JP5377762B2 - Substrate roughening method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の粗面化方法、及び光起電力装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for roughening a substrate and a method for manufacturing a photovoltaic device.
太陽電池等の光電変換装置の性能向上には、太陽光を効率よく基板内部に取り込むことが大切である。そのため、光入射側の基板表面にテクスチャ加工を施して、表面における凸部の斜面で反射した光を他の凸部の斜面に入射させることで、より多くの太陽光を基板内部に取込んで、光電変換効率の向上を図っている。ここでテクスチャ加工とは、基板表面に意図的に数十nm〜数十μmの寸法のテクスチャ(微細凹凸)を形成する加工のことである。 In order to improve the performance of photoelectric conversion devices such as solar cells, it is important to efficiently incorporate sunlight into the substrate. Therefore, texture processing is performed on the substrate surface on the light incident side, and the light reflected by the slope of the convex portion on the surface is incident on the slope of the other convex portion, so that more sunlight is taken into the substrate. The photoelectric conversion efficiency is improved. Here, the texture processing is processing for intentionally forming a texture (fine irregularities) having a size of several tens of nanometers to several tens of micrometers on the substrate surface.
テクスチャ加工の方法としては、基板が単結晶基板の場合、エッチング速度に結晶方位依存性を持つアルカリ水溶液(水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等)を利用した異方性エッチング処理が広く用いられる。すなわち、平坦な(100)面が露出したシリコン基板の表面に適切な添加剤の存在下で異方性エッチング処理を行うと、(111)面が露出したピラミッド状のテクスチャ(微細凹凸)がシリコン基板の表面に形成される。 As a texture processing method, when the substrate is a single crystal substrate, an anisotropic etching process using an alkaline aqueous solution (sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) having crystal orientation dependence on the etching rate is widely used. That is, when an anisotropic etching process is performed in the presence of an appropriate additive on the surface of the silicon substrate where the flat (100) surface is exposed, the pyramidal texture (fine irregularities) where the (111) surface is exposed is silicon. It is formed on the surface of the substrate.
このとき、ピラミッドの頂上部にはわずかながら(111)面とは異なる結晶面が露出しており、頂上からピラミッド形状を崩すエッチングも同時に進行している。このようにピラミッドを形成する作用と崩す作用との平衡状態を維持しながらシリコン基板の全面にピラミッド形状を形成するためには30分程度の長いエッチング時間が必要である。 At this time, a crystal plane slightly different from the (111) plane is exposed at the top of the pyramid, and etching for breaking the pyramid shape from the top progresses simultaneously. Thus, in order to form a pyramid shape on the entire surface of the silicon substrate while maintaining an equilibrium state between the action of forming the pyramid and the action of breaking it, a long etching time of about 30 minutes is required.
エッチング時間を短縮するため、異方性エッチングに頼らず、シリコン基板の全面にテクスチャ構造を形成する方法が提案されている。そのような1つの方法は、レーザーにより基板表面に溝加工を施す方法である。この方法は、微小直径のレーザー光線を基板面上で掃引させて全面加工する必要があるため、加工時間が非常に長く実用的でない。他の方法は、切削刃等により機械的に基板表面に溝加工を施す方法である。この方法は、1mm以下の微細加工には不向きであり、特に基板厚が数百μm程度の太陽電池基板に対して実施すると基板強度を著しく低下させる。さらに他の方法は、エアーブラスト加工を応用した方法である。 In order to shorten the etching time, a method of forming a texture structure on the entire surface of the silicon substrate without depending on anisotropic etching has been proposed. One such method is a method of grooving the substrate surface with a laser. This method is not practical because the processing time is very long because the entire surface needs to be processed by sweeping a laser beam having a small diameter on the substrate surface. The other method is a method of mechanically grooving the substrate surface with a cutting blade or the like. This method is not suitable for microfabrication of 1 mm or less, and the substrate strength is remarkably lowered when implemented on a solar cell substrate having a substrate thickness of about several hundred μm. Still another method is a method applying air blasting.
特許文献1には、多結晶のシリコン基板の表面に感光性樹脂をコーティングしエッチングして開口することで保護マスクを形成し、保護マスクの開口を通じて第1砥粒をシリコン基板の表面に噴射し、第1砥粒より粒度の細かい第2砥粒をシリコン基板の表面に噴射して保護マスクを除去することが記載されている。これにより、特許文献1によれば、シリコン基板の表面に多数の逆ピラミッド状の凹部を低反射形状として形成することができるとされている。
特許文献1に記載された技術では、1枚のシリコン基板の表面を加工するために、シリコン基板の表面に感光性樹脂をパターニングして保護マスクを形成する必要があり、さらに、異なる粒度の砥粒を用いた2回のブラスト加工が必要になる。これにより、シリコン基板の表面(被加工面)を加工するための処理が全体として複雑になる。
In the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の被加工面を加工するための処理を簡略化できる基板の粗面化方法及び光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a method for roughening a substrate and a method for manufacturing a photovoltaic device, which can simplify a process for processing a processed surface of the substrate. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる基板の粗面化方法は、複数の矩形開口が予め形成されているマスク板を基板の被加工面側に配置する配置工程と、砥粒を前記マスク板越しに前記被加工面へ噴射するブラスト工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for roughening a substrate according to one aspect of the present invention provides a mask plate on which a plurality of rectangular openings are formed in advance on the processed surface side of the substrate. And a blasting step of spraying abrasive grains onto the surface to be processed through the mask plate.
本発明によれば、複数の開口が予め形成されているマスク板越しにブラスト加工を実施する。これにより、基板の被加工面に保護マスクを形成することなく、テクスチャ(微細凹凸)を形成するためのブラスト加工を基板の被加工面に施すことができる。また、ブラスト加工後に保護マスクを除去する必要もない。すなわち、基板の被加工面を加工するための処理を簡略化できる。 According to the present invention, blasting is performed through a mask plate in which a plurality of openings are formed in advance. Accordingly, blasting for forming a texture (fine irregularities) can be performed on the processed surface of the substrate without forming a protective mask on the processed surface of the substrate. Further, it is not necessary to remove the protective mask after blasting. That is, the process for processing the processed surface of the substrate can be simplified.
