(57)【要約】【課題】  表面凹凸を有する半導体基板に対しても良好な印刷が可能な半導体基板およびその製造方法を提供する。また、該半導体基板を用いて形成された、優れた光電変換特性を有する光電変換素子を得ることによって、高効率化された太陽電池等の提供を可能にする。【解決手段】  凹部を設けた下地板表面に半導体融液を接触させて板状の半導体基板を成長させる半導体基板およびその製造方法であって、該凹部を含む領域に半導体融液を接触させることを特徴とする半導体基板およびその製造方法、および上記の製造方法で形成された半導体基板を用いた光電交換素子に関する。本発明における光電変換素子は、半導体基板に形成された電極印刷部が受光面側に用いられることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を設けた下地板表面に半導体融液を接触させて板状の半導体基板を成長させる半導体基板の製造方法であって、前記凹部を含む領域に半導体融液を接触させる、半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記凹部の幅は、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記凹部の表面は、炭化ケイ素、熱分解炭素、ダイアモンドライクカーボン、窒化ケイ素から選択される少なくとも１つの材質から形成される、請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記凹部の表面における算術平均粗さＲａが、１０μｍ以上、１００μｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
下地板表面の少なくとも平面部に凹凸構造を設ける、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体基板の製造方法を用いて作製され、電極印刷部を有する半導体基板。
【請求項７】
前記電極印刷部が下地板表面の凹部に対応した位置に形成される、請求項６に記載の半導体基板。
【請求項８】
請求項６または７に記載の半導体基板を用いて形成される光電変換素子。
【請求項９】
電極印刷部が受光面側に形成される、請求項８に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に太陽電池の作製において好適に用いられる半導体基板およびその製造方法に関し、さらに該半導体基板を用いて形成され、良好な光電変換特性を有する光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池等に用いられる板状のシリコンを形成させる方法としては、たとえば、シリコン融液を鋳型に流し込んで形成させた多結晶シリコンを徐冷し、得られた多結晶インゴットをスライスし、製造する方法等が用いられている。この場合、スライスによるシリコンの損失が大きいことが問題となっているため、スライス損失をなくし、低コストで多結晶シリコンウェハの大量生産が可能な方法として、本発明者らは、スライス工程を必要とせず、低コストで大量生産が可能な板状シリコン製造方法（特許文献１）を既に発明した。特許文献１の製造方法は、原料の融液に下地板を浸漬し、該下地板上に板状シリコンを成長するというものである。
【０００３】
しかし、上記のような下地板を用いた板状シリコンの製造方法においては、下地板周辺部にもシリコンが成長してしまう。よって、下地板および該下地板上に成長した板状シリコンの熱による膨張や、成長したシリコンの冷却時の収縮により、板状シリコンが破損することがあった。
【０００４】
板状シリコンの破損を回避すべく、たとえば特許文献２においては、下地板周辺部分と製品として用いる部分とを分離するために下地板表面に堀構造を形成する方法が提案されている。
【０００５】
また、たとえば特許文献３においては、下地板に製品となる面と周辺部分とに高低差を設けることにより、下地板周辺部分と製品として用いる部分とを分離する方法も提案されている。
【０００６】
一方、光の反射を出来るだけ抑制して太陽電池の高効率化を図る方法として、たとえば非特許文献１においては、シリコン表面に機械的に微細な溝を形成し、その表面にローラー印刷により太陽電池を形成する方法も提案されている。
【０００７】
上記の特許文献１〜３および非特許文献１に挙げられた製造方法によって得られた板状シリコンは、スクリーン印刷することで太陽電池を作製することが可能である。従来のスクリーン印刷法によって太陽電池を得ようとする場合、板状シリコンの表面が十分に平滑性を有している方が好ましいが、溶融シリコンから引き出して板状シリコンを得る場合には、板状シリコンの表面に周期的または非周期的な凹凸が生じている。このように、表面凹凸を有する板状シリコンに対してスクリーン印刷法で太陽電池の電極を形成しようとすると、板状シリコンの表面凹凸の存在によって、印刷パターンの厚さが不均一になり、不良の原因となるため、最終的には歩留まりを低下させることに繋がる。また、このようにして電極を得る場合、電極自体が有する電気抵抗をより小さくすることが望まれるため、電極を厚膜化することが求められる。しかし、表面凹凸を有する板状シリコンに対してスクリーン印刷法によって厚膜化電極を形成すると、表面凹凸によって、電極が滲み、印刷パターンの幅が不均一となるため、特性の低下を招く場合がある。
【０００８】
また、通常のスクリーン印刷ではスキージの押圧が低いと電極のかすれが生じ、逆に、スキージの押圧が高いと電極の滲みが生じることになる。過度の押圧は、半導体基板に損傷を与えるだけでなく、スクリーンマスクへの負担も大きくなる。
【０００９】
上記のように、表面凹凸を有する基板に対して従来のスクリーン印刷法によって印刷を行なうと、スクリーンマスクの劣化が避けられないだけでなく、電極の形成不良が増加する傾向にあった。
【００１０】
