JP2011222774A - Manufacturing device and manufacturing method of solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶太陽電池や多結晶太陽電池などの結晶系太陽電池の基板の表面に加工を施して、発電効率を高める太陽電池の製造方法および製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a solar cell that increases the power generation efficiency by processing the surface of a substrate of a crystalline solar cell such as a single crystal solar cell or a polycrystalline solar cell.
一般に、多結晶シリコン基板や単結晶シリコン基板などを用いた結晶系太陽電池において、表面に凹凸構造を形成して表面からの入射光を効率よく内部に取り込むことは、高効率の太陽電池を製造するためには必須であり、種々の方法が取り入れられてきた。 In general, in a crystalline solar cell using a polycrystalline silicon substrate, a single crystal silicon substrate, etc., forming a concavo-convex structure on the surface and efficiently taking incident light from the surface into the interior produces a highly efficient solar cell. In order to do so, various methods have been adopted.
単結晶シリコンを用いた太陽電池では、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムを用いたアルカリ水溶液による異方性エッチングを用い、(100)面からのエッチングにより多数のピラミッド状の凹凸を作る方式が知られている。これはシリコンの結晶面によるエッチング速度の違いを用いた手法であり、結晶方位が一定しない多結晶シリコン基板の場合は有効性が低下する。 In solar cells using single crystal silicon, a method is known in which anisotropic etching using an alkaline aqueous solution using potassium hydroxide or sodium hydroxide is used, and a large number of pyramidal irregularities are formed by etching from the (100) plane. ing. This is a technique using the difference in etching rate depending on the crystal plane of silicon, and the effectiveness is lowered in the case of a polycrystalline silicon substrate whose crystal orientation is not constant.
多結晶シリコン基板を用いた場合でも対応できる凹凸の製法として、特許文献1に記載されるように、機械加工により基板表面に多数の溝加工を施したのち、フッ酸と硝酸を成分とする等方性ウェットエッチング液によりダメージ層を除去することで所望の凹凸を得るものが知られていた。しかしこの方法では凹凸の周期がダイシング加工機の刃物送りピッチに規制されるため、粗い凹凸となるうえ、加工速度が遅いという問題があった。 As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133620, as a method of manufacturing irregularities that can be handled even when a polycrystalline silicon substrate is used, a number of grooves are formed on the substrate surface by machining, and then hydrofluoric acid and nitric acid are used as components. It has been known to obtain desired irregularities by removing a damaged layer with an isotropic wet etching solution. However, in this method, since the period of the unevenness is restricted by the blade feed pitch of the dicing machine, there are problems that the unevenness becomes rough and the processing speed is slow.
また、これとは別に、フッ酸と硝酸を主体としたエッチング液に、燐酸や炭素数が3〜6のカルボン酸を添加することでエッチング面にエッチングレートを劣化させる不純物を偏在させランダムな凹凸を生成する手法が提案されている(特許文献2を参照)。この方法では、機械加工を伴わないが凹凸の生成が偶然に左右されるため所望の凹凸が得にくく、比較的平坦な凹凸しか得られないという限界があった。 Apart from this, by adding phosphoric acid or a carboxylic acid having 3 to 6 carbon atoms to an etching solution mainly composed of hydrofluoric acid and nitric acid, impurities that cause the etching rate to deteriorate are unevenly distributed on the etching surface, and random unevenness is caused. Has been proposed (see Patent Document 2). Although this method does not involve machining, the generation of irregularities is affected by chance, so that it is difficult to obtain desired irregularities and there is a limit that only relatively flat irregularities can be obtained.
最近では、ホログラムレンズを用いたレーザパターニングによるフォトレジストマスクを用い、等方性ウェットエッチングを行い、マスク剥離を行う方法が提案されている(非特許文献1参照)。しかし、この方法でも、フォトリソグラフィー技術を用いるためマスクの制御性がよいが、塗布、露光、エッチング、剥離、洗浄という一連の半導体プロセスを必要とするため、製造コストが高くスループットが制限されているという不都合があった。 Recently, a method of performing isotropic wet etching using a photoresist mask by laser patterning using a hologram lens to perform mask peeling has been proposed (see Non-Patent Document 1). However, this method also has good controllability of the mask because it uses photolithography technology, but requires a series of semiconductor processes such as coating, exposure, etching, stripping, and cleaning, which results in high manufacturing costs and limited throughput. There was an inconvenience.
さらにこれらの方法ではシリコン基板を局所的に除去する方法であるため、太陽光の取り込み効率を高くするため急峻な凹凸をシリコン基板に加工した場合、シリコン基板に応力集中を招きやすく、脆弱で割れやすい基板にしてしまうという副作用があった。 Furthermore, since these methods are methods of locally removing the silicon substrate, if the silicon substrate is processed with steep irregularities in order to increase the efficiency of taking in sunlight, the silicon substrate is likely to cause stress concentration and is fragile and cracked. There was a side effect of making it an easy substrate.
本発明の目的は、上述した問題に鑑み、シリコン基板の局所的な除去加工を行うことで招く基板の脆弱化を回避しつつ、フォトリソグラフィー技術などの高価でスループットの遅いプロセスを用いずに、高効率の太陽電池を提供することにある。 The object of the present invention is to avoid the weakening of the substrate caused by performing the local removal processing of the silicon substrate in view of the above-described problems, without using an expensive and slow process such as a photolithography technique. The object is to provide a highly efficient solar cell.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の太陽電池の製造方法は、基板を準備する工程と、基板表面に、柔軟性を有する転写層を形成する工程を有する。また、転写層上に凹凸形状が形成されたモールドを押し付け、転写層に凹凸形状を転写し、基板表面に光の反射率を低下させるための凹凸部を形成する工程を有する。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the method for manufacturing a solar cell of the present invention includes a step of preparing a substrate and a step of forming a flexible transfer layer on the surface of the substrate. Further, the method has a step of pressing a mold having a concavo-convex shape formed on the transfer layer, transferring the concavo-convex shape to the transfer layer, and forming a concavo-convex portion on the substrate surface for reducing the light reflectance.
本発明の太陽電池の製造方法では、基板上に転写層が形成され、その転写層に、インプリント加工により微細な凹凸部を形成する。すなわち、基板そのものに凹凸部を形成する工程が無く、基板を脆弱化する工程が無い。そして、本発明の太陽電池の製造方法では、基板上に形成された転写層に凹凸部が形成されるため、入射効率のよい太陽電池を形成することができる。 In the method for producing a solar cell of the present invention, a transfer layer is formed on a substrate, and fine uneven portions are formed on the transfer layer by imprint processing. That is, there is no step of forming the uneven portion on the substrate itself, and there is no step of weakening the substrate. And in the manufacturing method of the solar cell of this invention, since an uneven | corrugated | grooved part is formed in the transfer layer formed on the board | substrate, a solar cell with sufficient incident efficiency can be formed.
本発明の太陽電池の製造装置は、表面に柔軟な転写層が形成された基板を載置する基板載置部と、基板の表面に形成した柔軟性を有する転写層に凹凸部を転写するための凹凸形状が形成されたモールドとを有する。 The apparatus for manufacturing a solar cell according to the present invention transfers a concavo-convex portion to a substrate placement portion on which a substrate having a flexible transfer layer formed on the surface is placed, and a flexible transfer layer formed on the surface of the substrate. And a mold having a concavo-convex shape formed thereon.
