JP4869967B2 - シリコン基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係るシリコン基板の粗面化方法は、有機金属溶液あるいは有機金属の分散液をシリコン基板に塗布する工程と、上記シリコン基板を乾燥する工程と、上記シリコン基板の表面にプラズマを照射して金属粒子を形成する工程と、上記シリコン基板をエッチング処理する工程からなるものである。
図10に、本実施の形態1に係る光起電力装置の製造方法により製造された本実施の形態2に係る光起電力装置(太陽電池)の一例を示す。本実施の形態2に係る光起電力装置の製造方法は、実施の形態1に記載のシリコン基板1の粗面化工程と、粗面化工程により粗面化されたシリコン基板1(p型Si)の表面に対して、ガス拡散法、固相拡散法、イオン打ち込み法などのいずれかの方法により、n型不純物を拡散させて、pn接合を形成する拡散工程と、拡散工程により形成されたn型拡散層7上に、PVD法やCVD法などにより、反射防止膜8を生成する成膜工程と、成膜工程により反射防止膜8が生成されたシリコン基板1の表裏面に上部電極9および下部電極10を生成するための電極ペーストを印刷する印刷工程と、印刷工程により印刷された電極ペーストを焼成処理する焼成処理工程とからなるものである。これにより、本実施の形態2に係る光起電力装置は、図10に示すように、粗面化されたシリコン基板1の表面にn型拡散層7が設けられ、その上に反射防止膜8が設けられ、さらに、そのシリコン基板1に、上部電極9(表面に対応)および下部電極10(裏面に対応)が設けられている。なお、下部電極10は良好なオーム性接触を得るために全面に形成することが望ましいが、上部電極9については、受光ロスや直列抵抗を小さくすることを考慮しながら、そのパターンや面積を適宜決定すればよい。
太陽電池用多結晶シリコン基板に、有機金属として銅フタロシアニンの分散液をインクジェット法により塗布した。銅フタロシアニンは青色顔料用として微細化したものをインクジェット塗布が容易な様に水を主分散媒とし、銅金属換算で0.3〜1.2wt%濃度のインクとした。この銅フタロシアニンインクをインクジェット装置で基板全面に塗布し、銅金属換算膜厚が5〜30nmとなる様に複数回の塗布と乾燥を行った。ここで、塗布膜厚が薄い場合は析出する金属粒子は相対的に小さめ、厚くすれば大きめとすることができる。塗布の各工程間では、水分を除去するため80〜200℃のホットプレートで乾燥処理を行った。この乾燥工程により、繰り返し塗布時の塗布ムラを低減することができるが、必須ではない。また、ホットプレートの代わりにオーブン等の乾燥装置を用いてもよく、基板加熱の可能なインクジェット装置を用いてもよい。
太陽電池用多結晶シリコン基板に、有機金属として銅フタロシアニンの分散液をインクジェット法により塗布した。銅フタロシアニンは青色顔料用として微細化したものをインクジェット塗布が容易な様に水を主分散媒とし、銅金属換算で0.6wt%濃度のインクとした。この銅フタロシアニンインクをインクジェット装置で基板全面に塗布し、銅金属換算膜厚が5〜10nmとなる様に塗布を行い、さらに300〜500℃での熱処理を施し、水分および有機物成分の除去を行った。ここで、塗布膜厚が薄い場合は析出する金属粒子は相対的に小さめ、厚くすれば大きめとすることができる。この熱処理後の基板を反応性イオンエッチング(RIE)装置により、SF6とAr混合ガスを用いて、チャンバー圧力:1〜20Pa、プラズマパワー:20〜500W、処理時間:5〜30分で行い、金属粒子膜を生成した。この基板を、濃度1〜20wt%の水酸化ナトリウム水溶液に5〜60分浸し、ポーラス部分近傍のシリコンエッチングを行った。その後、王水で洗浄することで、金属マスクの溶解除去を行った。その結果、サブミクロンから数ミクロンの窪みからなる粗面化シリコンを得ることができた。この場合、アルカリによるウェットエッチングの代りに、硝酸、フッ酸、および水からなる混酸を用いても同様のエッチングが可能であった。ただし、混酸の場合はマスクとなる金属も溶かすため、短時間で最適なエッチング時間とする必要があるが、エッチング速度がシリコン基板の結晶面方位に依存しないという利点もある。
