(57)【要約】【課題】  簡単な装置構造により角形の半導体基板に対しても均一な裏面平坦化が可能な太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化する裏面エッチング工程において、受光面を被覆して半導体基板をエッチング液中に浸漬させた状態で、半導体基板が浸漬している領域外にあるエッチング液を裏面に噴き付ける。【選択図】        図３
2011009247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化する裏面エッチング工程を含む太陽電池の製造方法であって、
前記裏面エッチング工程において、前記受光面を被覆して前記半導体基板をエッチング液中に浸漬させた状態で、前記半導体基板が浸漬している領域外にあるエッチング液を前記裏面に噴き付けることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング液を前記裏面に噴き付ける噴き付け口が、前記エッチング液中に存在することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記噴き付け口が複数存在することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記噴き付け口の個々の噴き付け範囲が隣接する前記噴き付け口間で重なり合い、前記噴き付け範囲の全体が前記裏面の全面を覆うように、前記噴き付け口が所定の間隔で分散配置されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
複数の前記噴き付け口の内の一部を噴き付け動作させ、他の一部の噴き付け動作を停止しながら、噴き付け動作する前記噴き付け口を、順次入れ替えて、前記裏面エッチング工程中に、前記噴き付け口の夫々を１回以上噴き付け動作させることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記噴き付け口の複数が一列に配置して構成され、
一列に配置した前記噴き付け口を、噴き付け動作させながら、前記裏面と平行な方向に、前記裏面に対して相対的に移動させ、前記エッチング液を前記裏面の全面に対して噴き付けることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法に使用する湿式エッチング装置であって、
エッチング液を貯留するエッチング槽と、
前記エッチング槽の外側から、前記エッチング槽内を通過して、前記エッチング槽の外側に至る半導体基板を搬送する搬送路と、
前記搬送路上を移動し、前記半導体基板を受光面と反対側の裏面を露出させて支持する搬送台と、
前記エッチング槽内の前記搬送台の停止位置において、前記搬送台上に支持された前記半導体基板の前記裏面に対向して設けられた前記エッチング液を噴き付ける噴き付け口と、
前記エッチング槽内の前記搬送台の停止位置から離間して存在するエッチング液を吸引して、前記噴き付け口に供給するエッチング液供給機構と、を備えることを特徴とする湿式エッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、太陽電池を構成する半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化するエッチング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
実用化されている結晶系シリコン太陽電池は、ｐ型半導体基板の表面側即ち受光面側に、ＰＯＣｌ３（オキシ塩化燐）或いはＰＳＧ（燐珪酸ガラス）液等のｎ型の不純物拡散材料を用いた熱拡散法により、接合層と呼ばれるｎ型半導体層を厚さ０．３μｍ程度に形成して、ｐ型半導体基板と接合層の界面にＰＮ接合を形成する。更に、受光面側には櫛状の金属電極、他方の裏面側のほぼ全面に金属層が形成される。また、より光電変換効率を高める工夫として、当該接合層の深さは極力薄くすることが大切であり、更には、受光面側シリコン表面に微小な凹凸（テクスチャ構造）や反射防止膜の形成、裏面側では、裏面電界層等を形成することがある。
【０００３】
また、高い光電変換効率が得られる研究レベルの構造としては、例えば、下記の非特許文献１に開示されているようなＰＥＲＬ（Passivated Emitter, Rear Locally-diffused）構造の太陽電池のように、裏面の大部分を酸化シリコンのような不活性膜を用いて不活性化（パッシベーション）しつつ局所的にシリコンと電極を接触させる構造が採られる。
【０００４】