本発明の太陽電池の製造装置では、基板表面に形成された転写層に、モールドが押し付けられることで、その転写層に、モールドの凹凸形状が転写され、転写層に凹凸部を形成することができる。そして、本発明の太陽電池の製造装置を用いることで、基板上に形成された転写層に凹凸部を形成することができるため、基板自体に凹凸部を形成する必要がなく、基板が脆弱化されるのを防ぐことができる。 In the solar cell manufacturing apparatus of the present invention, when the mold is pressed against the transfer layer formed on the substrate surface, the uneven shape of the mold is transferred to the transfer layer, and the uneven portion is formed on the transfer layer. it can. Then, by using the solar cell manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to form uneven portions on the transfer layer formed on the substrate, so there is no need to form uneven portions on the substrate itself, and the substrate is weakened. Can be prevented.
本発明によれば、基板自体を脆弱化する局所的な除去加工を伴わないため、後続する実装工程で基板が割れる危険を大幅に軽減できる。さらに、低速なダイシング加工や、高価でスループットの低いフォトリソプロセスを用いないため製造コストを大幅に低減できる。さらには、フッ酸や硝酸などの劇薬を用いることも無く、これらの化学薬品の残渣物を中和洗浄する半導体洗浄プロセスも必要としないため、製造ラインが大幅に簡略化でき、環境負荷も低減できる。 According to the present invention, since there is no local removal processing that weakens the substrate itself, the risk of the substrate breaking during the subsequent mounting process can be greatly reduced. Furthermore, since the low-speed dicing process and the expensive and low-throughput photolithography process are not used, the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, no powerful chemicals such as hydrofluoric acid or nitric acid are used, and no semiconductor cleaning process is required to neutralize and clean these chemical residues, greatly simplifying the production line and reducing environmental impact. it can.
以下に、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法、及び太陽電池製造装置の一例を、図1〜図11を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。 Hereinafter, an example of a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, this invention is not limited to the following examples.
〈1.第1の実施形態〉
図1は本発明の第1の実施形態に係る太陽電池の製造方法の、セル工程のプロセスフローである。セル工程は、一般の半導体プロセスでは前工程と呼ばれる工程を中心としている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a process flow of a cell process in the method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment of the present invention. The cell process is centered on a process called a previous process in a general semiconductor process.
まず、P型多結晶シリコンのP型インゴットを準備し(ステップS101)、そのP型インゴットから、P型多結晶の基板(以下、ウェハ)をワイヤスライサにより厚さ0.1から0.2mm程度の薄板に切り出すウェハスライスを行う(ステップS102)。このウェハスライス工程では、多列に並べられたワイヤに砥粒の懸濁液を掛けながら、インゴットの側面に押し当てて滑らせることで、インゴットが薄板に切り離される。このウェハスライス工程により、直方体の多結晶シリコンの鋳造体から正方形の薄板の形の多結晶ウェハが準備される。 First, a P-type ingot of P-type polycrystalline silicon is prepared (step S101), and a P-type polycrystalline substrate (hereinafter referred to as a wafer) is formed from the P-type ingot with a wire slicer to a thickness of about 0.1 to 0.2 mm. Wafer slicing is performed on the thin plate (step S102). In this wafer slicing step, the ingot is cut into a thin plate by sliding it against the side of the ingot while applying a suspension of abrasive grains to the wires arranged in multiple rows. By this wafer slicing step, a polycrystalline wafer in the form of a square thin plate is prepared from a rectangular parallelepiped polycrystalline silicon casting.
次に、切り出されたウェハのダメージ層をエッチングする(ステップS103)。ステップS102のウェハスライス工程では、ウェハ表面に微細な凹凸を生じ、さらに砥粒の食い込みや、加工時の応力による結晶状態が劣化したダメージ層が生じている。このため、ダメージ層エッチング工程では、ウェハの表層部の洗浄とダメージ層の除去を目的に、表層のエッチング処理が行われる。塩酸と過酸化水素水の混合液による酸化洗浄、純水によるリンス洗浄、希フッ酸による酸化膜除去、純水によるリンス、乾燥の順にウェット処理を行う。 Next, the damaged layer of the cut wafer is etched (step S103). In the wafer slicing process in step S102, fine irregularities are generated on the wafer surface, and further, a damaged layer is generated in which the crystal state is deteriorated due to the bite of abrasive grains or stress during processing. For this reason, in the damaged layer etching step, the surface layer is etched for the purpose of cleaning the surface layer portion of the wafer and removing the damaged layer. Wet treatment is performed in the order of oxidation cleaning with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, rinse cleaning with pure water, removal of an oxide film with dilute hydrofluoric acid, rinse with pure water, and drying.
ここまでのプロセスは公知の多結晶シリコンによる太陽電池セル製造プロセスと同様であったが、次のプロセスから、本発明特有の製造プロセスとなる。一般的なシリコン結晶系太陽電池の製造プロセスでは、太陽光の反射を低減し発電効率を向上する目的で反射防止を行うため表層に凹凸の加工による粗化を行うことが多いが、本実施形態例では表面の粗化は行わず、ウェハ表面は平滑なまま処理を進める。 The process so far was the same as the known solar cell manufacturing process using polycrystalline silicon, but the following process is a manufacturing process unique to the present invention. In a general silicon crystal solar cell manufacturing process, roughening is often performed by roughening the surface layer in order to prevent reflection in order to reduce sunlight reflection and improve power generation efficiency. In the example, the surface is not roughened, and the process proceeds while the wafer surface is smooth.
本実施形態例では、ステップS103のダメージ層エッチング工程の次にドープ源塗布を行う(ステップS104)。このドープ源塗布工程では、わずかにP型の不純物を加えて鋳造されたインゴットから切り出されたP型の多結晶ウェハに、N型の不純物を拡散させるため、燐化合物を含有するコート液をウェハ表面に均一にスプレイして乾燥させる。このコート液からなる皮膜がドープ源となり、次の熱プロセスで燐原子がウェハ内部に拡散することになる。 In this embodiment, the dope source is applied after the damaged layer etching process in step S103 (step S104). In this dope source coating step, a coating solution containing a phosphorus compound is used to diffuse N-type impurities into a P-type polycrystalline wafer cut out from an ingot cast by adding slightly P-type impurities. Spray uniformly on the surface and dry. The film made of this coating liquid becomes a dope source, and phosphorus atoms diffuse into the wafer in the next thermal process.
さらに拡散層(N型)形成を行う(ステップS105)。この拡散層(N型)形成工程は前述したN型不純物である燐化合物が表面にコートされたウェハを、加熱炉で数百度から1000度程度に加熱することでウェハ内に燐を拡散させ、ウェハの表層部を当初のP型からN型にする。このとき、ウェハ表層には残渣物である燐を含んだ残膜が残る。 Further, a diffusion layer (N type) is formed (step S105). This diffusion layer (N-type) forming step diffuses phosphorus in the wafer by heating the wafer coated on the surface with the above-mentioned phosphorus compound, which is an N-type impurity, in a heating furnace to about several hundred to 1000 degrees, The surface layer of the wafer is changed from the original P-type to N-type. At this time, a residual film containing phosphorus as a residue remains on the surface of the wafer.
