JP2004342958A

JP2004342958A - Method for manufacturing solar battery

Info

Publication number: JP2004342958A
Application number: JP2003140021A
Authority: JP
Inventors: Takao Imanaka; 崇雄今中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily and inexpensively manufacturing a solar battery of high efficiency which has a semiconductor substrate having a rugged surface. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing a solar battery having a semiconductor substrate 1 whose surface is formed like a rugged shape, an etching mask 14 is formed by applying a masking agent to a prescribed area on the surface of the semiconductor substrate 1, the mask 14 and the surface of the semiconductor substrate 1 which is not coated with the mask 14 are simultaneously etched to form rugged structure 15 on the surface of the semiconductor substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池の製造方法に関し、詳しく述べると、高い変換効率を有する太陽電池を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、太陽電池は、図３に示すように、ｐ型の半導体基板３１と、この半導体基板３１の表面に配置される反射防止膜３３および受光面電極３６と、上記半導体基板３１の裏面に配置される裏面電極３５とを備え、上記半導体基板３１の表面側には、ｎ型半導体層３２が形成され、上記半導体基板３１の裏面側には、ｐ^＋の裏面電界（またはバックサーフェイスフィールド、ＢＳＦ：ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層３４が形成されている。
【０００３】
この太陽電池の製造方法は、主に、ｐｎ接合形成工程、反射防止膜形成工程、ならびに、裏面および受光面等の電極形成工程から成る。具体的に述べると、まず、ｐ型の半導体基板３１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３２を形成させ、ｐｎ接合を形成する。そして、半導体基板３１の裏面側において、その全面に、アルミ（Ａｌ）ペーストを印刷、焼成することにより、裏面電極３５を形成し、半導体基板３１の内部にｐ^＋の裏面電界層（ＢＳＦ層）３４を形成する。そして、受光面となる半導体基板３１の表面において、その全面にわたって、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、さらに、入射する光の表面反射を低減するために、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３３を形成する。その後、銀ペーストを用いて、反射防止膜３３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３３を貫通してｎ型半導体層３２の表面に達する受光面電極３６を形成する。
【０００４】
ここで、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３３を形成する以外に、受光面となる半導体基板の表面に微細なピラミッド状の凹凸構造（またはテクスチャー構造）を形成することがある。このように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。
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、従来、多結晶半導体基板に対して凹凸構造を形成する方法には、以下の第１〜第４の方法があった。すなわち、第１の方法は、半導体基板表面に機械的にＶ溝を形成する方法である（特公平７−１０５５１８号公報：特許文献１参照）。また、第２の方法は、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によって微細な凹凸構造を形成する方法である（特開平１１−１７２０２号公報：特許文献２参照）。また、第３の方法は、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である（特開平１０−３０３４４３号公報：特許文献３参照）。また、第４の方法は、基板表面にスプレーまたはスクリーンプリンティング法でプロテクタを作り、等方性エッチング溶液に浸漬して、Ｕ字形状の溝を形成する方法である（特開２００２−２１７４３９号公報：特許文献４参照）。
【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
【特許文献４】
特開２００２−２１７４３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の第１〜第４の方法には、以下の問題があった。
【０００９】
第１の方法では、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。
【００１０】
また、第２の方法では、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。
【００１１】
また、第３の方法では、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。
【００１２】
また、第４の方法では、Ｕ字形状の溝を形成後に、プロテクタを除去するというプロテクタ除去の工程が必要という問題がある。
【００１３】
そこで、この発明の課題は、表面が凹凸状の半導体基板を有する高効率の太陽電池を、簡単なプロセスで容易に、かつ、低コストにて製造する方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の太陽電池の製造方法は、表面が凹凸状に形成された半導体基板を有する太陽電池を製造する方法であって、半導体基板の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、このマスクとこのマスクに覆われていない上記半導体基板の表面とを同時にエッチング処理する工程とを有することを特徴としている。
ここで、半導体基板の表面とは、太陽光を受光する側の面をいう。
【００１５】
