JP2003069059A

JP2003069059A - ガラス基板の粗面化方法およびそのガラス基板を用いた薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池

Info

Publication number: JP2003069059A
Application number: JP2001257609A
Authority: JP
Inventors: Manabu Komota; 学古茂田; Kouichirou Shinraku; 浩一郎新楽; Kenji Fukui; 健次福井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】各種デバイスに用いられる粗面化されたガラ
ス基板を低コスト且つ高スループットで製造すること、
およびこのガラス基板を用いて高効率で低コストな薄膜
多結晶Ｓｉ太陽電池を製造することを目的とする。【解決手段】ガラス基板にサンドブラスト処理または
プラズマ処理を施した後、ウェットエッチング処理を施
すことにより、このガラス基板表面に０．１〜５μｍの
ピッチを有し、且つこのガラス基板に対して鉛直な方向
の任意断面における凹凸部の平均傾斜角が５〜１０°の
範囲内にある微細な凹凸形状を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス基板の粗面化
方法とそのガラス基板を用いた薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ガラス基
板を用いるディスプレイデバイスにおいては、ガラス基
板と電極との接着性の向上などを目的として、またガラ
ス基板を用いる磁気記録媒体においては、ランドグルー
ブの形成などを目的としてガラス基板の表面は粗面化さ
れている。ガラス基板を粗面化する方法としては、ガラ
ス基板にフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形
成した後にドライエッチングを行い、更にレジストを除
去した後にスパッタリングで凹凸を形成する方法（特開
２００１−１１０１０１号等を参照）が挙げられるが、
工程が複雑なためスループットに大きな問題がある。

【０００３】また、ガラス基板の表面を遊離砥粒を含む
研磨剤を用いて精密研磨した後に加熱処理を行い、その
後ケイフッ酸で表面処理することによって凹凸を形成す
る方法（特開２０００−３４８３４４号等を参照）もあ
るが、加熱処理工程が必要なために、スループットおよ
びコスト面で問題がある。

【０００４】一方、ガラス基板の凹凸を光学的見地から
利用するデバイスの例としては、太陽電池が挙げられ
る。特に、薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池においては、ガラス
基板上に電極層を形成し、この上にＳｉ層を順次積層し
て素子を形成するが、光吸収係数の小さい結晶質Ｓｉ膜
を活性層とした薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池においては、ａ
−Ｓｉ太陽電池とは異なって、入射光を効率よく吸収さ
せるためには、光閉じ込め構造の形成が極めて重要にな
る。

【０００５】この光閉じ込め効果を得るための一つの手
段として、凹凸構造にすることが行われている。

【０００６】例えばＺｎＯなどからなる透明層をガラス
基板上に形成した後に、酢酸溶液中に浸漬して電界処理
を施すことによって透明層に凹凸を形成する方法（例え
ば特開平６−１４０６４９号等を参照）や、導電性酸化
超微粒子を分散媒体中に分散させたコーティング液をガ
ラス基板上に塗布して硬化させることによってヘーズが
２〜４８％である透明導電膜を形成する方法（例えば特
開平１０−１２０５９号等を参照）などが知られてい
る。しかしながら、これらの方法はいずれも透明層を形
成する必要があるため、コストおよびスループットの面
において問題が残る。

【０００７】また、例えばガラス基板上に平均粒径０．
１〜１．０μｍの絶縁性微粒子薄膜を形成して凹凸を形
成する方法（特開平１１−２７４５３６号等を参照）
や、超音波振動を与えつつ遊離砥粒を含むスラリーを供
給してガラス基板表面に複数のＶ溝を有する工具を押し
付けて凹凸を形成する方法（特開平６−３５０１１４号
等を参照）などもあるが、これらの方法では好適な凹凸
形状を得ることが困難で、ガラス基板上に形成する結晶
質Ｓｉ膜の品質を低下させる事態を誘発する。

【０００８】また、ガラス基板に凹凸構造を直接形成す
る方法として、＃２０００以上の番手の砥粒をガラス基
板表面に吹き付ける方法（特開平９−１９９７４５号等
を参照）も知られているが、この方法で形成される凹凸
はアスペクト比が大きいことや、ブラストダメージによ
ってガラス基板にマイクロクラックが発生し、素子を形
成した場合にリークを起こすことが懸念される。

【０００９】また、ａ−Ｓｉ太陽電池を形成するため
に、ガラス基板にブラスト処理およびフッ酸水溶液処理
を施して凹凸構造を形成する方法（特開２０００−２２
３７２４号等を参照）においては、半球状のディンプル
形状を有した凹凸を形成することが示されているが、こ
れを薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池のガラス基板に応用した際
には、凹凸の急傾斜面上に成長する結晶成分の膜品質が
極度に低下し、結果として充分な素子効率が得られな
い。