次に、残膜除去を行う(ステップS106)。前の工程で用いた加熱方式やドープ源の性質によって残膜の性情が異なるが、ここでは安価で簡便な大気中加熱による加熱プロセスが実施される。この場合、残膜は灰状の微粉末を主体とするため、フッ化アンモニウム溶液による表層酸化膜のスラントエッチングを利用したリフトオフを行う。本実施形態例ではこの段階でも、ウェハ表面が平滑なため、表面粗化を行い不純物が凹部に入り込んでしまう他の方式に比べ、ステップS106の残膜除去工程を容易に実施できるため、表層のエッチング量も僅少であり、処理時間もエッチング液の消耗も軽微である。 Next, the remaining film is removed (step S106). The nature of the remaining film varies depending on the heating method used in the previous step and the nature of the dope source, but here a cheap and simple heating process by heating in the atmosphere is performed. In this case, since the remaining film is mainly composed of ash-like fine powder, lift-off using slant etching of the surface oxide film with an ammonium fluoride solution is performed. Even in this embodiment, since the wafer surface is smooth even at this stage, the remaining film removal process in step S106 can be easily performed compared to other methods in which the surface is roughened and impurities enter the recesses. The etching amount is very small, and the processing time and the consumption of the etching solution are slight.
次に、ウェハ表面に保護膜と反射防止膜を兼ねて酸窒化シリコン膜を形成する酸窒化シリコン成膜を行う(ステップS107)。本実施形態例では、この酸窒化シリコン膜がパッシベーション膜の効果も担う。この酸窒化シリコン成膜工程では、酸化炉による加熱処理のみで表層のシリコンを酸化させ、これを保護膜とする方法も可能であるが、酸化シリコンのみでは水分の遮断性能が低い。そこで、ステップS107の酸窒化シリコン成膜工程では、酸化シリコンと窒化シリコンが混在したスパッタ源によるスパッタ成膜を行う。 Next, a silicon oxynitride film is formed on the wafer surface to form a silicon oxynitride film serving both as a protective film and an antireflection film (step S107). In this embodiment, this silicon oxynitride film also serves as a passivation film. In this silicon oxynitride film forming process, it is possible to oxidize the surface silicon only by heat treatment in an oxidation furnace and use this as a protective film, but the moisture blocking performance is low only with silicon oxide. Therefore, in the silicon oxynitride film forming step in step S107, sputtering film formation is performed using a sputtering source in which silicon oxide and silicon nitride are mixed.
次に、ナノインプリント工程を行う(ステップS120)。このナノインプリント工程では、まず、ウェハ表面に水ガラスのスピンコートであるSOGコーティングを行い(ステップS121)、柔軟性を有する転写層(以下、ナノインプリント層)を形成する。SOGとはSpin On Glassの略であり、液状のガラス原料(水ガラス)をスピンコーティングでウェハ上に成膜して、これを焼成してガラス皮膜を作るものである。本実施形態例ではSOGコーティング工程において、無機系常温ナノインプリント用SOGとして市販されている東京応化工業製のHSQを用いるものとする。HSQは高粘度であるため、所望の粘度とするために溶剤で希釈してSOGコーティング用の水ガラス希釈薬液とする。この水ガラス希釈薬液をスピンコートすることで、ウェハ1表面に高粘度の水ガラス層を形成する。塗布膜厚はコート液の粘度とスピン速度で定まる。スピンコート中にも自然に乾燥が進みコート液が高粘度化するため、吐出量、吐出時間によっても膜厚が変動するので、必要な膜厚を安定して面内で均一に塗布できる条件の組み合わせをあらかじめ実験確認しておくことが好ましい。ここでは塗布膜の厚さはスピンコート後の次のシートナノインプリント工程(ステップS122)に入る前の状態で0.3μmに設定した。そして、ナノインプリントに適した柔軟性のある粘度のナノインプリント層2を得る。
Next, a nanoimprint process is performed (step S120). In this nanoimprint process, first, SOG coating that is spin coating of water glass is performed on the wafer surface (step S121), and a flexible transfer layer (hereinafter referred to as nanoimprint layer) is formed. SOG is an abbreviation for Spin On Glass, and a glass material is formed by depositing a liquid glass material (water glass) on a wafer by spin coating and firing it. In this embodiment, in the SOG coating process, HSQ manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. that is commercially available as SOG for inorganic room temperature nanoimprint is used. Since HSQ has a high viscosity, in order to obtain a desired viscosity, it is diluted with a solvent to obtain a water glass diluted chemical solution for SOG coating. A water glass layer having a high viscosity is formed on the surface of the
上述したように、本実施形態例では、ステップS121のSOGコーティング工程の後で、シートナノインプリント工程(ステップS122)を行う。図2は、本実施形態例のシートナノインプリント工程に用いられるシートナノインプリント装置200の概略構成図を示したものである。本実施形態例では、図2に示すように、無限軌道状のベルト状ナノモールド201を用いたシートナノインプリント装置200が使用される。
以下に、本実施形態例で用いられる太陽電池の製造装置であるシートナノインプリント装置200について説明する。
As described above, in this embodiment, the sheet nanoimprint process (step S122) is performed after the SOG coating process in step S121. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a
Below, the sheet |
図2に示すように、シートナノインプリント装置200は、ベルト状ナノモールド201、搬送ベルト202を構成する上下2組のベルトと、ウェハ供給部210、ウェハ取り出し部220とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the
上側のベルト状ナノモールド201は、ループ状の帯状体で構成され、表面に微細な凹凸形状が形成されている。このベルト状ナノモールド201は、4本のロール203〜206により保持されている。各ロールは順に、ウェハ1上のナノインプリント層2にベルト状ナノモールド201が接する前にベルト状ナノモールド201を予熱する予熱ロール203、ナノインプリント層2にベルト状ナノモールド201を加熱しながら押圧する加熱加圧ロール204、ベルト状ナノモールド201をナノインプリント層2から剥離する剥離ロール205、ベルト状ナノモールド201のテンションを保ちながらベルト状ナノモールド201を予熱ロール203に戻すリターンロール206からなる。これらのロール203〜206は、図2の矢印aで示すように同方向に回転し、これによりベルト状ナノモールド201が反時計回りに回転する。
The upper belt-shaped
