JPWO2013114589A1 - 光起電力装置の製造方法および光起電力装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

シリコン系基板（１１）の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層（１５）を形成する工程と、シリコン系基板の第１面側のうち少なくとも一部において、不純物拡散層を除去するためのエッチング工程と、を含み、エッチング工程は、第１面側において、供給位置からシリコン系基板の外縁部へ流動するエッチング流体（３３）を供給するエッチング流体供給工程と、エッチング流体供給工程におけるエッチング流体の供給に合わせて、シリコン系基板のうち第１面側とは反対の第２面側において、エッチング流体と同じ向きへエアー（３４）を供給するエアー供給工程と、を含む。

Description

本発明は、光起電力装置の製造方法および光起電力装置の製造装置に関し、特に、シリコン系基板の表面全体に形成された接合のうち、不要な部分の接合を除去するための方法に関する。

太陽電池等の光起電力装置は、その性能の向上を目的として、太陽光を効率良く装置内部に取り込み、取り込んだ光エネルギーを効率良く電気エネルギーへ変換するための工夫がなされている。性能向上のための工夫の一つとして、ＰＮ接合の分離における工夫が挙げられる。半導体素材からなる太陽電池の多くは、接合での光起電力を用いて発電する。特に、結晶系シリコンを素材に用いる場合、熱拡散によってＰＮ接合を形成することが多い。

熱拡散は、ＰＮ接合の形成方法として、量産性およびコスト面で優れた手法とされている。ただし、熱拡散の手法では、基板の受光面（おもて面）およびその裏面を問わず、基板の露出部分の全体に、拡散が及ぶこととなる。太陽電池にとってＰＮ接合を要するのは、基板の受光面側であって、その反対の裏面側や基板側面にＰＮ接合は不要とされている。受光面側、裏面側および側面にＰＮ接合が残されたままでは、受光面側と裏面側との間で電流の短絡が生じてしまい、太陽電池としての機能が損なわれることになる。

このため、光起電力装置の製造工程には、受光面側と裏面側との間の、不要な接合を分離あるいは絶縁する工程が加えられている。具体的には、プラズマ放電によるドライエッチング、レーザ加工、ウェットエッチング等の手法が、主に用いられている。

接合の分離および絶縁の工程において、光起電力装置の性能向上、高効率化のために考慮すべき点の一つとして、必要な箇所の接合を正確に残し、除去すべき箇所の接合を除去する制御性が挙げられる。また、この他に考慮すべき点の一つとして、光起電力装置の特性への悪影響を少なくするために、加工による基板へのダメージをできるだけ少なくすることが挙げられる。

ドライエッチングやレーザ加工は、一般的な水準の太陽電池への適用としては支障が少ない一方、太陽電池の高効率化を図る上では、制御性およびダメージのいずれかにおいて劣り、不向きと考えられる。ウェットエッチングは、良好な制御性およびダメージ低減の二点を両立し得る手法として、太陽電池の高効率化を図る上で適している。

ウェットエッチングを用いた接合分離に関して、例えば特許文献１には、液面および基板の、高さ方向における位置関係を精密に制御することで、受光面側の接合を残しながら裏面側の接合を除去するための技術が提案されている。