本発明の太陽電池の製造方法によれば、半導体基板表面の所定領域にマスクを形成した後、このマスクとこのマスクに覆われていない半導体基板表面とを同時にエッチングして、半導体基板表面を凹凸状に形成するため、簡単なプロセスで容易に高効率の太陽電池を製造することができる。さらに、半導体基板のエッチング時に、マスクも同時にエッチングすることにより、マスクを半導体基板上から剥離でき、マスク剥離工程を別途設ける必要がなく、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、種々の材料でマスクを形成することが可能となる。
このように、量産性に優れ、かつ、低コストを図ることができる高効率の太陽電池の製造方法を実現できる。
【００１６】
また、一実施形態の太陽電池の製造方法では、上記マスク剤は、Ｓｉ化合物を含んでいる。
【００１７】
この一実施形態の太陽電池の製造方法によれば、マスクが、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で形成されるため、半導体基板のエッチング処理時に、マスクを確実に除去することができる。
【００１８】
また、一実施形態の太陽電池の製造方法では、上記マスクは、スプレー法によって形成される。
ここで、スプレー法とは、マスク剤（塗布液）をスプレー用ノズルから噴射して半導体基板表面に塗布する方法をいう。
【００１９】
この一実施形態の太陽電池の製造方法によれば、マスクの形成にスプレー法を用いているため、高価な設備を用いること無く、低コストで太陽電池を製造できる。また、ノズルと半導体基板との距離やノズルの噴射速度を調整することにより、マスクの大きさを簡単に変更および制御することができる。
【００２０】
なお、マスク剤をＳｉ化合物を含むＳＯＧ（スピン・オン・グラス）にしてもよく、マスクを粒状として、マスク間隔を小さく形成できるので、微細な凹凸構造ができ、その結果、光閉じ込め効果がさらに改善されて、一層高効率の太陽電池を得ることができる。
【００２１】
また、マスクを、上記スプレー法以外に、スクリーンプリンティング法によって形成してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態である工程説明図を示している。図１（ａ）に示すように、半導体基板１として、例えば、平面視略正方形状のｐ型多結晶シリコン半導体基板を用いる。
【００２４】
そして、図２に示すマスク剤塗布装置を用いて、半導体基板１の受光面となる表面に、マスク剤である塗布液２３をスプレー用ノズル２２から吐出させ、半導体基板１の表面の所定領域に塗布液２３を塗布し、図１（ｂ）に示すように、エッチング用マスク１４を形成する。
【００２５】
なお、塗布液２３をＳｉ化合物を含むＳＯＧ（スピン・オン・グラス）にすると、半導体基板１上にＳｉＯ_２が粒状で塗布される。この粒の大きさは、スプレー用ノズル２２と半導体基板１との間の距離や、スプレー用ノズル２２からのマスク剤の噴射速度を調整することにより、制御できる。
【００２６】
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。このマスク１４を、半導体基板１（即ち、シリコン基板）と同様にエッチングされる材料のＳｉＯ_２で構成したため、フッ酸と硝酸との混酸溶液の組成、濃度等の条件を選択することにより、エッチング処理時にエッチング用マスク１４も同時に除去することが可能となり、図１（ｃ）に示すように、エッチング用マスク１４で覆われていた所定領域以外に形成された凹部とエッチング用マスク１４で覆われていた所定領域に形成された凸部とから成る微細な凹凸構造（テクスチャー構造）１５を有する半導体基板１を得る。
【００２７】
このように、マスク１４とマスク１４に覆われていない半導体基板１の表面とを同時にエッチング処理しているため、凹凸構造１５の形成工程とマスク１４の剥離工程とを分けることなく、一つの工程で行うことができ、工程の簡略化が図られるとともに、剥離液等を考慮する必要がない。
【００２８】
その後、例えば、図３を参照して従来技術で説明したような常套の方法によって、ｐｎ接合形成工程、反射防止膜形成工程、および、電極形成工程等を経て、図１（ｄ）に示すような太陽電池を得る。即ち、この太陽電池は、ｐ型の半導体基板１と、半導体基板１の表面に配置される反射防止膜３および受光面電極６と、半導体基板１の裏面に配置される裏面電極５とを備え、半導体基板１の表面側には、ｎ型半導体層２が形成され、半導体基板３１の裏面側には、ｐ^＋の裏面電界層４が形成されている。
【００２９】
次に、図２に、本発明の製法に用いるマスク剤塗布装置の簡略斜視図を示す。この塗布装置は、ヒーター２１とスプレー用ノズル２２を備えている。そして、この塗布装置を用いたスプレー法を説明すると、まず、半導体基板１を、スプレー用ノズル２２の下方のヒーター２１に移動させ、基板を４００℃程度に温める。その後、塗布液２３をスプレー用ノズル２２から吐出することによって、塗布液２３を半導体基板１に塗布する。なお、矢印は、半導体基板１の走行方向を示す。
【００３０】
このように、スプレー工程と乾燥工程とを同時に行なうことにより、短時間で、塗布液２３の溶媒を除去し、Ｓｉ化合物を蒸着させて、マスクを形成することができる。なお、スプレー工程の後に乾燥工程を行なってもよい。
【００３１】
上述のように構成された本発明の太陽電池の製造方法によれば、エッチング用マスクを用いることにより、半導体基板の受光面表面に、微細な凹凸状を形成することができる。また、半導体基板とマスクとを同時にエッチング処理するため、工程数の減少を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。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。
【００３３】
（実施例）
次に、本発明の製造方法にて太陽電池を製造する実施例を示す。
【００３４】
半導体基板として、多結晶シリコン基板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．４ｍｍ）を用いた。マスク剤塗布装置として、スプレー装置を用いた。その塗布装置によって、マスク剤としてＳｉ化合物を含むＳＯＧ（スピン・オン・グラス）を半導体基板表面に塗布後、乾燥させ、エッチング用マスクを形成した。
【００３５】
そして、エッチング液としてフッ酸と硝酸の混酸溶液によって、エッチング用マスクと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て、凹凸構造を表面に有する半導体基板を得た。
【００３６】
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、さらに、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。
【００３７】
（比較例）
次に、上記実施例との比較として比較例を示す。
【００３８】
半導体基板として、多結晶シリコン基板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．４ｍｍ）を用いた。まず、半導体基板を４．５モル％の苛性カリ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。
【００３９】
