JP2004134494A

JP2004134494A - Method and system for producing solar cell

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Publication number: JP2004134494A
Application number: JP2002295970A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Namikata; 南方　量二
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a prior method for forming a fine protruding/recessed structure on the surface of a semiconductor substrate when a high efficiency solar cell is produced, in expectation of light confinement effect for taking in incident light from the surface efficiently, that the cost is high and mass productivity is inferior. <P>SOLUTION: A solar cell can be produced at a relatively low cost without requiring any expensive facility because ink jet method is employed for forming an etching mask in the inventive solar cell production method. Since an etching mask having a fin pitch can be formed by ink jet method, a fine protruding/recessed structure can be obtained and since the light confinement effect is improved, a high efficiency solar cell can be produced. Furthermore, the solar cell production system comprises an ink jet head, a semiconductor substrate supporting means, a semiconductor substrate moving means, and a semiconductor substrate adjusting means and exhibits excellent mass productivity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造方法およびその製造装置に関しており、より詳細には、高い変換効率を有する太陽電池を製造する方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の構成を図３に示す。従来の太陽電池の製造法は、主にｐｎ接合形成、反射防止膜形成、ならびに裏面および受光面等の電極形成から成り立っている。まず、ｐ型半導体基板１の表面側に、三塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）等の熱拡散を行うことによって、ｎ型半導体層２を形成させ、ｐｎ接合を形成する。そして、裏面側において全面にアルミ（Ａｌ）ペーストを印刷、焼成することにより、裏面電極５を形成し、半導体基板の内部にｐ^＋の裏面電界（またはバックサーフェイスフィールド、ＢＳＦ：Ｂａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ）層４を形成する。更に、受光面となる半導体基板表面においては、全面にわたって結晶欠陥のパッシベーション（または結晶欠陥の不活性化）のために、例えば熱酸化によるＳｉ−ＳｉＯ_２表面を形成したり、入射する光の表面反射を低減させるために、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜または酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜等の反射防止膜３を形成する。その後、銀ペーストを用いて、反射防止膜３の上から直接、所望のパターンとなるようにスクリーン印刷法等によって、反射防止膜３を通ってｎ型半導体層２の表面に達する受光面電極６を形成する。
【０００３】
太陽電池の高い性能を得るには、表面での光の反射ロスを低く抑え、入射する光を効率よく太陽電池内に取り込む必要があり、上述のような反射防止膜３を形成する以外に、受光面となる半導体基板表面に微細なピラミッド状の凹凸構造（またはテクスチャ構造）を形成することがある。半導体基板表面に凹凸構造があると、半導体基板表面に入射した光が透過および反射を繰り返すことになり、フラットな半導体基板表面よりも多くの光を太陽電池内に取り込む効果（光閉じ込め効果）が期待される。
【０００４】
半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成する方法として、単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板）に対しては、アルカリ水溶液による結晶面でのエッチング速度の差を用いた凹凸構造形成方法がある。しかしながら、多結晶半導体基板（例えば、多結晶シリコン基板）に対しては、様々な結晶面を持つグレインを有しているので、単結晶基板ほど十分な光閉じ込め効果が得られない。そこで、多結晶半導体基板に対しては、例えば、半導体基板表面に機械的にＶ溝を形成する方法がある（例えば、特公平７−１０５５１８号公報参照）。また、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって微細な凹凸構造を形成する方法もある（例えば、特開平１１−１７２０２号公報参照）。更に、湿式エッチング法におけるエッチング液の組成等を調整することによって、結晶面に依存せずに微細な凹凸構造を形成する方法もある（例えば、特開平１０−３０３４４３号参照）。
【０００５】
Ｖ溝を機械的に形成することによって凹凸構造を形成する方法では、個々の半導体基板に対して処理を行うために量産性の点で問題があると共に、加工用ブレード等のコストが高いという問題点がある。また、この方法では、半導体基板表面に形成される凹凸構造のピッチを制御することができるが、Ｖ溝のピッチは、加工用ブレードのピッチで制限され、小さいピッチでＶ溝を形成できない。従って、深い溝を半導体基板表面に形成する必要があり、半導体基板が破損してしまう一因となっている。更に、Ｖ溝の形成後は、半導体基板表面に欠陥が形成されてしまうため、この欠陥を除去する工程が追加的に必要となる。
【０００６】
また、ＲＩＥ法では、半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成することが可能であるが、真空プロセス装置が用いられているので、コストが高くなると共に、処理能力が低く、量産性に劣るという問題点がある。また、湿式エッチング法によって微細な凹凸構造を形成する方法は、上述のＶ溝形成のような機械的欠陥が無く、また、従来のエッチング装置を、そのまま使用できる点では好ましいが、微細な凹凸構造の形成は、エッチング液の組成、温度等の諸条件に敏感に依存すると共に、半導体基板の形状等の製造条件に大きく依存し、例えば、半導体基板の外形寸法にバラツキがある場合、制御が困難となって量産性に劣るという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特公平７−１０５５１８号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７２０２号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０３４４３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、凹凸構造を半導体基板表面に有する高効率の太陽電池の製造方法を比較的低コストにて提供することにある。
【０００９】
また、本発明の課題は、そのような製造方法を実施するのに適した比較的量産性の良い太陽電池の製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するため、本発明の太陽電池の製造方法は、