一方で、シリコンの表面をダイサーなどの機械加工装置を用いて削ることにより表面凹凸を形成するという試みがなされている。しかしこの方法ではシリコン表面を研削除去するため、シリコンの利用効率が非常に悪くなる。さらに、シリコン表面に凹凸を形成するのに時間が長くかかり、結果として、一枚の凹凸形状を有するシリコンを得るためのコストが上昇するという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−２４７３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７４６５号公報
【特許文献３】特開２００２−２６７８４号公報
【非特許文献１】Ｆ．Ｈｕｓｔｅｒ，ｅｔ  ａｌ．，２８ｔｈ  ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＰＥＣＩＡＬＩＳＴＳ  ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ、ＡＮＣＨＯＲＡＧＥ、ＡＬＡＳＫＡ（２０００年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決し、表面凹凸を有する場合にも電極等の形成を精度良く行なうことが可能な半導体基板、およびその製造方法を提供することを目的とする。さらに、該半導体基板を用いることによって、良好な光電変換特性を有する光電変換素子を形成し、優れた太陽電池特性を有する太陽電池の提供を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、凹部を設けた下地板表面に半導体融液を接触させて板状の半導体基板を成長させる半導体基板の製造方法であって、該凹部を含む領域に半導体融液を接触させることを特徴とする半導体基板の製造方法に関する。
【００１３】
本発明の半導体基板の製造方法においては、下地板表面の凹部の幅は、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下に設定されることが好ましい。さらに、本発明の下地板において、下地板表面の凹部の表面は、炭化ケイ素、熱分解炭素、ダイアモンドライクカーボン、窒化ケイ素のうち少なくとも１つの材質から形成されていることが好ましい。また本発明の下地板は、凹部の表面の算術平均粗さＲａが、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。下地板表面のうち少なくとも平面部、すなわち凹部を除く部分に、凹凸構造を設けることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体基板は電極印刷部を有することを特徴とする。電極印刷部は下地板表面の凹部に対応した位置に形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明はまた、上記の製造方法で形成された半導体基板を用いた光電変換素子に関する。該光電変換素子においては、半導体基板に形成された電極印刷部が受光面側に用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、凹部を設けた下地板表面の凹部を含む領域に半導体融液を接触させ、該下地板表面上に半導体基板を成長させることにより、凸形状の電極印刷部を有する半導体基板を均一かつ簡便に得ることができる。これにより、電極印刷部にのみ電極を精度良く形成することが容易になり、電極の滲みを防止して高い歩留まりでより安価に電極を形成することができるため、良好な光電変換特性を有する光電変換素子を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明においては、凹部を設けた下地板表面を半導体融液に接触させ、下地板表面に板状の半導体基板を成長させる際、下地板表面の凹部を含む領域に半導体融液を接触させることを特徴とする。ここで、本発明に用いる半導体融液とは、シリコン、ゲルマニウムなどの元素を溶融したものや、ＩＩＩ−Ｖ族半導体である砒化ガリウムなどがあげられる。また、その主原料に対して、不純物としてボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、リン、砒素、アンチモンなどを含んでいても良い。
【００１８】
本発明に用いる下地板の構造について説明する。図１は、本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図であり、図２は、図１に示す下地板のＸａ−Ｘａに沿った切断面を示す拡大断面図である。本発明においては、たとえば図１に示す下地板Ｃの上面部（表面）を半導体融液に接触させ、該下地板Ｃの表面上に半導体基板を成長させることができる。図２に示すように、図１に示す下地板Ｃの表面は凹部１を有し、該凹部１および平面部２に半導体融液を接触させる。凹部１にも半導体融液が浸入し、融液が凝固することにより、電極印刷部となる凸形状の部位を有する板状の半導体基板を作製することが可能となる。この時、凹部１の幅ｗ１および、平面部２の幅ｗ２を制御することにより、確実に凹部１に半導体融液を浸入させることが可能である。
【００１９】
凹部１の幅ｗ１は、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下とされることが好ましい。０．１ｍｍ以上であれば電極印刷部の形成が可能であり、３ｍｍ以下であれば連続した半導体基板を形成することができる。より好ましくは、０．７ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。
【００２０】
上記凹部の表面における算術平均粗さＲａは、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ以上であれば製造コストを著しく上昇させることがなく、１００μｍ以下であれば凹部は十分平滑となり、所望の凸形状を有する半導体結晶を容易に形成させることができる。
【００２１】
なお、算術平均粗さＲａは、以下の方法によって算出することができる。触針式表面粗さ測定器を用いて、凹部に触針式変位型ピックアップを接触・走査させることで、粗さ曲線を得る。この粗さ曲線の平均線の方向に基準長さ（Ｌ）だけを抜き取り、該抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸、縦倍率の方向にＹ軸を抜き取り、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）で表わしたときに、以下の式、
