(57)【要約】【課題】ステージの削り滓による汚染や基板材料の破損の抑制による歩留まりの向上と、製造コストの抑制とを可能とする、太陽電池の製造方法を得ること。【解決手段】ステージ２の載置面に載置された半導体基板１を加工する加工工程を含み、少なくとも載置面が、半導体基板１のうち載置面に接する側の表面を構成する材質と同一の材質を用いて構成されているステージ２を、加工工程において使用し、半導体基板１の表面と、ステージ２の載置面とが、窒化シリコンを用いて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージの載置面に載置された半導体基板を加工する加工工程を含み、
少なくとも前記載置面が、前記半導体基板のうち前記載置面に接する側の表面を構成する材質と同一の材質を用いて構成されている前記ステージを、前記加工工程において使用することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の前記表面と、前記ステージの前記載置面とが、窒化シリコンを用いて構成されてい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。
【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、特に、単結晶または多結晶シリコン太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の製造方法において、基板材料である半導体基板は、ステージに載置されて加工が施される。例えば、スクリーン印刷法を使用して電極を形成する工程では、半導体基板の全体が、硬く平らなステージに設置される。一般に、ステージの表面は、ステンレス等の金属材料で構成されている。
【０００３】
例えばステンレスは、機械部品としての十分な硬さを備える一方、太陽電池の表面を構成する例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）に比べると軟らかい材質である。ＳｉＮからなる表面を持つテクスチャ構造をステージのステンレス面に当接させて半導体基板を加工した場合に、テクスチャ構造によりステンレス面が削られる場合が起こり得る。削り取られた金属滓が半導体基板の表面に付着し、後の工程においても残存した場合、金属滓による汚染が、太陽電池の電気特性の低下を引き起こすことになる。
【０００４】
ステージ表面が削られないように、ＳｉＮより硬い材質でステージ表面を構成した場合、衝撃等によって半導体基板の表面を破損させる場合が起こり得る。かかる破損は、太陽電池の電気特性を低下させ、歩留まり低下の要因となることもある。
【０００５】
例えば、特許文献１には、太陽電池の表面の破損を防止する目的で、初期の工程にて基板材料の表面に保護用シートを貼り付け、最終工程で剥離する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７５７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、保護用シートの貼り付けおよび剥離のための工程の増加、保護用シートを使用する分の材料費の増加を招き、製造コストが上昇することが問題となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステージの削り滓による汚染や基板材料の破損の抑制による歩留まりの向上と、製造コストの抑制とを可能とする、太陽電池の製造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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ステージの載置面に載置された半導体基板を加工する加工工程を含み、少なくとも前記載置面が、前記半導体基板のうち前記載置面に接する側の表面を構成する材質と同一の材質を用いて構成されている前記ステージを、前記加工工程において使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加工工程において、半導体基板とステージとは、同一の材質同士で接触する。同じ硬さを持つ同一材質同士の接触とすることで、半導体基板によってステージの表面が削り取られることと、ステージとの衝撃によって半導体基板の表面が破損することとを抑制可能とする。また、ステージの材質が汚染源となることも回避できる。本発明では、保護用シート等、基板材料の保護のための部材を基板ごとに配置する場合に対し、工程数および材料費を低減可能とする。これにより、ステージの削り滓による汚染や基板材料の破損の抑制により歩留まりを向上させ、かつ製造コストを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法において、加工が施されている半導体基板と、半導体基板が載置されたステージとの断面模式図である。
【図２−１】図２−１は、実施の形態の比較例として、半導体基板側の材質に対して軟らかい材質でステージを構成した場合を説明する図である。
【図２−２】図２−２は、実施の形態の比較例として、半導体基板側の材質に対して軟らかい材質でステージを構成した場合を説明する図である。
【図２−３】図２−３は、実施の形態の比較例として、半導体基板側の材質に対して軟らかい材質でステージを構成した場合を説明する図である。
【図３】図３は、実施の形態の他の比較例として、半導体基板側の材質に対して硬い材質でステージを構成した場合を説明する図である。
【図４−１】図４−１は、テクスチャ構造の先端付近におけるひびによる影響について説明する図である。
【図４−２】図４−２は、テクスチャ構造の先端付近におけるひびによる影響について説明する図である。
