JP5393929B2 - 単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法に関するものである。
単結晶シリコン太陽電池の表面には、光−電気変換効率を向上させるために太陽光の反射を防止する微細な凹凸構造（テクスチャー構造）を形成することが一般的である。このテクスチャー構造としては様々な形状が提唱されている。その一つとして、例えば逆ピラミッド型のテクスチャー（凹凸）が、その底面が互い違いに整列したテクスチャー構造が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。このテクスチャー構造は、光閉じ込め効率が高く、表面積が比較的小さい、というメリットがある。
Martin A. Green "Very High Efficiency Silicon Solar Cells-Science and Technology" IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICE, VOL.46, NO.1, pp.1940-1947
しかしながら、上記従来の技術によれば、複雑なパターンのテクスチャー構造を形成するために、エッチングマスク形成工程においてフォトリソグラフィ技術を使用している。しかし、フォトリソグラフィ技術は高価なプロセスであるため、太陽電池の製造コストが高くなる、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド形状の凹凸構造を安価に作製可能な単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法は、単結晶シリコン基板の面内における第１方向と前記面内において前記第１方向に直交する第２方向とにそれぞれ一対の辺が延在する底面を有する逆ピラミッド状の複数の凹部が、隣接する前記凹部の底面の頂点がずれて配列されたテクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板の粗面化方法であって、前記単結晶シリコン基板の一面上に、異方性エッチングに対して耐性を有する耐エッチングマスク膜を形成する第１工程と、パルスレーザビームを用いたレーザ加工により前記耐エッチングマスク膜に複数の開口部を形成する第２工程と、前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をエッチングして、前記複数の前記開口部のそれぞれに対応する複数の逆ピラミッド状の第１凹部を前記単結晶シリコン基板の一面側に形成する第３工程と、前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をさらにエッチングして、近接する複数の前記第１凹部を含む領域がさらに凹加工された逆ピラミッド状の第２凹部を形成して単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状を形成する第４工程と、前記耐エッチングマスク膜を除去する第５工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、フォトリソグラフィと比較してプロセスコストが低いレーザプロセスを用いて、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型の凹凸構造を形成できる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法により単結晶シリコン基板の表面に形成された逆ピラミッド型テクスチャー構造を示す要部平面図である。図１に示すように、このテクスチャー構造では、各逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）の底面の四角形状が単結晶シリコン基板の面内において互い違いになるように、複数の逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）が配置されている。ここで、テクスチャー構造とは単結晶シリコン基板の表面に設けた凹凸構造である。このようなテクスチャー構造を単結晶シリコン基板の表面に設けることにより、光起電力装置に入射した太陽光が単結晶シリコン基板の表面の凹凸構造に多重反射しながら吸収されるため、太陽光を単結晶シリコン基板内部に閉じ込めることができ、厚みの限られた単結晶シリコン基板における効率的な光―電気変換に効果的である。
図１は、実施の形態１にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法により単結晶シリコン基板の表面に形成された逆ピラミッド型テクスチャー構造を示す要部平面図である。図１に示すように、このテクスチャー構造では、各逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）の底面の四角形状が単結晶シリコン基板の面内において互い違いになるように、複数の逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）が配置されている。ここで、テクスチャー構造とは単結晶シリコン基板の表面に設けた凹凸構造である。このようなテクスチャー構造を単結晶シリコン基板の表面に設けることにより、光起電力装置に入射した太陽光が単結晶シリコン基板の表面の凹凸構造に多重反射しながら吸収されるため、太陽光を単結晶シリコン基板内部に閉じ込めることができ、厚みの限られた単結晶シリコン基板における効率的な光―電気変換に効果的である。
