JP5880055B2 - Method for producing solar cell wafer, method for producing solar cell, and method for producing solar cell module - Google Patents

Method for producing solar cell wafer, method for producing solar cell, and method for producing solar cell module Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法に関する。本発明は、特に、変換効率の高い太陽電池の製造を目的とした、半導体ウェーハの表面を多孔質化する太陽電池用ウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell wafer, a method for manufacturing a solar cell, and a method for manufacturing a solar cell module. The present invention particularly relates to a method for producing a solar cell wafer for making a surface of a semiconductor wafer porous for the purpose of producing a solar cell with high conversion efficiency.

一般に、太陽電池セルは、シリコンウェーハをはじめとする半導体ウェーハを用いて形成される。太陽電池セルの変換効率を高めるためには、太陽電池セルの受光面で反射してしまう光および太陽電池セルを透過してしまう光を低減する必要がある。ここで例えば、シリコンウェーハを用いて結晶系太陽電池を作製する場合、シリコンウェーハは光電変換に寄与する可視光の透過率が低いため、変換効率を向上させるためには、受光面となるシリコンウェーハ表面における可視光の反射ロスを低く抑え、入射する光を有効に太陽電池の中に閉じ込めることを考慮すればよい。   Generally, a solar cell is formed using a semiconductor wafer including a silicon wafer. In order to increase the conversion efficiency of the solar battery cell, it is necessary to reduce the light reflected by the light receiving surface of the solar battery cell and the light transmitted through the solar battery cell. Here, for example, when producing a crystalline solar cell using a silicon wafer, the silicon wafer has a low transmittance of visible light that contributes to photoelectric conversion. The reflection loss of visible light on the surface should be kept low, and the incident light can be effectively confined in the solar cell.

シリコンウェーハ表面における入射光の反射ロスを低減する技術としては、表面に反射防止膜を形成する技術と、表面にテクスチャ構造とよばれるミクロなピラミッド型の凹凸などの凹凸構造を形成する技術とがある。後者の技術のうち、表面にテクスチャ構造を形成する方法は、単結晶シリコンに適した方法であり、(100)単結晶シリコン表面をアルカリ液でエッチングする方法が代表的である。これは、アルカリを用いたエッチングでは、(111)面のエッチング速度が(100)面、(110)面のエッチング速度よりも遅いことを利用するものである。さらに、後者の技術として近年はシリコン表面を多孔質化することによって、表面に凹凸構造を形成し、入射光の反射ロスを低減する手法が提案されている。   Technologies for reducing the reflection loss of incident light on the surface of a silicon wafer include a technology for forming an antireflection film on the surface and a technology for forming a concavo-convex structure such as a micro pyramid type concavo-convex called a texture structure on the surface. is there. Among the latter techniques, a method of forming a texture structure on the surface is a method suitable for single crystal silicon, and a method of (100) etching a single crystal silicon surface with an alkaline solution is representative. This utilizes the fact that the etching rate of the (111) plane is slower than the etching rates of the (100) plane and the (110) plane in the etching using alkali. Furthermore, as the latter technique, in recent years, a technique has been proposed in which the silicon surface is made porous so that a concavo-convex structure is formed on the surface and the reflection loss of incident light is reduced.

例えば、特許文献1には、単結晶シリコン基板を陽極、Ptを陰極としてフッ化水素酸中で電流を流す陽極化成処理により、表面に多数の微細孔を形成する方法が記載されている。また、特許文献2には、反応性イオンエッチングによりシリコン基板を多孔質化する方法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a method of forming a large number of micropores on the surface by anodizing treatment in which a single crystal silicon substrate is used as an anode and Pt is used as a cathode and current is passed in hydrofluoric acid. Patent Document 2 describes a method of making a silicon substrate porous by reactive ion etching.

さらに、特許文献3には、ミクロンサイズのテクスチャ構造が形成されたシリコン基板表面にさらに微細なサブミクロンオーダーの凹凸を形成するために、この表面に金属粒子を無電解メッキした後、基板を酸化剤およびフッ化水素酸の混合水溶液でエッチングする技術が記載されている。具体的には、アルカリテクスチャー処理を施したp型の単結晶シリコン基板を過塩素酸銀と水酸化ナトリウムを含む水溶液に浸漬させ、表面に銀微粒子を形成する。その後、過酸化水素水、フッ化水素酸および水の混合溶液に浸漬させ、サブミクロンオーダーの凹凸を形成する。   Furthermore, in Patent Document 3, in order to form finer submicron-order irregularities on the surface of a silicon substrate having a micron-size texture structure, the substrate is oxidized after electroless plating with metal particles. A technique for etching with a mixed aqueous solution of an agent and hydrofluoric acid is described. Specifically, a p-type single crystal silicon substrate subjected to alkali texture treatment is immersed in an aqueous solution containing silver perchlorate and sodium hydroxide to form silver fine particles on the surface. Thereafter, the substrate is immersed in a mixed solution of hydrogen peroxide, hydrofluoric acid and water to form submicron-order irregularities.

特開平6−169097号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-169097 特表2004−506330号公報JP-T-2004-506330 特開2007−194485号公報JP 2007-194485 A

しかしながら、特許文献1の陽極化成処理による方法では、大型かつ高価な直流電源が必要であり、また、有機溶媒とフッ化水素酸の混合溶液を使用するため、リンス処理時の操作性、安全性に課題が残る。特許文献2の反応性イオンエッチングによる方法では、プロセス専用のイオン注入装置を確保する必要があり、コスト面で問題がある。また、特許文献3に記載の方法の場合、混合水溶液中に酸化剤を含有させることが必須であるが、酸化剤は一般に高価であり、試薬コストが高くなるという問題がある。特に酸化剤として過酸化水素水を用いる場合、廃液規制により過酸化水素水は生態系への影響を考慮した特殊廃液処理が必須であるため、コスト面のみならず、排水処理が複雑になるという問題もある。このため、入射光の反射ロスを低減するためにシリコン表面を多孔質化する手法は、これまで実用化されていないのが実状である。   However, the method using anodizing treatment in Patent Document 1 requires a large and expensive direct current power source, and uses a mixed solution of an organic solvent and hydrofluoric acid. The problem remains. In the method using reactive ion etching of Patent Document 2, it is necessary to secure an ion implantation apparatus dedicated to the process, which is problematic in terms of cost. In the case of the method described in Patent Document 3, it is essential to contain an oxidizing agent in the mixed aqueous solution. However, the oxidizing agent is generally expensive and has a problem that the reagent cost is increased. In particular, when hydrogen peroxide is used as an oxidant, special waste liquid treatment that takes into account the impact on the ecosystem is indispensable due to waste liquid regulations. There is also a problem. For this reason, the method of making the silicon surface porous in order to reduce the reflection loss of incident light has not been put to practical use until now.

シリコン表面を多孔質化することによって入射光の反射ロスを低減する手法は、通常のテクスチャ構造を形成するよりさらに反射ロスを低減できることが期待されるため、安全面やコスト面の問題が解消された新規な多孔質化の方法が求められている。   By reducing the reflection loss of incident light by making the silicon surface porous, it is expected that the reflection loss can be further reduced compared to the formation of a normal texture structure, thus eliminating safety and cost issues. There is also a need for a new method for making a porous structure.

また、これまでに知られている多孔質化技術の多くは、シリコンウェーハ表面の反射率を極力下げるとの観点で主に検討されており、これらのウェーハから製造した太陽電池の実際の変換効率まで検討がなされていないものが多い。   In addition, many of the known porosification techniques have been studied mainly from the viewpoint of reducing the reflectance of the silicon wafer surface as much as possible, and the actual conversion efficiency of solar cells manufactured from these wafers. There are many things that have not been studied.

