WO2011145131A1 - 光起電力装置の製造方法及び光起電力装置の製造装置 - Google Patents

光起電力装置の製造方法及び光起電力装置の製造装置 Download PDF

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西村邦彦
西村慎也
岡本達樹
藤川周一
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三菱電機株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a photovoltaic device using crystalline silicon.
  • Patent Document 1 when forming a fine texture structure for reducing the reflectance of the photovoltaic manufacturing apparatus, one of the laser openings for the etching resistant film is used. One concave portion of the texture structure corresponds.
  • the diameter of the laser aperture is enlarged or etching is performed for a long time.
  • productivity of the laser aperture process is reduced and the laser aperture is reduced.
  • Deterioration of texture size uniformity due to dispersion, and deterioration of characteristics due to damage remaining in the wafer caused by increased laser intensity are problems.
  • productivity in the etching process is reduced and etching is performed for a long time.
  • Variations in the texture size due to an increase in the influence of etching conditions such as temperature and liquid concentration that change to a problem arise.
  • the photovoltaic device manufacturing method and manufacturing apparatus include: When forming an anti-reflective texture on the surface of a photovoltaic device using single crystal silicon by laser patterning and wet etching of the etching resistant film, the bottom surface of the desired pyramidal recess is formed using a pulse laser and laser beam branching means. A plurality of laser apertures are processed in the diagonal direction of the square, and the pitch of the laser apertures between the squares is formed from a plurality of laser apertures whose pitch is larger than the pitch on the diagonal line to form a concave portion of one texture structure The arrangement of the laser openings is formed by a pattern having at least two types of pitch sizes.
  • the concave portion of one texture structure is formed from a plurality of relatively small laser apertures, the productivity of the laser aperture process is lowered, and the uniformity of the texture size due to variations in aperture shapes is reduced. While suppressing the deterioration, there is an unprecedented remarkable effect that a pyramidal texture can be formed without variation in size by etching in a short time.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure for demonstrating another example of the formation process of the texture in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus for forming the laser aperture pattern in Embodiment 1 of this invention. It is the schematic for demonstrating the laser beam branch pattern in Embodiment 1 of this invention. It is the schematic for demonstrating the laser beam branch pattern in Embodiment 2 of this invention. It is the schematic for demonstrating the laser beam branch pattern in Embodiment 3 of this invention. It is the schematic for demonstrating the timing of the laser pulse in Embodiment 3 of this invention. It is the schematic for demonstrating the surface orientation of the single crystal silicon substrate on the silicon substrate conveyance means in embodiment of this invention.
  • Embodiment 3 of this invention It is the schematic for demonstrating the pattern of the laser opening part in Embodiment 3 of this invention. It is the schematic for demonstrating the texture structure in Embodiment 3 of this invention. It is the schematic for demonstrating the pattern of the laser opening part in Embodiment 4 of this invention. It is the schematic for demonstrating the pattern of the laser opening part in Embodiment 5 of this invention. It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus for forming the laser aperture pattern in Embodiment 5 of this invention. It is a figure for demonstrating the formation process of the texture in Embodiment 6 of this invention.
  • Embodiments of a photovoltaic device manufacturing method and a photovoltaic device manufacturing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
  • Embodiment 1 FIG.
  • the texture structure is a concavo-convex structure provided on the surface of the single crystal silicon substrate, and incident sunlight is absorbed while being reflected by the concavo-convex structure on the substrate surface, which is effective in suppressing reflected light. .
  • reflected light on the surface can be suppressed and photoelectric conversion efficiency can be improved.
  • FIGS. 1 to 3 are schematic diagrams for explaining a process for forming a texture structure of a general crystalline silicon solar cell.
  • a in each figure is a top view as seen from the light incident surface
  • b is a cross-sectional view when the light incident surface is facing up.
  • the texture structure is formed by using a commonly used p-type or n-type single crystal silicon substrate, and its typical specification is that the specific resistance sliced along the (100) plane is 0.1 to The thickness is 10 ⁇ cm and the thickness is 200 to 400 ⁇ m.
  • an etching resistant film 2 having resistance to wet etching is formed on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1.
  • a silicon nitride film Si 3 N 4 film
  • the etching resistant film 2 (a in FIG. 1 and b) in FIG. 1).
  • a silicon oxide film (SiO 2 film) or the like can be used as the etching resistant film 2 because it has sufficient etching selectivity between silicon and the film in alkaline etching. It is.
  • an aligned laser opening 3 having a geometric periodic structure is formed in the etching resistant film 2 (FIG. 2).
  • the laser openings 3 are formed on a square lattice with a pitch of 20 ⁇ m in a direction parallel to the (010) and (001) planes.
  • the diameter of each laser opening 3 is about ⁇ 7 ⁇ m.
  • the diameter of the laser opening 3 is determined by the intensity of the laser to be used and the focused diameter on the silicon substrate.
  • the productivity in the etching process is improved.
  • the laser condensing diameter may be increased.
  • the laser condensing diameter is increased while keeping the laser intensity as it is, the intensity per unit area decreases. This is because when the laser intensity per unit area decreases, the temperature rise on the substrate surface due to laser irradiation becomes insufficient and an opening cannot be formed.
  • a method for branching a laser beam and performing laser processing at multiple points simultaneously is one promising means for increasing the speed of laser processing.
  • the diameter of the laser aperture was set to about ⁇ 7 ⁇ m as a result of the trade-off between these two factors.
  • anisotropic wet etching is performed on the single crystal silicon substrate 1 through the laser opening 3 using an alkaline etchant such as potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution.
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • anisotropic etching is performed with an alkaline aqueous solution on a single crystal silicon substrate sliced in the (100) plane, the substrate is anisotropically etched along the (111) plane and oriented in the (111) plane.
  • the four pyramid-shaped recesses 4 having a V-shaped cross section are obtained.
  • anisotropic etching is performed through the laser opening 3 formed in the etching resistant film 2, the anisotropic etching proceeds with respect to the silicon exposed in the laser opening 3, so that the laser can be etched in a relatively short time.
  • a pyramid-shaped recess formed by four walls oriented with the circumscribed square of the opening 3 as the bottom and oriented in the (111) plane is formed (FIG. 3).
  • the etching rate of the (111) plane is slow in anisotropic etching, so that the square shape that forms the bottom surface of the pyramid. The speed at which the size of the recess, which is typically represented by the length of the side and the height of the pyramid, increases.
  • the interval between the pyramid-shaped recesses needs to be sufficiently narrow compared to the size of the pyramid.
  • the size expansion rate of the pyramidal recesses by anisotropic etching is significantly reduced. Therefore, in order to sufficiently narrow the interval between the pyramid recesses, etching is performed for a long time or the laser aperture 3 It is necessary to enlarge the area.
