JP6324904B2 - シリコン基板の表面を粗面化する方法、粗面化した基板及び粗面化した基板を備える光電池 - Google Patents
シリコン基板の表面を粗面化する方法、粗面化した基板及び粗面化した基板を備える光電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6324904B2 JP6324904B2 JP2014548006A JP2014548006A JP6324904B2 JP 6324904 B2 JP6324904 B2 JP 6324904B2 JP 2014548006 A JP2014548006 A JP 2014548006A JP 2014548006 A JP2014548006 A JP 2014548006A JP 6324904 B2 JP6324904 B2 JP 6324904B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- roughened
- density plasma
- roughening
- substrate according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 67
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 53
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 238000007788 roughening Methods 0.000 title claims description 26
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 208000016063 arterial thoracic outlet syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910021418 black silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002110 nanocone Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/035281—Shape of the body
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、シリコン基板の表面を粗面化する方法、粗面化した基板及び粗面化した基板を備える光電池に関する。
光電池を製造する際に、光電池の表面における光反射率を減少させ、光の吸収率を増大させ、光電池の効率を向上させるべく、基板の表面を粗面化することが広く行われている。粗面化により、シリコンの表面に、ナノおよび／またはミクロン単位の構造が形成される。公知の方法では、ミクロン単位のピラミッドもしくはナノワイヤ、及びナノコーンが形成される。
これらの方法は、光電池の表面反射率を減少させるが、他のシリコン層を表面に付着させる時に、問題が生じる
非特許文献１では、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングにより、シリコン基板ｃ−Ｓｉ（１００）の表面に、逆ピラミッドが形成される。
非特許文献１では、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングにより、シリコン基板ｃ−Ｓｉ（１００）の表面に、逆ピラミッドが形成される。
しかし、反射率を顕著に減少させるにもかかわらず、この方法は、ＫＯＨ、もしくはＮａＯＨ溶液のような化学溶液、及び脱イオン水を多量に必要とするので、環境基準に適合させるべく、適当な方法で処理しなくてはならない。そのため、長い時間と、多額の費用を必要とし、また環境汚染を引き起こすという欠点がある。
もう１つの方法は、非特許文献２若しくは特許文献１に開示されている。この方法は、結晶性シリコン基板ｃ−Ｓｉ（１００）の表面を粗面化するべく、プラズマＳＦ６／０２によるドライエッチング法に基づくものである。
しかし、シリコン基板の表面に、多数の針状物もしくはピラミッドを形成して、反射率を減少させることが可能であるにもかかわらず、別のシリコン層を付着させることが困難、もしくは、ほぼ不可能である。更に、ＳＦ６は、環境、特に温室効果の点で、好ましくない。
マーチン・エイ・グリーン（Ｍａｒｔｉｎ Ａ Ｇｒｅｅｎ）， ジアンフア・ザオ（Ｊｉａｎｈｕａ Ｚｈａｏ）、アイフア・ワン（Ａｉｈｕａ Ｗａｎｇ）、スチュアート・アール・ウェンハム（Ｓｔｕａｒｔ Ｒ Ｗｅｎｈａｍ）著「アイ・イー・イー トランザクションズ オン エレクトロニク ディバイシーズ」（ＩＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、１９９９年、４６巻、１０号、１９４０〜１９４７頁
ジェイ・ユー（Ｊ Ｙｏｏ）、キュンゲー・キム（Ｋｙｕｎｇｈａｅ Ｋｉｍ）、エム・タミルサルヴァン（Ｍ． Ｔｈａｍｉｌｓａｌｖａｎ）、エヌ・ラクシュミナラヤン（Ｎ． Ｌａｋｓｈｍｉｎａｒａｙａｎ）、ヤング・クック・キム（Ｙｏｕｎｇ Ｋｕｋ Ｋｉｍ）、ジャエオン・リー（Ｊａｅｈｙｅｏｎｇ Ｌｅｅ）、クオン・ジョン・ユー（Ｋｗｏｎ Ｊｏｎｇ Ｙｏｏ）、ジュンシン・イ（Ｊｕｎｓｈｉｎｎ Ｙｉ）著「ジャーナル・オブ・フィジックス・ディー・アプライド・フィジックス」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ： Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２００８年、４１巻、１２５２０５頁
