(57)【要約】【課題】酸を用いたエッチング処理に比して製造コストを低減することができるエッチング方法を得ること。【解決手段】Ｐ型シリコン基板１２の表面にＮ型拡散層１０１を形成する第１の工程と、Ｐ型シリコン基板１２の一の主面に、Ｎ型拡散層１０１を貫通し、Ｐ型シリコン基板１２に到達する開口部５１ａを形成する第２の工程と、Ｐ型シリコン基板１２をアルカリ溶液１０２中に浸漬し、光１０３を照射しながらエッチングする第３の工程と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型シリコン基板の表面にＮ型拡散層を形成する第１の工程と、
前記Ｐ型シリコン基板の一の主面に、前記Ｎ型拡散層を貫通し、前記Ｐ型シリコン基板に到達する開口部を形成する第２の工程と、
前記Ｐ型シリコン基板をアルカリ溶液中に浸漬し、光照射しながらエッチングする第３の工程と、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記アルカリ溶液は、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ溶液のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記シリコン基板は、単結晶または多結晶であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記第３の工程で、前記Ｎ型拡散層が除去されるまでエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池などの光起電力装置の性能向上には、太陽光を如何に効率よく太陽電池内部に取り込むことができるかが重要な要素となる。そのため、従来では、光入射側の表面に意図的に数十ｎｍ〜数十μｍの寸法の微細な凹凸を形成したテクスチャ構造を作製している。このテクスチャ構造では、表面で一度反射した光を再度表面に入射させるようにして、より多くの太陽光を太陽電池内部に取り込むことで発生電流を増大させ、光電変換効率の向上を図っている。
【０００３】
従来の太陽電池用基板へのテクスチャ構造の形成は、以下に示す方法によって形成される（たとえば、特許文献１参照）。まず、表面にＮ型拡散層を形成したＰ型多結晶シリコン基板の一方の主面上にＳｉＮ膜などの耐エッチング膜を形成し、耐エッチング膜にレーザ加工によって耐エッチング膜を貫通する微細孔を形成する。ついで、フッ酸と硝酸と水とを混合したエッチング液を用いた混酸エッチングによって、耐エッチング膜に形成した微細孔を介してシリコン基板表面をエッチングする。これによって、微細孔を中心として、その同心位置に凹部、すなわちシリコン基板表面にテクスチャ構造が形成される。このような方法によれば、シリコン基板表面の結晶面方位に影響されずに均一なテクスチャ構造を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６７２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術では、テクスチャ構造の形成にフッ酸と硝酸を含む混酸を用いているが、一般に酸の価格は高価である。また、エッチング液に用いられる硝酸には窒素（Ｎ）が含まれているため、エッチング液をそのまま廃水として流すことができず、廃液処理費用が高価になってしまう。このように、酸を用いたエッチングでシリコン基板をエッチングする場合には、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、酸を用いたエッチング処理に比して製造コストを低減することができるエッチング方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかるエッチング方法は、Ｐ型シリコン基板の表面にＮ型拡散層を形成する第１の工程と、前記Ｐ型シリコン基板の一の主面に、前記Ｎ型拡散層を貫通し、前記Ｐ型シリコン基板に到達する開口部を形成する第２の工程と、前記Ｐ型シリコン基板をアルカリ溶液中に浸漬し、光照射しながらエッチングする第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成する際に、エッチング液としてアルカリ水溶液を用いたので、酸に比してアルカリの調達コストを低くすることができる。また、エッチング液には窒素が含まれないので、酸を用いた場合に比してエッチング液の廃液処理費用を低減することができる。その結果、酸を用いてエッチングを行った場合に比して、表面に均一な形状のテクスチャ構造を有するシリコン基板の製造コストを削減することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一般的な太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示される太陽電池のグリッド電極周辺の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、この実施の形態によるエッチング方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかるエッチング方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【００１１】