  • the productivity of the etching process is lowered.
  • the etching conditions such as the temperature and concentration of the etching solution that fluctuates during the long-time etching.
  • the size of the pyramidal recesses varies. As a result, in some areas of the substrate, the interval between the pyramid-shaped recesses remains wide, but in other areas, adjacent pyramid-shaped recesses are connected to flatten the ridgeline, reducing the reflectance reduction effect. The problem also arises.
  • the pyramid due to the shape variation related to the opening diameter of the laser opening 3 is obtained.
  • the size of the concave portion is nonuniform.
  • the laser aperture 3 is ideally a perfect circle having a uniform size when viewed from the laser incident side of the silicon substrate, but in reality, aberrations peculiar to the optical system of the laser processing machine that performs the laser aperture and Due to the thickness variation of the wafer, the diameter may vary within a range of about 30% of the maximum diameter, or the perfect circular shape may become an ellipse.
  • the laser aperture 3 composed of four apertures is taken as one unit, and the laser aperture 3 is formed as densely as possible on the substrate.
  • a desired one pyramidal recess as shown in FIG. 8A is finally formed (FIG. 8A).
  • the laser aperture 3 is formed on the diagonal of the square on the bottom surface of the pyramidal recess, and these diagonals are spaced apart from each other by a certain distance in parallel (see FIG. FIG. 6 a)).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the pattern of the laser aperture in the first embodiment of the present invention.
  • the four laser openings for forming one pyramidal recess are formed at a certain distance from the four laser openings 3 for forming neighboring pyramid recesses.
  • the interval between the pyramid-shaped concave portions to be formed can be controlled. That is, the pattern of the laser aperture 3 is a relatively narrow pitch (6 ⁇ m pitch in the example of the present invention) that divides the diagonal line of the pyramid-shaped recess and a relatively wide pitch (determined according to the present invention). In the example, the pitch is 20 ⁇ m).
  • a procedure for forming a texture structure by the pattern of the laser aperture will be described with reference to FIGS.
  • a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) or a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1 as an etching resistant film 2 having resistance to wet etching. ) Is formed (FIG. 5).
  • a laser opening 3 is formed in the etching resistant film 2 by a laser (FIG. 6).
  • four directions are formed at a pitch of 6 ⁇ m on the (111) plane in the direction of 45 degrees with the (001) direction (the diagonal direction of the square that forms the bottom surface of the pyramidal recess formed in the later etching process).
  • One opening is formed as a set, and the laser openings 3 are formed at a pitch of 20 ⁇ m between the sets in the direction of each side of the square that becomes the bottom surface of the pyramidal concave portion.
  • the number of laser openings 3 formed per one silicon substrate increases four times.
  • one of the four openings of the laser aperture 3 is formed.
  • a typical value for the opening size is ⁇ 4 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m. Specific means for forming such a periodic pattern composed of two types of pitch will be described later.
  • anisotropic etching is performed on the single crystal silicon substrate 1 through the laser opening 3 as in the case of a general method.
  • a pyramidal recess having a circumscribed square circumscribing the circular shape of each laser opening 3 is formed by short-time etching (FIG. 7).
  • the size increase of the pyramid-shaped recess proceeds very slowly.
  • the etching rate is reduced, the pyramidal recesses formed by the four sets of laser openings 3 formed in the laser opening process are connected with a relatively short time of etching because the intervals are sufficiently narrow.
  • the etching proceeds again at a high speed.
  • the etching time is about 1/5 compared with the case where a general method is used, and a texture structure with a uniform pyramidal recess can be formed. After forming the texture structure, if necessary, etching for removing the etching resistant film 2 is performed.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration of a laser processing apparatus for forming a laser aperture pattern.
  • This laser processing apparatus includes a silicon substrate transfer unit 5, a laser oscillator 6, a laser beam intensity adjusting unit 7, a laser beam shape adjusting unit 8, one or more light guide mirrors 9, and a laser beam dividing unit. 10 and laser beam condensing means 11.
  • the silicon substrate transfer means 5 holds the single crystal silicon substrate 1 having an etching resistant film (not shown) formed on the surface thereof with the surface to be processed facing upward, and collects the single crystal silicon substrate 1 with a laser beam. Move along the light surface.
  • the laser oscillator 6 emits a laser beam.
  • the laser oscillator 6 can use, for example, a double wave (wavelength: 532 nm) of a 40 kHz Q-switch LD-pumped Nd: YVO 4 laser as a typical repetition frequency.
  • an ultraviolet laser such as a third harmonic or a fourth harmonic is used, since the absorption coefficient of the etching-resistant film and silicon is high, processing with a smaller diameter and higher quality is possible. The problem of deterioration of the optical element occurs due to the influence of impurities. An appropriate wavelength may be selected in view of merits and demerits.
  • the laser beam intensity adjusting means 7 is means for attenuating the laser intensity automatically or manually to obtain a laser intensity suitable for processing.
  • the laser beam shape adjusting means 8 includes a combination of a plurality of cylindrical lenses for making the shape of the laser beam a perfect circle and a combination of a plurality of spherical lenses for obtaining a desired beam diameter and beam divergence angle. .
  • One light guide mirror 9 is arranged between the laser beam shape adjusting means 8 and the laser beam splitting means 10 in FIG. 9, but in order to guide the laser beam in accordance with the space of the laser processing machine.
  • One or more sheets are arranged as appropriate.
  • the laser beam splitting means 10 splits the laser beam into a laser beam branching pattern having a predetermined geometric periodic structure as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a laser beam branching pattern.
  • the laser beam branch pattern is a set of four branch patterns (indicated by “A” in FIG. 10) at a pitch of 6 ⁇ m, and a direction that forms an angle of 45 degrees with the alignment direction of the branch pattern of 6 ⁇ m pitch (in FIG. 10).
  • 90 patterns are arranged at a pitch of 20 ⁇ m.
  • a diffractive optical element can be used.
  • a mask having a plurality of apertures can be used, but it is desirable to use a diffractive optical element from the viewpoint of the uniformity and efficiency of the beam.
  • the laser beam split by the laser beam splitting means 10 is focused on the single crystal silicon substrate 1 by the laser beam focusing means 11.
  • the laser oscillator 6 is pulse-oscillated at 40 kHz
  • the single crystal silicon substrate transport means 5 moves the single crystal silicon substrate 1 at 800 mm / second in the direction indicated by the x direction in FIG.
  • the y direction and the x direction in FIG. 9 are made to coincide with the X direction and the Y direction in FIG. 10, respectively.
  • the single crystal silicon substrate 1 is moved by the single crystal silicon substrate transfer means 5.