以下に、本発明にかかる基板の粗面化方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a method for roughening a substrate according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
以下では、一例として単結晶シリコン基板の粗面化について説明する。また、基板の用途として、単結晶シリコン太陽電池を製造するために用いるものとして説明する。 Hereinafter, roughening of a single crystal silicon substrate will be described as an example. Moreover, it demonstrates as what is used in order to manufacture a single crystal silicon solar cell as a use of a board | substrate.
実施の形態1.
実施の形態1にかかる基板の粗面化方法について図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1にかかる基板の粗面化方法を説明するための工程断面図である。
The substrate roughening method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process cross-sectional view for explaining the substrate roughening method according to the first embodiment.
図1(a)に示す工程(配置工程)では、基板1を準備する。基板1は、例えば、単結晶シリコンで形成されている。例えば、基板1は、単結晶シリコンインゴットからマルチワイヤーソーでスライスした後に、酸またはアルカリ溶液を用いたウェットエッチングでスライス時のダメージを除去したものである。ダメージ除去後の基板1の厚みは例えば200μm、基板1の寸法は例えば156mm×156mmである。
In the step (arrangement step) shown in FIG. 1A, the
そして、耐ブラストマスク(マスク板)2を基板1の被加工面1a側に配置する。耐ブラストマスク2では、例えば2次元的に配列されている複数の開口(複数の矩形開口)5が予め形成されている(図2参照)。耐ブラストマスク2は、例えば、板厚100μmのステンレスの板材をエッチング加工にて所定寸法の開口5を形成したものの表面に樹脂コーティングを施したものを使用する。樹脂コーティングの目的は、耐ブラストマスク2の表面に弾性を付与し、砥粒衝突による板材の磨耗を抑制することである。開口5の寸法・形状等については後述する。
Then, a blast-resistant mask (mask plate) 2 is disposed on the processed
図1(b)に示す工程(ブラスト工程)では、耐ブラストマスク2を介して、基板1を移動させながらブラスト加工する。すなわち、基板1を耐ブラストマスク2に対して相対的に移動させながら、砥粒6を耐ブラストマスク2越しに被加工面1aへ噴射する。これにより、基板1の表面に複数の溝3を形成する。砥粒6としては、例えば、1200番のアルミナ砥粒を使用する。我々の試験では、基板1の微小クラックを最小限に抑制しつつ基板1の被加工面1aに溝加工を施すのに適した砥粒6がアルミナ砥粒であることが明らかとなった。なお、所望の溝加工が可能であれば他の砥粒を用いてもかまわない。
In the step (blasting step) shown in FIG. 1B, blasting is performed while moving the
ここで、図2を用いてブラスト加工される領域FRと耐ブラストマスク2の開口5との位置関係を説明する。図2は、耐ブラストマスク2が基板1の被加工面1a側に配置された状態で基板1を被加工面1a側から見た場合の図である。
Here, the positional relationship between the region FR to be blasted and the
仮に、それぞれストライプ状である複数の溝4を被加工面1aに形成するために、開口5の形状を、基板1の一端から他端まで延長されたストライプ形状とした場合を考える。この場合、開口5の長手方向の幅が非常に長いものとなり、ブラスト加工時に耐ブラストマスク2に振動が発生し、被加工面1aに正常なブラスト加工形状を形成できない。
Consider a case where the shape of the
それに対して、実施の形態1では、図2に示すように、長方形の開口5を例えば2次元的に複数並べた耐ブラストマスク2を使用する。耐ブラストマスク2では、例えば、短手方向の開口幅5bを100μm、短手方向の開口ピッチ5aを200μm、長手方向の開口幅5dを300μm、長手方向の開口ピッチ5cを400μmとする。そして、基板1を開口5の長手方向に沿って(例えば平行な方向7へ)移動させながらブラスト加工を実施する。これにより、ブラスト加工による、基板1の一端から他端までそれぞれ延びた溝4を有する被加工領域FRを得ることができる。なお、ここでは基板1を移動させる方法を採ったが、基板1を固定とし、耐ブラストマスク2と砥粒噴射ノズル108(図3参照)とを一体として移動させても良い。あるいは、基板1と耐ブラストマスク2との両方を移動させても良い。
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, for example, a blast
また、ブラスト加工に使用するブラスト加工装置100について図3を用いて説明する。ブラスト加工装置100は、砥粒噴射ノズル108から圧縮空気ボンベ109により供給される圧縮空気を噴出しながら、同時に砥粒タンク110から供給される砥粒を噴出し、噴出された砥粒111を被加工面1aへ衝突させることで被加工面1aを切削加工するものである。
A
なお、図3では特に示さないが、基板1を平行移動させることで砥粒を被加工面1a内全面に作用させることができ、被加工面1aの全面を均一に切削加工することができる。また、図3では、圧縮空気によって砥粒を直接噴出したが、砥粒が混合された液体を圧縮空気によって噴出する方法、砥粒が混合された液体に直接圧力をかけて噴出する方法を採ってもよい。
Although not particularly shown in FIG. 3, by moving the
図1(c)に示す工程(エッチング工程)では、ブラスト工程を経た基板1の被加工面1aにエッチング処理を施す。これにより、ブラスト加工時に基板1内の被加工面1a近傍に発生する微小クラックなどの損傷を除去することができるとともに、基板1の被加工面1aに複数の溝8をテクスチャ(微細凹凸)として形成することができる。エッチング処理は、例えば、1%の水酸化ナトリウム水溶液を80℃として1min処理した。なお、他の薬液を用いても良いし、反応性イオンエッチング、ガスエッチング等のドライエッチングを使用しても良い。
In the step (etching step) shown in FIG. 1C, an etching process is performed on the
以下に、上述した基板の粗面化方法を用いて、光起電力装置を製造するための工程を簡単に説明する。なおここで説明する工程は、一般的な単結晶シリコン基板を用いた光起電力装置の製造工程と同様であるため、特に図示しない。 Below, the process for manufacturing a photovoltaic apparatus is demonstrated easily using the roughening method of the board | substrate mentioned above. Note that the process described here is the same as the process for manufacturing a photovoltaic device using a general single crystal silicon substrate, and is not particularly shown.