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、さらに、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。
【００４０】
そして、上記実施例の太陽電池、および、上記比較例の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。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１に示すように、本発明によって製造された実施例の太陽電池は、従来の比較例の太陽電池と比較して、接触抵抗が増加せず、曲線因子はほとんど低下していない。また、実施例の太陽電池では、スプレー法を用いることによって、ピッチが小さく、マスク間隔が小さいエッチング用マスクを形成できたため、半導体基板表面に微細な凹凸構造が形成でき、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ている。以上より、本発明の製造方法で製造した太陽電池では、高価な設備を用いることなく、スプレー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。
【００４３】
上述の実施例では、半導体基板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ない。また、基板を４００℃に温めたが、３００℃程度であってもよい。また、塗布液として、ＳＯＧを使用したが、ポリシラザンでもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の太陽電池の製造方法によれば、半導体基板の表面にマスクを形成してから、このマスクとこのマスクに覆われていない半導体基板の表面とをエッチング処理しているため、高価な設備を用いること無く、表面が凹凸状の半導体基板を有する高効率の太陽電池を低コストにて製造することができる。また、半導体基板のエッチング時に、マスクも同時にエッチングするため、マスクを半導体基板上から剥離することができ、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、種々の材料でマスクを形成することが可能となる。
【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示す工程説明図である。
【図２】スプレー法の工程を示す説明図である。
【図３】従来の太陽電池の断面図である。
【符号の説明】
１半導体基板（ｐ型半導体基板）
１４エッチング用マスク
１５凹凸構造
２３塗布液（マスク剤）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell having high conversion efficiency.
[0002]
[Prior art]
Generally, as shown in FIG. 3, a solar cell includes a p-type semiconductor substrate 31, an antireflection film 33 and a light receiving surface electrode 36 disposed on the surface of the semiconductor substrate 31, and a rear surface of the semiconductor substrate 31. And an n-type semiconductor layer 32 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 31, and a p ⁺ back surface electric field (or back surface field, BSF) is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 31. : Back Surface Field) layer 34 is formed.
[0003]
This method for manufacturing a solar cell mainly includes a pn junction forming step, an antireflection film forming step, and an electrode forming step for a back surface, a light receiving surface, and the like. Specifically, first, the n-type semiconductor layer 32 is formed by performing thermal diffusion of phosphoryl trichloride (POCl ₃ ) or the like on the surface side of the p-type semiconductor substrate 31 to form a pn junction. Then, an aluminum (Al) paste is printed and baked on the entire back surface of the semiconductor substrate 31 to form a back electrode 35, and a p ⁺ back surface electric field layer (BSF layer) is formed inside the semiconductor substrate 31. 34 are formed. Then, for passivation of crystal defects (or inactivation of crystal defects), a surface of Si—SiO ₂ is formed, for example, by thermal oxidation on the entire surface of the semiconductor substrate 31 serving as a light receiving surface. An anti-reflection film 33 such as a silicon nitride (SiN) film or a titanium oxide (TiO ₂ ) film is formed in order to reduce surface reflection of light. Then, using a silver paste, a light-receiving surface electrode that reaches the surface of the n-type semiconductor layer 32 through the anti-reflection film 33 by a screen printing method or the like so as to form a desired pattern directly from above the anti-reflection film 33. 36 is formed.