  • the F ⁇ lens as means, the same effect can be obtained by scanning the single crystal silicon substrate 1 with the laser beam divided by the laser beam dividing means.
  • the laser beam scanning method can scan at a higher speed than moving the object to be processed by the conveying means, and the laser processing productivity can be improved by appropriately selecting the laser intensity and the repetition frequency. I can do it.
  • Embodiment 2 The purpose of this embodiment is to reduce the reflectance of sunlight on the surface of the single crystal silicon solar cell by forming an etching resistant film on the surface of the single crystal silicon solar cell, laser opening of the etching resistant film, and wet etching. Although an inverted pyramid-shaped concavo-convex structure is formed, since only the laser processing step is different from that of the first embodiment, the laser processing step will be mainly described here.
  • the narrowest pitch is set to 6 ⁇ m as shown in FIG.
  • the condensing diameter of the laser beam on the single crystal silicon substrate 1 is set to ⁇ 4 ⁇ m.
  • FIG. 11 shows a laser beam branching pattern in the present embodiment.
  • the distance between the closest points is 10 ⁇ m.
  • the condensing diameter of the laser beam on the single crystal silicon substrate 1 is ⁇ 4 ⁇ m, and the distance between the nearest points is more than twice, and the deterioration of the shape of the laser aperture due to interference does not matter.
  • the same laser aperture pattern as in a) of FIG. 6 can be processed.
  • the laser repetition frequency may be set to 40 kHz
  • the moving speed of the single crystal silicon substrate 1 by the silicon substrate transfer means 5 may be set to 800 mm / second.
  • a texture structure with pyramidal recesses as shown in FIG. 8 can be formed.
  • the laser beam branch pattern is formed with two kinds of pitches as shown in FIGS.
  • two types of pitches are mixed, whether or not to set a grating with the greatest common divisor and place the laser beam on the grating
  • a 6 ⁇ m pitch lattice is set, and every other 12 ⁇ m pitch is expressed as an 18 ⁇ m pitch. If this pitch is fine, the pitch of the surface shape of the diffractive optical element is enlarged, so it is necessary to set a large laser incident beam to the diffractive optical element.
  • the laser beam branch pattern, the laser pulse timing, and the plane orientation of the single crystal silicon substrate 1 on the silicon substrate transport means 5 are changed from those in the first and second embodiments.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a laser beam branching pattern according to the third embodiment of the present invention.
  • this laser beam branching pattern 68 laser beams are arranged at a pitch of 28 ⁇ m in the Y direction, and two rows of laser beams arranged at a pitch of 14 ⁇ m in the X direction are shifted from each other by 14 ⁇ m in the Y direction.
  • FIG. 13 shows a schematic diagram for explaining the timing of the laser pulse in the third embodiment.
  • Laser pulses are generated at a pitch of 35 ⁇ sec from this set to obtain a laser pulse train with timing as shown in FIG.
  • the plane orientation of the single crystal silicon substrate 1 on the silicon substrate transfer means 5 is arranged such that the (010) plane and the (001) plane are 45 degrees with respect to the four sides of the single crystal silicon substrate 1.
  • FIG. 14 shows the plane orientation of the single crystal silicon substrate 1 on the silicon substrate transfer means 5 in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a pattern of the laser opening 3 processed when the single crystal silicon substrate 1 is moved in the x direction at 800 mm / second as the laser pulse timing of FIG. 13 with the laser beam branching pattern of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the pattern of the laser aperture in the third embodiment of the present invention.
  • the laser condensing diameter and the laser intensity on the silicon substrate are adjusted so that the diameter of the laser opening 3 is ⁇ 4 ⁇ m.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a texture structure according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 17 shows a laser aperture pattern in the fourth embodiment.
  • the laser aperture is configured by a laser aperture formed on a square diagonal line that becomes the bottom surface of the quadrangular pyramid-shaped recess to be formed. In this way, by forming the laser aperture on one diagonal line, it is possible to obtain a recess connecting the diagonal lines of a desired texture shape by etching in a short time with a small area laser aperture.
  • the laser processing speed is inversely proportional to the total area of the laser aperture, and therefore can be increased with a small area laser aperture.
  • the etching time for enlarging the recess in the diagonal direction perpendicular to the diagonal line in which the laser aperture is formed requires a certain length. If the required tact time for etching is short and there is a margin of laser output relative to the required tact time for laser processing, the time for enlarging the recess can be increased by forming the laser aperture in a place other than the diagonal line as shown in FIG. Since it can be reduced, the etching time can be shortened.
  • FIG. 18 shows a laser aperture pattern in the fifth embodiment.
  • the shape of the laser aperture is a perfect circle.
  • the shape of the laser aperture is set to be an ellipse.
  • the area of the laser aperture can be reduced. Reducing the area of the laser aperture and improving the tact time of laser processing are almost equivalent. This is due to the following reason.
  • the laser beam is focused and processed in a smaller area. Therefore, the laser energy density per unit area is increased at the same laser power and the same number of laser beam branches. I can do it. If the laser energy density required for processing the etching resistant film is the processing laser energy density, a larger number of laser beam branches can be obtained with the same laser power. By increasing the number of laser beam branches, the tact time of laser processing can be improved.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus for forming a laser aperture pattern in the fifth embodiment of the present invention.
  • the elliptical optical system 13 for making the shape of the laser aperture an ellipse can use a cylindrical lens or a prism.
  • Embodiment 6 Since this embodiment is different from the first embodiment only in the wet etching process, the wet etching process will be mainly described here.
  • the wet etching is only anisotropic alkali etching.
  • wet etching is divided into two or more steps. As a wet etching process, isotropic etching using a mixed acid or the like is first performed, and then anisotropic alkali etching is performed. In anisotropic etching, when the (111) plane comes out, the etching rate for enlarging the concave portion is remarkably reduced.
  • the etching time is long until the small pyramid concave portion based on the adjacent laser aperture is connected after the (111) plane comes out. Take it.
  • a concave portion is formed as shown in FIG. 20 a) and FIG. 20 b) without being affected by the crystal orientation, and adjacent laser apertures are formed in a comparatively short time.
  • the concave part used as a base point can be connected.
  • 20A is a view of the solar battery cell viewed from the light receiving surface side
  • FIG. 20B is a cross-sectional view of the solar battery cell. Therefore, the etching time can be shortened.