図1(c)に示す工程の処理が完了した(例えば単結晶シリコンの)基板1を拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱し、リンガラスを形成する。これにより、基板1中にリンを拡散させN層を形成する。拡散温度は例えば840℃とした。The substrate 1 (for example, single crystal silicon) that has been processed in the process shown in FIG. 1C is put into a diffusion furnace and heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor to form phosphorus glass. Thereby, phosphorus is diffused in the
次に、フッ酸溶液中でリンガラス層を除去した後、反射防止膜としてプラズマCVD法によりSiN膜を形成する。膜厚および屈折率は光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。またスパッタ法など異なる成膜方法により形成しても良い。 Next, after removing the phosphor glass layer in a hydrofluoric acid solution, a SiN film is formed as a reflection preventing film by plasma CVD. The film thickness and refractive index are set to values that most suppress light reflection. Note that two or more layers having different refractive indexes may be stacked. Further, it may be formed by a different film forming method such as a sputtering method.
次に、上部電極として銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて形成し、裏面電極としてアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて形成する。その後、焼成処理を実施する。焼成は、例えば大気雰囲気中で760℃で実施した。このようにして光起電力装置が作製される。 Next, a paste mixed with silver as an upper electrode is formed in a comb shape by screen printing, and a paste mixed with aluminum is formed as a back electrode on the entire surface by screen printing. Then, a baking process is implemented. Firing was performed at 760 ° C. in an air atmosphere, for example. In this way, a photovoltaic device is produced.
上記工程を経て作製した光起電力装置の性能評価した結果に関して述べる。まず粗面化を実施した時点での反射特性を分光光度計で評価した。そのうち波長628nmにおける反射率を図4の表1に示す。単結晶シリコンの基板に対してアルカリ水溶液でテクスチャ(微細凹凸)を形成した場合の比較例では反射率が30%であるのに対して、実施の形態1にかかる基板の粗面化方法を施した基板1では反射率が15%にまで抑制できており、良好な反射率抑制効果を発揮していることがわかった。
The results of performance evaluation of the photovoltaic device manufactured through the above steps will be described. First, the reflection characteristics at the time of roughening were evaluated with a spectrophotometer. Of these, the reflectance at a wavelength of 628 nm is shown in Table 1 of FIG. In the comparative example in which the texture (fine irregularities) is formed on the single crystal silicon substrate with an alkaline aqueous solution, the reflectance is 30%, whereas the substrate roughening method according to the first embodiment is applied. It was found that the
次に、作製した156mm□の光起電力装置の発電特性を評価した結果を図5の表2に示す。実施の形態1にかかる基板の粗面化方法を施した基板1を適用した光起電力装置では、比較例に比べて、表面反射損失の抑制が奏功して、短絡電流密度が大幅に増大し、変換効率の向上に寄与することがわかった。
Next, the results of evaluating the power generation characteristics of the produced 156 mm square photovoltaic device are shown in Table 2 of FIG. In the photovoltaic device to which the
ここで、仮に、耐ブラストマスク2を用いずに、基板1の被加工面1aに感光性樹脂をコーティングしエッチングして開口することで保護マスクを形成する場合について考える。この場合、保護マスクの開口を通じて第1砥粒を基板1の被加工面1aに噴射し、その後、第1砥粒より粒度の細かい第2砥粒を基板1の被加工面1aに噴射して保護マスクを除去することになる。すなわち、1枚の基板1の被加工面1aを加工するために、基板1の被加工面1aに感光性樹脂をパターニングして保護マスクを形成する必要があり、さらに、異なる粒度の砥粒を用いた2回のブラスト加工が必要になる。これにより、基板1の被加工面1aを加工するための処理が全体として複雑になる。
Here, let us consider a case where a protective mask is formed by coating a photosensitive resin on the
それに対して、実施の形態1では、複数の開口5が予め形成された板材である耐ブラストマスク2越しにブラスト加工を実施する。これにより、基板1の被加工面1aに保護マスクを形成することなく、テクスチャ(微細凹凸)を形成するためのブラスト加工を基板1の被加工面1aに施すことができる。また、ブラスト加工後に保護マスクを除去する必要もない。すなわち、実施の形態1によれば、基板1の被加工面1aを加工するための処理を簡略化できる。
On the other hand, in the first embodiment, blasting is performed through the blast-