最初に、この実施の形態によってエッチングされたシリコン基板を用いた太陽電池の構成の概要について説明する。図１は、一般的な太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は太陽電池の上面図であり、（ｂ）は太陽電池の裏面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。また、図２は、図１に示される太陽電池のグリッド電極周辺の一部を拡大して示す断面図である。
【００１２】
図１に示されるように、太陽電池１０は、半導体基板としてのＰ型シリコン基板（以下、単にシリコン基板ともいう）１２と、このＰ型シリコン基板１２の一方の主面（受光面）側の表面に形成されるＮ型の不純物を拡散させたＮ型拡散層１３と、他方の主面（裏面）側の表面に形成されるシリコン基板１２よりも高濃度にＰ型の不純物を含んだＰ＋層１４と、を含む光電変換層１１を備える。
【００１３】
また、太陽電池１０は、光電変換層１１の受光面への入射光の反射を防止する反射防止膜１５と、光電変換層１１で発電された電気を局所的に集電するために受光面に所定のピッチで複数平行に設けられる銀などからなるグリッド電極２１と、グリッド電極２１で集電された電気を外部に取り出すためにグリッド電極２１にほぼ直交して設けられる銀などからなるバス電極２２と、光電変換層１１で発電された電気の集電と光電変換層１１を透過した入射光の反射を目的としてＰ型シリコン基板１２の裏面のほぼ全面に設けられるアルミニウムなどからなる裏側集電電極３１と、この裏側集電電極３１に生じた電気を外部に取り出す銀などからなる裏側取出電極３２と、を備える。なお、受光面側（表面側）のグリッド電極２１とバス電極２２とを合わせて、以下では、表面電極２０ともいい、裏面側の裏側集電電極３１と裏側取出電極３２とを合わせて、以下では、裏面電極３０ともいう。
【００１４】
さらに、図２に示されるように、太陽電池１０の受光面側は、曲率を有する面などで形成される複数の凹部５１からなるテクスチャ構造が形成されたテクスチャ構造形成領域ＲTと、太陽電池１０のグリッド電極２１などの表面電極２０が形成される表面電極形成領域ＲEと、を有する。
【００１５】
テクスチャ構造形成領域ＲTには、シリコン基板１２の受光面（上面）に所定の間隔で形成された複数の凹部５１によってテクスチャ構造が形成されており、凹部５１を形成する面を含むシリコン基板１２の上面から所定の深さにはＮ型の不純物が拡散されたＮ型拡散層１３が形成される。また、この図２では断面図を示しているが、凹部５１の基板面と平行な方向の断面は、ほぼ円形状を有している。つまり、凹部５１の形状は、おわん状を有している。また、表面電極形成領域ＲEには、凹部５１が形成されておらず、シリコン基板１２表面に形成されたＮ型拡散層１３上の平坦な領域に表面電極２０（図２では、グリッド電極２１）が形成される。なお、シリコン基板１２の受光面と裏面の構造は、図１で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。また、ここではグリッド電極２１周辺の構造について説明しているが、バス電極２２周辺の構造も同様である。
【００１６】
このように構成された太陽電池１０では、太陽光が太陽電池１０の受光面側からＰＮ接合面（Ｐ型シリコン基板１２とＮ型拡散層１３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ＰＮ接合面付近の電界によって、生成した電子はＮ型拡散層１３に向かって移動し、ホールはＰ＋層１４に向かって移動する。これにより、Ｎ型拡散層１３に電子が過剰となり、Ｐ＋層１４にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はＰＮ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、Ｎ型拡散層１３に接続した表面電極２０がマイナス極となり、Ｐ＋層１４に接続した裏面電極３０がプラス極となり、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００１７】