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Abstract

高速かつ精度良く逆ピラミッド状のテクスチャー構造を形成するため、耐エッチング膜のレーザパターニングとウェットエッチングとで単結晶シリコンを使用した光起電力装置表面に反射防止テクスチャーを形成する際に、パルスレーザとレーザビーム分岐手段を用いて、所望のピラミッド状凹部の底面となる正方形の対角線方向に複数のレーザ開口を加工し、各正方形の間のレーザ開口のピッチは前記対角線上におけるピッチよりピッチを大きくすることとした。

Description

光起電力装置の製造方法及び光起電力装置の製造装置
　本発明は、結晶シリコンを使用した光起電力装置の製造方法及び製造装置に関する。
　従来、耐エッチング膜のレーザパターニングと、ウェットエッチングとによって結晶シリコン太陽電池の表面に反射率低減のための微小な凹凸構造（テクスチャー構造）を形成する技術が知られている。レーザパターニングにおいては、耐エッチング膜に多数の開口を高速度で形成するために、回折光学素子によってレーザを分岐する手法がとられる（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特開２００９－１４７０５９号公報
D. Niinobe, K. Nishimura, S. Matsuno, H. Fujioka, T. Katsura, T. Okamoto, T. Ishihara, H. Morikawa,S. Arimoto著、"Honeycomb-Structured Multi-Crystalline Silicon Solar Cells With 18.6% Efficiency Via Industrially Applicable Laser Process"、Proceedings of the 23rd EU PVSEC、２００８年、p1824-1828
　上記特許文献１や非特許文献１に開示される公知先行技術では、光起電力製造装置の反射率低減のため微細なテクスチャー構造を形成する際、耐エッチング膜に対するレーザ開口の一つに対して、テクスチャー構造の凹部一つが対応する。
　単結晶シリコンを使用した光起電力装置に対してピラミッド状のテクスチャーを形成するプロセスにおいては、公知先行例を使用すると、生産性の低下、テクスチャーのサイズの均一性の悪化という課題があった。これは、ピラミッド状テクスチャーを形成する異方性エッチングにおいては、レーザ開口の外接正方形を底面とする大きさのピラミッド状テクスチャーは短時間のエッチングで形成されるが、ピラミッド状テクスチャーの底面及び深さを拡大する速度は遅くなるためである。
　公知先行技術においては、すきまなくピラミッド状テクスチャーを形成するには、レーザ開口径を拡大するか、長時間のエッチングを実施することとなり、前者の場合は、レーザ開口プロセスの生産性低下及びレーザ開口がばらつくことによるテクスチャーサイズ均一性の悪化、レーザ高強度化により生じるウエハ中に残存するダメージによる特性の悪化が問題となり、後者の場合は、エッチングプロセスにおける生産性の低下と、長時間のエッチング中に変化する温度や液濃度等エッチング条件の影響が拡大することによるテクスチャーのサイズのばらつきが問題となる。
　この発明に係る光起電力装置の製造方法及び製造装置は、
耐エッチング膜のレーザパターニングとウェットエッチングとで単結晶シリコンを使用した光起電力装置表面に反射防止テクスチャーを形成する際に、パルスレーザとレーザビーム分岐手段を用いて、所望のピラミッド状凹部の底面となる正方形の対角線方向に複数のレーザ開口を加工し、各正方形の間のレーザ開口のピッチは前記対角線上におけるピッチよりピッチを大きくする
複数のレーザ開口から一つのテクスチャー構造の凹部を形成するため、レーザ開口の配置を少なくとも２種類のピッチのサイズからなるパターンで形成することを特徴とする。
　この発明によれば、複数の比較的小さなレーザ開口から一つのテクスチャー構造の凹部を形成するようにしたため、レーザ開口プロセスの生産性の低下及び開口形状のばらつきに起因するテクスチャーのサイズの均一性の悪化を抑制しつつ、短時間のエッチングによりピラミッド状テクスチャーをサイズのばらつきなく形成することが出来る、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。
一般的なテクスチャー構造の形成工程の一例を説明するための図である。 一般的なテクスチャー構造の形成工程の別の例を説明するための図である。 一般的なテクスチャー構造の形成工程の別の例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ開口部のパターンの一例である。 本発明の実施の形態１におけるテクスチャーの形成工程の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるテクスチャーの形成工程の別の例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるテクスチャーの形成工程の別の例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるテクスチャーの形成工程の別の例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザ開口パターンを形成するためのレーザ加工装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１におけるレーザビーム分岐パターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態２におけるレーザビーム分岐パターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態３におけるレーザビーム分岐パターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態３におけるレーザパルスのタイミングを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態におけるシリコン基板搬送手段上の単結晶シリコン基板の面方位を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態３におけるレーザ開口部のパターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態３におけるテクスチャー構造を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態４におけるレーザ開口部のパターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態５におけるレーザ開口部のパターンを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態５におけるレーザ開口パターンを形成するためのレーザ加工装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態６におけるテクスチャーの形成工程を説明するための図である。