裏面を不活性膜でパッシベーションし、部分的に半導体基板と電極を接触させた裏面パッシベーション型太陽電池は、図１に示すような構造を有し、一例として図２に示すような工程で作製される。当該構造では、裏面での光反射を高めるためにシリコン面を平坦化する必要がある。その方法としてはフッ酸と硝酸の混合液であるフッ硝酸のようなエッチング液を用いてシリコン面を平坦化する方法がある。しかし、フッ硝酸はエッチング後のエッチング能力が顕著に低下するため、同液がシリコン面に滞留することによりシリコン面全体の均一性が損なわれる問題がある。そのため、エッチング中にフッ硝酸を攪拌することにより、シリコン面全体が均一にエッチングされる。
【０００５】
エッチング液の攪拌方法に関しては幾つか特許出願されている。例えば、下記の特許文献１では、エッチング槽内において、ウェーハマガジンに収容された複数枚の半導体基板を、１枚置きに、その中心軸回りに正逆互い違いに回転させることでウェーハマガジンの外のエッチング液と半導体基板中心付近のエッチング液が攪拌され、均一にエッチングできる。また、下記の特許文献２では、特殊な構造を有するエッチング槽とバブリング機構を用いて、エッチング液に円柱状の回転流を強制的に起こして、エッチング液が半導体基板と略同心円状に回転するようにして半導体基板表面でエッチング液が安定した流動状態になることにより、半導体基板全体を均一にエッチングし、平坦度の高い半導体基板表面を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２６４０号公報
【特許文献２】特開平９-６９５１０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jianhoa Zhao, Aihua Wang and Martin A. Green, "24.5% Efficiency silicon PERT cells on MCZ substrates and 24.7% efficiency PERL cells on FZ substrates", Progress in photovoltaics: Research and Applications, 7, pp.471-474. (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献に開示されたエッチング液の攪拌方法は、エッチング液または基板自体を回転させる点に特徴があり、円形の半導体基板を前提とした技術であり、円形基板に対しては有効であるが、太陽電池のような角形の半導体基板では、基板のコーナ部で平坦度が低下する可能性がある。
【０００９】
また、装置自体が複雑な構造をしているためコスト高となることが考えられる。特に、エッチング槽内全体に強制対流を起こす場合、エッチング槽の大きさや形状によって対流の仕方が変化するため、装置を構築するのに手間が掛かることが考えられる。他方、高光電変換効率の太陽電池を作製するに当たっては、裏面平坦化時に基板面内で均一且つ良好な化学結合状態であるほど、良好な太陽電池特性が得られる。しかし、太陽電池が大面積になるほど、基板面内の均一性の保持が困難となる問題もある。
【００１０】
本発明は、太陽電池の製造過程における裏面平坦化における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構造により角形の半導体基板に対しても均一な裏面平坦化が可能な太陽電池の製造方法、更に、湿式エッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化する裏面エッチング工程において、前記受光面を被覆して前記半導体基板をエッチング液中に浸漬させた状態で、前記半導体基板が浸漬している領域外にあるエッチング液を前記裏面に噴き付けることを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
【００１２】
更に、上記特徴の太陽電池の製造方法は、前記エッチング液を前記裏面に噴き付ける噴き付け口が、前記エッチング液中に存在することが好ましい。
【００１３】
更に、上記特徴の太陽電池の製造方法は、前記噴き付け口が複数存在することが好ましい。
【００１４】
更に、上記特徴の太陽電池の製造方法は、前記噴き付け口の個々の噴き付け範囲が隣接する前記噴き付け口間で重なり合い、前記噴き付け範囲の全体が前記裏面の全面を覆うように、前記噴き付け口が所定の間隔で分散配置されていることが好ましい。
【００１５】
更に、上記特徴の太陽電池の製造方法は、複数の前記噴き付け口の内の一部を噴き付け動作させ、他の一部の噴き付け動作を停止しながら、噴き付け動作する前記噴き付け口を、順次入れ替えて、前記裏面エッチング工程中に、前記噴き付け口の夫々を１回以上噴き付け動作させることが好ましい。
【００１６】
更に、上記特徴の太陽電池の製造方法は、前記噴き付け口の複数が一列に配置して構成され、一列に配置した前記噴き付け口を、噴き付け動作させながら、前記裏面と平行な方向に、前記裏面に対して相対的に移動させ、前記エッチング液を前記裏面の全面に対して噴き付けることが好ましい。