つぎに、このような構造の太陽電池１０に使用されるシリコン基板のエッチング方法について説明する。図３は、この実施の形態によるエッチング方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である。
【００１８】
まず、Ｐ型シリコン基板１２を用意する。シリコン基板１２としては、民生用太陽電池向けとして最も多く使用されている多結晶シリコン基板を用いることができるが、単結晶シリコン基板を用いてもよい。多結晶シリコン基板は、多結晶シリコンインゴットからマルチワイヤソーでスライスしたものを、酸またはアルカリ溶液を用いたウェットエッチングでスライス時のダメージを除去して製造される。
【００１９】
ついで、図３（ａ）に示されるように、ダメージ除去後のシリコン基板１２を熱酸化炉へ投入し、Ｎ型の不純物としてのリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱し、シリコン基板１２表面にリンを拡散させ、Ｎ型拡散層１０１を形成する。ここでは、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）雰囲気下で、たとえば８４０℃で１０分間、シリコン基板１２を保持し、リンを拡散させる。これによって、シリコン基板１２の表面はｎ型拡散層１０１で覆われる。
【００２０】
ついで、図３（ｂ）に示されるように、シリコン基板１２の一方の主面側のテクスチャ構造形成領域に、Ｎ型拡散層１０１を貫通し、その下部のＰ型シリコン基板１２にまで達する開口部５１ａを形成する。開口部５１ａの形成方法としては、レーザ加工法やサンドブラスト法などを用いることができる。この開口部５１ａ内で、Ｐ型シリコン基板１２がむき出しの状態となる。
【００２１】
ついで、図３（ｃ）〜（ｄ）に示されるように、所定の温度のアルカリ溶液１０２中に、シリコン基板１２を浸漬するとともに、Ｐ型シリコン基板１２とＮ型拡散層１０１とで形成されるＰＮ接合が吸収可能な波長範囲の光１０３を照射して、エッチングを行う。光１０３の照射は、シリコン基板１２の開口部５１ａが形成された表面側からでもよいし、対向する裏面側からでもよい。また、照射する光１０３は、Ｐ型シリコン基板１２とＮ型拡散層１０１との間に電位差を発生させることができるだけの光強度を有すればよく、１０Ｗ／ｍ2以上であればよい。さらに、アルカリ溶液１０２として、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ水溶液）、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ水溶液）、およびＴＭＡＨ（Tetramethylammonium  hydroxide）溶液などを用いることができる。
【００２２】
このエッチング時においては、まず、図３（ｃ）に示されるように、光照射によって、開口部５１ａ内のＰ型シリコン基板１２側がプラスに帯電し、Ｎ型拡散層１０１側がマイナスに帯電する。その結果、アルカリ溶液１０２中で電離している水酸化物イオンＯＨ-が開口部５１ａ内のＰ型シリコン基板１２に引き寄せられ、Ｐ型シリコン基板１２の表面（露出している面）が均一に酸化され、酸化膜１１１が形成される。
【００２３】
ついで、図３（ｄ）に示されるように、所定の温度のアルカリ溶液１０２中では、均一に形成された酸化膜１１１が、均一に溶解し、Ｐ型シリコン基板１２とＮ型拡散層１０１が露出する。この酸化膜１１１の溶解によって、開口部５１ａ内でエッチングが等方的に進む。
【００２４】
その後、Ｎ型拡散層１０１が除去されるまで、図３（ｃ）〜（ｄ）の工程が繰り返し行われて開口部５１ａの開口径が大きくなり、図３（ｅ）に示されるように、最終的にどの位置でも同じ形状の凹部５１が形成される。Ｎ型拡散層１０１が除去されると、光照射によって電位差発生部分がなくなるため、等方的なエッチングが自動的に停止する。以上によって、テクスチャ構造を表面に有するシリコン基板１２が形成される。
【００２５】
テクスチャ構造が形成されたシリコン基板１２を用いた太陽電池の製造方法は、以下のようにして行われる。図４は、太陽電池の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。なお、ここでは、図２に対応する部分の断面図を示している。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示されるように、シリコン基板１２のテクスチャ構造が形成された表面側（受光面側）に、Ｎ型の不純物としてのリンを拡散させ、テクスチャ構造を形成する凹部５１表面にＮ型拡散層１３を形成する。その後、図４（ｂ）に示されるように、表面側のＮ型拡散層１３のみを残し、シリコン基板１２の裏面や側面に形成されたＮ型拡散層１３を除去する。ついで、図４（ｃ）に示されるように、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法やスパッタ法などの成膜法によって、Ｎ型拡散層１３の表面にＳｉＮ膜からなる反射防止膜１５を形成する。
