(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板を準備する工程（ステップＳ１０１）と、基板表面に、柔軟性を有する転写層を形成する工程（ステップＳ１２１）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（ステップＳ１２２）を有する。これにより、基板自体を加工することなく、基板上に形成された転写層に光反射率を低減するための凹凸部を形成することができる。【選択図】図１
2011222774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する工程と、
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。
【請求項２】
前記凹凸部を形成する工程の後に、表面電極を形成する工程を含む、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記柔軟性を有する転写層は水ガラスを含む材料で構成され、前記凹凸部を形成する工程の後に、前記転写層の加熱を行い酸化シリコンに変化させる工程を含む
請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記モールドはループ状に形成した帯状体からなり、前記帯状体のモールドの内周部に配置されたロールを回転することで前記モールドを前記転写層に対して加圧し、前記転写層に凹凸部を形成する
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。
【請求項５】
前記凹凸部を形成する工程の前に、表面電極を形成する工程を含む、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記転写層は感光性有機物を含む材料で構成され、前記モールドを前記転写層に押し付けた後、光を照射して前記転写層を硬化させることで、前記モールドの凹凸形状を転写し、前記転写層に凹凸部を形成する
請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記モールドと前記基板の位置決めは、前記基板表面に形成された表面電極を、光透過性の材料で構成された前記モールドを介して観察して行う
請求項５又は６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記凹凸部は放物面を成す凹面であり、前記放物面を成す凹凸部の形成後に、さらに反射防止膜を形成する工程を含む
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。
【請求項９】
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、
を有する太陽電池の製造装置。
【請求項１０】
前記モールドは、ループ状に形成された帯状体からなり、その表面に微細な凹凸形状が形成されている
請求項９に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１１】
前記基板載置部はループ状に形成した帯状体からなり、前記ループ状に形成されたモールドに対向する位置に配置され、
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。
【請求項１２】
前記モールドは光透過性を有する材料からなり、
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。
【請求項１３】
前記モールドを介して、前記基板の画像を取得する撮像装置を備え、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−７１６７７号公報
【特許文献２】特開平１０−３０３４４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｐｌａｓｍａ  Ｆｕｓｈｉｏｎ  Ｒｅｓ．１２（２００９）８２９−８３２，ＰＰ．．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法に用いられるシートナノインプリント装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態で用いられるシートナノインプリント装置のベルト状ナノモールド表面の微細構造図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、ベルト状ナノモールド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の微細形状を示した図である。
【図５】本発明の第２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。
【図６】本発明の第２の実施形態において、表面Ａｇ焼成工程が終了した段階でのナノインプリント層の微細形状を示した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態で用いられるパターン転写装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態で用いられるパターン転写装置のナノモールド表面の微細構造図である。
【図９】本発明において適用可能な他の例に係るモールドの表面の微細構造図である。
【図１０】本発明の第３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。
【図１１】本発明の第３の実施形態において、ベルト状ナノモールド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の微細形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
〈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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
〈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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
〈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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【符号の説明】
【００８１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011222774.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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