JPH0897454A

JPH0897454A - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH0897454A
Application number: JP6227720A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakaya; 浩明中弥; Toru Nunoi; 徹布居; Hiroshi Kumada; 浩熊田; Minoru Murakami; 稔村上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】多結晶シリコン基板の表面へ面方位に依存し
ない溝または凹部を形成し、表面反射率を低減して短絡
電流を向上させた量産性に富む太陽電池の製造方法を提
供する。【構成】多結晶シリコン基板１１の表面に液状感光性
樹脂をコーティングし、基板表面に形成すべき溝または
凹部の形状に対応して液状感光性樹脂をエッチングして
開口部８２を形成しつつ多結晶シリコン基板１１をマス
ク８１する。そして、その開口部を通して基板表面に砥
粒２４を噴射してエアーブラスト加工を施すことによ
り、多結晶シリコン基板１１の表面に面方位に依存する
ことなく溝または凹部を効率良くかつ精度良く形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の製造方法に
係り、特には、多結晶シリコン基板の表面に溝または凹
部を形成する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン太陽電池において、表面への凹
凸形成による表面反射率の低減は光電変換効率の高効率
化を図る技術の一つとして重要なものとなっている。

【０００３】従来、単結晶シリコン基板を用いた太陽電
池においては、（１００）面をもつ基板をアルカリ溶液
中でエッチングを行うことによって、表面に一様なピラ
ミッド状の凹凸を形成できるため、表面反射率の低減に
重要な役割を果たす。

【０００４】しかしながら、低コスト化に有効な多結晶
シリコン基板を用いる場合、基板内の面方位が様々であ
るため、結晶の面方位に依存するアルカリ溶液中のエッ
チングでは表面に一様なピラミッド状の凹凸が形成でき
ず、そのため表面反射率も低減されない。

【０００５】そこで、近年、多結晶シリコンにおいて
は、結晶の面方位に依存せずに表面反射率を低減する方
法として、基板表面にＶ字状またはＵ字状の断面形状を
もつ溝または凹部を加工する方法が開発されている。溝
または凹部の加工方法としては、基板表面にレジストを
塗布し、パターニングをした後にエッチングする化学的
加工法や、レーザービーム、ダイシングマシーン等を用
いた機械的加工法が提案されている。

【０００６】太陽電池としては、溝または凹部が形成さ
れた基板にＰ元素やＢ元素等の不純物を拡散することに
よって接合を形成し、次いで受光面と裏面に電極を形成
することによって完成する。受光面電極の形成法として
は、蒸着法や金属ペーストのスクリーン印刷法等がある
が、低コスト化を要求される太陽電池においては、金属
ペーストのスクリーン印刷法が一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、面方
位に依存しない加工法としては、様々な方法が開発され
ている。しかしながら、上記の方法により表面に溝が形
成された低コストな太陽電池が量産された例はない。そ
の理由は、上記の方法は、加工時間が長く量産性が低
い、表面反射率低減の効果が低い、工程が複雑でコスト
がかかる等のいずれかの問題点があるためである。以
下、これらについて詳しく述べる。

【０００８】まず、エッチングによる化学的加工法にお
いて、多結晶シリコン基板に対してアルカリ溶液を用い
た異方性エッチングでは、面方位によりエッチング速度
が異なるため、基板表面に均一に溝または凹部を形成す
ることができない。また、酸溶液を用いた等方性エッチ
ングでは、エッチングが横方向にも進行するため、アス
ペクト比（溝の幅と深さの比）が低く、表面反射率低減
の効果が少ない。

【０００９】レーザービームによる加工方法は、溝の形
成が１本ずつであり量産性に劣ることが問題である。ま
た、多数のレーザービームを同時に照射する方法では、
高価なレーザー加工機を複数台必要としコストがかかる
ことが問題である。

【００１０】ダイシングマシーンによる加工方法は、コ
スト的には比較的安価であるが、基板表面の溝は１本な
いしは数本ずつしか加工されないため、量産性の点で充
分とはいえない。

【００１１】さらに、基板表面に形成された溝または凹
部の上にスクリーン印刷法で受光面電極を形成する場
合、溝や凹部の底に沿って金属ペーストが拡がり、電極
線幅が太くなる結果、電極占有率が増し、短絡電流が減
少する。また、電極面積の増加に伴って、電極の拡散層
への接触面積も増加し、電極近傍における再結合が増加
するため、開放電圧が低下するという問題がある。ま
た、溝や凹部の山部では断線が発生しやすく、曲線因子
が低下するという問題がある。これは、ダイシングマシ
ーンやレーザービームによる加工では、溝が基板表面全
面に形成され、電極形成部分の真下にも溝または凹部が
形成されることにその原因がある。