国際公開第２００５／０９３７８８号

特許文献１の技術によると、ウェットエッチングを用いた所望の接合分離を実施し得る。しかし、この手法では、水平方向へ基板を並列するのに加え、液面および基板の位置関係を精密に制御するため、大量な基板の処理を実現するには非常に広大な面積の液槽を要し、装置の大型化を招来することとなる。液面および基板の精密な制御を維持するために、基板の搬送速度やエッチング速度が制限される。また、処理間に一貫性を持たせる都合上、エッチング後の洗浄、乾燥等の処理も、エッチングと似たような形態を採ることとなる。これらのことは、生産性の向上を妨げる要因となり得る。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする、光起電力装置の製造方法、および光起電力装置の製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、シリコン系基板の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層を形成する工程と、前記シリコン系基板の第１面側のうち少なくとも一部において、前記不純物拡散層を除去するためのエッチング工程と、を含み、前記エッチング工程は、前記第１面側において、供給位置から前記シリコン系基板の外縁部へ向けて、エッチング流体を供給するエッチング流体供給工程と、前記エッチング流体供給工程における前記エッチング流体の供給に合わせて、前記シリコン系基板のうち前記第１面側とは反対の第２面側において、前記エッチング流体と同じ向きへエアーを供給するエアー供給工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる光起電力装置の製造方法によると、エッチング流体を用いたウェットエッチングにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とする。第１面側の所望の位置へエッチング流体を供給するとともに、第２面側にてエアーを供給することで、エッチング流体がシリコン系基板の側面から第２面側へ伝わるのを阻止し、接合を除去する範囲を正確に限定可能とする。適切なエッチング速度とエアーの吹き付け強度とは、少ない制約で設定することができる。また、エッチング工程は、小規模な装置内での実施が可能となる。これにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現できるという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。 図２−１は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その１）。 図２−２は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その２）。 図２−３は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その３）。 図２−４は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その４）。 図２−５は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その５）。 図２−６は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その６）。 図２−７は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である（その７）。 図３は、光起電力装置の製造装置によるエッチング工程の様子を示す概略図である。 図４は、半導体基板のうちエッチングを優先して実施する領域を説明する断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。 図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。 図７は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。

以下に、本発明にかかる光起電力装置の製造方法および光起電力装置の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１−１から１−３は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す図である。図１−１は、太陽電池セルの断面図である。図１−２は、受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。図１−３は、受光面とは反対の裏面側から見た太陽電池セルの下面図である。図１−１は、図１−２に示すＡ−Ａ断面を表している。

太陽電池セル１は、光電変換機能を有する太陽電池基板である。図１−１から１−３に示すように、太陽電池セル１は、半導体基板１１、反射防止膜１７、受光面側電極１９および裏面側電極２１を有する。半導体基板１１は、ＰＮ接合を有する。反射防止膜１７は、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）に形成されている。反射防止膜１７は、受光面での入射光の反射を防止する。

受光面側電極１９は、半導体基板の受光面側の面（おもて面）において、反射防止膜１７に囲まれて形成された第１電極である。裏面側電極２１は、半導体基板１１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された第２電極である。

半導体基板１１は、Ｐ型（第１の導電型）多結晶シリコン層１３と、該Ｐ型多結晶シリコン層１３の表面の導電型が反転したＮ型（第２の導電型）不純物拡散層１５とを有する。これらにより、半導体基板１１にはＰＮ接合が構成されている。

半導体基板１１のうちＮ型不純物拡散層１５の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸（図示省略）が高密度で形成されている。微小凹凸は、受光面において、特に反射光の角度を変えることで、複数回の反射を通じて実質的な反射率を抑え、光を閉じ込める機能を有している。

受光面側電極１９は、太陽電池セル１の表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５を含む。表銀グリッド電極２３は、半導体基板１１で発電された電気を集電するために、受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極２５は、表銀グリッド電極２３で集電された電気を取り出すために、表銀グリッド電極２３にほぼ直交して設けられている。裏面側電極２１は、半導体基板１１の裏面がなす矩形において、各辺の端から例えば０．５から２ｍｍ程度を残して、半導体基板１１の裏面のほぼ全体に形成されている。

このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のＰＮ接合面（Ｐ型多結晶シリコン層１３とＮ型不純物拡散層１５との接合面）に照射すると、ホールと電子が生成する。ＰＮ接合面の電界によって、生成した電子はＮ型不純物拡散層１５に向かって移動し、ホールはＰ型多結晶シリコン層１３に向かって移動する。

Ｎ型不純物拡散層１５には電子、Ｐ型多結晶シリコン層１３にはホールがそれぞれ過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はＰＮ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、Ｎ型不純物拡散層１５に接続した受光面側電極１９がマイナス極となり、Ｐ型多結晶シリコン層１３に接続した裏面側電極２１がプラス極となって、外部回路（図示省略）に電流が流れる。

つぎに、このような太陽電池セル１の製造方法の一例を、図２−１から２−７を参照して説明する。図２−１から２−７は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法の手順を説明するための断面図である。