【００１７】
更に、上記目的を達成するため、本発明は、エッチング液を貯留するエッチング槽と、前記エッチング槽の外側から、前記エッチング槽内を通過して、前記エッチング槽の外側に至る半導体基板を搬送する搬送路と、前記搬送路上を移動し、前記半導体基板を受光面と反対側の裏面を露出させて支持する搬送台と、前記エッチング槽内の前記搬送台の停止位置において、前記搬送台上に支持された前記半導体基板の前記裏面に対向して設けられた前記エッチング液を噴き付ける噴き付け口と、前記エッチング槽内の前記搬送台の停止位置から離間して存在するエッチング液を吸引して、前記噴き付け口に供給するエッチング液供給機構と、を備えることを特徴とする湿式エッチング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
上記特徴の太陽電池の製造方法によれば、噴き付け口から半導体基板の裏面に向けて噴き付けられたエッチング液が、裏面に沿って移動することで、エッチング後の半導体基板の組成物の溶け出たエッチング液がエッチング対象の裏面から移動して、半導体基板が浸漬している領域外にあるエッチング液が裏面に供給されるため、エッチング液のエッチング能力が低下することなく、裏面のエッチングを速やかに進行させることができる。また、噴き付け口から裏面に向けて噴き付けられたエッチング液が裏面に沿って移動する範囲（噴き付け範囲）が、エッチング対象の裏面全体をカバーするように、噴き付け口を複数配置し、或いは、１または複数の噴き付け口を裏面に沿って平行移動させることで、裏面全体に新たなエッチング液が行き渡り、裏面全体を均一に平坦化することができる。
【００１９】
尚、半導体基板が浸漬している領域外としては、エッチング液を貯留するエッチング槽内の半導体基板を浸漬させてエッチング処理を行う領域から離間した領域、或いは、当該エッチング槽とは別に設けられた未処理のエッチング液を貯留するエッチング槽内等が想定される。つまり、半導体基板が浸漬している領域外には、エッチングにより半導体基板の組成物が溶け出ていない未処理のエッチング液、或いは、当該組成物が溶け出ていても十分に希釈され、半導体基板が浸漬している領域に比べて当該組成物の濃度が十分に低いエッチング液が存在している。
【００２０】
従って、従来のエッチング液の攪拌方法では、エッチング槽の大きさや形状によって対流の仕方が変化する虞があったところ、本発明方法では、半導体基板の形状に応じて噴き付け口の配置や移動方法を適切に設定することができ、エッチング槽の大きさや形状に拘らず、裏面全体に安定したエッチング液の流動状態が得られ、裏面全体を均一に平坦化することができる。
【００２１】
上記特徴の湿式エッチング装置によれば、処理対象の半導体基板を載置した搬送台が搬送路上を移動すると、エッチング液を貯留したエッチング槽内に半導体基板が進入し、噴き付け口の設けられた停止位置で搬送台が停止すると、半導体基板の裏面がエッチング液中に浸漬した状態で、噴き付け口から裏面に向けてエッチング液を噴き付けることができ、上記特徴の太陽電池の製造方法における裏面エッチング工程を具体的に実行することができる。従って、上記特徴の湿式エッチング装置を用いて半導体基板の裏面の平坦化を行うことで、裏面全体を均一に平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】裏面パッシベーション型太陽電池の概略の断面構造を模式的に示す断面図
【図２】裏面パッシベーション型太陽電池の製造工程の一例を示す工程流れ図
【図３】本発明に係る太陽電池の製造方法による裏面パッシベーション型太陽電池の製造工程の一例を示す工程流れ図
【図４】本発明に係る湿式エッチング装置の概略の構成を模式的に示す説明図
【図５】本発明に係る湿式エッチング装置の噴き付け機構の第１の実施例の概略の構成を模式的に示す説明図
【図６】本発明に係る湿式エッチング装置の噴き付け機構の第１の実施例における噴出ノズルの個数及び配列間隔についての説明図
【図７】本発明に係る湿式エッチング装置の噴き付け機構の第２の実施例の概略の構成を模式的に示す説明図
【図８】エッチング液の噴き付けを行わずに半導体基板の裏面エッチングを実施して作製された裏面パッシベーション型太陽電池の感度面内分布の一例を示す図
【図９】本発明に係る太陽電池の製造方法で作製された裏面パッシベーション型太陽電池の感度面内分布の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る太陽電池の製造方法（以下、適宜「本発明方法」と称す）、及び、それに使用する湿式エッチング装置（以下、適宜「本発明装置」と称す）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。本実施形態では、図１に示す裏面パッシベーション型太陽電池に対して、本発明方法及び本発明装置を適用する場合について説明する。