また、複数の基板1のそれぞれの被加工面1aに保護マスクを形成する場合、その保護マスクを形成する工程が、リソグラフィ法(又はスクリーン印刷法)による枚葉処理となる。これにより、複数の基板1に対する処理の効率が悪く、量産性が低下する。
Moreover, when forming a protective mask in each to-
それに対して、実施の形態1では、耐ブラストマスク2に複数の開口5が予め形成されているので、耐ブラストマスク2に開口を毎回形成する必要がない。これにより、複数の基板1に対する処理の効率を向上でき、量産性を高めることができる。
On the other hand, in the first embodiment, since the plurality of
さらに、基板1の被加工面1aに保護マスクを形成する場合、第2砥粒を基板1の被加工面1aに噴射して保護マスクを除去するので、保護マスクを完全に除去することができない。また、太陽電池における基板として使用される結晶シリコンは、ブラストの保護マスクとして使用される感光性樹脂よりも脆弱であり、砥粒の粒径を調整しても、保護マスクを除去する工程において、基板の被加工面が微小クラックなどのダメージを受ける。
Furthermore, when a protective mask is formed on the processed
それに対して、実施の形態1では、基板1の被加工面1aに保護マスクを形成しないので、保護マスクを除去する必要もない。また、図1(a)に示すように、耐ブラストマスク2が基板1の被加工面1a側に非接触の状態で配置されるので、耐ブラストマスク2自体が基板1にダメージを与える可能性が低い。
In contrast, in the first embodiment, since the protective mask is not formed on the processed
あるいは、仮に、それぞれストライプ状である複数の溝4を被加工面1aに形成するために、開口5の形状を、基板1の一端から他端まで延長されたストライプ形状(ストライプ開口)とした場合を考える。この場合、開口5の長手方向の幅が非常に長いものとなり、ブラスト加工時に耐ブラストマスク2に振動が発生し、被加工面1aに正常なブラスト加工形状を形成できない。
Alternatively, if the shape of the
それに対して、実施の形態1では、矩形状の開口(短冊開口)5の長手方向に沿うように基板1を耐ブラストマスク2に対して相対的に移動させながら、砥粒を耐ブラストマスク2越しに被加工面1aへ噴射する。これにより、ストライプ開口ではなく短冊開口を使用してもストライプ領域を加工できる。すなわち、開口5の長方形の長辺が基板1の外形寸法よりも短いにもかかわらず基板1の外形寸法の一端から他端まで延びた溝3を加工することができる。また、開口5が長手方向に複数配列されているので、溝3を確実に加工することができる。さらに、開口5が長手方向に交差する方向(例えば、短手方向)に複数配列されているので、複数の溝3を並行して加工することができる。すなわち、矩形開口の長手方向に対応する方向へストライプ状にそれぞれ延びているとともに互いに並んだ複数の溝3を被加工面1aに形成する。これにより、複数の溝3を形成する際の処理の効率を向上でき、量産性を高めることができる。
On the other hand, in the first embodiment, the abrasive grains are removed from the blast
あるいは、仮に、ブラスト加工後の図1(c)に示す工程でエッチング処理を行わない場合を考える。この場合、基板1内の被加工面1a近傍にブラスト加工による微小クラックなどのダメージが残存している。このような基板1を光起電力装置に適用すると、光起電力装置の特性(例えば発電特性)が劣化する。
Alternatively, suppose that no etching process is performed in the step shown in FIG. 1C after blasting. In this case, damage such as microcracks due to blasting remains in the vicinity of the
それに対して、実施の形態1では、ブラスト加工後の図1(c)に示す工程で、ブラスト工程を経た基板1の被加工面1aにエッチング処理を施す。このため、ブラスト加工により基板の被加工面に生じた微小クラック等のダメージ(損傷)を除去することができ、良好な光起電力装置の特性(例えば発電特性)を得ることができる。
On the other hand, in the first embodiment, in the step shown in FIG. 1C after the blasting process, the
また、実施の形態1では、図1(c)に示す工程で、ブラスト加工時に基板1内の被加工面1a近傍に発生する微小クラックなどの損傷を除去することができるとともに、基板1の被加工面1aに複数の溝8をテクスチャ(微細凹凸)として形成することができるので、損傷を除去する処理とテクスチャ(微細凹凸)を形成する処理とを別々の工程で行う場合に比べて、被加工面1aにテクスチャ(微細凹凸)を形成する処理を全体として簡略化できる。
Further, in the first embodiment, in the step shown in FIG. 1C, damage such as micro cracks generated in the vicinity of the
実施の形態2.
実施の形態2にかかる基板の粗面化方法について図6を用いて説明する。図6は、実施の形態2にかかる基板の粗面化方法を説明するための工程断面図である。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
A substrate roughening method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a process cross-sectional view for explaining the substrate roughening method according to the second embodiment. Below, it demonstrates focusing on a different part from
図6(a)に示す工程では、基板11iに対してダメージ除去を実施した後、基板11iの被加工面11iaに不純物拡散領域(第1の不純物拡散領域)21iを形成する。このとき、基板11iの裏面11ibにも不純物拡散領域22が形成される。基板11iとして、例えば、ボロン拡散されたP型基板を使用する。このため、不純物拡散領域21i、22としてリンを拡散したN型層とし、PN接合を形成する。この工程で不純物拡散領域21iを形成する目的は、後に集電電極を形成する際に接触抵抗を低減して性能を向上するためであり、光起電力装置として最低限の機能を果たすために不純物拡散領域21i、22は必須ではない。
In the step shown in FIG. 6A, after removing damage to the