[0004]
Here, 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, and to form the anti-reflection film 33 as described above. In addition, a fine pyramid-shaped uneven structure (or texture structure) may be formed on the surface of the semiconductor substrate serving as the light receiving surface. If the surface of the semiconductor substrate has a concavo-convex structure as described above, light incident on the surface of the semiconductor substrate repeats transmission and reflection, and an effect of capturing more light into the solar cell than on a flat semiconductor substrate surface (light confinement). Effect) is expected.
[0005]
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.
[0006]
Therefore, conventionally, there have been the following first to fourth methods for forming a concavo-convex structure on a polycrystalline semiconductor substrate. That is, the first method is a method of mechanically forming a V-groove on the surface of a semiconductor substrate (Japanese Patent Publication No. 7-105518: Patent Document 1). A second method is a method of forming a fine uneven structure by reactive ion etching (RIE) (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-17202: Patent Document 2). A third method is 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 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-303443: Patent). Reference 3). A fourth method is a method of forming a protector on a substrate surface by spraying or screen printing, and immersing the protector in an isotropic etching solution to form a U-shaped groove (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-217439). : See Patent Document 4).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-105518 [Patent Document 2]
JP-A-11-17202 [Patent Document 3]
JP-A-10-303443 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-217439
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional first to fourth methods have the following problems.
[0009]
In the first method, there is a problem in terms of mass productivity because processing is performed on each semiconductor substrate, and there is a problem that the cost of a processing blade or the like is high. 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.
[0010]
Further, in the second method, it is possible to form a fine uneven structure on the surface of the semiconductor substrate. However, since a vacuum process apparatus is used, the cost is increased, the processing capability is low, and mass productivity is reduced. There is a problem that it is inferior.
[0011]
Further, the third method is preferable in that there is no mechanical defect such as the formation of the above-described V-groove and the conventional etching apparatus can be used as it is. It depends sensitively on various conditions such as temperature and the like, and greatly depends on manufacturing conditions such as the shape of the semiconductor substrate. For example, if the external dimensions of the semiconductor substrate vary, it is difficult to control and the mass productivity is poor. There's a problem.
[0012]
Further, the fourth method has a problem that a protector removing step of removing the protector after forming the U-shaped groove is required.
[0013]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing a high-efficiency solar cell having a semiconductor substrate having an uneven surface with a simple process at low cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a method for manufacturing a solar cell of the present invention is a method for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having an uneven surface, wherein a masking agent is applied to a predetermined region of the surface of the semiconductor substrate. The method is characterized by including a step of forming an etching mask by coating, and a step of simultaneously etching the mask and the surface of the semiconductor substrate not covered with the mask.
Here, the surface of the semiconductor substrate refers to a surface on the side receiving sunlight.
[0015]
According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, after a mask is formed in a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate, the mask and the surface of the semiconductor substrate not covered with the mask are simultaneously etched to make the surface of the semiconductor substrate uneven. Since it is formed in a shape, a highly efficient solar cell can be easily manufactured by a simple process. Further, by simultaneously etching the mask when etching the semiconductor substrate, the mask can be peeled off from the semiconductor substrate, so that there is no need to separately provide a mask peeling step, which simplifies the process and takes into account a peeling liquid and the like. Without using a mask, it is possible to form a mask with various materials.
As described above, a highly efficient method of manufacturing a solar cell which is excellent in mass productivity and low in cost can be realized.
[0016]
In one embodiment of the invention, the masking agent contains a Si compound.
[0017]
According to the solar cell manufacturing method of this embodiment, since the mask is formed of a material that is etched similarly to the semiconductor substrate (that is, the silicon substrate), the mask is reliably removed during the etching process of the semiconductor substrate. can do.