インクジェット法によって、受光面となる半導体基板表面の所定領域にマスク剤を塗布してエッチング用マスクを形成する工程と、
半導体基板表面をエッチング処理する工程と
によって、エッチング用マスクで覆われていた領域以外に凹部、および、エッチング用マスクで覆われていた領域に凸部を形成して、半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成することを特徴としている。
【００１１】
本発明の方法では、半導体基板に対してエッチング液およびマスク剤を用いる。まず、マスク剤を半導体基板表面に塗布し、それを乾燥させることによってエッチング用マスクを形成する。その後、エッチング液で半導体基板表面をエッチング処理するが、エッチング用マスクで覆われた領域は、エッチング液の影響を受けない一方、そのエッチング用マスクで覆われた領域以外は、エッチング液の影響を受けて窪みが形成される。従って、エッチング処理後に、エッチング用マスクを取り除くと、エッチング用マスクで覆われていた領域に凸部が形成される一方、エッチング用マスクで覆われていなかった領域には凹部が形成され、半導体基板表面に微細な凹凸構造が形成されることになる。従って、本発明の「所定領域」とは、エッチング処理により、微細な凹凸構造を半導体基板表面に形成する前の、凸部領域に相当する半導体基板表面領域である。また、本発明の「エッチング用マスク」は、エッチング処理から半導体基板表面を保護することによって、凹凸構造の凸部を、そのマスク下に形成させるものであり、従って、本発明でいう「凹凸構造」とは、エッチング用マスクで覆われていた領域に形成される凸部と、そのエッチング用マスクで覆われていなかった領域に形成される凹部とから成る凹凸構造をいう。
【００１２】
本発明は、インクジェット法を用いており、インクジェットヘッドのノズルからマスク剤を半導体基板表面に向かって吐出させることによって、半導体基板表面の所定領域にマスク剤を塗布している。本発明において、半導体基板は、太陽電池に一般に使用されるものであってよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはインジウム燐（ＩｎＰ）等から成るものである。
【００１３】
以下に、シリコン基板の場合を例にして、本発明を説明する。例えば、マスク剤は、レジスト、ポリイミドの前駆体等の有機物があり、また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物を形成する有機金属等がある。なお、本明細書で用いられている「レジスト」とは、従来からフォトリソグラフィー用またはメッキ用として用いられているレジストを意味する。
【００１４】
マスク剤は、操作温度条件下においてインクジェットヘッドのノズルから吐出され、塗布されるのに適した粘性を有する必要がある。従って、マスク剤は、エッチング用マスクの形成工程時において、例えば、２〜２０ｃＰ、好ましくは５〜１５ｃＰの粘度を有する。
【００１５】
エッチング処理に用いるエッチング液は、半導体基板がエッチングされるものであればよく、例えば、シリコン基板では、フッ酸および硝酸のうち少なくとも１種を含んで成る混酸溶液等の酸溶液である。その他、そのような酸溶液には燐酸等がある。また、エッチング液は、少なくとも苛性ソーダおよび苛性カリのうち少なくとも１種を含んで成るアルカリ溶液、好ましくは苛性ソーダ溶液であってもよい。その他、そのようなアルカリ溶液としては、エチレンジアミンおよびヒドラジン等がある。
【００１６】
エッチング処理において、上述のような酸溶液またはアルカリ溶液を単独で用いてもよいが、酸溶液で処理した後、アルカリ溶液に浸漬することによって、エッチング処理を行うことも可能である。またその逆に、アルカリ溶液で浸漬した後に酸溶液で処理することも可能である。
【００１７】
エッチング処理の後、半導体基板表面のエッチング用マスクは剥離される。例えば、レジストをエッチング用マスクとして使用した場合には、そのレジスト用剥離液でエッチング用マスクを剥離できる。ポリイミド等のように専用の剥離液がない有機材料をエッチング用マスクとして使用した場合には、酸素プラズマ或いはオゾン等の酸化雰囲気中で処理することにより、剥離することができる。また、ＳｉＯ_２等の無機材料をエッチング用マスクとして使用した場合には、フッ酸等のシリコン材料がエッチングされず、マスクのみがエッチングされる溶液を用いることにより、剥離することができる。
【００１８】
なお、マスクを、半導体基板（即ち、シリコン基板）と同様にエッチングされる材料、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等で構成した場合には、フッ酸および硝酸のうち少なくとも１種を含んで成る混酸溶液の組成、濃度等の条件を選択すれば、エッチング処理時にエッチング用マスクも同時に除去すことが可能となり、凹凸構造の形成工程とエッチング用マスクの剥離工程とを分けることなく、一つの工程で行なうことができる。
【００１９】
また、半導体基板のエッチング時に、エッチング用マスクの下部までエッチングされるようにオーバーエッチングすることにより、エッチング用マスクを半導体基板上から剥離することも可能であり、工程の簡略化が図られるとともに、剥離液等を考慮することなく、種々の材料でエッチング用マスクを形成することが可能となる。
【００２０】
本発明は、凹凸構造を半導体基板表面に有する太陽電池の製造方法の実施に使用できる太陽電池の製造装置を提供し、その製造装置は、凹凸構造形成前において、凹凸構造の凸部に相当する半導体基板表面にマスク剤を塗布するために、
インクジェットヘッドと、
半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、
インクジェットヘッドおよび／または半導体基板を相対的に移動させる移動手段と
を備えている。
【００２１】
インクジェットヘッドは、マスク剤を塗布するために、一般に略一列に並んだ複数のノズルを少なくとも１列有しており、半導体基板の上方に配置されている。また、インクジェットヘッドは、半導体基板の相対的な移動方向と略直角をなす方向の半導体基板表面長さに相当する領域を少なくとも塗布できるように、その方向に略一列に並んだ複数のノズルを有している。
【００２２】
この複数のノズルから成るノズルの列は、一列である必要はなく、複数のノズルの列を組み合せてもよい。同様に、インクジェットヘッドは、単一である必要はなく、複数のインクジェットヘッドを組み合わせたものであってもよい。
【００２３】
半導体基板は、例えば、チャック等の半導体基板支持手段によって下方より支持される。そして、移動手段を用いることによって、半導体基板は、列を成すべく複数のノズルが配置されている方向と略直角の方向において、インクジェットヘッドの下方を通過することになる。そして、半導体基板が、インクジェットヘッドの下方を通過する際に、インクジェットヘッドのノズルから、マスク剤が半導体基板表面に塗布され、そのマスク剤を乾燥させることによって、エッチング用マスクが半導体基板表面に形成される。ここで、移動手段とは、半導体基板を移動させるものであってもよいし、インクジェットヘッドを移動させるものであってもよい。更に、移動手段は、半導体基板およびインクジェットヘッドの双方を移動させるものであってもよく、インクジェットヘッドと半導体基板とが相対的に移動するものであればよい。
【００２４】
マスク剤を、インクジェットヘッドのノズルから半導体基板表面に対して垂直方向から吐出してもよいし、斜め方向から吐出してもよい。
【００２５】
ノズルからのマスク剤の吐出角度および／または吐出速度を制御すること、ならびに半導体基板支持手段および／またはインクジェットヘッドの移動を、制御することによって、所望形状のエッチング用マスクを形成することができる。従って、ピッチが小さいエッチング用マスクを形成することができ、例えば、１〜１００μｍ、好ましくは１０〜６０μｍのピッチでエッチング用マスクを形成することができる。
【００２６】
表面にエッチング用マスクを有する半導体基板をエッチング処理に付した後、そのエッチング用マスクを剥離液で剥離することによって、エッチング用マスクで覆われていなかった領域には凹部が形成され、エッチング用マスクで覆われていた領域には凸部が形成されるので、半導体基板表面に微細な凹凸構造を有する半導体基板を得ることができる。
【００２７】
なお、半導体基板表面に入射した光が効率良く透過および反射を繰り返すために、凹部幅（または凸部幅）等は、光の波長（約１μｍ）より大きいことが望まれるが、形成される凹凸構造のスペックは、エッチング用マスクのピッチに依存し、例えば、凹凸構造のピッチは１〜１００μｍ、好ましくは１０〜６０μｍである。
【００２８】
なお、本発明でいう「ピッチ」とは、エッチング用マスクに関しては、あるマスクとそれに隣接するマスクとの関係において、相対応する２点間の距離をいい、凹凸構造に関しては、半導体基板表面に形成される凹凸構造の互いに隣接する凹部（または凸部）の相対応する２点間の距離をいう。