下側の搬送ベルト202は、表面にウェハ1を載置する基板載置部を構成するものであり、ループ状の帯状体で構成されている。この搬送ベルト202は、6本のロール203〜208により、上側のベルト状ナノモールド201に対向する位置に保持され、ベルト状ナノモールド201と等速を保って駆動されている。各々のロールは上側のロールと同じ働きを行う予熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205、リターンロール206、およびウェハ1を置く投入ロール207、さらにナノインプリントが終わったウェハ1を取出す取出しロール208からなる。なお、搬送ベルト202のうち、ウェハ1を乗せて搬送する部分を保持するローラである投入ロール207、予熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205、リターンロール206、取出しロール208は搬送ベルト202の上面が平面をなすように配置されており、ウェハ1を一定速度で水平に運ぶことができるようになっている。これらのロール203〜208は、図2の矢印bで示すように同方向に回転し、これにより搬送ベルト202が時計回りに回転し、ウェハ1が搬送される。
The
ここで、搬送ベルト202のウェハ1を載置して搬送する部分の長さは、それに対向する部分のベルト状ナノモールド201の長さよりも長く構成されている。
Here, the length of the portion of the
また、下側の搬送ベルト202の予熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205は必ずしも上側の対応する各ロールと同じ位置に置く必要は無いが、ナノインプリント層2にベルト状ナノモールド201が接している状態で、ウェハ1の上下で異なる温度、異なる圧力分布を生じるとナノインプリント層2に形成された微細構造を変形させる恐れがある。このため、上側のベルト状ナノモールド201と下側の搬送ベルト202のそれぞれに設けられる予熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205は、搬送方向では同じ位置に置くようにしている。ただし、下側の搬送ベルト202の余熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205は、その上面の高さを同じ高さとしているのに対して、上側のベルト状ナノモールド201の予熱ロール203、加熱加圧ロール204、剥離ロール205の高さは異なるように配置されている。
Further, the preheating
ウェハ供給部210は、ウェハ1を搬送ベルト202上に供給するものであり、吸着ヘッド212とアーム211とで構成されている。吸着ヘッド212で真空吸着されながら安定に保持されたウェハ1は、アーム211によって搬送ベルト202上に運ばれる。
また、ウェハ取り出し部220は、搬送ベルト202上にて、ナノインプリントが終わったウェハ1を搬送ベルト202上から取り出すものであり、吸着ヘッド222と、アーム221とで構成されている。ナノインプリントが終了したウェハ1は、アーム221によって搬送ベルト202から取り出され、吸着ヘッド222で真空吸着されながら安定に保持され、移動される。
The
The wafer take-out
本実施形態例で用いたナノインプリント層2の材料は、一般には常温インプリント材料として用いられるが、ここでは50度前後の温度でインプリントを開始し、40度程度の温度で剥離を行う。ナノインプリント層2は温度を上げたほうが粘度が下がるため、50度前後の温度でインプリントを開始することにより、押し込みが容易になりモールド成型性能が高まる。また、剥離時には温度をやや下げたほうが、モールドより熱膨張率が大きいナノインプリント層2の材料が収縮し、モールド剥離が容易になる。その反面、ナノインプリント層2にベルト状ナノモールド201を押し当て、ベルト状ナノモールド201の表面形状を反転転写するため、ナノインプリント層2を構成するHSQが流動する必要がある。このHSQの流動が不十分な場合には、形成する形状精度が劣化してしまう恐れがある。これらの問題に鑑み、本実施形態例では上記の温度条件でのナノインプリントを実施している。
The material of the
ここで、ベルト状ナノモールド201の詳細および表面の微細構造について述べる。ベルト状ナノモールド201は厚さ0.07mm、160×160mmの電鋳製法で作製されたニッケル製の小片のモールドが、ループ状のステンレススチール製のベルトに接着されている。本実施形態例のモールドの形成に適用された電鋳製法は、母型表面に触媒となるパラジウムを付着させ、無電解めっき法によりニッケル導電膜を形成し、このニッケル導電膜を種として電気鍍金により厚膜化することで母型表面に皮膜を形成したのち、母型から鍍金膜を剥離して成す金属膜の製造方法の一つである。
Here, details of the belt-shaped
ベルト状ナノモールド201は上記以外の作製方法で得ることもできる。上記以外のベルト状ナノモールド201の形成方法では、まず、感光性レジストに電子線描画による微細加工を施し、一次母型を得る。次にその一次母型に電気鍍金をすることにより一次スタンパを形成する。次に、一次スタンパを長尺樹脂フィルムに繰り返し熱インプリントすることにより2次母型を得、この2次母型に電鋳製法によりニッケルを鍍金して長尺の2次スタンパを得る。そして、得られた長尺の2次スタンパをループ加工することにより、所望のベルト状ナノモールド201を得ることができる。
The belt-shaped
図3は、ベルト状ナノモールド201表面の微細構造を図示したものである。ベルト状ナノモールド201は表面に微細な凹凸形状201aが格子状配列に整列して配置されている。この時の微細な凹凸形状201aの相互配置と概略形状は、以下の通りである。すなわち、配列ピッチPが0.3μmの正格子配列で、突起形状は先端径が0.1μm、高さが0.2μmの円柱で、根元部分がやや広がって円錐台形状に変形した形状となっている。この凹凸形状201aは、純粋な円柱とすることも可能ではあるが、モールド型の磨耗や変形を回避する上で、先端部に僅かな丸みを帯びさせ、根元部に僅かな広がりを持たせることが好ましい。
FIG. 3 illustrates the fine structure of the surface of the belt-shaped
ここで、光学的には表面反射を低減し、太陽電池内部への光の吸収率を高めるための微細形状をウェハ上面に形成するために、本実施形態例では、ベルト状ナノモールド201に形成される微細な凹凸形状は、図3に示すような突起物201aで構成した。しかしながら、光学的に表面反射を低減できる構造をウェハ上面に形成するためには、図3に示す突起物201aと同じ形状の凹みを有するモールドを用いてもよい。また、ナノインプリント開始前に凹凸形状に付着した空気や、ナノインプリント加工中に生ずるナノインプリント層2の流動性の不足を考慮すると、ベルト状ナノモールド201に形成される凹凸形状は、流動性を確保しやすい突起形状、つまり矩形型でない突起形状とすることが好ましい。
Here, in order to form a fine shape on the upper surface of the wafer optically for reducing the surface reflection and increasing the light absorption rate into the solar cell, in this embodiment, it is formed on the belt-shaped
本実施形態例のシートナノインプリント工程(図1のステップS122)では、以上のシートナノインプリント装置200を用いて、ナノインプリント層2上にベルト状ナノモールド201に形成された凹凸形状201aを転写し、凹凸部(ナノインプリント形状2a)を形成する。図4に、ベルト状ナノモールド201によりインプリント処理された直後の、ナノインプリント層2の微細形状を示す。ウェハ1の表層にはナノインプリント層2が0.3μm程度塗布されているが、ステップS122のシートナノインプリント工程によりベルト状ナノモールド201に加圧され、微細な凹凸形状201aが当接した部分の材料が押しのけられる。これにより、ナノインプリント層2は表面に多数のナノインプリント形状2aを有する膜に変形する。このとき、凹凸形状201a先端部に相当するナノインプリント形状2aの底面2bには、僅かにナノインプリント層2の材料が残留する。これは、ナノインプリント層2の材料が高粘度の状態で使用されるため、完全にはその材料を押しのけることができないことに起因する。
In the sheet nanoimprint process (step S122 in FIG. 1) of the present embodiment, the
実用上はこの残留膜は下層に相当する、ウェハ1の表層パッシベーション膜である酸窒化シリコンと、後続する熱処理工程により相互拡散するため問題にはならない。
In practice, this residual film corresponds to the lower layer, and is not a problem because it is interdiffused with silicon oxynitride, which is the surface passivation film of the
再び、図1に戻り、太陽電池の製造方法の説明を続ける。
ステップS122のシートナノインプリント工程の後、N2キュア工程(ステップS123)を実施する。スピンコートされた状態のナノインプリント層2は内部に未蒸発の揮発成分を有するが、Si−H結合により、分子に取り込まれた状態で水などの揮発成分を含有する。このため、以降の高温熱処理では、ナノインプリント形状2aを保つために窒素雰囲気中で加熱される。乾燥を推進するため短時間、120度に保った後、Si−H結合を切るため400度で30分程度加熱する。ステップS123のN2キュア工程により、ナノインプリント層2は厚さをやや減じながらも、全体形状をほぼ均等に保ち、材料の大部分をSiO2に変化させ、耐熱性が高まる。
Returning to FIG. 1 again, the description of the method for manufacturing the solar cell will be continued.