[0018]
In one embodiment of the present invention, the mask is formed by a spray method.
Here, the spray method refers to a method in which a masking agent (coating liquid) is sprayed from a spray nozzle and applied to the surface of a semiconductor substrate.
[0019]
According to the method for manufacturing a solar cell of this embodiment, since the spray method is used for forming the mask, the solar cell can be manufactured at low cost without using expensive equipment. Further, by adjusting the distance between the nozzle and the semiconductor substrate and the injection speed of the nozzle, the size of the mask can be easily changed and controlled.
[0020]
Note that the masking agent may be SOG (spin-on-glass) containing a Si compound, and the mask can be formed into a granular shape and the interval between the masks can be reduced, so that a fine uneven structure can be formed. As a result, the light confinement effect is further improved. Improved and more efficient solar cells can be obtained.
[0021]
Further, the mask may be formed by a screen printing method other than the spray method.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0023]
FIG. 1 is a process explanatory view showing one embodiment of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention. As shown in FIG. 1A, as the semiconductor substrate 1, for example, a p-type polycrystalline silicon semiconductor substrate having a substantially square shape in plan is used.
[0024]
Then, using a mask coating device shown in FIG. 2, a coating liquid 23 as a masking agent is discharged from a spray nozzle 22 onto a surface serving as a light receiving surface of the semiconductor substrate 1, and is applied to a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate 1. A coating liquid 23 is applied to form an etching mask 14 as shown in FIG.
[0025]
When the application liquid 23 is SOG (spin-on-glass) containing a Si compound, SiO ₂ is applied on the semiconductor substrate 1 in a granular form. The size of the particles can be controlled by adjusting the distance between the spray nozzle 22 and the semiconductor substrate 1 and the spray speed of the masking agent from the spray nozzle 22.
[0026]
Next, in a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid, the semiconductor substrate 1 having the etching mask 14 on the surface is subjected to etching. Since the mask 14 is made of SiO ₂ , which is a material to be etched in the same manner as the semiconductor substrate 1 (ie, silicon substrate), the etching is performed by selecting conditions such as the composition and concentration of a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid. During the processing, the etching mask 14 can be removed at the same time, and as shown in FIG. 1C, the concave portion formed in a region other than the predetermined region covered with the etching mask 14 and the etching mask 14 are covered. The semiconductor substrate 1 having the fine uneven structure (texture structure) 15 including the convex portion formed in the predetermined region is obtained.
[0027]
As described above, since the mask 14 and the surface of the semiconductor substrate 1 not covered with the mask 14 are simultaneously etched, the step of forming the concave-convex structure 15 and the step of removing the mask 14 can be performed in one step. The process can be simplified, and there is no need to consider a stripping solution or the like.
[0028]
Thereafter, for example, through a pn junction forming step, an antireflection film forming step, an electrode forming step, and the like by a conventional method described in the related art with reference to FIG. 3, as shown in FIG. Solar cells. That is, the solar cell includes a p-type semiconductor substrate 1, an antireflection film 3 and a light receiving surface electrode 6 disposed on the surface of the semiconductor substrate 1, and a back electrode 5 disposed on the back surface of the semiconductor substrate 1. An n-type semiconductor layer 2 is formed on the front side of the semiconductor substrate 1, and a p ⁺ back surface electric field layer 4 is formed on the back side of the semiconductor substrate 31.
[0029]
Next, FIG. 2 shows a simplified perspective view of a masking agent application device used in the manufacturing method of the present invention. This coating apparatus includes a heater 21 and a spray nozzle 22. The spray method using this coating apparatus will be described. First, the semiconductor substrate 1 is moved to the heater 21 below the spray nozzle 22, and the substrate is heated to about 400 ° C. Thereafter, the application liquid 23 is applied to the semiconductor substrate 1 by discharging the application liquid 23 from the spray nozzle 22. The arrow indicates the traveling direction of the semiconductor substrate 1.
[0030]
As described above, by performing the spraying step and the drying step simultaneously, the mask can be formed by removing the solvent of the coating liquid 23 and vapor-depositing the Si compound in a short time. Note that a drying step may be performed after the spraying step.
[0031]
According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention configured as described above, fine irregularities can be formed on the surface of the light receiving surface of the semiconductor substrate by using the etching mask. Further, since the semiconductor substrate and the mask are simultaneously etched, the number of steps can be reduced.