【００２９】
半導体基板表面に微細な凹凸構造形成後、半導体基板の表面側に、三塩化ホスホリル等の熱拡散を行うことによって、ｎ型半導体層が形成されてｐｎ結合が形成される。そして、裏面側において全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極が形成され、更に、半導体基板の内側にはｐ^＋の裏面電界層が形成される。そして、表面側に反射防止膜を形成した後、スクリーン印刷法等によって受光面電極が形成されることによって、太陽電池が製造される。
【００３０】
好ましくは、上述の半導体基板を有する太陽電池の製造装置は、
インクジェットヘッドに対する半導体基板の位置および／または角度を調整する半導体基板調整手段を備えており、また、
半導体基板の形状を測定する形状測定手段と、
形状測定手段からの信号に基づいて、半導体基板調整手段および／またはインクジェットヘッドのノズルの動作を、制御するコントロール手段と
を備えている。
【００３１】
インクジェットヘッドに対して半導体基板の位置および／または角度を調整する手段は、半導体基板の相対的な移動方向に対してインクジェットヘッドより上流側に設けられており、例えば、複数の異なる形状の半導体基板が本装置に供給される場合、または、半導体基板が水平等でなく不適当な供給状態にある場合でも、半導体基板がインクジェットヘッドの下方で塗布に適した状態になるように、半導体基板の位置および／または角度を塗布前に適宜調整することができ、従って、エッチング用マスクの形成工程の効率化が図れる。
【００３２】
半導体基板の形状を測定する形状測定手段は、半導体基板の相対的な移動方向に対してインクジェットヘッドより上流側に設けられており、半導体基板の外形寸法を測定することができる。従って、太陽電池を量産する際、各々の半導体基板の外形寸法にバラツキがある場合でも、測定された外形寸法データの信号を基に、コントロール手段が、半導体基板の位置および／もしくは角度を調整する半導体基板調整手段を制御することによって、ならびに／または、インクジェットヘッドのノズル動作を制御することによって、各々の半導体基板の所定領域にマスク剤を塗布することができる。
【００３３】
なお、半導体基板の外形寸法のバラツキが十分に小さい場合には、形状測定手段を用いることなく、半導体基板の位置および／または角度を調整する手段だけで、インクジェットヘッドに対する半導体基板の相対位置および／または相対角度を一定にすることができ、従って、コントロール手段が、半導体基板調整手段および／またはノズル動作を制御することなく、エッチング用マスクの形成領域を各半導体基板にて略一定にすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の太陽電池の製造方法および製造装置を説明する。
【００３５】
図１は、本発明によって半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成する工程の一態様を示す。図１（ａ）に示すように、半導体基板１として、例えば略正方形状のｐ型多結晶シリコン半導体基板を用いる。
【００３６】
マスク剤塗布装置を用いて、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１の表面にマスク剤である塗布液１３をインクジェットヘッドのノズル１２から吐出させ、半導体基板１の表面に塗布液１３を塗布する。その後、塗布液１３の溶媒成分を気化させ、図１（ｃ）に示すような、エッチング用マスク１４を形成する。
【００３７】
次に、フッ酸と硝酸との混酸溶液中で、エッチング用マスク１４を表面に有した半導体基板１をエッチング処理することによって、図１（ｄ）に示すように、エッチング用マスク１４で覆われた領域以外に凹部を形成する。その後、エッチング用マスク１４の剥離液でエッチング用マスク１４を剥離することによって、図１（ｅ）に示すように、エッチング用マスクで覆われていた領域以外に形成された凹部とエッチング用マスクで覆われていた領域に形成された凸部とから成る微細な凹凸構造１５を有する半導体基板を得る。
【００３８】
その後、例えば図３を参照して説明したような常套の方法によって、ｐｎ接合、反射防止膜３、裏面電極５、ＢＳＦ層４、および受光面電極６を形成して、図１（ｆ）に示すような太陽電池を得る。
【００３９】
なお、本発明の太陽電池の製造方法では、エッチング用マスクで覆われていた領域以外に凹部を形成し、かつ、エッチング用マスクで覆われていた領域に凸部を形成することによって、微細な凹凸構造１５を有する半導体基板を得たが、エッチング用マスクで覆われていない領域に通常のエッチング処理で形成される凹凸構造を形成し、エッチング用マスクで覆われている領域に凸部を形成することによっても、半導体基板表面に微細な凹凸構造を形成することが可能である。
【００４０】
図２において、本発明のマスク剤塗布装置を説明する。本塗布装置は、半導体基板チャック２１、インクジェットヘッド２２および半導体基板形状測定器２３を備えている。インクジェットヘッド２２および半導体基板形状測定器２３は装置に固定されており、半導体基板チャック２１は、半導体基板１を下方より支持しており、半導体基板１を水平方向に移動させる。
【００４１】
本発明のマスク剤塗布装置を運転させた一態様として、まず、半導体基板１を、インクジェットヘッドのノズルが並ぶ方向と略直角をなす方向に移動させることによって、半導体基板形状測定器２３に通過させ、その通過中において半導体基板形状測定器２３によって半導体基板の外形寸法を測定する。その後、半導体基板１をインクジェットヘッド２２の下方を通過させるが、その通過中において塗布液１３をインクジェットヘッド２２のノズルから吐出することによって、塗布液１３を半導体基板１に塗布する。なお、半導体基板形状測定器２３で測定した半導体基板の外形寸法データを基に、コントロール手段がインクジェットヘッド２２を制御することによって、半導体基板１の所定の領域、即ち、形成する凹凸構造の凸部に相当する領域に塗布液１３が塗布される。図２では線状のエッチング用マスクを示しているが、ノズルの先端形状を変えること、または、ノズルからの吐出タイミング、吐出角度、吐出速度、もしくは本発明のインクジェットヘッドに対する半導体基板の相対的な移動等を種々に制御することによって、任意の複雑なパターンを有するエッチング用マスクも作成できることは明らかである。
【００４２】
このような本発明の太陽電池の製造方法および製造装置は、特に半導体基板にエッチング用マスクを形成することによって微細な凹凸構造を受光面表面に有する太陽電池の製造方法および製造装置を特徴とするものであり、例えば、ｐｎ接合、反射防止膜、もしくは電極等の構造、または、それらの製造方法および製造装置を限定するものではない。
【００４３】
また、本発明の太陽電池の製造方法および製造装置は、特に、半導体基板表面に凹凸構造を形成させるために、半導体基板を部分的に保護するマスクを形成するのに好適であるが、そのような目的に限られず、本発明の属する技術分野または他の技術分野において、特定の領域を保護するためのマスクを形成することにも適用できる。
【００４４】
【実施例】
（実施例）
半導体基板として、多結晶シリコン基板（１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．０４ｃｍ）を用いた。マスク剤塗布装置として、既存のインクジェットヘッドを備えたインクジェット塗布装置を用いた。その塗布装置によって、半導体基板表面に、マスク剤としてのポリイミド（常温にて約１０ｃＰの粘度）を塗布後、乾燥させ、４０μｍのピッチ、２０μｍのマスク間隔を有したエッチング用マスクを形成した。
【００４５】
そして、エッチング液として、５０ｖｏｌ％のフッ酸と６０ｖｏｌ％との容積比が１：３の混酸溶液によって、多結晶シリコン基板をエッチング処理し、マスク形成領域以外の半導体基板表面に凹部を形成した。この時、マスクの下部までオーバーエッチングすることにより、エッチング用マスクを半導体基板表面から取り除いた。
【００４６】
以上により、ピッチ４０μｍ、深さ約１５μｍの凹凸構造を表面に有する半導体基板を得た。
【００４７】
その後、半導体基板の表面側において、三塩化ホスホリルを用いた熱拡散を行なうことによってｐｎ接合を形成した後、裏面側において全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極を形成し、更に、半導体基板の内部には、Ｐ^＋の裏面電界を形成した。そして、表面側において、窒化シリコン膜の反射防止膜を形成した後、受光面電極を形成して、太陽電池を得た。
【００４８】
そして、得られた太陽電池の短絡電流密度、開放電圧、曲線因子を常套の方法により測定し、変換効率を算出した。その結果を表１に示す。
【００４９】
（比較例）