　以下に、本発明にかかる光起電力装置の製造方法および光起電力装置の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法及び製造装置において、単結晶シリコン太陽電池の表面（太陽光の入射側の面）にテクスチャー構造を形成するためのレーザ加工概要を説明する。ここで、テクスチャー構造とは単結晶シリコン基板の表面に設けた凹凸構造であり、入射した太陽光が基板表面の凹凸構造に多重反射しながら吸収されるため、反射光の抑制に効果的である。単結晶シリコン太陽電池の表面にテクスチャー構造を形成することで、表面での反射光を抑制でき、光電変換効率を向上することが可能である。
　以下では、単結晶シリコン太陽電池の製造工程のうち、本発明が関連する工程である、単結晶シリコン太陽電池の表面にテクスチャー構造を形成する工程について詳細に説明する。
　まず、一般的なテクスチャー構造の形成工程の流れについて図１から図３により説明する。図１～図３は、一般的な結晶シリコン太陽電池のテクスチャー構造の形成工程を説明するための模式図である。これらの図において、各図のaは光入射面から見た上面図、ｂは光入射面を上にした場合の断面図である。
　テクスチャー構造の形成には、一般的に使用されているｐ型又はｎ型の単結晶シリコン基板を用い、その典型的な仕様は、（１００）面に沿ってスライスした比抵抗が０．１～１０Ωｃｍ、厚さが２００～４００μｍである。
また、レーザで電極のパターン等をパターニング可能なため、単結晶シリコン基板１の表面の全面に、ウェットエッチングに対して耐性を有する耐エッチング膜２を形成する。耐エッチング膜２としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を用いる（図１のa）及び図１のｂ））。なお、耐エッチング膜２としては、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）の他にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）などもアルカリエッチングでのシリコンと膜のエッチング選択性が十分にあり、使用可能である。
　次に、耐エッチング膜２に幾何学的な周期構造を有して整列したレーザ開口部３を形成する（図２）。レーザ開口部３は、（０１０）及び（００１）面に平行な方向に２０μｍピッチの正方格子上に形成する。
　各レーザ開口部３の径は約φ７μｍとする。このレーザ開口部３の径は使用するレーザの強度とシリコン基板上の集光径で決定する。後述のようにレーザ開口部３を拡大すると、エッチング工程での生産性が向上する。
大きなレーザ開口部３を得るためには、一つのレーザ開口へ照射するレーザ強度を上げると同時に、シリコン基板上の集光径を拡大すれば良い。レーザ加工径を拡大するためには、レーザ集光径を拡大すれば良いが、レーザ強度をそのままとして、レーザ集光径を拡大すると、単位面積当たりの強度は低下する。単位面積当たりのレーザ強度が低下すると、レーザ照射による基板表面の温度上昇が不十分となり開口を形成できないためである。
レーザ加工においては、レーザ加工高速化のためレーザビームを分岐して同時多点にてレーザ加工を実施する方法が１つの有力な手段である。一方で、一つのレーザ開口へ照射するレーザ強度を上げるためには、レーザビームの分岐数を低減する必要があり、分岐数を低減するとレーザ加工工程における生産性が低下する。ここではレーザ加工の生産性の要請を最重視する立場から、これら２つの要因のトレードオフの結果として、レーザ開口の直径は約φ７μｍとした。
　続いてレーザ開口部３を通じて単結晶シリコン基板１に対して水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液等のアルカリ性のエッチャントにより、異方性ウェットエッチングを行う。通常、異方性エッチングでは（１１１）面のエッチング速度が他の結晶方位のエッチング速度に比べて極めて遅い。このため、（１００）面にスライスされた単結晶シリコン基板に対してアルカリ水溶液により異方性エッチングを行うと、基板は（１１１）面に沿って異方性エッチングされ、（１１１）面に配向した４個の壁により形成され、断面がＶ字型のピラミッド状凹部４が得られる。耐エッチング膜２に形成したレーザ開口部３を通じて異方性エッチングを実施した場合、レーザ開口部３で露出したシリコンに対して、異方性エッチングが進むため、比較的短時間のエッチングで、レーザ開口部３の外接正方形を底面とし、（１１１）面に配向した４面の壁で形成したピラミッド状凹部が形成される（図３）。
　上記のように（１１１）面に配向した面が出てピラミッド状凹部が形成されると、異方性エッチングにおいては、（１１１）面のエッチング速度が遅いことから、ピラミッドの底面となる正方形の辺の長さおよびピラミッドの高さで代表的に表現される凹部のサイズが拡大する速度が低下する。
　一方、隣接するピラミッド状凹部の間の領域は、シリコン基板の表面が平坦であるため、反射率低減効果をほとんど有さない。よって全体として十分な反射率低減効果を有するテクスチャー構造を形成するためには、ピラミッド状凹部の間隔はピラミッドのサイズに比較して十分狭くする必要がある。
　先に述べたように異方性エッチングによるピラミッド状凹部のサイズ拡大速度は著しく低下するため、ピラミッド状凹部の間隔を十分狭くするためには、長時間のエッチングを実施するか、レーザ開口部３の面積を拡大することが必要となる。
　長時間のエッチングを実施した際には、エッチング工程の生産性が低下すること自体が問題となるが、その上、長時間のエッチングの間に変動するエッチング液の温度、濃度などのエッチング条件により、ピラミッド状凹部のサイズにばらつきが生じる。結果、基板の一部の領域ではピラミッド状凹部の間隔が広いままであるにもかかわらず、他の領域においては隣接するピラミッド状凹部がつながって稜線が平坦化され反射率低減効果が減ぜられるという問題も生じる。
　一方で、レーザ開口部３の面積を拡大した場合は、先述のようにレーザ加工工程の生産性が低下する問題に加えて、レーザ開口部３の開口部径に関係する形状ばらつきに起因するピラミッド状凹部のサイズ不均一が生じる。レーザ開口部３はシリコン基板のレーザ入射側から見た時、大きさの揃った真円であることが理想だが、実際には、レーザ開口を実施するレーザ加工機の光学系に特有の収差やウエハの厚みばらつきのため、最大直径の約３０％の範囲内で直径がばらついたり、真円形状が楕円となることがある。こうしたレーザ開口部３の形状ばらつきに起因するピラミッド状凹部のサイズのばらつきにより、長時間のエッチングで生じたのと同様に反射率低減効果の減ぜられる問題がある。更に、レーザ開口部３の面積を拡大するためには、レーザの強度が必要となる。高強度のレーザを照射すると、レーザの照射によりシリコン基板で発生する熱によりシリコン基板の内部に発生するダメージが、エッチングで十分除去出来ずに残存するために、製造した光起電力装置の特性が悪化するという問題も生じる。
