＜実施形態２＞薄膜型結晶質Ｓｉ太陽電池
次に、本発明の他の実施形態を図４に基づいて詳細に説明する。図４は薄膜型結晶質Ｓｉ太陽電池セルの構造を示す図である。図４中、４aは基板、４ｂは裏電極層、４ｃは光活性層部を結晶質Ｓｉで形成した半導体接合を有する半導体層、４ｄは表透明導電層、４ｅは表集電極である。
【００３８】
基板４ａは、ガラス、金属、プラスチック、樹脂などを材料とした板材あるいはフィルム材などから成る。
【００３９】
基板４ａの表面には、入射した光が後述する裏面電極層４ｂ表面で有効に散乱反射されるように微細な凹凸構造４ｆを形成する。これは実施形態１で述べた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などを用いて形成されるが、本発明によれば、フッ素系ガス、塩素系ガス、酸素系ガスの少なくともいずれかを含む反応性混合ガスに、Ｓｉを主体とするマイクロマスクの形成を促進するＳｉ系ガス（ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のうち少なくとも１種を含むガス）を混合する。
【００４０】
このときこれらのガスについては、例えば、フッ素系ガスとしてＳＦ₆を５〜８０ｓｃｃｍ程度、塩素系ガスとしてＣｌ₂を０〜５０ｓｃｃｍ程度、酸素系ガスとしてＯ₂を１〜３０ｓｃｃｍ程度の範囲とし、Ｓｉ系ガスについては、エッチング用ガスである前記フッ素系ガスと塩素系ガスの合計流量を最大値とし、その１／１０００を最小値とする範囲で、より好適にはその１／２００を最小値とする範囲で、目標とする凹凸形状やエッチング装置の大きさ、形状等に応じて調節する。Ｓｉ系ガス流量が前記最大値を超えるとＳｉ膜の堆積が優先的となって望ましいマイクロマスクの形成ができなくなる。また、Ｓｉ系ガス流量が前記最小値未満ではマイクロマスク形成の促進効果は著しく低下してしまう。例えばフッ素ガス、塩素ガス、酸素ガスの流量が前記条件であり、Ｓｉ系ガスとしてＳｉＨ₄を用いる場合、ＳｉＨ₄流量を０．０２５ｓｃｃｍ〜１３０ｓｃｃｍの範囲とすれば好適なマイクロマスクの形成促進効果が認められた。ＳｉＨ₄流量を０．０２５ｓｃｃｍ以下としていくとマイクロマスクの形成促進効果の低減が見られるようになり、０．００５ｓｃｃｍ以下ではマイクロマスク形成促進効果は全く見られなかった。一方、ＳｉＨ₄流量を１３０ｓｃｃｍ以上とすると明らかにＳｉ膜の堆積モードとなり好適なマイクロマスク形成はなされなかった。
【００４１】
また、ＲＦパワーについては１００〜５００Ｗ程度とする。このとき前記ガス流量やＲＦパワーの絶対値は装置の大きさや形状が変われば当然変化するものであるが、その場合は所定のディメンジョン効果を考慮して前記数値間の比が一定になるようにするなどして絶対値を決めればよい。
【００４２】
このように設定することにより、微細な凹凸構造４ｆを基板全面にわたって均一かつ効率的に形成することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、従来必要であったＳｉ材からなるダミー基板５が不要となり、装置の有効処理面積を最大限に活用できるようになり、１バッチあたりの処理枚数を最大にすることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、Ｓｉ系ガスを反応性ガスに混合しているため、Ｓｉを主成分とするマイクロマスクの生成が非常に促進され、実施例１でも述べたようにチャンバー内に設置するプレート７ａによるエッチング条件の制限が緩くなり、場合によってはプレート７ａ自体も不要とすることができるので装置の低コスト化がはかれる。
【００４５】
さらに本発明によれば、エッチング領域全域にわたっての均一な凹凸構造を形成するための条件出しが必ずしも容易でない場合は、Ｓｉ系ガスの導入をチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔から行えば、その流量を調節することによってチャンバー内壁に近い領域でもチャンバー中心付近のエッチング領域と同等のマイクロマスクを形成することができるようになるので、領域の全域にわたって凹凸構造を均一に形成できるようになる。
【００４６】
なお、本発明のドライエッチング法による微細な凹凸構造４ｆは、多数の凹部が曲面から成るが、凸部頂点と凹部最下点間の高低差は０．０１〜１μｍとするとよいことが特願２０００−３０１４１９号に述べられている。また、この凹部の曲面の接線が基板に水平な方向に対してなす角度の最大値を８°以上４０°以下とし、また隣接する凹部の最下点間の距離を５μｍ以下とすることが望ましいことが特願２００１−１００３８８号に述べられている。以上によって充分な光閉じ込め効果が得られるとともに、リーク電流発生による特性低下を防ぐことができる。また、隣接する凹部の最下点間の距離を５μｍ以下とするのは、半導体層の膜厚を０．５〜数μｍ程度とした場合に、この半導体層の膜厚に対して平坦とはみなせない程度の有意な凹凸構造を得るためである。
【００４７】
