JP5340103B2 - Solar cell - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池に関し、特に、光の閉じ込め効果を向上させることにより、高い光電変換効率を達成することが可能な、新規な構造を有する太陽電池に関する。   The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell having a novel structure capable of achieving high photoelectric conversion efficiency by improving the light confinement effect.

近年、二酸化炭素の排出量を低減するために、化石燃料によらず発電が可能な太陽電池が大きな注目を集めている。しかしながら、その発電コストは石油などの化石燃料あるいは原子力を利用した場合に比べて高く、一層のコスト低減が求められている。太陽電池の発電コストの低減には、高い光電変換効率を有する材料の開発とともに、素子自体に入射する光の吸収率を向上させること、すなわち、光閉じ込め効果を向上させることが重要である。   In recent years, in order to reduce carbon dioxide emissions, solar cells that can generate power without using fossil fuels have attracted much attention. However, the power generation cost is higher than when using fossil fuels such as oil or nuclear power, and further cost reduction is required. In order to reduce the power generation cost of a solar cell, it is important to improve the absorption rate of light incident on the element itself, that is, to improve the light confinement effect, together with the development of a material having high photoelectric conversion efficiency.

従来の太陽電池では、光閉じ込め効果を向上させるために、受光面にSiO2あるいはSiNなどを材料とする反射防止層を設けて太陽光の反射率を低下させるとともに、受光面に凹凸を設けてテクスチャ構造とすることにより、太陽光が素子内に効率よく吸収されるようにしている。 In conventional solar cells, in order to improve the light confinement effect, an antireflection layer made of SiO 2 or SiN or the like is provided on the light receiving surface to reduce the reflectance of sunlight, and unevenness is provided on the light receiving surface. By adopting a texture structure, sunlight is efficiently absorbed in the element.

例えば、特許文献1に記載の発明では、光電変換層を構成するシリコン基板の表面をハニカム状にエッチングすることで、太陽電池表面に凹凸を設けて表面反射損失を低減させるようにしている。この発明では、シリコン基板表面をハニカム状にエッチングするために、フォトレジスト層にレーザビームによって微細孔を設けてエッチングマスク形成し、このマスクを用いてケミカルエッチングを行っている。ところが、ケミカルエッチングを行う方法では異方性エッチングの制御が困難であり、従って、微細な凹凸加工を行うことができない。実際、特許文献1の太陽電池では、一個の孔部の幅は15μm程度と大きい。また、フォトレジスト層に微細孔を設けるために、複雑な光学系を必要とするレーザビームを用いる等、製造工程が複雑となる。   For example, in the invention described in Patent Document 1, the surface of a silicon substrate that constitutes a photoelectric conversion layer is etched in a honeycomb shape so that unevenness is provided on the surface of the solar cell to reduce surface reflection loss. In the present invention, in order to etch the silicon substrate surface in a honeycomb shape, an etching mask is formed by providing fine holes in the photoresist layer with a laser beam, and chemical etching is performed using this mask. However, it is difficult to control anisotropic etching with the method of chemical etching, and therefore it is impossible to perform fine uneven processing. Actually, in the solar cell of Patent Document 1, the width of one hole is as large as about 15 μm. In addition, the manufacturing process becomes complicated, such as using a laser beam that requires a complicated optical system in order to provide fine holes in the photoresist layer.

特許文献2に記載の発明では、太陽電池表面に周期が一定の微細なハニカム状の凹凸を設けて光閉じ込め効果を改善するようにしている。この発明では、太陽電池表面に微細な凹凸を設けるために、アルミニウムの基板をリン酸水溶液中で陽極酸化処理して基板上に多孔性酸化アルミニウムを形成し、形成された酸化アルミニウムを除去することによりアルミニウム基板にハニカム状の凹凸を設けるようにしている。その後、この基板上に、背面電極層、光電変換層、透明導電被膜、上部電極を形成して太陽電池を完成する。従って、特許文献2に記載の太陽電池では、太陽電池基板に凹凸を形成するために、完成された太陽電池表面の凹凸は中間層の形成のために緩和され、凹凸のアスペクト比が低下し、その分、光閉じ込め効果は低下する。さらに、アルミニウム基板の陽極酸化処理等の煩雑な作業を必要とし、太陽電池の製造コストを増加させる。   In the invention described in Patent Document 2, fine honeycomb-like irregularities having a constant period are provided on the surface of the solar cell to improve the light confinement effect. In this invention, in order to provide fine irregularities on the surface of the solar cell, an aluminum substrate is anodized in a phosphoric acid aqueous solution to form porous aluminum oxide on the substrate, and the formed aluminum oxide is removed. Thus, honeycomb-shaped irregularities are provided on the aluminum substrate. Thereafter, a back electrode layer, a photoelectric conversion layer, a transparent conductive film, and an upper electrode are formed on the substrate to complete a solar cell. Therefore, in the solar cell described in Patent Document 2, in order to form irregularities on the solar cell substrate, the irregularities on the surface of the completed solar cell are relaxed for the formation of the intermediate layer, and the aspect ratio of the irregularities is reduced. Accordingly, the light confinement effect decreases. Furthermore, complicated operations such as anodizing treatment of the aluminum substrate are required, and the manufacturing cost of the solar cell is increased.

一方、特許文献3では、基板上に第1電極膜、光電変換層、第2電極膜を形成した後、この第2電極膜に入射光の波長よりも小さい開口径を有する部分的欠落部、すなわち微細孔を多数設けることによって、光閉じ込め効果を向上させる技術を開示している。この発明では、第2電極膜、すなわち透明導電被膜に対して入射光の波長よりも小さい開口部を有する微細孔を多数設けることによって、透明導電被膜形成層全体の屈折率を小さくし、その結果太陽電池表面での光の反射率を低下させるようにしている。従って、この発明によれば、光電変換層上に透明導電被膜が形成された後の表面加工であるため、その処理過程は比較的簡単であるが、透明導電被膜に多数の微細孔を設けることによってその電気的特性が損なわれる、と言う欠点がある。また、透明導電被膜の表面自体に凹凸は形成されないので、入射光の乱反射による光閉じ込め効果は期待することができない。   On the other hand, in Patent Document 3, after forming a first electrode film, a photoelectric conversion layer, and a second electrode film on a substrate, a partially missing portion having an opening diameter smaller than the wavelength of incident light in the second electrode film, That is, a technique for improving the light confinement effect by providing a large number of fine holes is disclosed. In the present invention, the refractive index of the entire transparent conductive film forming layer is reduced by providing a large number of micropores having openings smaller than the wavelength of incident light in the second electrode film, that is, the transparent conductive film. The reflectance of light on the solar cell surface is lowered. Therefore, according to the present invention, since the surface treatment is performed after the transparent conductive film is formed on the photoelectric conversion layer, the process is relatively simple, but a large number of fine holes are provided in the transparent conductive film. Has the disadvantage that its electrical properties are impaired. Moreover, since the unevenness | corrugation is not formed in the surface itself of a transparent conductive film, the light confinement effect by irregular reflection of incident light cannot be expected.

特開2008−227070号公報JP 2008-227070 A 特開2009−158915号公報JP 2009-158915 A 特開2004−79934号公報JP 2004-79934 A

以上のように、既に提案されている太陽電池では、製造方法が簡単でしかも大きな光閉じ込め効果を発揮するものはない。本発明は係る点に関してなされたもので、大きな光閉じ込め効果を有し、かつ、簡単な方法でしかも安価に製造することが可能な、新規な構造を有する太陽電池を提供することを課題とする。   As described above, no solar cell that has already been proposed has a simple manufacturing method and exhibits a large light confinement effect. The present invention has been made with respect to this point, and it is an object of the present invention to provide a solar cell having a novel structure that has a large light confinement effect and can be manufactured by a simple method and at a low cost. .

前記課題を解決するために、本発明の太陽電池は、基板上に形成された背面電極層と、前記背面電極層上に形成された光電変換層と、前記光電変換層の上面に形成された透明導電被膜よりなる上面電極層と、を備え、前記光電変換層にはその上面から層中に向かう多数の微細な孔部が規則的に形成されており、前記孔部は、その上部である第1の孔部と下部である第2の孔部とで形成され、前記第1の孔部は縦長の筒状であり、前記第2の孔部はその最大幅が前記第1の孔部の開口幅よりも広い湾曲した形状を有している。   In order to solve the above problems, a solar cell of the present invention is formed on a back electrode layer formed on a substrate, a photoelectric conversion layer formed on the back electrode layer, and an upper surface of the photoelectric conversion layer. An upper electrode layer made of a transparent conductive film, and the photoelectric conversion layer is regularly formed with a large number of fine holes from the upper surface thereof into the layer, and the holes are the upper part thereof. The first hole is formed by a first hole and a lower second hole, and the first hole has a vertically long cylindrical shape, and the maximum width of the second hole is the first hole. It has a curved shape wider than the opening width.