【００１２】上記したように、多結晶シリコン基板の表
面への溝または凹部の形成は表面反射率の低減には大き
な効果があり、溝または凹部の加工法として様々な方法
が開発されているが、実際には、コストの増加や量産性
に劣ることなどの問題がある。また、電極形成部分の真
下にも溝または凹部が形成された場合には、平面のとき
よりも受光面電極ペーストが拡がりやすく、占有率増加
による短絡電流の減少等の問題点がある。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、多結晶シリコン基板の表面へ面方位
に依存しない溝または凹部を形成し、表面反射率を低減
することによって短絡電流を向上させた太陽電池を量産
性に富む方法で製造する太陽電池の製造方法を提供する
ことを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１の
太陽電池の製造方法は、多結晶シリコン基板の表面に感
光性樹脂をコーティングする工程と、基板表面に形成す
べき溝または凹部の形状に対応して前記感光性樹脂をエ
ッチングして開口部を形成しつつ多結晶シリコン基板を
マスクする工程と、前記開口部を通じて基板表面に砥粒
を噴射するエアーブラスト加工を施して溝または凹部を
形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００１５】本発明に係る請求項２の太陽電池の製造方
法は、上記請求項１において、感光性樹脂のエッチング
の際に電極形成部分では感光性樹脂を残してマスク状態
とし、前記電極形成部分に相当する基板表面は平坦部と
なし、この平坦部に受光面電極を形成することを特徴と
するものである。

【００１６】

【作用】請求項１においては、砥粒を噴射するエアーブ
ラスト加工を多結晶シリコン基板に施して溝または凹部
を形成するから、面方位に依存しない状態で溝または凹
部を形成することができる。

【００１７】請求項２においては、受光面電極を形成す
る箇所が、エッチングの際にマスキングして得られた平
坦部であるから、受光面電極を安定良く高精度に形成す
ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る太陽電池の製造方法の実
施例を図面に基づいて詳細に説明する。また、比較のた
めに比較例についても示しておく。

【００１９】本発明の実施例による多結晶シリコン太陽
電池の構造を図１に示す。図１において、１１は多結晶
シリコン基板（Ｐ型）、１２は多結晶シリコン基板１１
の表面にエアーブラスト法によって形成された溝、１３
は多結晶シリコン基板１１の表面側にガス拡散によって
形成されたＮ型の拡散層、１４は拡散層１３の表面に熱
酸化法により形成されたＳｉＯ₂パッシベーション層、
１５は常圧ＣＶＤによって形成されたＴｉＯ₂反射防止
膜、１６は多結晶シリコン基板１１の裏面側に形成され
たＢＳＦ層（バックサーヘェイスフィールド層：Ｐ
⁺層）、１７は裏面電極、１８は受光面電極形成部分の
平坦部、１９は平坦部１８に形成された受光面電極であ
る。

【００２０】多結晶シリコン基板１１の受光面側表面に
対し、乾式のエアーブラスト法により、断面がＶ字状の
溝あるいは逆ピラミッド状の凹部を形成する。

【００２１】エアーブラスト装置の概略図を図２に示
す。図２において、２１は加工テーブル、１１は加工テ
ーブル２１に取り付けられた多結晶シリコン基板、２３
はノズル、２４は砥粒、２５は砥粒ホッパーである。多
結晶シリコン基板１１を加工テーブル２１に固定し、加
圧エアーによってノズル２３の先端から砥粒２４を多結
晶シリコン基板１１に向けて噴射し、多結晶シリコン基
板１１の表面の切削を行う。砥粒２４の材質は、Ａｌ₂
Ｏ₃，ＳｉＣ，けい石，ガラスビーズなどである。ここ
ではシリコン基板の切削に効果の高いＡｌ₂Ｏ₃の砥粒
を用いる。

【００２２】多結晶シリコン基板１１の表面はエアーブ
ラスト加工したい形状に従ってマスクされており、マス
クされていない開口部分が噴射砥粒によって切削され
る。マスクは噴射砥粒によっては切削されない弾性のあ
るものが必要であり、ここではレジン系の液状感光性樹
脂を多結晶シリコン基板１１の表面にスピンコーティン
グし、フォトリソグラフィーの技術を用いて感光性樹脂
を所要の形状にエッチングすることにより、図３〜図７
のようなマスクを多結晶シリコン基板１１の表面に形成
する。