次に、裏電極層４ｂとなる金属膜を形成する。金属膜材料としては、光反射特性に優れるＡｌ、Ａｇなどを用いるのが望ましい。製膜方法としては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの公知の技術を使用できる。膜厚は、０．０５〜２μｍとし、この裏電極層４ｂの表面が基板４ａの表面の微細な凹凸構造４ｆを反映した微細な凹凸構造を有したものにする。裏電極層４ｂの膜厚を０．０５〜２μｍとすれば、裏電極層４ｂ表面の凹凸形状は基板４aの表面の凹凸構造４ｆをほぼ反映したものとなるので、例えば基板４ａ表面の凹凸構造４ｆを形成する面の傾斜角度を８°以上とすれば裏電極層４ｂ表面の傾斜角度もほぼ８°以上とすることができる。このとき裏電極層４ｂ面に垂直入射して反射した光は、半導体層４ｃ上に形成された透明導電膜４ｄと空気層との界面で全反射条件を得られるようになり、非常に効率的な光閉じ込めを行うことができる。
【００４８】
なお、実際の商品化にあたってはこの太陽電池素子はモジュール化されるので上記透明導電膜４ｄの表面と接する媒体は空気ではなくモジュール構成材料たる封止樹脂やガラスとなるが、この場合は上記凹凸面の傾斜角度を１５°以上とすればＳｉ半導体層４ｃと透明導電層４ｄの界面で全反射条件が得られるようになるので、やはり非常に効率的な光閉じ込めを行うことができる。
【００４９】
また、素子表面が平坦と見なせる場合は上述のような凹凸構造４ｆに形成するが、仮に素子表面に半導体層の結晶構造に起因した自成的凹凸構造を反映した凹凸構造が存在していても上記角度数値とすれば充分条件を満たすことには変わりがない。
【００５０】
なお、裏電極層４ｂの膜厚を０．０５μｍ以下とすると素子の直列抵抗成分の増加による特性低下を無視できなくなり、また２μｍ以上にすると基板４ａの表面上の凹凸構造４ｆが裏電極層４ｂの表面に有効に反映されにくくなると同時にコスト的にも現実的ではなくなる。
【００５１】
また、基板４ａと裏電極層４ｂの接着強度を高めるためには、例えばＴｉなどの金属層を基板４ａと裏電極層４ｂの間に厚さ０．５〜２００ｎｍで挿入すればよいことが特願２００１−５３２９０号に述べられている。
【００５２】
さらに、裏電極層４ｂから後述する半導体層４ｃへの金属成分の拡散が問題になる場合は、裏電極層４ｂと半導体層４ｃの間に拡散バリア層（不図示）を挿入すればよい。拡散バリア層としてＴｉなどの金属膜を用いる場合は厚さ１０ｎｍ以下、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ等の透明導電膜を拡散バリア層に用いる場合は厚さ１００ｎｍ以下にすればよい。透明導電膜を用いる場合は、拡散バリア層としての機能の他に裏電極層４ｂの実効的反射率を向上させる機能も持たせることができる。さらにまた、後者の透明導電膜を用いる場合、その成膜後に、表面の凹凸形状の平均高低差が透明導電膜と裏電極層４ｂとの界面の凹凸形状の平均高低差よりも小さくなるようにすることで、後述する半導体層４ｃの形成においてリーク電流の発生が抑えられた高品質な膜の形成が可能となる（例えば特願２００１−２０６２３号参照）。
【００５３】
次に、光活性層部を結晶質Ｓｉで形成した半導体接合を有する半導体層４ｃを形成する。半導体層４ｃは大別して下地層、光活性層、接合層で構成される。
【００５４】
まず、下地層（不図示）として、非単結晶Ｓｉ膜を触媒ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などの方法で形成する。膜厚は１０〜５００ｎｍ程度とする。ドーピング元素濃度については１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ³程度とし、ｐ⁺型（またはｎ⁺型）とする。
【００５５】
次に、光活性層（不図示）として結晶質Ｓｉ膜を触媒ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などの方法で形成する。膜厚は０．５〜１０μｍ程度とする。なお、導電型は上記下地層よりドーピング濃度が低い同導電型とするか、あるいは実質的なｉ型とする。
【００５６】
次に、半導体接合（不図示）を形成するべく、非単結晶Ｓｉ膜（接合層）を触媒ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などの方法で形成する。膜厚は５〜５００ｎｍ程度とする。ドーピング元素濃度は１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ³程度とし、上述した下地層とは反対導電型（ｎ⁺型またはｐ⁺型）とする。なお、接合特性をより改善するために光活性層と接合層との間に実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ層を挿入してもよい。このとき挿入層の厚さは、結晶質Ｓｉ層の場合は１０〜５００ｎｍ程度、非晶質Ｓｉの場合は１〜２０ｎｍ程度とする。
【００５７】