本比較例では、半導体基板として、多結晶シリコン基板（１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．０４ｃｍ）を用いた。まず、半導体基板を苛性カリの４．５モル％水溶液に浸漬させることによって、半導体基板表面の加工変質層を除去するエッチング処理を行なった。その結果、ランダムな凹凸構造を有する半導体基板を得た。
【００５０】
その後、半導体基板の表面側において、三塩化ホスホリルを用いた熱拡散を行なうことによってｐｎ接合を形成した後、裏面側において全面にアルミペーストを印刷、焼成することによって、裏面電極を形成し、更に、半導体基板の内部には、Ｐ^＋の裏面電界を形成した。そして、表面側において、窒化シリコン膜の反射防止膜を形成した後、受光面電極を形成した。
【００５１】
そして、得られた太陽電池の短絡電流密度、開放電圧、曲線因子を常套の方法により測定し、変換効率を算出した。その結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１に示すように、本発明によって製造された太陽電池は、従来の太陽電池と比較して、接触抵抗が増加せず、曲線因子が低下することはなかった。一方、インクジェット法を用いることによって、ピッチが小さいエッチング用マスクを形成でき、従って、太陽電池の半導体基板表面に微細な凹凸構造が形成できたので、光閉じ込め効果が改善し、その結果、短絡電流密度の増加に伴って変換効率が向上した。以上より、本発明の製造方法および製造装置で製造した太陽電池では、高価な設備を用いることなく、インクジェット法によるエッチング用マスクの形成工程を追加しただけで、比較的低コストで高効率の太陽電池を得ることができた。
【００５４】
なお、上述の実施例では、半導体基板１として略正方形状の多結晶シリコン半導体基板を用いたが、本発明の効果は、そのような半導体基板の形状、結晶の種類に制限されていない。
【００５５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明による太陽電池の製造方法は、高価な設備を用いること無く、太陽電池を比較的低コストにて製造することができる。また、インクジェット法によって、ピッチが小さいエッチング用マスクが形成できることから、基板表面に微細な凹凸構造が形成でき、従って、光閉じ込め効果が改善された高効率の太陽電池を製造することができる。更に、本発明の太陽電池の製造装置は、インクジェットヘッド、半導体基板支持手段、およびインクジェットヘッドと半導体基板とを相対的に移動させる移動手段、半導体基板調整手段等を備えていることから、太陽電池を量産する際、例えば、複数の異なる形状の半導体基板が本装置に供給される場合、または、半導体基板が水平でない等、不適当な供給状態にある場合でも所定の半導体基板表面にエッチング用マスクを形成できる量産性に優れた製造装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態を模式的に断面図により示す。
【図２】本発明の太陽電池の製造装置の一実施態様を模式的に斜視図により示す。
【図３】太陽電池の構造を模式的に断面図により示す。
【符号の説明】
１…半導体基板（ｐ型半導体基板）、２…ｎ型半導体層、３…反射防止膜、４…ｐ^＋の裏面電界層（ＢＳＦ層）、５…裏面電極、６…受光面電極、１２…インクジェットヘッドのノズル、１３…塗布液（マスク剤）、１４…エッチング用マスク、１５…微細な凹凸構造、２１…半導体基板チャック、２２…インクジェットヘッド、２３…半導体基板形状測定器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell and an apparatus for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell having high conversion efficiency and an apparatus for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows the configuration of the solar cell. A conventional method for manufacturing a solar cell mainly includes formation of a pn junction, formation of an antireflection film, and formation of electrodes such as a back surface and a light receiving surface. First, phosphoryl trichloride (POCl ₃ ), The n-type semiconductor layer 2 is formed, and a pn junction is formed. Then, an aluminum (Al) paste is printed and baked on the entire back surface to form a back electrode 5, and a p-type electrode is formed inside the semiconductor substrate. ⁺ Back surface field (BSF: Back Surface Field) layer 4 is formed. Further, in order to passivate crystal defects (or inactivate crystal defects) on the entire surface of the semiconductor substrate serving as a light receiving surface, for example, Si—SiO by thermal oxidation is used. ₂ In order to form a surface or reduce surface reflection of incident light, a silicon nitride (SiN) film or titanium oxide (TiO) is used. ₂ ) An antireflection film 3 such as a film is formed. Thereafter, the light receiving surface electrode 6 reaching the surface of the n-type semiconductor layer 2 through the antireflection film 3 through the antireflection film 3 by a screen printing method or the like so that a desired pattern is formed directly on the antireflection film 3 using silver paste. To form
[0003]
In order to obtain high performance of the solar cell, it is necessary to suppress the reflection loss of light on the surface to be low and to efficiently take incident light into the solar cell. In addition to forming the antireflection film 3 as described above, In some cases, a fine pyramid-shaped uneven structure (or texture structure) is formed on the surface of a semiconductor substrate serving as a light receiving surface. If the surface of the semiconductor substrate has an uneven structure, light incident on the surface of the semiconductor substrate repeats transmission and reflection, and the effect of capturing more light into the solar cell than the flat semiconductor substrate surface (light confinement effect). Be expected.