テクスチャー構造には様々な形状が提唱されており、その形状により効果が異なる。テクスチャー構造の形状としては、光閉じ込め効率が高く、かつ、表面積が大きくならない形状が好ましい。光閉じ込め効率が高いことで、シリコン基板で吸収されにくい光でも光−電気変換が可能になる。その一方で、表面積が大きいテクスチャー構造になると、光励起キャリアの再結合速度が向上するため、光―電気変換効率は低下する。
光閉じ込め効率と表面積との兼ね合いで、良いテクスチャー形状の一つとされるのが、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャーである。通常の逆ピラミッド型テクスチャーにおいても、上記二つの条件をある程度満たすことができるが、底面を互い違いに形成することで、更に光閉じ込め効率を向上させることが可能である。
このテクスチャー構造では、複数の逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）の底面の四角形状が、それぞれ図１に示す逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する一対の辺と平行な第１方向（Ｘ方向）においてずらし角度θだけずれて、かつ該逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する他の一対の辺と平行な第２方向（Ｙ方向）においてずらし角度θだけずれて配置されている。したがって、このテクスチャー構造では、隣接する逆ピラミッド型テクスチャーの底面の頂点がずれて配列されている。このようなテクスチャー構造を形成することで、単結晶シリコン基板内への光閉じ込め効率を向上させることが可能である。
図２は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、光線追跡法による反射率の計算結果を示す特性図である。図２では、Ｌ＝２０μｍでありθ＝０°（ずらしなし）の場合と、Ｌ＝２０μｍでありθ＝１．０°の場合とについて示している。ここで、Ｌは、逆ピラミッド型テクスチャー（凹部）のピッチである。図２からわかるように、特に８５０ｎｍ以上の長波長領域において反射率が低減し、閉じ込め効果が高くなっている。図３は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、波長９５０ｎｍの光の反射率のθ依存性を示す特性図である。図３より、θ＝１．０°で最も反射率が低く、高い閉じ込め効率が得られることがわかる。
以下では、単結晶シリコン太陽電池の製造工程のうち、本発明が関連する工程である、単結晶シリコン太陽電池の表面に底面の互い違いになった逆ピラミッド型テクスチャー構造を形成する工程について図４−１〜図８−２を参照して詳細に説明する。例としてＬ＝２０μｍ、θ＝５°とした時の工程を示す。図４−１〜図８−２は、実施の形態１にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す図である。図４−１〜図８−２の各図においては、枝番１（−１）の図は単結晶シリコン基板をテクスチャー構造の形成面側から見た要部平面図、枝番２（−２）の図はテクスチャー構造の形成面側を上にした場合の単結晶シリコン基板の要部断面図である。
まず、テクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板を用意する。本実施の形態では、テクスチャー構造を形成する基板として、（１００）面に沿ってスライスした比抵抗が０．１〜１０Ωｃｍであり、厚さが２００〜４００μｍのｐ型またはｎ型の単結晶シリコン基板１を用いる。
つぎに、単結晶シリコン基板１の一面（受光面側の面）または両面の全面に耐エッチング膜２を形成する（図４−１、図４−２）。ここでは、単結晶シリコン基板１の一面の全面に耐エッチング膜２を形成する場合について説明する。耐エッチング膜２は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などを用いたアルカリエッチングに対して耐性のある膜である。このような耐エッチング膜２としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などを使用することができる。
つぎに、レーザ加工により耐エッチング膜２にレーザ開口部３を形成する。図９は、本実施の形態においてレーザ開口部３の形成に用いるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。このレーザ加工装置は、シリコン基板搬送手段４と、レーザ発振器５と、レーザビーム強度調整手段６と、レーザビーム形状調整手段７と、一枚若しくは複数枚の導光ミラー８と、レーザビーム分割手段９と、レーザビーム集光手段１０とを備える。
シリコン基板搬送手段４は、被加工面を上にした状態で、表面に耐エッチング膜２(図示せず)を形成した単結晶シリコン基板１を保持するとともに、単結晶シリコン基板１をレーザビームの集光面上に沿って移動させる。
レーザ発振器５は、パルスレーザビームを出射する。レーザ発振器５は、例えばその代表的な繰り返し周波数として４０ｋＨｚのＱスイッチＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの２倍波（波長５３２ｎｍ）を使用することができる。３倍波や４倍波などの紫外レーザを使用すると、耐エッチング膜２およびシリコンでの吸収係数が高いため、より小径で高品位な加工が可能であるが、レーザ強度が低下する上、大気中の不純物の影響により光学素子の劣化の問題が生じる。したがって、パルスレーザの周波数は、メリット・デメリットを鑑みて適切な波長を選択すればよい。