【００１０】本発明は、このような問題点を解消し、各
種デバイスに用いられる粗面化されたガラス基板を低コ
スト且つ高スループットで製造すること、およびこのガ
ラス基板を用いて高効率で低コストな薄膜多結晶Ｓｉ太
陽電池を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るガラス基板の粗面化方法では、ガラ
ス基板にプラズマ処理または番手が＃１０００〜＃２０
００の範囲内にある砥粒を用いたサンドブラスト処理を
施した後、ウェットエッチング処理を施すことにより、
このガラス基板表面に０．１〜５μｍのピッチを有し、
且つこのガラス基板に対して鉛直な方向の任意断面にお
ける凹凸部の平均傾斜角が５〜１０°の範囲内にある微
細な凹凸形状を形成することを特徴とする。

【００１２】また、上記ガラス基板の粗面化法では、前
記プラズマ処理が反応性イオンエッチング処理であるこ
とが望ましい。

【００１３】さらに、上記ガラス基板の粗面化法では、
前記ウェットエッチングで用いるエッチャントに０．５
〜５０ｗｔ％の濃度のフッ酸を含有することが望まし
い。

【００１４】また、上記ガラス基板の粗面化法では、前
記ウェットエッチング処理の前後の少なくとも一方で超
音波洗浄を施すことが望ましい。

【００１５】また、上記ガラス基板の粗面化法では、前
記ウェットエッチング処理中に超音波振動を与えること
が望ましい。

【００１６】さらに、請求項６に係る薄膜多結晶Ｓｉ太
陽電池では、上記の方法で粗面化したガラス基板上に電
極と半導体層を形成することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、各請求項に係る発明を詳細
に説明する。

【００１８】図１に、本発明の方法で粗面化されたガラ
ス基板表面のＳＥＭ像を示す。

【００１９】まず、ガラス基板にサンドブラスト処理を
行った後、フッ酸溶液中に浸漬させることにより、その
表面に凹凸形状を形成する。具体的にはサンドブラスト
処理において、例えば番手が＃１０００〜＃２０００の
範囲内にあるＡｌ₂Ｏ₃砥粒を用い、フッ酸溶液濃度を
０．５ｗｔ％として２０分間浸漬してエッチング処理を
行うと、表面から見たその形状が擬楕円形であり、且つ
ガラス基板に対して鉛直な方向の任意断面における凹凸
部の平均傾斜角が約５〜１０°の凹凸形状が形成され
る。また、凹凸形状のピッチはフッ酸処理の時間を変化
させることによって０．１〜５μｍ程度の範囲内で制御
が可能である。

【００２０】ガラス基板に対して鉛直な方向の任意断面
における凹凸部の平均傾斜角とは、基板に対して鉛直な
方向に切った任意の断面部において、凹凸部を形取る稜
線の基板水平方向に対する傾斜角の(断面部全体におけ
る)平均値を示します。

【００２１】このとき、凹凸の平均傾斜角が上記の範囲
以下になると、太陽電池等に応用した際に、太陽電池の
裏面側で反射した反射光が受光面側で全反射される確率
が低下するため、光活性層内での実効的な光路長が効果
的に増大しない。逆に、凹凸の平均傾斜角が上記の範囲
以上の場合には、互いに向かい合う凹凸斜面上での結晶
の成長が極度に阻害されるとともに、各々の結晶粒が衝
突する界面近傍にボイドを伴った粒界が発生し、Ｖ_ocお
よびＦＦを中心とした素子特性を悪化せしめる事態を誘
発する。

【００２２】同様に凹凸のピッチに関しても、上記の範
囲以下の場合には、活性層の膜品質が低下し、上記の範
囲以上の場合には光閉じ込め効果が低下する。

【００２３】また、上記の凹凸形状を形成するにはサン
ドブラスト処理において、番手が＃１０００〜＃２００
０の範囲内にあるＡｌ₂Ｏ₃砥粒を用いるのが望ましい
が、砥粒の材質としてはＳｉＣまたは炭酸ナトリウム等
を用いてもよい。このとき、砥粒の番手が＃１０００以
下であると、凹凸のピッチが大きくなるために、例えば
ディスプレイ用ガラス基板として用いる場合、ガラス基
板と電極との密着性が低下したり、また太陽電池用ガラ
ス基板として用いる場合、光閉じ込め効果が減少する等
の事態を誘発する。逆に砥粒の番手が＃２０００以上で
あると、形成される凹凸のアスペクト比が大きくなり、
各種素子において構造欠陥や電気的リークを引き起こす
要因となる。