[0004]
As a method for forming a fine concavo-convex structure on the surface of a semiconductor substrate, a concavo-convex structure forming method using a difference in etching rate on a crystal plane with an alkaline aqueous solution for a single crystal semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate) is known. is there. However, since a polycrystalline semiconductor substrate (for example, a polycrystalline silicon substrate) has grains having various crystal planes, a sufficient light confinement effect cannot be obtained as compared with a single crystal substrate. Therefore, for a polycrystalline semiconductor substrate, for example, there is a method of mechanically forming a V-groove on the surface of the semiconductor substrate (see, for example, Japanese Patent Publication No. 7-105518). There is also a method of forming a fine uneven structure by a reactive ion etching (RIE) (see, for example, JP-A-11-17202). Furthermore, there is also a method of forming a fine uneven structure without depending on the crystal plane by adjusting the composition of an etching solution in a wet etching method (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303443).
[0005]
In the method of forming an uneven structure by mechanically forming a V-groove, there is a problem in terms of mass productivity because processing is performed on each semiconductor substrate, and a problem that the cost of a processing blade or the like is high. There are points. Further, in this method, the pitch of the concavo-convex structure formed on the surface of the semiconductor substrate can be controlled, but the pitch of the V-groove is limited by the pitch of the processing blade, and the V-groove cannot be formed at a small pitch. Therefore, it is necessary to form a deep groove on the surface of the semiconductor substrate, which is one of the causes of damage to the semiconductor substrate. Further, after the formation of the V-groove, a defect is formed on the surface of the semiconductor substrate, so that a step of removing the defect is additionally required.
[0006]
Further, in the RIE method, it is possible to form a fine uneven structure on the surface of a semiconductor substrate. However, since a vacuum process apparatus is used, the cost is increased, the processing capability is low, and mass productivity is poor. There is a problem. The method of forming a fine uneven structure by a wet etching method is preferable in that there is no mechanical defect such as the above-described V-groove formation, and a conventional etching apparatus can be used as it is. Is sensitively dependent on various conditions such as the composition and temperature of the etchant, and is greatly dependent on manufacturing conditions such as the shape of the semiconductor substrate. For example, it is difficult to control the semiconductor substrate when the external dimensions vary. Thus, there is a problem that mass productivity is poor.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-105518
[Patent Document 2]
JP-A-11-17202
[Patent Document 3]
JP-A-10-303443
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a highly efficient method for manufacturing a solar cell having an uneven structure on the surface of a semiconductor substrate at a relatively low cost.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing apparatus which is suitable for implementing such a manufacturing method and has relatively good mass productivity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes:
A step of applying a masking agent to a predetermined region of the surface of the semiconductor substrate to be a light receiving surface to form an etching mask by an inkjet method,
A step of etching the surface of the semiconductor substrate;
Accordingly, a concave portion is formed in a region other than the region covered with the etching mask, and a convex portion is formed in a region covered with the etching mask, so that a fine uneven structure is formed on the surface of the semiconductor substrate. .
[0011]
In the method of the present invention, an etching solution and a masking agent are used for a semiconductor substrate. First, a masking agent is applied to the surface of a semiconductor substrate and dried to form an etching mask. After that, the surface of the semiconductor substrate is etched with an etchant. The area covered with the etching mask is not affected by the etchant, while the area other than the area covered by the etch mask is affected by the etchant. Receiving depressions are formed. Therefore, when the etching mask is removed after the etching process, a convex portion is formed in a region covered with the etching mask, and a concave portion is formed in a region not covered with the etching mask. A fine uneven structure is formed on the surface. Therefore, the “predetermined region” of the present invention is a semiconductor substrate surface region corresponding to the convex region before a fine uneven structure is formed on the semiconductor substrate surface by etching. Further, the “etching mask” of the present invention protects the surface of the semiconductor substrate from the etching process, thereby forming the projections of the uneven structure under the mask. "" Means an uneven structure formed of a convex portion formed in a region covered with the etching mask and a concave portion formed in a region not covered with the etching mask.
[0012]
The present invention uses an inkjet method, in which a mask agent is applied to a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate by discharging a mask agent from a nozzle of an inkjet head toward the surface of the semiconductor substrate. In the present invention, the semiconductor substrate may be one generally used for a solar cell, and is made of, for example, silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), or the like.
[0013]
Hereinafter, the present invention will be described using a silicon substrate as an example. For example, the masking agent may be an organic substance such as a resist or a polyimide precursor, and may be silicon dioxide (SiO 2). ₂ ), Titanium oxide (TiO) ₂ ) Or aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) And the like to form an oxide. The “resist” used in the present specification means a resist conventionally used for photolithography or plating.
[0014]
The masking agent needs to have a viscosity suitable for being ejected from the nozzle of the inkjet head under the operating temperature condition and applied. Therefore, the masking agent has a viscosity of, for example, 2 to 20 cP, preferably 5 to 15 cP during the step of forming the etching mask.
[0015]
The etchant used for the etching treatment may be any as long as the semiconductor substrate is etched. For example, for a silicon substrate, an acid solution such as a mixed acid solution containing at least one of hydrofluoric acid and nitric acid is used. Other such acid solutions include phosphoric acid and the like. Further, the etching solution may be an alkaline solution containing at least one of caustic soda and caustic potash, preferably a caustic soda solution. Other examples of such an alkaline solution include ethylenediamine and hydrazine.
[0016]
In the etching treatment, the above-described acid solution or alkali solution may be used alone, but it is also possible to perform the etching treatment by immersing in an alkali solution after treating with an acid solution. Conversely, treatment with an acid solution after immersion in an alkali solution is also possible.
[0017]
After the etching process, the etching mask on the surface of the semiconductor substrate is peeled off. For example, when a resist is used as an etching mask, the etching mask can be stripped with the resist stripping solution. When an organic material such as polyimide which does not have a dedicated stripping liquid is used as an etching mask, it can be stripped by treatment in an oxidizing atmosphere such as oxygen plasma or ozone. In addition, SiO ₂ In the case where an inorganic material such as is used as an etching mask, a silicon material such as hydrofluoric acid is not etched, and the etching can be performed by using a solution in which only the mask is etched.