【００２３】図３のマスク３１は、基板表面全面に対し
て一方向に平行に多数の溝を形成するように所定間隔お
きに開口部３２が設けられている。

【００２４】図４のマスク４１は、受光面電極１９に対
する電極形成部分である平坦部１８を残すために、一方
向に平行な多数の開口部４２に対して直交する状態で平
坦部マスク部分４３を有している。

【００２５】図５のマスク５１は、基板表面全面に対し
て多数の逆ピラミッド状の凹部を形成するように格子状
に形成されており、格子で囲まれた部分は開口部５２と
なっている。

【００２６】図６のマスク６１は、受光面電極１９に対
する電極形成部分である平坦部１８を残すために、格子
の一部が幅広な平坦部マスク部分６２となっており、他
の部分は逆ピラミッド状の凹部を形成するように格子状
となっている。格子で囲まれた部分は開口部６３となっ
ている。

【００２７】図７のマスク７１は、受光面電極１９に対
する電極形成部分である平坦部１８だけを残すためのも
のである。

【００２８】乾式のエアーブラスト法によって多結晶シ
リコン基板の表面に形成される溝または凹部の形状は、
マスクの材質、厚みおよび開口幅と砥粒の材質および粒
径とが密接に係わっている。マスクの材質は弾力性のあ
るものが適しており、ここではレジン系の液状感光性樹
脂を用いており、また、砥粒は切削能力に優れているア
ルミナ系のものを用いている。

【００２９】図８は乾式のエアーブラスト法の様子を詳
しく示すものである。図８において、１１は多結晶シリ
コン基板、８１は多結晶シリコン基板１１上に形成され
たマスク、８２はマスク８１が形成されていない部分で
ある開口部、２４は噴射されてきた砥粒である。ａは開
口幅、ｂはマスク８１のピッチ、ｃはマスク８１の厚み
である。Ｖ字状の溝を形成するには、開口幅ａの少なく
とも１／５以上の粒径をもつ砥粒２４が必要であり、マ
スク８１の厚みｃは粒径の２〜５倍程度であることが望
ましい。

【００３０】図８の（ａ）は切削直前の状態を示し、
（ｂ）は切削途中の状態を示し、（ｃ）は切削完了状態
を示す。上記の条件が満たされた場合、砥粒２４はマス
ク８１の上面に衝突すると跳ね返り、開口部８２を通っ
た砥粒２４およびマスク８１の側面に衝突した砥粒２４
は多結晶シリコン基板１１の表面に衝突し、その表面を
順次切削していく。最終的には、（ｃ）に示すように、
Ｖ字状の溝８３が多結晶シリコン基板１１の表面に形成
される。Ｖ字状の凹部の場合も同様である。ｄは溝の深
さ、θは溝底角、Ｒは溝底半径を示す。

【００３１】〔第１実施例〕多結晶シリコン基板１１の
表面に図３に示すレジン系の液状感光性樹脂によるマス
ク３１を施した。マスク３１の厚みは５０μｍとし、開
口幅とピッチとを、１００μｍと２００μｍ、５０μｍ
と１００μｍ、３０μｍと６０μｍに変化させて、この
３種類についてエアーブラスト加工の検討を行った。用
いた砥粒２４は、粒径２０〜３０μｍのＡｌ₂Ｏ₃であ
り、加圧エアー圧力は３．１ｋｇ／ｃｍ²、ノズル２３
の直径は８ｍｍ、加工面積３０ｍｍ×１００ｍｍ、加工
時間は３０秒の条件で実験を行った。結果を表１に示
す。

【００３２】

【表１】

【００３３】マスクの開口幅とピッチが１００μｍと２
００μｍのものについては、溝形状はＶ字状で、溝底角
５５°、溝底半径１５μｍ、深さ９０μｍの溝が形成さ
れた。開口幅とピッチが５０μｍと１００μｍのものに
ついては、溝形状がＶ字状で、溝底角４５°、溝底半径
１３μｍ、深さ約６５μｍの溝が形成された。開口幅と
ピッチが３０μｍと６０μｍのものについては、シリコ
ン基板と一緒にマスクも切削されてしまい、溝を形成す
ることができなかった。