【図４−３】図４−３は、テクスチャ構造の先端付近におけるひびによる影響について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００１３】
実施の形態．
まず、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法の概要について説明する。半導体基板となるシリコン基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているｐ型多結晶シリコン基板を用意する。なお、多結晶シリコン基板の代わりに単結晶シリコン基板を用いてもよく、ｐ型シリコン基板の代わりにｎ型シリコン基板を用いてもよい。
【００１４】
ｐ型多結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型多結晶シリコン基板を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングする。エッチングにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のｐ型多結晶シリコン基板の厚みは、例えば１８０μｍ、寸法は例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。
【００１５】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面にテクスチャ構造として微小凹凸を形成してもよい。このようなテクスチャ構造を半導体基板の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セルに入射する光を効率的にｐ型多結晶シリコン基板の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。
【００１６】
なお、本実施の形態は、テクスチャ構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や、主にフッ酸および硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をｐ型多結晶シリコン基板の表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりｐ型多結晶シリコン基板の表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、あるいは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive  Ion  Etching）を用いた手法など、いずれの手法を用いても差し支えない。
【００１７】
つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板を熱酸化炉へ投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型多結晶シリコン基板の表面にリン（Ｐ）を拡散させて、ｎ型不純物拡散層を形成して半導体ＰＮ接合を形成する。これにより、ｐ型多結晶シリコン基板とｎ型不純物拡散層とのＰＮ接合を有する半導体基板が形成される。本実施の形態では、ｐ型多結晶シリコン基板をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８４０℃程度の温度で加熱することにより、ｎ型不純物拡散層を形成する。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板の表面にｎ型不純物拡散層が形成され、更にｎ型不純物拡散層の最表面には、熱酸化時形成シリコン酸化膜（以下、シリコン酸化膜と呼ぶ）が形成される。
【００１８】
つぎに、半導体基板を例えばフッ酸溶液中に浸漬してシリコン酸化膜を溶解させて除去する。半導体基板をフッ酸溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜が溶解して除去される。
【００１９】
つぎに、ｎ型不純物拡散層を形成したｐ型多結晶シリコン基板の受光面側に、表面保護および光電変換効率改善のために、反射防止膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。反射防止膜の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００２０】
つぎに、受光面側電極（ｎ型電極）および裏面側電極（ｐ型電極）を形成する。まず、アルミニウムおよびガラスの混入したアルミニウム電極ペーストを半導体基板の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。つづいて、銀およびガラスの混入した銀電極ペーストを半導体基板の表面に櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。そして、焼成処理を実施する。焼成は、大気雰囲気中、例えば７６０℃程度で実施する。これにより、アルミニウム電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の受光面側電極（ｎ型電極）になり、該受光面側電極（ｎ型電極）中の銀が反射防止膜を貫通して、ｎ型不純物拡散層と受光面側電極（ｎ型電極）とが電気的に接続する。銀電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面側電極（ｐ型電極）になる。
【００２１】