そこで本発明は、上記課題に鑑み、シリコンウェーハをはじめとする半導体ウェーハの表面を安全かつ安価に多孔質化し、変換効率の高い太陽電池を作製できる太陽電池用ウェーハを製造する方法、ならびに、この方法を含む太陽電池セルの製造方法および太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a method for producing a solar cell wafer capable of producing a solar cell having a high conversion efficiency by making the surface of a semiconductor wafer including a silicon wafer porous safely and inexpensively. It aims at providing the manufacturing method of the photovoltaic cell containing the method, and the manufacturing method of a solar cell module.

上記の目的を達成するべく、本発明者が鋭意検討し、様々な多孔質化処理方法で試行錯誤をくり返した結果、以下に示す方法によれば、半導体ウェーハ表面にサブミクロンオーダーの凹凸を形成し、効果的に表面における光の反射ロスを低減しつつ、このウェーハから製造した太陽電池の変換効率を高くすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下の通りである。   In order to achieve the above object, the present inventor has intensively studied and repeated trial and error with various porosification treatment methods. As a result, according to the following method, submicron-order irregularities are formed on the semiconductor wafer surface. And it discovered that the conversion efficiency of the solar cell manufactured from this wafer can be made high, reducing the reflection loss of the light in the surface effectively, and came to complete this invention. This invention is based on said knowledge and examination, The summary structure is as follows.

(1)半導体ウェーハの少なくとも片面に低級アルコールを接触させる第1工程と、
該第1工程の後に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面に金属イオンを含むフッ化水素酸を接触させる第2工程と、
該第2工程の後に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面にフッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液を接触させる第3工程と、
により前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面を多孔質化して太陽電池用ウェーハとすることを特徴とする太陽電池用ウェーハの製造方法。
(2)前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、
前記金属イオンがSiより貴な金属のイオンである上記(1)に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
(3)前記第2工程の後かつ前記第3工程の前に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面に、前記金属イオンから析出した金属を前記片面から除去する溶液を接触させる工程を有する上記(1)または(2)に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
(4)前記片面に作製された多孔質化された層の厚さが50〜400nmとなる、上記(1)〜(3)のいずれか1に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
(5)前記酸溶液中の前記フッ化水素酸の濃度が0.1〜5.0質量%、前記硝酸の濃度が20〜50質量%である、上記(1)〜(4)のいずれか1に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
(6)前記第3工程の前記酸溶液を接触させる時間が10分以下である、上記(1)〜(5)のいずれか1に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
(7)上記(1)〜(6)のいずれか1に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法における工程に加えて、該太陽電池用ウェーハで太陽電池セルを作製する工程をさらに有する太陽電池セルの製造方法。
(8)上記(7)に記載の太陽電池セルの製造方法における工程に加えて、該太陽電池セルから太陽電池モジュールを作製する工程をさらに有する太陽電池モジュールの製造方法。
(1) a first step of bringing a lower alcohol into contact with at least one surface of a semiconductor wafer;
After the first step, a second step of bringing hydrofluoric acid containing metal ions into contact with at least one surface of the semiconductor wafer;
After the second step, a third step of bringing an acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid into contact with at least one surface of the semiconductor wafer;
A method for producing a solar cell wafer, wherein at least one surface of the semiconductor wafer is made porous to form a solar cell wafer.
(2) The semiconductor wafer is a silicon wafer,
The method for producing a solar cell wafer according to (1), wherein the metal ions are ions of a metal nobler than Si.
(3) The step of bringing the solution for removing metal deposited from the metal ions from at least one side of the semiconductor wafer into contact with at least one side of the semiconductor wafer after the second step and before the third step (1) ) Or the method for producing a solar cell wafer according to (2).
(4) The method for producing a solar cell wafer according to any one of (1) to (3), wherein a thickness of the porous layer produced on the one surface is 50 to 400 nm.
(5) Any of the above (1) to (4), wherein the concentration of the hydrofluoric acid in the acid solution is 0.1 to 5.0% by mass and the concentration of the nitric acid is 20 to 50% by mass. The manufacturing method of the wafer for solar cells of 1.
(6) The method for producing a solar cell wafer according to any one of (1) to (5), wherein the time for contacting the acid solution in the third step is 10 minutes or less.
(7) In addition to the process in the manufacturing method of the solar cell wafer of any one of said (1)-(6), the photovoltaic cell which further has the process of producing a photovoltaic cell with this solar cell wafer Manufacturing method.
(8) In addition to the process in the manufacturing method of the photovoltaic cell as described in said (7), the manufacturing method of the solar cell module which further has the process of producing a solar cell module from this photovoltaic cell.

本発明によれば、直流電源やイオン注入装置といった大掛かりな装置を必要とせず、かつ、フッ化水素酸を有機溶媒と混合させたり、酸化剤を用いる必要がない。よって、従来技術に比べて安全かつ安価に、シリコンウェーハをはじめとする半導体ウェーハの表面を多孔質化して、表面における光の反射ロスを低減した太陽電池用ウェーハを得ることが可能となった。さらに、本発明は、第1および第2工程に続き、フッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液による処理の第3工程を行うので、得られた太陽電池用ウェーハを用いて変換効率の高い太陽電池を作製することができる。   According to the present invention, it is not necessary to use a large-scale device such as a DC power source or an ion implantation device, and it is not necessary to mix hydrofluoric acid with an organic solvent or use an oxidizing agent. Therefore, it is possible to obtain a solar cell wafer in which the surface of a semiconductor wafer including a silicon wafer is made porous and the reflection loss of light on the surface is reduced more safely and cheaply than in the prior art. Furthermore, since this invention performs the 3rd process of the process by the acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid following a 1st and 2nd process, conversion efficiency is high using the obtained wafer for solar cells. A solar cell can be produced.

本発明に従う代表的な太陽電池用ウェーハの製造方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the typical wafer for solar cells according to this invention.

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。図1は、本発明に従う代表的な太陽電池用ウェーハの製造方法のフロー図である。まず、本発明に用いる半導体ウェーハは特に限定されないが、以下では、本発明の一実施形態として、単結晶または多結晶シリコンウェーハ(以下、まとめて単に「ウェーハ」ともいう。)を用いて、これらに多孔質化処理を施し、単結晶または多結晶シリコン太陽電池用ウェーハを製造する方法を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a typical solar cell wafer according to the present invention. First, the semiconductor wafer used in the present invention is not particularly limited. In the following, as an embodiment of the present invention, a single crystal or polycrystalline silicon wafer (hereinafter, also simply referred to as “wafer”) is used. A method for producing a single crystal or polycrystalline silicon solar cell wafer by subjecting it to a porous treatment will be described.

単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキ法(CZ法)などにより育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、ウェーハ表面の面方位についても、(100),(001)および(111)など、必要に応じて選択することができる。多結晶シリコンウェーハは、多結晶シリコンインゴットからスライス加工により得ることができる。   As the single crystal silicon wafer, one obtained by slicing a single crystal silicon ingot grown by the Czochralski method (CZ method) or the like with a wire saw or the like can be used. Also, the plane orientation of the wafer surface can be selected as required, such as (100), (001) and (111). A polycrystalline silicon wafer can be obtained from a polycrystalline silicon ingot by slicing.