【００３４】上記実験結果をもとに、マスクの厚みを５
０μｍ、開口幅とピッチを５０μｍ、１００μｍとし、
多結晶シリコン基板１１の表面に図３に示すレジン系の
液状感光性樹脂でマスク３１を施し、エアーブラスト加
工の検討を行った。加工条件として、砥粒２４は粒径２
０〜３０μｍのＡｌ₂Ｏ₃を用い、直径８ｍｍのノズル
２３を３本に増やし、加工面積１００ｍｍ×１００ｍ
ｍ、加圧エアー圧力３．１ｋｇ／ｃｍ²の条件で実験を
行い、加工時間と溝の深さについて検討を行った。その
結果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】加工時間４０秒で深さ７０μｍ程度のＶ字
状の溝が形成できることが分かった。

【００３７】以上の実験から加工条件が分かったので、
次に、図４に示す形状のマスク４１を用いて、その平坦
部マスク部分４３により受光面電極１９に対する電極形
成部分である平坦部１８を残すようにして乾式のエアー
ブラスト加工を行った。マスク４１の厚みは５０μｍ、
電極の寸法に合わせて主電極部分は１．５ｍｍ幅、グリ
ッド電極部分は２．５ｍｍピッチで、１５０μｍ幅でマ
スクされており、他の溝形成部分は、開口幅とピッチが
５０μｍと１００μｍである。加工条件は上記と同様に
深さ７０μｍの溝が形成されるように加工時間を４０秒
とした。以上の条件でエアーブラスト加工を行ったとこ
ろ、平坦部マスク部分４３の下側において多結晶シリコ
ン基板１１の表面に平坦部１８を残すことができ、他の
部分には幅５０μｍでピッチ１００μｍ、深さ７０μｍ
のＶ字状の溝を形成することができた。

【００３８】〔比較例〕比較のため、ダイシングマシー
ンによって溝を形成した。このとき、第１実施例に対応
させるため、ダイシングマシーンのブレードの厚みを５
０μｍ、溝の深さを７０μｍ、溝のピッチを１００μｍ
とした。溝のピッチが１００μｍであるため、１００ｍ
ｍ角の基板へは１０００本の溝を形成した。カットスピ
ードは比較的高速である約１００ｍｍ／ｓとしたが、ダ
イシングマシーンに装着できるブレードは１枚であるた
め、基板１枚当たりの加工時間は約３０分も要した。

【００３９】第１実施例（図１）に戻って、上記のよう
にエアーブラスト加工によって溝１２を形成した多結晶
シリコン基板１１を洗浄した後、加工時のダメージ層を
除去するために、フッ酸と硝酸の混合溶液によって基板
のエッチングを行った。次に、ＰＯＣｌ₃を用いたガス
拡散によって多結晶シリコン基板１１の表面にＮ型の拡
散層１３を形成し、その表面に熱酸化法によりＳｉＯ₂
パッシベーション層１４を形成し、さらにＳｉＯ₂パッ
シベーション層１４の上に常圧ＣＶＤによりＴｉＯ₂反
射防止膜１５を形成した。次いで、エッチングにより裏
面の不要な拡散層を取り除いた後、ＢＳＦ層１６および
裏面電極１７をＡｌペーストの印刷・焼成によって形成
した。次いで、銀ペーストをスクリーン印刷法によって
電極形成部分である平坦部１８に印刷し、これを乾燥・
焼成することによって受光面電極１９を形成した。以上
の工程によって、本発明による太陽電池が完成した。

【００４０】本実施例により作製した太陽電池の光電変
換特性を比較例の太陽電池の特性と併せて表３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】本実施例により作製した太陽電池は、比較
例の太陽電池に比べると、短絡電流Ｉ_SC、開放電圧
Ｖ_OC、曲線因子ＦＦ、変換効率（エフィシエンシィ）η
のいずれもが向上している。これは、電極の占有率およ
び接触面積の低減がなされ、かつペーストの断線が発生
していないことを示すものである。

【００４３】〔第２実施例〕第２実施例では、多結晶シ
リコン基板１１の表面に図６に示すレジン系の液状感光
性樹脂からなるマスク６１を施した。マスク６１の厚み
は５０μｍとし、マスク部分（格子部分）は５０μｍ幅
の線状で開口部６３は５０μｍ角、平坦部マスク部分６
２は電極の寸法に合わせて、主電極部分は１．５ｍｍ
幅、グリッド電極部分は２．５ｍｍのピッチで、１５０
μｍ幅でマスクし、エアーブラスト加工を行った。加工
条件として、砥粒２４は粒径２０〜３０μｍのＡｌ₂Ｏ
₃を用い、直径８ｍｍのノズル２３を３本使用し、加工
面積１００ｍｍ×１００ｍｍ、加圧エアー圧力３．１ｋ
ｇ／ｃｍ²の条件で、４０秒間エアーブラスト加工を行
った。平坦部マスク部分６２の下側で多結晶シリコン基
板１１の表面に平坦部１８を残すことができ、開口部６
３に対応した他の基板表面部分に深さ７０μｍの逆ピラ
ミッド状の凹部を形成することができた。