レーザビーム強度調整手段６は、レーザ発振器５の後段に配置され、レーザ発振器５から出射されたパルスレーザビームのレーザ強度を自動または手動で減衰させて、加工に適したレーザ強度とするための手段である。加工に用いるレーザビームのレーザ強度が高すぎるとシリコンに熱ダメージが生じ、低すぎると耐エッチング膜２に開口できない。
レーザビーム形状調整手段７は、レーザビーム強度調整手段６の後段に配置され、レーザビーム強度調整手段６で加工に適したレーザ強度に調整されたパルスレーザビームの形状を真円とするための複数の円筒レンズの組み合わせと、該パルスレーザビームを所望のビーム径およびビーム発散角度とするための複数の球面レンズの組み合わせとで構成される。
導光ミラー８は、レーザビーム形状調整手段７の後段に配置され、レーザビーム形状調整手段７を通過したパルスレーザビームの進行方向を所定の方向に導光する。図９中では、レーザビーム形状調整手段７とレーザビーム分割手段９との間に導光ミラー８が１枚配置されているが、導光ミラー８はレーザ加工装置の構造およびスペースに合わせてパルスレーザビームを導光するために一枚または複数枚が適宜配置される。
レーザビーム分割手段９は、導光ミラー８の後段に配置され、パルスレーザビームを例えば図１０に示すような略円形状のスポットパターンが複数配列された既定の幾何学的なピッチを有するレーザビーム分岐パターンへ分岐する。図１０は、レーザビーム分割手段９で分岐されたレーザビーム分岐パターンの一例を示す図である。このレーザビーム分岐パターンでは、Ｘ方向から所定の角度ずれたライン状にスポットパターンが所定の間隔で配置されたラインパターンが、Ｙ方向において所定の間隔で平行に且つＹ方向において隣接するラインパターン間でＸ方向における位置をずらして配置されたピッチのパターンとされている。
図１０に示す既定の幾何学的なピッチを有するレーザビーム分岐パターンにおいて、同じ行に属する２つのレーザ開口部３であってＸ方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式（１）で、隣接する２行に属する２つのスポットパターンであってＸ方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式（２）で、同じ行に属する２つのスポットパターンであってＹ方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式（３）で、隣接する２行に属する２つのスポットパターンであってＹ方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式（４）で表される。ここで、Ｘ方向は、図１に示す逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する一対の辺と平行な第１方向であり、Ｙ方向は該逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する他の一対の辺と平行な第２方向である。
また、ｄは後述するレーザ開口部３のパターンにおいて隣接するレーザ開口部３間の距離（開口ピッチ）であり、テクスチャーピッチの数分の１以下に設定される。本実施の形態においては、ｄを５μｍと設定する。行の数は、後述するように逆ピラミッド形状（大きな逆ピラミッド状凹部１２）１つを形成するための耐エッチング膜２上のレーザ開口部３の数であり、この場合は４である。
レーザビーム分割手段９としては、例えば回折光学素子を使用することができる。またレーザビーム分割手段９として、回折光学素子以外にも例えば複数の開口を有するマスクも使用できるが、パルスレーザビームの均一性および効率の点からは、回折光学素子を使用することが好ましい。
レーザビーム集光手段１０は、レーザビーム分割手段９の後段に配置される。レーザビーム集光手段１０は、レーザビーム分割手段９で分割したパルスレーザビームを単結晶シリコン基板１上に集光する。
以上のように構成されたレーザ加工装置を用いて、図１０に示すようなレーザビーム分岐パターンのパルスレーザビームを耐エッチング膜２の表面に照射しつつ単結晶シリコン基板１をシリコン基板搬送手段４によって走査することで、単結晶シリコン基板１に形成した耐エッチング膜２に図５−１および図５−２に示すようなレーザ開口部３のパターンを得ることができる。図５−２は、図５−１の線分α−αにおける要部断面図である。ここでのレーザ開口部３の開口径は、例えばφ４μｍとされる。図５−１中における（０１０）、（００１）は単結晶シリコンの結晶方位である。
図１１は、レーザ開口部３の形成時における単結晶シリコン基板１の走査方法を説明する図である。例えば図１１において、ある時刻での単結晶シリコン基板１上のレーザビームパターンをパターンＡとして、次のレーザパルスによる単結晶シリコン基板１上のレーザビームパターンがパターンＡ’となるように単結晶シリコン基板１を走査する。図１１においては、パターンＡを破線の丸印で、パターンＡ’を実線の丸印で示している。ここで、パターンＡとパターンＡ’とのＸ方向の距離は下記の数式（５）で、Ｙ方向の距離は下記の数式（６）で表される。
パルスレーザビームの繰り返し周波数は、本実施の形態ではＦ＝４０ｋＨｚであるから、単結晶シリコン基板１のＸ方向の走査速度は下記の数式（７）で、Ｙ方向の走査速度は下記の数式（８）で計算できる。
