WO2012137733A1 - Single-crystal silicon substrate surface-roughening method and method for manufacturing photovoltaic device - Google Patents

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Abstract

A plurality of apertures are formed in an anti-etching mask film by laser processing using a pulse laser beam. A plurality of inverted-pyramid-shaped first recesses respectively corresponding to the plurality of apertures are formed in one surface side of a single-crystal silicon substrate by etching the one surface side of the single-crystal silicon substrate by means of anisotropic etching through the apertures. A second inverted-pyramid-shaped recess in which further processing is performed on a region containing an adjacent plurality of the first recesses is formed by further etching the one surface side of the single-crystal silicon substrate by means of anisotropic etching through the apertures. As a result, concave/convex shapes are formed in the surface of the single-crystal silicon substrate.

Description

単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法Method for roughening single crystal silicon substrate and method for producing photovoltaic device
 本発明は、単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for roughening a single crystal silicon substrate and a method for manufacturing a photovoltaic device.
 単結晶シリコン太陽電池の表面には、光-電気変換効率を向上させるために太陽光の反射を防止する微細な凹凸構造(テクスチャー構造)を形成することが一般的である。このテクスチャー構造としては様々な形状が提唱されている。その一つとして、例えば逆ピラミッド型のテクスチャー(凹凸)が、その底面が互い違いに整列したテクスチャー構造が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。このテクスチャー構造は、光閉じ込め効率が高く、表面積が比較的小さい、というメリットがある。 It is common to form a fine concavo-convex structure (texture structure) on the surface of a single crystal silicon solar cell to prevent reflection of sunlight in order to improve photoelectric conversion efficiency. Various shapes have been proposed as this texture structure. As one example, a texture structure in which, for example, inverted pyramid textures (unevenness) are alternately arranged on the bottom surfaces is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). This texture structure has the advantages of high light confinement efficiency and a relatively small surface area.
 しかしながら、上記従来の技術によれば、複雑なパターンのテクスチャー構造を形成するために、エッチングマスク形成工程においてフォトリソグラフィ技術を使用している。しかし、フォトリソグラフィ技術は高価なプロセスであるため、太陽電池の製造コストが高くなる、という問題があった。 However, according to the conventional technique described above, a photolithography technique is used in the etching mask forming process in order to form a texture structure with a complicated pattern. However, since the photolithography technique is an expensive process, there is a problem that the manufacturing cost of the solar cell becomes high.
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド形状の凹凸構造を安価に作製可能な単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a method of roughening a single crystal silicon substrate and a method of manufacturing a photovoltaic device capable of inexpensively manufacturing an inverted pyramid-shaped uneven structure whose bottom surfaces are alternately arranged The purpose is to obtain.
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法は、単結晶シリコン基板の面内における第1方向と前記面内において前記第1方向に直交する第2方向とにそれぞれ一対の辺が延在する底面を有する逆ピラミッド状の複数の凹部が、隣接する前記凹部の底面の頂点がずれて配列されたテクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板の粗面化方法であって、前記単結晶シリコン基板の一面上に、異方性エッチングに対して耐性を有する耐エッチングマスク膜を形成する第1工程と、パルスレーザビームを用いたレーザ加工により前記耐エッチングマスク膜に複数の開口部を形成する第2工程と、前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をエッチングして、前記複数の前記開口部のそれぞれに対応する複数の逆ピラミッド状の第1凹部を前記単結晶シリコン基板の一面側に形成する第3工程と、前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をさらにエッチングして、近接する複数の前記第1凹部を含む領域がさらに凹加工された逆ピラミッド状の第2凹部を形成して単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状を形成する第4工程と、前記耐エッチングマスク膜を除去する第5工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for roughening a single crystal silicon substrate according to the present invention includes a first direction in a plane of a single crystal silicon substrate and a first direction in the plane. A single crystal silicon substrate forming a texture structure in which a plurality of inverted pyramid-shaped recesses each having a bottom surface with a pair of sides extending in a second direction perpendicular to each other is arranged with the apexes of the bottom surfaces of the adjacent recesses being shifted A first step of forming an etching resistant mask film having resistance against anisotropic etching on one surface of the single crystal silicon substrate, and laser processing using a pulsed laser beam Etching one surface side of the single crystal silicon substrate by a second step of forming a plurality of openings in the etching resistant mask film and anisotropic etching through the openings; A third step of forming a plurality of inverted pyramid-shaped first recesses corresponding to each of the plurality of openings on one surface side of the single crystal silicon substrate, and anisotropic etching through the openings. Further etching one surface side of the crystalline silicon substrate to form an inverted pyramid-shaped second concave portion in which a region including the plurality of adjacent first concave portions is further processed into a concave and convex shape on the surface of the single crystal silicon substrate. A fourth step of forming, and a fifth step of removing the etching-resistant mask film.
 本発明によれば、フォトリソグラフィと比較してプロセスコストが低いレーザプロセスを用いて、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型の凹凸構造を形成できる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to form an inverted pyramid-type concavo-convex structure in which the bottom surfaces are alternately arranged by using a laser process whose process cost is lower than that of photolithography.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法により単結晶シリコン基板の表面に形成された逆ピラミッド型テクスチャー構造を示す要部平面図である。FIG. 1 is a main part plan view showing an inverted pyramid texture structure formed on the surface of a single crystal silicon substrate by the method of roughening the single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図2は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、光線追跡法による反射率の計算結果を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a calculation result of the reflectance by the ray tracing method on the surface of the single crystal silicon substrate on which the inverted pyramid texture is formed. 図3は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、波長950nmの光の反射率のθ依存性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the θ dependence of the reflectance of light having a wavelength of 950 nm on the surface of a single crystal silicon substrate on which an inverted pyramid texture is formed. 図4-1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部平面図である。FIGS. 4-1 is a principal part top view which shows typically the formation method of the inverted pyramid type | mold texture structure by the roughening method of the single crystal silicon substrate concerning Embodiment 1 of this invention. FIGS. 図4-2は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部断面図である。FIG. 4-2 is a cross-sectional view of a principal part schematically showing a method for forming an inverted pyramid texture structure by the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図5-1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部平面図である。FIGS. 5-1 is a principal part top view which shows typically the formation method of the inverted pyramid type | mold texture structure by the roughening method of the single crystal silicon substrate concerning Embodiment 1 of this invention. FIGS. 図5-2は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部断面図である。FIG. 5-2 is a fragmentary cross-sectional view schematically showing the forming method of the inverted pyramid texture structure by the method of roughening the single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図6-1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部平面図である。FIG. 6A is a plan view of a principal part schematically showing a method of forming an inverted pyramid texture structure by the method of roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図6-2は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部断面図である。FIG. 6B is a cross-sectional view of the relevant part schematically illustrating the forming method of the inverted pyramid texture structure by the roughening method of the single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図7-1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部平面図である。FIG. 7-1 is a plan view of a principal part schematically showing a method for forming an inverted pyramid texture structure by the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図7-2は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部断面図である。FIG. 7-2 is a cross-sectional view of a principal part schematically showing a method for forming an inverted pyramid texture structure by the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図8-1は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部平面図である。FIG. 8-1 is a plan view of a principal part schematically showing a method for forming an inverted pyramid texture structure by the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図8-2は、本発明の実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す要部断面図である。FIG. 8-2 is a cross-sectional view of an essential part schematically showing the forming method of the inverted pyramid texture structure by the roughening method of the single crystal silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態1においてレーザ開口部の形成に用いるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a schematic configuration of a laser processing apparatus used for forming a laser opening in the first embodiment of the present invention. 図10は、レーザビーム分割手段で分岐されたレーザビーム分岐パターンの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a laser beam branching pattern branched by the laser beam splitting means. 図11は、本発明の実施の形態1におけるレーザ開口部の形成時における単結晶シリコン基板の走査方法を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a scanning method of the single crystal silicon substrate when forming the laser opening in the first embodiment of the present invention. 図12-1は、本発明の実施の形態1に示した方法により表面の粗面化が施された単結晶シリコン基板を用いて作製した単結晶シリコン太陽電池を示す断面図である。FIG. 12-1 is a cross-sectional view showing a single crystal silicon solar cell manufactured using a single crystal silicon substrate whose surface has been roughened by the method described in the first embodiment of the present invention. 図12-2は、本発明の実施の形態1に示した方法により表面の粗面化が施された単結晶シリコン基板を用いて作製した単結晶シリコン太陽電池を示す上面図である。FIG. 12-2 is a top view showing a single crystal silicon solar cell manufactured using a single crystal silicon substrate whose surface has been roughened by the method shown in the first embodiment of the present invention. 図13は、本発明の実施の形態3によるレーザ照射方法により形成したレーザ開口部のパターンの一例を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing an example of the pattern of the laser opening formed by the laser irradiation method according to the third embodiment of the present invention.