単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハいずれの場合も、インゴットから切り出したウェーハ表面にはスライス加工によりシリコン層へ導入されたクラックや結晶歪などのダメージが生じている。このため、スライス加工後、ウェーハを洗浄し、酸またはアルカリでウェーハ表面にエッチング処理を施し、ダメージが生じている表面を除去することが好ましい。スライス加工由来の上記ダメージの侵入深さは、スライス加工条件により決定される因子であるが、概ね10μm以下の深さである。よって、KOHなどのアルカリもしくはフッ化水素酸(HF)/硝酸(HNO)混合酸により一般的に実施されているエッチング処理で対応可能である。 In both cases of a single crystal silicon wafer and a polycrystalline silicon wafer, the surface of the wafer cut out from the ingot is damaged by cracks and crystal distortion introduced into the silicon layer by slicing. For this reason, after slicing, it is preferable to clean the wafer, and to etch the surface of the wafer with acid or alkali to remove the damaged surface. The penetration depth of the damage derived from the slicing process is a factor determined by the slicing process conditions, but is approximately 10 μm or less. Therefore, it is possible to cope with an etching process that is generally performed with an alkali such as KOH or a hydrofluoric acid (HF) / nitric acid (HNO 3 ) mixed acid.

本発明は、ウェーハの少なくとも片面を多孔質化して太陽電池用ウェーハとする方法である。すなわち、本明細書において「太陽電池用ウェーハ」とは、ウェーハの少なくとも片面を多孔質化処理した状態のウェーハを意味するものである。この片面は、太陽電池セルにおいて受光面となる面である。そして、本発明の特徴的工程は、ウェーハの少なくとも片面に低級アルコール液を接触させる第1工程(ステップS1)と、この第1工程の後に、このウェーハの少なくとも前記片面に金属イオンを含むフッ化水素酸を接触させる第2工程(ステップS2)と、この第2工程の後に、このウェーハの少なくとも前記片面にフッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液を接触させる第3工程(ステップS5)と、を有することである。   The present invention is a method for making a wafer for solar cells by making at least one surface of a wafer porous. That is, in the present specification, the “solar cell wafer” means a wafer in a state where at least one surface of the wafer is made porous. This one surface is a surface that serves as a light receiving surface in the solar battery cell. The characteristic process of the present invention includes a first process (step S1) in which a lower alcohol solution is brought into contact with at least one surface of a wafer, and a fluoride containing metal ions on at least one surface of the wafer after the first process. A second step (step S2) in which hydroacid is brought into contact; and a third step (step S5) in which an acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid is brought into contact with at least one surface of the wafer after the second step. It is to have.

以下、本発明の上記特徴的工程を採用したことの技術的意義を、作用効果とともに具体例で説明する。詳細な工程は実施例で後述するが、本発明者は、酸エッチング処理後、風乾したp型(100)単結晶シリコンウェーハを2−プロパノール(イソプロピルアルコール;IPA)などの低級アルコール中に所定時間浸漬させ、その後銅(Cu)を溶解させたフッ化水素酸中に所定時間浸漬させたところ、外観上ウェーハ表面が黒くなり、可視光全域の波長において反射率が低くなることを見出した。また、ウェーハ表面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を確認したところ、数μm程度の凹凸表面上にさらに微細な多数の凹凸が形成されていた。   Hereinafter, the technical significance of adopting the above characteristic steps of the present invention will be described with specific examples together with the effects. Although the detailed process will be described later in Examples, the present inventor, after acid etching treatment, air-dried p-type (100) single crystal silicon wafer in a lower alcohol such as 2-propanol (isopropyl alcohol; IPA) for a predetermined time. It was found that when immersed in hydrofluoric acid in which copper (Cu) was dissolved for a predetermined time, the wafer surface became black in appearance and the reflectivity was lowered at wavelengths in the entire visible light range. Further, when a scanning electron microscope (SEM) image of the wafer surface was confirmed, many finer irregularities were formed on the irregular surface of about several μm.

さらに、これまでの多孔質化技術では、反射率を低減させることを主眼とした検討がされており、低反射率にするほど太陽電池の変換効率は高いと考えられていた。しかしながら、本発明者の検討によると、ウェーハ表面に対する多孔質化の程度がより大きいほど太陽電池表面の反射率低減により優れる一方、多孔質化がある程度進むと反射率は低いものの太陽電池としての変換効率は逆に低くなることを見出した。   Furthermore, in the conventional porous technology, studies have been made with a focus on reducing the reflectance, and it has been considered that the conversion efficiency of the solar cell is higher as the reflectance is lower. However, according to the study of the present inventor, the greater the degree of porosity on the wafer surface, the better the solar cell surface reflectance is reduced. We found that the efficiency was rather low.

低反射率から期待されるほどの高変換効率が得られない理由としては、太陽電池の発電においては太陽電池用ウェーハ表面に配線した導線に電子が流れる必要があるが、太陽電池用ウェーハ表面上の多くの多孔質化構造に電子がトラップされる表面再結合現象が多発して、電子が導線に届かない現象がおきていることが考えられた。そこで上記の第1および第2工程を含む多孔質化工程に所定の酸溶液処理工程を加え、多孔質化構造に軽度のエッチングを施してウェーハ表面の多孔質化層をわずかに削った。すると、変換効率が向上することがわかった。本発明者は以上の知見に基づき、本発明を完成するに至った。   The reason why the high conversion efficiency as expected from the low reflectivity cannot be obtained is that, in the power generation of the solar cell, electrons must flow through the conductive wire wired on the surface of the solar cell wafer. It was thought that the surface recombination phenomenon in which electrons are trapped frequently occurs in many porous structures, and the phenomenon that the electrons do not reach the conducting wire has occurred. Therefore, a predetermined acid solution treatment step was added to the porous step including the first and second steps, and the porous structure was slightly etched by slightly etching the porous structure. Then, it turned out that conversion efficiency improves. Based on the above findings, the present inventors have completed the present invention.

第1および第2工程の表面処理によってウェーハ表面を多孔質化できる理由は必ずしも明らかではないが、本発明者は以下のような反応メカニズムで多孔質化されたと推定している。第2工程で、Cuを溶解させたフッ化水素酸にウェーハを浸漬させると、ウェーハ表面の何らかの核を基点として、Cuが微粒子として多数析出する。この反応は、Cu2++2e→Cuの還元反応であり、この際の電荷移動に伴い、ウェーハ表面のSiから電子が奪われ、Cu微粒子の析出箇所ではSiの溶解が発生する。ここで、フッ化水素酸の役割については、Siの溶解箇所でSiが水と反応して生成したSiOをその都度瞬間的に溶解して、多孔質構造を作るとのモデル(大見モデル)と、フッ素イオンがSiを直接酸化するとのモデル(Chemlaモデル)が考えられる。このような反応の詳細は、J. Electrochem. Soc. 144, 3275 (1997)“The Role of Metal Induced Oxidation for Copper Deposition on Silicon Surface”およびJ. Electrochem. Soc. 144, 4175 (1997)“Electrochemical and radiochemical study of copper contamination mechanism from HF solution onto silicon substrates”に詳細に記載されている。そして、本発明においては、第1工程で無極性溶媒である低級アルコールで処理することにより、ウェーハ表面の表面電位を制御し、フッ化水素酸浸漬時に金属析出が進行しやすい状態にすることができ、第2工程におけるSi溶解反応を均一に促進させることができるものと考えられる。さらに、低級アルコールで処理することにより、ウェーハ表面の有機物を除去して、上記反応が進行するようにする作用もあると考えられる。 Although the reason why the wafer surface can be made porous by the surface treatment in the first and second steps is not necessarily clear, the present inventor presumes that the wafer surface has been made porous by the following reaction mechanism. In the second step, when the wafer is immersed in hydrofluoric acid in which Cu is dissolved, a large amount of Cu is precipitated as fine particles starting from some nucleus on the wafer surface. This reaction is a reduction reaction of Cu 2+ + 2e → Cu. With the charge transfer at this time, electrons are deprived from Si on the wafer surface, and dissolution of Si occurs at the Cu fine particle deposition site. Here, as for the role of hydrofluoric acid, a model (Omimi model) that creates a porous structure by instantaneously dissolving SiO 2 produced by the reaction of Si with water at the Si dissolution site. ) And a model in which fluorine ions directly oxidize Si (Chemla model). Details of such reactions are described in J. Electrochem. Soc. 144, 3275 (1997) “The Role of Metal Induced Oxidation for Copper Deposition on Silicon Surface” and J. Electrochem. Soc. 144, 4175 (1997) “Electrochemical and Radiochemical study of copper contamination mechanism from HF solution onto silicon substrates ”. In the present invention, the surface potential of the wafer surface is controlled by treating with a lower alcohol, which is a non-polar solvent, in the first step, so that metal deposition is likely to proceed during immersion in hydrofluoric acid. It is considered that the Si dissolution reaction in the second step can be promoted uniformly. Further, it is considered that the treatment with a lower alcohol has an effect of removing organic substances on the wafer surface so that the reaction proceeds.