また、上記の太陽電池において、前記第1の孔部の開口幅を1μm〜15μm、隣接する孔部間の間隔を2〜20μm、前記第1と第2の孔部の合計の深さを1〜20μmとしてもよい。   In the above solar cell, the opening width of the first hole is 1 μm to 15 μm, the interval between adjacent holes is 2 to 20 μm, and the total depth of the first and second holes is 1. It may be ˜20 μm.

また、前記孔部の前記第1の孔部をプラズマによる異方性エッチングで形成し、前記第2の孔部をプラズマによる等方性エッチングで形成するようにしても良い。   Further, the first hole of the hole may be formed by anisotropic etching using plasma, and the second hole may be formed by isotropic etching using plasma.

また、前記光電変換層がシリコンを材料として形成される場合、前記異方性エッチングのためのガスをHF6/O2/SiF4ガスとし、前記等方性エッチングのためのガスをHBr/O2ガスとしても良い。 When the photoelectric conversion layer is formed using silicon as a material, the gas for anisotropic etching is HF 6 / O 2 / SiF 4 gas, and the gas for isotropic etching is HBr / O. 2 gas may be used.

また、前記光電変換層を、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンで形成しても良い。   The photoelectric conversion layer may be formed of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or microcrystalline silicon.

さらに、前記光電変換層がp−i−n接合構造を有するようにしても良い。   Furthermore, the photoelectric conversion layer may have a pin junction structure.

さらに、前記第2の孔部が前記i層に達しているようにしても良い。   Further, the second hole portion may reach the i layer.

本発明の太陽電池によれば、光電変換層にその表面から層内に延びる多数の微細なエッチング孔を有しており、個々のエッチング孔はその下部が球状に膨らんだ形状を有している。その結果、個々のエッチング孔中に入射した光は、下部の球状部分の内壁によって多重反射し、その殆どが外部に反射されることなく光電変換層内に吸収される。   According to the solar cell of the present invention, the photoelectric conversion layer has a large number of fine etching holes extending from the surface to the inside of the photoelectric conversion layer, and each etching hole has a shape in which the lower part is expanded in a spherical shape. . As a result, the light incident into each etching hole is multiple-reflected by the inner wall of the lower spherical portion, and most of the light is absorbed in the photoelectric conversion layer without being reflected to the outside.

その結果、本発明に係る太陽電池では、光閉じ込め効果が高くなり、高い光電変換効率を期待することができる。また、そのための製造方法としては、光電変換のための接合が形成された光電変換層に対して、異方性プラズマエッチング、等方性プラズマエッチングを順次行うものであり、同じ処理室内でエッチングガスを交換するのみで光閉じ込め効果の高い特殊な形状の微細なエッチング孔を簡単に形成することが可能である。そのため、高い光電変換効率を有し、しかも安価に製造することが可能な太陽電池を提供することができる。   As a result, in the solar cell according to the present invention, the light confinement effect is enhanced and high photoelectric conversion efficiency can be expected. As a manufacturing method therefor, anisotropic plasma etching and isotropic plasma etching are sequentially performed on the photoelectric conversion layer on which a junction for photoelectric conversion is formed. It is possible to easily form a fine etching hole of a special shape having a high light confinement effect simply by exchanging. Therefore, a solar cell that has high photoelectric conversion efficiency and can be manufactured at low cost can be provided.

本発明の一実施形態に係る方法によって製造された太陽電池セルの概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the photovoltaic cell manufactured by the method which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す太陽電池セルを製造する一工程における太陽電池材料の平面図を示す。The top view of the solar cell material in 1 process of manufacturing the photovoltaic cell shown in FIG. 1 is shown. 図1に示す太陽電池セルの光閉じ込め効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light confinement effect of the photovoltaic cell shown in FIG. 本発明の一実施形態に係る製造方法の幾つかの工程を説明する図である。It is a figure explaining some processes of the manufacturing method concerning one embodiment of the present invention. 図4に示す製造工程の次の段階の工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of the next step of the manufacturing process shown in FIG. 図5に示す製造工程の次の段階の工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of the next step of the manufacturing process shown in FIG. 本発明の他の実施形態に係る太陽電池セルの概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the photovoltaic cell which concerns on other embodiment of this invention. プラズマエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a plasma etching apparatus.

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面において、同一の符号は同一または類似の構成要素を示すため、重複した説明は行わない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, in the following drawings, the same reference numerals indicate the same or similar components, and thus redundant description will not be given.

図1は、本発明の一実施形態に係る製造方法によって形成された太陽電池の構造を示す概略断面図である。図1において、1は太陽電池基板を示し、ガラス、プラスチックあるいはアルミニウム等の金属板で形成される。2は、基板1上に例えばアルミニウムをスパッタすることにより形成された背面電極である。3は光電変換層であり、p−nあるいはp−i−n等の接合を有し、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンで構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a solar cell formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a solar cell substrate, which is made of a metal plate such as glass, plastic or aluminum. Reference numeral 2 denotes a back electrode formed by sputtering aluminum on the substrate 1. A photoelectric conversion layer 3 has a junction such as pn or pin, and is made of, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or microcrystalline silicon.

図示する実施形態の光電変換層3は、多結晶シリコンを材料とし、p型半導体層3a、真性半導体層(i層)3bおよびn型半導体層3cからなる、p−i−n接合を有している。光電変換層3の接合形式は、本素子が太陽電池として動作する限りどのようなものであってもよく、このp−i−n接合に限定されるものではない。例えば、p+−p−n接合、n+−n−p接合で構成することもできる。また、光電変換層3の材料もシリコンに限定されることはなく、例えば、Ge半導体、GaAs等のIII−V族化合物半導体、カルコパイライト構造のCIS系半導体、有機化合物半導体で構成することも可能である。 The photoelectric conversion layer 3 of the illustrated embodiment is made of polycrystalline silicon, and has a p-i-n junction composed of a p-type semiconductor layer 3a, an intrinsic semiconductor layer (i layer) 3b, and an n-type semiconductor layer 3c. ing. The junction type of the photoelectric conversion layer 3 may be any type as long as the present element operates as a solar cell, and is not limited to the pin junction. For example, a p + -pn junction or an n + -np junction may be used. Also, the material of the photoelectric conversion layer 3 is not limited to silicon, and may be composed of, for example, a Ge semiconductor, a III-V group compound semiconductor such as GaAs, a CIS semiconductor having a chalcopyrite structure, or an organic compound semiconductor. It is.

5、5・・・は、光電変換層3の表面から層中に、例えばプラズマエッチングにより形成したエッチング孔であり、異方性エッチングによって形成された部分5aと等方性エッチングによって形成された部分5bとを有している。4は、酸化インジウム錫(ITO)等を材料とする透明導電被膜であって、背面電極2に対して上面電極を構成する。透明導電被膜4は、エッチング孔5が形成された光電変換層3上に例えばプラズマCVD法によってITO等を成膜して形成される。このとき、エッチング孔5の内部には、ITOが埋め込まれる。   5, 5 ... are etching holes formed in the layer from the surface of the photoelectric conversion layer 3, for example, by plasma etching, and a portion formed by isotropic etching and a portion 5a formed by anisotropic etching 5b. Reference numeral 4 denotes a transparent conductive film made of indium tin oxide (ITO) or the like, and constitutes an upper surface electrode with respect to the rear electrode 2. The transparent conductive film 4 is formed by depositing ITO or the like on the photoelectric conversion layer 3 in which the etching holes 5 are formed, for example, by a plasma CVD method. At this time, ITO is embedded in the etching hole 5.

図2は、エッチング孔5が形成された光電変換層3の上面図である。図示するように、光電変換層3上には、一定の開口径Bを有する多数のエッチング孔5が、互いに一定の間隔Aで規則的に配置されている。なお、エッチング孔5を光電変換層表面に規則的に形成することは本発明の要件ではない。このエッチング孔5は光電変換層表面にランダムに形成することができる。   FIG. 2 is a top view of the photoelectric conversion layer 3 in which the etching holes 5 are formed. As shown in the figure, on the photoelectric conversion layer 3, a large number of etching holes 5 having a constant opening diameter B are regularly arranged at a constant interval A. In addition, it is not a requirement of this invention to form the etching hole 5 regularly in the photoelectric converting layer surface. The etching holes 5 can be randomly formed on the surface of the photoelectric conversion layer.

図1において、さらに、6は透明導電被膜4上に形成された反射防止膜であって、プラズマCVD法で形成された酸化珪素膜、窒化珪素膜等である。なお、反射防止膜6は必ずしも必要ではない。さらに、透明導電被膜4には、引出し電極が設けられる場合もあるが、その構造は本発明の要点ではないので図1では示していない。   In FIG. 1, reference numeral 6 denotes an antireflection film formed on the transparent conductive film 4, which is a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like formed by a plasma CVD method. The antireflection film 6 is not always necessary. Further, the transparent conductive film 4 may be provided with an extraction electrode, but its structure is not shown in FIG. 1 because it is not the gist of the present invention.