【００２４】
先ず、図１に示す裏面パッシベーション型太陽電池の構造について簡単に説明する。尚、図１では、太陽電池の構造を簡易に説明するために、要部構造を部分的に強調して図示しているため、各部の寸法比は、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。
【００２５】
図１に示すように、ｐ型の単結晶シリコン基板１の受光面側にピラミッド型のテクスチャ構造が形成され、その表面にｎ型半導体層２と反射防止膜３が形成され、反射防止膜３を貫通する櫛状のＡｇ電極（表面電極）４がｎ型半導体層２と電気的に接続している。ｐ型のシリコン基板１の受光面と反対側の裏面には、酸化シリコンのような不活性膜５が形成され、不活性膜５上の全面に形成されたＡｌ電極（裏面電極）６が、不活性膜５の一部を貫通するコンタクト孔を介してｐ型シリコン基板１と電気的に接続している。尚、Ａｌ電極６と接触しているｐ型シリコン基板１には、Ａｌ電極６のＡｌが拡散してｐ型不純物濃度の高いＰ＋領域７が形成されている。
【００２６】
図３に、本発明方法の概略の工程流れ図の一例を示す。本発明方法の各工程は、基本的には図２に示した従来の裏面パッシベーション型太陽電池の製造工程と同じであるが、本発明方法では、裏面エッチング工程が従来と異なる。以下、図３を参照して、本発明方法の各工程について説明する。尚、本発明方法に使用するシリコン基板は、基板の大きさや厚さ、導電型に制限はないが、一例として、基板の大きさが１００ｍｍ角、厚さが１００〜５００μｍ、電気抵抗率が０．５〜５０Ωｃｍ、より好ましくは０．５〜１０Ωｃｍのｐ型の単結晶基板を用いる。
【００２７】
先ず、テクスチャリング工程（＃１）では、ｐ型シリコン基板１の両面に、アルカリ液を用いたテクスチャーエッチング装置により公知のランダムテクスチャ構造を形成する。引き続き、ｐｎ接合形成工程（＃２）において、拡散材料としてＰＯＣｌ３を用いて、チューブ炉で８００℃〜９００℃程度の温度で、１５〜６０分程度、ｐ型シリコン基板１を熱処理することで、ｐ型シリコン基板１の露出表面の全面（受光面側、裏面側、及び、端面）に燐を気相拡散して、ｎ型半導体層２を形成する。尚、気相拡散の場合には、裏面側にもｎ型半導体層が形成されるが、後述する裏面エッチング工程でテクスチャ構造とともにエッチング除去される。また、ｎ型半導体層２の形成は、気相拡散ではなく、ｎ型不純物の燐を含む塗布液（ＰＳＧ液等）をｐ型シリコン基板１の受光面側に塗布して熱処理を行う塗布拡散法を用いても構わない。
【００２８】
引き続き、反射防止膜形成工程（＃３）において、ｎ型半導体層２の受光面側の表面に、プラズマＣＶＤ法により、ガス種としてシラン及びアンモニアを用いて、膜厚７００Å程度の窒化シリコンを反射防止膜３として形成した。
【００２９】
引き続き、反射防止膜３の形成されたシリコン基板の受光面側にエッチング防止のための耐酸性を有する保護テープを貼り、エッチング槽内にエッチング液の噴き付け機構を備えた本発明装置を用いて、裏面エッチング工程（＃４）を行う。裏面エッチング工程（＃４）では、シリコン基板の裏面側に形成されたテクスチャ構造及びｎ型半導体層をエッチング除去するとともに、シリコン基板の裏面を平坦化する。裏面エッチング工程の詳細については後述する。
【００３０】
引き続き、不活性膜形成工程（＃５）において、希フッ酸等を使って裏面に残ったシリコン酸化物を完全に除去した後、熱酸化法、ＣＶＤ法等によって酸化シリコン膜を、或いは、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を、平坦化されたシリコン基板の裏面側に不活性膜５として形成する。
【００３１】
引き続き、コンタクト孔形成工程（＃６）において、シリコン基板の裏面に形成された酸化シリコン膜或いは窒化シリコン膜の不活性膜５を、周知のフォトリソグラフィ法により、所定の裏面電極パターンでエッチングし、不活性膜５を貫通するコンタクト孔を形成する。
【００３２】
引き続き、裏面電極形成工程（＃７）において、不活性膜５の形成されたシリコン基板の裏面全面に真空蒸着法等によりＡｌ膜を堆積してＡｌ電極（裏面電極）６を形成する。Ａｌ電極６は、不活性膜５を貫通して形成されたコンタクト孔内に充填される。
【００３３】
引き続き、表面電極形成工程（＃８）において、スクリーン印刷法を用いて、銀粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒からなる電極ペーストを印刷・乾燥し、近赤外炉内にて約５８０℃で焼成してＡｇ電極（表面電極）４を形成した。尚、Ａｇ電極４は、焼成時に反射防止膜３を突き破って形成されるため、その下側のｎ型半導体層２と電気的に接続する。また、Ａｇ電極４の焼成時に、裏面電極形成工程（＃７）で形成されたＡｌ電極６も同時に熱処理されるため、Ａｌ電極６のＡｌがシリコン基板１内に拡散してｐ型不純物濃度の高いＰ＋領域７が形成され、シリコン基板１とＰ＋領域７の界面における不純物濃度差による電位障壁が、光生成されたキャリアがＡｌ電極６の近傍で再結合するのを防ぐ裏面電界層となる。