[0018]
The mask is made of a material that is etched in the same manner as the semiconductor substrate (ie, silicon substrate), for example, silicon dioxide (SiO 2). ₂ In the case of the above configuration, if the conditions such as the composition and concentration of the mixed acid solution containing at least one of hydrofluoric acid and nitric acid are selected, the etching mask can be removed at the same time as the etching process. The process can be performed in one step without separating the step of forming the uneven structure and the step of removing the etching mask.
[0019]
Further, at the time of etching the semiconductor substrate, it is possible to peel off the etching mask from above the semiconductor substrate by over-etching so as to be etched to the lower portion of the etching mask, thereby simplifying the process, It is possible to form an etching mask with various materials without considering a stripper or the like.
[0020]
The present invention provides an apparatus for manufacturing a solar cell that can be used for implementing a method for manufacturing a solar cell having a concavo-convex structure on a surface of a semiconductor substrate, and the manufacturing apparatus corresponds to a convex portion of the concavo-convex structure before forming the concavo-convex structure. In order to apply a masking agent to the semiconductor substrate surface,
An inkjet head,
Semiconductor substrate supporting means for supporting a semiconductor substrate,
Moving means for relatively moving the inkjet head and / or the semiconductor substrate;
It has.
[0021]
The ink jet head generally has at least one row of a plurality of nozzles arranged in a substantially single row in order to apply a masking agent, and is arranged above a semiconductor substrate. Further, the inkjet head has a plurality of nozzles arranged substantially in a line in the direction so as to apply at least an area corresponding to the semiconductor substrate surface length in a direction substantially perpendicular to the relative movement direction of the semiconductor substrate. are doing.
[0022]
The row of nozzles including the plurality of nozzles does not need to be one row, and a plurality of rows of nozzles may be combined. Similarly, the inkjet head need not be a single inkjet head, but may be a combination of a plurality of inkjet heads.
[0023]
The semiconductor substrate is supported from below by semiconductor substrate supporting means such as a chuck. Then, by using the moving means, the semiconductor substrate passes below the inkjet head in a direction substantially perpendicular to the direction in which the plurality of nozzles are arranged to form a row. Then, when the semiconductor substrate passes below the inkjet head, a masking agent is applied to the surface of the semiconductor substrate from nozzles of the inkjet head, and the masking agent is dried to form an etching mask on the surface of the semiconductor substrate. Is done. Here, the moving means may move the semiconductor substrate or may move the inkjet head. Further, the moving means may move both the semiconductor substrate and the ink jet head, and may be any means as long as the ink jet head and the semiconductor substrate move relatively.
[0024]
The masking agent may be discharged from the nozzle of the inkjet head in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate or in an oblique direction.
[0025]
An etching mask having a desired shape can be formed by controlling the discharge angle and / or the discharge speed of the mask agent from the nozzle, and controlling the movement of the semiconductor substrate supporting means and / or the inkjet head. Therefore, an etching mask having a small pitch can be formed. For example, the etching mask can be formed at a pitch of 1 to 100 μm, preferably 10 to 60 μm.
[0026]
After subjecting a semiconductor substrate having an etching mask on its surface to an etching treatment, the etching mask is peeled off with a peeling liquid, so that a concave portion is formed in a region not covered with the etching mask. Since a convex portion is formed in the region covered with the semiconductor substrate, a semiconductor substrate having a fine uneven structure on the surface of the semiconductor substrate can be obtained.
[0027]
In order to efficiently transmit and reflect light incident on the surface of the semiconductor substrate, the width of the concave portion (or the width of the convex portion) is preferably larger than the wavelength of the light (about 1 μm). The specification of the structure depends on the pitch of the etching mask. For example, the pitch of the uneven structure is 1 to 100 μm, preferably 10 to 60 μm.
[0028]
In the present invention, the term "pitch" refers to a distance between two corresponding points in a relationship between a certain mask and a mask adjacent thereto with respect to an etching mask. It refers to the distance between corresponding two points of the concave part (or convex part) adjacent to each other in the concavo-convex structure to be formed.
[0029]
After the formation of the fine uneven structure on the surface of the semiconductor substrate, thermal diffusion of phosphoryl trichloride or the like is performed on the surface side of the semiconductor substrate to form an n-type semiconductor layer and form a pn bond. Then, an aluminum paste is printed and baked on the entire back surface to form a back electrode, and further, a p-type electrode is formed inside the semiconductor substrate. ⁺ Is formed. Then, after forming an antireflection film on the surface side, a light receiving surface electrode is formed by a screen printing method or the like, whereby a solar cell is manufactured.
[0030]
Preferably, an apparatus for manufacturing a solar cell having the above-described semiconductor substrate,
A semiconductor substrate adjusting unit for adjusting a position and / or an angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head;
A shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate,
Control means for controlling the operation of the nozzles of the semiconductor substrate adjusting means and / or the ink jet head based on a signal from the shape measuring means;
It has.
[0031]
The means for adjusting the position and / or angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head is provided on the upstream side of the inkjet head with respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate. When the semiconductor substrate is supplied to the apparatus, or even when the semiconductor substrate is not in a horizontal state or is in an inappropriate supply state, the position of the semiconductor substrate is adjusted so that the semiconductor substrate is in a state suitable for coating below the inkjet head. And / or the angle can be appropriately adjusted before the application, so that the efficiency of the process of forming the etching mask can be improved.
[0032]
The shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate is provided upstream of the ink jet head with respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate, and can measure the external dimensions of the semiconductor substrate. Therefore, when mass-producing solar cells, the control means adjusts the position and / or angle of the semiconductor substrate based on the signal of the measured external dimension data even if the external dimensions of each semiconductor substrate vary. By controlling the semiconductor substrate adjustment means and / or controlling the nozzle operation of the inkjet head, a masking agent can be applied to a predetermined region of each semiconductor substrate.
[0033]
If the variation in the external dimensions of the semiconductor substrate is sufficiently small, the relative position and / or the relative position of the semiconductor substrate with respect to the ink-jet head can be determined only by means for adjusting the position and / or angle of the semiconductor substrate without using the shape measuring means. Alternatively, the relative angle can be made constant, so that the control means makes the formation area of the etching mask substantially constant in each semiconductor substrate without controlling the semiconductor substrate adjusting means and / or the nozzle operation. it can.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method and an apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 shows an embodiment of a process for forming a fine uneven structure on a semiconductor substrate surface according to the present invention. As shown in FIG. 1A, for example, a substantially square p-type polycrystalline silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 1.