本発明の目的は、上記の欠点を克服することにある。
この目的のため、シリコン基板の表面を粗面化して、反射率を減少させ、光電池に好適な表面を形成する方法が提供される。
この目的のため、シリコン基板の表面を粗面化して、反射率を減少させ、光電池に好適な表面を形成する方法が提供される。
本発明は、シリコン基板の表面を粗面化する方法であって、１００Ｖと３００Ｖとの間で、前記基板をバイアスするとともに、１．５Ｗ／ｃｍ２と６．５Ｗ／ｃｍ２の間の範囲の出力で、Ａｒ若しくはＡｒとＨ２の混合物よりなる高密度プラズマに、前記表面を露出することを特徴とする方法に関する。
以下の特徴が単独で、若しくは組み合わされて適用されることがある。
本発明の第１の変形例では、プラズマが、マトリックス分散型電子サイクロトロン共鳴型（ＭＤＥＣＲ）の高密度プラズマである。
本発明の第１の変形例では、プラズマが、マトリックス分散型電子サイクロトロン共鳴型（ＭＤＥＣＲ）の高密度プラズマである。
第２の変形例では、プラズマが、誘導結合（ＩＣＰ）により生成された高密度プラズマである。
第３の変形例では、高密度プラズマが、共鳴誘導結合により生成されたプラズマ、即ちヘリコンプラズマである。
第４の変形例では、プラズマが、膨張型熱プラズマＥＴＰである。
第１の観点によれば、プラズマは、ＡｒとＨ２との混合物であり、水素の流量がＡｒの流量よりも少ない。
より正確にいえば、Ａｒの流量は、水素の流量の３倍である。
第２の観点によれば、照射段階の作動圧力は、０．７パスカルである。
第３の観点によれば、Ａｒ若しくはＡｒとＨ２との混合物よりなるプラズマに対する、表面の露出時間は、１分より長く、例えば１分と３０分との間である。
更に、Ａｒ若しくはＡｒとＨ２との混合物よりなるプラズマに、表面を露出する前に、ミクロン単位のピラミッド構造を形成させる。
別の観点によれば、シリコン基板は、磨かれ、エッチングされ、粗くギザギザにされた結晶性シリコンよりなり、（１００）面若しくは（１１１）面を有する。
また本発明によれば、多数の微細な巻回面構造が形成された粗化面を備えることを特徴とするシリコン基板が提供される。
第１の観点によれば、上記巻回面構造は、各々単位的な構造を有する。
第２の観点によれば、粗面化された表面は、上記巻回面構造と複合化されたピラミッドの形状の構造である。
高密度プラズマの照射は、上記巻回面構造が、約２００ｎｍの高さと、２０ｎｍの厚さであるように調節される。
本発明の別の観点によれば、上記巻回面構造における単位構造の平均外径は、１５０ｎｍと２５０ｎｍの間である。
本発明の更に別の観点によれば、上記複合化構造の平均外径と高さは、ピラミッド構造のものに等しい。
シリコン基板は、磨かれ、エッチングされるか、粗いギザギザの状態の（１００）面若しくは（１１１）面を有する結晶性シリコンよりなっている。
上記のシリコン基板は、上記の方法により得られる。
本発明は、また、上記の粗面化された表面を備えるシリコン基板を備える光電池装置にも関する。
本発明の一実施例によれば、光電池装置は、薄いフィルムよりなっている。
本発明の別の実施例によれば、光電池装置は、単結晶シリコン、特にヘテロ接合光電池よりなっている。
本発明の他の利点及び特徴については、図面に基づく以下の説明より明らかになると思う。
本発明は、シリコン基板の表面を粗面化する方法において、前記表面を、Ａｒ若しくはＡｒと水素の混合物よりなるプラズマに露出する段階を含み、このプラズマは、１．５Ｗ／ｃｍ２と６．５Ｗ／ｃｍ２との間の範囲の出力の高密度プラズマであり、バイアス電圧は、基板ホルダにＲＦ電圧を適用して得た１００Ｖと３００Ｖとの間である方法に関する。
この高密度プラズマは、例えば、ＭＤＥＣＲ即ちマトリックス分散型電子サイクロトロン共鳴（Ｍａｔｒｉｘ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、若しくはマルチ双極性電子サイクロトロン共鳴（Ｍｕｌｔｉ Ｄｉｐｏｌａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＩＣＰ、即ち誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）、もしくはＥＴＰ即ち膨張型熱プラズマ（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ）により生成される。
第１の実施例においては、ＡｒもしくはＡｒと水素との混合物よりなる高密度プラズマは、ＭＤＥＣＲ反応炉により生成されたＭＤＥＣＲプラズマであるのがよい。このＭＤＥＣＲ反応炉は、それ自体公知であるので、詳細な説明は省略する。
ＭＤＥＣＲ反応炉の１つは、フランスのエコールポリテクニクに対し、２０１０年９月２８日に提出された、ローラン・クロエリ（Ｌａｕｒｅｎｔ Ｋｒｏｅｌｙ）による「マトリックス分散型電子サイクロトロン共鳴プラズマによる微結晶性シリコン薄フィルム及び太陽電池の高率付着性における方法と材料の挑戦」、特に、６８頁以降のＡＴＯＳ型のＭＤＥＣＲ反応炉に記載され、本発明による基板処理法の説明に使用しうる。また、フランス国特許第２８３８０２０号に、このような反応炉が記載されている。
このような反応炉においては、プラズマを生成する電子の多極性の閉じ込めが実施されている。
第２の実施例によれば、ＡｒもしくはＡｒと水素との混合物よりなる高密度プラズマは、誘導結合プラズマＩＣＰ、もしくは共鳴誘導結合プラズマ（ヘリコンプラズマ）であるのがよい。この目的で好適なＩＣＰプラズマ発生装置は、例えば、米国特許公開第２０１０／００８３９０２号に記載されている。このような発生装置においては、磁場が時間とともに変わる磁気誘導により生成される電流によって、エネルギーが供給される。