以下に、図1、図2に示す太陽電池セルの各部分の膜厚、サイズを示す。この大きさは一つの事例であって、本発明を限定するものではない。また、この場合は、アモルファスシリコン、あるいは多結晶シリコンによって光電変換層を形成している。   Below, the film thickness and size of each part of the photovoltaic cell shown in FIGS. 1 and 2 are shown. This size is one example and does not limit the present invention. In this case, the photoelectric conversion layer is formed of amorphous silicon or polycrystalline silicon.

アルミニウム背面電極2の膜厚:2μm
p型半導体層3aの膜厚:4μm
i型半導体層3bの膜厚:16μm
n型半導体層3cの膜厚:4μm
エッチング孔5のピッチA:12μm
異方性エッチング部5aの開口径B:5μm、深さ:2μm
等方性エッチング部5bの深さ:10μm
等方性エッチング部5bの最大開口幅10μm
透明導電被膜4の膜厚:2μm
反射防止層6の膜厚:1μm
セルの全膜厚:29μm
Film thickness of aluminum back electrode 2: 2 μm
Film thickness of the p-type semiconductor layer 3a: 4 μm
Film thickness of i-type semiconductor layer 3b: 16 μm
Film thickness of n-type semiconductor layer 3c: 4 μm
Pitch A of etching holes 5: 12 μm
Opening diameter B of anisotropic etched portion 5a: 5 μm, depth: 2 μm
Depth of isotropic etching part 5b: 10 μm
The maximum opening width of the isotropic etched portion 5b is 10 μm.
Film thickness of transparent conductive film 4: 2 μm
Film thickness of antireflection layer 6: 1 μm
Total cell thickness: 29 μm

なお、多結晶シリコンを光電変換層の材料とする場合、太陽電池セルの全膜厚は10μm〜100μm程度が一般的である。   When polycrystalline silicon is used as the material for the photoelectric conversion layer, the total film thickness of the solar battery cell is generally about 10 μm to 100 μm.

一方、単結晶シリコンで光電変換層を形成した場合は、太陽電池セルの各部の膜厚、サイズは以下のようになる。   On the other hand, when the photoelectric conversion layer is formed of single crystal silicon, the film thickness and size of each part of the solar battery cell are as follows.

アルミニウム背面電極2の膜厚:2μm
光電変換層3の膜厚:200μm
エッチング孔5のピッチA:15μm
異方性エッチング部5aの開口径B:5μm、深さ:2μm
等方性エッチング部5bの深さ:10μm
等方性エッチング部5bの最大開口幅10μm
透明導電被膜4の膜厚:2μm
反射防止層6の膜厚:1μm
セルの全膜厚:205μm
Film thickness of aluminum back electrode 2: 2 μm
Film thickness of photoelectric conversion layer 3: 200 μm
Pitch A of etching holes 5: 15 μm
Opening diameter B of anisotropic etched portion 5a: 5 μm, depth: 2 μm
Depth of isotropic etching part 5b: 10 μm
The maximum opening width of the isotropic etched portion 5b is 10 μm.
Film thickness of transparent conductive film 4: 2 μm
Film thickness of antireflection layer 6: 1 μm
Total cell thickness: 205 μm

光電変換層を薄膜シリコンによって形成した場合を含むと、エッチング孔5の開口径Bは1μm〜5μm、ピッチAは2μm〜20μm、全エッチングの深さは1μm〜20μmが可能である。特に、エッチング孔の径、つまり光の入射口の幅は入射する光の波長よりも大きくすることが好ましい。また、図1〜図3、特に図2に記載する実施形態では、エッチング孔5を規則的に配置しているが、前述したように、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、エッチング孔5を光電変換層表面にランダムに配置する構成であっても、本発明の効果を得られることは明らかである。   Including the case where the photoelectric conversion layer is formed of thin film silicon, the opening diameter B of the etching holes 5 can be 1 μm to 5 μm, the pitch A can be 2 μm to 20 μm, and the total etching depth can be 1 μm to 20 μm. In particular, it is preferable that the diameter of the etching hole, that is, the width of the light entrance is larger than the wavelength of the incident light. In addition, in the embodiment described in FIGS. 1 to 3, particularly FIG. 2, the etching holes 5 are regularly arranged. However, as described above, the present invention is not limited to this configuration. That is, it is apparent that the effects of the present invention can be obtained even when the etching holes 5 are arranged randomly on the surface of the photoelectric conversion layer.

図3は、図1に示す構造を有する太陽電池の光閉じ込め効果を説明するための図である。図示するように、太陽電池の受光面である透明導電被膜4の上方から入射した光Rは、エッチング孔5の内壁によってその一部が反射され、他の部分が光電変換層3中に侵入する。反射された光は、等方性エッチング部5bの内壁が球状に湾曲しているために、等方性エッチング部5b内で多重反射を起こし、その反射ごとに一部が光電変換層3内に吸収されていく(図に点線の矢印で示す)。従って、エッチング孔に入射した光は、最終的にその殆どが光電変換層3内に吸収されることになり、高い光閉じ込め効果が発揮される。その結果、本太陽電池の光電変換効率が向上する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the light confinement effect of the solar cell having the structure shown in FIG. As shown in the drawing, a part of the light R incident from above the transparent conductive film 4 that is the light receiving surface of the solar cell is reflected by the inner wall of the etching hole 5, and the other part enters the photoelectric conversion layer 3. . The reflected light causes multiple reflection in the isotropic etching portion 5b because the inner wall of the isotropic etching portion 5b is curved in a spherical shape, and a part of the reflected light enters the photoelectric conversion layer 3 for each reflection. It is absorbed (indicated by dotted arrows in the figure). Therefore, most of the light incident on the etching hole is finally absorbed in the photoelectric conversion layer 3, and a high light confinement effect is exhibited. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the present solar cell is improved.

なお、エッチング孔5a、5bの側面を太陽電池の入射面と考えれば、この太陽電池のセル表面積は、実際の表面積の1.2〜2倍となる。従って、同じ光電変換出力を得るためには、従来の50%〜80%ですみ、例えば、太陽電池のセル面積が半分になれば、太陽電池装置の設置面積が従来の半分程度となり、コンパクトな発電装置を提供することが可能となる。   In addition, if the side surface of the etching holes 5a and 5b is considered as the incident surface of the solar cell, the cell surface area of the solar cell is 1.2 to 2 times the actual surface area. Therefore, in order to obtain the same photoelectric conversion output, it is only 50% to 80% of the conventional one. For example, if the cell area of the solar battery is halved, the installation area of the solar battery device is about half that of the conventional one. A power generation device can be provided.

一方、特許文献1に示すように光電変換層に半球状の孔部を設ける場合では、異方性エッチング部に続く球状の孔部(空間)を設ける本発明の太陽電池に比べて、光電変換層の実効表面積が小さくなる。   On the other hand, as shown in Patent Document 1, in the case where a hemispherical hole is provided in the photoelectric conversion layer, the photoelectric conversion is performed as compared with the solar cell of the present invention in which a spherical hole (space) following the anisotropic etching part is provided. The effective surface area of the layer is reduced.

また、異方性エッチング部5aを設けた後に等方性エッチングを行っているので、エッチング孔の底部は真性半導体層3bに達し、その結果、エッチング孔に入射した光は真性半導体層3bに直接吸収される確率が高くなる。光電変換層3での光電変換は主に真性半導体層3bで発生するので、入射光を直接真性半導体層3bに入射させることによって、本太陽電池の光電変換効率をさらに向上させることができる。   Further, since the isotropic etching is performed after the anisotropic etching portion 5a is provided, the bottom of the etching hole reaches the intrinsic semiconductor layer 3b, and as a result, the light incident on the etching hole directly enters the intrinsic semiconductor layer 3b. The probability of being absorbed increases. Since photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 3 mainly occurs in the intrinsic semiconductor layer 3b, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be further improved by making incident light directly incident on the intrinsic semiconductor layer 3b.

以下に、図4〜6を参照して、図1に示す多結晶シリコン太陽電池セルの製造方法を説明する。   Below, with reference to FIGS. 4-6, the manufacturing method of the polycrystalline-silicon solar cell shown in FIG. 1 is demonstrated.

図4(a)に示すように、まず、基板1を準備する。基板1は、ガラス、プラスチック、金属板等の平坦な板が用いられる。基板1上に、例えばアルミニウム等の金属をスパッタリングして背面電極2を形成する。背面電極2は、光電変換層3に入射した光が基板1を介して外部に漏洩しないように高い反射率を有するものが好ましい。このような材料として、例えば、W、Pt、Auなどがある。   As shown in FIG. 4A, first, the substrate 1 is prepared. The substrate 1 is a flat plate such as glass, plastic, or metal plate. A back electrode 2 is formed on the substrate 1 by sputtering a metal such as aluminum. The back electrode 2 preferably has a high reflectance so that light incident on the photoelectric conversion layer 3 does not leak outside through the substrate 1. Examples of such a material include W, Pt, and Au.