[0036]
As shown in FIG. 1B, a coating liquid 13 serving as a masking agent is discharged from the nozzle 12 of the inkjet head onto the surface of the semiconductor substrate 1 using a mask coating apparatus, and the coating liquid 13 is applied to the surface of the semiconductor substrate 1. Is applied. Thereafter, the solvent component of the coating liquid 13 is vaporized to form an etching mask 14 as shown in FIG.
[0037]
Next, in a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid, the semiconductor substrate 1 having the etching mask 14 on its surface is subjected to an etching process, thereby covering the semiconductor substrate 1 with the etching mask 14 as shown in FIG. The recessed portion is formed in a region other than the region. Thereafter, the etching mask 14 is peeled off with a stripping solution of the etching mask 14, and as shown in FIG. 1 (e), the recess formed in the area other than the area covered with the etching mask and the etching mask are used. A semiconductor substrate having a fine concavo-convex structure 15 comprising a convex portion formed in the covered area is obtained.
[0038]
Thereafter, a pn junction, an antireflection film 3, a back electrode 5, a BSF layer 4, and a light receiving surface electrode 6 are formed by, for example, a conventional method as described with reference to FIG. A solar cell as shown is obtained.
[0039]
In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, a concave portion is formed in a region other than the region covered with the etching mask, and a convex portion is formed in a region covered with the etching mask, so that a fine A semiconductor substrate having an uneven structure 15 was obtained, but an uneven structure formed by a normal etching process was formed in a region not covered with the etching mask, and a convex portion was formed in a region covered with the etching mask. By doing so, it is possible to form a fine uneven structure on the surface of the semiconductor substrate.
[0040]
FIG. 2 illustrates a masking agent application device according to the present invention. This coating apparatus includes a semiconductor substrate chuck 21, an inkjet head 22, and a semiconductor substrate shape measuring device 23. The inkjet head 22 and the semiconductor substrate shape measuring device 23 are fixed to the apparatus, and the semiconductor substrate chuck 21 supports the semiconductor substrate 1 from below and moves the semiconductor substrate 1 in the horizontal direction.
[0041]
As one mode of operating the mask applying apparatus of the present invention, first, the semiconductor substrate 1 is passed through the semiconductor substrate shape measuring device 23 by moving the semiconductor substrate 1 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the nozzles of the inkjet head are arranged. During the passage, the external dimensions of the semiconductor substrate are measured by the semiconductor substrate shape measuring device 23. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is passed below the inkjet head 22, and the application liquid 13 is applied to the semiconductor substrate 1 by discharging the application liquid 13 from the nozzles of the inkjet head 22 during the passage. The control means controls the ink jet head 22 based on the external dimension data of the semiconductor substrate measured by the semiconductor substrate shape measuring device 23, so that a predetermined region of the semiconductor substrate 1, that is, the convex portion of the concavo-convex structure to be formed. The coating liquid 13 is applied to the region corresponding to. Although FIG. 2 shows a linear etching mask, the shape of the tip of the nozzle is changed, or the ejection timing, the ejection angle, the ejection speed from the nozzle, or the relative position of the semiconductor substrate to the inkjet head of the present invention are changed. It is apparent that an etching mask having an arbitrarily complicated pattern can be produced by variously controlling the movement and the like.
[0042]
Such a method and apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention is characterized by a method and apparatus for manufacturing a solar cell having a fine uneven structure on the light-receiving surface by forming an etching mask on a semiconductor substrate. For example, the present invention does not limit the structure of a pn junction, an antireflection film, an electrode, or the like, or a manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof.
[0043]
Further, the method and apparatus for manufacturing a solar cell of the present invention are particularly suitable for forming a mask that partially protects a semiconductor substrate in order to form an uneven structure on the surface of the semiconductor substrate. The present invention is not limited to this purpose, and can be applied to forming a mask for protecting a specific region in the technical field to which the present invention belongs or other technical fields.
[0044]
【Example】
(Example)
A polycrystalline silicon substrate (10 cm × 10 cm × 0.04 cm) was used as a semiconductor substrate. As the masking agent applying device, an existing inkjet applying device equipped with an inkjet head was used. A polyimide (having a viscosity of about 10 cP at room temperature) as a masking agent was applied to the surface of the semiconductor substrate by the coating apparatus and then dried to form an etching mask having a pitch of 40 μm and a mask interval of 20 μm.
[0045]
Then, the polycrystalline silicon substrate was etched with a mixed acid solution having a volume ratio of 50 vol% of hydrofluoric acid to 60 vol% of 1: 3 as an etchant to form a concave portion on the surface of the semiconductor substrate other than the mask forming region. At this time, the etching mask was removed from the surface of the semiconductor substrate by over-etching to the lower portion of the mask.
[0046]
As described above, a semiconductor substrate having a concavo-convex structure having a pitch of 40 μm and a depth of about 15 μm on the surface was obtained.
[0047]
Then, on the front surface side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then, on the entire back surface side, an aluminum paste is printed and baked to form a back electrode, and further, a back electrode is formed. , P inside the semiconductor substrate ⁺ The back surface electric field was formed. Then, after forming an antireflection film of a silicon nitride film on the front surface side, a light-receiving surface electrode was formed to obtain a solar cell.
[0048]
Then, the short-circuit current density, open-circuit voltage, and fill factor of the obtained solar cell were measured by a conventional method, and the conversion efficiency was calculated. Table 1 shows the results.
[0049]
(Comparative example)
In this comparative example, a polycrystalline silicon substrate (10 cm × 10 cm × 0.04 cm) was used as a semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was immersed in a 4.5 mol% aqueous solution of caustic potash to perform an etching process for removing a work-affected layer on the surface of the semiconductor substrate. As a result, a semiconductor substrate having a random uneven structure was obtained.
[0050]
Then, on the front surface side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then, on the entire back surface side, an aluminum paste is printed and baked to form a back electrode, and further, a back electrode is formed. , P inside the semiconductor substrate ⁺ The back surface electric field was formed. Then, on the front side, after forming an antireflection film of a silicon nitride film, a light receiving surface electrode was formed.
[0051]
Then, the short-circuit current density, open-circuit voltage, and fill factor of the obtained solar cell were measured by a conventional method, and the conversion efficiency was calculated. Table 1 shows the results.