 以下に、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。 Hereinafter, embodiments of a method for roughening a single crystal silicon substrate and a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法により単結晶シリコン基板の表面に形成された逆ピラミッド型テクスチャー構造を示す要部平面図である。図1に示すように、このテクスチャー構造では、各逆ピラミッド型テクスチャー(凹部)の底面の四角形状が単結晶シリコン基板の面内において互い違いになるように、複数の逆ピラミッド型テクスチャー(凹部)が配置されている。ここで、テクスチャー構造とは単結晶シリコン基板の表面に設けた凹凸構造である。このようなテクスチャー構造を単結晶シリコン基板の表面に設けることにより、光起電力装置に入射した太陽光が単結晶シリコン基板の表面の凹凸構造に多重反射しながら吸収されるため、太陽光を単結晶シリコン基板内部に閉じ込めることができ、厚みの限られた単結晶シリコン基板における効率的な光―電気変換に効果的である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view of an essential part showing an inverted pyramid texture structure formed on the surface of a single crystal silicon substrate by the method of roughening the single crystal silicon substrate according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, in this texture structure, a plurality of inverted pyramid textures (recesses) are formed such that the square shape of the bottom surface of each inverted pyramid texture (recesses) is staggered in the plane of the single crystal silicon substrate. Has been placed. Here, the texture structure is an uneven structure provided on the surface of the single crystal silicon substrate. By providing such a texture structure on the surface of the single crystal silicon substrate, sunlight incident on the photovoltaic device is absorbed and reflected by the concavo-convex structure on the surface of the single crystal silicon substrate. It can be confined inside the crystalline silicon substrate, and is effective for efficient optical-electrical conversion in a single crystal silicon substrate with a limited thickness.
 テクスチャー構造には様々な形状が提唱されており、その形状により効果が異なる。テクスチャー構造の形状としては、光閉じ込め効率が高く、かつ、表面積が大きくならない形状が好ましい。光閉じ込め効率が高いことで、シリコン基板で吸収されにくい光でも光-電気変換が可能になる。その一方で、表面積が大きいテクスチャー構造になると、光励起キャリアの再結合速度が向上するため、光―電気変換効率は低下する。 Various shapes have been proposed for the texture structure, and the effect differs depending on the shape. The shape of the texture structure is preferably a shape that has high light confinement efficiency and does not increase the surface area. The high light confinement efficiency enables light-electrical conversion even for light that is difficult to be absorbed by the silicon substrate. On the other hand, when the texture structure has a large surface area, the recombination speed of the photoexcited carriers is improved, so that the photoelectric conversion efficiency is lowered.
 光閉じ込め効率と表面積との兼ね合いで、良いテクスチャー形状の一つとされるのが、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャーである。通常の逆ピラミッド型テクスチャーにおいても、上記二つの条件をある程度満たすことができるが、底面を互い違いに形成することで、更に光閉じ込め効率を向上させることが可能である。 One of the good texture shapes due to the tradeoff between light confinement efficiency and surface area is an inverted pyramid texture with the bottoms arranged alternately. Even in a normal inverted pyramid texture, the above two conditions can be satisfied to some extent, but it is possible to further improve the light confinement efficiency by forming the bottom surfaces alternately.
 このテクスチャー構造では、複数の逆ピラミッド型テクスチャー(凹部)の底面の四角形状が、それぞれ図1に示す逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する一対の辺と平行な第1方向(X方向)においてずらし角度θだけずれて、かつ該逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する他の一対の辺と平行な第2方向(Y方向)においてずらし角度θだけずれて配置されている。したがって、このテクスチャー構造では、隣接する逆ピラミッド型テクスチャーの底面の頂点がずれて配列されている。このようなテクスチャー構造を形成することで、単結晶シリコン基板内への光閉じ込め効率を向上させることが可能である。 In this texture structure, a plurality of inverted pyramid textures (recesses) have a rectangular shape on the bottom surface of each of the first directions (X direction) parallel to a pair of sides forming the rectangular shape of the bottom surface of the inverted pyramid texture shown in FIG. ) In the second direction (Y direction) parallel to the other pair of sides forming the quadrangular shape of the bottom surface of the inverted pyramid texture and shifted by the shift angle θ. Therefore, in this texture structure, the vertexes of the bottom surfaces of the adjacent inverted pyramid textures are shifted and arranged. By forming such a texture structure, it is possible to improve the light confinement efficiency in the single crystal silicon substrate.