After the sheet nanoimprint process in step S122, an N 2 cure process (step S123) is performed. The
この後、裏面Al塗布工程(ステップS108)と800度程度に加熱する裏面Al焼成工程(ステップS109)を実施し、ウェハ1の裏面に、裏面Al電極を形成する。裏面Al電極は太陽電池の裏面付近にAl原子をドーパントとして拡散させ高濃度P層を形成することでウェハ1裏面でのキャリア再結合を防ぐ効果がある。裏面Al電極は裏面全体にアルミペーストをシルクスクリーン印刷で塗布することで形成される。
Then, a back surface Al coating process (step S108) and a back surface Al baking process (step S109) heated to about 800 degrees are performed, and a back surface Al electrode is formed on the back surface of the
裏面Al電極となるアルミペーストは印刷直後、エチルセルロースとグリコールエーテル系溶剤を主成分とする有機成分でウェハ表面に付着している状態であり700〜800度程度の温度に大気中加熱される。このため、有機成分が燃焼して失われ、同時にアルミペーストに3w%程度含有した低融点ガラスフリットが溶融し、シリコン基板とアルミ層の密着が行われる。
ステップS109の裏面Al焼成工程は、一連の電極用ペースト焼成の最初の工程であり、後続の焼成工程でも焼成と合金成長が進むため、焼成時間は短時間でよい。
The aluminum paste used as the back Al electrode is in a state of being attached to the wafer surface with organic components mainly composed of ethyl cellulose and glycol ether solvent immediately after printing, and is heated in the atmosphere to a temperature of about 700 to 800 degrees. For this reason, the organic component is burned and lost, and at the same time, the low melting point glass frit contained in the aluminum paste at about 3 w% is melted, and the silicon substrate and the aluminum layer are adhered.
The back surface Al firing process of step S109 is the first process of a series of electrode paste firing, and firing and alloy growth proceed in the subsequent firing process, so the firing time may be short.
さらに裏面Ag塗布工程(ステップS110)と裏面Ag焼成工程(ステップS111)を実施し、裏面Al電極上に裏面Ag電極を形成する。裏面Ag電極は裏面からの集電を目的に、前プロセスである裏面Al焼成工程で形成された裏面Al電極の上に直接形成し、幅2mm程度のストライプ状電極に形成する。ステップS110の裏面Ag塗布工程では、銀ペーストをスクリーン印刷して裏面Al電極上に塗布し、次いでステップS111の裏面Ag焼成工程で再び700〜800度程度の温度に加熱することにより焼成する。 Furthermore, a back surface Ag application process (step S110) and a back surface Ag baking process (step S111) are implemented, and a back surface Ag electrode is formed on the back surface Al electrode. The back surface Ag electrode is formed directly on the back surface Al electrode formed in the back surface Al baking step, which is the previous process, for the purpose of collecting current from the back surface, and is formed into a striped electrode having a width of about 2 mm. In the back surface Ag coating process in step S110, silver paste is screen-printed and applied onto the back surface Al electrode, and then fired by heating again to a temperature of about 700 to 800 degrees in the back surface Ag firing process in step S111.
ステップS109とステップS111の熱プロセスでウェハ1の表面に形成済みのナノインプリント層2に残留していたSi−H結合は、ほぼ完全にSiO2に置換されナノインプリント層2のナノインプリント形状2aは殆ど崩れることなく、全体に強固な膜となり、屈折率1.45ないし1.46の膜が得られる。
The Si—H bonds remaining in the
この後、表面Ag塗布工程(ステップS112)と表面Ag焼成工程(ステップS113)を実施し、ウェハ1表面側に表面銀電極を形成する。表面銀電極は、幅0.1mm、ピッチ2mm程度の縞模様のフィンガー電極と、幅2mm程度でこれに直交するバス電極からなる。ここにおいても、ステップS112の表面Ag塗布工程はスクリーン印刷によって成され、幅の狭いフィンガー部と幅広のバス部の安定な印刷条件を事前に定めておく必要がある。ここで、ウェハ1の表面には、前述の微細なナノインプリント形状2aを有する膜がほぼ全面に形成されているが、このナノインプリント形状2aと上記の表面銀電極は相互に位置決めする必要はない。なぜなら、ナノインプリント形状2aは十分微細であり、ピッチPも狭隘であるので、スクリーン印刷プロセスから見れば均一で平坦な下地膜である。むしろサブμmオーダの微細な凹凸を有する場合は、銀ペースト中の溶剤に対する見かけ上の接触角を大きくするので、印刷パターンのにじみを軽減する。
Thereafter, a surface Ag coating process (step S112) and a surface Ag baking process (step S113) are performed to form a surface silver electrode on the surface side of the
また、ステップS113の表面Ag焼成工程では、ナノインプリント層2は、厚さ0.3μm強のSiO2層であり、下地の酸窒化シリコン層ともども表面銀電極の焼成における含有ガラスフリットの溶融により侵食されうる程度であり、表面銀電極と、ウェハ1表面の燐拡散層との電気的な接合を妨げるものではない。
In the surface Ag firing process of step S113, the
このようして、電極形成が終わったウェハ1は、次の実装工程(ステップS114)に進み、セル間の配線接合や、樹脂封止などが行われる。本実施形態例のナノインプリント形状2aは、ウェハ1の表裏に配置される。そして、そのナノインプリント形状2aが形成されたナノインプリント層2の上部には、封止工程で溶融・結晶化して透明樹脂となるEVA(Ethylene Vinyl Acetate copolymer:エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)が形成される。これにより、透明樹脂であるEVAと、ナノインプリント層2の酸化シリコンとの屈折率の差と、ナノインプリント層2に形成された微細なナノインプリント形状2aのピッチの細かさにより反射防止の効果が得られる。
In this way, the
また、本実施形態例の太陽電池の製造方法では、配線工程、樹脂封止工程自体には特段の配慮を必要とせず、従来の自動ストリンガー、レイアップ装置、封止装置を利用して実装工程を実現できる。さらに、本実施形態例の太陽電池の製造方法では、従来の技術によるウェハ1表面自体に凹凸加工を施した太陽電池セルに比して、応力集中が生じにくいためウェハ1の割れや欠けによる不良が軽減できる利点がある。
Further, in the solar cell manufacturing method of the present embodiment, the wiring process and the resin sealing process itself do not require special consideration, and the conventional automatic stringer, layup device, and sealing device are used for the mounting process. Can be realized. Furthermore, in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment, stress concentration is less likely to occur compared to the conventional solar cell in which the surface of the
すなわち、本実施形態例によれば、ウェハ自体を脆弱化する局所的な除去加工を伴わないため、後続する実装工程でウェハが割れる危険が大幅に軽減できる。さらに、低速なダイシング加工や、高価でスループットの低いフォトリソプロセスを用いないため製造コストを大幅に低減できる。さらには、フッ酸や硝酸などの劇薬を用いることも無く、これらの化学薬品の残渣物を中和洗浄する半導体洗浄プロセスも必要としないため、製造ラインが大幅に簡略化でき、環境負荷も低減できる。 That is, according to the present embodiment example, since there is no local removal processing that weakens the wafer itself, the risk of the wafer breaking in the subsequent mounting process can be greatly reduced. Furthermore, since the low-speed dicing process and the expensive and low-throughput photolithography process are not used, the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, no powerful chemicals such as hydrofluoric acid or nitric acid are used, and no semiconductor cleaning process is required to neutralize and clean these chemical residues, greatly simplifying the production line and reducing environmental impact. it can.