背面電極2上に、例えば、プラズマCVD法によって光電変換層3を成膜する。p型半導体層3aとしてp型のアモルファスシリコンを成膜するためには、プラズマCVD装置内にシランガスとジボランガスを導入してプラズマCVDを実行する。アモルファスシリコンの真性半導体層3bを成膜するには、プラズマCVD装置内にシランガスを導入してプラズマCVDを実行する。アモルファスシリコンのn型半導体層3cを成膜するためには、プラズマCVD装置内にシランガスとホスフィンガスを導入してプラズマCVDを実行する。なお、光電変換層3の成膜方法は、周知の方法を使用すればよく、本発明の特徴部分ではないので、その詳細な説明は行わない。   On the back electrode 2, the photoelectric conversion layer 3 is formed by plasma CVD, for example. In order to form p-type amorphous silicon as the p-type semiconductor layer 3a, plasma CVD is performed by introducing silane gas and diborane gas into the plasma CVD apparatus. In order to form the intrinsic semiconductor layer 3b of amorphous silicon, silane gas is introduced into the plasma CVD apparatus and plasma CVD is performed. In order to form the n-type semiconductor layer 3c of amorphous silicon, plasma CVD is performed by introducing silane gas and phosphine gas into the plasma CVD apparatus. In addition, the film-forming method of the photoelectric converting layer 3 should just use a known method, and since it is not the characterizing part of this invention, the detailed description is not performed.

以上のようにして、図4(a)に示すように、基板1、背面電極2上に光電変換層3を有する構造体10が形成されると、次の工程(b)では、構造体10の表面にパターン膜として、感光性レジスト膜7を例えばスピンコートによって塗布し、その後、このレジスト膜7をフォトマスク(図示せず)を用いてパターン露光することにより、図(c)に示すレジストパターン7aを形成する。レジストパターン7aには、図2に示すエッチング孔5を作成するための開口7bが設けられている。従って、開口7bの配置パターンは図2に示すエッチング孔5の配置パターンと同じであり、隣接する開口7bの間隔および開口径もエッチング孔5のピッチA(12μm)と開口径B(5μm)に同じである。   When the structure 10 having the photoelectric conversion layer 3 is formed on the substrate 1 and the back electrode 2 as shown in FIG. 4A as described above, the structure 10 is formed in the next step (b). As a pattern film, a photosensitive resist film 7 is applied by, for example, spin coating on the surface of the film, and then the resist film 7 is subjected to pattern exposure using a photomask (not shown) to thereby form the resist shown in FIG. A pattern 7a is formed. The resist pattern 7a is provided with an opening 7b for forming the etching hole 5 shown in FIG. Accordingly, the arrangement pattern of the openings 7b is the same as the arrangement pattern of the etching holes 5 shown in FIG. 2, and the interval and the opening diameter of the adjacent openings 7b are also set to the pitch A (12 μm) and the opening diameter B (5 μm) of the etching holes 5. The same.

図5は、図4の(c)で示す工程で形成したレジストパターン7aを用いて、構造体10にプラズマエッチングによってエッチング孔5を形成する工程を示している。まず、図5(a)に示すように、プラズマによる異方性エッチングを行い、光電変換層3の深さ方向に延びる円筒状の空間、すなわち、孔部5aを形成する。孔部5aの深さは、2μm程度である。プラズマによる異方性エッチングのためには、処理ガスとしてHF6/O2/SiF4ガスを用いて、高密度プラズマTCP(Transfer Coupled Plasma)型プラズマ装置によりエッチングを行う。図5(a)において、12は処理ガスのプラズマを概念的に示すものである。 FIG. 5 shows a step of forming the etching hole 5 in the structure 10 by plasma etching using the resist pattern 7a formed in the step shown in FIG. First, as shown in FIG. 5A, anisotropic etching using plasma is performed to form a cylindrical space extending in the depth direction of the photoelectric conversion layer 3, that is, a hole 5a. The depth of the hole 5a is about 2 μm. For anisotropic etching by plasma, HF 6 / O 2 / SiF 4 gas is used as a processing gas, and etching is performed by a high density plasma TCP (Transfer Coupled Plasma) type plasma apparatus. In FIG. 5A, 12 conceptually shows plasma of the processing gas.

以下に、孔部5aを形成するための異方性エッチングの処理条件について、その一例を示す。   Below, an example is shown about the processing conditions of the anisotropic etching for forming the hole 5a.

[異方性プラズマエッチング]
エッチング装置:高密度プラズマTCP型プラズマ装置
プラズマ生成条件
処理ガス(エッチングガス):HF6/O2/SiF4
処理圧力:60Pa(450mTorr)
ガス流量:HF6/O2/SiF4=200/160/250SCCM
RF周波数:40MHz(上部電極) 13.56MHz(下部電極)
高周波パワー:2200W(上部電極) 100W(下部電極)
温度:下部電極/上部電極/壁=−10/40/40℃
[Anisotropic plasma etching]
Etching device: High-density plasma TCP type plasma device Plasma generation conditions Processing gas (etching gas): HF 6 / O 2 / SiF 4
Processing pressure: 60 Pa (450 mTorr)
Gas flow rate: HF 6 / O 2 / SiF 4 = 200/160/250 SCCM
RF frequency: 40 MHz (upper electrode) 13.56 MHz (lower electrode)
High frequency power: 2200W (upper electrode) 100W (lower electrode)
Temperature: Lower electrode / Upper electrode / Wall = −10 / 40/40 ° C.

異方性プラズマエッチングにより、光電変換層3に所定の深さを有する空間、即ち、孔部5aが形成されると、次に、図5(b)に示すように、エッチングのための処理ガスをHBr/O2に変えてプラズマ14を発生させ、等方性エッチングを行う。この等方性エッチングにより、孔部5aの延長上に、少なくともその側面の一部が隣接する空間である孔部方向に膨らんだ、球状の第2の空間、即ち、孔部5bが形成される。孔部5bの深さは10μm程度であり、最も広い部分の幅も10μm程度である。この等方性プラズマエッチングのための処理条件の一例を、以下に示す。 When a space having a predetermined depth, that is, a hole 5a is formed in the photoelectric conversion layer 3 by anisotropic plasma etching, next, as shown in FIG. Is changed to HBr / O 2 to generate plasma 14 and isotropic etching is performed. By this isotropic etching, a spherical second space, that is, a hole 5b, is formed on the extension of the hole 5a, at least a part of the side surface of which expands in the direction of the hole, which is an adjacent space. . The depth of the hole 5b is about 10 μm, and the width of the widest part is also about 10 μm. An example of processing conditions for this isotropic plasma etching is shown below.

[等方性プラズマエッチング]
エッチング装置:高密度プラズマTCP型プラズマ装置(等方性エッチングの場合と同じ装置を使用することができる。)
プラズマ生成条件
処理ガス(エッチングガス):HBr/O2
処理圧力:2.66Pa(20mTorr)
ガス流量:HBr/O2=400/1 SCCM
RF周波数:40MHz(上部電極) 13.56MHz(下部電極)
高周波パワー:200W(上部電極) 100W(下部電極)
温度:下部電極/上部電極/壁=−10/40/40℃
[Isotropic plasma etching]
Etching apparatus: high-density plasma TCP type plasma apparatus (the same apparatus as isotropic etching can be used)
Plasma generation conditions Processing gas (etching gas): HBr / O 2
Processing pressure: 2.66 Pa (20 mTorr)
Gas flow rate: HBr / O 2 = 400/1 SCCM
RF frequency: 40 MHz (upper electrode) 13.56 MHz (lower electrode)
High frequency power: 200W (upper electrode) 100W (lower electrode)
Temperature: Lower electrode / Upper electrode / Wall = −10 / 40/40 ° C.

なお、異方性エッチングガスとしては、上記のガスの他に、CF4、NF3、NF3HF、HBr、CCl4、CF2Cl2、CFCl2、CFCl3、Br2、Cl2、I2、HCl、ClF3、BCl3、SF6、CS2、C32、S34、SF4、S210、S2Cl2、S3Cl2、SCl2、S2Br2、S3Br2、SBr2、IF、IF3、BrF3、BrF、ClF、SOBr2(臭化チオニル)/SF6、COS(硫化カルボニル)/SF6、NOCl(塩化ニトリル)/SF6、COO2(塩化カルボニル)/SF6等、およびそれらの少なくとも1つとの組み合わせがある。 In addition to the above gases, anisotropic etching gases include CF 4 , NF 3 , NF 3 HF, HBr, CCl 4 , CF 2 Cl 2 , CFCl 2 , CFCl 3 , Br 2 , Cl 2 , I 2 , HCl, ClF 3 , BCl 3 , SF 6 , CS 2 , C 3 S 2 , S 3 F 4 , SF 4 , S 2 F 10 , S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , SCl 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , SBr 2 , IF, IF 3 , BrF 3 , BrF, ClF, SOBr 2 (thionyl bromide) / SF 6 , COS (carbonyl sulfide) / SF 6 , NOCl (nitrile chloride) / SF 6 , COO 2 (carbonyl chloride) / SF 6 and the like, and combinations with at least one of them.