次に、透明導電層４ｄを形成する。透明導電層４ｄの材料としては、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯなど公知の材料を用いることができる。製膜方法としては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法など公知の技術を用いることができる。この膜厚は光学的干渉効果を考慮して６０〜３００ｎｍ程度にするのがよい。
【００５８】
最後に、表集電極４ｅとなる金属膜を形成する。金属膜材料としては導電性に優れるＡｌ、Ａｇなどを用いるのが望ましい。製膜方法としては、蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷法などの公知の技術を使用できる。このとき蒸着法、スパッタ法においては、マスキング法、リフトオフ法などを用いて所望のパターンに金属膜を形成することができる。なお、透明導電層４ｄとの接着強度を強化するためには、透明導電層４ｄと表集電極４ｅとの間に、Ｔｉ等の酸化物材料との接着強度に優れる金属材料を挿入すると効果的である。
【００５９】
以上によって、光閉じ込め効率が高くかつリーク電流発生を充分抑制できる凹凸構造を有した高効率かつ低コストな薄膜型結晶質Ｓｉ太陽電池を得ることができる。
【００６０】
なお、この実施形態２では、半導体層４ｃが光活性層部を結晶質Ｓｉで形成した薄膜型結晶質Ｓｉ太陽電池について述べたが、半導体層４ｃが主に非晶質Ｓｉで形成されている薄膜型非晶質Ｓｉ太陽電池においてもこの実施形態で述べた基板の粗面化法はもちろん応用可能である。
【００６１】
本発明によれば、太陽電池用基板の製造方法によれば、太陽電池用基板の表面をドライエッチング法で粗面化した太陽電池用基板の製造方法において、フッ素ガスと、塩素系ガスと、酸素系ガスと、を含む反応性混合ガスと、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のうちの少なくとも１種を含むＳｉ系ガスとをそれぞれ別系統でチャンバー内に導入するとともに、前記Ｓｉ系ガスをチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔から前記チャンバー内に導入してドライエッチングを行なうことから、ダミー基板を設置しなくてもＳｉを主成分とするマイクロマスクの均一生成が装置全体にわたって可能となり、装置有効面積を最大限利用できるようになる。
【００６２】
また、同じ理由でマイクロマスクの生成が積極的になされるので、マイクロマスクの生成効率が高まり、またプレートによる揮発性Ｓｉ化合物の閉じ込めの必要性も低減するので、プレートの設計自由度が広がり、場合によってはプレート無しでも凹凸構造を形成することも可能となるので装置コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法によって形成される太陽電池の構造を示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法に用いられる装置を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法に用いられる他の装置を示す図である。
【図４】本発明に係る太陽電池用基板の粗面化法によって形成される他の太陽電池の構造を示す図である。
【図５】従来の方法で粗面化された太陽電池用基板を示す図である。
【図６】従来の方法で用いられる太陽電池用基板とダミー基板の配置例を示す図である。
【図７】従来の方法で用いられるエッチング装置、太陽電池基板、及びプレートの位置関係を示す断面構造図である。
【図８】従来の方法で用いられるプレートの代表的形状を示す図である。
【符号の説明】
１：Ｓｉ基板、１ａ：表面凹凸構造、１ｂ：不純物拡散層、１ｃ：裏面不純物拡散層、１ｄ：反射防止膜、１ｅ：表面電極、１ｆ：裏面電極、２ａ：マスフローコントローラー、２ｃ：ＲＦ電極、２ｄ：圧力調整器、２ｅ：真空ポンプ、２ｆ：ＲＦ電源、４ａ：エッチング不十分な部分、４ｂ：エッチングが均一形成されている部分、５ａ：凹凸形成の目的の被エッチング基板、５ｂ：凹凸形成目的の被エッチング基板を均一に凹凸形成するためのＳｉ片

Claims

太陽電池用基板の表面をドライエッチング法で粗面化した太陽電池用基板の製造方法において、フッ素ガスと、塩素系ガスと、酸素系ガスと、を含む反応性混合ガスと、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄のうちの少なくとも１種を含むＳｉ系ガスとをそれぞれ別系統でチャンバー内に導入するとともに、前記Ｓｉ系ガスをチャンバー内壁に沿って配置されたガス吹き出し孔から前記チャンバー内に導入してドライエッチングを行なうことを特徴とする太陽電池用基板の製造方法。
前記ドライエッチング法が反応性イオンエッチング法であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の製造方法。
前記太陽電池用基板がシリコン、ガラス、金属、プラスチック、または樹脂のうちのいずれかからなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池用基板の製造方法。