以上、本発明の第1の実施形態を説明したが、本発明は次の実施形態例によっても実現できる。 Although the first embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be realized by the following embodiment.
〈2.第2の実施形態〉
以下、本発明の第2の実施形態に係る太陽電池の製造方法、及びそれに用いる製造装置について、図5〜図8を用いて説明する。
<2. Second Embodiment>
Hereinafter, the manufacturing method of the solar cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the manufacturing apparatus used therewith are demonstrated using FIGS.
図5は、本発明の第2の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示すプロセスフローである。本実施形態例は、第1の実施形態と比して、ナノインプリント工程(ステップS120)が表面Ag焼成の後に行われている点が異なる。酸窒化シリコン成膜工程(ステップS107)に至るまでは同じであるので、重複説明を省略する。また、本実施形態例では、ステップS107の酸窒化シリコン成膜工程の後、第1の実施形態の裏面Al塗布工程(ステップS108)から表面Ag焼成工程(ステップS113)を行う。 FIG. 5 is a process flow showing a method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the nanoimprint process (step S120) is performed after the surface Ag firing. Since it is the same up to the silicon oxynitride film forming step (step S107), the duplicate description is omitted. Further, in the present embodiment example, after the silicon oxynitride film forming process in step S107, the back surface Al coating process (step S108) to the surface Ag firing process (step S113) in the first embodiment are performed.
図6に、ステップS113の表面Ag焼成工程が終了した段階でのウェハ1表面形状の概略構成図を示す。図6に示すように、ウェハ1の表面に、表面Ag電極3が印刷焼成により形成されている。表面Ag電極3はウェハ1を縦断する2本のバスバー電極3aと、このバスバー電極3aに直交する多数のフィンガー電極3bによって形成されている。図6では一般的に2バスと呼ばれる形状を例示したが、バスバー電極3aの本数を増やしてもよい。例えば、細いフィンガー電極3bに電流が流れることによる抵抗損失を防ぐ目的で、バスバー電極3aを3本、4本・・と増やした場合でも差支えない。また、バスバー電極3aをウェハ1の裏面に形成し、表面のフィンガー電極3bからウェハ1に貫通させたビアホールを用いてバスバー電極3aとの導通を取ることで、ウェハ1表面にバスバー電極3aが無い形式の太陽電池とする場合でも、同様に本プロセスを実行することが可能である。
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of the surface shape of the
この状態から、次にナノインプリント工程(ステップS120)が行われるが、図6で示した様に、ウェハ1の表面には表面Ag電極3が形成されており、表面Ag電極3表面は数μm程度、ウェハ1表面から盛り上がっている。さらに、その表面は焼結Ag粒子に起因する1〜2μm程度の凹凸を有しており、インプリントには適さない。しかし表面Ag電極3は元来光を通さないため、反射防止処理を施すのはウェハ1の露出部分1aのみでよい。
From this state, the nanoimprint process (step S120) is performed next. As shown in FIG. 6, the
ステップS120のナノインプリント工程としては、先ずスピンコートによる有機薄膜塗布を行い(ステップS124)、ナノインプリント層を形成する。この有機薄膜塗布工程では、ナノインプリント層の材料として、UV硬化性のアクリレート系材料を主成分とし、添加剤として屈折率を高める金属酸化物のナノ粒子を添加したものを用いる。スピンコートで薄膜塗布を行うため反応性の揮発成分(例えばアクリル酸ブチル)などで希釈することも有効である。 In the nanoimprint process in step S120, first, an organic thin film is applied by spin coating (step S124) to form a nanoimprint layer. In this organic thin film coating step, a material having a UV curable acrylate-based material as a main component and a metal oxide nanoparticle increasing the refractive index as an additive is used as a material for the nanoimprint layer. Since the thin film is applied by spin coating, it is also effective to dilute with a reactive volatile component (for example, butyl acrylate).
ウェハ1表面には前記の通り表面Ag電極3が形成されており、これがコート液の均一な濡れを阻害する場合があるので、スピンコートの最初の数秒間は回転速度を数10回転/分程度に遅くした状態でコート材をなじませ、その後、回転数を高めながら液供給を続けて塗膜を均一にする。その後、液供給を止めて、スピンコートを行うことで反応性揮発性分の一部を乾燥させると、ナノインプリントに適した粘度のナノインプリント層2が得られる。
Since the
次に、UVインプリントを行う(ステップS125)。UVインプリント工程では、図7に示すパターン転写装置300が用いられる。
Next, UV imprinting is performed (step S125). In the UV imprint process, a
本実施形態例の太陽電池の製造装置として用いられるパターン転写装置300は、ウェハ1を吸着保持する吸着ステージ320と、ウェハ1に転写される凹凸形状が形成されたナノモールド301を保持する上側加圧プレート302と、光源となる紫外線照射装置360とで構成される。
A
吸着ステージ320は、基板載置部を構成するものであり、XYZθテーブル321上に配置されており、X方向、Y方向、Z方向、及び回転角θの位置決めが可能とされている。ナノインプリント層2を表面に形成したウェハ1は吸着ステージ320に載置され、真空吸着される。なお、吸着ステージ320側面には爪駆動機構323により駆動される爪322が設置されており、ナノモールド301からウェハ1を剥離するとき、ナノインプリント層2が形成されたウェハ1とナノモールド301との界面に爪322を差し込むことで剥離のきっかけを作る。
The
図8は、本実施形態例で用いられるパターン転写装置300のナノモールド表面の微細構造図である。図8に示すように、ナノモールド301はウェハ1に形成された表面Ag電極3を回避するための溝301aが刻まれており、ウェハ1表面のナノインプリント層2に接する平面部301bには微細な凹凸形状301cが設けられている。実際は、表面Ag電極3はmmオーダ、溝301aの深さは10μm程度、微細な凹凸形状301cはサブμm程度となるため、実際の縮尺では図示しがたいが、図8では、概念的にナノモールド301の形状略図を示している。ナノモールド301は紫外線透過率に優れる石英で作られており、溝301aも表面は平滑であるため、ウェハ1を近接させれば、溝301aを透して表面Ag電極3をカメラ350により観察可能である。
FIG. 8 is a microstructure diagram of the surface of the nano mold of the
ナノモールド301は石英以外にも、紫外線透過性を有する樹脂材料に微細パターンが形成されたものを用いることもできる。ナノモールド301は、石英製の上側加圧プレート302に吸着保持されている。
In addition to quartz, the
図7に示すように、上側加圧プレート302は、外周が外枠303によって保持されており、円環状取り付け部材304に取り付けられている。そして、上側加圧プレート302は、吸着ステージ320に保持されたウェハ1のナノインプリント層2に、ナノモールド301の凹凸形状が面するように、ナノモールド301を吸着保持する。ナノモールド301は上側加圧プレート302背面の円環状取り付け部材304を介して、上側加圧プレート302外周に設けられた吸引通路302aにより真空吸着されている。真空供給は、負圧管取り付け部305に負圧管306を接続することにより図示しない真空ポンプで行われ、ナノモールド301の着脱を行わないときは、吸引通路302aは常に負圧に保たれている。