第３の実施例によれば、ＡｒもしくはＡｒとＨ２との混合物である高密度プラズマは、ＥＴＰプラズマである。この目的で使用される発生装置は、例えばヨーロッパ特許第２２６１３９２号に記載されている。ＥＴＰプラズマにおいては、プラズマは、カスケードアークソースで生成される。
高密度プラズマは、Ａｒ単独であるか、ＡｒとＨ２の混合物である。水素の流量は、Ａｒの流量よりも少ない。好ましくは、Ａｒの流量は、水素の流量の３倍である。
Ａｒイオンは、表面を粗面化する作用があり、水素は、粗面化した全表面を均一化する作用がある。このプラズマの作動圧力は、１．３パスカル（１０ｍｔｏｒｒ）であり、好適には０．７パスカル（５ｍｔｏｒｒ）である。
上記のプラズマに対する露出時間は、１分より長く、１分と３０分の間である。バイアス電圧が高い程、エッチング率を高くすることができ、かつ露出時間を減少させることが可能である。
バイアス電圧が１００Ｖであると、１２ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率が得られる。この実施例では、少なくとも３０分間のプラズマ露出時間が推奨される。２００Ｖのバイアス電圧であると、純粋のＡｒで、２００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率が得られ、露出時間を１分と２０分の間に減少させる。
バイアス電圧が１００Ｖであると、１２ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率が得られる。この実施例では、少なくとも３０分間のプラズマ露出時間が推奨される。２００Ｖのバイアス電圧であると、純粋のＡｒで、２００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング率が得られ、露出時間を１分と２０分の間に減少させる。
表面を粗面化されたシリコン基板は、（１００）面若しくは（１１１）面を有する結晶性シリコンで、磨かれたり、エッチングされたり、粗くギザギザを付けられている。特に、５〜５０μｍの厚さで、剛性若しくは可撓性のシリコンの、超薄フィルムが好ましい。
基板の構造としては、以下のように、２種類の構造、即ち、巻回面構造のみを形成した基板、及び巻回面構造とエッチングパターンの複合化構造を形成した構造がある。
図１及び図２は、磨かれたり、粗くギザギザを付けられたシリコン基板の表面における粗面化構造を走査電子顕微鏡により得た像を示している。
新規の粗面化は、巻回面構造、特に螺旋状若しくはスクロール状の構造として得られる。「巻回面構造」とは、溝により分離され、基板の表面に設けられた、ほぼ垂直の壁よりなり、バラの花の形状に類似している。これは、単位的構造を有しており、即ち、巻回面構造は同心状に形成されている。
この単位的構造（例えば、「ばらの花状」）の平均高さは、ほぼ２００ｎｍで、平均外径は、１５０ｎｍと２５０ｎｍとの間である。外径とは、単位的構造における外側面同士の間の直径距離を意味する。巻回面構造の厚さは、２０ｎｍである。
図３と図４は、例えば、既にエッチングしたＳｉ基板の表面に、ミクロン単位のピラミッド構造を生成し、粗面化した表面を、走査電子顕微鏡で見た像を示している。
図３と図４は、例えば、既にエッチングしたＳｉ基板の表面に、ミクロン単位のピラミッド構造を生成し、粗面化した表面を、走査電子顕微鏡で見た像を示している。
本発明による新規な粗面化面は、最初のミクロン単位のエッチングパターン（ピラミッド構造）に、ナノメートル単位の巻回面構造を、複合化した形状、即ち、バイナリーもしくは連結した構造で得られる。複合化した構造の単位は最初のエッチングパターンのものと等しい。
図５において、曲線１は、ＭＤＥＣＲプラズマで照射される前に、磨いたシリコン基板Ｆｚ（１００）の波長の関数として、反射率を示すものである。曲線２は、同一の試料にプラズマを照射した後の結果を示すものである。
反射率における顕著な減少は、青色の短い波長の時に観察される。磨かれたウエーハについて、青色の領域、即ち５００ｎｍ以下の波長では、反射率は、８８．７％減少し、赤色の領域、即ち５００ｎｍ以上の波長では、５６％の減少が観察される。
そこで、高エネルギー領域、即ち青色の領域で、光の吸収が高まると、電池の変換効率は増大する。
はるかに好適な環境条件で、「ブラックシリコン」を形成する新規な粗面化が得られるので、上記の方法は、非常に有利である。
粗面化方法に従来使用されているＳＦ６は、地球温暖化の指数が２２８００であるのに対し、水素の指数は０であり、Ａｒは５．８であるので、地球温暖化に対し、無視しうる数値である。
また、この方法では、２００℃以下の「低温度方法」を使用している。
更に、この方法は、１つの化学的エッチング段階を省略し、連続的なプラズマ照射によりなされる。
１つの変形例によれば、上記に述べた方法を、化学的ウェットプロセスと組み合わせた粗面化方法も提供される。ナノメートル単位の粗面化方法に、ミクロン単位の粗面化方法を組み合わせ、バイナリー即ち結合された構造のようなマルチスケールの粗面化方法が提供される。
この目的のために、Ａｒ若しくはＡｒと、Ｈ２との混合物の高密度プラズマに露出する前に、ミクロン単位のピラミッド構造を生成する段階が実施される。
ウェットプロセスを使用する粗面化方法については、例えば、国際公開第ＷＯ２０１１／０２３８９４号公報に記載されている。
図５における曲線３は、複合化構成の反射率スペクトルを示している。この場合、赤色領域における反射率は、Ａｒ若しくはＡｒとＨ２の混合物の高密度プラズマ単独による場合に比べ、更に減少している。