本発明では、直流電源やイオン注入装置といった大掛かりな装置を必要とせず、かつ、フッ化水素酸を有機溶媒と混合させたり、酸化剤を用いる必要がない。よって、従来技術に比べて安全かつ安価に、シリコンウェーハをはじめとする半導体ウェーハの表面を多孔質化して、表面における光の反射ロスを低減した太陽電池用ウェーハを得ることが可能となった。また、第3工程により、多孔質化の程度を多少抑えたので、表面再結合を抑制し、変換効率の高い太陽電池を作製することが可能となった。   In the present invention, a large-scale apparatus such as a DC power source or an ion implantation apparatus is not required, and it is not necessary to mix hydrofluoric acid with an organic solvent or use an oxidizing agent. Therefore, it is possible to obtain a solar cell wafer in which the surface of a semiconductor wafer including a silicon wafer is made porous and the reflection loss of light on the surface is reduced more safely and cheaply than in the prior art. In addition, since the degree of porosity is somewhat suppressed by the third step, it is possible to suppress surface recombination and manufacture a solar cell with high conversion efficiency.

本実施形態では、第2工程の後かつ第3工程の前に、このウェーハの少なくとも前記片面に金属イオンを含まないフッ化水素酸を接触させる工程(ステップS3)をさらに行うことが好ましい。具体的には、第2工程後のウェーハを、金属イオンを含まないフッ化水素酸に所定時間浸漬させることができる。この工程により、第2工程で形成された表面凹凸の深さをある程度制御することができる。   In this embodiment, it is preferable to further perform a step (step S3) of bringing hydrofluoric acid not containing metal ions into contact with at least one surface of the wafer after the second step and before the third step. Specifically, the wafer after the second step can be immersed in hydrofluoric acid not containing metal ions for a predetermined time. By this step, the depth of the surface irregularities formed in the second step can be controlled to some extent.

また、第2工程および/またはステップS3は、光照射環境下にて行うことが好ましい。第2工程を光照射環境化にて行うことにより、上記の反応メカニズムによる表面の多孔質化がより促進されるためである。また、ステップS3を光照射環境下にて行い、この照射条件を制御することによりウェーハ表面を所望の表面状態とすることができるためである。光照射環境は、具体的には蛍光灯光、ハロゲン光などを反応表面に照射することにより作り出す。   Moreover, it is preferable to perform 2nd process and / or step S3 in a light irradiation environment. This is because, by performing the second step in a light irradiation environment, the surface becomes porous due to the above reaction mechanism. Further, it is because the wafer surface can be brought into a desired surface state by performing step S3 in a light irradiation environment and controlling the irradiation conditions. Specifically, the light irradiation environment is created by irradiating the reaction surface with fluorescent light or halogen light.

さらに、少なくとも第2工程の後、本実施形態では第3工程の前に、このウェーハの少なくとも前記片面に、前記金属イオンから析出した金属(微粒子)をこの片面から除去する溶液を接触させる工程(ステップS4)をさらに行うことが好ましい。例えば、第2工程でCuを溶解させたフッ化水素酸を用いる場合、前記片面に残留したCu微粒子を除去するべく、前記片面に硝酸溶液を接触させる。この工程により、ウェーハ表面に残存して付着している金属粒子を除去することができる。   Further, after at least the second step, and in the present embodiment, before the third step, a step of bringing a solution for removing metal (fine particles) precipitated from the metal ions from at least one side of the wafer into contact with the at least one side of the wafer ( It is preferable to further perform step S4). For example, when using hydrofluoric acid in which Cu is dissolved in the second step, a nitric acid solution is brought into contact with the one surface in order to remove Cu fine particles remaining on the one surface. By this step, the metal particles remaining on and adhered to the wafer surface can be removed.

そして、以上の工程の後に、このウェーハの少なくとも前記片面にフッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液を接触させる工程(ステップS5)をさらに行う。具体的には、第2工程、ステップS3またはステップS4後のウェーハを、フッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液に所定時間浸漬させることができる。この工程により、多孔質層を多少削ることができる。   And after the above process, the process (step S5) which makes the acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid contact at least the said one surface of this wafer is further performed. Specifically, the wafer after the second step, step S3 or step S4 can be immersed in an acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid for a predetermined time. By this step, the porous layer can be slightly shaved.

本実施形態では、このような工程を経て、ウェーハ表面が多孔質化された太陽電池用ウェーハとなる。以下、各工程の好ましい態様について説明する。なお、第1工程の低級アルコール処理、および第2工程の金属イオン含有フッ化水素酸処理、好ましくはステップ3の金属イオン非含有フッ酸処理を合わせて、本明細書においては「多孔質化処理工程」と称する。   In this embodiment, a solar cell wafer having a porous wafer surface is obtained through such steps. Hereinafter, preferred embodiments of each step will be described. In this specification, the lower alcohol treatment in the first step and the metal ion-containing hydrofluoric acid treatment in the second step, preferably the metal ion-free hydrofluoric acid treatment in Step 3, This is referred to as “process”.

(第1工程:低級アルコール処理)
本明細書において「低級アルコール」とは、炭素数10以下の直鎖または分岐の任意のアルコールを意味する。炭素数が10を超えるとアルコールの粘性が高くなり、ウェーハ表面をアルコールでコーティングすることになってしまう。炭素数が10以下であれば、粘性が低い無極性溶媒としてウェーハ表面を無極性状態にすることができる。典型的には、メタノール、エタノール、2−プロパノール、N−メチルピロリドン、エチレングリコール、グリセリン、ベンジルアルコール、フェニルアルコールなどが挙げられるが、毒性面、価格面を考慮すると、エタノールおよび2−プロパノール(イソプロピルアルコール;IPA)を用いることが好ましい。処理時間、すなわちウェーハに低級アルコール液を接触させる時間(以下、各工程において処理液との接触時間を「処理時間」という)は、特に制限されないが、0.5分以上10分以下とすることが好ましく、3分以下とすることがより好ましい。0.5分以上であれば本発明の反射率の低減効果を十分に得ることができ、10分を超えて処理しても反射率の低減効果は飽和するためである。低級アルコール液の温度は、アルコールが蒸発または凝固しない温度であれば問題なく、常温とすればよい。
(First step: lower alcohol treatment)
In the present specification, the “lower alcohol” means any linear or branched alcohol having 10 or less carbon atoms. If the carbon number exceeds 10, the viscosity of the alcohol becomes high, and the wafer surface is coated with alcohol. If the number of carbon atoms is 10 or less, the wafer surface can be made nonpolar as a nonpolar solvent having low viscosity. Typically, methanol, ethanol, 2-propanol, N-methylpyrrolidone, ethylene glycol, glycerin, benzyl alcohol, phenyl alcohol and the like can be mentioned. In view of toxicity and price, ethanol and 2-propanol (isopropyl Alcohol; IPA) is preferably used. The processing time, that is, the time during which the lower alcohol liquid is brought into contact with the wafer (hereinafter referred to as the “processing time” in each process is referred to as “processing time”) is not particularly limited, but should be 0.5 minutes to 10 minutes. Is preferable, and it is more preferable to set it to 3 minutes or less. This is because the effect of reducing the reflectivity of the present invention can be sufficiently obtained if the time is 0.5 minutes or more, and the effect of reducing the reflectivity is saturated even if the treatment is performed for more than 10 minutes. The temperature of the lower alcohol solution may be room temperature without any problem as long as the alcohol does not evaporate or solidify.