【００３４】
次に、裏面エッチング工程の詳細を説明する前に、裏面エッチング工程で使用する本発明装置について、図４乃至図７を参照して説明する。尚、図４乃至図７では、本発明装置の構造を簡易に説明するために、要部構造を部分的に強調して模式的に図示しているため、各部の寸法比は、実際の寸法比とは異なっている。
【００３５】
図４に示すように、本発明装置１０は、エッチング液を貯留するエッチング槽１１と、裏面エッチング工程前の半導体基板９を搬送するローラコンベア等の搬送路１２と、搬送路１２上を移動し、半導体基板９を受光面と反対側の裏面を露出させて支持する搬送台１３と、エッチング槽１１内の搬送台１３の停止位置Ａにおいて、搬送台１３上に支持された半導体基板９の裏面に対向するように設けられたエッチング液を噴き付ける噴き付け機構１４と、エッチング槽１１内に貯留されたエッチング液を吸引して、噴き付け機構１４に供給するエッチング液供給機構１５を備えて構成されている。
【００３６】
本実施形態では、エッチング液として、フッ酸と硝酸の割合が１：３から１：５のフッ硝酸を使用するが、エッチング液の種類及び混酸の割合はこれに限定されるものではない。一般的に、フッ硝酸の割合は、硝酸の比率が増すとエッチング速度が低下し、逆にフッ酸の比率が増すとエッチング速度は上昇するが、ステイン膜と呼ばれる不純物を多く含んだ薄膜が形成され、太陽電池特性を悪化させるため、当該ステイン膜が形成され難く、且つ、できる限りエッチング速度を向上させるのに好ましいフッ酸と硝酸の割合が上述の１：３から１：５となる。
【００３７】
搬送路１２は、エッチング槽１１の外側から、エッチング槽１１内を通過して、エッチング槽１１の外側に至るように設けられ、半導体基板９をスムーズにエッチング液に進入させて、取り出すために両端が傾斜して設けられている。これにより、半導体基板９は、端面から滑り込むようにエッチング液に進入できる。
【００３８】
搬送台１３は、半導体基板９を１枚ずつ、搬送台１３の表面に平行に載置して搬送する構造となっている。搬送中に半導体基板９が確実に支持されるように、搬送台１３の表面の４ヶ所に突起１３ａが設けられ、角形の半導体基板９の４辺を挟み込むように支持する。
【００３９】
噴き付け機構１４は、複数の噴出ノズル（噴き付け口に相当）１６を有する噴出ヘッド１７（１８）を備え、搬送台１３が搬送路１２上の停止位置Ａに停止した状態で、噴出ノズル１６の先端が半導体基板９の裏面と所定距離離間して対向する位置に設けられている。
【００４０】
噴き付け機構１４の第１の実施例を、図５及び図６を参照して説明する。図５に示すように、噴き付け機構１４の第１の実施例は、複数の噴出ノズル１６を一列に配置した噴出ヘッド１７を２つ設け、各噴出ヘッド１７ａ、１７ｂを、噴出ノズル１６が一直線上に整列するように左右に並列（或いは連結）した状態で、エッチング液を噴出しながら、複数の噴出ノズル１６の配列方向（仮にＸ方向とする）と直交するＹ方向に往復移動可能な構造となっている。各噴出ヘッド１７の幅は、半導体基板９の一辺の約半分の長さに設定されている。また、噴出ノズル１６の個数及び配列間隔は、図６に模式的に示すように、噴き付け部全面において一定の衝突力となるように設計されている。本第１の実施例では、図６において衝突力が一定となっている幅（Ｗ）が、半導体基板９の一辺の長さ以上となるように、噴出ヘッド１７の幅が設定されている。尚、噴出ヘッド１７の個数は、２つに限定されるものではなく、１つでも良く、また、図６に示すように、全体として衝突力が一定に維持できれば、３つ以上でも良い。尚、図５（Ａ）は、２つの噴出ヘッド１７ａ、１７ｂと半導体基板９をＹ方向から見た図で、図５（Ｂ）は、２つの噴出ヘッド１７ａ、１７ｂと半導体基板９を、半導体基板９の裏面と垂直な方向（Ｚ方向）から見た図であり、矢印は各噴出ヘッド１７ａ、１７ｂの走査方向を示している。尚、図５では、各噴出ヘッド１７ａ、１７ｂを±Ｙ方向に走査する移動機構については、公知の技術を用いて実現できるため図示を省略している。
【００４１】
噴出ノズル１６のエッチング液の噴出方向は、半導体基板９の裏面と垂直な方向（Ｚ方向）が好ましいが、例えば、走査方向（±Ｙ方向）にＺ方向より０〜３０°程度傾いていても構わない。
【００４２】