70〜150℃に加熱した太陽電池用多結晶シリコン基板に、有機金属として金属換算で0.3〜10wt%濃度のアセチルアセトンアルミ錯体のアセトン溶液をスプレー法により、金属換算膜厚が5〜30nmとなる様に塗布と乾燥を行った。ここで、塗布膜厚が薄い場合は析出する金属粒子は相対的に小さめ、厚くすれば大きめとすることができる。次に、溶液を塗布した基板を反応性イオンエッチング(RIE)装置により、NF3ガスを用いて、チャンバー圧力:1〜20Pa、プラズマパワー:100〜500W、処理時間:5〜30分で行い、生成した金属粒子をエッチングマスクとし、シリコン基板の粗面化を行った。予め、有機金属の分解処理を行わなかったので、プラズマパワーは高めとした。粗面化を完了したシリコン基板はリン酸水溶液および塩酸による洗浄を順次行い、残存したアルミ金属、およびアルミ酸化物の除去を行った。
本実施の形態に係るシリコン基板の粗面化方法は、有機金属溶液あるいは有機金属の分散液をシリコン基板にインクジェット法でドット状に塗布する工程と、上記シリコン基板を乾燥する工程と、上記シリコン基板の表面にプラズマを照射して金属膜を形成する工程と、上記シリコン基板をエッチング処理する工程からなるものである。
図19に、本実施の形態3に係る光起電力装置の製造方法により製造された本実施の形態4に係る光起電力装置(太陽電池)の一例を示す。本実施の形態4に係る光起電力装置の製造方法は、実施の形態3に記載のシリコン基板1の粗面化工程と、粗面化工程により粗面化されたシリコン基板1(p型Si)の表面に対して、ガス拡散法、固相拡散法、イオン打ち込み法などのいずれかの方法により、n型不純物を拡散させて、pn接合を形成する拡散工程と、拡散工程により形成されたn型拡散層7上に、PVD法やCVD法などにより、反射防止膜8を生成する成膜工程と、成膜工程により反射防止膜8が生成されたシリコン基板1の表裏面に上部電極9および下部電極10を生成するための電極ペーストを印刷する印刷工程と、印刷工程により印刷された電極ペーストを焼成処理する焼成処理工程とからなるものである。これにより、本実施の形態4に係る光起電力装置は、図19に示すように、粗面化されたシリコン基板1の表面にn型拡散層7が設けられ、その上に反射防止膜8が設けられ、さらに、そのシリコン基板1に、上部電極9(表面に対応)および下部電極10(裏面に対応)が設けられている。なお、下部電極10は良好なオーム性接触を得るために全面に形成することが望ましいが、上部電極9については、受光ロスや直列抵抗を小さくすることを考慮しながら、そのパターンや面積を適宜決定すればよい。
太陽電池用多結晶シリコン基板に、有機金属として銅フタロシアニンの分散液をインクジェット法により塗布した。銅フタロシアニンは青色顔料用として微細化したものをインクジェット塗布が容易な様に水を主分散媒とし、銅金属換算で0.3〜1.2wt%濃度のインクとした。この銅フタロシアニンインクをインクジェット装置で、基板に対して各ドットが最密配置(図20)で、かつ、各ドットの銅金属換算膜厚が5〜30nmとなる様に塗布と乾燥を行った。塗布の後、水分を除去するため、80〜200℃のホットプレートで乾燥処理を行った。また、基板加熱の可能なインクジェット装置を用いることで、インクジェットによる塗布と乾燥を同時に行っても良い。
太陽電池用多結晶シリコン基板に、有機金属として銅フタロシアニンの分散液をインクジェット法により塗布した。銅フタロシアニンは青色顔料用として微細化したものをインクジェット塗布が容易な様に水を主分散媒とし、銅金属換算で0.3〜1.2wt%濃度のインクとした。この銅フタロシアニンインクをインクジェット装置で、基板に対して各ドットが最密に密着する様に配置(図21)し、かつ、各ドットの銅金属換算膜厚が5〜30nmとなる様に塗布と乾燥を行った。塗布の後、水分を除去するため80〜200℃のホットプレートで乾燥処理を行った。また、基板加熱の可能なインクジェット装置を用いることで、インクジェットによる塗布と乾燥を同時に行っても良い。
Claims (14)
- 銅フタロシアニンの分散液をシリコン基板に塗布する工程と、
上記シリコン基板を乾燥する工程と、
上記シリコン基板の表面にプラズマを照射して上記銅フタロシアニンを分解して金属粒子を形成する工程と、
上記シリコン基板をエッチング処理する工程と
を備えたことを特徴とする、シリコン基板の粗面化方法。 - エッチング処理する工程のあとに、金属粒子を除去する工程を備えたことを特徴とする、請求項1に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 上記分散液を基板に塗布する工程は、インクジェット法を用いて行うことを特徴とする、請求項1または2に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 上記シリコン基板を乾燥する工程は、上記銅フタロシアニンの分解温度以上で行うことを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 上記プラズマを照射する工程と上記エッチング処理工程とは、反応性イオンエッチングを用いることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- プラズマを照射する工程はエッチング処理する工程を兼ねていることを特徴とする、請求項5に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法によりシリコン基板の粗面化を行う粗面化工程と、
上記粗面化工程により粗面化された上記シリコン基板の表面にpn接合を形成する拡散工程と、
上記拡散工程により形成された拡散層に反射防止膜を生成する成膜工程と、
上記成膜工程により反射防止膜が生成された上記シリコン基板に上部電極および下部電極に対応する電極ペーストを印刷する印刷工程と、
上記印刷工程により印刷された上記電極ペーストを焼成処理する焼成処理工程と
を備えたことを特徴とする光起電力装置の製造方法。 - 銅フタロシアニンの分散液をシリコン基板にドット状に塗布する工程と、
上記シリコン基板を乾燥する工程と、
上記シリコン基板の表面にプラズマを照射して上記銅フタロシアニンを分解して金属膜を形成する工程と、
上記シリコン基板をエッチング処理する工程と
を備えたことを特徴とする、シリコン基板の粗面化方法。 - 上記金属膜を形成した後に、めっき処理を行う工程を備えたことを特徴とする、請求項8に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- エッチング処理する工程のあとに、金属膜を除去する工程を備えたことを特徴とする、請求項8または9に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 上記シリコン基板を乾燥する工程は、上記銅フタロシアニンの分解温度以上で行うことを特徴とする、請求項8ないし10のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 上記プラズマを照射する工程と上記エッチング処理工程とは、反応性イオンエッチングを用いることを特徴とする、請求項8ないし11のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- プラズマを照射する工程はエッチング処理する工程を兼ねていることを特徴とする、請求項12に記載のシリコン基板の粗面化方法。
- 請求項8ないし13のいずれか1項に記載のシリコン基板の粗面化方法によりシリコン基板の粗面化を行う粗面化工程と、
上記粗面化工程により粗面化された上記シリコン基板の表面にpn接合を形成する拡散工程と、
上記拡散工程により形成された拡散層に反射防止膜を生成する成膜工程と、
上記成膜工程により反射防止膜が生成された上記シリコン基板に上部電極および下部電極に対応する電極ペーストを印刷する印刷工程と、
上記印刷工程により印刷された上記電極ペーストを焼成処理する焼成処理工程と
を備えたことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
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