半導体基板となるシリコン系基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているＰ型多結晶シリコン基板１１ａを用意する（図２−１参照）。Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの厚さや寸法は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、一例としてＰ型多結晶シリコン基板１１ａの厚みは２００μｍ、寸法は１５０ｍｍ×１５０ｍｍとする。

Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている（ダメージ層）。この表層のダメージ層は、結晶性が極めて悪く、半導体素子として十分に機能させる為には、除去する必要がある。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してＰ型多結晶シリコン基板１１ａの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。

ダメージ層の除去に続いて、Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。テクスチャー構造の形成は、例えばＰ型多結晶シリコン基板１１ａを、ＩＰＡを含有させた水酸化アルカリ水溶液によりエッチングすることで行う。

このようなテクスチャー構造をＰ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に設けることで、太陽電池セル１の受光面側で光の多重反射を生じさせる。太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることで、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。なお、図２−２から２−７においては、微小凹凸の図示を省略している。

つぎに、テクスチャー構造として表面に微小凹凸が形成されたＰ型多結晶シリコン基板１１ａを熱酸化炉へ投入し、Ｎ型の不純物であるリンの雰囲気下で加熱する。この工程によりＰ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に不純物元素であるリンを拡散させ、Ｎ型不純物拡散層１５を形成する（図２−２）。Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのうち、Ｎ型不純物拡散層１５が形成される表層に対して内側の部分は、Ｐ型多結晶シリコン層１３となる。これにより、ＰＮ接合が形成された半導体基板１１を得る。

本実施の形態では、Ｐ型多結晶シリコン基板１１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス雰囲気中において、例えば８００℃〜８５０℃の温度で加熱することにより、Ｎ型不純物拡散層１５を形成する。また、Ｎ型不純物拡散層１５のシート抵抗が３０Ω／□〜１００Ω／□、好ましくは５０Ω／□〜８０Ω／□となるようにリンの拡散を制御する。

つぎに、Ｎ型不純物拡散層１５を除去するためのエッチング工程において、半導体基板１１におけるＰＮ接合の分離を行う（図２−３）。本実施の形態では、Ｎ型不純物拡散層１５は、半導体基板１１のうち裏面側となる第１面の、外縁部およびその近傍部分について除去する。なお、エッチング工程の詳細については後述する。

接合の分離は、本実施の形態のように、拡散工程と反射防止膜の成膜工程との間に実行するのが望ましい。原理的には、接合形成後ならばどの段階で実行する事も可能なので、他の段階での実施を妨げるものではない。ただし、後に形成される構成物（反射防止膜や電極など）や、副産物が生じる場合は副産物に対し、付加的な保護や対処を要する場合が多い。したがって、そのような煩雑さを避ける為にも、この段階で実行することが望ましい。

なお、拡散工程と反射防止膜の成膜工程との間では、拡散の副産物であるリンガラスの除去も必要であるが、この２つの工程は、使用するエッチング液に応じて順序を選択すれば良い。シリコンを溶解するエッチング液の多くは、リンガラスに対してもある程度の選択比で溶解する。この場合は、まず接合分離したい箇所についてリンガラスと同時に接合を除去して、その後に他領域のリンガラス除去を行うのが、より望ましい。

この場合、分離する箇所以外のリンガラスを一時的な保護膜として利用できるので、分離箇所とそれ以外の区別を、より際立たせることができる。薬液の選択比が大きくリンガラスの溶解速度が遅い場合、上述の順番では分離加工に無駄に時間が掛かり、生産性の視点から逆に不都合になる。この場合は、全面のリンガラスを除去してから、分離加工を実行する順番とすることが望ましい。

つぎに、Ｎ型不純物拡散層１５を形成したＰ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に、光電変換効率改善のための反射防止膜１７を形成する（図２−４）。反射防止膜１７は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とする。反射防止膜１７の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用する。シランとアンモニアの混合ガスを用いて、反射防止膜１７であるシリコン窒化膜を形成する。

反射防止膜１７の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜１７として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜１７の形成には、スパッタリング法など他の成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜１７としてシリコン酸化膜を形成してもよい。

ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極１９を作製する（焼成前）。すなわち、半導体基板１１の受光面である反射防止膜１７上に、表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５の形状に、受光面側電極材料ペーストである銀ペースト１９ａをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる（図２−５）。