　そこで本実施の形態においては、図４に示すように４個の開口からなるレーザ開口部３を１単位として、当該レーザ開口部３をできる限り稠密に基板上に形成する。この場合において、当該レーザ開口部３を基にして、図８のa）に示すような所望の一つのピラミッド状凹部が最終的に形成される(図８のａ)では、このようなピラミッド状凹部が計１６個形成されている)が、上記レーザ開口部３は上記ピラミッド状凹部の底面の正方形の対角線上に、これらの対角線同士は互いに一定の距離、離隔されて平行に形成される(図６のa))。
図４は本発明の実施の形態１におけるレーザ開口部のパターンを説明するための図である。一つのピラミッド状凹部を形成するための４つのレーザ開口は、近隣のピラミッド状凹部を形成するための４つのレーザ開口部３とはある一定の距離、離隔させて形成される。この距離(具体的には図６のa)で,２０μｍで示した距離)の制御によって、形成するピラミッド状凹部の間隔を制御可能である。つまり、レーザ開口部３のパターンはピラミッド状凹部の対角線を分割する比較的狭いピッチ(本発明の例では６μｍのピッチ)とピラミッド状凹部の間隔を決定するための比較的広いピッチ(本発明の例では２０μｍのピッチ)という、二種類のピッチから形成される。
　本レーザ開口のパターンによるテクスチャー構造の形成手順を図５～図８を用いて説明する。
一般的な方法の場合と同様、単結晶シリコン基板１の表面の全面に、ウェットエッチングに対して耐性を有する耐エッチング膜２としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する（図５）。
　続いて、耐エッチング膜２にレーザによりレーザ開口部３を形成する(図６)。
この時、図６のように、（１１１）面上に（００１）方向と４５度となる方向（後のエッチング工程で形成するピラミッド状凹部の底面となる正方形の対角線方向）に６μｍピッチで四つの開口を一組として形成し、ピラミッド状凹部の底面となる正方形の各辺の方向に、各組間を２０μｍピッチでレーザ開口部３を形成する。
　一般的な方法の場合と比較して、シリコン基板１枚当りに形成するレーザ開口部３の個数は４倍に増加する。レーザ加工における生産性を低下させないためには、レーザビームの分岐数を増加させる必要があるが、このために、レーザビームの分岐数を増加させると、レーザ開口部３の４つある開口の１つを形成するために照射するレーザ強度が小さくなるため、膜を除去するには、シリコン基板上でレーザビームを小径に集光して、レーザ開口部３の径を小さく設定する必要がある。ここではφ４μｍとする。加工点数の増加に見合ったレーザ開口部３の小径化により、レーザ加工の生産性を低減させることなく、レーザ開口を形成することが出来る。開口サイズの代表値としては、φ4μm±1μmが目安となる。このような二種類のピッチよりなる周期パターンを形成する具体的な手段については後述する。
　続いて、一般的な方法の場合と同様にレーザ開口部３を通じて単結晶シリコン基板１に異方性エッチングを実施する。短時間のエッチングで各レーザ開口部３の円形の形状に外接する外接正方形を底面としたピラミッド状凹部が形成される（図７）。
　このピラミッド状凹部が形成された後は、ピラミッド状凹部のサイズ拡大は非常に緩やかに進行する。エッチング速度は低下するものの、レーザ開口プロセスにおいて形成した四つ一組のレーザ開口部３により形成されるピラミッド状凹部は間隔が十分に狭いため比較的短時間のエッチングで連結する。稜線が連結した領域においては、（１１１）面以外の面が露出するために再び高速にエッチングが進行する。結果として、図８に示したように四つのレーザ開口で形成される大きなピラミッド状凹部が形成される。エッチング時間は、一般的な方法を使用した場合と比較して約１／５であり、均一なピラミッド状凹部によるテクスチャー構造を形成可能である。テクスチャー構造形成後、必要があれば耐エッチング膜２を除去するエッチングを実施する。
　次に、図６のようなレーザ開口パターンを形成するための具体的手段について、説明する。図９にレーザ開口パターンを形成するためのレーザ加工装置の概略構成を示す。本レーザ加工装置は、シリコン基板搬送手段５と、レーザ発振器６と、レーザビーム強度調整手段７と、レーザビーム形状調整手段８と、一枚若しくは複数枚の導光ミラー９と、レーザビーム分割手段１０と、レーザビーム集光手段１１とを備える。
　シリコン基板搬送手段５は、被加工面を上にした状態で、表面に耐エッチング膜(図示せず)を形成した単結晶シリコン基板１を保持するとともに、単結晶シリコン基板１をレーザビームの集光面上に沿って移動させる。
　レーザ発振器６は、レーザビームを出射する。レーザ発振器６は、例えばその代表的な繰り返し周波数として４０ｋＨｚのＱスイッチＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの２倍波（波長５３２ｎｍ）を使用することができる。３倍波や４倍波などの紫外レーザを使用すると、耐エッチング膜及びシリコンでの吸収係数が高いため、より小径で高品位な加工が可能であるが、レーザ強度が低下する上、大気中の不純物の影響により光学素子の劣化の問題が生じる。メリット・デメリットを鑑みて適切な波長を選択すればよい。ここでは、レーザビーム強度調整手段７は、レーザ強度を自動または手動で減衰させて、加工に適したレーザ強度とするための手段である。
　レーザビーム形状調整手段８は、レーザビームの形状を真円とするための複数の円筒レンズの組み合わせと、所望のビーム径及びビーム発散角度とするための複数の球面レンズの組み合わせとで構成される。
　導光ミラー９は、図９中ではレーザビーム形状調整手段８およびレーザビーム分割手段１０の間に１枚が配置されているが、レーザ加工機のスペースに合せてレーザビームを導光するために一枚もしくは複数枚適宜配置する。
　レーザビーム分割手段１０は、レーザビームを、図１０に示すような既定の幾何学的な周期構造を有するレーザビーム分岐パターンへ分岐する。図１０はレーザビーム分岐パターンを示す概略図である。図１０中では分岐されるレーザビームの各中心を黒丸で示した。レーザビーム分岐パターンは、６μｍピッチで四つ一組の分岐パターン（図１０中に”Ａ”で示した）を、６μｍピッチの分岐パターンの整列方向と４５度の角度をなす方向（図１０中にＹ方向として示した）に２０μｍピッチで９０組整列したパターンとする。
　レーザビーム分割手段１０としては、例えば回折光学素子を使用することができる。他のレーザビーム分割手段として、例えば、複数開口のマスクも使用出来るが、ビームの均一性及び効率の点から回折光学素子を使用することが望ましい。
　レーザビーム分割手段１０で分割したレーザビームを、レーザビーム集光手段１１によって単結晶シリコン基板１上に集光する。レーザ発振器６を４０ｋＨｚにてパルス発振させると同時に、単結晶シリコン基板搬送手段５により、図９中でｘ方向として示した方向に８００ｍｍ／秒で単結晶シリコン基板１を移動させると、単結晶シリコン基板１上ではレーザビームは８００ｍｍ÷４０ｋＨｚ＝２０μｍピッチで照射されることになり、図６のようなレーザ開口部３のパターンを形成することが出来る。ここで図９のｙ方向、ｘ方向はそれぞれ、図１０でのＸ方向、Ｙ方向と一致させている。
　ここでは、単結晶シリコン基板１上でレーザビームを走査する際に、単結晶シリコン基板１を単結晶シリコン基板搬送手段５によって移動させたが、ガルバノミラーのようなレーザビーム偏向手段と、集光手段としてFθレンズを使用することで、レーザビーム分割手段によって分割されたレーザビームを単結晶シリコン基板１に対して走査することでも同様の効果を得ることが出来る。一般的に、レーザビーム走査による方法は、加工対象を搬送手段によって移動するよりも高速な走査が可能であり、レーザ強度と繰り返し周波数を適宜選択すれば、レーザ加工の生産性を向上させることが出来る。
　なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもなく、例えば６μｍに代えて１２μｍ、２０μｍに代えて４０μｍであってもよい。
実施の形態２．
　本実施の形態は、単結晶シリコン太陽電池の表面に、耐エッチング膜の形成、耐エッチング膜のレーザ開口、ウェットエッチングにより、単結晶シリコン太陽電池の表面に太陽光の反射率を低減する目的で、逆ピラミッド形状の凹凸構造を形成するものであるが、実施の形態１とレーザ加工の工程のみ異なるため、ここでは、レーザ加工の工程を中心に述べる。
　実施の形態１においては、レーザビーム分岐パターンは図１０に示したように、最も狭いピッチを６μｍに設定する。それに対応して、単結晶シリコン基板１上のレーザビームの集光径をφ４μｍに設定する。このようにレーザビーム分岐パターンの最も狭いピッチがレーザビームの集光径の２倍以下となるような場合、隣接するレーザビーム同士が干渉して、実際に集光したレーザビームのビームパターンが楕円など真円から大きく外れ、レーザ開口部３の形状が悪化するという問題が生じることがある。
　本実施の形態におけるレーザビーム分岐パターンを図１１に示す。本レーザビーム分岐パターンにおいては、最近接の点間の距離は１０μｍである。単結晶シリコン基板１上のレーザビーム集光径はφ４μｍで、最近接の点間の距離は２倍以上となり干渉によるレーザ開口の形状悪化は問題にならない。
　本レーザビーム分岐パターンによりＸ方向に２０μｍピッチで送ると、図６のa）と同様のレーザ開口パターンを加工可能である。図９に示したレーザ加工機を使用して本加工を実施するには、レーザ繰り返し周波数を４０ｋHz、シリコン基板搬送手段５による単結晶シリコン基板１の移動速度を８００ｍｍ／秒とすればよい。
　エッチング工程以下は実施の形態１と同様に実施すれば、図８に示したようなピラミッド状凹部によるテクスチャー構造を形成できる。
　なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもない。
実施の形態３．
　本実施の形態は、実施の形態１とレーザ加工の工程のみ異なるため、ここでは、レーザ加工の工程を中心に述べる。
実施の形態１及び実施の形態２においては、レーザビーム分岐パターンは図１０および図１１に示したように二種類のピッチで形成されていた。レーザビーム分岐のための回折光学素子の設計・製造においては、二種類のピッチが混在する場合、その最大公約数となるピッチの格子を設定し、格子上にレーザビームを配置するか、しないかで二種類のピッチを表現する。例えば１２μｍピッチと、１８μｍピッチが混在する場合、６μｍピッチの格子を設定し、一つおきとして１２μｍピッチを二つおきとして１８μｍピッチを表現することになる。このピッチが細かいと回折光学素子の表面形状のピッチが拡大するために、回折光学素子へのレーザ入射ビームを大きく設定する必要がある。
　集光レンズにfθレンズを使用する場合には、レーザ入射ビームが大きくなると、レンズ周辺部をこのビームが通過し、このビームを近軸光線として扱えなくなるので、設計・製造が困難になるという問題が生じる。
　そこで、本実施の形態においては、実施の形態１および２から、レーザビーム分岐パターンおよびレーザパルスのタイミング、シリコン基板搬送手段５上での単結晶シリコン基板１の面方位を変更する。
　図１２は本発明の実施の形態３におけるレーザビーム分岐パターンを説明するための概略図である。本レーザビーム分岐パターンにおいては、Ｙ方向に２８μｍピッチで６８個のレーザビームとし、Ｘ方向に１４μｍピッチで配置した二列のレーザビームを互いにＹ方向に１４μｍずらす。
　実施の形態３におけるレーザパルスのタイミングを説明するための概略図を図１３に示す。７．５μ秒間隔の四つのレーザパルスを一組とする。この一組を３５μ秒ピッチでレーザパルスを発生し、図１３のようなタイミングのレーザパルス列とする。
　シリコン基板搬送手段５上の単結晶シリコン基板１の面方位は、単結晶シリコン基板１の四辺に対して、（０１０）面と（００１）面が４５度となるように配置する。図１４に本発明の実施の形態におけるシリコン基板搬送手段５上の単結晶シリコン基板１の面方位を示す。
　ここで、図９に示すｘ方向に移動する速度は、実施の形態１および２と同様に８００ｍｍ／秒とする。
図１２のレーザビーム分岐パターンで、図１３のレーザパルスタイミングとして、ｘ方向に８００ｍｍ／秒で単結晶シリコン基板１を移動したときに、加工されるレーザ開口部３のパターンを図１５に示す。図１５は本発明の実施の形態３におけるレーザ開口部のパターンを説明するための概略図である。レーザ開口部３の径は、φ４μｍとなるように、シリコン基板上のレーザ集光径とレーザ強度を調整する。
　本実施の形態によって得られたレーザ開口部３に異方性エッチングを実施した結果、図１６のようなピラミッド状凹部によるテクスチャー構造を形成できる。図１６は、本発明の実施の形態３におけるテクスチャー構造を説明するための概略図である。
　なお、上記の説明で示した数値は本発明を実現できる典型的な数値であり、本発明の効果は、これらの数値を用いた場合に限定されないことは言うまでもない。
実施の形態４．
　本実施の形態は、実施の形態１とレーザ加工の工程のみ異なるため、ここでは、レーザ加工の工程を中心に述べる。図１７に実施の形態４におけるレーザ開口のパターンを示す。実施の形態１乃至実施の形態３においては、レーザ開口部は形成すべき四角錐状凹部の底面となる正方形の対角線上に形成したレーザ開口により構成した。このように、一本の対角線上にレーザ開口を形成することで、小面積のレーザ開口で短時間のエッチングにより、所望のテクスチャー形状の対角線上を結ぶ凹部を得ることが出来る。単純化して考えると、レーザ加工速度は、レーザ開口の総面積に反比例するため、小面積のレーザ開口では、速くできる。
　一方で、このように対角線上にレーザ開口を形成すると、レーザ開口を形成した対角線と直交する対角線方向に凹部を拡大するためのエッチング時間は、ある程度の長さが必要となる。エッチングの要求タクトが短く、レーザ加工の要求タクトに対してレーザ出力の余裕がある場合は、図１７のようにレーザ開口を対角線上以外の場所にも形成することで、凹部を拡大する時間を低減可能であるため、エッチング時間を短縮することが出来る。
実施の形態５．
　本実施の形態は、実施の形態１とレーザ加工の工程のみ異なるため、ここでは、レーザ加工の工程を中心に述べる。図１８に実施の形態５におけるレーザ開口のパターンを示す。実施の形態１乃至実施の形態４においては、レーザ開口の形状を真円としていた。それに対して本実施の形態では、レーザ開口の形状を楕円に設定する。レーザ開口の形状が真円である図４と比較すると明らかなように、レーザ開口の面積を低減可能である。レーザ開口の面積を低減することと、レーザ加工のタクトを向上させることはほぼ等価である。
これは以下の理由による。