【００２４】本発明では、サンドブラスト処理におい
て、番手が＃１０００〜＃２０００の範囲内にある砥粒
を用いるため、サンドブラスト直後の凹凸形状ののアス
ペクト比が比較的小さく、更にウェットエッチング処理
を施すことにより急傾斜部が全く存在しない形状とな
る。

【００２５】また、サンドブラスト処理に代えて５〜１
０分程度の反応性イオンエッチング処理によって微細な
凹凸構造を形成してもよい。その後、上記ウェットエッ
チング処理を行うと同様の形状が得られる。プラズマ処
理の中では、特に反応性イオンエッチング処理が均一で
且つ微細な凹凸を形成し易い。

【００２６】また、上記ウェットエッチング処理に用い
るエッチャント中には０．５〜５０ｗｔ％のフッ酸を含
有することが望ましい。このウェットエッチング処理
は、マイクロクラック等の構造欠陥を溶解除去するとと
もに、リークの要因になる凸部の尖鋭箇所を鈍角化する
ことができる。このとき、フッ酸水溶液濃度が０．５ｗ
ｔ％以下の場合には上記の処理に３０分以上の時間を要
し、スループットが問題になる。逆に、フッ酸水溶液濃
度が５０ｗｔ％以上の場合には急激な等方性エッチング
により、凹凸ピッチが制御不能に長大化する事態を誘発
する。

【００２７】また、エッチング残さの除去を目的とし
て、上記ウェットエッチング処理の前後の少なくとも一
方で、純水中等で超音波洗浄を行うことが望ましい。ス
ループットをより向上させるには、ウェットエッチング
処理中に超音波振動を与えることにより、エッチングと
残さ除去を同時に行ってもよい。以上のようにして粗面
化されたガラス基板を容易に形成することが可能にな
る。

【００２８】次に、請求項６に係る薄膜多結晶Ｓｉ太陽
電池の一実施形態を図２に示す。上記方法で粗面化され
たガラス基板１上に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、またはＡｌのうち、少なくとも１種からなる金属
膜、あるいはそのシリサイド膜、あるいはその窒化膜で
形成される裏面電極２、ｐ⁺〜ｐ⁺⁺型あるいはｎ⁺〜ｎ⁺⁺
の非単結晶Ｓｉ下地層３、非単結晶Ｓｉ下地層３と同一
導電型もしくはｉ型の結晶質Ｓｉ光活性層４、ｎ型ある
いはｐ型の非単結晶Ｓｉ層５、および受光面電極層を兼
ねた導電性の反射防止膜６を順次積層して成る。同図中
の７は反射防止膜６の上面に形成された表取出電極であ
り、８は裏面電極２上に形成された裏取出電極である。

【００２９】このような薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池の製造
にあたっては、上記の方法でガラス基板を粗面化する。
このガラス基板の凹凸形状は高い光閉じ込め効果を有す
るとともに、凹凸に急斜面部が存在しないために素子に
リークを生じさせない好適な形状であるといえる。

【００３０】次に、裏面電極２を電子ビーム蒸着法、ス
パッタリング法等の真空製膜法でシート抵抗が１Ω／□
程度以下になるように適当な膜厚に堆積する。具体的に
は、Ｔｉ膜を０．１μｍ成膜し、この上にＡｇ膜を１μ
ｍ成膜し、さらにＴｉ膜を０．１μｍ成膜するとシート
抵抗０．１Ω／□以下が実現される。なお、前記Ｔｉお
よびＡｇ膜は以下の工程で問題のない限り他の金属等に
置き換えてもよい。

【００３１】次に、１Ｅ１９／ｃｍ³程度の高濃度にド
ープされたｐ型あるいはｎ型の非晶質、多結晶もしくは
微結晶を含む非単結晶Ｓｉ下地層３を前記裏面電極２上
に形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ法、スパッタ
リング法等の薄膜形成技術で膜厚０．１μｍ以下に形成
する。この後、結晶化促進およびドーパント活性化率向
上を図るために熱処理を行ってもよい。

【００３２】次に、前記非単結晶Ｓｉ層３上にこれと同
一導電型もしくはｉ型の結晶質Ｓｉ層４になる多結晶あ
るいは微結晶Ｓｉ層を、ＣＶＤ法等で厚さ１μｍ〜１０
μｍ程度に形成する。