(第2工程:金属イオン含有フッ化水素酸処理)
本実施形態において、金属イオンはSiより貴な金属、例えばCu,Ag,Pt,Auなどのイオンであることが好ましい。これにより、第2工程において、ウェーハ表面への金属の微粒子の析出およびSiの溶出が効率的に起こるからである。価格面を考慮すれば、Cuのイオンとすることが好ましい。本発明の反射率の低減効果を十分に得る観点から好ましい条件を以下に挙げる。金属を溶解させたフッ化水素酸において、金属濃度は、10ppm以上1000ppm以下とすることが好ましく、100ppm以上400ppm以下とすることがより好ましい。また、フッ化水素酸の濃度は、好ましくは2質量%以上50質量%以下、より好ましくは10質量%以上40質量%以下、さらに好ましくは20質量%以上30%質量以下である。さらに、処理時間は、好ましくは0.5分以上30分以下、より好ましくは1分以上10分以下、さらに好ましくは3分以下である。金属含有フッ化水素酸の温度は、処理時間や蒸発損失などを考慮して適宜選択すればよく、常温〜100℃とすることが好ましい。
(Second step: Metal ion-containing hydrofluoric acid treatment)
In the present embodiment, the metal ion is preferably a metal nobler than Si, for example, an ion such as Cu, Ag, Pt, or Au. Thereby, in the second step, metal fine particles are deposited on the wafer surface and Si is eluted efficiently. Considering the price, it is preferable to use Cu ions. Preferred conditions from the viewpoint of sufficiently obtaining the reflectance reduction effect of the present invention are listed below. In the hydrofluoric acid in which the metal is dissolved, the metal concentration is preferably 10 ppm or more and 1000 ppm or less, and more preferably 100 ppm or more and 400 ppm or less. The concentration of hydrofluoric acid is preferably 2% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 40% by mass or less, and further preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less. Furthermore, processing time becomes like this. Preferably it is 0.5 minute or more and 30 minutes or less, More preferably, it is 1 minute or more and 10 minutes or less, More preferably, it is 3 minutes or less. The temperature of the metal-containing hydrofluoric acid may be appropriately selected in consideration of processing time, evaporation loss, etc., and is preferably room temperature to 100 ° C.

(金属イオン非含有フッ化水素酸処理)
本実施形態において、ウェーハ表面に形成された多孔質層深さを適切な深さまで拡張するために、フッ化水素酸の濃度は、好ましくは2質量%以上50質量%以下、より好ましくは20質量%以上30質量%以下である。また、本明細書において「金属イオンを含まないフッ化水素酸」とは、厳密に金属イオンの含有量がゼロの場合のみならず、不純物として10ppm未満の金属が含まれている場合をも含むものとする。例えばCu,Ag,Pt,AuなどのSiより貴な金属のイオンが10ppm未満であれば、これらの金属微粒子が新たに析出して、ウェーハ表面に新たな凹凸が形成されるよりも、第2工程ですでに形成された凹凸をより深くする反応が支配的になる。処理時間は、プロセスタクトタイムに合わせて設定すればよく、好ましくは0.5分以上60分以下である。金属非含有フッ化水素酸の温度は、処理時間や蒸発損失などを考慮して適宜選択すればよく、常温〜100℃とすることが好ましい。
(Metal ion-free hydrofluoric acid treatment)
In this embodiment, in order to extend the depth of the porous layer formed on the wafer surface to an appropriate depth, the concentration of hydrofluoric acid is preferably 2% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 20% by mass. % To 30% by mass. Further, in this specification, “hydrofluoric acid not containing metal ions” includes not only the case where the content of metal ions is strictly zero but also the case where metals less than 10 ppm are contained as impurities. Shall be. For example, if the number of ions of a metal nobler than Si, such as Cu, Ag, Pt, or Au, is less than 10 ppm, the metal fine particles are newly precipitated and the second unevenness is formed on the wafer surface. The reaction of deepening the unevenness already formed in the process becomes dominant. What is necessary is just to set processing time according to process tact time, Preferably it is 0.5 to 60 minutes. The temperature of the metal-free hydrofluoric acid may be appropriately selected in consideration of processing time, evaporation loss, etc., and is preferably room temperature to 100 ° C.

(金属除去溶液処理)
本実施形態において、第2工程において金属としてCuを用いる場合、Cu微粒子の除去を硝酸(HNO)溶液で行うことができる。このとき、硝酸濃度は、好ましくは0.001〜70質量%の範囲であり、より好ましくは0.01〜0.1質量%の範囲内である。処理時間は、プロセスタクトタイムに合わせて設定すればよく、好ましくは0.5分以上10分以下であり、より好ましくは1分以上3分未満である。硝酸溶液の温度は、処理時間や蒸発損失などを考慮して適宜選択すればよく、常温〜100℃とすることが好ましい。この工程で用いる処理液は硝酸に限定されず、除去する対象の金属に合わせて、これを溶解可能な溶液を選択すればよい。例えば、Ag,Pt,Auの場合は、王水(HCl/HNO)やヨウ化カリウム溶液(KI)などを用いることができる。好適な濃度および処理時間は、Cuの場合と同様である。
(Metal removal solution treatment)
In the present embodiment, when Cu is used as the metal in the second step, the Cu fine particles can be removed with a nitric acid (HNO 3 ) solution. At this time, the nitric acid concentration is preferably in the range of 0.001 to 70% by mass, and more preferably in the range of 0.01 to 0.1% by mass. What is necessary is just to set processing time according to process tact time, Preferably it is 0.5 to 10 minutes, More preferably, it is 1 to 3 minutes. The temperature of the nitric acid solution may be appropriately selected in consideration of the processing time and evaporation loss, and is preferably room temperature to 100 ° C. The treatment liquid used in this step is not limited to nitric acid, and a solution capable of dissolving it may be selected according to the metal to be removed. For example, in the case of Ag, Pt, or Au, aqua regia (HCl / HNO 3 ), potassium iodide solution (KI), or the like can be used. Suitable concentrations and processing times are the same as for Cu.