　レーザ開口の面積を小さくすると、レーザビームをより小さい領域に集光して加工することになるため、同一のレーザパワー、同一のレーザビーム分岐数の時、単位面積当たりのレーザエネルギー密度を高くすることが出来る。耐エッチング膜の加工に必要なレーザエネルギー密度を加工レーザエネルギー密度とすると、同一のレーザパワーで、より多くのレーザビーム分岐数とすることが出来る。レーザビーム分岐数を増加することにより、レーザ加工のタクトを向上可能である。
　図１９は本発明の実施の形態５におけるレーザ開口パターンを形成するためのレーザ加工装置の概略構成図である。レーザ開口の形状を楕円にするための楕円光学系１３は円筒面レンズ、プリズムを使用することが出来る。
実施の形態６．
　本実施の形態は、実施の形態１とウェットエッチングの工程のみ異なるため、ここでは、ウェットエッチングの工程を中心に述べる。実施の形態１においては、ウェットエッチングは、異方性のアルカリエッチングのみであった。それに対して、本実施の形態では、ウェットエッチングを２段階以上の工程に分割する。ウェットエッチング工程としてまず混酸などによる等方的なエッチングを実施して、その後、異方性のアルカリエッチングを実施する。異方性エッチングは（１１１）面が出ると凹部を拡大するエッチング速度は著しく低下するため、（１１１）面が出てから隣接したレーザ開口を基点とした小さなピラミッド凹部がつながるまでにエッチング時間がかかる。それに対して、等方的エッチングにおいては、結晶方位の影響を受けず図２０のａ）及び図２０のｂ）に示すようにおわん状の凹部が形成され、比較短時間で隣接したレーザ開口を基点とした凹部をつなげることが出来る。図２０のａ）は、太陽電池セルを受光面側より見た図、図２０のｂ）は、太陽電池セルの断面図である。よってエッチング時間を短縮することが可能である。また、更に異方性のアルカリエッチング実施後にＩＰＡ等の添加材を入れたアルカリにてエッチングすることで、隣接したピラミッド状凹部がつながった時、ピラミッド状凹部の境界線がエッチングにより崩れることを防止することが出来る。
　１　単結晶シリコン基板、２　耐エッチング膜、３　レーザ開口部、４　ピラミッド状凹部、５　シリコン基板搬送手段、６　レーザ発振器、７　レーザ強度調整手段、８　レーザビーム形状調整手段、９　導光ミラー、１０　レーザビーム分割手段、１１　レーザビーム集光手段、１２　レーザパルス、１３　楕円光学系、１４　おわん状凹部。

Claims (10)

  1. 単結晶シリコン基板を使用し、耐エッチング膜のレーザパターニングとウェットエッチングとを用いて光起電力装置表面に反射防止テクスチャーを形成する光起電力装置の製造方法において、
    前記レーザパターニングによって、複数の開口からなるレーザ開口部を形成する第一の工程と、
    ウェットエッチングによって、前記各開口を基に正方形状底面を有し、前記シリコン基板表面からみて逆ピラミット状となる上記開口と同数の四角錐状凹部を形成した後、
    上記開口と同数の四角錐状凹部を全て含み、当該四角錐状凹部の正方形状底面の複数の四角錐状凹部の数とほぼ同数倍のサイズの四角錐状凹部を形成する第二の工程と、
    からなることを特徴とする光起電力装置の製造方法。
  2. 単結晶シリコン基板を使用し、耐エッチング膜のレーザパターニングとウェットエッチングとを用いて光起電力装置表面に反射防止テクスチャーを形成する光起電力装置の製造方法において、
    前記レーザパターニングによって、複数の開口からなるレーザ開口部を形成する第一の工程と、
    ウェットエッチングによって、前記各開口を基に正方形状底面を有し、前記シリコン基板表面からみて逆ピラミット状となる上記開口と同数の四角錐状凹部を形成した後、
    上記開口と同数の四角錐状凹部を全て含み、当該四角錐状凹部の正方形状底面の対角線方向のうち全四角錐状凹部が一直線状に繋がる方向に、前記複数の四角錐状凹部の数とほぼ同数倍のサイズの四角錐状凹部を形成する第二の工程と、
    からなることを特徴とする光起電力装置の製造方法。
  3. 前記レーザパターニングに用いるレーザビームはパルスレーザであり、
    当該レーザパターニングは、
    前記パルスレーザと、
    前記レーザビームを既定の幾何学的な周期構造を有するレーザビーム分岐パターンへ分岐するレーザビーム分割手段と、を用いて形成されたものであって、
    複数のレーザ開口からなるレーザ開口部を形成するとともに、
    前記レーザ開口部の各開口部間の最短のピッチは、前記レーザ開口部に属する任意の２個のレーザ開口間の最短のピッチより大きくしたものであることを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置の製造方法。
  4. 前記レーザビーム分岐パターンにおいて、近接するレーザビームの間の距離をレーザビーム集光径の２倍以上に設定することを特徴とする請求項３に記載の光起電力装置の製造方法。
  5. 前記レーザビーム分岐パターンのピッチを一種類とし、レーザパルスのタイミングの調整によりレーザパターニングを行なうことを特徴とする請求項３に記載の光起電力装置の製造方法。
  6. 前記レーザ開口部の各レーザ開口間のピッチは、少なくとも２個からなる等ピッチで１組の開口を、少なくとも１組含むことを特徴とする請求項３に記載の光起電力装置の製造方法。
  7. 前記レーザ開口部の各レーザ開口の形状が、サイズの大きい方向とサイズの小さい方向とを含む細長い形状であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の光起電力装置の製造方法。
  8. 前記ウェットエッチングが、エッチング液の組成を変えた２種類以上のエッチングにより構成されることを特徴とする請求項１から７に記載の光起電力装置の製造方法。
  9. 単結晶シリコン基板を使用し、耐エッチング膜のレーザパターニングとウェットエッチングとを用いて光起電力装置表面に反射防止テクスチャーを形成する光起電力装置の製造装置において、
    前記レーザパターニングによって複数の開口からなるレーザ開口部を形成するとともに、
    ウェットエッチングによって、
    前記各開口を基に正方形状底面を有し、前記シリコン基板表面からみて逆ピラミット状となる上記開口と同数の四角錐状凹部を形成した後、
    上記開口と同数の四角錐状凹部を全て含み、当該四角錐状凹部の正方形状底面の対角線方向のうち全四角錐状凹部が一直線状に繋がる方向に、前記複数の四角錐状凹部の数とほぼ同数倍のサイズの四角錐状凹部を形成することを特徴とする光起電力装置の製造装置。
  10. 前記レーザパターニングに用いるレーザビームはパルスレーザであり、
    当該レーザパターニングは、
    前記パルスレーザと、
    前記レーザビームを既定の幾何学的な周期構造を有するレーザビーム分岐パターンへ分岐するレーザビーム分割手段と、を用いて形成されたものであって、
    複数のレーザ開口からなるレーザ開口部を形成するとともに、
    前記レーザ開口部の各開口部間の最短のピッチは、前記レーザ開口部に属する任意の２個のレーザ開口間の最短のピッチより大きくしたものであることを特徴とする請求項９に記載の光起電力装置の製造装置。
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