つぎに、裏面側電極２１を作成する（焼成前）。すなわち、半導体基板１１の裏面側にスクリーン印刷によって、裏面側電極２１の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペースト２１ａを塗布し、乾燥させる（図２−６）。

その後、ペーストを焼成することで、受光面側電極１９としての表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５と、裏面側電極２１とが得られる（図２−７）。焼成は、大気雰囲気中、例えば７５０から８５０℃の範囲で選択して実施する。焼成温度の選択は、セル構造やペースト種類を考慮して行う。また、受光面側電極１９中の銀が反射防止膜１７を貫通して、Ｎ型不純物拡散層１５と受光面側電極１９とが電気的に接続する。これにより、Ｎ型不純物拡散層１５は、受光面側電極１９と良好な抵抗性接合を得ることができる。

以上のような工程を実施することにより、図１−１から１−３に示す太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。

つぎに、本実施の形態における接合分離のためのエッチング工程の詳細について説明する。図３は、光起電力装置の製造装置によるエッチング工程の様子を示す概略図である。かかる製造装置は、ステージ３０、エッチング流体供給部３１およびエアー供給部３２を有する。

ステージ３０は、半導体基板１１が載置される載置面を備える。ステージ３０は、例えば吸着により、載置面上にて半導体基板１１を固定する。ステージ３０は、載置面に垂直な中心軸を中心として回転可能とされている。

エッチング流体供給部３１は、ステージ３０に載置された半導体基板１１の上面に、エッチング液３３を供給する。エッチング液３３は、Ｎ型不純物拡散層１５を除去するためのエッチング流体である。エアー供給部３２は、半導体基板１１の下面側においてエアー３４を供給する。

ＰＮ接合が形成された半導体基板１１は、ステージ３０に載置される。ステージ３０上にて、半導体基板１１は、外縁部およびその近傍部分をステージ３０の外側にはみ出させた状態で載置される。ステージ３０に載置された半導体基板１１の上面は、受光面側となる第１面である。半導体基板１１のうちステージ３０の載置面側の下面は、裏面側となる第２面である。製造装置は、エッチング工程において、ステージ３０を回転させながら、エッチング流体供給工程におけるエッチング液３３の供給と、エアー供給工程におけるエアー３４の供給とを同時に行う。

エッチング流体供給部３１は、ステージ３０に載置された半導体基板１１の第１面に、エッチング液３３を供給する。エッチング流体供給部３１は、第１面側において、所定の供給位置から、半導体基板１１の側面の位置である外縁部へ向けて、エッチング液３３を供給する。エッチング液３３としては、例えば、フッ酸と硝酸の混合液や、水酸化アルカリ水溶液を７０度から９０度に加熱したものが挙げられるが、特に指定は無いものとする。

エアー供給部３２は、エッチング流体供給部３１によるエッチング液３３の供給に合わせて、エアー３４を供給する。エアー供給部３２は、半導体基板１１の第２面側において、半導体基板１１のうちステージ３０からはみ出た部分の下から半導体基板１１の外縁部へ向けて、エアー３４を供給する。エアー供給部３２は、エッチング流体供給部３１がエッチング液３３を供給する向きと同じ向きへ、エアー３４を供給する。エアー３４としては、例えば、乾燥空気や窒素等が挙げられる。

半導体基板１１を回転させながらエッチング液３３を供給すると、エッチング液３３は、遠心力により、供給位置から半導体基板１１の外縁部に向けて広がり、外縁部から半導体基板１１の外へ離脱する。エッチング液３３を接触させた領域は、エッチングが進行する。リン拡散の場合、接合の深さは０．５μｍ未満である場合が大半であることから、エッチング量は、例えば、深さに換算して０．５μｍ程度分とする。先に例示した物質をエッチング液３３とする場合、シリコンに対するエッチング速度は毎分数μｍから１０μｍ程度であることから、シリコンのエッチング時間は、例えば数秒から十数秒と設定する。