【００２２】
【数１】
2006062928.tif 000003
【００２３】
によって求められる値を算術平均粗さ（単位：μｍ）として算出できる。
【００２４】
下地板表面の平面部２の幅ｗ２は、電極印刷部に副電極を形成する場合には、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下、特に１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とされることが好ましい。この範囲内であれば、得られる光電変換素子のセル特性のばらつきが少なくなるだけでなく、ｎ＋層のシート抵抗との関係からも特性の向上が見込めるためである。さらに、電極印刷部に主電極だけを形成する場合には、得られる半導体基板のサイズのほぼ半分位であることが好ましい。すなわち、得られる半導体基板が縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍの正方形であるならば、約６２ｍｍ幅とされることが好ましい。
【００２５】
凹部１の深さｄ１は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下とされることが好ましい。この範囲内であれば、電極印刷部の高さを精度よく形成することができる。特に、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とされる場合好ましい。
【００２６】
次に、本発明によって得られる半導体基板の形状について説明する。図３は、本発明に使用される下地板と該下地板表面に成長した半導体基板を示す拡大断面図である。図３においては説明のために半導体基板Ｓと下地板Ｃとは分離して描いており、さらに半導体基板Ｓの凹凸も誇張して描いている。本来は、下地板Ｃと半導体基板Ｓとは部分的に接触しているものである。本発明において、半導体基板Ｓは、下地板Ｃの凹部１から成長した電極印刷部Ｓ１と、平面部２から成長した平坦部Ｓ２とから構成されている。すなわち、半導体融液が下地板Ｃの凹部１に浸入し、その凹部１から成長した半導体基板が電極印刷部Ｓ１となる。また、下地板Ｃの平面部２は、直接半導体融液に接触しているために平坦部Ｓ２が形成されることになる。
【００２７】
下地板の移動速度が適正な範囲内に制御される場合には、電極印刷部Ｓ１の厚みｔ１と、下地板の凹部１の深さｄ１はほぼ一致するが、下地板の移動速度が速い場合には一致しない場合が多くなる。よって本発明においては、下地板の形状に応じて該下地板の移動速度を制御し、電極印刷部Ｓ１の厚みｔ１と下地板の凹部の深さｄ１とがほぼ一致するように成長条件設定を行なうことが好ましい。
【００２８】
本発明においては、平面部２から成長した半導体基板Ｓの平坦部の厚みｔ２は、電極印刷部Ｓ１の厚みｔ１に比べて厚い方が好ましい。半導体基板Ｓの平坦部の厚みｔ２が薄すぎる場合には半導体基板の強度が低下する傾向にあるからである。たとえば半導体基板Ｓにおける電極印刷部Ｓ１の厚みｔ１は、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。０．０５ｍｍ以上であれば滲みの少ない電極形成が可能であり、１ｍｍ以下であれば平坦部Ｓ２の厚みｔ２を十分に確保し易い。また、平坦部Ｓ２の厚みｔ２は、０．２ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下が好ましい。０．２ｍｍ以上であれば半導体基板が十分な強度を有し、０．８ｍｍ以下であれば材料コストが高くなり過ぎることがない。
【００２９】
また、本発明において、半導体基板Ｓの電極印刷部Ｓ１の幅ｗＳ１と下地板Ｃの凹部１の幅ｗ１とはほぼ同一であり、半導体基板Ｓの平坦部Ｓ２の幅ｗＳ２と下地板Ｃの平面部２の幅ｗ２は、ほぼ同一である。すなわち、下地板Ｃの形状をほぼ反映した形状で半導体基板Ｓが成長する。
【００３０】
本発明において、下地板Ｃの少なくとも平面部２の表面には微細な凹凸構造が設けられていることが好ましい。この場合、微細な凹凸によって結晶成長の起点を制御し、かつ、下地板からの剥離性も制御することができる。
【００３１】
図８は、本発明において使用される、点状の凸部を有する下地板の表面を示す拡大斜視図であり、図９は、本発明において使用される、線状の凸部を有する下地板の表面を示す拡大斜視図である。図８に示す微細凹凸構造は、点状の頂点部Ｔａと底部Ｂ１とから構成されている。すなわち、頂点部Ｔａは結晶成長の起点となり、底部Ｂ１は半導体融液が接触しない部分である。頂点部Ｔａと、該頂点部Ｔａに最も近接する頂点部Ｔ１との距離は、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下とされることが好ましい。０．５ｍｍ以上であれば、半導体基板Ｓの結晶粒が一定以上の大きさとなり、光電変換素子が形成された場合の光電変換特性を向上させることが可能であるという利点を有する。また、２ｍｍ以下であれば半導体基板Ｓの均一性が所望の程度に確保されるという利点を有する。
【００３２】
図９に示す微細凹凸構造は、頂点部Ｔｂにおいて線状に形成されている。このような線状の頂点部Ｔｂにおいては、たとえば図８に示すような点状の頂点部Ｔａと比べて半導体融液との接触面積が大きいために、底部Ｂ２への半導体融液の浸入がより容易に防止される。
【００３３】
図４は、本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。図３では凹部１の断面形状が三角形であるのに対して、図４では下地板Ｃの凹部１が、斜面部１ａと底面部１ｂとで構成されており、その断面形状が台形状に形成されている。このように台形状の凹部における斜面部１ａを形成することによって、より凹部１に半導体融液が浸入しやすくなり、得られる半導体基板の凸部の形成がより容易になるため好ましい。
【００３４】