【００４４】この後、第１実施例と同様の工程をもって
太陽電池を作製した。ただし、受光面電極１９を形成す
る際には、平坦部１８に対して銀ペーストの印刷を行っ
た。

【００４５】本実施例においても、第１実施例と同様
に、比較例よりも短絡電流、開放電圧、曲線因子ともに
上回る特性を得ることができた。

【００４６】〔第３実施例〕第３実施例では、多結晶シ
リコン基板１１に対してマスクは行わないで、砥粒２４
をランダムに噴射して切削し、多結晶シリコン基板１１
の受光表面側に凹凸を形成するエアーブラスト加工を行
った。加工条件として、砥粒２４は粒径５〜１５μｍの
Ａｌ₂Ｏ₃を用い、直径３ｍｍのノズル２３を３本使用
し、加工面積１００ｍｍ×１００ｍｍ、加圧エアー圧力
２．６ｋｇ／ｃｍ²の条件で、４０秒間加工を行った。
これにより、多結晶シリコン基板１１の表面全体に不定
形な数μｍの凹凸を形成することができた。

【００４７】〔第４実施例〕第４実施例では、図７に示
すように、多結晶シリコン基板１１のうち電極形成部分
だけにレジン系の液状感光性樹脂からなるマスク７１を
施し、砥粒２４をランダムに噴射して切削し、受光表面
側の電極形成部分以外の基板表面に凹凸を形成し、電極
形成部分には凹凸を形成しないで平面のまま残すエアー
ブラスト加工を第３実施例と同じ条件で行った。マスク
７１に覆われた電極形成部分には平面を残すことがで
き、他の基板表面部分には不定形な数μｍの凹凸を形成
することができた。

【００４８】第３実施例でも第４実施例でも、その後、
第１実施例と同様の工程によって太陽電池を作製した。
ただし、受光面電極１９を形成する際には、平坦部１８
に対して銀ペーストの印刷を行った。これらの実施例に
おいても、第１実施例と同様に、比較例よりも短絡電
流、開放電圧、曲線因子ともに上回る特性を得ることが
できた。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の太陽電池の製造方法によれ
ば、砥粒を噴射するエアーブラスト加工を多結晶シリコ
ン基板に施して溝または凹部を形成するようにしたの
で、面方位に依存しない状態で溝または凹部を均一に形
成することができ、表面反射率の低減効果を増して光電
変換効率を上げることができる。また、多数の溝または
凹部を同時に形成するので、加工時間が短くてすみ、量
産性を改善してコストダウンを図ることができる。

【００５０】請求項２の太陽電池の製造方法によれば、
エッチングの際にマスキングして得られた平坦部に対し
て受光面電極を形成するから、その形成を良好に行うこ
とができ、短絡電流を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る太陽電池の構造を示す斜
視図である。

【図２】実施例の太陽電池の製造方法に用いるエアーブ
ラスト装置の概略図である。

【図３】マスクの一実施例を示す斜視図である。

【図４】マスクの他の実施例を示す斜視図である。

【図５】マスクのさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図６】マスクのさらに別の実施例を示す斜視図であ
る。

【図７】マスクのさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図８】実施例においてエアーブラスト加工を施すとき
の動作説明図である。

【符号の説明】

１１……多結晶シリコン基板１２……溝１８……平坦部１９……受光面電極２４……砥粒３１，４１，５１，６１，８１……マスク３２，４２，５２，６３，８２……開口部４３，６２……平坦部マスク部分８３……Ｖ字状の溝

フロントページの続き (72)発明者村上稔大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリコン基板の表面に感光性樹脂
をコーティングする工程と、基板表面に形成すべき溝ま
たは凹部の形状に対応して前記感光性樹脂をエッチング
して開口部を形成しつつ多結晶シリコン基板をマスクす
る工程と、前記開口部を通じて基板表面に砥粒を噴射す
るエアーブラスト加工を施して溝または凹部を形成する
工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】感光性樹脂のエッチングの際に電極形成
部分では感光性樹脂を残してマスク状態とし、前記電極
形成部分に相当する基板表面は平坦部となし、この平坦
部に受光面電極を形成することを特徴とする請求項１に
記載の太陽電池の製造方法。