As shown in FIG. 7, the
紫外線照射装置360は、ナノモールド301を保持した上側加圧プレート302の上方に配置されている。紫外線照射装置360は、ナノモールド301が吸着ステージ320上のウェハ1のナノインプリント層2に押し当てられたときに、ナノモールド301を透過してナノインプリント層2に紫外線を照射する。
The
本実施形態例のパターン転写装置300では、吸着ステージ320にウェハ1が置かれ吸着固定されると、XYZθテーブル321はウェハ1をナノモールド301に近接させる。ここで撮像装置であるカメラ350がナノモールド301の上に移動し、上側加圧プレート302およびナノモールド301を透過してウェハ1の表面Ag電極3を観察し、ナノモールド301の溝301aに位置決めする。この位置決めは、カメラ350で取得した画像を用いて、ナノモールド301とウェハ1とを相対移動させて行う
In the
その後、上側加圧プレート302の外周を保持している外枠303が降下し、ナノモールド301をウェハ1に押し当てる。外枠303は、図示しない押し下げ機構を120度間隔で3個有しており、この押し下げ機構は、ナノモールド301の外周部の回転対称な位置に設けられている。そして、3個の押し下げ機構のそれぞれが均等な押し下げ力を発生することにより、ナノモールド301を均等にウェハ1に押し当てる。加圧力は、例えば、平面部301b面積で計算して、0.2MPaにする。
Thereafter, the
ここで、カメラ350が退避し、紫外線照射装置360により紫外線照射が成され、ナノインプリント層2が紫外線硬化する。ナノインプリント層2は紫外線硬化により1%程度体積収縮するので、ナノモールド301とウェハ1の固着力は軽減され、全体の真空吸着力による付着が主となる。
Here, the
この状態で、爪322をナノモールド301とウェハ1の界面に押し付けつつ、外枠303を上方に引き上げると、ウェハ1は吸着ステージ320に真空吸着された状態で、無理なくナノモールド301から剥離する。
In this state, when the
以上により、ウェハ1の表面で表面Ag電極3に覆われていない部分は、ナノインプリントによる微細なナノインプリント形状2aが全面を覆った形となる。また、ナノインプリント形状2aは後続の実装工程でウェハ1を封止するEVAに比して屈折率の高い材料で構成されているため、太陽電池の表面反射を低減できる。しかもウェハ1自体の表面には応力集中によりウェハ1の強度を落とすような凹みや溝が無いため、封止時の加熱及び加圧によるストレスでウェハ1が破損する恐れがない。なお、本発明の第2の実施形態例においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, a portion of the surface of the
上述した第1及び第2の実施形態では、ナノインプリントによる微細な凹凸形状201a(図3)および凹凸形状301c(図8)はピッチPによる正格子点に配置されているものとした。これはナノモールドの形成を電子線描画によるものとして、位置精度が得やすくするためであるが、凹凸形状の大きさを縮小しないで密度を高めるためには、図9の凹凸形状201cで示すように、正三角形(破線で図示)の頂点に格子点が来るように最密配置することが好ましい。このように、正三角形の頂点に格子点が配置されると、同じ配置密度を必要とする際に、凹凸形状を大きくできるので、ナノモールドの損傷を軽減できるという利点がある。
In the first and second embodiments described above, it is assumed that the fine
また、ピッチPが太陽電池が吸収すべき波長の整数分の1のピッチで周期性を持つ場合、ナノインプリント層2が反射膜として働いてしまう場合がある。これに対して、十分にピッチを狭くして干渉させない方法が好ましいが、微細形状のサイズがこれに伴い縮小する。太陽光の波長はブロードであるため、波長の数分の1程度のサイズでは不要な干渉を避けきれないことが考えられる。このような場合、微細形状の配置を周期性を持った格子状配列とするのではなく、近接する微細形状とのピッチPが一定しないよう、ランダム配置とすることでこのような弊害は軽減できる。
Moreover, when the pitch P has periodicity at a pitch of 1 / integer of the wavelength to be absorbed by the solar cell, the
実際はナノモールド製作のプロセス上、完全なランダム配置は製造コストの面で不利となるので、数μm×数μmの範囲に擬似的なランダム配置を行い、これをマスタースタンパとしてナノモールドを製造する。これにより、光の不要な干渉を十分に避けることができる。これは太陽光線がコヒーレント性に乏しいため、数波長離れれば十分干渉を避けられるためである。第1及び第2の実施形態例は、十分微細なナノモールドを選択せず、数分の1波長の配置間隔をピッチPとして採用する場合に好適である。なお、第1及び第2の実施形態例によれば、ナノモールドの寿命を延ばすことができる利点もある。 Actually, the complete random arrangement is disadvantageous in terms of manufacturing cost in the process of manufacturing the nanomold. Therefore, pseudo-random arrangement is performed in the range of several μm × several μm, and the nanomold is manufactured using this as a master stamper. Thereby, unnecessary interference of light can be sufficiently avoided. This is because sunlight is poorly coherent, and interference is sufficiently avoided when several wavelengths are separated. The first and second exemplary embodiments are suitable when a sufficiently fine nanomold is not selected and an arrangement interval of a fraction of a wavelength is adopted as the pitch P. In addition, according to the 1st and 2nd embodiment, there exists an advantage which can extend the lifetime of a nanomold.
また、ナノモールドの微細形状は、前述した通り、ナノインプリント層2の収縮や内部からのガス成分の離脱の容易さから、微細突起を主として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。モールド側を微細な凹面を有する形状として、インプリント形状を突起物とすることも可能である。この場合はモールドの製造方法が容易となるため、特に第2の実施形態のパターン転写装置300を用いるときに用いるナノモールド301が安価にできる利点がある。
In addition, as described above, the fine shape of the nanomold has been mainly explained with respect to the fine protrusions from the viewpoint of the shrinkage of the
さらに、上述した第1及び第2の実施形態例ではウェハ1に設けるナノインプリント層2は光の波長に比して薄く、かつナノインプリント形状2aのピッチPも光の波長の数分の1以下であることを前提として説明を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の製造方法はナノインプリント層が光の波長の半分より大きく、光の波長の数倍の大きさであっても有効である。その場合の太陽電池の製造方法を以下に説明する。
Furthermore, in the first and second embodiments described above, the
〈3.第3の実施形態〉
図10に、本発明の第3の実施形態に係る太陽電池の製造方法のプロセスフローを示す。図10において、図1に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
<3. Third Embodiment>
In FIG. 10, the process flow of the manufacturing method of the solar cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is shown. 10, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施形態例では、ステップS106の残膜除去工程の後、ステップS120のナノインプリント工程を実施する点が、第1及び第2の実施形態例と異なっている。 This embodiment is different from the first and second embodiments in that the nanoimprint process in step S120 is performed after the residual film removal process in step S106.