本発明においては、斜面部１ａに、炭化ケイ素、熱分解炭素、ダイアモンドライクカーボン、窒化ケイ素から選択される少なくとも１つの材質によるコーティングが施されることが好ましい。この場合、コーティングされた斜面部１ａの表面は平滑になり、シリコン融液が接触した際のシリコン結晶の核形成が促進されるため、半導体基板の凸部をより容易に形成させることができる。
【００３５】
コーティング膜の厚みは、機械加工の凹凸面の表面を平滑にするために十分な厚みであれば良く、たとえば１０μｍ以上とされることが好ましい。また、製造コストの低減や凹凸形状の精度の確保等の観点から１００μｍ以下とされることが好ましい。
【００３６】
用いる半導体融液の種類や斜面部１ａの表面形状等にも依存するが、たとえば半導体融液としてシリコン融液を用いる場合、ＣＶＤ法によって形成された炭化ケイ素、熱分解炭素、ダイアモンドライクカーボンが斜面部１ａとして好適に用いられる。シリコン融液を用いる場合、下地板Ｃには黒鉛を用いることが多く、該下地板の斜面部１ａに容易に膜形成できる材質が好ましいためである。このように、凹部１の断面形状を台形にしたり、その斜面部１ａにコーティングを施すことにより、半導体基板の凸部を容易に形成できるようになる。
【００３７】
図５は、本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。図５に示す下地板は、図４に示す下地板より更に容易に半導体基板の凸部を形成できる。図５において、下地板Ｃの凹部１には、斜面部１ａ、底面部１ｂの他に、側面部１ｃが形成されている。斜面部１ａに沿って浸入した半導体融液の一部は該斜面部１ａで凝固し、残りの凝固しなかった融液は底面部１ｂまで浸入し最終的に凝固する。すなわち、底面部１ｂから成長した結晶が電極印刷部を形成するため、図４に示す下地板と比べた場合、側面部１ｃの高さがある分だけ電極印刷部Ｓ１を明瞭に形成することができる。
【００３８】
図６は、本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。図４および図５に示す下地板においては、凹部１が斜面部１ａ、底面部１ｂ、側面部１ｃ等の平面で形成されているが、図６に示す下地板においては、凹部１が曲面１ｄで形成されている。このような曲面形状により、凹部へ浸入した半導体融液がより均一になり、半導体基板における電極印刷部の形状が急峻な凸部とはならずにより滑らかになる。
【００３９】
このように、図１から図６に示すような下地板を用いることで、半導体融液に下地板表面を接触させ、下地板表面の凹部に半導体融液を浸入させることにより、半導体基板に電極印刷部を設けることができるようになる。得られる半導体基板の電極印刷部は、いずれの場合も、下地板表面の凹部に対応した位置に形成されている。
【００４０】
次に、本発明の製造方法を用いて作製した板状の半導体基板を用いた光電変換素子について説明する。図７は、本発明において作製される光電変換素子の例を示す拡大断面図である。ここでは、板状の半導体基板Ｓとして、Ｐ型のシリコンを用い、図３に示した下地板を用いて光電変換素子を作製した場合について説明する。光電変換素子は、光の入射側から、受光面電極３、反射防止膜４、ｎ＋層５、半導体基板Ｓ、裏面電界層６、裏面電極７の構造になっている。この時、受光面電極３は反射防止膜４を貫通してｎ＋層５と接触している。本発明においては、半導体基板Ｓは電極印刷部Ｓ１を有しており、その電極印刷部Ｓ１上に受光面電極３が形成されていることが特徴となる。
【００４１】
（光電変換素子の製造方法）
上記で得られた半導体基板を用いた光電変換素子の作製方法について以下に説明する。本発明の製造方法によって得られた半導体基板Ｓは、洗浄を兼ねて、例えば、フッ酸と硝酸の混合液（体積比１：３）を用いて、室温にてエッチングを４０秒間施される。通常用いられているＲＣＡ洗浄を行なってもよい。次いで、例えば、ＮａＯＨ水溶液とイソプロピルアルコールの混合液を用いて、液温約９０℃でテクスチャエッチングを行ない、基板表面に高さ数μｍの微小ピラミッドを形成する。この微小ピラミッドは、光の反射を抑制する効果があり、光電変換素子における光電変換特性を向上させるために施している。
【００４２】
次いで、受光面側となる一方の半導体基板表面にｎ＋層５を形成する。ｎ＋層５の面抵抗値は、２０〜１００Ω／□程度が好適であり、その厚さは、０．１〜１μｍ程度が好適である。具体的には、スピンコート法などの公知の方法により、受光面となる一方の基板表面に、例えば、ＰＳＧ液（リンガラス液）を塗布し、８５０℃で焼成して、ｎ＋層５として、面抵抗値が約６０Ω／□で、厚さ０．４μｍのｎ型半導体層を形成する。また、別の方法として、ｎ型ドーピングガスを用いた熱拡散法やイオンインプランテーション法を用いることもできる。
【００４３】
次いで、ｎ＋層５の受光面側に、常圧ＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法等により、反射防止膜４として例えば窒化珪素膜または酸化チタン膜を形成する。反射防止膜４の膜厚は、０．０５〜０．１μｍ程度が好ましい。
【００４４】
次いで、スクリーン印刷法などにより、裏面側の半導体基板表面にペースト材料を塗布し、乾燥・焼成して、裏面電極７と裏面電界層６（ＢＳＦ層）とを形成する。焼成後の裏面電極７および裏面電界層６の膜厚は、それぞれ５〜５０μｍ程度および１〜２０μｍ程度とされることが好ましい。ペースト材料は、当該分野で用いられるものであれば特に限定されず、例えば、ガラス粉、アルミニウム粉、その他セルロース、溶剤および添加剤からなる混合物を金属ローラーで押しつぶしたもの等が挙げられる。また、乾燥・焼成の熱処理条件は、他の条件と共に適宜設定すればよい。半導体基板Ｓの両面とも表面凹凸が形成されている場合には、裏面電極形成時にもローラー印刷法を用いることが可能である。さらに、太陽電池モジュールを作製するような場合には、ローラー表面にセル間接続用のパターンをあらかじめ形成しておくことも可能である。また、パッド印刷やインクジェット印刷などを用いることも可能である。
【００４５】