単結晶シリコン基板１の走査方向は、図１１において太線の矢印Ｓで示している。図１０に示すようなレーザビーム分岐パターンのパルスレーザビームを繰り返し周波数４０ｋＨｚで照射しつつ、上記速度で単結晶シリコン基板１を走査してレーザ加工動作を繰り返すことで、単結晶シリコン基板１上の耐エッチング膜２の全面に図５−１に示すようなレーザ開口部３のパターンを得ることができる。
次に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液等のアルカリ性のエッチング液により、レーザ開口部３を通じて単結晶シリコン基板１に対して異方性ウェットエッチングを行う。通常、異方性エッチングでは（１１１）面のエッチング速度が他の結晶方位のエッチング速度に比べて極めて遅い。このため、（１００）面にスライスされた単結晶シリコン基板に対してアルカリ水溶液により異方性エッチングを行うと、基板は（１１１）面に沿って異方性エッチングされ、（１１１）面に配向した４個の壁により形成された断面がＶ字型をしたピラミッド状凹部１１が得られる。耐エッチング膜２に形成したレーザ開口部３を通じて異方性エッチングを実施した場合、レーザ開口部３で露出したシリコンに対して、異方性エッチングが進むため、比較的短時間のエッチングで、レーザ開口部３の外接正方形を底面とし、（１１１）面に配向した４面の壁で形成されたピラミッド状凹部（第１凹部）１１が形成される（図６−１、図６−２）。図６−２は、図６−１の線分α−αにおける要部断面図である。
そして、隣接するピラミッド状凹部１１が接すると（１１１）面以外の面が露出するため、本連結部分のエッチングが促進される（図７−１、図７−２）。図７−２は、図７−１の線分α−αにおける要部断面図である。その後もエッチングを継続すると、レーザ開口部３のパターンにおいて最も近接する４つのレーザ開口部３から、大きな逆ピラミッド状凹部（第２凹部）１２が形成される（図８−１、図８−２）。図８−２は、図８−１の線分α−αにおける要部断面図である。
そして、４つのレーザ開口部３から形成された一つの大きな逆ピラミッド状凹部１２が、隣接するほぼ同じ大きさの逆ピラミッド状凹部１２と接する直前または接した直後にエッチングを停止すると、図１に示したような底面が互い違いに形成された逆ピラミッド型テクスチャーが得られる。その後、耐エッチング膜２を除去することによりテクスチャー形成工程が終了する。
上述したように、本実施の形態では、単結晶シリコン基板１の面方向における２次元のレーザビーム分岐パターンと、パルスレーザビームの繰り返し周波数、単結晶シリコン基板１の面方向における１次元の加工対象の走査を組み合わせてレーザ加工を行う。これにより、従来のフォトリソグラフィと比較して安価でかつ使用しやすいプロセスによりレーザ開口部３のパターンを形成することができ、該レーザ開口部３のパターンを基に、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、単結晶シリコン基板１の表面に、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造を安価に形成することができる。なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもない。
また、上記においては、単結晶シリコン基板１上でレーザビームを走査する際に、単結晶シリコン基板１をシリコン基板搬送手段４によって移動させたが、例えばガルバノミラーのようなレーザビーム偏向手段とＦθレンズのような集光手段とを使用して、レーザビーム分割手段９によって分割されたパルスレーザビームを単結晶シリコン基板１に対して走査してもよい。この場合でも、上記と同様なレーザ開口部３を形成することができ、上記と同様の効果を得ることができる。一般的に、レーザビーム走査による方法は、加工対象を搬送手段によって移動するよりも高速な走査が可能であり、レーザ強度と繰り返し周波数を適宜選択すれば、レーザ加工の生産性を向上させることができる。
実施の形態２．
図１２−１および図１２−２は、上述した実施の形態１に示した方法により表面の粗面化が施された単結晶シリコン基板１を用いて作製した単結晶シリコン太陽電池を示す図であり、図１２−１は断面図であり、図１２−２は上面図である。図１２−１は、図１２−２のＢ−Ｂ断面である。図１２−１および図１２−２に示す単結晶シリコン太陽電池は、基板表層に第２導電型の不純物が拡散された不純物拡散層であるＮ型不純物層１１５を有する第１導電型の単結晶シリコン基板１１３と、単結晶シリコン基板１１３の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜１１７と、単結晶シリコン基板１１３の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極１１９と、単結晶シリコン基板１１３の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面側電極１２１と、を備える。
図１２−１および図１２−２は、上述した実施の形態１に示した方法により表面の粗面化が施された単結晶シリコン基板１を用いて作製した単結晶シリコン太陽電池を示す図であり、図１２−１は断面図であり、図１２−２は上面図である。図１２−１は、図１２−２のＢ−Ｂ断面である。図１２−１および図１２−２に示す単結晶シリコン太陽電池は、基板表層に第２導電型の不純物が拡散された不純物拡散層であるＮ型不純物層１１５を有する第１導電型の単結晶シリコン基板１１３と、単結晶シリコン基板１１３の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜１１７と、単結晶シリコン基板１１３の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極１１９と、単結晶シリコン基板１１３の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面側電極１２１と、を備える。