【００２７】
その後、シリコン基板１２の表面および裏面に、それぞれ表面電極形成層と裏面電極形成層を形成する。具体的には、図４（ｄ）に示されるように、アルミニウムの混入した導電性ペーストをシリコン基板１２の裏面の裏側取出電極３２形成位置以外の全面にスクリーン印刷法などの方法で印刷して裏側集電電極形成層３１Ａを形成する。また、銀などを混入した導電性ペーストをシリコン基板１２の裏面の所定の位置（裏側取出電極３２形成位置）にスクリーン印刷法などの方法で印刷して、図示しない裏側取出電極形成層を形成する。以上の裏側集電電極形成層３１Ａと裏側取出電極形成層とで、裏面電極形成層が形成される。さらに、反射防止膜１５を形成したシリコン基板１２の表面の所定の位置に、銀などを混入した導電性ペーストを櫛形にスクリーン印刷法などの方法によって印刷し、表面電極形成層を形成する。図では、グリッド電極となる表面電極形成層２１Ａが示されているが、バス電極の形成位置にも同様に表面電極形成層が形成される。このとき、受光面側に形成される導電性ペーストは、凹部５１が形成されていない平坦な表面電極形成領域ＲE上に塗布されるように、位置合わせを行って形成される。
【００２８】
以上のようにして表面電極と裏面電極の基となるパターンを形成した後、シリコン基板１２の焼成処理を実施する。焼成処理は、たとえば、大気雰囲気中、７６０℃で実施し、表面（受光面）には表面電極２０が形成され、裏面には裏面電極３０が形成される。このとき、表面電極２０は、接合部分において、反射防止膜１５を突き抜けＮ型拡散層１３とコンタクトする。これによって、Ｎ型拡散層１３は表面電極２０と良好な抵抗性接合を得ることができる。また、裏面に形成されたアルミニウムの混入したペーストからアルミニウムがシリコン基板１２中に拡散し、シリコン基板１２の裏面側にＢＳＦ機能を有するＰ＋層１４を形成するとともに、Ｐ＋層１４の形成に使用されなかったペースト中のアルミニウムは、裏側集電電極３１となる。以上の工程によって、図１〜図２に示される太陽電池１０が作製される。
【００２９】
この実施の形態によれば、単結晶または多結晶のシリコン基板の表面に、高価で廃水処理に費用のかかる酸を用いることなく、アルカリ溶液１０２で等方的に開口部５１ａをエッチングすることができる。また、アルカリ溶液１０２には窒素が含まれないので、使用済みのエッチング液の処理が、酸の場合に比して簡易になる。そのため、テクスチャ構造を有するシリコン基板１２を、従来に比して低コストで製造することができるという効果を有する。
【００３０】
また、表面にＮ型拡散層１０１を形成したＰ型シリコン基板１２の受光面側に、Ｐ型シリコン基板１２に到達する開口部５１ａを形成した後、アルカリ溶液１０２中で光１０３を照射しながらエッチングするようにしたので、開口部５１ａを等方的にエッチングすることができる。その結果、結晶方位の異なる多結晶シリコン基板を用いた場合でも、同じ形状の凹部５１を形成することができる。さらに、Ｎ型拡散層１０１が除去されると、等方的なエッチングが止まるので、エッチングし過ぎることがないという効果も有する。
【００３１】
また、開口部５１ａを、マスクを用いずに形成するので、マスクを用いて開口部５１ａを形成する場合に比して、工程が削減され、製造に要するエネルギ消費量を削減することができるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、この発明にかかるエッチング方法は、シリコン基板を用いた太陽電池の製造に有用であり、特に、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製造に適している。
【符号の説明】
【００３３】
１０  太陽電池
１１  光電変換層
１２  シリコン基板
１３，１０１  Ｎ型拡散層
１４  Ｐ＋層
１５  反射防止膜
２０  表面電極
２１  グリッド電極
２１Ａ  表面電極形成層
２２  バス電極
３０  裏面電極
３１  裏側集電電極
３１Ａ  裏側集電電極形成層
３２  裏側取出電極
５１  凹部
５１ａ  開口部
１０２  アルカリ溶液
１０３  光
１１１  酸化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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