(第3工程:酸溶液処理)
本実施形態において、第3工程に使用する酸溶液はフッ化水素酸および硝酸を含有すればよい。酸溶液中の濃度としては、フッ化水素酸は0.1〜5.0質量%、硝酸は20〜50質量%、残りを水とすることが好ましい。フッ化水素酸は0.1質量%以上であれば反応速度が十分に得られ、5.0質量%以下であればエッチング量の調節が容易な反応速度に抑えることができるため好ましい。硝酸は20質量%以上であればエッチング量の調節が容易な反応速度に抑えることができるため好ましく、薬液コストを抑える観点から50質量%以下が好ましい。この酸溶液の温度は、好ましくは10〜40℃、より好ましくは15〜30℃である。温度が10℃以上であれば反応速度が十分に得られ、40℃以下であればエッチング量の調節が容易な反応速度に抑えることができるため好ましい。また、この酸溶液を接触させる時間は、好ましくは10分以下、より好ましくは3分以下である。例えば、Cu濃度170ppm、フッ化水素酸濃度25質量%の溶液を用いて、3分の多孔質化処理を行った場合は、1質量%フッ化水素酸および35質量%硝酸を含む酸溶液を用いて1分の処理を行うことで、多孔質化層の厚みを202nm程度とすることができる。ただし、フッ化水素酸および硝酸の混合条件および接触時間条件については、この他、前記片面に作製された多孔質化層の厚さを50〜400nmとすることができる条件であればよい。すなわち、多孔質化処理工程の条件および第3工程の酸処理の条件は多孔質化層の厚さを当該範囲とするように任意に設定すればよい。多孔質化層の厚さを50〜400nmとすることで、変換効率の向上効果と、表面反射率低減効果を十分に両立させることが可能となる。多孔質化処理については、既述のような通常の条件では、400nm超えの厚みの多孔質層ができてしまい、厚みを50〜400nmに制御することは困難である。よって第3工程が必要となる。
(Third step: acid solution treatment)
In this embodiment, the acid solution used in the third step may contain hydrofluoric acid and nitric acid. The concentration in the acid solution is preferably 0.1 to 5.0% by mass for hydrofluoric acid, 20 to 50% by mass for nitric acid, and the rest water. If hydrofluoric acid is 0.1% by mass or more, a sufficient reaction rate can be obtained, and if it is 5.0% by mass or less, the etching rate can be easily controlled so that the reaction rate can be easily controlled. Nitric acid is preferably 20% by mass or more because it can be controlled to a reaction rate that allows easy adjustment of the etching amount, and is preferably 50% by mass or less from the viewpoint of reducing the chemical cost. The temperature of the acid solution is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 15 to 30 ° C. A temperature of 10 ° C. or higher is preferable because a sufficient reaction rate can be obtained, and a temperature of 40 ° C. or lower is preferable because the etching rate can be easily controlled. The time for contacting the acid solution is preferably 10 minutes or less, more preferably 3 minutes or less. For example, when a porous treatment is performed for 3 minutes using a solution having a Cu concentration of 170 ppm and a hydrofluoric acid concentration of 25 mass%, an acid solution containing 1 mass% hydrofluoric acid and 35 mass% nitric acid is used. By using this for 1 minute, the thickness of the porous layer can be about 202 nm. However, the mixing conditions and the contact time conditions of hydrofluoric acid and nitric acid may be any other conditions that allow the thickness of the porous layer formed on one side to be 50 to 400 nm. That is, the conditions for the porous treatment step and the acid treatment for the third step may be arbitrarily set so that the thickness of the porous layer falls within the range. By setting the thickness of the porous layer to 50 to 400 nm, it is possible to sufficiently achieve both the conversion efficiency improvement effect and the surface reflectance reduction effect. Regarding the porous treatment, a porous layer having a thickness exceeding 400 nm is formed under the normal conditions as described above, and it is difficult to control the thickness to 50 to 400 nm. Therefore, the third step is necessary.

フッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液中に酢酸、リン酸、硫酸、界面活性剤(アニオン系界面活性剤、中性界面活性剤など)などの、多孔質化層のエッチング作用を大きく妨げることのない成分を添加してもよい。   The acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid greatly hinders the etching action of the porous layer such as acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, and surfactants (anionic surfactants, neutral surfactants, etc.) Ingredients may be added.

各工程において、ウェーハ表面に処理液を接触させる方法としては、例えば浸漬法、スプレー法が挙げられる。また、受光面となるウェーハの片面に処理液を滴下させるキャスト法を用いてもよい。   In each step, examples of the method of bringing the treatment liquid into contact with the wafer surface include an immersion method and a spray method. Moreover, you may use the casting method which dripping a process liquid to the single side | surface of the wafer used as a light-receiving surface.

また、多孔質化処理工程は、第1〜ステップS3の少なくとも1工程の後に、水による洗浄工程を行ってもよい。   Further, in the porous treatment process, a washing process with water may be performed after at least one of the first to step S3.

以上、本発明の太陽電池用ウェーハの製造方法について、作用効果も含めて説明してきたが、この製造方法の付加的な効果として、以下の2点が挙げられる。第1は、本発明が単結晶シリコンウェーハのみならず、多結晶シリコンウェーハにも適用可能であることである。既述のとおり、テクスチャ構造を形成する方法は、単結晶シリコンに適した方法であり、表面に様々な面方位が出現している多結晶シリコンについては、ウェーハ全面に均一なテクスチャ構造を形成することが困難であった。しかし、本発明の多孔質化処理によって、これまでのテクスチャ構造よりも微細な凹凸をウェーハ表面に形成できるため、多結晶シリコンウェーハの表面の反射率も安全かつ安価な方法で十分に抑制することができる。第2は、本発明では処理液として過酸化水素などの酸化剤を用いる必要がないことである。これにより、排水処理の複雑さを回避することができる。   As mentioned above, although the manufacturing method of the solar cell wafer of this invention was demonstrated including the effect, the following 2 points | pieces are mentioned as an additional effect of this manufacturing method. First, the present invention is applicable not only to single crystal silicon wafers but also to polycrystalline silicon wafers. As described above, the method for forming a texture structure is a method suitable for single crystal silicon, and for polycrystalline silicon in which various plane orientations appear on the surface, a uniform texture structure is formed on the entire wafer surface. It was difficult. However, since the porous structure of the present invention can form unevenness on the wafer surface that is finer than the conventional texture structure, the reflectance of the surface of the polycrystalline silicon wafer can be sufficiently suppressed by a safe and inexpensive method. Can do. Second, in the present invention, it is not necessary to use an oxidizing agent such as hydrogen peroxide as the treatment liquid. Thereby, the complexity of waste water treatment can be avoided.

また、これまで単結晶または多結晶シリコンウェーハから結晶系シリコン太陽電池に用いるための太陽電池用ウェーハを製造することについて述べてきたが、本発明は結晶系シリコンに限られることはなく、アモルファスシリコン太陽電池や薄膜系太陽電池に用いるための太陽電池用ウェーハにも適用可能であることは勿論である。   In addition, the production of a solar cell wafer for use in a crystalline silicon solar cell from a single crystal or polycrystalline silicon wafer has been described so far, but the present invention is not limited to crystalline silicon, and amorphous silicon. Of course, it is applicable also to the wafer for solar cells for using for a solar cell and a thin film type solar cell.

(太陽電池セルの製造方法)
本発明に従う太陽電池セルの製造方法は、これまで説明した本発明に従う太陽電池用ウェーハの製造方法における工程に加えて、この太陽電池用ウェーハで太陽電池セルを作製する工程をさらに有する。セル作製工程は、ドーパント拡散熱処理でpn接合を形成する工程と、電極を形成する工程とを少なくとも含む。ドーパント拡散熱処理は、p基板に対してはリンを熱拡散させる。
(Solar cell manufacturing method)
The method for manufacturing a solar cell according to the present invention further includes a step of manufacturing a solar cell with this solar cell wafer, in addition to the steps in the method for manufacturing a solar cell wafer according to the present invention described so far. The cell manufacturing step includes at least a step of forming a pn junction by a dopant diffusion heat treatment and a step of forming an electrode. In the dopant diffusion heat treatment, phosphorus is thermally diffused in the p substrate.