次に、噴き付け機構１４の第２の実施例を、図７を参照して説明する。図７に示すように、噴き付け機構１４の第２の実施例では、複数の噴出ノズル１６を半導体基板９の裏面と平行で互いに直交する２方向（Ｘ方向とＹ方向）に格子状に配置した噴出ヘッド１８を１つ設け、噴出ヘッド１８は、半導体基板９が停止位置Ａで停止した状態で、裏面全面と対向するように固定されている。尚、図７（Ａ）は、噴出ヘッド１８と噴出ノズル１６と半導体基板９をＹ方向から見た図で、図７（Ｂ）は、噴出ヘッド１８と噴出ノズル１６と半導体基板９を、半導体基板９の裏面と垂直な方向（Ｚ方向）から見た図であり、図７（Ｂ）における破線の円形は、各噴出ノズル１６から噴出されたエッチング液の拡散範囲（噴き付け範囲）を示し、正方形の一点鎖線は、噴出ヘッド１８の輪郭を示している。図７では、説明の簡単のために噴出ノズル１６の数は９であるが、噴出ノズル１６の数は９に限定されるものではなく、後述するように、エッチング液の拡散範囲の大きさと、半導体基板９の大きさの相対関係によって決定される。
【００４３】
本第２の実施例では、噴出ヘッド１８は移動不能に固定されているが、外部からの制御によって、複数の噴出ノズル１６の内の一部を噴き付け動作させ、他の一部の噴き付け動作を停止しながら、噴き付け動作する噴出ノズル１６を、順次入れ替え可能に構成されている。噴出ノズル１６を動作順は、ランダムでも良いが、１つの噴出ノズル１６が動作中はその隣の噴出ノズル１６の動作を停止し、動作する噴出ノズル１６が１つずつ隣へ移動するように制御するのが好ましい。ここで、同時に動作する噴出ノズル１６の数は１つであるのが好ましい。その理由は、２つの噴出ノズル１６が同時に作動した場合に、ノズル直下と２つの噴出ノズル１６の中間でのエッチング速度が異なってしまうため、ノズルの配置に対応したエッチング量（基板厚さ方向）のバラツキが生じ、シリコン基板９の厚さが不均一になる可能性があるためである。特に、互いに隣接する複数の噴出ノズル１６、例えば、全ての噴出ノズル１６を同時に作動させた場合に、上記エッチング速度の分布が定在化し、上記エッチング量のバラツキが顕著となる。従って、同時に動作する噴出ノズル１６の数を１つとして移動させることで、上記エッチング速度の分布の定在化が解消され、上記エッチング量のバラツキが抑制される。
【００４４】
本第２の実施例では、噴出ノズル１６の数及び配置は、各噴出ノズル１６から噴出されたエッチング液の拡散範囲が、全ての噴出ノズル１６について重ね合わせた場合に、半導体基板９の裏面全面を覆うように設定されている。更に、隣接する噴出ノズル１６間で、当該エッチング液の拡散範囲が重なり合うように噴出ノズル１６の間隔及び配置位置が設定されており、これにより、半導体基板９の裏面内で、エッチング液の噴き付け量の疎密に差が生じ、裏面の中央ほど噴き付け量が密となる。これは、裏面へのエッチング液の噴き付けを行わない場合には、裏面の周辺部のエッチングが、裏面中央部より速く進行するため、斯かる面内でのエッチング速度のバラツキを緩和するためである。
【００４５】
噴出ノズル１６のエッチング液の噴出方向は、半導体基板９の裏面と垂直な方向（Ｚ方向）が好ましいが、例えば、Ｚ方向より０〜３０°程度傾いていても構わない。但し、噴出方向が傾くことで、図７に破線で示したエッチング液の拡散範囲（噴き付け範囲）が移動或いは変形するが、噴出方向が傾いた状態においても、隣接する噴出ノズル１６間で、当該エッチング液の拡散範囲が重なり合うように噴出ノズル１６の間隔及び配置位置が設定されていることが重要である。
【００４６】
また、上記第２の実施例の噴き付け機構１４では、噴出ノズル１６の先端と半導体基板９の裏面の離間距離は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定されるのが好ましく、噴出ノズル１６の先端からのエッチング液の噴き付け速度は、０．６〜１．１ｍ／ｓが好ましい。噴き付け速度が低下するとエッチング液の拡散範囲（噴き付け範囲）が小さくなり、全体の噴き付けが基板全面に行き届かなくなり、逆に上昇するとノズル直下と２つの噴出ノズル１６の中間でのエッチング速度の差が大きくなり、均一なエッチングが阻害される。このため、噴出ノズル１６の所定の配置間隔に対して、噴出ノズル１６の先端と半導体基板９の裏面の離間距離とエッチング液の噴き付け速度には、適正な範囲が存在し、上記の範囲がその一例である。
【００４７】
エッチング液供給機構１５は、エッチング槽１１の搬送台１３の停止位置Ａから離間した領域Ｂ（半導体基板が浸漬している領域外に相当）の底面から噴出ヘッド１７、１８に連通する管路１９で構成され、管路１９の途中または噴出ヘッド１７、１８内にエッチング液をエッチング槽１１から吸引して、噴出ノズル１６から噴出させるための吸引ポンプ（不図示）が設けられている。
【００４８】
次に、本発明装置１０を用いた本発明方法における裏面エッチング工程（＃４）について説明する。
【００４９】