 図2は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、光線追跡法による反射率の計算結果を示す特性図である。図2では、L=20μmでありθ=0°(ずらしなし)の場合と、L=20μmでありθ=1.0°の場合とについて示している。ここで、Lは、逆ピラミッド型テクスチャー(凹部)のピッチである。図2からわかるように、特に850nm以上の長波長領域において反射率が低減し、閉じ込め効果が高くなっている。図3は、逆ピラミッド型テクスチャーが形成された単結晶シリコン基板表面における、波長950nmの光の反射率のθ依存性を示す特性図である。図3より、θ=1.0°で最も反射率が低く、高い閉じ込め効率が得られることがわかる。 FIG. 2 is a characteristic diagram showing the calculation result of the reflectance by the ray tracing method on the surface of the single crystal silicon substrate on which the inverted pyramid texture is formed. FIG. 2 shows a case where L = 20 μm and θ = 0 ° (no shift) and a case where L = 20 μm and θ = 1.0 °. Here, L is the pitch of the inverted pyramid texture (concave portion). As can be seen from FIG. 2, the reflectance is reduced and the confinement effect is enhanced, particularly in the long wavelength region of 850 nm or more. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the θ dependence of the reflectance of light having a wavelength of 950 nm on the surface of a single crystal silicon substrate on which an inverted pyramid texture is formed. From FIG. 3, it can be seen that θ = 1.0 ° has the lowest reflectivity and high confinement efficiency can be obtained.
 以下では、単結晶シリコン太陽電池の製造工程のうち、本発明が関連する工程である、単結晶シリコン太陽電池の表面に底面の互い違いになった逆ピラミッド型テクスチャー構造を形成する工程について図4-1~図8-2を参照して詳細に説明する。例としてL=20μm、θ=5°とした時の工程を示す。図4-1~図8-2は、実施の形態1にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法による逆ピラミッド型テクスチャー構造の形成方法を模式的に示す図である。図4-1~図8-2の各図においては、枝番1(-1)の図は単結晶シリコン基板をテクスチャー構造の形成面側から見た要部平面図、枝番2(-2)の図はテクスチャー構造の形成面側を上にした場合の単結晶シリコン基板の要部断面図である。 In the following, among the manufacturing steps of a single crystal silicon solar cell, a step of forming an inverted pyramid-type texture structure with the bottom of the single crystal silicon solar cell on the surface, which is a step related to the present invention, is shown in FIG. Details will be described with reference to FIGS. 1 to 8-2. As an example, a process when L = 20 μm and θ = 5 ° is shown. FIG. 4A to FIG. 8B are diagrams schematically illustrating a method for forming an inverted pyramid texture structure by the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the first embodiment. In each of FIGS. 4-1 to 8-2, the branch number 1 (-1) is a plan view of the main part of the single crystal silicon substrate as viewed from the texture structure forming surface, and branch number 2 (-2 ) Is a cross-sectional view of the main part of the single crystal silicon substrate when the texture structure forming surface side is up.
 まず、テクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板を用意する。本実施の形態では、テクスチャー構造を形成する基板として、(100)面に沿ってスライスした比抵抗が0.1~10Ωcmであり、厚さが200~400μmのp型またはn型の単結晶シリコン基板1を用いる。 First, a single crystal silicon substrate for forming a texture structure is prepared. In this embodiment, a p-type or n-type single crystal silicon having a specific resistance sliced along the (100) plane of 0.1 to 10 Ωcm and a thickness of 200 to 400 μm is used as the substrate for forming the texture structure. A substrate 1 is used.
 つぎに、単結晶シリコン基板1の一面(受光面側の面)または両面の全面に耐エッチング膜2を形成する(図4-1、図4-2)。ここでは、単結晶シリコン基板1の一面の全面に耐エッチング膜2を形成する場合について説明する。耐エッチング膜2は、水酸化ナトリウム(NaOH)や水酸化カリウム(KOH)などを用いたアルカリエッチングに対して耐性のある膜である。このような耐エッチング膜2としては、例えばシリコン窒化膜(Si)、シリコン酸化膜(SiO)などを使用することができる。 Next, an etching resistant film 2 is formed on one surface (light receiving surface side surface) or both surfaces of the single crystal silicon substrate 1 (FIGS. 4-1, 4-2). Here, a case where the etching resistant film 2 is formed on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1 will be described. The etching resistant film 2 is a film that is resistant to alkaline etching using sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or the like. As such an etching resistant film 2, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon oxide film (SiO 2 ), or the like can be used.
 つぎに、レーザ加工により耐エッチング膜2にレーザ開口部3を形成する。図9は、本実施の形態においてレーザ開口部3の形成に用いるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。このレーザ加工装置は、シリコン基板搬送手段4と、レーザ発振器5と、レーザビーム強度調整手段6と、レーザビーム形状調整手段7と、一枚若しくは複数枚の導光ミラー8と、レーザビーム分割手段9と、レーザビーム集光手段10とを備える。 Next, a laser opening 3 is formed in the etching resistant film 2 by laser processing. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a schematic configuration of a laser processing apparatus used for forming the laser opening 3 in the present embodiment. This laser processing apparatus includes a silicon substrate transfer means 4, a laser oscillator 5, a laser beam intensity adjusting means 6, a laser beam shape adjusting means 7, one or more light guide mirrors 8, and a laser beam dividing means. 9 and laser beam condensing means 10.
 シリコン基板搬送手段4は、被加工面を上にした状態で、表面に耐エッチング膜2(図示せず)を形成した単結晶シリコン基板1を保持するとともに、単結晶シリコン基板1をレーザビームの集光面上に沿って移動させる。 The silicon substrate transfer means 4 holds the single crystal silicon substrate 1 having an etching resistant film 2 (not shown) formed on the surface thereof with the surface to be processed facing upward, and also allows the single crystal silicon substrate 1 to be irradiated with a laser beam. Move along the condensing surface.
 レーザ発振器5は、パルスレーザビームを出射する。レーザ発振器5は、例えばその代表的な繰り返し周波数として40kHzのQスイッチLD励起Nd:YVOレーザの2倍波(波長532nm)を使用することができる。3倍波や4倍波などの紫外レーザを使用すると、耐エッチング膜2およびシリコンでの吸収係数が高いため、より小径で高品位な加工が可能であるが、レーザ強度が低下する上、大気中の不純物の影響により光学素子の劣化の問題が生じる。したがって、パルスレーザの周波数は、メリット・デメリットを鑑みて適切な波長を選択すればよい。 The laser oscillator 5 emits a pulse laser beam. The laser oscillator 5 can use, for example, a double wave (wavelength of 532 nm) of a 40 kHz Q-switch LD-pumped Nd: YVO 4 laser as a typical repetition frequency. When an ultraviolet laser such as a third harmonic wave or a fourth harmonic wave is used, the etching resistance film 2 and the silicon have high absorption coefficients, so that processing with a smaller diameter and higher quality is possible. There is a problem of deterioration of the optical element due to the influence of impurities therein. Therefore, an appropriate wavelength may be selected as the frequency of the pulse laser in view of merits and demerits.