次いで、受光面電極３を形成する。ローラー印刷法等により、受光面側の反射防止膜４上にパターン状にペースト材料を塗布し、乾燥・焼成して、主電極と副電極を有する魚骨型の受光面電極３を形成する。塗布直後の受光面電極３の膜厚は、１０〜１００μｍ程度であることが好ましい。ペースト材料は、当該分野で用いられるものであれば特に限定されない。例えば、ガラス粉、銀粉、その他セルロース、溶剤および添加剤からなる混合物を金属ローラーで押しつぶしたものが挙げられる。また、乾燥・焼成の熱処理条件は、他の条件と共に適宜設定すればよい。
【００４６】
受光面電極の形状は、魚骨型の他に、櫛型、格子形などが挙げられるが、それらのパターンの大きさ、配置ピッチは、使用する半導体基板の導電率、Ｐ−Ｎ接合層の特性などのパラメータにより適宜設計すればよい。
【００４７】
上記の方法により、光電変換素子が得られる。本発明においては、半導体基板Ｓは電極印刷部Ｓ１を有しており、その電極印刷部Ｓ１上に受光面電極３が形成されていることが特徴となる。図１１は、本発明の光電変換素子を作製するためのローラー印刷の概略を示す斜視図である。図１１において、本発明の半導体基板Ｓは電極印刷部Ｓ１を有しているために、ローラー印刷機によるローラー８上に塗布されたペーストＰを電極印刷部Ｓ１に選択的に印刷することが可能となる。特に、ローラー表面には凹部を設けておき、そこにペーストを充填して印刷する凹版印刷や、ローラー表面に凸部を設けておき、そこにペーストを転写して印刷する凸版印刷のどちらの方法も用いることができる。図１１においては、ペーストは２本の直線状のパターンとしてローラー上に形成されているが、必ずしもパターンが描かれている必要はない。半導体基板Ｓには、電極印刷部Ｓ１と平坦部Ｓ２に高低差があるため、ローラー表面の全面にペーストが塗布されていても、選択的に電極印刷部Ｓ１にのみ受光面電極３を形成することが可能となるからである。この方法によれば、孔版印刷のスクリーン印刷法で用いられているように過度な押圧を加えずに済むため、得られる受光面電極３の線幅が太くならないだけでなく、半導体基板の割れも防止することが可能となる。これにより、歩留まり良く光電変換素子を作製することが可能となる。
【００４８】
さらに、ローラー印刷法を用いた場合、直交する電極を同時に作製することもできる。すなわち、ローラーに直交する方向に設けた電極パターンにペーストを充填もしくは転写し、半導体基板の電極印刷部Ｓ１に一致するように印刷すればよい。このように直交する電極を形成する場合においても、ローラー印刷であると、受光面電極３の線幅を太らせることなく光電変換素子を作製することが可能となる。
【００４９】
（半導体基板の製造装置）
図１０は、本発明において半導体基板を作製するために使用される製造装置の例を示す概略断面図である。本発明の半導体基板は、図１０に示した装置を用いることにより好ましく作製できるが、本発明を実現する装置はこれに限定されることはない。図１０に示す製造装置は、下地板Ｃ、坩堝１１、加熱用ヒーター１２、半導体材料の融液１３、坩堝台１４、断熱材１５、坩堝昇降用台１６、下地板に固定された固定脚１７、基板を保持するための固定台１８を備えている。坩堝１１上に熱遮蔽板２２の開口部２３を有し、その開口部２３を移動することが可能な固定台１８と下地板Ｃが固定脚１７に接続され、その固定脚１７は、浸漬機構部１９に接続されている。また、この浸漬機構部１９は、角度が変更できる関節部２０を有するアーム２１に接続されている。ただし、この図において、アームや関節部を移動させる手段、真空排気ができるようなチャンバーなどの装置は示していない。本装置においては、坩堝１１上には、熱遮蔽板２２が開口されており、下地板Ｃは任意の軌道を描けるような構成になっている。その下地板Ｃの表面上に半導体基板Ｓが成長されるのである。このとき、下地板Ｃの温度、半導体材料の融液１３の温度などを制御することにより、形成される半導体基板の厚みを制御することが可能になる。この装置においては、アーム２１が関節部２０を有することにより、下地板Ｃが移動する構成であるが、アーム２１ごと上下動する構成であっても構わない。このように、アーム２１ごと上下動させるような機構を設けることで、下地板Ｃを半導体材料の融液の湯面から同じ深さで浸漬させることが可能となる。
図１０に示すように、半導体材料の融液温度以下の下地板Ｃが、図１０中左側から、熱遮蔽板２２の開口部２３を通して、坩堝１１中にある半導体材料の融液１３に浸漬される。このとき、半導体材料の融液１３は、加熱用ヒーター１２により融点以上に保持されている。安定して半導体基板Ｓを得るためには、融液温度の調節と、下地板Ｃの温度を制御できるような装置構成にする必要がある。
【００５０】
下地板Ｃの材質は特に限定されないが、熱伝導性の良い材料や耐熱性に優れた材料であることが好ましい。例えば、高純度黒鉛、炭化ケイ素、石英、窒化硼素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミなどを使用することが可能であるが、目的に応じて最適な材質を選択すれば良い。高純度黒鉛は比較的安価であり、加工性に富む材質であるためより好ましい。下地板の材質は、工業的に安価であること、得られる半導体基板の品質に優れること等種々の特性を考慮し、適宜選択することが可能である。さらに、常に冷却し続けるなどの方法により融点以下の温度に保持することができれば、下地板に金属を使用することもできる。この場合得られた半導体基板の特性にはさほど影響を与えない。
【００５１】
温度制御を容易にするには、下地板を保持するための固定台１８を熱伝導の良好な材質で形成すると都合がよい。固定台１８とは、固定脚１７と下地板Ｃとを連結する部分を指す。半導体材料の融液１３に浸漬された下地板の表面には半導体基板が成長する。その後、半導体基板は半導体材料の融液から脱出するが、下地板側は原料融液から熱を受けるため、下地板表面の温度が上昇する傾向にある。得られた半導体基板を下地板から剥離し、そのまま、同じ下地板を融液１３に浸漬しようとすると、下地板が高温のままであるため、下地板温度が下がるまで時間を費やすか、積極的に温度を下げるための冷却機構を設けることが好ましい。すなわち、一度半導体材料の融液から脱出した下地板は、冷却機構で冷却され、次に半導体材料の融液に浸漬されるまでに、１度目に浸漬した時の下地板温度と同じ温度にする必要がある。これにより、得られる半導体基板の品質安定性が保たれる。