【００３３】次に、結晶質Ｓｉ層４上に非単結晶Ｓｉ層
３とは反対の導電型の非晶質、多結晶もしくは微結晶を
含む非単結晶Ｓｉ層５をプラズマＣＶＤ法やスパッタリ
ング法等の真空製膜法で厚さ０．１μｍ以下に形成す
る。

【００３４】次に、非単結晶Ｓｉ層５上に、ＩＴＯやＳ
ｎＯ₂等の導電性の反射防止膜６、あるいは窒化Ｓｉ膜
や酸化Ｓｉ膜等の絶縁性の反射防止膜６を、プラズマＣ
ＶＤ法やスパッタリング法等の真空製膜法を用いて６０
〜１００ｎｍ程度の膜厚で製膜する。

【００３５】次に、真空製膜技術、プリントおよび焼成
技術、さらにメッキ技術等を用いて表取出電極７を反射
防止膜６上に形成する。なお、絶縁性の反射防止膜を非
単結晶Ｓｉ層５上に成膜した場合は、バッファードフッ
酸等の適当な薬液によるエッチング技術で表取出電極７
を形成する領域について絶縁性反射防止膜を除去して非
単結晶Ｓｉ層５を露出させ、ここに表取出電極７を接触
させるように形成すればよい。

【００３６】また、裏取出電極８についても、裏面電極
２上に真空製膜技術、プリントおよび焼成技術、さらに
メッキ技術等を用いて形成することができる。

【００３７】図３に、上記方法で作製したガラス基板を
用いた素子の分光感度特性とフラットなガラス基板を用
いた素子の分光感度特性を示す。本発明の方法で作製さ
れたガラス基板を用いた素子は長波長領域における感度
が大きく向上しており、光閉じ込め構造が特性向上に効
果的に寄与していることが分かる。

【００３８】なお、上記例では、シングル構造のサブス
トレート型素子に本発明の方法で粗面化したガラス基板
を用いた例を説明したが、シングル構造のスーパースト
レート型素子または多層型（タンデム型）素子に上記技
術を用いた場合にも同様の効果が期待できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明のガラス基板の粗
面化法によれば、ガラス基板にサンドブラスト処理また
はプラズマ処理で微細な凹凸を形成した後、ウェットエ
ッチング処理を施して、このガラス基板表面に０．１〜
５μｍのピッチを有し、且つこのガラス基板に対して鉛
直な方向の任意断面における凹凸部の平均傾斜角が５〜
１０°の範囲内にある凹凸形状を形成することで、尖鋭
部やクラック等の少ない粗面化されたガラス基板を低コ
スト且つ高スループットで製造することが可能になる。
特に、上記ガラス基板の凹凸形状は薄膜多結晶Ｓｉ太陽
電池等の光電変換デバイスに好適な光閉じ込め効果を有
していることから、高効率化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法で粗面化されたガラス基板の表面
ＳＥＭ像である。

【図２】本発明の方法で粗面化されたガラス基板を用い
て形成した薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池を示す図である。

【図３】本発明の方法で作製した素子の分光感度特性と
従来の方法で作成した素子の分光感度特性とを示す図で
ある。

【符号の簡単な説明】

１：ガラス基板２：裏面電極３：非単結晶Ｓｉ下地層４：結晶質Ｓｉ光活性層５：非単結晶Ｓｉ層６：反射防止膜７：表取出電極８は裏取出電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板にプラズマ処理または番手が
＃１０００〜＃２０００の範囲内にある砥粒を用いたサ
ンドブラスト処理を施した後、ウェットエッチング処理
を施すことにより、このガラス基板表面に０．１〜５μ
ｍのピッチを有し、且つこのガラス基板に対して鉛直な
方向の任意断面における凹凸部の平均傾斜角が５〜１０
°の範囲内にある微細な凹凸形状を形成することを特徴
とするガラス基板の粗面化方法。
【請求項２】前記プラズマ処理が反応性イオンエッチ
ング処理であることを特徴とする請求項１に記載のガラ
ス基板の粗面化方法。
【請求項３】前記ウェットエッチングで用いるエッチ
ャントに０．５〜５０ｗｔ％の濃度のフッ酸を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の粗面化
方法。
【請求項４】前記ウェットエッチング処理の前後の少
なくとも一方で超音波洗浄を施すことを特徴とする請求
項１に記載のガラス基板の粗面化方法。
【請求項５】前記ウェットエッチング処理中に超音波
振動を与えることを特徴とする請求項１に記載のガラス
基板の粗面化方法。
【請求項６】請求項１〜６に記載の方法で粗面化した
ガラス基板上に電極と半導体層を形成した薄膜多結晶Ｓ
ｉ太陽電池。