 レーザビーム強度調整手段6は、レーザ発振器5の後段に配置され、レーザ発振器5から出射されたパルスレーザビームのレーザ強度を自動または手動で減衰させて、加工に適したレーザ強度とするための手段である。加工に用いるレーザビームのレーザ強度が高すぎるとシリコンに熱ダメージが生じ、低すぎると耐エッチング膜2に開口できない。 The laser beam intensity adjusting means 6 is disposed at the subsequent stage of the laser oscillator 5 and is means for automatically or manually attenuating the laser intensity of the pulse laser beam emitted from the laser oscillator 5 to obtain a laser intensity suitable for processing. It is. If the laser intensity of the laser beam used for processing is too high, silicon will be thermally damaged, and if it is too low, the etching resistant film 2 cannot be opened.
 レーザビーム形状調整手段7は、レーザビーム強度調整手段6の後段に配置され、レーザビーム強度調整手段6で加工に適したレーザ強度に調整されたパルスレーザビームの形状を真円とするための複数の円筒レンズの組み合わせと、該パルスレーザビームを所望のビーム径およびビーム発散角度とするための複数の球面レンズの組み合わせとで構成される。 The laser beam shape adjusting means 7 is arranged after the laser beam intensity adjusting means 6, and a plurality of laser beam shape adjusting means 7 for making the shape of the pulse laser beam adjusted to the laser intensity suitable for processing by the laser beam intensity adjusting means 6 into a perfect circle. And a combination of a plurality of spherical lenses for setting the pulse laser beam to a desired beam diameter and beam divergence angle.
 導光ミラー8は、レーザビーム形状調整手段7の後段に配置され、レーザビーム形状調整手段7を通過したパルスレーザビームの進行方向を所定の方向に導光する。図9中では、レーザビーム形状調整手段7とレーザビーム分割手段9との間に導光ミラー8が1枚配置されているが、導光ミラー8はレーザ加工装置の構造およびスペースに合わせてパルスレーザビームを導光するために一枚または複数枚が適宜配置される。 The light guide mirror 8 is arranged after the laser beam shape adjusting means 7 and guides the traveling direction of the pulse laser beam that has passed through the laser beam shape adjusting means 7 in a predetermined direction. In FIG. 9, one light guide mirror 8 is arranged between the laser beam shape adjusting means 7 and the laser beam splitting means 9, and the light guide mirror 8 is pulsed in accordance with the structure and space of the laser processing apparatus. In order to guide the laser beam, one sheet or a plurality of sheets are appropriately arranged.
 レーザビーム分割手段9は、導光ミラー8の後段に配置され、パルスレーザビームを例えば図10に示すような略円形状のスポットパターンが複数配列された既定の幾何学的なピッチを有するレーザビーム分岐パターンへ分岐する。図10は、レーザビーム分割手段9で分岐されたレーザビーム分岐パターンの一例を示す図である。このレーザビーム分岐パターンでは、X方向から所定の角度ずれたライン状にスポットパターンが所定の間隔で配置されたラインパターンが、Y方向において所定の間隔で平行に且つY方向において隣接するラインパターン間でX方向における位置をずらして配置されたピッチのパターンとされている。 The laser beam splitting means 9 is arranged at the rear stage of the light guide mirror 8 and has a predetermined geometric pitch in which a plurality of substantially circular spot patterns as shown in FIG. Branch to the branch pattern. FIG. 10 is a diagram showing an example of a laser beam branching pattern branched by the laser beam splitting means 9. In this laser beam branching pattern, a line pattern in which spot patterns are arranged at predetermined intervals in a line shifted by a predetermined angle from the X direction is parallel to a predetermined interval in the Y direction and between adjacent line patterns in the Y direction. The pitch pattern is arranged by shifting the position in the X direction.
 図10に示す既定の幾何学的なピッチを有するレーザビーム分岐パターンにおいて、同じ行に属する2つのレーザ開口部3であってX方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式(1)で、隣接する2行に属する2つのスポットパターンであってX方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式(2)で、同じ行に属する2つのスポットパターンであってY方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式(3)で、隣接する2行に属する2つのスポットパターンであってY方向において隣接するスポットパターン同士間の距離は下記の数式(4)で表される。ここで、X方向は、図1に示す逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する一対の辺と平行な第1方向であり、Y方向は該逆ピラミッド型テクスチャーの底面の四角形状を構成する他の一対の辺と平行な第2方向である。 In the laser beam branch pattern having a predetermined geometric pitch shown in FIG. 10, the distance between spot patterns adjacent to each other in the X direction in the two laser apertures 3 belonging to the same row is expressed by the following formula (1). The distance between the two spot patterns belonging to two adjacent rows and adjacent in the X direction is the following formula (2), and the two spot patterns belonging to the same row are adjacent in the Y direction. The distance between the spot patterns to be performed is represented by the following formula (3), and the distance between the two spot patterns belonging to two adjacent rows and adjacent in the Y direction is represented by the following formula (4). The Here, the X direction is the first direction parallel to the pair of sides forming the quadrangular shape of the bottom surface of the inverted pyramid texture shown in FIG. 1, and the Y direction configures the rectangular shape of the bottom surface of the inverted pyramid texture. The second direction is parallel to the other pair of sides.
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
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 また、dは後述するレーザ開口部3のパターンにおいて隣接するレーザ開口部3間の距離(開口ピッチ)であり、テクスチャーピッチの数分の1以下に設定される。本実施の形態においては、dを5μmと設定する。行の数は、後述するように逆ピラミッド形状(大きな逆ピラミッド状凹部12)1つを形成するための耐エッチング膜2上のレーザ開口部3の数であり、この場合は4である。 D is the distance (opening pitch) between adjacent laser openings 3 in the pattern of laser openings 3 to be described later, and is set to a fraction of the texture pitch or less. In the present embodiment, d is set to 5 μm. The number of rows is the number of laser openings 3 on the etching-resistant film 2 for forming one inverted pyramid shape (large inverted pyramid-shaped recess 12), as will be described later.
 レーザビーム分割手段9としては、例えば回折光学素子を使用することができる。またレーザビーム分割手段9として、回折光学素子以外にも例えば複数の開口を有するマスクも使用できるが、パルスレーザビームの均一性および効率の点からは、回折光学素子を使用することが好ましい。 As the laser beam dividing means 9, for example, a diffractive optical element can be used. In addition to the diffractive optical element, for example, a mask having a plurality of openings can be used as the laser beam splitting means 9, but it is preferable to use a diffractive optical element from the viewpoint of the uniformity and efficiency of the pulse laser beam.
 レーザビーム集光手段10は、レーザビーム分割手段9の後段に配置される。レーザビーム集光手段10は、レーザビーム分割手段9で分割したパルスレーザビームを単結晶シリコン基板1上に集光する。 The laser beam condensing means 10 is arranged at the subsequent stage of the laser beam dividing means 9. The laser beam condensing unit 10 condenses the pulse laser beam divided by the laser beam dividing unit 9 on the single crystal silicon substrate 1.