裏面エッチング工程（＃４）では、反射防止膜形成工程（＃３）を終了した半導体基板９を本発明装置１０の搬送台１３に裏面を上にして取り付け、搬送台１３を搬送路１２に沿って移動させて、半導体基板９の端面からエッチング槽１１に貯留されたエッチング液内に進入させる。２〜５秒程度経過して搬送台１３が、エッチング槽１１の中央底部の停止位置Ａに到達すると、搬送台１３の移動を停止させるとともに、噴き付け機構１４による半導体基板９の裏面へのエッチング液の噴き付けを開始する。尚、半導体基板９が停止位置Ａに到達した後にエッチング液の噴き付けを開始するのは、エッチング液の噴き付け状態で半導体基板９を停止位置Ａに移動させた場合に、半導体基板９の搬送台１３への固定方法によっては基板割れが生じる可能性があるためである。
【００５０】
図５に示す上記第１の実施例の噴き付け機構１４の場合には、エッチング液の噴き付け範囲が、裏面全面に行き届くように、２つの噴出ヘッド１７ａ、１７ｂを、エッチング液の噴き付けを行いながら同方向に走査する。搬送台１３は、停止位置Ａで例えば２分以上停止し、その間に２つの噴出ヘッド１７ａ、１７ｂを、半導体基板９の一方端側から他方端側へ向けて、例えば、１０ｃｍ角の半導体基板９に対して１往復６秒程度の速度で２０往復程度走査する。
【００５１】
図７に示す上記第２の実施例の噴き付け機構１４の場合には、搬送台１３が停止位置Ａで例えば２分以上停止している間に、噴出ヘッド１８に格子状に配置された複数の噴出ヘッド１８を、動作する噴出ノズル１６が１つずつ隣へ移動するように順次動作させる。例えば、１つの噴出ノズル１６から１回に噴出されるエッチング液の量を２ｍｌ程度として、１秒間隔で、次の噴出ノズル１６に順次移動する。全ての噴出ノズル１６の動作が一巡するサイクルを２分以上の停止期間中繰り返す。
【００５２】
斯かる処理により、未処理のエッチング液、或いは、溶けたシリコンが希釈されたエッチング液が噴出ノズル１６から裏面に向けて噴き付けられ、シリコンを溶かしたエッチング液が半導体基板９の裏面近傍から押し出されて、エッチング液の上下方向への攪拌が促される。半導体基板９の裏面へのエッチング液の噴き付けを２分以上行うと、裏面に形成されたテクスチャ構造が平坦化されるとともに、ｎ型半導体層が除去される。４分以上経過すると、裏面は鏡面状になる。尚、本実施形態では、テクスチャリング工程（＃１）でｐ型シリコン基板１の両面にテクスチャ構造を形成したが、受光面側にのみテクスチャ構造を形成する場合には、裏面エッチング工程の処理時間は、フッ酸と硝酸の割合が１：５のフッ硝酸を使用する場合で、約３０秒程短縮される。
【００５３】
ここで、エッチング液の噴き付けは、エッチング後のシリコンの溶け出たエッチング液と、未処理または溶けたシリコンが希釈されたエッチング液を攪拌して均質化することが重要であり、この結果、半導体基板９の裏面全体のエッチング品質を均一にすることができる。単に半導体基板９の裏面付近のエッチング液を攪拌するだけでは、シリコンを溶かしたエッチング液が還流してくるため、エッチング処理の進行とともに、溶け出たシリコンの濃度が徐々に増加するのは避けられないが、未処理のエッチング液、或いは、溶けたシリコンが希釈されたエッチング液を噴き付けることで、溶け出たシリコンの濃度の上昇を抑制でき、エッチング液の攪拌効果を大幅に向上させることができる。
【００５４】
引き続き、上記第１または第２の実施例の噴き付け機構１４による半導体基板９の裏面へのエッチング液の噴き付けを停止すると、搬送台１３を停止位置Ａから搬送路１２上を移動させ、エッチング槽１１内のエッチング液から取り出す。１００μｍ程度まで薄くなった半導体基板をエッチング液から取り出すには、基板面に不均一な水圧が掛からないように注意を要する。このため、半導体基板の端面から引き抜くように取り出す。
【００５５】
エッチング槽１１から取り出された半導体基板を裏面にエッチング液が付着したまま空気中で放置すると、裏面に金属不純物を含む薄いステイン膜が形成される。当該ステイン膜は太陽電池の電気的特性を悪化させるため、ステイン膜の形成を抑制するため、エッチング液から取り出された半導体基板は、直ぐに純水槽に投入して付着しているエッチング液を洗浄除去する。洗浄後の半導体基板は乾燥槽にて乾燥処理され、次の不活性膜形成工程（＃５）が実施される。
【００５６】
最後に、本発明方法で製造した裏面パッシベーション型太陽電池の電流電圧特性と、裏面エッチング工程においてエッチング液の噴き付けを行わずに製造した裏面パッシベーション型太陽電池の比較例と電流電圧特性を夫々評価した結果について説明する。短絡電流密度は、本発明方法を用いることで、１．７％改善した。また、レーザ電流励起電流（ＬＢＩＣ）法による感度評価では、図８に示すように、比較例では感度の高い部分（濃色で表示）と低い部分（淡色で表示）が混在しているのに対して、図９に示すように、本発明方法で製造した実施例（第２の実施例の噴き付け機構１４を使用）では、感度の高い部分（濃色で表示）の占める割合が圧倒的に増加し、太陽電池面内で均一且つ良好な感度分布が得られた。