つぎに、ｐ型シリコン基板の受光面端にレーザ光を照射し、ＰＮ接合端部の分離処理を行う。以上の手順を経て、単結晶または多結晶シリコン太陽電池を製造する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法において、加工が施されている半導体基板と、半導体基板が載置されたステージとの断面模式図である。本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法は、ステージ２の載置面に載置された半導体基板１を加工する加工工程を含む。かかる加工工程は、例えば、半導体基板１の裏面に裏面側電極（ｐ型電極）を形成するためのスクリーン印刷工程とする。
【００２３】
ステージ２は、例えば金属材料からなる基材２２と、基材２２上に形成された表層部２１とを有する。表層部２１は、ステージ２のうち、半導体基板１が載置される載置面を構成する。本実施の形態において、表層部２１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いて構成されている。基材２２は、機械部品としての十分な硬さを備えるものであれば、いずれの材質としても良い。
【００２４】
半導体基板１は、ｐ型シリコン基板１２の表面にＳｉＮ膜１１が形成されている。ＳｉＮ膜１１は、例えば、ｐ型シリコン基板１２の受光面側の表面のテクスチャ構造上に設けられている。図示する工程において、半導体基板１は、テクスチャ構造上のＳｉＮ膜１１をステージ２の載置面に当接させて、載置されている。
【００２５】
ステージ２の載置面と、半導体基板１のうち載置面に接する側の表面とは、同一の材質であるＳｉＮを用いて構成されている。本実施の形態の太陽電池の製造方法は、ステージ２と半導体基板１とで、同一の材質を用いて構成されている表面同士を当接させて行う加工工程を含む。
【００２６】
図２−１から図２−３は、本実施の形態の比較例として、半導体基板側の材質に対して軟らかい材質でステージを構成した場合を説明する図である。図２−１に示すステージ３は、半導体基板１の表面のＳｉＮに対して軟らかい材質、例えばステンレスを用いて全体が構成されている。
【００２７】
ステージ３の載置面に、半導体基板１のうちＳｉＮからなる表面を持つテクスチャ構造を当接させて行う加工工程において、図２−２に示すように、テクスチャ構造の硬い先端が、軟らかいステージ３へ突き当てられる。太陽電池を量産する場合に、半導体基板１側の硬い材質をステージ３へ押し当てる、あるいは摺動させるような加工工程が繰り返されることで、ステージ３が載置面から徐々に摩耗することが起こり得る。
【００２８】
半導体基板１によるステージ３の摩耗が進行すると、図２−３に示すように、ステージ３から削り取られた削り滓３１が、半導体基板１の表面に付着することがある。例えば、金属部材で構成されたステージ３からの金属滓が、後の工程においても残存した場合、金属滓による汚染が、太陽電池の電気特性の低下を引き起こすことになる。
【００２９】
図３は、本実施の形態の他の比較例として、半導体基板側の材質に対して硬い材質でステージを構成した場合を説明する図である。ステージ４は、少なくとも載置面が、半導体基板１の表面のＳｉＮに対して硬い材質、例えば石英を用いて構成されている。
【００３０】
ステージ４の載置面に、半導体基板１のうちＳｉＮからなる表面を持つテクスチャ構造を当接させて行う加工工程において、テクスチャ構造の先端が、さらに硬いステージ３へ突き当てられる。半導体基板１のテクスチャ構造をステージ３へ押し当てるような加工工程において、テクスチャ構造の先端付近に、ひび４１を生じさせることが起こり得る。
【００３１】
図４−１から図４−３は、テクスチャ構造の先端付近におけるひびによる影響について説明する図である。例えば、図４−１に示すように、テクスチャ構造の表層付近に位置するＮ層４３と、Ｎ層４３より内側に位置するＰ層４２とに及ぶひび４１が生じたとする。ひび４１は、図４−２に示すように、テクスチャ構造の先端を欠損させる要因となり得る。
【００３２】
テクスチャ構造の先端が欠損した部分は、半導体基板１の表面にＮ層４３とＰ層４２とが露出することとなる。かかる欠損部分は、図４−３に示すように電極４４が重ね合わせられることでＰＮ接合の短絡を生じさせる要因となり得る。
【００３３】
本実施の形態によれば、加工工程において、半導体基板１とステージ２とは、同一の材質同士で接触する。同じ硬さを持つ同一材質同士の接触とすることで、半導体基板１によってステージ２の表面が削り取られることと、ステージ２との衝撃によって半導体基板１の表面が破損することとを抑制可能とする。
【００３４】
ステージ２の摩耗を抑制させることで、ステージ２の耐久性を高めることもできる。製造装置におけるステージ２の交換頻度を少なくでき、製造装置のメンテナンスおよび部品交換のコストを抑制可能とすることで、太陽電池の製造コストを抑えることができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、ステージ２の載置面を、半導体基板１の表面と同一の材質とすることで、ステージ２の材質が汚染源となることも回避できる。また、保護用シート等、基板材料の保護のための部材を基板ごとに配置する場合に対し、工程数および材料費を低減可能とする。これにより、ステージ２の削り滓による汚染や半導体基板１の破損の抑制により歩留まりを向上させ、かつ製造コストを抑制できるという効果を奏する。
【００３６】
なお、本実施の形態において、ステージ２の載置面と、半導体基板１の表面とは同一の材質であれば良く、ＳｉＮ以外の同一の材質としても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  半導体基板
２  ステージ
１１  ＳｉＮ膜
１２  ｐ型シリコン基板
２１  表層部
２２  基材
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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