仮に、エアー３４の供給を行わないこととした場合であっても、エッチング液３３のほとんどは、接合を残すべき領域と接触せずに、遠心力によって離脱する。ただし、エッチング液３３の一部が、半導体基板１１の側面から、受光面側へ廻り込むことがあり得る。半導体基板１１の受光面側へのエッチング液３３の廻り込みは、発電面積を減少させることになるため、抑止する必要がある。

本実施の形態では、遠心力に加え、エアー３４の供給により、半導体基板１１の側面から受光面側へエッチング液３３が伝わるのを確実に抑制可能とする。なお、半導体基板１１の側面におけるエッチングについては、状況に応じて適宜調整することとしても良い。

半導体基板１１の裏面におけるエッチングは、全体を対象とする場合に限られない。裏面のうち、優先してエッチングすべき対象となるのは、裏面側電極２１が形成される領域以外の領域、例えば、外縁部の数百μｍから２ｍｍ程度の範囲である。この部分に接合が残されると、裏面側電極２１との接触による短絡を生じさせることとなる。接合の分離がなされていても、分離箇所と裏面側電極２１の端部との間の部分が付近のキャリアを吸収し、発電を妨害するように作用することもある。したがって、太陽電池セル１の高効率化を達成するために、図４に示すように、半導体基板１１の裏面のうち外縁部から所定の範囲の領域が最優先となるように、エッチングを実施する。

これに対して、半導体基板１１の裏面のうち裏面側電極２１が形成される領域は、エッチングとは無関係に、電極材料の焼成に伴い、強いＰ型へと導電型が再度転換される。このため、裏面側電極２１が形成される領域以外の領域に比べて、裏面側電極２１が形成される領域は、エッチングの優先度が低くなる。裏面側電極２１が形成される領域は、エッチングをしても差し支えはないが、必須ではないものとする。エッチング流体供給部３１は、以上に述べるようにエッチングを最優先とすべき領域に十分エッチング液３３が行き渡るように、エッチング液３３の供給位置や向き、流速を設定することが望ましい。

本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法によると、エッチング液３３を用いたウェットエッチングにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とする。受光面側の所望の位置へエッチング液３３を供給するとともに、裏面側にてエアーを供給することで、エッチング液３３が半導体基板１１の側面から第２面側へ伝わるのを阻止し、接合を除去する範囲を正確に限定可能とする。

本実施の形態によると、適切なエッチング速度とエアーの吹き付け強度とを、少ない制約で設定することができ、生産性の向上が可能となる。また、本実施の形態によると、広大な面積の液槽が不要であることから、エッチング工程は、小規模な装置内での実施が可能となる。これにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現できるという効果を奏する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

エッチング流体供給部３１は、泡状のエッチング液３５を供給する。エッチング液３５は、Ｎ型不純物拡散層１５を除去するためのエッチング流体である。本実施の形態では、泡状のエッチング液３５を使用することで、通常の液体状のエッチング液を使用する場合に比べて、半導体基板１１がエッチング液３５から受ける力を軽減させる。また、エッチング液３５が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー３４の強度も軽減させることができる。

本実施の形態の場合も、実施の形態１と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態では、エッチング液３５およびエアー３４が半導体基板１１へ及ぼす力を弱められ、半導体基板１１の破損を低減させることができる。また、エアー３４の強度を軽減可能とすることで、エアー３４の供給に要する消費電力を低減できる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

エッチング流体供給部３１は、エッチング液３３を射出する方向と半導体基板１１の第１面とがなす角度θが３０度以下となるように設置されている。エッチング流体供給部３１は、半導体基板１１の面に対して３０度以下の角度でエッチング液３３を供給する。

エッチング流体供給部３１は、半導体基板１１に当てるエッチング液３３の角度が浅くなるように、例えば角度θを３０度以下とすることで、エッチング液３３の速度成分に依存する力のうち、半導体基板１１の面に対して鉛直方向に働く成分が小さくなる。また、エッチング液３３が流動する力のうち、半導体基板１１の面に対して平行な水平方向に働く成分が大きくなることで、受光面側へのエッチング液３３の廻り込み抑止に有効活用ができる。さらに、エッチング液３５が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー３４の強度も軽減させることができる。