図6(b)に示す工程(形成工程)では、被加工面11iaに、不純物拡散領域21iを覆う耐エッチング膜13iを形成する。このとき、不純物拡散領域22を覆う耐エッチング膜23も形成される。耐エッチング膜13i、23は、耐エッチング性を有する膜であり、例えば、熱酸化によって成膜された膜厚50nmの酸化膜(以下、「SiO2膜」と称す)である。なお、ここではSiO2膜を用いたが、窒化シリコン膜(SiN)、酸化窒化シリコン膜(SiON)、アモルファスシリコン膜(а−Si)、ダイアモンドライクカーボン膜等を用いても良い。また、ここでは熱酸化を使用しているため、基板11iの被加工面11iaだけでなく裏面11ibと端面にも成膜されているが、被加工面11ia以外には成膜されていなくても構わない。In the step (formation step) shown in FIG. 6B, an etching
図6(c)に示す工程では、まず(配置工程)、複数の開口15が配列された耐ブラストマスク12を基板11iの被加工面11ia側に配置する。耐ブラストマスク12として、例えば、短手方向の開口幅1.9mm、短手方向の開口ピッチ2.2mm、長手方向の開口幅3mm、長手方向の開口ピッチ3.3mmのものを準備する。ここで開口ピッチ2.2mmは後の工程で形成する集電電極18のピッチと同一としている。
In the step shown in FIG. 6C, first (placement step), the blast-
次に(ブラスト工程)、基板11を耐ブラストマスク12に対して相対的に移動させながら、砥粒16を耐ブラストマスク12越しに被加工面11aへ噴射するブラスト加工を行う。例えば、耐ブラストマスク12を介して、基板11を移動させながらブラスト加工を行う。このブラスト加工により、例えば、ピッチ2.2mm、幅1.9mmの複数の帯状パターンを有する被加工領域FR10を形成する。被加工領域FR10内では耐エッチング膜13に微小開口14が複数個所形成されるよう、ブラスト加工条件を設定する。
Next (blasting step), blasting is performed in which the
図6(c)では、耐エッチング膜13のみにブラスト加工が施されている表記となっているのに対し、実際に直下の不純物拡散領域21にまでブラスト加工が及ぶことがあるが、後述のようにブラスト加工の後にエッチング処理を施すので問題とならない。
In FIG. 6C, the blasting process is performed only on the etching
図6(d)に示す工程(第2のエッチング工程)では、被加工領域FR10内に複数の微小開口14が形成された耐エッチング膜13をマスクとして基板11の被加工面11aにエッチング処理を施す。これにより、例えば、被加工面11aに、平坦部11a1が残るように複数のテクスチャ窪み(複数の凹部)11cを形成する。この際、平坦部11a1の不純物拡散領域21が残るように被加工領域FR10内の不純物拡散領域21が部分的に除去される。エッチングは、例えば、80℃に加温した1%水酸化ナトリウム水溶液を用い10分間実施する。アルカリによるエッチングを実施すると、例えば、逆ピラミッド状のテクスチャ窪み11cが形成される。なお、エッチング液の濃度およびエッチング温度はエッチング速度、エッチング形状を鑑み適切なものに変更可能である。
In the step shown in FIG. 6D (second etching step), the processed
図6(e)に示す工程(除去工程)では、被加工面11aから耐エッチング膜13を除去する。これにより、被加工面11aのテクスチャ窪み11cを表出させる。耐エッチング膜13の除去には、例えば、フッ酸水溶液を使用する。これにより、例えば、ピッチ2.2mm、幅0.3mmの平坦部11a1が露出される。平坦部11a1には不純物拡散領域21が残存している。
In the step (removal step) shown in FIG. 6E, the etching
図6(f)に示す工程では、被加工面11aにおける複数のテクスチャ窪み11cの形成されていない平坦部11a1に不純物拡散領域21を残すように、不純物拡散領域(第2の不純物拡散領域)17を形成する。不純物拡散領域17のリン濃度(不純物濃度)は、不純物拡散領域21のリン濃度よりも低い濃度に設定する。これにより、平坦部11a1のリン濃度が不純物拡散領域21による高い濃度に維持されながら、テクスチャ窪み11cのリン濃度は不純物拡散領域17による低い濃度になる。このように、受光部となるべきテクスチャ窪み11cのリン濃度が低いので、光生成された電子正孔対の寿命を延ばすことができ、発電特性を向上させることができる。その後、図示しないが受光面(テクスチャ窪み11cの表面)全面に反射防止膜としてプラズマCVD法によりSiN膜を形成する。
In the step shown in FIG. 6F, an impurity diffusion region (second impurity diffusion region) 17 is left so as to leave the
図6(g)に示す工程では、平坦部11a1に、銀含有ペーストをスクリーン印刷して集電電極18を形成する。平坦部11a1には高濃度の不純物拡散領域21が配されているため、集電電極18との接触抵抗を容易に低減できる。また、基板11の裏面11b側に、アルミニウム含有ペーストをスクリーン印刷して裏面電極19を形成する。その後、基板11を大気中で760℃に加熱して、集電電極18(銀含有ペースト)と裏面電極19(アルミニウム含有ペースト)とを焼成する。これにより、光起電力装置が作製される。
In the step shown in FIG. 6G, the
上記工程を経て作製した光起電力装置の性能評価した結果に関して述べる。粗面化を実施した時点での反射特性を分光光度計で評価した。そのうち波長628nmにおける反射率を図7の表3に示す。単結晶シリコンの基板をアルカリ水溶液でテクスチャ(微細凹凸)を形成した場合の比較例では反射率が30%であるのに対して、実施の形態2にかかる基板の粗面化方法を施した基板11では反射率が11%にまで抑制できており、良好な反射率抑制効果を発揮していることがわかった。 The results of performance evaluation of the photovoltaic device manufactured through the above steps will be described. The reflection characteristics at the time of roughening were evaluated with a spectrophotometer. Of these, the reflectance at a wavelength of 628 nm is shown in Table 3 of FIG. In the comparative example in which the texture (fine irregularities) is formed on the single crystal silicon substrate with an alkaline aqueous solution, the reflectance is 30%, whereas the substrate is subjected to the substrate roughening method according to the second embodiment. 11, it was found that the reflectivity was suppressed to 11%, and a good reflectivity suppressing effect was exhibited.