なお、pn接合形成工程は本発明における多孔質化処理工程の前に行ってもよい。すなわち、スライス加工によるダメージ除去のためのエッチング処理後、ドーパント熱拡散処理でpn接合を形成したウェーハの状態で、本発明における多孔質化処理を行う。こうして得た太陽電池用ウェーハに対して電極を形成して、太陽電池セルとすることもできる。   In addition, you may perform a pn junction formation process before the porous treatment process in this invention. That is, after the etching process for removing damage by slicing, the porous process in the present invention is performed in the state of the wafer in which the pn junction is formed by the dopant thermal diffusion process. An electrode may be formed on the solar cell wafer thus obtained to form a solar cell.

本発明に従う太陽電池セルの製造方法によれば、セルの受光面における入射光の反射ロスの少ない、高い変換効率の太陽電池セルを得ることができる。   According to the method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention, it is possible to obtain a solar battery cell with high conversion efficiency with little reflection loss of incident light on the light receiving surface of the cell.

(太陽電池モジュールの製造方法)
本発明に従う太陽電池モジュールの製造方法は、上記太陽電池セルの製造方法における工程に加えて、この太陽電池セルから太陽電池モジュールを作製する工程をさらに有する。モジュール作製工程は、複数の太陽電池セルを配列し、電極を配線する工程と、強化ガラス基板上に配線された太陽電池セルを配置し、樹脂と保護フィルムで封止する工程と、アルミフレームを組み立てて、端子ケーブルを配線と電気的に接続する工程とを含む。
(Method for manufacturing solar cell module)
The manufacturing method of the solar cell module according to the present invention further includes a step of producing a solar cell module from the solar cell in addition to the steps in the solar cell manufacturing method. The module manufacturing process includes arranging a plurality of solar cells, wiring the electrodes, arranging the solar cells wired on the tempered glass substrate, sealing with a resin and a protective film, and an aluminum frame. Assembling and electrically connecting the terminal cable with the wiring.

本発明に従う太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池セルの受光面における入射光の反射ロスを抑制し、高い変換効率の太陽電池モジュールを得ることができる。   According to the method for manufacturing a solar cell module according to the present invention, it is possible to suppress a reflection loss of incident light on the light receiving surface of the solar cell and obtain a solar cell module with high conversion efficiency.

以上、本発明を説明したが、これらは代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。   Although the present invention has been described above, these are examples of typical embodiments, and the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. It can be changed.

本発明の効果をさらに明確にするため、以下に説明する実施例・比較例の実験を行った比較評価について説明する。   In order to further clarify the effects of the present invention, comparative evaluations in which experiments of Examples and Comparative Examples described below were conducted will be described.

<試料の作製>
(実施例1〜15)
まず、20mm角のp型(100)単結晶シリコンウェーハ(厚さ:4.25mm)を用意し、50質量%フッ化水素酸/70質量%硝酸/水=1:4:5(体積比)にて調合した酸性溶液を用いて、室温で3分間エッチング処理を施し、その後ウェーハを乾燥させた。以降の工程は全て室温で行った。このウェーハを99質量%のエタノール溶液に1分間浸漬させた。その後、このウェーハを、Cuを1000ppm含む硝酸銅溶液5mLと、50質量%フッ化水素酸15mLと、水10mLとの混合液に3分間浸漬させた。なお、この工程は、通常の室内環境すなわち光照射環境下にておこなった。その後、このウェーハを0.1質量%硝酸に5分間浸漬させ、窒素雰囲気にて乾燥させた。そして、酸溶液処理として、フッ化水素酸と硝酸とを表1に示す濃度で含み、残りは水である酸溶液に表1の処理時間浸漬し、その後窒素雰囲気にて乾燥させ、太陽電池用ウェーハを製造した。
<Preparation of sample>
(Examples 1 to 15)
First, a 20 mm square p-type (100) single crystal silicon wafer (thickness: 4.25 mm) was prepared, and 50% by mass hydrofluoric acid / 70% by mass nitric acid / water = 1: 4: 5 (volume ratio). Etching treatment was performed for 3 minutes at room temperature using the acidic solution prepared in (3), and then the wafer was dried. All subsequent steps were performed at room temperature. This wafer was immersed in a 99% by mass ethanol solution for 1 minute. Then, this wafer was immersed in a mixed solution of 5 mL of a copper nitrate solution containing 1000 ppm of Cu, 15 mL of 50% by mass hydrofluoric acid, and 10 mL of water for 3 minutes. In addition, this process was performed in a normal indoor environment, that is, a light irradiation environment. Thereafter, this wafer was immersed in 0.1% by mass nitric acid for 5 minutes and dried in a nitrogen atmosphere. Then, as the acid solution treatment, hydrofluoric acid and nitric acid are contained at the concentrations shown in Table 1, and the rest is immersed in an acid solution, which is water, for the treatment time shown in Table 1, and then dried in a nitrogen atmosphere for solar cells. A wafer was manufactured.

(比較例1)
実施例1の製造工程のうち、0.1質量%硝酸に5分間浸漬させ、窒素雰囲気にて乾燥させる工程まで行い、比較例1とした。すなわち、比較例1は本発明における酸溶液処理のみを行わない(処理時間0分)ものである。
(Comparative Example 1)
Of the manufacturing steps of Example 1, Comparative Example 1 was performed by immersing in 0.1% by mass nitric acid for 5 minutes and drying in a nitrogen atmosphere. That is, Comparative Example 1 does not perform only the acid solution treatment in the present invention (treatment time 0 minutes).

(比較例2)
実施例1の製造工程のうち、50質量%フッ化水素酸/70質量%硝酸/水=1:4:5(体積比)にて調合した酸性溶液を用いて、室温で3分間エッチング処理を施す工程までを行い、ウェーハを乾燥させ、比較例2とした。すなわち、比較例2は本発明における多孔質化処理および酸溶液処理を行わないものである。
(Comparative Example 2)
Etching treatment is performed for 3 minutes at room temperature using an acidic solution prepared at 50% by mass hydrofluoric acid / 70% by mass nitric acid / water = 1: 4: 5 (volume ratio) in the manufacturing process of Example 1. The process up to the application step was performed, and the wafer was dried to obtain Comparative Example 2. That is, Comparative Example 2 does not perform the porous treatment and acid solution treatment in the present invention.

(比較例3)
実施例1の製造工程のうち、50質量%フッ化水素酸/70質量%硝酸/水=1:4:5(体積比)にて調合した酸性溶液を用いて、室温で3分間エッチング処理を施す工程までを行い、その後、ウェーハを乾燥させ、酸溶液処理として1質量%フッ化水素酸と35質量%硝酸とを含み残りは水である酸溶液に1分浸漬し、および窒素雰囲気にて乾燥させる工程を行い、比較例3とした。すなわち、比較例3は本発明における多孔質化処理のみを行わないものである。
(Comparative Example 3)
Etching treatment is performed for 3 minutes at room temperature using an acidic solution prepared at 50% by mass hydrofluoric acid / 70% by mass nitric acid / water = 1: 4: 5 (volume ratio) in the manufacturing process of Example 1. The wafer is dried, and then immersed in an acid solution containing 1% by mass hydrofluoric acid and 35% by mass nitric acid as the acid solution treatment, and the rest being water for 1 minute, and in a nitrogen atmosphere. A drying process was performed to obtain Comparative Example 3. That is, Comparative Example 3 does not perform only the porous treatment in the present invention.