下地板の温度制御と共に重要なのは、半導体材料の融液１３の温度管理である。融液１３の温度は融点以上に保持しておくことが必要である。このため、複数の熱電対もしくは放射温度計などを用いて厳密に制御することが好ましい。融液温度を厳密に制御するには、熱電対を融液１３中に浸漬させるのが直接的だが、熱電対の保護管などから不純物が融液１３に混入する恐れがあるため、汚染を防止する構造にする必要がある。制御方法としては、坩堝などに直接熱電対を挿入するなどして、間接的に制御するか、放射温度計により融液１３の温度を測定できるような構造にする方法が好ましい。
【００５２】
融液１３の入った坩堝１１は、坩堝台１４を介して断熱材１５の上に設置されている。これは、融液温度を均一に保持するためと、坩堝底からの抜熱を抑制するために用いられている。断熱材１５の上には、坩堝台１４が設置されており、坩堝昇降用台１６が接続されており、昇降機構が設けられている。これは、下地板Ｃ上で半導体基板が成長するため、常に下地板Ｃが、半導体材料の融液１３の湯面から同じ深さで浸漬できるように上下動させるためである。しかし湯面から同じ深さで浸漬できるようにする方法はこれに限定されず、湯面位置を一定に保つために、半導体基板として取り出された分の原料を補充する方法なども適用可能である。原料の補充は、原料の多結晶体（塊）を溶融させて投入したり、融液のまま順次投入したり、粉体を順次投入する方法などにより行なうことができる。但し、原料の投入の際にはできるだけ融液１３の湯面を乱さないようにすることが好ましい。融液１３の湯面を乱すと、発生した湯面の波形状が得られる半導体基板の融液面側の形状に反映されるため、板状の半導体基板の均一性が損なわれ、品質の安定性低下が生じる可能性があるためである。
【００５３】
また、融液１３の湯面を一定に保つことは、半導体材料の融液１３の温度分布を一定に保つという点でも好ましい。半導体材料の融液１３は絶えず対流しており、加熱用ヒーター１２と融液１３の湯面との位置関係が変化すると融液１３の対流モードや温度分布が変化する。したがって、融液１３の湯面を一定に保つことは、融液温度の変動を防止し、得られる半導体基板Ｓの品質のばらつきを抑制する手段として有効である。
【００５４】
［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
（半導体基板の作製）
比抵抗が１Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝内に入れ、図１０に示す製造装置内に固定した。
【００５６】
まずチャンバー内を１．３３×１０-3Ｐａまで真空引きし、常圧までＡｒガスで置換し、その後Ａｒガスを１００Ｌ／ｍｉｎでフローしたままにした。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融した。シリコン溶解用ヒーターを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で１４５０℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、坩堝温度を１４２５℃に保持し、シリコン融液の温度を安定させた。
【００５７】
次に、図１および図２に示す形状の下地板Ｃを、平面部２がシリコン融液の湯面から１０ｍｍ下の部分を通過するように浸漬し、半導体基板を成長させた。この時、用いた下地板Ｃの外形は、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍであり、下地板Ｃの厚みは３０ｍｍであった。また、下地板Ｃの表面の凹部１の幅ｗ１は１ｍｍであり、平面部２の幅ｗ２は２ｍｍであり、その深さｄ１は０．５ｍｍであった。さらに、凹部の算術平均粗さＲａは５０μｍであった。なお、算術平均粗さＲａは以下の方法で測定した。すなわち、触針式表面粗さ測定器を用いて、凹部に触針式変位型ピックアップを接触・走査させることで、粗さ曲線を得た。この粗さ曲線の平均線の方向に基準長さ（Ｌ）だけを抜き取り、該抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸、縦倍率の方向にＹ軸を抜き取り、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）で表わしたときに、以下の式、
【００５８】
【数２】
2006062928.tif 000004
【００５９】
によって求められる値を算術平均粗さ（単位：μｍ）として算出した。
【００６０】
図１２は、本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図であり、図１３は、図１２に示す下地板のＸｂ−Ｘｂに沿った切断面を示す拡大断面図である。。本実施例においては、図１２に示すように、周辺部に堀構造Ｈが形成された下地板Ｃを用いた。この下地板Ｃは、上面Ｃ１、前面Ｃ２、側面Ｃ３から構成され、上面Ｃ１と前面Ｃ２の周囲に沿って堀構造Ｈが形成されている。このように堀構造Ｈが形成されていることによって、前面Ｃ２に成長する製品に使用可能な半導体基板と、側面Ｃ３に成長する製品に使用しない半導体基板とを容易に分離することが可能となる。本実施例においては、堀構造の幅ｗ３は３ｍｍであり、下地板周辺部分の幅ｗ４は３ｍｍであり、堀構造の深さｄ２は３ｍｍであった。
【００６１】
このような下地板を用いて作製して得られた半導体基板を、下地板から剥離し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーにより周辺部分を切断して、縦１５５ｍｍ、横１５５ｍｍのｐ型の半導体基板を１００枚準備した。得られた半導体基板の重量から求めた平均板厚は４００μｍであった。得られた半導体基板の電極印刷部の高さｔ１は平均で０．４ｍｍであった。
【００６２】
（光電変換素子の作製方法）