 以上のように構成されたレーザ加工装置を用いて、図10に示すようなレーザビーム分岐パターンのパルスレーザビームを耐エッチング膜2の表面に照射しつつ単結晶シリコン基板1をシリコン基板搬送手段4によって走査することで、単結晶シリコン基板1に形成した耐エッチング膜2に図5-1および図5-2に示すようなレーザ開口部3のパターンを得ることができる。図5-2は、図5-1の線分α-αにおける要部断面図である。ここでのレーザ開口部3の開口径は、例えばφ4μmとされる。図5-1中における(010)、(001)は単結晶シリコンの結晶方位である。 Using the laser processing apparatus constructed as described above, the surface of the etching resistant film 2 is irradiated with a pulse laser beam having a laser beam branching pattern as shown in FIG. By scanning with this, the pattern of the laser opening 3 as shown in FIGS. 5A and 5B can be obtained in the etching resistant film 2 formed on the single crystal silicon substrate 1. FIG. 5B is a cross-sectional view of the principal part taken along the line α-α in FIG. The opening diameter of the laser opening 3 here is, for example, φ4 μm. In FIG. 5-1, (010) and (001) are crystal orientations of single crystal silicon.
 図11は、レーザ開口部3の形成時における単結晶シリコン基板1の走査方法を説明する図である。例えば図11において、ある時刻での単結晶シリコン基板1上のレーザビームパターンをパターンAとして、次のレーザパルスによる単結晶シリコン基板1上のレーザビームパターンがパターンA’となるように単結晶シリコン基板1を走査する。図11においては、パターンAを破線の丸印で、パターンA’を実線の丸印で示している。ここで、パターンAとパターンA’とのX方向の距離は下記の数式(5)で、Y方向の距離は下記の数式(6)で表される。 FIG. 11 is a diagram for explaining a scanning method of the single crystal silicon substrate 1 when the laser opening 3 is formed. For example, in FIG. 11, the laser beam pattern on the single crystal silicon substrate 1 at a certain time is set as the pattern A, and the single crystal silicon is formed so that the laser beam pattern on the single crystal silicon substrate 1 by the next laser pulse becomes the pattern A ′. The substrate 1 is scanned. In FIG. 11, the pattern A is indicated by a broken-line circle, and the pattern A ′ is indicated by a solid-line circle. Here, the distance in the X direction between the pattern A and the pattern A ′ is expressed by the following formula (5), and the distance in the Y direction is expressed by the following formula (6).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
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 パルスレーザビームの繰り返し周波数は、本実施の形態ではF=40kHzであるから、単結晶シリコン基板1のX方向の走査速度は下記の数式(7)で、Y方向の走査速度は下記の数式(8)で計算できる。 Since the repetition frequency of the pulse laser beam is F = 40 kHz in the present embodiment, the scanning speed in the X direction of the single crystal silicon substrate 1 is the following formula (7), and the scanning speed in the Y direction is the following formula ( It can be calculated in 8).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
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 単結晶シリコン基板1の走査方向は、図11において太線の矢印Sで示している。図10に示すようなレーザビーム分岐パターンのパルスレーザビームを繰り返し周波数40kHzで照射しつつ、上記速度で単結晶シリコン基板1を走査してレーザ加工動作を繰り返すことで、単結晶シリコン基板1上の耐エッチング膜2の全面に図5-1に示すようなレーザ開口部3のパターンを得ることができる。 The scanning direction of the single crystal silicon substrate 1 is indicated by a thick arrow S in FIG. While irradiating a pulse laser beam having a laser beam branching pattern as shown in FIG. 10 at a repetition frequency of 40 kHz, the single crystal silicon substrate 1 is scanned at the above speed and the laser processing operation is repeated, whereby the single crystal silicon substrate 1 is scanned. A pattern of the laser opening 3 as shown in FIG. 5A can be obtained on the entire surface of the etching resistant film 2.
 次に、水酸化カリウム(KOH)水溶液、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液等のアルカリ性のエッチング液により、レーザ開口部3を通じて単結晶シリコン基板1に対して異方性ウェットエッチングを行う。通常、異方性エッチングでは(111)面のエッチング速度が他の結晶方位のエッチング速度に比べて極めて遅い。このため、(100)面にスライスされた単結晶シリコン基板に対してアルカリ水溶液により異方性エッチングを行うと、基板は(111)面に沿って異方性エッチングされ、(111)面に配向した4個の壁により形成された断面がV字型をしたピラミッド状凹部11が得られる。耐エッチング膜2に形成したレーザ開口部3を通じて異方性エッチングを実施した場合、レーザ開口部3で露出したシリコンに対して、異方性エッチングが進むため、比較的短時間のエッチングで、レーザ開口部3の外接正方形を底面とし、(111)面に配向した4面の壁で形成されたピラミッド状凹部(第1凹部)11が形成される(図6-1、図6-2)。図6-2は、図6-1の線分α-αにおける要部断面図である。 Next, anisotropic wet etching is performed on the single crystal silicon substrate 1 through the laser opening 3 with an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution or an aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution. Usually, in the anisotropic etching, the etching rate of the (111) plane is extremely slow compared with the etching rate of other crystal orientations. Therefore, when anisotropic etching is performed with an alkaline aqueous solution on a single crystal silicon substrate sliced in the (100) plane, the substrate is anisotropically etched along the (111) plane and oriented in the (111) plane. A pyramidal recess 11 having a V-shaped cross section formed by the four walls is obtained. When anisotropic etching is performed through the laser opening 3 formed in the etching resistant film 2, the anisotropic etching proceeds with respect to the silicon exposed in the laser opening 3, so that the laser can be etched in a relatively short time. A pyramidal concave portion (first concave portion) 11 is formed, which is formed of four walls oriented in the (111) plane with the circumscribed square of the opening 3 as the bottom surface (FIGS. 6-1 and 6-2). FIG. 6B is a cross-sectional view of the main part along the line α-α in FIG.
 そして、隣接するピラミッド状凹部11が接すると(111)面以外の面が露出するため、本連結部分のエッチングが促進される(図7-1、図7-2)。図7-2は、図7-1の線分α-αにおける要部断面図である。その後もエッチングを継続すると、レーザ開口部3のパターンにおいて最も近接する4つのレーザ開口部3から、大きな逆ピラミッド状凹部(第2凹部)12が形成される(図8-1、図8-2)。図8-2は、図8-1の線分α-αにおける要部断面図である。 Then, when the adjacent pyramidal recesses 11 are in contact with each other, the surface other than the (111) surface is exposed, so that the etching of the connecting portion is promoted (FIGS. 7-1 and 7-2). FIG. 7-2 is a cross-sectional view of the principal part along the line α-α in FIG. When the etching is continued thereafter, large inverted pyramid-shaped recesses (second recesses) 12 are formed from the four laser openings 3 closest in the pattern of the laser openings 3 (FIGS. 8-1 and 8-2). ). FIG. 8-2 is a cross-sectional view of the principal part along line α-α in FIG.