<評価1:反射率測定>
反射率測定器(島津製作所社製:SolidSpec3700)により、ウェーハの被処理面における反射スペクトルを300〜1200nmの範囲で測定した。太陽光には波長500〜700nmの光が多く含まれるため、この波長領域で反射率が低いことが望ましい。そこで、波長600nmと700nmの相対反射率を表1に示す。実施例1〜15と比較例2,3とを比較すると、本発明の多孔質化処理を行うことで、ウェーハの被処理面における反射率が低下することがわかった。また、実施例1〜15と比較例1との比較により、本発明の酸溶液処理を施すと反射率は多少上昇することがわかった。
<Evaluation 1: Reflectance measurement>
The reflection spectrum on the surface to be processed of the wafer was measured in the range of 300 to 1200 nm with a reflectance measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation: SolidSpec 3700). Since sunlight contains a large amount of light having a wavelength of 500 to 700 nm, it is desirable that the reflectance be low in this wavelength region. Therefore, Table 1 shows the relative reflectance at wavelengths of 600 nm and 700 nm. When Examples 1 to 15 and Comparative Examples 2 and 3 were compared, it was found that the reflectance on the surface to be processed of the wafer was lowered by performing the porous treatment of the present invention. Moreover, it turned out by the comparison with Examples 1-15 and the comparative example 1 that a reflectance will raise a little when the acid solution process of this invention is performed.

Figure 0005880055
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<評価2:変換効率測定>
実施例および比較例のウェーハに対して、P―OCD(東京応化工業株式会社製 型番P−110211)をスピンコート法にて塗布し、拡散熱処理を施してpn接合を形成し、フッ化水素にて表面のリンガラスを除去した。その後、ウェーハ表面のリン拡散面に反射防止膜としてITO膜をスパッタリング法にて形成した。また、表面にAg電極用のAgペーストを、裏面にAl電極用のAlペーストを塗布し、その後熱処理を施すことでウェーハ表裏面に電極を形成し、太陽電池セルを作製した。そして、変換効率測定器(和泉テック社製:YQ−250BX)によりエネルギー変換効率を測定した結果を表2に示す。各実施例は各比較例よりも高い変換効率となった。特に、実施例1〜15と比較例1とを比較すると、比較例1では実施例1〜15よりも反射率が低いにもかかわらず、変換効率では劣っていた。このように、本発明の多孔質化処理および酸溶液処理を行うことにより、表面の反射ロスを低減する作用以外の作用によって、より高い変換効率を得ることができることがわかった。更に、多孔質化層の厚さが50〜400nmとなる実施例1、2、5〜15では、実施例3および4に比べて更に高い変換効率となることがわかった。なお、本実施例では厚さ425μmとかなり厚いテストピースを用いて実験を行ったため、一般的な試験条件で行う場合よりも数値としては低い値が出ているが、当業界の太陽電池製品用のウェーハに適用した場合の変換効率は表2の結果よりも数パーセント増加すると予測される。
<Evaluation 2: Conversion efficiency measurement>
P-OCD (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., model number P-110211) is applied to the wafers of the examples and comparative examples by spin coating, and diffusion heat treatment is performed to form a pn junction. The surface phosphorus glass was removed. Thereafter, an ITO film was formed by sputtering as an antireflection film on the phosphorus diffusion surface of the wafer surface. Also, an Ag paste for Ag electrode was applied to the front surface, an Al paste for Al electrode was applied to the back surface, and then heat treatment was performed to form electrodes on the front and back surfaces of the wafer, thereby producing solar cells. And the result of having measured the energy conversion efficiency with the conversion efficiency measuring device (the Izumi tech company make: YQ-250BX) is shown in Table 2. Each example had higher conversion efficiency than each comparative example. In particular, when Examples 1 to 15 and Comparative Example 1 were compared, Comparative Example 1 was inferior in conversion efficiency despite the lower reflectance than Examples 1 to 15. Thus, it has been found that by performing the porous treatment and acid solution treatment of the present invention, higher conversion efficiency can be obtained by an action other than the action of reducing the reflection loss of the surface. Furthermore, in Examples 1, 2, and 5-15 in which the thickness of the porous layer is 50 to 400 nm, it was found that the conversion efficiency was higher than that in Examples 3 and 4. In this example, since an experiment was performed using a test piece having a thickness of 425 μm, the numerical value was lower than that obtained under the general test conditions. The conversion efficiency when applied to this wafer is expected to increase several percent over the results in Table 2.

Figure 0005880055
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本発明によれば、安全かつ安価に、シリコンウェーハをはじめとする半導体ウェーハの表面を多孔質化して、表面における光の反射ロスが低く変換効率の高い太陽電池を作製できる太陽電池用ウェーハを得ることが可能となった。   According to the present invention, a surface of a semiconductor wafer such as a silicon wafer is made porous in a safe and inexpensive manner, and a solar cell wafer capable of producing a solar cell with low reflection loss of light on the surface and high conversion efficiency is obtained. It became possible.

Claims (8)

半導体ウェーハの少なくとも片面に低級アルコールを接触させる第1工程と、
該第1工程の後に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面に金属イオンを含むフッ化水素酸を接触させる第2工程と、
該第2工程の後に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面にフッ化水素酸および硝酸を含有する酸溶液を接触させる第3工程と、
により前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面を多孔質化して太陽電池用ウェーハとすることを特徴とする太陽電池用ウェーハの製造方法。
A first step of bringing a lower alcohol into contact with at least one surface of a semiconductor wafer;
After the first step, a second step of bringing hydrofluoric acid containing metal ions into contact with at least one surface of the semiconductor wafer;
After the second step, a third step of bringing an acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid into contact with at least one surface of the semiconductor wafer;
A method for producing a solar cell wafer, wherein at least one surface of the semiconductor wafer is made porous to form a solar cell wafer.
前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、
前記金属イオンがSiより貴な金属のイオンである請求項1に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。
The semiconductor wafer is a silicon wafer;
The method for producing a solar cell wafer according to claim 1, wherein the metal ions are ions of a metal nobler than Si.
前記第2工程の後かつ前記第3工程の前に、前記半導体ウェーハの少なくとも前記片面に、前記金属イオンから析出した金属を前記片面から除去する溶液を接触させる工程を有する請求項1または2に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。   The method according to claim 1, further comprising a step of bringing a solution for removing metal deposited from the metal ions from at least one side of the semiconductor wafer into contact with at least one side of the semiconductor wafer after the second step and before the third step. The manufacturing method of the wafer for solar cells as described. 前記片面に作製された多孔質化された層の厚さが50〜400nmとなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。   The manufacturing method of the wafer for solar cells of any one of Claims 1-3 from which the thickness of the porous layer produced on the said one side becomes 50-400 nm. 前記酸溶液中の前記フッ化水素酸の濃度が0.1〜5.0質量%、前記硝酸の濃度が20〜50質量%である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。   The sun according to any one of claims 1 to 4, wherein a concentration of the hydrofluoric acid in the acid solution is 0.1 to 5.0 mass% and a concentration of the nitric acid is 20 to 50 mass%. Manufacturing method of battery wafer. 前記第3工程の前記酸溶液を接触させる時間が10分以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法。   The manufacturing method of the wafer for solar cells of any one of Claims 1-5 whose time to contact the said acid solution of the said 3rd process is 10 minutes or less. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池用ウェーハの製造方法における工程に加えて、該太陽電池用ウェーハで太陽電池セルを作製する工程をさらに有する太陽電池セルの製造方法。   The manufacturing method of the photovoltaic cell which further has the process of producing a photovoltaic cell with this wafer for solar cells in addition to the process in the manufacturing method of the wafer for solar cells of any one of Claims 1-6. 請求項7に記載の太陽電池セルの製造方法における工程に加えて、該太陽電池セルから太陽電池モジュールを作製する工程をさらに有する太陽電池モジュールの製造方法。
The manufacturing method of the solar cell module which further has the process of producing a solar cell module from this photovoltaic cell in addition to the process in the manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 7.
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