また、受光面側電極１１９としては、太陽電池のグリッド電極１２３およびバス電極１２５を含む。そして、単結晶シリコン基板１１３には、実施の形態１に示した単結晶シリコン太陽電池の製造方法を用いて基板表面に底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造（図示せず）を形成した単結晶シリコン基板１を使用している。
つぎに、単結晶シリコン基板１１３を用いて図１２−１および図１２−２に示す単結晶シリコン太陽電池を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的なシリコン基板を用いた太陽電池の製造工程と同様であるため、特に図示しない。
底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造が形成されたｐ型の単結晶シリコン基板１１３を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気の存在下で加熱して単結晶シリコン基板１１３の表面にリンガラスを形成することで単結晶シリコン基板１１３中にリンを拡散させ、単結晶シリコン基板１１３の表層に第２導電型のＮ型不純物層１１５を形成する。これにより、基板表層にＮ型不純物層１１５を有する単結晶シリコン基板１１１が得られる。なお、ここではｐ型シリコン基板を使用したため、ｐｎ接合を形成するために異なる導電型のリンを拡散させたが、ｎ型シリコン基板を使用した場合はｐ型の不純物を拡散させればよい。
次に、フッ酸溶液中で単結晶シリコン基板１１１のリンガラス層を除去した後、反射防止膜１１７としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＮ型不純物層１１５上に形成する。反射防止膜１１７の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、反射防止膜１１７は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
次に、単結晶シリコン基板１１１の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、単結晶シリコン基板１１１の裏面に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印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極１１９と裏面側電極１２１とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば７６０℃で実施する。以上のようにして、図１２−１および図１２−２に示す単結晶シリコン太陽電池が作製される。
実施の形態２によれば、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド形状のテクスチャー構造が形成された単結晶シリコン基板１１３を用いるため、光−電気変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池を安価に作製することができる。
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１とパルスレーザビームの照射方法のみが異なるため、以下では、パルスレーザビームの照射方法のみについて述べる。実施の形態１では単結晶シリコン基板１の受光面側の全面にテクスチャーを形成したが、実施の形態３では、パルスレーザビームの照射を適宜停止することで、受光面側電極のパターニングも合わせて実施する。
実施の形態３は、実施の形態１とパルスレーザビームの照射方法のみが異なるため、以下では、パルスレーザビームの照射方法のみについて述べる。実施の形態１では単結晶シリコン基板１の受光面側の全面にテクスチャーを形成したが、実施の形態３では、パルスレーザビームの照射を適宜停止することで、受光面側電極のパターニングも合わせて実施する。
具体的には、テクスチャー構造の形成後に受光面側電極が形成される受光面側電極形成予定領域１３１にはレーザ照射を実施せず、耐エッチング膜２にレーザ開口部３を形成しない。単結晶シリコン基板１の受光面側において、耐エッチング膜２にレーザ開口部３を形成しない部分に覆われた領域はその後のウェットエッチング工程でエッチングされない。このため、この領域にはテクスチャー構造が形成されず、表面状態が平坦のままとなる。これにより、受光面側電極の形成を安定して行うことができ、高品質な単結晶シリコン太陽電池を安定して作製することができる、という効果がある。
図１３は、実施の形態３によるレーザ照射方法により形成したレーザ開口部のパターンの一例を示す平面図である。上述したように、パルスレーザビームの照射を適宜停止することで、受光面側電極形成予定領域１３１以外の領域がレーザ開口部形成領域１３２となり、この領域にのみパルスレーザを照射してレーザ開口部３を形成することが可能である。そして、このようにしてレーザ開口部３を形成した単結晶シリコン基板を用いて、実施の形態２で示したようにして単結晶シリコン太陽電池を作製することが可能である。この場合も、光−電気変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池を安価に作製することができる。