 そして、4つのレーザ開口部3から形成された一つの大きな逆ピラミッド状凹部12が、隣接するほぼ同じ大きさの逆ピラミッド状凹部12と接する直前または接した直後にエッチングを停止すると、図1に示したような底面が互い違いに形成された逆ピラミッド型テクスチャーが得られる。その後、耐エッチング膜2を除去することによりテクスチャー形成工程が終了する。 Then, when the etching is stopped immediately before or immediately after the contact of the one large inverted pyramid-shaped recess 12 formed by the four laser openings 3 with the adjacent inverted pyramid-shaped recess 12 of substantially the same size, FIG. An inverted pyramid type texture having bottom surfaces alternately formed as shown is obtained. Thereafter, the texture forming step is completed by removing the etching resistant film 2.
 上述したように、本実施の形態では、単結晶シリコン基板1の面方向における2次元のレーザビーム分岐パターンと、パルスレーザビームの繰り返し周波数、単結晶シリコン基板1の面方向における1次元の加工対象の走査を組み合わせてレーザ加工を行う。これにより、従来のフォトリソグラフィと比較して安価でかつ使用しやすいプロセスによりレーザ開口部3のパターンを形成することができ、該レーザ開口部3のパターンを基に、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、単結晶シリコン基板1の表面に、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造を安価に形成することができる。なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもない。 As described above, in the present embodiment, the two-dimensional laser beam branch pattern in the plane direction of the single crystal silicon substrate 1, the repetition frequency of the pulse laser beam, and the one-dimensional processing target in the plane direction of the single crystal silicon substrate 1. Laser processing is performed by combining these scans. As a result, the pattern of the laser aperture 3 can be formed by a process that is cheaper and easier to use compared to conventional photolithography, and the bottom surfaces are alternately aligned based on the pattern of the laser aperture 3. A pyramidal texture structure can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, an inverted pyramid texture structure having bottom surfaces arranged alternately can be formed on the surface of single crystal silicon substrate 1 at a low cost. In addition, the numerical value shown by said description is a typical numerical value which can implement | achieve this invention, and it cannot be overemphasized that the effect of this invention is not limited when these numerical values are used.
 また、上記においては、単結晶シリコン基板1上でレーザビームを走査する際に、単結晶シリコン基板1をシリコン基板搬送手段4によって移動させたが、例えばガルバノミラーのようなレーザビーム偏向手段とFθレンズのような集光手段とを使用して、レーザビーム分割手段9によって分割されたパルスレーザビームを単結晶シリコン基板1に対して走査してもよい。この場合でも、上記と同様なレーザ開口部3を形成することができ、上記と同様の効果を得ることができる。一般的に、レーザビーム走査による方法は、加工対象を搬送手段によって移動するよりも高速な走査が可能であり、レーザ強度と繰り返し周波数を適宜選択すれば、レーザ加工の生産性を向上させることができる。 In the above description, when the laser beam is scanned on the single crystal silicon substrate 1, the single crystal silicon substrate 1 is moved by the silicon substrate transfer unit 4. For example, the laser beam deflection unit such as a galvano mirror and the Fθ The single crystal silicon substrate 1 may be scanned with the pulse laser beam split by the laser beam splitting unit 9 using a condensing unit such as a lens. Even in this case, a laser opening 3 similar to the above can be formed, and the same effect as described above can be obtained. In general, the laser beam scanning method can scan at a higher speed than moving the object to be processed by the conveying means, and the laser processing productivity can be improved by appropriately selecting the laser intensity and the repetition frequency. it can.
実施の形態2.
 図12-1および図12-2は、上述した実施の形態1に示した方法により表面の粗面化が施された単結晶シリコン基板1を用いて作製した単結晶シリコン太陽電池を示す図であり、図12-1は断面図であり、図12-2は上面図である。図12-1は、図12-2のB-B断面である。図12-1および図12-2に示す単結晶シリコン太陽電池は、基板表層に第2導電型の不純物が拡散された不純物拡散層であるN型不純物層115を有する第1導電型の単結晶シリコン基板113と、単結晶シリコン基板113の受光面側の面(表面)に形成された反射防止膜117と、単結晶シリコン基板113の受光面側の面(表面)に形成された受光面側電極119と、単結晶シリコン基板113の受光面と反対側の面(裏面)に形成された裏面側電極121と、を備える。
Embodiment 2. FIG.
12A and 12B are diagrams showing a single crystal silicon solar cell manufactured using the single crystal silicon substrate 1 whose surface has been roughened by the method described in the first embodiment. FIG. 12-1 is a cross-sectional view, and FIG. 12-2 is a top view. 12A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The single-crystal silicon solar cells shown in FIGS. 12-1 and 12-2 each have a first conductivity type single crystal having an N-type impurity layer 115 which is an impurity diffusion layer in which a second conductivity-type impurity is diffused in a substrate surface layer. The silicon substrate 113, the antireflection film 117 formed on the light receiving surface side surface (front surface) of the single crystal silicon substrate 113, and the light receiving surface side formed on the light receiving surface side surface (front surface) of the single crystal silicon substrate 113. The electrode 119 and the back surface side electrode 121 formed on the surface (back surface) opposite to the light receiving surface of the single crystal silicon substrate 113 are provided.
 また、受光面側電極119としては、太陽電池のグリッド電極123およびバス電極125を含む。そして、単結晶シリコン基板113には、実施の形態1に示した単結晶シリコン太陽電池の製造方法を用いて基板表面に底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造(図示せず)を形成した単結晶シリコン基板1を使用している。 Also, the light receiving surface side electrode 119 includes a grid electrode 123 and a bus electrode 125 of a solar cell. Then, on the single crystal silicon substrate 113, an inverted pyramid texture structure (not shown) having bottom surfaces alternately arranged on the substrate surface was formed using the method for manufacturing a single crystal silicon solar cell shown in the first embodiment. A single crystal silicon substrate 1 is used.
 つぎに、単結晶シリコン基板113を用いて図12-1および図12-2に示す単結晶シリコン太陽電池を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的なシリコン基板を用いた太陽電池の製造工程と同様であるため、特に図示しない。 Next, a process for manufacturing the single crystal silicon solar cell shown in FIGS. 12-1 and 12-2 using the single crystal silicon substrate 113 will be described. In addition, since the process demonstrated here is the same as the manufacturing process of the solar cell using a general silicon substrate, it does not illustrate in particular.