[0032]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed without departing from the gist of the present invention. 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.
[0033]
(Example)
Next, an example in which a solar cell is manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described.
[0034]
A polycrystalline silicon substrate (100 mm × 100 mm × 0.4 mm) was used as a semiconductor substrate. A spray device was used as a masking agent application device. By using the coating apparatus, SOG (spin-on-glass) containing a Si compound as a masking agent was applied to the surface of the semiconductor substrate, and then dried to form an etching mask.
[0035]
Then, the etching mask and the polycrystalline silicon substrate are etched with a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid as an etchant, and a concave portion is formed on the surface of the semiconductor substrate other than the mask forming region. Got.
[0036]
Thereafter, on the front side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then, on the entire back side, an aluminum paste is printed and baked on the entire surface to form a back electrode. Then, a p ⁺ back surface electric field was formed inside the semiconductor substrate. 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.
[0037]
(Comparative example)
Next, a comparative example will be described as a comparison with the above example.
[0038]
A polycrystalline silicon substrate (100 mm × 100 mm × 0.4 mm) was used as a semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was immersed in a 4.5 mol% aqueous solution of potassium hydroxide to perform an etching process for removing a damaged layer on the surface of the semiconductor substrate. As a result, a semiconductor substrate having a random uneven structure was obtained.
[0039]
Thereafter, on the front side of the semiconductor substrate, a pn junction is formed by performing thermal diffusion using phosphoryl trichloride, and then, on the entire back side, an aluminum paste is printed and baked on the entire surface to form a back electrode. Then, a p ⁺ back surface electric field was formed inside the semiconductor substrate. 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.
[0040]
Then, the short-circuit current density, open-circuit voltage, and fill factor of the solar cell of the above example and the solar cell of the comparative example were measured by a conventional method, and the conversion efficiency was calculated. Table 1 shows the results.
[0041]
[Table 1]

[0042]
As shown in Table 1, the solar cells of the examples manufactured according to the present invention did not increase the contact resistance and did not substantially decrease the fill factor as compared with the conventional solar cell of the comparative example. Further, in the solar cell of the example, by using the spray method, an etching mask with a small pitch and a small mask interval could be formed, so that a fine uneven structure could be formed on the surface of the semiconductor substrate, and the light confinement effect was improved. As a result, the conversion efficiency is improved with an increase in the short-circuit current density. As described above, in the solar cell manufactured by the manufacturing method of the present invention, a relatively low-cost and high-efficiency solar cell can be obtained only by adding a step of forming an etching mask by a spray method without using expensive equipment. I was able to.
[0043]
In the above embodiment, a substantially square polycrystalline silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate. However, the effects of the present invention are not limited to the shape of the semiconductor substrate and the kind of crystal. Further, the substrate is heated to 400 ° C., but may be about 300 ° C. Although SOG was used as the coating solution, polysilazane may be used.
[0044]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a mask is formed on the surface of a semiconductor substrate, and then the mask and the surface of the semiconductor substrate not covered with the mask are subjected to an etching treatment. Therefore, a highly efficient solar cell having a semiconductor substrate having an uneven surface can be manufactured at low cost without using expensive equipment. In addition, when etching the semiconductor substrate, the mask is simultaneously etched, so that the mask can be peeled off from the semiconductor substrate, which simplifies the process and allows the mask to be made of various materials without considering a peeling liquid or the like. Can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process explanatory view showing one embodiment of a method for manufacturing a solar cell of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing steps of a spray method.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional solar cell.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate (p-type semiconductor substrate)
14 Etching mask 15 Uneven structure 23 Coating liquid (masking agent)

Claims

表面が凹凸状に形成された半導体基板を有する太陽電池を製造する方法であって、
半導体基板の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、
このマスクとこのマスクに覆われていない上記半導体基板の表面とを同時にエッチング処理する工程と
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。A method for manufacturing a solar cell having a semiconductor substrate having a surface formed in an uneven shape,
Forming a mask for etching by applying a masking agent to a predetermined region of the surface of the semiconductor substrate,
A process for simultaneously etching the mask and a surface of the semiconductor substrate not covered by the mask.

請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
上記マスク剤は、Ｓｉ化合物を含んでい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,
A method for manufacturing a solar cell, wherein the masking agent contains a Si compound.

請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、
上記マスクは、スプレー法によって形成され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 mask is formed by a spray method.