この場合、SOGコーティング工程(ステップS121)で形成されるナノインプリント層2は膜厚が1μm程度となる。また、シートインプリント工程(ステップS122a)は、図2に示したシートナノインプリント装置200を用いて行う。本実施形態例で用いるシートナノインプリント装置200のベルト状ナノモールド201の微細な凹凸形状201a(図3参照)は略放物面状の突起となり、インプリント形状2cは略放物面の凹面鏡形状となる。
In this case, the
図11は、本実施形態例のシートナノインプリント装置200のベルト状ナノモールド201に形成されるインプリント形状2cを示している。インプリント形状2cは先端部が切れて平坦部2dになった略放物面であり、先端の平坦部2dは凹面鏡の焦点に当たる部分になっている。この形状により傾斜面で反射した太陽光は平坦部2dに効率よく集光でき、傾斜面で吸収した太陽光はナノインプリント層2内部で捕捉されウェハ1に効率よく渡される。インプリント形状の形成後、酸窒化シリコンと酸化シリコンの積層膜からなる反射防止膜成膜を形成する(ステップS115)。
FIG. 11 shows an
その後、第1の実施形態と同様、裏面Al塗布工程(ステップS108)から表面Ag焼成工程(ステップS113)を行い、実装工程(ステップS114)へと移る。 Thereafter, similarly to the first embodiment, the back surface Al coating process (step S108) is performed to the front surface Ag baking process (step S113), and the process proceeds to the mounting process (step S114).
本実施形態例では、ナノインプリント層2の材料は耐熱性に優れるSOGとし、パターン転写はシートナノインプリント装置200を用いることで、反射防止膜の成膜が容易となる。本実施形態例では、従来露光プロセスと等方性ウェットエッチングにより行われていた、表面に微細な凹面構造を多数形成する方法に比して、製造プロセスが簡略化できる利点がある。また、本実施形態例においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the material of the
1・・・ウェハ、2・・・ナノインプリント層、2a・・・ナノインプリント形状、3・・・表面Ag電極、3a・・・バスバー電極、3b・・・フィンガー電極、200・・・シートナノインプリント装置、201・・・ベルト状ナノモールド、201a・・・凹凸形状、202・・・搬送ベルト、 203・・・予熱ロール、204・・・加熱加圧ロール、205・・・剥離ロール、206・・・リターンロール、207・・・投入ロール、208・・・取出しロール、210・・・ウェハ供給部、211・・・アーム、212・・・吸着ヘッド、300・・・パターン転写装置、301・・・ナノモールド、302・・・上側加圧プレート、303・・・外枠、306・・・負圧管、320・・・吸着ステージ、321・・・XYZθテーブル、350・・・カメラ、360・・・紫外線照射装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記基板表面に、柔軟性を有する転写層を形成する工程と、
前記転写層に凹凸形状が形成されたモールドを押し付け、前記転写層に前記凹凸形状を転写し、前記基板表面に光の反射率を低下させるための凹凸部を形成する工程と
を含む太陽電池の製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a flexible transfer layer on the substrate surface;
A step of pressing a mold having a concavo-convex shape formed on the transfer layer, transferring the concavo-convex shape to the transfer layer, and forming a concavo-convex portion for reducing light reflectance on the substrate surface. Production method.
請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 Including a step of forming a surface electrode after the step of forming the uneven portion,
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1.
請求項1又は2に記載の太陽電池の製造方法。 The transfer layer having flexibility is made of a material containing water glass, and includes a step of heating the transfer layer to change to silicon oxide after the step of forming the concavo-convex portion. A method for manufacturing a solar cell.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。 The mold is formed of a band-shaped body formed in a loop shape, and the mold is pressed against the transfer layer by rotating a roll disposed on an inner peripheral portion of the band-shaped mold, and an uneven portion is formed on the transfer layer. The manufacturing method of the solar cell as described in any one of Claims 1-3.
請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 Including a step of forming a surface electrode before the step of forming the uneven portion,
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1.
請求項5に記載の太陽電池の製造方法。 The transfer layer is made of a material containing a photosensitive organic material. After pressing the mold against the transfer layer, the transfer layer is cured by irradiating light to transfer the uneven shape of the mold. The method for manufacturing a solar cell according to claim 5, wherein uneven portions are formed in the layer.
請求項5又は6に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein positioning of the mold and the substrate is performed by observing a surface electrode formed on the substrate surface through the mold made of a light transmissive material. Method.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to claim 1, wherein the uneven portion is a concave surface that forms a parabolic surface, and further includes a step of forming an antireflection film after the formation of the uneven portion that forms the parabolic surface. Manufacturing method.
基板の表面に形成した柔軟性を有する転写層に凹凸部を転写するための凹凸形状が形成されたモールドと、
を有する太陽電池の製造装置。 A substrate mounting portion for mounting a substrate having a flexible transfer layer formed on the surface;
A mold having a concavo-convex shape for transferring the concavo-convex portion to a flexible transfer layer formed on the surface of the substrate;
An apparatus for manufacturing a solar cell.
請求項9に記載の太陽電池の製造装置。 The apparatus for manufacturing a solar cell according to claim 9, wherein the mold is formed of a belt-like body formed in a loop shape, and a fine uneven shape is formed on a surface thereof.
前記基板載置部の前記モールドに対向する部分の長さは、前記モールドの前記基板載置部に対向する部分よりも長い
請求項10に記載の太陽電池の製造装置。 The substrate mounting portion is composed of a band-shaped body formed in a loop shape, and is disposed at a position facing the mold formed in the loop shape,
The length of the part facing the said mold of the said board | substrate mounting part is longer than the part facing the said board | substrate mounting part of the said mold. The manufacturing apparatus of the solar cell of Claim 10.
前記転写層に前記モールドを押し付けたときに、前記転写層に光を照射して前記転写層を硬化するための光源を有する
請求項9に記載の太陽電池の製造装置。 The mold is made of a light transmissive material,
The solar cell manufacturing apparatus according to claim 9, further comprising a light source for irradiating the transfer layer with light when the mold is pressed against the transfer layer to cure the transfer layer.
前記モールドと前記基板との位置決めは、前記撮像装置で取得した画像を用いて、前記モールドと前記基板とを相対移動させて行う
請求項12に記載の太陽電池の製造装置。 An imaging device for obtaining an image of the substrate through the mold;
The solar cell manufacturing apparatus according to claim 12, wherein positioning of the mold and the substrate is performed by relatively moving the mold and the substrate using an image acquired by the imaging device.
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