 底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型テクスチャー構造が形成されたp型の単結晶シリコン基板113を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl)蒸気の存在下で加熱して単結晶シリコン基板113の表面にリンガラスを形成することで単結晶シリコン基板113中にリンを拡散させ、単結晶シリコン基板113の表層に第2導電型のN型不純物層115を形成する。これにより、基板表層にN型不純物層115を有する単結晶シリコン基板111が得られる。なお、ここではp型シリコン基板を使用したため、pn接合を形成するために異なる導電型のリンを拡散させたが、n型シリコン基板を使用した場合はp型の不純物を拡散させればよい。 A p-type single crystal silicon substrate 113 formed with an inverted pyramid texture structure in which the bottom surfaces are alternately arranged is put into a thermal oxidation furnace, and heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor to be a single crystal silicon substrate. By forming phosphorus glass on the surface of 113, phosphorus is diffused into the single crystal silicon substrate 113, and an N-type impurity layer 115 of the second conductivity type is formed on the surface layer of the single crystal silicon substrate 113. Thereby, the single crystal silicon substrate 111 having the N-type impurity layer 115 on the substrate surface layer is obtained. Since a p-type silicon substrate is used here, phosphorus of different conductivity type is diffused to form a pn junction. However, when an n-type silicon substrate is used, p-type impurities may be diffused.
 次に、フッ酸溶液中で単結晶シリコン基板111のリンガラス層を除去した後、反射防止膜117としてプラズマCVD法によりSiN膜をN型不純物層115上に形成する。反射防止膜117の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜117は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。 Next, after removing the phosphorus glass layer of the single crystal silicon substrate 111 in a hydrofluoric acid solution, an SiN film is formed on the N-type impurity layer 115 as the antireflection film 117 by plasma CVD. The film thickness and refractive index of the antireflection film 117 are set to values that most suppress light reflection. Note that two or more layers having different refractive indexes may be stacked. The antireflection film 117 may be formed by a different film formation method such as a sputtering method.
 次に、単結晶シリコン基板111の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、単結晶シリコン基板111の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極119と裏面側電極121とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば760℃で実施する。以上のようにして、図12-1および図12-2に示す単結晶シリコン太陽電池が作製される。 Next, after the silver mixed paste is printed on the light receiving surface of the single crystal silicon substrate 111 in a comb shape by screen printing, and the aluminum mixed paste is printed on the entire back surface of the single crystal silicon substrate 111 by screen printing. Then, a baking process is performed to form the light receiving surface side electrode 119 and the back surface side electrode 121. Firing is performed at 760 ° C. in an air atmosphere, for example. As described above, the single crystal silicon solar cell shown in FIGS. 12-1 and 12-2 is manufactured.
 実施の形態2によれば、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド形状のテクスチャー構造が形成された単結晶シリコン基板113を用いるため、光-電気変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池を安価に作製することができる。 According to the second embodiment, since the single crystal silicon substrate 113 having the inverted pyramid-shaped texture structure in which the bottom surfaces are alternately arranged is used, a single crystal silicon solar cell excellent in light-electric conversion efficiency is manufactured at low cost. can do.
実施の形態3.
 実施の形態3は、実施の形態1とパルスレーザビームの照射方法のみが異なるため、以下では、パルスレーザビームの照射方法のみについて述べる。実施の形態1では単結晶シリコン基板1の受光面側の全面にテクスチャーを形成したが、実施の形態3では、パルスレーザビームの照射を適宜停止することで、受光面側電極のパターニングも合わせて実施する。
Embodiment 3 FIG.
Since the third embodiment is different from the first embodiment only in the pulse laser beam irradiation method, only the pulse laser beam irradiation method will be described below. In the first embodiment, the texture is formed on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1 on the light receiving surface side. However, in the third embodiment, by appropriately stopping the irradiation of the pulse laser beam, the patterning of the light receiving surface side electrode is also performed. carry out.
 具体的には、テクスチャー構造の形成後に受光面側電極が形成される受光面側電極形成予定領域131にはレーザ照射を実施せず、耐エッチング膜2にレーザ開口部3を形成しない。単結晶シリコン基板1の受光面側において、耐エッチング膜2にレーザ開口部3を形成しない部分に覆われた領域はその後のウェットエッチング工程でエッチングされない。このため、この領域にはテクスチャー構造が形成されず、表面状態が平坦のままとなる。これにより、受光面側電極の形成を安定して行うことができ、高品質な単結晶シリコン太陽電池を安定して作製することができる、という効果がある。 Specifically, laser irradiation is not performed on the light receiving surface side electrode formation scheduled region 131 where the light receiving surface side electrode is formed after the formation of the texture structure, and the laser opening 3 is not formed in the etching resistant film 2. On the light-receiving surface side of the single crystal silicon substrate 1, the region covered with the portion where the laser opening 3 is not formed in the etching resistant film 2 is not etched in the subsequent wet etching process. For this reason, no texture structure is formed in this region, and the surface state remains flat. Thereby, formation of the light-receiving surface side electrode can be performed stably, and there is an effect that a high-quality single crystal silicon solar cell can be stably manufactured.
 図13は、実施の形態3によるレーザ照射方法により形成したレーザ開口部のパターンの一例を示す平面図である。上述したように、パルスレーザビームの照射を適宜停止することで、受光面側電極形成予定領域131以外の領域がレーザ開口部形成領域132となり、この領域にのみパルスレーザを照射してレーザ開口部3を形成することが可能である。そして、このようにしてレーザ開口部3を形成した単結晶シリコン基板を用いて、実施の形態2で示したようにして単結晶シリコン太陽電池を作製することが可能である。この場合も、光-電気変換効率に優れた単結晶シリコン太陽電池を安価に作製することができる。 FIG. 13 is a plan view showing an example of the pattern of the laser aperture formed by the laser irradiation method according to the third embodiment. As described above, by appropriately stopping the irradiation of the pulsed laser beam, the region other than the light receiving surface side electrode formation scheduled region 131 becomes the laser opening forming region 132, and the pulse laser is irradiated only on this region to perform the laser opening. 3 can be formed. Then, using the single crystal silicon substrate in which the laser openings 3 are formed in this way, it is possible to manufacture a single crystal silicon solar cell as shown in the second embodiment. Also in this case, a single crystal silicon solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency can be manufactured at low cost.
 以上のように、本発明にかかる単結晶シリコン基板の粗面化方法は、底面が互い違いに整列した逆ピラミッド型の凹凸構造を安価に製造する場合に有用である。 As described above, the method for roughening a single crystal silicon substrate according to the present invention is useful for inexpensively manufacturing an inverted pyramid-type concavo-convex structure having bottom surfaces arranged alternately.