磨かれたウエハーに対する複合化された粗面化方法は、波長５００ｎｍ以下の青色の領域においては、プラズマ法により、反射率が、８８．７％減少し、波長５００ｎｍ以上の赤色領域においては、化学プロセスにより、６５％減少する。
本発明は、また、上記のように粗面化された表面を有する基板を備える光電池装置を提供するもので、巻回面構造のみを形成した基板、又は巻回面構造とエッチングパターン（ピラミッド構造）の複合化構造を形成した基板を備える装置を提供する。
光電池装置は、薄いフィルム、若しくは単結晶性シリコンを備え、特にヘテロ結合装置である。
Claims (23)
- シリコン基板の表面を粗面化する方法であって、
前記シリコン基板にＲＦ電圧を印加することにより得られた１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内のバイアス電圧で、前記シリコン基板をバイアスするとともに、１．５Ｗ／ｃｍ２〜６．５Ｗ／ｃｍ２の範囲内の出力で、Ａｒ又はＡｒとＨ２の混合物よりなる高密度プラズマに、前記シリコン基板の表面を露出させ、もって、前記シリコン基板の表面に、ナノメートル単位の多数の微細な巻回面構造を形成することを特徴とする方法。 - 前記高密度プラズマは、マトリックス分散型電子サイクロトロン共鳴型（ＭＤＥＣＲ）の高密度プラズマである、請求項１記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記高密度プラズマは、誘導結合（ＩＣＰ）により生成された高密度プラズマである、請求項１記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記高密度プラズマは、共鳴誘導結合により生成されたプラズマ、即ちヘリコンプラズマである、請求項１記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記高密度プラズマは、膨張型熱プラズマＥＴＰである、請求項１記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記ＡｒとＨ２との混合物からなる高密度プラズマにおいて、水素の流量がＡｒの流量よりも少ない、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- Ａｒの流量は、水素の流量の３倍である、請求項６に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記高密度プラズマに、前記シリコン基板の表面を露出させる露出段階における前記高密度プラズマの作動圧力は、０．７パスカルである、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記Ａｒ又はＡｒとＨ２との混合物よりなる高密度プラズマに対する、前記シリコン基板の表面の露出時間を、１分より長くする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記Ａｒ又はＡｒとＨ２との混合物よりなる高密度プラズマに対する、前記シリコン基板の表面の露出時間を１分〜３０分の範囲内とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記Ａｒ又はＡｒとＨ２との混合物よりなる高密度プラズマに、前記シリコン基板の表面を露出する前に、前記シリコン基板の表面にミクロン単位のピラミッド構造を形成する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- 前記高密度プラズマに露出させる前のシリコン基板が、磨かれるか、エッチングされるか、粗くギザギザにされた、（１００）面若しくは（１１１）面を有する結晶性シリコンよりなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシリコン基板の表面を粗面化する方法。
- ナノメートル単位の多数の微細な巻回面構造が形成された粗化面を備えることを特徴とする粗面化シリコン基板。
- 前記多数の巻回面構造は、各々単位的な構造を有する、請求項１３記載の粗面化シリコン基板。
- 前記粗化面は、前記巻回面構造と複合化されたピラミッド状の構造を有する、請求項１３又は１４記載の粗面化シリコン基板。
- 前記巻回面構造は、約２００ｎｍの高さと、２０ｎｍの厚さを有する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の粗面化シリコン基板。
- 前記巻回面構造における単位構造の平均外径は、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内である、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の粗面化シリコン基板。
- 前記巻回面構造と前記ピラミッド状構造とが複合化された構造の平均外径と高さは、前記ピラミッド状構造のものと各々等しい、請求項１５又は請求項１５を引用する請求項１６もしくは１７に記載の粗面化シリコン基板。
- 磨かれるか、エッチングされるか、粗いギザギザにされた状態の（１００）面若しくは（１１１）面を有する結晶性シリコンよりなるシリコン基板の表面上に、前記巻回面構造が形成されている、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の粗面化シリコン基板。
- 請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の、前記粗化面を有する粗面化シリコン基板を備える光電池装置。
- 薄いフィルム状の装置である、請求項２０に記載の光電池装置。
- 単結晶シリコンを含む、請求項２０記載の光電池装置。