上記で１５５ｍｍ角に切断されたｐ型の半導体基板を用いて、光電変換素子を作製した。洗浄のために、半導体基板を１０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液中で１０分間エッチングした後、ＰＯＣｌ3拡散により、ｐ型の半導体基板のうち太陽電池において受光面側となる面にｎ＋層を形成した。半導体基板表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ＋層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面にも形成されているｎ＋層を硝酸とフッ酸との混合溶液で２０秒間のエッチングで除去し、半導体基板を露出させ、その上に裏面電極および裏面電界層を同時に形成した。裏面電極は、ローラー印刷法により、裏面側全面に塗布した。
【００６３】
次に、受光面電極をローラー印刷法を用いて形成した。直径約５０ｍｍのローラー表面全面にペーストを塗布したローラーで、副電極、および該副電極に直交する主電極を一度に形成した。
【００６４】
その後、半田ディップを行ない、光電変換素子を作製した。ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９８８））」に従って、光電変換素子の特性評価を行なった。測定結果は、９８枚がセル変換効率１３％以上であった。
【００６５】
＜実施例２＞
受光面電極にスクリーン印刷法を用いたこと以外はすべて実施例１と同様にして得られた半導体基板１００枚から、実施例１と同様に光電変換素子を作製し、特性評価を行なった。８０枚がセル変換効率１３％以上であった。残りの１５枚は電極の滲みにより変換効率が低く、残りの５枚はスクリーン印刷時の過度な押圧によるクラックが原因となり変換効率が低かった。
【００６６】
＜実施例３＞
図４に示す下地板を用いたこと以外はすべて実施例１と同様にして光電変換素子を作製し、特性評価を行なった。下地板Ｃの表面の凹部１における幅ｗ１ｂは１ｍｍであり、平面部２の幅ｗ２は１ｍｍであり、その深さｄ１は１ｍｍであった。斜面部１ａは底面部１ｂと４５°をなす角度であった。本実施例で用いた下地板は、実施例１と同様、図１２に示すような堀構造Ｈを有する。堀構造の幅ｗ３は４ｍｍであり、下地板周辺部分の幅ｗ４は２ｍｍであり、堀構造の深さｄ２は４ｍｍであった。さらに、実施例１と同様の方法で触針式表面粗さ測定器を用いて測定したときの斜面部１ａの算術平均粗さＲａは８０μｍであった。
【００６７】
この下地板を用いて作製して得られた半導体基板を下地板から剥離し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーにより周辺部分を切断して、縦１５５ｍｍ、横１５５ｍｍの半導体基板を５０枚準備した。得られた半導体基板の重量から求めた平均板厚は４５０μｍであった。得られた半導体基板の電極印刷部の高さｔ１は平均で０．８ｍｍであった。
【００６８】
得られた半導体基板から光電変換素子を作製し、特性評価を行なったところ、４７枚がセル変換効率１２％以上であった。
【００６９】
＜実施例４＞
（半導体基板の作製）
比抵抗が２Ω・ｃｍになるようにボロン濃度を調整したシリコン原料を、高純度カーボン製坩堝内に入れ、図１０に示す製造装置内に固定した。まずチャンバー内を１．３３×１０-2Ｐａまで真空引きし、常圧までＡｒガスで置換し、その後Ａｒガスを５０Ｌ／ｍｉｎでフローしたままにした。次に、シリコン原料をヒーターにより溶融した。シリコン溶解用ヒーターを１５℃／ｍｉｎの昇温速度で１５５０℃まで昇温し、シリコン原料が完全に溶解したことを確認したのち、坩堝温度を１４１５℃に保持し、シリコン融液の安定化を図った。
【００７０】
次に、図５に示す形状の下地板Ｃを、平面部２がシリコン湯面から８ｍｍ下の部分を通過するように浸漬し、半導体基板を成長させた。この時、用いた下地板の外形は、縦１９０ｍｍ、横１９０ｍｍであり、下地板Ｃの厚みは２０ｍｍであった。また、下地板Ｃの表面の凹部１における幅ｗ１ｂは１ｍｍであり、平面部２の幅ｗ２は１ｍｍであり、その深さｄ１は１．５ｍｍであった。斜面部１ａは底面部１ｂと４５°をなす角度であり、図４の底面部１ｂよりもさらに０．５ｍｍ低い位置に底部が存在することになる。さらに、実施例１と同様の方法で触針式表面粗さ測定器を用いて測定したときの凹部および斜面部の算術平均粗さＲａはそれぞれ１００μｍであった。
【００７１】
さらに、図１２のように下地板Ｃの周辺部には堀構造Ｈを形成した。この下地板Ｃは、上面Ｃ１、前面Ｃ２、側面Ｃ３から構成され、上面Ｃ１と前面Ｃ２の周囲に沿って堀構造Ｈが形成されている。このように堀構造Ｈが形成されていることによって、前面Ｃ２に成長する製品に使用可能な半導体基板と、側面Ｃ３に成長する製品に使用しない半導体基板とを容易に分離することが可能となる。堀構造の幅ｗ３は３ｍｍであり、下地板周辺部分の幅ｗ４は３ｍｍであり、堀構造の深さｄ２は５ｍｍであった。
【００７２】
このような下地板を用いて作製したｐ型の半導体基板を下地板から剥離し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーにより周辺部分を切断して、縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍの半導体基板を５０枚準備した。得られた半導体基板の重量から求めた平均板厚は８５０μｍであった。得られた半導体基板の電極印刷部の高さｔ１は平均で１．０ｍｍであった。
【００７３】
（光電変換素子の作製方法）
上記で１２５ｍｍ角に切断された半導体基板を用いて、光電変換素子を作製した。得られた半導体基板は、洗浄のため、５ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液中で１０分間エッチングされた。その後、リンを含有したＰＳＧ溶液（リンシリケートガラス）を回転塗布し、熱処理を行なうことで、ｐ型の半導体基板のうち太陽電池の受光面側となる面にｎ＋層を形成した。半導体基板表面に形成されているＰＳＧ膜をフッ酸で除去した後、太陽電池の受光面側となるｎ＋層上にプラズマＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を形成した。次に、太陽電池の裏面側となる面や周辺部に回り込んで形成されているｎ＋層を、硝酸とフッ酸との混合溶液で２０秒間エッチングして除去し、ｐ型の半導体基板を露出させ、その上に裏面電極および裏面電界層を同時に形成した。裏面電極は、ローラー印刷法により、裏面側全面に塗布した。