また、等方性エッチングガスとしては、上記のもの以外に、CF4、CH22、SCH3F、F646、NF3、CF4/CHF3/Ar等、およびそれらの少なくとも1つとの組み合わせがある。 In addition to the above, the isotropic etching gas includes CF 4 , CH 2 F 2 , SCH 3 F, F 6 C 4 F 6 , NF 3 , CF 4 / CHF 3 / Ar, etc. There is a combination with at least one.

以上のようにして、湾曲状の孔部5bを有するエッチング孔が光電変換層3中に形成されると、次に、O2プラズマによるアッシングを行って、フォトレジストのパターン7aを除去する。図6(a)は、フォトレジストパターン7aを除去した状態の構造体10を示している。アッシングについては周知の方法を用いれば良い。 When the etching hole having the curved hole 5b is formed in the photoelectric conversion layer 3 as described above, ashing with O 2 plasma is then performed to remove the photoresist pattern 7a. FIG. 6A shows the structure 10 with the photoresist pattern 7a removed. A known method may be used for ashing.

次に、図6(b)に示すように、透明導電膜である酸化インジウム錫(ITO)を、孔部5(5aと5b)が形成された光電変換層3上に例えばプラズマCVD法によって成膜して、第2の(上部)電極層4を形成する。このとき、孔部5の内部には、ITOが埋め込まれる。電極層4の膜厚は、2μm程度である。電極層4上には反射防止膜6が形成される。反射防止膜6は、酸化珪素あるいは窒化珪素等の薄膜を、例えばプラズマCVD法によって成膜して形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, indium tin oxide (ITO), which is a transparent conductive film, is formed on the photoelectric conversion layer 3 in which the holes 5 (5a and 5b) are formed by, for example, plasma CVD. A second (upper) electrode layer 4 is formed. At this time, ITO is embedded in the hole 5. The film thickness of the electrode layer 4 is about 2 μm. An antireflection film 6 is formed on the electrode layer 4. The antireflection film 6 is formed by forming a thin film such as silicon oxide or silicon nitride by, for example, a plasma CVD method.

なお、以上のようにして形成された太陽電池に対して、その後、引き出し電極の形成などの種々の処理工程が従来の方法で実行されることもあるが、それらについては、本発明の主要部ではないのでここでは詳述しない。   It should be noted that various processing steps such as formation of extraction electrodes may be subsequently performed on the solar cell formed as described above by conventional methods, but these are the main parts of the present invention. This is not detailed here.

図7(a)、(b)は、本発明の他の実施形態に係る太陽電池セルの構造を示す断面図である。図7の実施形態では、光電変換層3A、3Bを形成するための不純物の導入を所定の最適な条件で、イオンインプランテーションによって行っている。   7 (a) and 7 (b) are cross-sectional views showing the structure of a solar battery cell according to another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 7, the introduction of impurities for forming the photoelectric conversion layers 3 </ b> A and 3 </ b> B is performed by ion implantation under predetermined optimum conditions.

図7(a)は、光電変換層3’を多結晶シリコンで構成した例を示す。図面において、3a’はp型の多結晶シリコン層を、3b’は真性(i型)の多結晶シリコン層を、3c’はn型の多結晶シリコン層を示す。この太陽電池セルは、次のようにして形成される。まず、基板1上に背面電極層2を形成した後、光電変換層3’を形成するために、背面電極層3’上にp型不純物を含むアモルファスシリコン層を成膜する。この成膜は、例えば、ジボランガスとモノシラン(SiH4)ガスを用いて600℃程度で熱分解して、あるいは、250℃程度でプラズマCVDを行って形成する。その後、モノシランガスのみで同様の処理を行って、i型のアモルファスシリコン層を形成する。その後、これらのアモルファスシリコン層に所定の最適な条件でレーザアニールによる結晶化を行って、p型の多結晶シリコン層3a’、i型の多結晶シリコン層3b’とする。次に、i型の多結晶シリコン層3b’の表面からn型不純物を所定の最適な条件でイオンインプランテーションによって導入し、n型の多結晶シリコン層3c’を形成する。 FIG. 7A shows an example in which the photoelectric conversion layer 3 ′ is made of polycrystalline silicon. In the drawing, 3a ′ represents a p-type polycrystalline silicon layer, 3b ′ represents an intrinsic (i-type) polycrystalline silicon layer, and 3c ′ represents an n-type polycrystalline silicon layer. This solar battery cell is formed as follows. First, after forming the back electrode layer 2 on the substrate 1, in order to form the photoelectric conversion layer 3 ′, an amorphous silicon layer containing a p-type impurity is formed on the back electrode layer 3 ′. This film formation is performed by, for example, thermal decomposition at about 600 ° C. using diborane gas and monosilane (SiH 4 ) gas or plasma CVD at about 250 ° C. Thereafter, the same treatment is performed using only monosilane gas to form an i-type amorphous silicon layer. Thereafter, these amorphous silicon layers are crystallized by laser annealing under a predetermined optimum condition to form a p-type polycrystalline silicon layer 3a ′ and an i-type polycrystalline silicon layer 3b ′. Next, an n-type impurity is introduced from the surface of the i-type polycrystalline silicon layer 3b ′ by ion implantation under a predetermined optimum condition to form an n-type polycrystalline silicon layer 3c ′.

このようにして、p−i−n接合を有する多結晶シリコンの光電変換層3’が形成されると、その後、たとえば、図4(b)から図6(b)に示した工程を行って、孔部5a、5bを有する太陽電池セルを構成する。   When the polycrystalline silicon photoelectric conversion layer 3 ′ having the p-i-n junction is formed in this manner, for example, the steps shown in FIGS. 4B to 6B are performed. A solar battery cell having holes 5a and 5b is formed.

図7(b)に示す太陽電池セルは、光電変換層3”を単結晶シリコンで形成した例を示す。この太陽電池セルは、例えば次のようにして製造される。まず、基板1上に背面電極2を形成した後、その上に薄いアモルファスシリコン層8aを成膜する。この成膜は、例えばモノシランガスを用いたCVDあるいはプラズマCVDによって行われる。その後、このアモルファスシリコン層8a上に、例えば50μm〜200μmの厚さの、例えばp型のシリコン単結晶板9aを貼り付ける。その後、n型の不純物を所定の最適な条件でイオンインプランテーションによって導入し、n型層9bを形成する。また、シリコン単結晶板は通常、インゴットから切り出されており、その表面は所定の加工により鏡面研磨されている。また、その表面にアモルファスシリコン層8bを形成するようにしても良い。   The solar cell shown in FIG. 7B shows an example in which the photoelectric conversion layer 3 ″ is formed of single crystal silicon. This solar cell is manufactured, for example, as follows. First, on the substrate 1 After forming the back electrode 2, a thin amorphous silicon layer 8a is formed on the back electrode 2. This film formation is performed by, for example, CVD using monosilane gas or plasma CVD, and then on the amorphous silicon layer 8a, for example, For example, a p-type silicon single crystal plate 9a having a thickness of 50 μm to 200 μm is pasted, and then n-type impurities are introduced by ion implantation under predetermined optimum conditions to form an n-type layer 9b. A silicon single crystal plate is usually cut from an ingot, and its surface is mirror-polished by a predetermined process. The Rufus silicon layer 8b may be formed.

このようにして、p−n接合を有する単結晶シリコンの光電変換層3”が形成されると、図7(a)に示した実施形態と同様に、例えば図4(b)から図6(b)に示した工程を行って、孔部5a、5bを有する太陽電池セルを構成する。   When the photoelectric conversion layer 3 ″ of single crystal silicon having a pn junction is formed in this manner, for example, as in the embodiment shown in FIG. 7A, for example, FIG. 4B to FIG. The solar cell having the holes 5a and 5b is formed by performing the process shown in b).

図7(c)に示すように、アモルファスシリコン層8bは、シリコン単結晶板9aに孔部5a、5bを形成した後に成膜するようにしても良い。この場合、孔部5a、5bの表面もアモルファスシリコン層8b’によって被覆される。   As shown in FIG. 7C, the amorphous silicon layer 8b may be formed after the holes 5a and 5b are formed in the silicon single crystal plate 9a. In this case, the surfaces of the holes 5a and 5b are also covered with the amorphous silicon layer 8b '.

図8に、上記各実施形態における異方性エッチング、等方性エッチングを行うための高密度プラズマTCP型プラズマ装置の一例を示す。このような装置は既知であるため(例えば、特開2006−344998号公報、特開2008−91625公報参照)、ここではその構成並びにこの装置を用いたプラズマエッチング方法を簡単に説明する。   FIG. 8 shows an example of a high-density plasma TCP type plasma apparatus for performing anisotropic etching and isotropic etching in each of the above embodiments. Since such an apparatus is known (for example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-344998 and 2008-91625), the configuration and a plasma etching method using the apparatus will be briefly described here.