次に、作製した156mm□の光起電力装置の発電特性を評価した結果を図8の表4に示す。実施の形態2にかかる基板の粗面化方法を施した基板11を適用した光起電力装置では、比較例に比べて、表面反射損失の抑制と、集電電極の接触良化が奏功して、短絡電流密度、曲線因子が大幅に増大し、変換効率の向上に寄与することがわかった。さらに受光面の不純物拡散濃度が低いため、開放電圧の向上が確認された。
Next, Table 4 in FIG. 8 shows the results of evaluating the power generation characteristics of the produced 156 mm square photovoltaic device. In the photovoltaic device to which the
実施の形態2では、被加工面11aを覆う耐エッチング膜13iへ向けて、砥粒16を耐ブラストマスク12越しに噴射して、耐エッチング膜13に複数の微小開口14を形成する。すなわち、主として耐エッチング膜13にブラスト加工を施し、基板11はほとんどブラスト加工が施されないので、基板11の被加工面11aの受けるダメージが抑制されている。
In the second embodiment,
そして、複数の微小開口14が形成された耐エッチング膜13をエッチングマスクとして被加工面11aにエッチング処理を施すことにより、微小開口(ブラスト開口)14を起点とした逆ピラミッド状のテクスチャ窪み11cを複数形成する。これにより、ブラスト加工により基板11の被加工面11aに生じた微小クラック等のダメージ(損傷)を除去することができ、良好な光起電力装置の特性(例えば発電特性)を得ることができる。
Then, the processed
さらに、被加工面11aにおける複数のテクスチャ窪み11cの形成されていない平坦部11a1に不純物拡散領域21を残すように、不純物拡散領域21より不純物濃度の低い不純物拡散領域17を各テクスチャ窪み11cに形成する。これにより、受光部となるべきテクスチャ窪み11cの不純物濃度が低いので、光生成された電子正孔対の寿命を延ばすことができる。また、平坦部11a1には高濃度の不純物拡散領域21が配されているため、平坦部11a1と集電電極18との接触抵抗を容易に低減できる。したがって、実施の形態2にかかる基板の粗面化方法を施した基板11を用いて光起電力装置を製造することにより、光起電力装置の発電特性を向上させることができる。
Further, an
実施の形態3.
実施の形態3にかかる基板の粗面化方法について説明する。以下では、実施の形態1又は実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
A method for roughening a substrate according to the third embodiment will be described. Below, it demonstrates centering on a different part from
まず、実施の形態3にかかる基板の粗面化方法を用いて製造される光起電力装置200の上視図を図9に示す。光起電力装置200は、その一主面201上に、複数の集電電極18及び複数のバス電極202を有する。複数の集電電極18は、互いに(例えば、平行に)並んでいるとともに、それぞれ各バス電極202に(例えば、直角に)交差している。複数のバス電極202は、互いに(例えば、平行に)並んでいるとともに、それぞれ各集電電極18に(例えば、直角に)交差している。
First, FIG. 9 shows a top view of the
各バス電極202は、集電電極18により集電された電流をさらに集電して取り出す役割を果たす。集電電極18は、例えば、幅100μm、電極間ピッチ2mm、本数76本である。バス電極202は、例えば、電極幅2mm、電極間ピッチ76mm、本数2本である。
Each
バス電極202は、集電電極18により集電された電流をさらに集電する役割を果たすが、それ自身も基板1(又は11)上に配されるため、バス電極202直下には平坦部11a1に高濃度の不純物拡散領域21が配置された方がバス電極202と不純物拡散領域21との接触抵抗が低減できる。
The
次に、実施の形態3にかかる基板の粗面化方法に使用するマスクに関して、図10を用いて説明する。図10は、バス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)が基板1(又は11)の被加工面1a(又は11a)側に配置された状態で基板1(又は11)を被加工面1a(又は11a)側から見た場合の図である。
Next, a mask used in the substrate roughening method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the substrate 1 (or 11) in a state where the blast
図1(b)に示す工程(又は図6(c)に示す工程)では、ブラスト加工前に、バス電極用耐ブラストマスク(マスク部材)203(図10参照)と基板1(又は11i)との間に耐ブラストマスク2(又は12)が位置するように、バス電極用耐ブラストマスク(マスク部材)203が配置される。図10に示すバス電極用耐ブラストマスク(マスク部材)203は、被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工を抑制するように開口5の一部を遮蔽するためのマスクであり、光起電力装置200における形成されるべき複数のバス電極202に対応した位置に配される。例えば、バス電極用耐ブラストマスク203は、開口5の長手方向と直交する位置関係に2本配置し、その間隔が76mmである。
In the step shown in FIG. 1B (or the step shown in FIG. 6C), before blasting, the bus electrode anti-blast mask (mask member) 203 (see FIG. 10), the substrate 1 (or 11i), and The bus electrode blast-resistant mask (mask member) 203 is arranged so that the blast-resistant mask 2 (or 12) is positioned between them. A bus electrode blast-resistant mask (mask member) 203 shown in FIG. 10 is provided in the
そして、ブラスト工程では、砥粒6(又は16)をバス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)を介して被加工面1aへ(又は被加工面11ia上の耐エッチング膜13へ)噴射する。このとき、耐ブラストマスク2(又は12)に対して基板1(又は11)を相対的に移動させながらブラスト加工する際に、バス電極用耐ブラストマスク203は基板1(又は11)に対して静止した状態でブラスト加工する。すなわち、ブラスト工程では、矩形状の開口5の長手方向に沿うように基板1(又は11)を耐ブラストマスク2(又は12)に対して相対的に移動させるとともに、基板1(又は11)をバス電極用耐ブラストマスク203に対して相対的に静止させながら、砥粒6(又は16)をバス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)を介して被加工面1aへ(又は被加工面11ia上の耐エッチング膜13へ)噴射する。
In the blasting step, the abrasive grains 6 (or 16) are transferred to the
これにより、基板11の被加工面1a上(又は被加工面11ia上の耐エッチング膜13)には、図11に示すように、長手方向の一端から他端まで延長された被加工領域FR204と、それと例えば直交する未加工領域205とが76mm間隔で2本形成される。
As a result, on the
図12にバス電極用耐ブラストマスク203の形状を示す。バス電極用耐ブラストマスク203は、例えば、砥粒噴射ノズル108(図3参照)側に稜線が配置された三角柱形状をなしており、その表面に樹脂がコーティングされている。三角柱形状とすることで砥粒6(又は16)が噴射された際におけるバス電極用耐ブラストマスク203への直接の衝突を避けることができ、バス電極用耐ブラストマスク203への衝撃を低減できる。
FIG. 12 shows the shape of the blast