- ヘテロ接合光電池である、請求項２２に記載の光電池装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1104038A FR2984769B1 (fr) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium, substrat structure et dispositif photovoltaique comportant un tel substrat structure |
| FR1104038 | 2011-12-22 | ||
| PCT/EP2012/076338 WO2013092833A1 (fr) | 2011-12-22 | 2012-12-20 | Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium, substrat structure et dispositif photovoltaïque comportant un tel substrat structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015502670A JP2015502670A (ja) | 2015-01-22 |
| JP6324904B2 true JP6324904B2 (ja) | 2018-05-16 |
Family
ID=47469993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014548006A Active JP6324904B2 (ja) | 2011-12-22 | 2012-12-20 | シリコン基板の表面を粗面化する方法、粗面化した基板及び粗面化した基板を備える光電池 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140338744A1 (ja) |
| EP (1) | EP2795677B1 (ja) |
| JP (1) | JP6324904B2 (ja) |
| KR (1) | KR20140105603A (ja) |
| CN (1) | CN104488090B (ja) |
| AU (1) | AU2012357017B2 (ja) |
| FR (1) | FR2984769B1 (ja) |
| MX (1) | MX344326B (ja) |
| WO (1) | WO2013092833A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA201404027B (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101965343B1 (ko) * | 2017-11-28 | 2019-04-03 | 와이아이테크(주) | 결정질 태양전지용 플라즈마 텍스처링 방법 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2744350B2 (ja) * | 1990-11-22 | 1998-04-28 | キヤノン株式会社 | 半導体基板およびその製造方法 |
| US7053002B2 (en) * | 1998-12-04 | 2006-05-30 | Applied Materials, Inc | Plasma preclean with argon, helium, and hydrogen gases |
| US6474258B2 (en) * | 1999-03-26 | 2002-11-05 | Tokyo Electron Limited | Apparatus and method for improving plasma distribution and performance in an inductively coupled plasma |
| FR2838020B1 (fr) | 2002-03-28 | 2004-07-02 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de confinement de plasma |
| WO2005087977A1 (en) | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Exatec, Llc | Expanding thermal plasma deposition system |
| JP2006253366A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置製造方法 |
| WO2008007944A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Technische Universiteit Eindhoven | Method and device for treating a substrate by means of a plasma |
| EP1918965A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-07 | Dow Corning Corporation | Method and apparatus for forming a film by deposition from a plasma |