以上のように、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法は、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型の凹凸構造を安価に製造する場合に有用である。
１ 単結晶シリコン基板
２ 耐エッチング膜
３ レーザ開口部
４ シリコン基板搬送手段
５ レーザ発振器
６ レーザビーム強度調整手段
７ レーザビーム形状調整手段
８ 導光ミラー
９ レーザビーム分割手段
１０ レーザビーム集光手段
１１ ピラミッド状凹部
１２ 大きな逆ピラミッド状凹部
１１１ 単結晶シリコン基板
１１３ 単結晶シリコン基板
１１５ Ｎ型不純物層
１１７ 反射防止膜
１１９ 受光面側電極
１２１ 裏面側電極
１２３ グリッド電極
１２５ バス電極
１３１ 受光面側電極形成予定領域
１３２ レーザ開口部形成領域
２ 耐エッチング膜
３ レーザ開口部
４ シリコン基板搬送手段
５ レーザ発振器
６ レーザビーム強度調整手段
７ レーザビーム形状調整手段
８ 導光ミラー
９ レーザビーム分割手段
１０ レーザビーム集光手段
１１ ピラミッド状凹部
１２ 大きな逆ピラミッド状凹部
１１１ 単結晶シリコン基板
１１３ 単結晶シリコン基板
１１５ Ｎ型不純物層
１１７ 反射防止膜
１１９ 受光面側電極
１２１ 裏面側電極
１２３ グリッド電極
１２５ バス電極
１３１ 受光面側電極形成予定領域
１３２ レーザ開口部形成領域
Claims (6)
- 単結晶シリコン基板の面内における第１方向と前記面内において前記第１方向に直交する第２方向とにそれぞれ一対の辺が延在する底面を有する逆ピラミッド状の複数の凹部が、隣接する前記凹部の底面の頂点がずれて配列されたテクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板の粗面化方法であって、
前記単結晶シリコン基板の一面上に、異方性エッチングに対して耐性を有する耐エッチングマスク膜を形成する第１工程と、
パルスレーザビームを用いたレーザ加工により前記耐エッチングマスク膜に複数の開口部を形成する第２工程と、
前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をエッチングして、前記複数の前記開口部のそれぞれに対応する複数の逆ピラミッド状の第１凹部を前記単結晶シリコン基板の一面側に形成する第３工程と、
前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をさらにエッチングして、近接する複数の前記第１凹部を含む領域がさらに凹加工された逆ピラミッド状の第２凹部を形成して単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状を形成する第４工程と、
前記耐エッチングマスク膜を除去する第５工程と、
を含むことを特徴とする単結晶シリコン基板の粗面化方法。 - 前記逆ピラミッド状の第２凹部は、隣接する前記第２凹部の逆ピラミッドの底面が互い違いに配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。 - 前記第２工程では、前記耐エッチングマスク膜を上にした状態で前記単結晶シリコン基板を所定の方向に一定速度で移動させながら、所定の幾何学的なピッチを有するパターンに分岐された一定の周波数のパルスレーザビームを前記耐エッチングマスク膜上に照射し、
前記第４工程では、ラインパターン上において近接する複数の前記第１凹部を含む領域がさらに凹加工された前記第２凹部を形成し、
前記所定の幾何学的なピッチを有するパターンは、前記第１方向から所定の角度ずれたライン状に前記開口部が所定の間隔で配置されたラインパターンが前記第２方向において所定の間隔で平行に且つ前記第２方向において隣接する前記ラインパターン間で前記第１方向における位置をずらして配置されたパターンであること、
を特徴とする請求項２に記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。 - 前記異方性エッチングが、アルカリウエットエッチングであること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。 - 請求項１〜４のいずれか１つに記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法により第１導電型の単結晶シリコン基板の表面に凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、
前記単結晶シリコン基板の前記凹凸構造の形成面に第２導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を前記単結晶シリコン基板の前記凹凸構造の形成面側に形成する受光面側電極形成工程と、
前記単結晶シリコン基板の他面側に裏面側電極を形成する裏面側電極形成工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。 - 前記凹凸構造形成工程では、前記受光面側電極の形成予定領域以外の領域に前記第２凹部を形成すること、
を特徴とする請求項５に記載の光起電力装置の製造方法。
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