本実施の形態の場合も、実施の形態１と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態によると、半導体基板１１に当てるエッチング液３３の角度を浅くしたことで、半導体基板１１の破損の低減と、エッチング液３３が受光面側へ伝わることを効果的に抑止することができる。エアー３４の強度を軽減可能とすることで、エアー３４の供給に要する消費電力を低減できる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４にかかる光起電力装置の製造方法のうち、エッチング工程の様子を示す概略図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

エッチング流体供給部３１は、ステージ３０に載置された半導体基板１１の下面に、エッチング液３３を供給する。エアー供給部３２は、半導体基板１１の上面側においてエアー３４を供給する。

ステージ３０に載置された半導体基板１１のうち載置面側の下面は、受光面側となる第１面である。ステージ３０に載置された半導体基板１１の上面は、裏面側となる第２面である。エッチング流体供給部３１は、半導体基板１１の第１面のうちステージ３０からはみ出た部分へエッチング液３３を供給する。エッチング流体供給部３１は、第１面側において、所定の供給位置から、半導体基板１１の側面の位置である外縁部へ向けて、エッチング液３３を供給する。

エアー供給部３２は、半導体基板１１の第２面側において、半導体基板１１上の位置から半導体基板１１の外縁部へ向けて、エアー３４を供給する。エアー供給部３２は、エッチング流体供給部３１がエッチング液３３を供給する向きと同じ向きへ、エアー３４を供給する。

エッチング流体供給部３１から供給されたエッチング液３３は、エッチング液３３自身の重力により、エッチング液３３の速度成分に依存する力のうち、半導体基板１１の面に対して鉛直方向に働く成分が小さくなる。また、エッチング液３３が流動する力のうち、半導体基板１１の面に対して平行な水平方向に働く成分が大きくなることで、受光面側へのエッチング液３３の廻り込み抑止に有効活用ができる。さらに、エッチング液３３が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー３４の強度も軽減させることができる。

本実施の形態の場合も、実施の形態１と同様、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とし、かつ小規模な製造装置で高い生産性を実現可能とする。また、本実施の形態によると、半導体基板１１のうち加工対象とする面を下向きとすることで、半導体基板１１の破損の低減と、エッチング液３３が受光面側へ伝わることを効果的に抑止することができる。エアー３４の強度を軽減可能とすることで、エアー３４の供給に要する消費電力を低減できる。

なお、上述した実施の形態においては、半導体基板としてＰ型のシリコン基板を使用する場合について説明したが、半導体基板としてＮ型のシリコン基板を用いてＰ型の拡散層を形成する逆導電型の太陽電池セルにおいても上述した本発明の効果を得ることができる。また、上述した実施の形態においては、半導体基板として多結晶シリコン基板を用いたが、半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた場合においても上述した本発明の効果を得られることは言うまでもない。

さらに、上述した実施の形態においては、半導体基板の基板厚が２００μｍである場合について説明したが、基板が自己保持できる厚みであれば、例えば５０μｍ程度まで薄板化した基板を用いることもできる。また、上述した実施の形態においては、半導体基板の寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍである場合について説明したが、この寸法よりも大きな寸法あるいは小さな寸法の基板を用いた場合においても上述した本発明の効果が得られるのは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、高効率化に有用な接合の分離方法であるウェットエッチングを、小面積でコンパクトに実行する場合に有用であり、特に太陽電池の高効率化、およびその製造の生産性向上に適している。

１ 太陽電池セル
１１ 半導体基板
１３ Ｐ型多結晶シリコン層
１５ Ｎ型不純物拡散層
１７ 反射防止膜
１９ 受光面側電極
２１ 裏面側電極
２３ 表銀グリッド電極
２５ 表銀バス電極
３０ ステージ
３１ エッチング流体供給部
３２ エアー供給部
３３、３５ エッチング液
３４ エアー

ドライエッチングやレーザ加工は、一般的な水準の太陽電池への適用としては支障が少ない一方、太陽電池の高効率化を図る上では、制御性およびダメージ低減のいずれかにおいて劣り、不向きと考えられる。ウェットエッチングは、良好な制御性およびダメージ低減の二点を両立し得る手法として、太陽電池の高効率化を図る上で適している。

ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極１９を作製する（焼成前）。すなわち、半導体基板１１の受光面側にある反射防止膜１７上に、表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５の形状に、受光面側電極材料ペーストである銀ペースト１９ａをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる（図２−５）。

ＰＮ接合が形成された半導体基板１１は、ステージ３０に載置される。ステージ３０上にて、半導体基板１１は、外縁部およびその近傍部分をステージ３０の外側にはみ出させた状態で載置される。ステージ３０に載置された半導体基板１１の上面は、裏面側となる第１面である。半導体基板１１のうちステージ３０の載置面側の下面は、受光面側となる第２面である。製造装置は、エッチング工程において、ステージ３０を回転させながら、エッチング流体供給工程におけるエッチング液３３の供給と、エアー供給工程におけるエアー３４の供給とを同時に行う。

本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法によると、エッチング液３３を用いたウェットエッチングにより、良好な制御性および少ないダメージでの接合分離を可能とする。裏面側の所望の位置へエッチング液３３を供給するとともに、受光面側にてエアーを供給することで、エッチング液３３が半導体基板１１の側面から第２面側へ伝わるのを阻止し、接合を除去する範囲を正確に限定可能とする。

エッチング流体供給部３１は、半導体基板１１に当てるエッチング液３３の角度が浅くなるように、例えば角度θを３０度以下とすることで、エッチング液３３の速度成分に依存する力のうち、半導体基板１１の面に対して鉛直方向に働く成分が小さくなる。また、エッチング液３３が流動する力のうち、半導体基板１１の面に対して平行な水平方向に働く成分が大きくなることで、受光面側へのエッチング液３３の廻り込み抑止に有効活用ができる。さらに、エッチング液３３が受光面側へ伝わることを抑止するためのエアー３４の強度も軽減させることができる。

ステージ３０に載置された半導体基板１１のうち載置面側の下面は、裏面側となる第１面である。ステージ３０に載置された半導体基板１１の上面は、受光面側となる第２面である。エッチング流体供給部３１は、半導体基板１１の第１面のうちステージ３０からはみ出た部分へエッチング液３３を供給する。エッチング流体供給部３１は、第１面側において、所定の供給位置から、半導体基板１１の側面の位置である外縁部へ向けて、エッチング液３３を供給する。

Claims (5)

1. シリコン系基板の表面に不純物元素を拡散して、不純物拡散層を形成する工程と、
   前記シリコン系基板の第１面側のうち少なくとも一部において、前記不純物拡散層を除去するためのエッチング工程と、を含み、
   前記エッチング工程は、
   前記第１面側において、供給位置から前記シリコン系基板の外縁部へ流動するエッチング流体を供給するエッチング流体供給工程と、
   前記エッチング流体供給工程における前記エッチング流体の供給に合わせて、前記シリコン系基板のうち前記第１面側とは反対の第２面側において、前記エッチング流体と同じ向きへエアーを供給するエアー供給工程と、を含むことを特徴とする、光起電力装置の製造方法。
2. 前記エッチング流体供給工程において、泡状の前記エッチング流体を供給することを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
3. 前記エッチング流体供給工程において、前記シリコン系基板の面に対して３０度以下の角度で前記エッチング流体を供給することを特徴とする、請求項１または２に記載の光起電力装置の製造方法。
4. 前記エッチング工程において、前記第１面側を下向きとして前記シリコン系基板を設置することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の光起電力装置の製造方法。
5. 不純物拡散層が形成されたシリコン系基板が載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記シリコン系基板のうち、第１面側の少なくとも一部において、前記不純物拡散層を除去するためのエッチング流体を供給するエッチング流体供給部と、
   前記シリコン系基板のうち、前記第１面側とは反対の第２面側において、エアーを供給するエアー供給部と、を有し、
   前記エッチング流体供給部は、前記第１面側において、供給位置から前記シリコン系基板の外縁部へ流動する前記エッチング流体を供給し、
   前記エアー供給部は、前記エッチング流体供給部による前記エッチング流体の供給に合わせて、前記第２面側において、前記エッチング流体と同じ向きへ前記エアーを供給することを特徴とする、光起電力装置の製造装置。

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