【００７４】
次に、受光面電極をローラー印刷法を用いて形成した。直径約５０ｍｍのローラー表面に副電極がパターン形成されている表面にペーストを塗布したローラーで、副電極を形成し、その後該副電極と直交するように主電極がパターン形成されている表面にペーストを塗布したローラーで主電極を形成した。
【００７５】
その後、半田ディップを行ない、光電変換素子を作製した。ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の照射下にて、「結晶系太陽電池セル出力測定方法（ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９８８））」に従って、光電変換素子の特性評価を行なった。測定結果は、４０枚がセル変換効率１２％以上であった。
【００７６】
＜実施例５＞
受光面電極にスクリーン印刷法を用いたこと以外はすべて実施例４と同様にして光電変換素子を作製し、特性評価を行なったところ、２５枚がセル変換効率１２％以上であった。残りの２０枚は電極の滲みにより変換効率が低く、残りの５枚はスクリーン印刷時の過度な押圧によるクラックが原因で変換効率が低かった。
【００７７】
＜実施例６＞
図４に示した下地板を用い、下地板の凹部に炭化ケイ素膜を１００μｍコーティングしたこと以外はすべて実施例１と同様にして、光電変換素子を作製し、特性評価を行なった。下地板Ｃの表面の凹部１における幅ｗ１ｂは０．８ｍｍであり、平面部２の幅ｗ２は１.５ｍｍであり、その深さｄ１は０．５ｍｍであった。斜面部１ａは底面部１ｂと４５°をなす角度であった。堀構造の幅ｗ３は３ｍｍであり、下地板周辺部分の幅ｗ４は１．５ｍｍであり、堀構造の深さｄ２は３ｍｍであった。さらに、実施例１と同様の方法で触針式表面粗さ測定器を用いて測定したときの凹部の算術平均粗さＲａは２０μｍであった。
【００７８】
このような下地板を用いて作製した半導体基板を下地板から剥離し、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーにより周辺部分を切断して、縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍの半導体基板を５０枚準備した。得られた半導体基板の重量から求めた平均板厚は４５０μｍであった。得られた半導体基板の電極印刷部の高さｔ１は平均で０．４ｍｍであった。
【００７９】
得られた半導体基板から光電変換素子を作製し、特性評価を行なったところ、４５枚がセル変換効率１３％以上であった。
【００８０】
以上の結果より、本発明によって作製された半導体基板を用いた場合、光電変換素子のセル変換効率は著しく向上することが分かる。
【００８１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明によって作製される半導体基板は、特に太陽電池の高効率化に寄与する変換効率の良好な光電変換素子に対して好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。
【図２】図１に示す下地板のＸａ−Ｘａに沿った切断面を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に使用される下地板と該下地板表面に成長した半導体基板を示す拡大断面図である。
【図４】本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。
【図５】本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。
【図６】本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。
【図７】本発明において作製される光電変換素子の例を示す拡大断面図である。
【図８】本発明において使用される、点状の凸部を有する下地板の表面を示す拡大斜視図である。
【図９】本発明において使用される、線状の凸部を有する下地板の表面を示す拡大斜視図である。
【図１０】本発明において半導体基板を作製するために使用される製造装置の例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の光電変換素子を作製するためのローラー印刷の概略を示す斜視図である。
【図１２】本発明において使用される下地板の例を示す拡大斜視図である。
【図１３】図１２に示す下地板のＸｂ−Ｘｂに沿った切断面を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  凹部、１ａ  斜面部、１ｂ  底面部、１ｃ  側面部、１ｄ  曲面、２  平面部、３  受光面電極、４  反射防止膜、５  ｎ＋層、６  裏面電界層、７  裏面電極、８  ローラー、１１  坩堝、１２  加熱用ヒーター、１３  融液、１４  坩堝台、１５  断熱材、１６  坩堝昇降用台、１７  固定脚、１８  固定台、１９  浸漬機構部、２０  関節部、２１  アーム、２２  熱遮蔽板、２３  開口部、Ｂ１，Ｂ２  底部、Ｃ  下地板、Ｃ１  上面、Ｃ２  前面、Ｃ３  側面、Ｈ  堀構造、Ｐ  ペースト、Ｓ  半導体基板、Ｓ１  電極印刷部、Ｓ２  平坦部、Ｔ１，Ｔａ，Ｔｂ  頂点部。
【図１】
2006062928.tif 000005
【図２】
2006062928.tif 000006
【図３】
2006062928.tif 000007
【図４】
2006062928.tif 000008
【図５】
2006062928.tif 000009
【図６】
2006062928.tif 000010
【図７】
2006062928.tif 000011
【図８】
2006062928.tif 000012
【図９】
2006062928.tif 000013
【図１０】
2006062928.tif 000014
【図１１】
2006062928.tif 000015
【図１２】
2006062928.tif 000016
【図１３】
2006062928.tif 000017