【００５７】
次に、本発明装置の別実施形態について説明する。
【００５８】
〈１〉上記実施形態の噴き付け機構１４の第１の実施例において、噴出ヘッド１７を２つ設け、夫々の幅を半導体基板９の一辺の約半分の長さに設定したが、噴出ヘッド１７の数及びその幅は、適宜変更しても良い。例えば、噴出ヘッド１７を１つとして、その幅を半導体基板９の一辺の長さと略同じにしても良い。或いは、噴出ヘッド１７を１つとして、その幅を半導体基板９の一辺の約半分の長さにして、噴出ヘッド１７を半導体基板９の裏面全体に行き渡るように走査するようにしても良い。
【００５９】
〈２〉更に、上記実施形態では、噴き付け機構１４へのエッチング液の供給は、エッチング槽１１内に貯留されたエッチング液を吸引して行っていたが、エッチングの進行とともに、溶け出したシリコンの量が増加するため、噴き付け機構１４へのエッチング液の供給を未処理のエッチング液を貯留する別のエッチング槽から行うようにしても良い。
【００６０】
〈３〉更に、上記実施形態では、ｐ型の単結晶シリコン基板を用いる場合を想定したが、多結晶シリコン基板を用いても良い。この場合、テクスチャ構造の形成をテクスチャーエッチング処理により行うと、結晶粒毎にテクスチャ構造の形成にバラツキが生じるため、テクスチャーエッチング処理ではなく、レーザ加工等によりテクスチャ構造を形成しても良い。また、受光面側にのみテクスチャ構造を形成するようにしても良い。更に、テクスチャ構造は必ずしもピラミッド型でなくても良く、また、無くても構わない。
【００６１】
〈４〉更に、上記実施形態では、エッチング槽１１内に、１つの停止位置Ａに１つの噴き付け機構１４を設けた構造とし、エッチング槽１１内で同時に１枚の半導体基板９を処理する構成としたが、エッチング槽１１内に、２以上の停止位置Ａを設定し、各停止位置に対して夫々噴き付け機構１４を設け、２以上の搬送台１３を各別に夫々の停止位置Ａで停止させて、同時に２枚以上の半導体基板９を並列に処理する構成としても良い。更に、１つの搬送台１３に複数の半導体基板９を並列に載置可能に構成し、１つの停止位置Ａにおける搬送台１３に載置された複数の半導体基板９に対して、夫々噴き付け機構１４を設けて、同時に２枚以上の半導体基板９を並列に処理する構成としても良い。
【００６２】
〈５〉更に、上記実施形態では、ＰＥＲＬ構造の裏面パッシベーション型太陽電池の製造に本発明方法及び本発明装置を応用する場合を想定したが、裏面パッシベーション型太陽電池は、ＰＥＲＬ構造に限定されるものではなく、ＰＥＲＴ（Passivated Emitter, Rear Totally-diffused）構造であっても、本発明方法及び本発明装置を応用することで、裏面エッチングが均質化される。但し、この場合は、図３に示す本発明方法の各工程に対して、ｐ型シリコン基板１の裏面側の全面にｐ型不純物濃度の高いＰ＋領域７を形成する拡散処理が別途必要になる。
【００６３】
更に、裏面パッシベーション型でなく、裏面に直接Ａｌ電極を形成する場合であっても、気相拡散により裏面に形成されたｎ型半導体層をエッチング除去する際に、本発明方法及び本発明装置を応用することができる。つまり、本発明方法及び本発明装置は、半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化する工程を含む種々の太陽電池の製造方法に応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る太陽電池の製造方法、及び、湿式エッチング装置は、半導体基板の受光面と反対側の裏面を湿式エッチングにより平坦化する工程を含む太陽電池の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１：    ｐ型のシリコン基板（半導体基板）
２：    ｎ型半導体層
３：    反射防止膜
４：    Ａｇ電極（表面電極）
５：    不活性膜
６：    Ａｌ電極（裏面電極）
７：    Ｐ＋領域
９：    裏面エッチング工程前の半導体基板
１０：  湿式エッチング装置
１１：  エッチング槽
１２：  搬送路
１３：  搬送台
１３ａ：  突起
１４：  噴き付け機構
１５：  エッチング液供給機構
１６：  噴出ノズル（噴き付け口）
１７、１７ａ、１７ｂ：  噴出ヘッド
１８：  噴出ヘッド
１９：  管路
Ａ：    停止位置
Ｂ：    搬送台の停止位置から離間した領域（半導体基板が浸漬している領域外）
【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】
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