 1 単結晶シリコン基板
 2 耐エッチング膜
 3 レーザ開口部
 4 シリコン基板搬送手段
 5 レーザ発振器
 6 レーザビーム強度調整手段
 7 レーザビーム形状調整手段
 8 導光ミラー
 9 レーザビーム分割手段
 10 レーザビーム集光手段
 11 ピラミッド状凹部
 12 大きな逆ピラミッド状凹部
 111 単結晶シリコン基板
 113 単結晶シリコン基板
 115 N型不純物層
 117 反射防止膜
 119 受光面側電極
 121 裏面側電極
 123 グリッド電極
 125 バス電極
 131 受光面側電極形成予定領域
 132 レーザ開口部形成領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal silicon substrate 2 Etching-resistant film 3 Laser opening part 4 Silicon substrate conveyance means 5 Laser oscillator 6 Laser beam intensity adjustment means 7 Laser beam shape adjustment means 8 Light guide mirror 9 Laser beam dividing means 10 Laser beam condensing means 11 Pyramid Recessed portion 12 Large inverted pyramid-shaped recessed portion 111 Single crystal silicon substrate 113 Single crystal silicon substrate 115 N-type impurity layer 117 Antireflection film 119 Light receiving surface side electrode 121 Back surface side electrode 123 Grid electrode 125 Bus electrode 131 Light receiving surface side electrode formation scheduled region 132 Laser opening formation region

Claims (6)

  1.  単結晶シリコン基板の面内における第1方向と前記面内において前記第1方向に直交する第2方向とにそれぞれ一対の辺が延在する底面を有する逆ピラミッド状の複数の凹部が、隣接する前記凹部の底面の頂点がずれて配列されたテクスチャー構造を形成する単結晶シリコン基板の粗面化方法であって、
     前記単結晶シリコン基板の一面上に、異方性エッチングに対して耐性を有する耐エッチングマスク膜を形成する第1工程と、
     パルスレーザビームを用いたレーザ加工により前記耐エッチングマスク膜に複数の開口部を形成する第2工程と、
     前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をエッチングして、前記複数の前記開口部のそれぞれに対応する複数の逆ピラミッド状の第1凹部を前記単結晶シリコン基板の一面側に形成する第3工程と、
     前記開口部を介した異方性エッチングにより前記単結晶シリコン基板の一面側をさらにエッチングして、近接する複数の前記第1凹部を含む領域がさらに凹加工された逆ピラミッド状の第2凹部を形成して単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状を形成する第4工程と、
     前記耐エッチングマスク膜を除去する第5工程と、
     を含むことを特徴とする単結晶シリコン基板の粗面化方法。
    A plurality of inverted pyramid-shaped concave portions each having a bottom surface with a pair of sides extending in a first direction in the plane of the single crystal silicon substrate and a second direction orthogonal to the first direction in the plane are adjacent to each other. A roughening method of a single crystal silicon substrate forming a textured structure in which the tops of the bottom surfaces of the recesses are shifted and arranged,
    A first step of forming an etching resistant mask film having resistance against anisotropic etching on one surface of the single crystal silicon substrate;
    A second step of forming a plurality of openings in the etching resistant mask film by laser processing using a pulsed laser beam;
    One surface side of the single crystal silicon substrate is etched by anisotropic etching through the openings, and a plurality of inverted pyramid-shaped first recesses corresponding to the plurality of openings are formed in the single crystal silicon substrate. A third step of forming on the one surface side;
    By further etching one surface side of the single crystal silicon substrate by anisotropic etching through the opening, an inverted pyramid-shaped second recess in which a region including the plurality of adjacent first recesses is further recessed is formed. A fourth step of forming an uneven shape on the surface of the single crystal silicon substrate;
    A fifth step of removing the etching resistant mask film;
    A method for roughening a single crystal silicon substrate, comprising:
  2.  前記逆ピラミッド状の第2凹部は、隣接する前記第2凹部の逆ピラミッドの底面が互い違いに配置されていること、
     を特徴とする請求項1に記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。
    The inverted pyramid-shaped second recesses, the bottom surfaces of the inverted pyramids of the adjacent second recesses are alternately arranged;
    The method for roughening a single crystal silicon substrate according to claim 1.
  3.  前記第2工程では、前記耐エッチングマスク膜を上にした状態で前記単結晶シリコン基板を所定の方向に一定速度で移動させながら、所定の幾何学的なピッチを有するパターンに分岐された一定の周波数のパルスレーザビームを前記耐エッチングマスク膜上に照射し、
     前記第4工程では、ラインパターン上において近接する複数の前記第1凹部を含む領域がさらに凹加工された前記第2凹部を形成し、
     前記所定の幾何学的なピッチを有するパターンは、前記第1方向から所定の角度ずれたライン状に前記開口部が所定の間隔で配置されたラインパターンが前記第2方向において所定の間隔で平行に且つ前記第2方向において隣接する前記ラインパターン間で前記第1方向における位置をずらして配置されたパターンであること、
     を特徴とする請求項2に記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。
    In the second step, the single crystal silicon substrate is moved in a predetermined direction at a constant speed with the etching-resistant mask film facing up, and a predetermined branching pattern having a predetermined geometric pitch is provided. Irradiate a pulse laser beam of a frequency onto the etching resistant mask film,
    In the fourth step, the second concave portion in which a region including a plurality of the first concave portions adjacent to each other on the line pattern is further processed is formed,
    In the pattern having the predetermined geometric pitch, a line pattern in which the openings are arranged at predetermined intervals in a line shifted by a predetermined angle from the first direction is parallel at predetermined intervals in the second direction. And the pattern arranged by shifting the position in the first direction between the line patterns adjacent in the second direction,
    The method for roughening a single crystal silicon substrate according to claim 2.
  4.  前記異方性エッチングが、アルカリウエットエッチングであること、
     を特徴とする請求項1~3のいずれか1つに記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法。
    The anisotropic etching is alkaline wet etching;
    The method for roughening a single crystal silicon substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein:
  5.  請求項1~4のいずれか1つに記載の単結晶シリコン基板の粗面化方法により第1導電型の単結晶シリコン基板の表面に凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、
     前記単結晶シリコン基板の前記凹凸構造の形成面に第2導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
     前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を前記単結晶シリコン基板の前記凹凸構造の形成面側に形成する受光面側電極形成工程と、
     前記単結晶シリコン基板の他面側に裏面側電極を形成する裏面側電極形成工程と、
     を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
    A concavo-convex structure forming step of forming a concavo-convex structure on the surface of the first conductivity type single crystal silicon substrate by the method of roughening a single crystal silicon substrate according to any one of claims 1 to 4,
    An impurity diffusion layer forming step of diffusing an impurity element of a second conductivity type on the formation surface of the uneven structure of the single crystal silicon substrate to form an impurity diffusion layer;
    A light receiving surface side electrode forming step of forming a light receiving surface side electrode electrically connected to the impurity diffusion layer on the surface of the single crystal silicon substrate on which the uneven structure is formed;
    A back side electrode forming step of forming a back side electrode on the other side of the single crystal silicon substrate;
    A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising:
  6.  前記凹凸構造形成工程では、前記受光面側電極の形成予定領域以外の領域に前記第2凹部を形成すること、
     を特徴とする請求項5に記載の光起電力装置の製造方法。
    In the concavo-convex structure forming step, forming the second concave portion in a region other than a region where the light receiving surface side electrode is to be formed;
    The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 5.
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