以上のように、実施の形態3では、ブラスト加工前に、バス電極用耐ブラストマスク203と基板1(又は11i)との間に耐ブラストマスク2(又は12)が位置するようにバス電極用耐ブラストマスク203が配置される。そして、ブラスト工程では、砥粒6(又は16)をバス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)を介して被加工面1aへ(又は被加工面11ia上の耐エッチング膜13へ)噴射する。これにより、被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工を抑制することができるので、その領域を平坦部11a1(図6(d)参照)とすることができ、実施の形態2と同様にして、高濃度の不純物拡散領域21(図6(d)参照)が配された平坦部11a1上に各バス電極202を形成することができる。この結果、作成される光起電力装置の開放電圧をさらに増加できるなど、光起電力装置の発電特性をさらに向上させることができる。
As described above, in the third embodiment, before blasting, the bus electrode anti-blast mask 2 (or 12) is positioned between the bus electrode
また、実施の形態3では、ブラスト工程において、矩形状の開口5の長手方向に沿うように基板1(又は11)を耐ブラストマスク2(又は12)に対して相対的に移動させるとともに、基板1(又は11)をバス電極用耐ブラストマスク203に対して相対的に静止させながら、砥粒6(又は16)をバス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)を介して被加工面1aへ(又は被加工面11ia上の耐エッチング膜13へ)噴射する。これにより、被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工を抑制しながら、複数の被加工領域FR204に対するブラスト加工(例えば、図1(b)に示す溝3の形成、又は図6(c)に示す微小開口14の形成)を並行して行うことができる。
In the third embodiment, in the blasting process, the substrate 1 (or 11) is moved relative to the anti-blast mask 2 (or 12) along the longitudinal direction of the
なお、バス電極用耐ブラストマスク203の形状は、図12に示されたものに限定されない。例えば被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工が遮蔽されれば良いため、バス電極用耐ブラストマスク203の形状は、例えば、板状、もしくは円柱状でもかまわない。
The shape of the bus electrode blast
また、図10では、バス電極用耐ブラストマスク203が、耐ブラストマスク2(又は12)に対して砥粒噴射ノズル108(図3参照)側に配置された場合が例示されているが、配置の仕方はこの場合に限定されない。例えば被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工が遮蔽されれば良いため、バス電極用耐ブラストマスク203は、基板1(又は11)と耐ブラストマスク2(又は12)との間に配置しても良い。この場合でも、被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工を抑制することができるので、その領域を平坦部11a1(図6(d)参照)とすることができ、第2の実施形態と同様にして、高濃度の不純物拡散領域21(図6(d)参照)が配された平坦部11a1上に各バス電極202を形成することができる。
FIG. 10 illustrates the case where the bus electrode blast
また、ブラスト工程において、矩形状の開口5の長手方向に沿うように基板1(又は11)を耐ブラストマスク2(又は12)に対して相対的に移動させるとともに、基板1(又は11)をバス電極用耐ブラストマスク203に対して相対的に静止させながら、砥粒6(又は16)をバス電極用耐ブラストマスク203及び耐ブラストマスク2(又は12)を介して被加工面1aへ(又は被加工面11a上の耐エッチング膜13へ)噴射することで、被加工面1a(又は11a)上における複数のバス電極202が配されるべき領域のブラスト加工を抑制しながら、複数の被加工領域FR204に対するブラスト加工(例えば、図1(b)に示す溝3の形成、又は図6(c)に示す微小開口14の形成)を並行して行うことができる。
In the blasting process, the substrate 1 (or 11) is moved relative to the blast-resistant mask 2 (or 12) along the longitudinal direction of the
以上のように、本発明にかかる基板の粗面化方法は、基板のテクスチャ加工に有用である。 As described above, the method for roughening a substrate according to the present invention is useful for texture processing of a substrate.
1、11i、11 基板
2、12 耐ブラストマスク
3 溝
4 溝
5a 短手方向の開口ピッチ
5b 短手方向の開口幅
5c 長手方向の開口ピッチ
5d 長手方向の開口幅
6、16、111 砥粒
7 基板の進行方向
8 溝
11a1 平坦部
11c テクスチャ窪み
13i、13 耐エッチング膜
14 微小開口
17、21i、21、22 不純物拡散領域
18 集電電極
19 裏面電極
108 砥粒噴射ノズル
109 圧縮空気ボンベ
110 砥粒タンク
FR、FR10、FR204 被加工領域
200 光起電力装置
201 一主面
202 バス電極
203 バス電極用耐ブラストマスク
205 未加工領域1, 11i, 11
Claims (4)
砥粒を前記マスク板越しに前記被加工面へ噴射するブラスト工程と、
を含み、
前記配置工程では、前記矩形開口の一部を遮蔽するマスク部材と、前記基板との間に前記マスク板が位置するように、前記マスク部材をさらに配置し、
前記ブラスト工程では、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面へ噴射し、
前記ブラスト工程では、前記矩形開口の長手方向に沿うように前記基板を前記マスク板に対して相対的に移動させるとともに、前記基板を前記マスク部材に対して相対的に静止させながら、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面へ噴射する
ことを特徴とする基板の粗面化方法。 An arrangement step of arranging a mask plate in which a plurality of rectangular openings are formed in advance on the processing surface side of the substrate;
A blasting step of injecting abrasive grains onto the work surface through the mask plate;
Including
In the arranging step, the mask member is further arranged such that the mask plate is positioned between the mask member that shields a part of the rectangular opening and the substrate,
In the blasting step, the abrasive grains are sprayed onto the processing surface via the mask member and the mask plate,
In the blasting step, the abrasive is moved while moving the substrate relative to the mask plate along the longitudinal direction of the rectangular opening, and while making the substrate stationary relative to the mask member. said mask member and roughening methods board, which comprises injecting through the mask plate to the workpiece surface.