| EP1918414A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-07 | Dow Corning Corporation | Film deposition of amorphous films with a graded bandgap by electron cyclotron resonance |
| KR101393785B1 (ko) * | 2007-05-21 | 2014-05-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 |
| US8071872B2 (en) * | 2007-06-15 | 2011-12-06 | Translucent Inc. | Thin film semi-conductor-on-glass solar cell devices |
| JP5425404B2 (ja) * | 2008-01-18 | 2014-02-26 | 東京エレクトロン株式会社 | アモルファスカーボン膜の処理方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法 |
| US20100236607A1 (en) * | 2008-06-12 | 2010-09-23 | General Electric Company | Monolithically integrated solar modules and methods of manufacture |
| KR20100037765A (ko) | 2008-10-02 | 2010-04-12 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마 발생장치 |
| KR20120003859A (ko) * | 2009-03-17 | 2012-01-11 | 아이엠이씨 | 플라즈마 텍스처링 방법 |
| FR2949276B1 (fr) * | 2009-08-24 | 2012-04-06 | Ecole Polytech | Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium et substrat de silicium texture pour cellule solaire |
| US8765611B2 (en) * | 2009-11-09 | 2014-07-01 | 3M Innovative Properties Company | Etching process for semiconductors |
| US20110120536A1 (en) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Dapeng Wang | Roughness control of a wavelength selective reflector layer for thin film solar applications |
| US8187979B2 (en) * | 2009-12-23 | 2012-05-29 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Workpiece patterning with plasma sheath modulation |
| JP2011254041A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-15 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置 |
| US9847225B2 (en) * | 2011-11-15 | 2017-12-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US20130140592A1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Light emitting diode with improved light extraction efficiency and methods of manufacturing same |
-
2011
- 2011-12-22 FR FR1104038A patent/FR2984769B1/fr active Active
-
2012
- 2012-12-20 EP EP12808817.6A patent/EP2795677B1/fr active Active
- 2012-12-20 WO PCT/EP2012/076338 patent/WO2013092833A1/fr active Application Filing
- 2012-12-20 KR KR1020147020589A patent/KR20140105603A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-12-20 JP JP2014548006A patent/JP6324904B2/ja active Active
- 2012-12-20 US US14/367,607 patent/US20140338744A1/en not_active Abandoned
- 2012-12-20 MX MX2014007392A patent/MX344326B/es active IP Right Grant
- 2012-12-20 AU AU2012357017A patent/AU2012357017B2/en active Active
- 2012-12-20 CN CN201280070503.5A patent/CN104488090B/zh active Active