図8に示すプラズマエッチング装置100は、被処理体である基板Gに対してエッチングを行う容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。プラズマエッチング装置100は、基板Gを収容する処理容器としてのチャンバー200と、チャンバー200内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構300と、チャンバー200内を排気する排気手段400と、上部電極と下部電極とに高周波電力を供給することにより、処理ガス供給機構300によってチャンバー200内に供給された処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構500、501とを備えている。   A plasma etching apparatus 100 shown in FIG. 8 is configured as a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus that performs etching on a substrate G that is an object to be processed. The plasma etching apparatus 100 includes a chamber 200 as a processing container that accommodates a substrate G, a processing gas supply mechanism 300 that supplies a processing gas into the chamber 200, an exhaust means 400 that exhausts the inside of the chamber 200, an upper electrode, and a lower part. Plasma generation mechanisms 500 and 501 are provided that generate plasma of the processing gas supplied into the chamber 200 by the processing gas supply mechanism 300 by supplying high-frequency power to the electrodes.

チャンバー200は、例えば、表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなり、基板Gの形状に対応して四角筒形状に形成されている。チャンバー200内の底壁には、下部電極として機能し、基板Gを載置する載置台としてのサセプタ20が設けられている。サセプタ20は、基板Gの形状に対応して四角または柱状であり、金属、例えばアルミニウム等の導電性材料からなる基材20aと、基材20aの周縁を覆う絶縁部材20bと、基材20aとチャンバー200とを絶縁するアルミナなどの絶縁部材20cとを配置している。基材20aには、載置された基板Gを吸着するための静電吸着機構と、載置された基板Gの温度を調節するための温度調節機構とが内蔵されている(いずれも図示せず)。この温度調節機構は、基材20aと基板G間にHeガスなどを流してその間で効率よく熱伝達を行い、基板Gの温度を所望の温度に調節するものである。   The chamber 200 is made of, for example, aluminum whose surface is anodized (anodized), and is formed in a rectangular tube shape corresponding to the shape of the substrate G. A susceptor 20 that functions as a lower electrode and serves as a mounting table on which the substrate G is mounted is provided on the bottom wall of the chamber 200. The susceptor 20 has a square or columnar shape corresponding to the shape of the substrate G, and includes a base material 20a made of a conductive material such as a metal, for example, aluminum, an insulating member 20b that covers the periphery of the base material 20a, and a base material 20a. An insulating member 20c such as alumina that insulates the chamber 200 is disposed. The base material 20a incorporates an electrostatic adsorption mechanism for adsorbing the placed substrate G and a temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the placed substrate G (both not shown). ) This temperature adjustment mechanism allows He gas or the like to flow between the base material 20a and the substrate G to efficiently transfer heat therebetween, thereby adjusting the temperature of the substrate G to a desired temperature.

チャンバー200の側壁には、基板Gを搬入出するための搬入出口21が形成されており、この搬入出口21を開閉するゲートバルブ22が設けられている。搬入出口21の開放時には、図示しない搬送機構によって基板Gがチャンバー200内外に搬入出されるように構成されている。   A loading / unloading port 21 for loading and unloading the substrate G is formed on the side wall of the chamber 200, and a gate valve 22 for opening and closing the loading / unloading port 21 is provided. When the loading / unloading port 21 is opened, the substrate G is loaded into and unloaded from the chamber 200 by a transfer mechanism (not shown).

チャンバー200の底壁およびサセプタ20には、これらを貫通する挿通孔23が、例えばサセプタ20の周縁部位置に間隔をあけて複数形成されている。各挿通孔23には、基板Gを下方から支持して昇降させるリフターピン24がサセプタ20の基板載置面に対して突没可能に挿入されている。各リフターピン24の下部にはフランジ25が形成されており、各フランジ25には、リフターピン24を囲繞するように設けられた伸縮可能なベローズ26の一端部(下端部)が接続され、このベローズ26の他端部(上端部)は、チャンバー200の底壁に接続されている。これにより、ベローズ26は、リフターピン24の昇降に追従して伸縮するとともに、挿通孔23とリフターピン24との隙間を密封している。   In the bottom wall of the chamber 200 and the susceptor 20, a plurality of insertion holes 23 penetrating therethrough are formed, for example, at a peripheral edge position of the susceptor 20 with a gap. In each insertion hole 23, a lifter pin 24 that supports and lifts the substrate G from below is inserted so as to protrude and retract with respect to the substrate placement surface of the susceptor 20. A flange 25 is formed below each lifter pin 24, and one end (lower end) of an extendable bellows 26 provided so as to surround the lifter pin 24 is connected to each flange 25. The other end (upper end) of the bellows 26 is connected to the bottom wall of the chamber 200. Thereby, the bellows 26 expands and contracts following the lifting and lowering of the lifter pin 24 and seals the gap between the insertion hole 23 and the lifter pin 24.

チャンバー200の上部には、後述する処理ガス供給機構300によって供給された処理ガスをチャンバー200内に吐出するとともに、チャンバー内にプラズマを生成するための上部電極として機能するシャワーヘッド27が、サセプタ20と対向するように設けられている。シャワーヘッド27の上面には、高周波を供給するためのアンテナ27bが配置されている。シャワーヘッド27はさらに、給電線51a、整合器52aを介して高周波電源53aに接続されている。シャワーヘッド27はアルミナなどの絶縁部材27aによってチャンバー200から絶縁されている。なお、チャンバー200および高周波電源53aは接地されている。さらに、シャワーヘッド27の内部には処理ガスを拡散させるガス拡散空間28が形成され、下面またはサセプタ20との対向面にガス拡散空間28で拡散された処理ガスを吐出するための複数の吐出孔29が形成されている。   A shower head 27 that functions as an upper electrode for discharging a processing gas supplied by a processing gas supply mechanism 300 (to be described later) into the chamber 200 and generating plasma in the chamber is provided above the chamber 200. It is provided so as to face. On the upper surface of the shower head 27, an antenna 27b for supplying a high frequency is disposed. The shower head 27 is further connected to a high frequency power source 53a via a power supply line 51a and a matching unit 52a. The shower head 27 is insulated from the chamber 200 by an insulating member 27a such as alumina. The chamber 200 and the high frequency power source 53a are grounded. Further, a gas diffusion space 28 for diffusing the processing gas is formed inside the shower head 27, and a plurality of discharge holes for discharging the processing gas diffused in the gas diffusion space 28 on the lower surface or the surface facing the susceptor 20. 29 is formed.

排気手段400は、チャンバー200の例えば底壁に接続された排気路としての排気管41と、この排気管41に接続され、排気管41を介してチャンバー2内を排気する排気装置42と、排気管41の排気装置42との接続部よりも上流側に設けられた、チャンバー2内の圧力を調整するための圧力調整バルブ43とを備えている。排気装置42は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有し、これによりチャンバー2内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能に構成されている。排気管41は、チャンバー2の周方向に間隔をあけて複数設けられ、排気装置42および圧力調整バルブ43は、各排気管41に対応して複数設けられている。   The exhaust means 400 includes an exhaust pipe 41 as an exhaust path connected to, for example, the bottom wall of the chamber 200, an exhaust device 42 connected to the exhaust pipe 41 and exhausting the inside of the chamber 2 through the exhaust pipe 41, A pressure adjusting valve 43 for adjusting the pressure in the chamber 2 is provided upstream of the connection portion of the pipe 41 with the exhaust device 42. The exhaust device 42 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and is configured to be able to evacuate the chamber 2 to a predetermined reduced pressure atmosphere. A plurality of exhaust pipes 41 are provided at intervals in the circumferential direction of the chamber 2, and a plurality of exhaust devices 42 and pressure adjustment valves 43 are provided corresponding to the respective exhaust pipes 41.

プラズマ生成機構500は、サセプタ20の基材20aに接続された、高周波電力を供給するための給電線51と、この給電線51に接続された整合器52および高周波電源53とを備えている。高周波電源53からは例えば13.56MHzの高周波電力がサセプタ20に供給され、これにより、サセプタ20は、下部電極として機能し、シャワーヘッド27とともに一対の平行平板電極をなすように構成されている。サセプタ20およびシャワーヘッド27は、プラズマ生成機構500、501の一部を構成している。   The plasma generation mechanism 500 includes a power supply line 51 for supplying high-frequency power connected to the base material 20 a of the susceptor 20, and a matching unit 52 and a high-frequency power supply 53 connected to the power supply line 51. For example, high frequency power of 13.56 MHz is supplied from the high frequency power supply 53 to the susceptor 20, whereby the susceptor 20 functions as a lower electrode and is configured to form a pair of parallel plate electrodes together with the shower head 27. The susceptor 20 and the shower head 27 constitute part of the plasma generation mechanisms 500 and 501.

プラズマ生成機構501は、上述したように、上部電極として機能するシャワーヘッド27、アンテナ27b、給電線51a、整合器52aおよび高周波電源53aによって構成される。高周波電源53aによって、上部電極であるシャワーヘッド27には、例えば、40MHzの高周波電力が供給される。上部電極および下部電極間に適宜、高周波電力を供給することによって、チャンバー200内に高周波が発生し、この高周波によって処理ガスが励起され、プラズマが発生する。   As described above, the plasma generation mechanism 501 includes the shower head 27 that functions as the upper electrode, the antenna 27b, the feeder line 51a, the matching unit 52a, and the high-frequency power source 53a. For example, high frequency power of 40 MHz is supplied to the shower head 27, which is the upper electrode, by the high frequency power source 53a. By appropriately supplying high-frequency power between the upper electrode and the lower electrode, a high frequency is generated in the chamber 200, the processing gas is excited by this high frequency, and plasma is generated.

処理ガス供給機構300は、処理ガス、例えばSF6ガス、O2ガスおよびSiF4ガスガスをチャンバー200内に供給するための処理ガス供給源30、31および32と、これらのガス供給源からの処理ガスを一時的に貯留または充填するための複数、例えば2つの処理ガスタンク33、34と、各ガス供給源32からの処理ガスを処理ガスタンク33、34およびチャンバー200内に送給し、処理ガスタンク33、34に貯留された処理ガスをチャンバー200内に送給する配管等からなる処理ガス通流部材35と、を備えている。処理ガス通流部材35は、ガス供給源30、ガス供給源31およびガス供給源32とチャンバー200とに接続された第1の処理ガス流路36と、2つの処理ガスタンク33、34に対応するように各々が第1の処理ガス流路36から分岐して処理ガスタンク33、34に接続された第2の処理ガス流路37、38とを有している。 The processing gas supply mechanism 300 includes processing gas supply sources 30, 31 and 32 for supplying processing gases such as SF 6 gas, O 2 gas and SiF 4 gas gas into the chamber 200, and processing from these gas supply sources. A plurality of, for example, two processing gas tanks 33 and 34 for temporarily storing or filling the gas, and a processing gas from each gas supply source 32 are fed into the processing gas tanks 33 and 34 and the chamber 200, and the processing gas tank 33 is supplied. , 34, and a processing gas flow member 35 made of piping or the like for feeding the processing gas stored in the chamber 200 into the chamber 200. The processing gas flow member 35 corresponds to the first processing gas flow path 36 connected to the gas supply source 30, the gas supply source 31, the gas supply source 32, and the chamber 200, and the two processing gas tanks 33 and 34. As described above, each has a second processing gas flow path 37, 38 branched from the first processing gas flow path 36 and connected to the processing gas tanks 33, 34.

第1の処理ガス流路36は、3つの処理ガス供給源30、31、32に対応するように3本に分岐して各処理ガス供給源に接続された供給源接続流路36a、36b、36cを一方側または上流側部に有し、他端部または下流側端部がガス拡散空間28と連通するようにシャワーヘッド27の上面に接続されている。第1の処理ガス流路36には、供給源接続流路36a、36b、36cにそれぞれ、処理ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ36d、36e、36fおよびバルブ36g、36h、36iが設けられ、第2の処理ガス流路37、38との分岐部よりも他方側の例えば一端部および他端部にもそれぞれバルブ36s、36tが設けられている。   The first processing gas flow path 36 is divided into three so as to correspond to the three processing gas supply sources 30, 31, 32, and supply source connection flow paths 36a, 36b connected to the respective processing gas supply sources, 36 c is provided on one side or upstream side, and the other end or downstream end is connected to the upper surface of the shower head 27 so as to communicate with the gas diffusion space 28. The first processing gas channel 36 is provided with mass flow controllers 36d, 36e, 36f and valves 36g, 36h, 36i for adjusting the flow rate of the processing gas in the supply source connection channels 36a, 36b, 36c, respectively. Valves 36s and 36t are also provided at, for example, one end and the other end on the other side of the branching portion with the second process gas flow paths 37 and 38, respectively.

第2の処理ガス流路37、38はそれぞれ、第1の処理ガス流路36の供給源接続流路36a、36b、36cよりも下流側から分岐し、ガス拡散空間28と連通するようにシャワーヘッド27の上面に接続され、中間部に処理ガスタンク33、34が接続されている。これにより、第2の処理ガス流路37、38はそれぞれ、処理ガスを処理ガスタンク33、34に送り入れるための送入流路37a、38aと、処理ガスを処理ガスタンク33、34から送り出すための送出流路37b、38bと、を別個に有している。送入流路37a、38aおよび送出流路37b、38bにはそれぞれ、バルブ37c、38cおよびバルブ37d、38dが設けられ、処理ガスタンク33、34にはそれぞれ、内部の圧力を測定するための圧力計33a、34aが設けられている。   The second process gas channels 37 and 38 are branched from the supply source connection channels 36 a, 36 b and 36 c of the first process gas channel 36 from the downstream side, and are connected to the gas diffusion space 28. Connected to the upper surface of the head 27, process gas tanks 33 and 34 are connected to the middle part. As a result, the second process gas flow paths 37 and 38 are respectively used to send process gas into the process gas tanks 33 and 34, and to send process gas from the process gas tanks 33 and 34, respectively. The delivery channels 37b and 38b are separately provided. Valves 37c and 38c and valves 37d and 38d are provided in the inflow channels 37a and 38a and the outflow channels 37b and 38b, respectively, and the processing gas tanks 33 and 34 are pressure gauges for measuring the internal pressure, respectively. 33a and 34a are provided.

処理ガス通流部材35、例えば第1の処理ガス流路36と複数の排気管41のうちの一部、例えば1本とには、配管等のバイパス流路39が接続されており、処理ガス通流部材35内の処理ガスがバイパス流路39を介して排気手段4により排出可能となっている。バイパス流路39は、排気管41の圧力調整バルブ43と排気装置42との間に接続されており、この圧力調整バルブ43を閉じることにより、バイパス流路39から排出された処理ガスが排気管41を介してチャンバー2内に流入することを防止できるように構成されている。   A bypass flow path 39 such as a pipe is connected to the processing gas flow member 35, for example, the first processing gas flow path 36 and a part, for example, one of the plurality of exhaust pipes 41, and the processing gas The processing gas in the flow member 35 can be exhausted by the exhaust means 4 through the bypass channel 39. The bypass passage 39 is connected between the pressure adjustment valve 43 of the exhaust pipe 41 and the exhaust device 42, and the processing gas discharged from the bypass passage 39 is exhausted by closing the pressure adjustment valve 43. It is configured so that it can be prevented from flowing into the chamber 2 via 41.

プラズマエッチング装置100の各構成部は、マイクロプロセッサ(コンピュータ)を備えたプロセスコントローラ90によって制御される。このプロセスコントローラ90には、工程管理者がプラズマエッチング装置1を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやプラズマエッチング装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェイス91と、プラズマエッチング装置1で実行される処理をプロセスコントローラ90の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部92とが接続されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェイス91からの指示等にて任意のレシピを記憶部92から呼び出してプロセスコントローラ90に実行させることで、プロセスコントローラ90の制御下でプラズマエッチング装置100での処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、CDROM、ハードディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。   Each component of the plasma etching apparatus 100 is controlled by a process controller 90 including a microprocessor (computer). The process controller 90 includes a user interface 91 including a keyboard for a process manager to input commands to manage the plasma etching apparatus 1, a display for visualizing and displaying the operating status of the plasma etching apparatus 100, and the like. A storage unit 92 storing a recipe in which a control program for realizing the processing executed by the plasma etching apparatus 1 under the control of the process controller 90 and processing condition data is stored is connected. If necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 92 by an instruction from the user interface 91 and is executed by the process controller 90, so that the process in the plasma etching apparatus 100 can be performed under the control of the process controller 90. Done. The recipe may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD ROM, hard disk, or flash memory, or may be transmitted from another device as needed via a dedicated line, for example. It is also possible to use it.

また、より具体的に、処理ガス供給機構3の各バルブ36g、36h、36i、36s、36t、37c、37d、38c、38d、39aは、プロセスコントローラ90に接続されたユニットコントローラ93(制御部)によって制御される構成となっている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェイス91からの指示等にてプロセスコントローラ90が任意のレシピを記憶部92から呼び出してユニットコントローラ93に制御させる。   More specifically, each valve 36g, 36h, 36i, 36s, 36t, 37c, 37d, 38c, 38d, 39a of the processing gas supply mechanism 3 is a unit controller 93 (control unit) connected to the process controller 90. It is the structure controlled by. Then, if necessary, the process controller 90 calls an arbitrary recipe from the storage unit 92 and controls the unit controller 93 in accordance with an instruction from the user interface 91 or the like.

このように構成されたプラズマエッチング装置100においては、排気手段400によってチャンバー200内を所定の真空度に維持したまま、まず、ゲートバルブ22によって搬入出口21が開放された状態で、基板Gが図示しない搬送機構によって搬入出口21から搬入されたら、各リフターピン24を上昇させ、各リフターピン24によって基板Gを搬送機構から受け取って支持させる。搬送機構が搬入出口21からチャンバー2外に退出したら、ゲートバルブ22によって搬入出口21を閉塞するとともに、各リフターピン24を下降させてサセプタ20の基板載置面に没入させ、基板Gをサセプタ20に載置させる。   In the plasma etching apparatus 100 configured as described above, the substrate G is illustrated in a state where the loading / unloading port 21 is opened by the gate valve 22 while the inside of the chamber 200 is maintained at a predetermined degree of vacuum by the exhaust unit 400. When the transfer mechanism 21 does not carry it in from the loading / unloading port 21, each lifter pin 24 is raised, and the substrate G is received and supported by each lifter pin 24 from the transfer mechanism. When the transfer mechanism exits from the loading / unloading port 21 to the outside of the chamber 2, the loading / unloading port 21 is closed by the gate valve 22, and each lifter pin 24 is lowered to be immersed in the substrate mounting surface of the susceptor 20. To be placed.

次に、処理ガス供給機構300によってチャンバー200内に処理ガスを供給する。ここでの処理ガスの供給は、あらかじめガス供給源30、31および32から処理ガスタンク33に充填させておいた、異方性エッチングあるいは等方性エッチングに使用するガスを、バルブ37dを開いて放出することによって行う。   Next, the processing gas is supplied into the chamber 200 by the processing gas supply mechanism 300. The processing gas is supplied by opening the valve 37d and releasing the gas used for anisotropic etching or isotropic etching, which has been filled in the processing gas tank 33 from the gas supply sources 30, 31, and 32 in advance. By doing.

チャンバー200内は排気手段400によって排気されているため、処理ガスタンク33に充填された処理ガスを供給しただけでは時間の経過とともにチャンバー200内の圧力が低下してしまう。したがって、処理ガスタンク33に充填された処理ガスの供給時または供給直後に、バルブ36s、36t、36g、36h、36iを開き、ガス供給源30、31および32からの各種ガスをマスフローコントローラ36d、36e、36fによって流量調整し、チャンバー200内に供給するとともに、圧力制御バルブ43によりチャンバー200内を設定圧力、例えば60Pa(450mTorr)に保持する。これにより、チャンバー200内の設定圧力に迅速に保持することができる。また、処理ガス通流部材35を、ガス供給源30、31および32とチャンバー200とに接続された第1の処理ガス流路36と、第1の処理ガス流路36から分岐して処理ガスタンク33、34にそれぞれ接続された第2の処理ガス流路37、38とから構成したため、ガス供給源30、31および32からの各種ガスを、第1の処理ガス流路36を介し、大きな空間である処理ガスタンク33、34を通過させずにチャンバー200内に短時間で供給することができ、これにより、チャンバー200内の圧力保持のさらなる迅速化を図ることが可能となる。   Since the inside of the chamber 200 is exhausted by the exhaust means 400, the pressure in the chamber 200 decreases with time if only the processing gas filled in the processing gas tank 33 is supplied. Therefore, at the time of supplying the processing gas filled in the processing gas tank 33 or immediately after the supply, the valves 36s, 36t, 36g, 36h, 36i are opened, and various gases from the gas supply sources 30, 31, 32 are supplied to the mass flow controllers 36d, 36e. 36f, the flow rate is adjusted and supplied into the chamber 200, and the pressure inside the chamber 200 is maintained at a set pressure, for example, 60 Pa (450 mTorr) by the pressure control valve 43. Thereby, the set pressure in the chamber 200 can be quickly maintained. In addition, the processing gas flow member 35 is branched from the first processing gas flow path 36 connected to the gas supply sources 30, 31 and 32 and the chamber 200, and the first processing gas flow path 36, and the processing gas tank Since the second processing gas flow paths 37 and 38 are connected to the first and second processing gas flow paths 37 and 38, respectively, various gases from the gas supply sources 30, 31 and 32 are passed through the first processing gas flow path 36 to form a large space. Thus, the gas can be supplied into the chamber 200 in a short time without passing through the processing gas tanks 33, 34, which makes it possible to further speed up the pressure holding in the chamber 200.

以上のようにしてチャンバー200内の圧力が所定の値に保持されると、サセプタ20に内蔵された静電吸着機構に直流電圧を印加して基板Gをサセプタ20に吸着させるとともに、サセプタ20に内蔵された温調機構によって基板Gの温度を調節する。そして、高周波電源53から整合器52を介してサセプタ20に高周波電力を印加し、下部電極としてのサセプタ20と上部電極としてのシャワーヘッド27との間に高周波電界を生じさせてチャンバー200内の処理ガスをプラズマ化させる。この処理ガスのプラズマによって基板Gにエッチング処理が施される。なお、プラズマエッチングの処理条件については、上記[異方性プラズマエッチング]および[等方性プラズマエッチング]の項で示した条件が適用される。   When the pressure in the chamber 200 is maintained at a predetermined value as described above, a DC voltage is applied to the electrostatic adsorption mechanism built in the susceptor 20 to adsorb the substrate G to the susceptor 20 and The temperature of the substrate G is adjusted by a built-in temperature control mechanism. Then, high-frequency power is applied from the high-frequency power source 53 to the susceptor 20 through the matching unit 52, and a high-frequency electric field is generated between the susceptor 20 as the lower electrode and the shower head 27 as the upper electrode, thereby processing in the chamber 200. The gas is turned into plasma. The substrate G is etched by the processing gas plasma. As for the plasma etching process conditions, the conditions shown in the above sections [Anisotropic Plasma Etching] and [Isotropic Plasma Etching] are applied.

1 基板
2 背面電極(第1の電極)
3 光電変換層
3a p型半導体層
3b i型半導体層
3c n型半導体層
4 透明導電被膜(第2の電極)
5 エッチング孔
5a 第1の孔部
5b 第2の孔部
6 反射防止膜
1 Substrate 2 Back electrode (first electrode)
3 photoelectric conversion layer 3a p-type semiconductor layer 3b i-type semiconductor layer 3c n-type semiconductor layer 4 transparent conductive film (second electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Etching hole 5a 1st hole 5b 2nd hole 6 Antireflection film

Claims (7)

基板上に形成された背面電極層と、
前記背面電極層上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層の上面に形成された透明導電被膜よりなる上面電極層と、を備え、
前記光電変換層にはその上面から層中に向かう多数の微細な孔部が規則的に形成されており、前記孔部は、その上部である第1の孔部と下部である第2の孔部とで形成され、前記第1の孔部は縦長の筒状であり、前記第2の孔部はその最大幅が前記第1の孔部の開口幅よりも広い湾曲した形状を有し、且つ、前記第1の孔部は入射する光の波長以上の大きさの開口幅を有する、太陽電池。
A back electrode layer formed on the substrate;
A photoelectric conversion layer formed on the back electrode layer;
An upper electrode layer made of a transparent conductive film formed on the upper surface of the photoelectric conversion layer,
The photoelectric conversion layer is regularly formed with a large number of fine holes from the upper surface thereof into the layer, and the hole parts include a first hole part at the upper part and a second hole at the lower part. The first hole has a vertically long cylindrical shape, and the second hole has a curved shape whose maximum width is wider than the opening width of the first hole , In addition, the first hole portion has an opening width that is equal to or larger than the wavelength of incident light .
請求項に記載の太陽電池において、前記第1の孔部の開口幅は1〜15μm、隣接する孔部間の間隔は2〜20μm、前記第1と第2の孔部の合計の深さは1〜20μmであることを特徴とする、太陽電池。 2. The solar cell according to claim 1 , wherein the opening width of the first hole is 1 to 15 μm, the interval between adjacent holes is 2 to 20 μm, and the total depth of the first and second holes. Is a solar cell, characterized by being 1 to 20 μm. 請求項1または2に記載の太陽電池において、前記孔部の前記第1の孔部はプラズマによる異方性エッチングで形成され、前記第2の孔部はプラズマによる等方性エッチングで形成されたものである、太陽電池。 3. The solar cell according to claim 1, wherein the first hole of the hole is formed by anisotropic etching using plasma, and the second hole is formed by isotropic etching using plasma. Solar cells that are things. 請求項に記載の太陽電池において、前記光電変換層がシリコンを材料として形成される場合、前記異方性エッチングのためのガスはHF6/O2/SiF4ガスであり、前記等方性エッチングのためのガスはHBr/O2ガスであることを特徴とする、太陽電池。 4. The solar cell according to claim 3 , wherein when the photoelectric conversion layer is formed of silicon as a material, the gas for the anisotropic etching is HF 6 / O 2 / SiF 4 gas, and the isotropic property. A solar cell, wherein an etching gas is HBr / O 2 gas. 請求項1乃至の何れか1項に記載の太陽電池において、前記光電変換層は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンで形成されることを特徴とする、太陽電池。 In the solar cell according to any one of claims 1 to 3, the photoelectric conversion layer is characterized by being formed of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon or microcrystalline silicon solar cell. 請求項1乃至の何れか1項に記載の太陽電池において、前記光電変換層はp−i−n接合構造を有していることを特徴とする、太陽電池。 In the solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the photoelectric conversion layer is characterized by having a p-i-n junction structure, the solar cell. 請求項に記載の太陽電池において、前記第2の孔部は前記i層に達していることを特徴とする、太陽電池。 The solar cell according to claim 6 , wherein the second hole portion reaches the i layer.
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