砥粒を前記マスク板越しに前記被加工面へ噴射するブラスト工程と、
を含み、
前記配置工程では、前記マスク板と前記基板との間に、前記矩形開口の一部を遮蔽するマスク部材をさらに配置し、
前記ブラスト工程では、前記砥粒を前記マスク板及び前記マスク部材を介して前記被加工面へ噴射し、
前記ブラスト工程では、前記矩形開口の長手方向に沿うように前記基板を前記マスク板に対して相対的に移動させるとともに、前記基板を前記マスク部材に対して相対的に静止させながら、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面へ噴射する
ことを特徴とする基板の粗面化方法。 An arrangement step of arranging a mask plate in which a plurality of rectangular openings are formed in advance on the processing surface side of the substrate;
A blasting step of injecting abrasive grains onto the work surface through the mask plate;
Including
In the arranging step, a mask member for shielding a part of the rectangular opening is further arranged between the mask plate and the substrate,
In the blasting step, the abrasive grains are sprayed onto the processing surface via the mask plate and the mask member,
In the blasting step, the abrasive is moved while moving the substrate relative to the mask plate along the longitudinal direction of the rectangular opening, and while making the substrate stationary relative to the mask member. said mask member and roughening methods board, which comprises injecting through the mask plate to the workpiece surface.
砥粒を前記マスク板越しに前記被加工面へ噴射するブラスト工程と、
を含み、
少なくとも前記ブラスト工程の前に、前記被加工面に耐エッチング膜を形成する形成工程をさらに含み、
前記ブラスト工程では、前記複数の矩形開口に対応した複数の開口を前記耐エッチング膜に形成し、
前記マスク板では、前記複数の矩形開口が、少なくとも前記矩形開口の長手方向と交差する方向に配列されており、
前記ブラスト工程では、前記耐エッチング膜における、前記矩形開口の長手方向に対応する方向へストライプ状にそれぞれ延びているとともに互いに並んだ複数の被加工領域のそれぞれに、前記複数の開口を形成し、
前記配置工程では、前記矩形開口の一部を遮蔽するマスク部材と、前記基板との間に前記マスク板が位置するように、前記マスク部材をさらに配置し、
前記ブラスト工程では、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面上の前記耐エッチング膜へ噴射し、
前記ブラスト工程では、前記矩形開口の長手方向に沿うように前記基板を前記マスク板に対して相対的に移動させるとともに、前記基板を前記マスク部材に対して相対的に静止させながら、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面上の前記耐エッチング膜へ噴射する
ことを特徴とする基板の粗面化方法。 An arrangement step of arranging a mask plate in which a plurality of rectangular openings are formed in advance on the processing surface side of the substrate;
A blasting step of injecting abrasive grains onto the work surface through the mask plate;
Including
At least before the blasting step, further comprising a forming step of forming an etching resistant film on the work surface;
In the blasting step, a plurality of openings corresponding to the plurality of rectangular openings are formed in the etching resistant film,
In the mask plate, the plurality of rectangular openings are arranged in a direction intersecting at least the longitudinal direction of the rectangular openings,
In the blasting step, in the etching resistant film, the plurality of openings are formed in each of a plurality of regions to be processed that extend in a stripe shape in a direction corresponding to the longitudinal direction of the rectangular opening and are aligned with each other,
In the arranging step, the mask member is further arranged such that the mask plate is positioned between the mask member that shields a part of the rectangular opening and the substrate,
In the blasting step, the abrasive grains are sprayed to the etching resistant film on the processing surface through the mask member and the mask plate,
In the blasting step, the abrasive is moved while moving the substrate relative to the mask plate along the longitudinal direction of the rectangular opening, and while making the substrate stationary relative to the mask member. said mask member and roughening methods board, characterized in that through the mask plate for injecting into the anti-etching film on the processed surface.
砥粒を前記マスク板越しに前記被加工面へ噴射するブラスト工程と、
を含み、
少なくとも前記ブラスト工程の前に、前記被加工面に耐エッチング膜を形成する形成工程をさらに含み、
前記ブラスト工程では、前記複数の矩形開口に対応した複数の開口を前記耐エッチング膜に形成し、
前記マスク板では、前記複数の矩形開口が、少なくとも前記矩形開口の長手方向と交差する方向に配列されており、
前記ブラスト工程では、前記耐エッチング膜における、前記矩形開口の長手方向に対応する方向へストライプ状にそれぞれ延びているとともに互いに並んだ複数の被加工領域のそれぞれに、前記複数の開口を形成し、
前記配置工程では、前記マスク板と前記基板との間に、前記矩形開口の一部を遮蔽するマスク部材をさらに配置し、
前記ブラスト工程では、前記砥粒を前記マスク板及び前記マスク部材を介して前記被加工面上の前記耐エッチング膜へ噴射し、
前記ブラスト工程では、前記矩形開口の長手方向に沿うように前記基板を前記マスク板に対して相対的に移動させるとともに、前記基板を前記マスク部材に対して相対的に静止させながら、前記砥粒を前記マスク部材及び前記マスク板を介して前記被加工面上の前記耐エッチング膜へ噴射する
ことを特徴とする基板の粗面化方法。 An arrangement step of arranging a mask plate in which a plurality of rectangular openings are formed in advance on the processing surface side of the substrate;
A blasting step of injecting abrasive grains onto the work surface through the mask plate;
Including
At least before the blasting step, further comprising a forming step of forming an etching resistant film on the work surface;
In the blasting step, a plurality of openings corresponding to the plurality of rectangular openings are formed in the etching resistant film,
In the mask plate, the plurality of rectangular openings are arranged in a direction intersecting at least the longitudinal direction of the rectangular openings,
In the blasting step, in the etching resistant film, the plurality of openings are formed in each of a plurality of regions to be processed that extend in a stripe shape in a direction corresponding to the longitudinal direction of the rectangular opening and are aligned with each other,
In the arranging step, a mask member for shielding a part of the rectangular opening is further arranged between the mask plate and the substrate,
In the blasting step, the abrasive grains are sprayed onto the etching resistant film on the processing surface through the mask plate and the mask member,
In the blasting step, the abrasive is moved while moving the substrate relative to the mask plate along the longitudinal direction of the rectangular opening, and while making the substrate stationary relative to the mask member. said mask member and roughening methods board, characterized in that through the mask plate for injecting into the anti-etching film on the processed surface.
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