-
2014
- 2014-06-03 ZA ZA2014/04027A patent/ZA201404027B/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA201404027B (en) | 2016-08-31 |
| FR2984769A1 (fr) | 2013-06-28 |
| FR2984769B1 (fr) | 2014-03-07 |
| US20140338744A1 (en) | 2014-11-20 |
| WO2013092833A1 (fr) | 2013-06-27 |
| JP2015502670A (ja) | 2015-01-22 |
| AU2012357017B2 (en) | 2016-04-14 |
| KR20140105603A (ko) | 2014-09-01 |
| EP2795677B1 (fr) | 2020-05-06 |
| CN104488090A (zh) | 2015-04-01 |
| MX2014007392A (es) | 2015-10-09 |
| EP2795677A1 (fr) | 2014-10-29 |
| MX344326B (es) | 2016-12-13 |
| AU2012357017A1 (en) | 2014-08-07 |
| CN104488090B (zh) | 2018-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5661771B2 (ja) | シリコン基板の表面のテクスチャリング方法および太陽電池用のテクスチャード加工シリコン基板 | |
| Moreno et al. | Plasma texturing for silicon solar cells: From pyramids to inverted pyramids-like structures | |
| JP5336539B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| WO2011125101A1 (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| US11527673B2 (en) | Method of texturing semiconductor substrate, semiconductor substrate manufactured using the method, and solar cell including the semiconductor substrate | |
| US9929302B2 (en) | Method for making solar cells | |
| TW201318188A (zh) | 太陽能電池 | |
| TWI506806B (zh) | 太陽能電池的製備方法 | |
| JP6324904B2 (ja) | シリコン基板の表面を粗面化する方法、粗面化した基板及び粗面化した基板を備える光電池 | |
| Yao et al. | Design and fabrication of wafer-scale highly uniform silicon nanowire arrays by metal-assisted chemical etching for antireflection films | |
| KR101076355B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| US20120090682A1 (en) | Solar Cell and Manufacturing Method Thereof | |
| Huang et al. | Fabrication of novel hybrid antireflection structures for solar cells | |
| TWI603488B (zh) | 太陽能電池的製備方法 | |
| Ramos et al. | A new passivation scheme for the performance enhancement of black silicon solar cells | |
| TWI442588B (zh) | 太陽能電池及其製備方法 | |
| JP2018067594A (ja) | 超微細突起形成方法 | |
| Li et al. | New nano-patterns generated by the self-assembling of PS spheres during ICP etching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151204 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170208 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171030 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180403 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180411 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6324904 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |