KR20140014112A - 태양전지용 기판의 제작 방법 및 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 종래의 방법보다 간단한 방법으로, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율의 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작하기 위한 기술을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 반도체 기판의 제작 방법은, 실리콘 잉곳을 슬라이스 함으로서 제작된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 제1의 면에 대해서, 샌드 블라스트 처리에 의한 표면 처리를 실시하는 샌드 블라스트 공정과, 상기 샌드 블라스트 공정 후에, 상기 실리콘 기판에 대해서, 불산, 초산의 어느 쪽이든 1개 이상을 포함하는 에칭 용액에 의한 표면 처리를 실시하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은, 결정 실리콘 태양전지 제작을 위한 실리콘 기판의 텍스처(texture) 구조의 제작 방법 및, 그 기판을 이용한 태양전지에 관한 것이다.
단결정 실리콘 기판이나 다결정 실리콘 기판을 이용한 결정 실리콘 태양전지의 고효율화 및 저가격화는, 태양전지의 보급에 있어 중요하다.
태양전지의 효율 향상을 위한 하나의 방법으로서 기판의 표면을 요철 구조(텍스처 구조)로 해, 태양전지 표면에 있어서의 빛의 반사율을 저하시키며, 또한 기판 내에서의 광로장(光路長)을 길게 함으로서 입사(入射)한 빛을 유효하게 기판내에 가두는(광집중(optical confinement)) 방법이 널리 이용되고 있다. 이 경우, 효율의 향상이라고 하는 관점으로부터는, 실리콘 기판의 양면에 텍스처 구조가 형성될 필요는 없다. 오히려, 기판의 한쪽 면에만 텍스처 구조가 형성되고, 또 다른 한쪽 면은, 텍스처 구조를 형성한 면보다 반사율이 높은 경면인 것이 바람직하다(비특허문헌 1).
그러나, 현재 결정 실리콘 태양전지에 일반적으로 이용되고 있는 결정 실리콘 기판은, 연마용 입자를 포함한 절삭액과 피아노선을 이용하는 멀티 와이어 소오(multi-wire-saw)로 실리콘 잉곳(silicon ingot)을 슬라이스 하는 방법(유리 연마용 입자 방식(遊離砥粒方式))에 의해 제작되고 있다. 이 유리 연마용 입자 방법으로 제작된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)에서의 실리콘 기판은, 표면에 랜덤으로 요철이나 데미지층이 생기고 있다.
다결정 실리콘 기판의 경우는, 면내의 결정립마다 면방위(面方位)가 다르기 때문에, 면내에서 균일한 텍스처가 형성되기 어렵다고 하는 문제가 있지만, 이 데미지층을 이용하는 것에 의해서, 결정립의 면방위의 영향이 적은 텍스처 형성이 가능해지고 있다. 구체적으로는, 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 다결정 실리콘 기판을, 불산(Hydrofluoric Acid)과 초산(硝酸)을 포함한 등방성(等方性) 에칭액(etching液)을 이용해 데미지층의 제거를 실시하면서, 기판 표면의 텍스처 구조를 형성하는 방법이 널리 이용되고 있다(비특허문헌 2).
그렇지만, 이 방법에서는, 실리콘 기판의 양면에 텍스처 구조가 형성되어져 버린다. 왜냐하면, 유리 연마용 입자 방식에서 슬라이스한 기판은, 상기 랜덤으로 요철이나 데미지층을 가지기 때문에, 실리콘 기판의 양면 모두 용액에 의한 텍스처가 형성되기 쉽기 때문이다. 이 때문에, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판에 있어서, 기판의 한쪽 면에만 텍스처 구조를 형성해, 다른쪽 면의 반사율을 한쪽 면보다 높게 하기 위해서는, 당해 반사율을 높게 하고 싶은 면에 대해서, 텍스처 형성용의 에칭 용액과는 다른 에칭 용액을 이용해 재차 에칭을 실시할 필요가 있었다.
또, 다른 텍스처 형성 방법으로서, 일본특개 2003－101051호 공보(특허문헌 1)에서는, 용액 대신에 플라즈마를 이용하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은, 진공 장치를 이용하지 않으면 안 되기 때문에, 비용이 높아진다고 하는 문제가 있다.
또한, 일본특개 2005－340643호 공보(특허문헌 2)에서는, 와이어 슬라이스나 샌드 블라스트에 의해, 실리콘 기판 전면(특허문헌 2의 도 2 참조)에 데미지층을 형성해, 이 기판을 산용액(酸溶液), 수세(水洗), 알칼리 용액에 차례로 담궈 텍스처 구조를 형성하는 제작 방법이 개시되어 있다. 그렇지만 이 문헌에서는, 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판에 있어서의 반사율이나, 텍스처 후의 실리콘 기판의 표면과 이면의 반사율에 대한 논의는 되어 있지 않다.
또한, 실리콘 잉곳을 슬라이스 하는 방법으로서 전착(電着), 레진(resin), 메탈 혹은 그 복합에 의해 다이아몬드 연마용 입자를 피아노선에 고착시킨 고정 연마용 입자 와이어(다이아몬드 와이어)를 이용해, 멀티 와이어 소오에 의해 잉곳을 슬라이스 하는 방법(고정 연마용 입자 방식)이 검토되고 있다(비특허문헌 3). 이 방식은, 유리 연마용 입자 방식에 비해, 와이어의 사용량이 적고, 슬라이스 속도가 2배 이상이며, 연마용 입자를 포함하지 않는 냉각액을 이용하므로 폐수 처리의 문제가 적다고 하는 특징을 가진다. 따라서, 이 방법을 이용하는 것으로, 슬라이스 비용 절감을 도모할 수 있다. 이 때문에, 고정 연마용 입자 방식에 의한 잉곳의 슬라이스 방법은, 차세대의 슬라이스 기술로서 기대되고 있다.
J. Rentsch 외, "Single side etching-key technology for industrial high efficiency processing", 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, P. 1889, September, 2008.
A. Hauser 외, "Acidic texturisation mc-Si using a high throughput in-line prototype system which no organic chemistry", 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris, p. 1094, June, 2004.
T. Aoyama 외, "Fabrication of single-crystalline silicon solar cells using wafers sliced by a diamond wire saw, 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Valencia, September, 2010.
본 발명은, 이러한 상황에 비추어 본 것이며, 종래의 방법보다 간단한 방법으로, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작하기 위한 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원 발명자들은, 연구의 결과, 고정 연마용 입자 방식에 의한 잉곳의 슬라이스 방법은, 당해 슬라이스의 조건을 적당하게 선택함으로서, 당해 슬라이스 방법에 의해 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면의 반사율을 보다 높게 할 수 있다는 특징을 가지는 것을 알아냈다. 또, 본원 발명자들은, 고정 연마용 입자 방식에 의해 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면은, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면과 비교해, 용액에 의한 에칭으로는 표면에 텍스처 구조를 형성하기 어렵다 라고 하는 특징을 가지는 것을 알아냈다. 본원 발명자들은, 이것들의 특징을 알아내는 것에 의해, 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 이하의 구성을 가진다.
본 발명의 반도체 기판의 제작 방법은, 실리콘 잉곳을 슬라이스함으로서 제작된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 제1의 면에 대해서, 샌드 블라스트 처리에 의한 표면 처리를 실시하는 샌드 블라스트 공정과, 상기 샌드 블라스트 공정 후에, 상기 실리콘 기판에 대해서, 불산, 초산의 어느 쪽이든 1개 이상을 포함하는 에칭 용액에 의해 표면 처리를 실시하는 공정을 포함한다.
상기 구성에 의하면, 본 발명의 반도체 기판의 제작 방법에서는, 상기 제1의 면은, 샌드 블라스트 처리에 의한 표면 처리가 실시되어지기 때문에, 당해 제1의 면의 반대측의 면과 비교해, 텍스처 구조의 형성에 적절한 표면 형상을 가지는 데미지층을 면내에서 균일하게 포함할 수 있다. 그리고, 용액에 의한 에칭 처리에서는, 텍스처 구조의 형성에 적절한 표면 형상을 가지는 일정한 깊이의 데미지층이 면내에서 균일하게 존재하면 할수록, 당해 면에는 텍스처 구조가 형성되기 쉽다. 상기 구성에 의하면, 이처럼 텍스처 구조 형성의 용이성이 다른 면을 가지는 실리콘 기판에 대해서, 에칭 용액에 의한 표면 처리가 실시된다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 제1의 면과 그 반대측 면에 있어서의 텍스처 구조 형성의 용이성의 차이를 이용하는 것으로, 제1면과 그 반대측 면을 구별하지 않고, 에칭 용액에 의한 표면 처리에 의해, 제1면에만 텍스처 구조를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 반도체 기판의 제작 방법에 의하면, 종래의 방법보다 간단한 방법으로, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작하기 위한 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태로서, 본 발명의 반도체 기판의 제작 방법은, 실리콘 잉곳을 슬라이스 하는 것으로, 상기 제1면과, 상기 제1면의 반대측 면인 제２면이, 600nm에서 800nm의 범위의 빛의 파장에 대해서, 28%이상 36%이하의 반사율을 가지는 실리콘 기판을 제작하는 슬라이스 공정을 포함하며, 상기 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판은, 상기 슬라이스 공정에 의해 제작되어도 좋다.
여기서, 28%이상 36%이하의 반사율은, 종래의 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판 표면의 반사율 중에서, 비교적으로 높은 반사율이다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 종래의 방법보다 간단한 방법으로, 보다 효율이 좋은 실리콘 기판을 제작할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 형태로서 상기 슬라이스 공정이, 전착, 레진, 메탈 또는 그러한 복합에 의한 방법에 의해 다이아몬드 연마용 입자를 금속 와이어 표면에 고착시킨 고정 연마용 입자 방식의 와이어를 이용한 슬라이스 공정이어도 좋다.
상술한 대로, 고정 연마용 입자 방식에 의한 슬라이스 방법에서는, 적당한 슬라이스 조건을 선택함으로서, 당해 슬라이스 방법으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면의 반사율을 보다 높게 할 수 있다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)에 있어서의 제1면의 반사율과 제２면의 반사율을 보다 높게 할 수 있다.
또, 상술한 대로, 고정 연마용 입자 방식에 의해 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면은, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면과 비교해, 용액에 의한 에칭으로는 표면에 텍스처 구조를 형성하기 어렵다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 제1면과 제２면에 있어서의 텍스처 구조가 형성되기 쉽다고 하는 것을 보다 현저하게 할 수 있다. 따라서, 상기 에칭 용액에 의한 표면 처리를 실시하는 공정에 있어서, 보다 간단하게, 제1면에만 텍스처 구조를 형성할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 형태로서 상기 에칭 용액에 의한 표면 처리를 실시하는 공정에서는, 상기 제1면과 전기 제２면이 상기 에칭 용액에 의해 동시에 표면 처리를 실시해도 괜찮다.
상술한 대로, 제1면은, 제２면보다, 텍스처 구조가 형성되기 쉽다. 따라서, 상기 구성과 같이, 제1면과 제２면을 에칭 용액에 의해 동시에 표면 처리를 실시해도, 제1면에만 텍스처 구조를 형성하는 것이 가능하다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 제1면과 제２면을 구별하지 않고 에칭이 가능하기 때문에, 종래의 방법보다 간단한 방법이며, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작하기 위한 기술을 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 형태로서, 상기 실리콘 잉곳은 다결정 실리콘이어도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 형태로서, 상기 각각의 반도체 기판의 제작 방법에 의해 제작된 반도체 기판을 이용해, 태양전지가 작성되어도 좋다.
상기 구성에 의하면, 종래보다 간단한 방법으로 실리콘 기판을 제작할 수 있기 때문에, 종래보다 간단한 방법으로 태양전지를 제작할 수 있다. 또, 당해 실리콘 기판을 이용함으로서, 광집중(optical confinement)의 효과나 BSF(Back Surface Field)의 효과가 높아져, 동일 프로세스(process)라도 보다 효율이 높은 결정 실리콘 태양전지를 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 종래보다 간단한 방법으로, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작하기 위한 기술을 제공할 수 있다.
도 1a는 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 상태를 나타내는 사진.
도 1b는 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 상태를 나타내는 사진.
도 2는 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 반사율과 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 반사율을 비교한 도.
도 3은 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 샌드 블라스트 처리를 실시한 면의 표면 상태를 나타내는 사진.
도 4a는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제1면(텍스처면)을 나타내는 사진.
도 4b는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제２면을 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제1면(텍스처면)의 표면 반사율과 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제２면의 표면 반사율을 비교한 도.
도 1b는 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 상태를 나타내는 사진.
도 2는 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 반사율과 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 표면 반사율을 비교한 도.
도 3은 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 실리콘 기판의 샌드 블라스트 처리를 실시한 면의 표면 상태를 나타내는 사진.
도 4a는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제1면(텍스처면)을 나타내는 사진.
도 4b는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제２면을 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제1면(텍스처면)의 표면 반사율과 본 발명의 실시예로 얻어진 실리콘 기판의 제２면의 표면 반사율을 비교한 도.
이하, 본 발명의 한쪽 측면과 관련되는 태양전지용 실리콘 기판의 제작 방법의 실시의 형태(이하, 「본 실시 형태」라고 표기한다)를 설명한다.
우선, 고정 연마용 입자 와이어(다이아몬드 와이어)를 이용한 멀티 와이어 소오를 이용해, 실리콘 잉곳을 슬라이스 하여, 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판을 제작한다(이하, 실리콘 기판을 「기판」이라고 기재한다). 이 경우, 고정 연마용 입자 와이어는, 다이아몬드 연마용 입자를, 전착, 레진, 메탈, 혹은 그러한 복합의 방법에 의해 금속 와이어에 고착시킨 것을 이용한다. 또한, 본 실시 형태에서 이용되는 실리콘 잉곳은, 다결정 실리콘 잉곳이지만, 단결정 실리콘 잉곳이어도 좋다.
또, 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)에서의 실리콘 기판의 표면은, 가능한 한 높은 빛의 반사율(이하, 「표면 반사율」이라고 기재한다)을 가지는 것이 요구된다. 본 실시 형태에서는, 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)에서의 실리콘 기판의 반사율은, 양면 모두, 파장 600nm에서 800nm까지의 모든 파장의 빛에 대해서, 28%이상 36%이하, 바람직하게는, 30%이상 36%이하인 것이 요구된다. 반사율이 28%미만이면, 유리 연마용 입자 방법으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 기판의 표면 반사율과 너무 차이가 없게 된다. 한편, 반사율의 상한치는 36%이다. 이것은, 파장 600nm에서 800nm의 범위에 있어서의 경면의 단결정 실리콘 기판의 반사율의 최대치가, 36%정도인 것에 기인한다(Phys. Reｖ. , Vol. 120, p. 37(1960)). 파장 600nm에서 800nm의 범위에 있어서 경면 상태가 되어 있는 실리콘 기판의 반사율의 최대치가 36%이기 때문에, 본 실시 형태와 관련되는 실리콘 기판의 표면 반사율의 상한치는 36%이다.
실리콘 기판의 반사율을 상기 범위로 하기 위한 고정 연마용 입자 와이어에서의 슬라이스의 조건은, 고정 연마용 입자 와이어의 와이어지름, 다이아몬드 연마용 입자의 연마용 입자지름, 슬라이스 스피드 등의 요인에 의존한다. 그 때문에, 작업자는, 상기의 표면 반사율의 요구를 채우는 슬라이스 조건을 실험 등에 의해 미리 조사해 둘 필요가 있다. 예를 들면, 고정 연마용 입자 와이어를 사용해, 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 두께가 100㎛에서 200㎛정도, 사이즈가 156㎟가 되도록 실리콘 잉곳을 슬라이스 하는 경우, 고정 연마용 입자 와이어의 와이어지름이 90㎛에서 160㎛, 다이아몬드 연마용 입자의 연마용 입자지름이 5㎛에서 30㎛, 슬라이스 스피드가 약 0.2mm/min로부터 1.5mm/min인 것이 바람직하다.
다음으로, 이 실리콘 기판의 한쪽 면만을 샌드 블라스트 처리를 실시해, 이 면에 똑같이 데미지층을 형성한다. 샌드 블라스트 처리의 조건(연마제의 종류, 연마제의 크기, 연마제를 내뿜는 압력)은, 다음의 에칭 공정에 있어서 면내에서 균일하게 에칭할 수 있는 깊이 방향 및 면내의 균일성이 있으면 상관없다.
다만, 연마재의 종류는, 실리콘카바이드(SiC), 산화 알루미나, 에머리(emery), 석류석(garnet)인 것이 바람직하다. 또한, 연마제(硏磨劑)의 크기는, 입도 번호가 400번에서 3000번인 연마제의 크기인 것이 바람직하다. 또한, 연마제를 내뿜는 압력은, 0.2~0.6MPa인 것이 바람직하다. 샌드 블라스트 처리의 방식으로서는, 연마재를 공기, 질소 등의 기체와 함께 내뿜는 방식 외에, 연마재와 물을 혼합시켜 그것을 내뿜는 방식이어도 좋다. 또한, 샌드 블라스트 처리를 실시한 면은, 본 발명의 제1면에 상당(相當)한다.
또, 샌드 블라스트 처리 후, 이 실리콘 기판을, 불산, 초산의 어느 쪽이든 1개 이상을 포함하는 용액에 의해 에칭하는 것에 의해서 원하는 실리콘 기판을 얻을 수 있다.
이 이유는, 다음과 같이 설명할 수 있다. 즉, 샌드 블라스트 처리를 실시한 면은, 샌드 블라스트 처리를 실시하고 있지 않은 면보다, 텍스처 형성에 적절한 표면 형상을 가지는 데미지층을 면내에서 균일하게 포함한다. 그리고, 용액에 의한 에칭 처리에서는, 텍스처 형성에 적절한 표면 형상을 가지는 일정한 깊이의 데미지층이 면내에서 균일하게 존재하면 할수록, 당해 면에는 텍스처 구조가 형성되기 쉽다. 따라서, 용액에 의한 에칭 처리에 있어서, 샌드 블라스트 처리를 실시한 면은, 샌드 블라스트 처리를 실시하고 있지 않은 면보다 텍스처 구조가 형성되기 쉽다. 이 텍스처 구조 형성의 용이성을 이용함으로서, 샌드 블라스트 처리를 실시한 면에는 텍스처 구조를 형성하고, 샌드 블라스트 처리를 실시하고 있지 않은 한쪽 면에는 텍스처 구조를 형성하지 않게 하는 것이 가능하다. 즉, 한쪽 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작할 수 있다.
또한, 고정 연마용 입자 방법으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면은, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 표면보다, 데미지층이 형성되기 어렵다. 따라서, 유리 연마용 입자 방식보다 고정 연마용 입자 방법을 이용하는 편이, 샌드 블라스트 처리를 실시하고 있지 않은 면은, 용액에 의한 에칭 처리로 텍스처 구조가 형성 되기 어렵다. 따라서, 용액에 의한 에칭에 있어서의 텍스처 구조 형성의 용이성의 차이를 보다 명확하게 하기 위해서는, 고정 연마용 입자 방법이 유효하다.
에칭의 방법으로서는, 실리콘 기판을 에칭 용액 안에 침지(浸漬)시켜도 좋고, 실리콘 기판에 샤워 등으로 에칭액을 내뿜어 에칭을 실시해도 좋다.
실리콘 기판의 에칭의 일례로서 불산과 초산이 포함되는 용액의 온도를 5℃에서 30℃의 범위로 유지해, 이 안에 기판을 침지시켜, 그 후 수세하는 방법이 있다. 조건에 따라서는, 이 에칭 처리 중, 실리콘 기판의 표면에 흑갈색의 다공질층이 형성되는 일이 있다. 이 경우는, 해당 실리콘 기판을, 수세 후, 수%(예를 들면, 1%~3%)의 수산화 나트륨 용액 등의 알칼리 용액에 담궈, 다공질층을 제거할 필요가 있다. 또, 상기 불산과 초산이 포함되는 용액에 다공질층이 생기지 않도록 첨가제를 더한 용액에 의해 에칭을 실시해도 좋다.
이와 같이 해, 여러 차례 에칭 처리하지 않고, 기판 양면을 동시에 에칭 처리해도, 한쪽 면은, 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서의 실리콘 기판 제작 방법에서는, 에칭 처리는 1회여도 좋고, 여러 차례 실시하지 않아도 좋기 때문에, 종래보다 간단하며, 또한, 종래보다 낮은 가격으로, 상기 구조를 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 제작할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 실시 형태의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
반사율이 보다 높은 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판을 얻기 위해서, 고정 연마용 입자 와이어(다이아몬드 와이어)를 이용한 멀티 와이어 소오로 다결정 실리콘 잉곳을 슬라이스 했다. 이 때의 와이어는, 다이아몬드 연마용 입자를 레진 본드로 금속 와이어에 고착시킨 것으로, 와이어지름은, 약 150㎛였다. 또, 슬라이스 속도는, 0.5mm/min로 했다. 또, 슬라이스된 다결정 실리콘 기판의 두께는, 약 200㎛였다.
도 1a는, 고정 연마용 입자 와이어를 이용한 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 다결정 실리콘 기판의 표면 사진을 나타낸다. 또, 도 1b는, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 다결정 실리콘 기판의 표면 사진을 나타낸다. 도 1a 및 도 1b로부터, 실리콘 기판의 표면 형상은, 슬라이스 방식에 의해 크게 차이가 나는 것을 알 수 있다.
또, 도 2는, 이것들의 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 반사율을 나타낸다. 본 측정은, 분광 광도계(히타치 분광 광도계 U4000)로 적분공을 이용해 실시했다. 파장 600nm에서 800nm의 범위의 빛의 파장에 대한, 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판 표면의 반사율은 32~34%의 범위, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판 표면의 반사율은 26~27%의 범위이다. 따라서, 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판의 반사율은, 그 표면 형상을 반영해, 유리 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판보다 높아지고 있다. 이것으로부터, 고정 연마용 입자 방식으로는, 적당한 슬라이스 조건에 의해, 유리 연마용 입자 방법으로 슬라이스한 기판 표면보다도 보다 높은 반사율을 가지는 실리콘 기판이 작성 가능하다는 것을 나타낸다.
그 후, 당해 실리콘 기판의 한쪽 면에만 샌드 블라스트 처리를 실시했다. 도 3은, 샌드 블라스트 후의 기판의 표면의 상태를 나타낸다. 본 실시예에서는, 뉴마브라스타(등록상표) SG-4(후지제작소제)를 이용해 연마재를 공기로 내뿜는 것으로 샌드 블라스트 처리를 실시했다. 이용한 연마재의 종류는, 후지 랜덤 WA(후지제작소제), 이용한 연마제의 크기는, 입도 번호가 1000(평균 입경 11㎛)인 것, 연마제를 내뿜는 압력은, 0.3MPa였다. 도 3에 나타나는 것처럼, 샌드 블라스트 처리에 의해, 고정 연마용 입자 방식으로 슬라이스한 기판에 특유의 줄무늬 모양이 없어져, 표면에 균일한 데미지층이 형성되었다.
다음으로, 이 기판에 산(酸)에칭 용액을 이용한 등방성 에칭을 실시했다. 본 실시예에서는, 용액에 포함되는 불산과 초산의 용적비를 7：5로 한 혼합 용액을 이용해, 기판을, 20℃로 유지한 에칭액에 약 100초 담그는 것으로, 에칭 처리를 실시했다. 도 4a는, 샌드 블라스트 처리를 실시한 면에 에칭 처리를 실시한 후의 면(이하, 「제1의 면」이라고 표기한다)의 표면 사진을 나타낸다. 또, 도 4b는, 샌드 블라스트 처리를 실시하지 않은 면에 에칭 처리를 실시한 후의 면(이하, 「제２의 면」이라고 표기한다)의 표면 사진을 나타낸다. 제1의 면에서는, 기판의 전면(全面)에 텍스처 구조가 형성되어져 있어, 샌드 블라스트 처리의 유효성을 확인할 수 있었다. 한편, 샌드 블라스트 처리를 실시하지 않은 제２의 면에서는, 용액 처리로 형성된 텍스처의 형상이 보여지기는 하나, 에칭 전부터 있는 줄무늬 모양이 보이고 있어, 제1면에 비해 분명하게 텍스처 구조가 형성되지 않았다. 도 5는, 이 실리콘 기판의 제1면과 제２면의 반사율을 나타낸다. 상기 제1면은, 넓은 파장에 걸쳐 낮은 반사율을 얻을 수 있으며, 파장 600nm에서 800nm의 범위의 파장의 빛에 대한 반사율은, 24~26%의 범위였다. 한편, 상기 제２면에서는, 에칭 처리 전의 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 면보다도 반사율은 낮아지지만, 제1면에 비해 절대치로 약 3.5% 반사율이 높은 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 본 실시 형태에 의한 실리콘 기판의 제작 방법을 이용하는 것으로, 1회의 에칭 처리에 의해, 한쪽의 면은 텍스처 구조를 가지고, 또 다른 한쪽의 면은, 당해 텍스처 구조를 가지는 면보다 반사율이 높은 면을 가지는 광집중(optical confinement)에 유효한 실리콘 기판을 얻을 수 있었다.
Claims (6)
- 실리콘 잉곳을 슬라이스함으로서 제작된 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판의 제1의 면에 대해서, 샌드 블라스트 처리에 의한 표면 처리를 실시하는 샌드 블라스트 공정과,
상기 샌드 블라스트 공정 후에, 상기 실리콘 기판에 대해서, 불산, 초산의 어느쪽이든 1개 이상을 포함하는 에칭 용액에 의한 표면 처리를 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제작 방법. - 청구항 1에 있어서,
실리콘 잉곳을 슬라이함으로서, 상기 제1면과, 상기 제1면의 반대측의 면인 제２면이, 600nm에서 800nm의 범위의 빛의 파장에 대해서, 28%이상 36%이하의 반사율을 가지는 실리콘 기판을 제작하는 슬라이스 공정을 더욱 포함하며,
상기 아즈 슬라이스 상태(as-sliced state)의 실리콘 기판은, 상기 슬라이스 공정에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제작 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 슬라이스 공정이, 전착, 레진, 메탈 또는 그러한 복합에 의한 방법에 의해 다이아몬드 연마용 입자를 금속 와이어 표면에 고착시킨 고정 연마용 입자 방식의 와이어를 이용한 슬라이스 공정인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제작 방법. - 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 에칭 용액에 의한 표면 처리를 실시하는 공정에서는, 상기 제1면과 상기 제２면이 상기 에칭 용액에 의해 동시에 표면 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제작 방법. - 청구항 1~4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리콘 잉곳이 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 제작 방법. - 청구항 1~5 중 어느 한 항에 기재된 반도체 기판의 제작 방법에 의해 제작된 반도체 기판을 이용해 제작된 태양전지.
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