[0052]
[Table 1]

[0053]
As shown in Table 1, the solar cell manufactured by the present invention did not increase the contact resistance and did not decrease the fill factor as compared with the conventional solar cell. On the other hand, by using the inkjet method, an etching mask having a small pitch can be formed, and thus a fine concavo-convex structure can be formed on the semiconductor substrate surface of the solar cell. Conversion efficiency improved with increasing density. As described above, in a solar cell manufactured by the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the present invention, a solar cell of relatively low cost and high efficiency can be obtained by simply adding an etching mask forming step by an inkjet method without using expensive equipment. Battery was obtained.
[0054]
In the above-described embodiment, a substantially square-shaped polycrystalline silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 1, but the effects of the present invention are not limited to the shape of the semiconductor substrate and the type of crystal.
[0055]
【The invention's effect】
As is clear from the above, the method for manufacturing a solar cell according to the present invention can manufacture a solar cell at relatively low cost without using expensive equipment. Further, since an etching mask having a small pitch can be formed by the inkjet method, a fine uneven structure can be formed on the substrate surface, and thus a highly efficient solar cell with an improved light confinement effect can be manufactured. Further, the solar cell manufacturing apparatus of the present invention includes an inkjet head, a semiconductor substrate supporting unit, a moving unit for relatively moving the inkjet head and the semiconductor substrate, a semiconductor substrate adjusting unit, and the like. In mass-producing, for example, when a plurality of semiconductor substrates of different shapes are supplied to the apparatus, or even when the semiconductor substrate is not in a horizontal state or is in an inappropriate supply state, an etching mask is formed on a predetermined semiconductor substrate surface. This is a manufacturing apparatus which can form slabs and has excellent mass productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of a method for manufacturing a solar cell of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an embodiment of the solar cell manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solar cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate (p-type semiconductor substrate), 2 ... n-type semiconductor layer, 3 ... antireflection film, 4 ... p ⁺ Back surface field layer (BSF layer), 5 back surface electrode, 6 light receiving surface electrode, 12 nozzle of inkjet head, 13 coating liquid (masking agent), 14 etching mask, 15 fine minute uneven structure, 21 ... Semiconductor substrate chuck, 22 ... Inkjet head, 23 ... Semiconductor substrate shape measuring instrument.

Claims

表面に凹凸構造を有する半導体基板を有する太陽電池の製造方法において、
インクジェット法によって、半導体基板表面の所定領域にマスク剤を塗布してエッチング用マスクを形成する工程と、
該半導体基板表面をエッチング処理する工程と
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。In a method for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having an uneven structure on a surface,
A step of forming a mask for etching by applying a masking agent to a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate by an inkjet method,
Etching the surface of the semiconductor substrate.

請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
前記所定領域は、前記エッチング処理により凹凸構造を前記半導体基板表面に形成する前において、該凹凸構造の凸部に相当する領域であることを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 1,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the predetermined region is a region corresponding to a convex portion of the concave-convex structure before the concave-convex structure is formed on the surface of the semiconductor substrate by the etching process.

請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、
前記エッチング用マスクは、レジストまたはポリイミドから成る有機物を含んで成ることを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the etching mask includes an organic material made of a resist or polyimide.

請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、
前記エッチング用マスクは、二酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化アルミニウムから成る酸化物を含んで成ることを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the etching mask includes an oxide made of silicon dioxide, titanium oxide, or aluminum oxide.

請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法において、
エッチング処理する工程は、
酸溶液を用いて処理する工程、および
アルカリ溶液を用いて処理する工程
の内、少なくとも一方を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4,
The etching process is
A method for manufacturing a solar cell, comprising at least one of a step of treating with an acid solution and a step of treating with an alkaline solution.

請求項１乃至５のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法において、
フッ酸、硝酸および燐酸の少なくとも１種を含んで成る酸溶液によって、エッチング処理を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a solar cell, comprising performing an etching treatment with an acid solution containing at least one of hydrofluoric acid, nitric acid, and phosphoric acid.

請求項１乃至５のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法において、
苛性ソーダ、苛性カリ、エチレンジアミンおよびヒドラジンの少なくとも１種を含んで成るアルカリ溶液によって、エッチング処理を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a solar cell, comprising performing etching with an alkaline solution containing at least one of caustic soda, caustic potash, ethylenediamine, and hydrazine.

表面に凹凸構造を有する半導体基板を有する太陽電池の製造装置であって、
凹凸構造形成前において、該凹凸構造の凸部に相当する半導体基板表面にマスク剤を塗布するために、
略一列に並んだ複数のノズルを少なくとも１列備えたインクジェットヘッドと、
半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、
該インクジェットヘッドの該複数のノズルが並ぶ方向と略直角をなす方向に、該インクジェットヘッドおよび／または該半導体基板を相対的に移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。An apparatus for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having an uneven structure on a surface,
Before the formation of the uneven structure, in order to apply a masking agent to the surface of the semiconductor substrate corresponding to the convex portion of the uneven structure,
An inkjet head having at least one row of a plurality of nozzles arranged in substantially one row;
Semiconductor substrate supporting means for supporting a semiconductor substrate,
Moving means for relatively moving the inkjet head and / or the semiconductor substrate in a direction substantially perpendicular to a direction in which the plurality of nozzles of the inkjet head are arranged;
An apparatus for manufacturing a solar cell, comprising:

請求項８に記載の太陽電池の製造装置において、
前記インクジェットヘッドに対する前記半導体基板の相対的な移動方向に関して、該インクジェットヘッドより上流側に設けられた半導体基板調整手段を更に備えており、
該半導体基板調整手段は、該インクジェットヘッドに対する該半導体基板の位置および／または角度を調整することを特徴とする太陽電池の製造装置。The solar cell manufacturing apparatus according to claim 8,
Regarding the relative movement direction of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head, further comprising a semiconductor substrate adjustment means provided upstream from the inkjet head,
The apparatus for manufacturing a solar cell, wherein the semiconductor substrate adjusting means adjusts a position and / or an angle of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head.

請求項８または９に記載の太陽電池の製造装置において、
前記インクジェットヘッドに対する前記半導体基板の相対的な移動方向に関して、該インクジェットヘッドより上流側に設けられている、該半導体基板の形状を測定する形状測定手段と、
該形状測定手段からの信号に基づいて、前記半導体基板調整手段および／または該インクジェットヘッドのノズルの動作を、制御するコントロール手段と
を更に備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。The solar cell manufacturing apparatus according to claim 8 or 9,
With respect to the relative movement direction of the semiconductor substrate with respect to the inkjet head, provided on the upstream side of the inkjet head, shape measuring means for measuring the shape of the semiconductor substrate,
An apparatus for manufacturing a solar cell, further comprising control means for controlling the operation of the semiconductor substrate adjusting means and / or the nozzles of the inkjet head based on a signal from the shape measuring means.