(57)【要約】【課題】短時間で高品質のテクスチャーを形成することの可能な太陽電池の製造方法を得ること。【解決手段】水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含むアルカリ性薬液に、第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成する工程と、結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、ｐｎ接合の形成された結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する工程とを含む。テクスチャー構造を形成する工程が、アルカリ性薬液を充填した第１のエッチング槽１６ａおよび第２のエッチング槽１７ａに、結晶系シリコン基板を、順次浸漬してエッチングする第１および第２のエッチング工程と、第１のエッチング工程に先立ち、結晶系シリコン基板を、第１のエッチング槽１６ａのアルカリ性薬液の液温に加熱する予備加熱工程とを含む。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含むアルカリ性薬液に、第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、前記結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成する工程と、
前記結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、
前記ｐｎ接合の形成された前記結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する工程とを含み、
前記テクスチャーを形成する工程が、前記アルカリ性薬液を充填した第１および第２のエッチング槽に、順次浸漬してエッチングする第１および第２のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程に先立ち、前記結晶系シリコン基板を、加熱する予備加熱工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程は、前記結晶系シリコン基板を、前記第１のエッチング槽の前記アルカリ性薬液の液温に加熱する工程であ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】
前記予備加熱工程は、温風加熱工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記予備加熱工程は、ランプ加熱工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記予備加熱工程は、前記結晶系シリコン基板を温水で加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記予備加熱工程は、別途設けられた温水槽に前記基板を浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記予備加熱工程は、カセットに詰められた基板に温水をシャワー状に噴霧し加熱する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含むアルカリ性薬液に、第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、前記結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成する工程と、
前記結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、
前記ｐｎ接合の形成された前記結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する工程とを含み、
前記テクスチャーを形成する工程が、
第１のエッチング槽の前記アルカリ性薬液の液温を、第１温度に設定し、エッチング開始時に前記第１温度よりも低い第２温度に制御する第１のエッチング工程と、
前記第２のエッチング槽の設定温度を前記第２温度に設定し、前記結晶系シリコン基板を順次浸漬してエッチングする第２のエッチング工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項９】
第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、前記結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成するテクスチャー形成部と、
前記結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成するｐｎ接合形成部と、
前記ｐｎ接合の形成された前記結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する電極形成部とを含み、
前記テクスチャー形成部が、
水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含むアルカリ性薬液を充填した第１および第２のエッチング槽と、
前記第１のエッチング槽への浸漬に先立ち、
基板を加熱する予備加熱部とを備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。
【請求項１０】
前記予備加熱部は、温風加熱部であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１１】
前記予備加熱部は、ランプ加熱部であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１２】
前記予備加熱部は、前記基板を温水で加熱する温水加熱部であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１３】
前記予備加熱部は、エッチングに先立ち前記基板を浸漬する温水槽であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１４】
前記予備加熱部は、カセットに詰められた基板に温水をシャワー状に噴霧し加熱する温水シャワーであることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の製造装置。
【請求項１５】
第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、前記結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成するテクスチャー形成部と、
前記結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成するｐｎ接合形成部と、
前記ｐｎ接合の形成された前記結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する電極形成部とを含み、
前記テクスチャー形成部が、
前記アルカリ性薬液を充填した第１および第２のエッチング槽に、順次浸漬してエッチングする第１および第２のエッチング部と、
前記第１のエッチング部の液温を、前記結晶系シリコン基板を投入する前には、第１の設定温度とし、
前記結晶系シリコン基板の投入時に、第１の設定温度よりも低い第２の設定温度とするＰＩＤ制御部とを備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。
【請求項１６】
前記第１の設定温度と前記第２の設定温度との差は、１０℃以下であることを特徴とする請求項１５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、太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置に係り、特にテクスチャーの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電装置においては製造コストの低減につながる発電効率の向上が望まれている。発電効率向上のひとつに、より多くの太陽光を効率よく吸収することを可能とするため、太陽光発電装置のシリコン基板表面に凹凸を形成する手法がある。テクスチャーと呼ばれるこの構造はシリコンの(１１１)面に囲まれた四角錐であり、テクスチャー表面で一度反射した太陽光を再度テクスチャー表面に到達させる操作を複数回繰り返し行うことを可能にし、より多くの太陽光を吸収する、光閉じ込め効果を得ることができる。テクスチャーの形成においては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性薬液に、イソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ：ＩＰＡ）等の添加剤を加えた高温のエッチング液にシリコン基板を浸漬し、シリコンの面方位によりエッチングレートが異なる性質を利用することで、シリコン基板の表面にテクスチャーを形成するのが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、シリコン基板を、複数の処理槽に連続して浸漬しテクスチャーを形成する多槽方式が開示されている。特許文献１の方法では、第１のエッチング液と比較して第２のエッチング液以降のエッチング液のエッチングレートを抑制する。これにより、エッチング処理に要する時間を短縮しつつ、光反射率を低減する。エッチングレートを抑制する方法としては、それぞれのエッチング液のアルカリ溶液と添加剤との組成比を変化させる、または、エッチング液を低温化することが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法においては、テクスチャー形成初期の段階でエッチングレートを増大することは、面内のテクスチャー形成に影響を与えることになり、均一なテクスチャーを形成することが困難である場合がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、短時間で高品質のテクスチャーを形成することの可能な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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムを含むアルカリ性薬液に、第１導電型の結晶系シリコン基板を浸漬し、結晶系シリコン基板の表面に、テクスチャーを形成する工程と、結晶系シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、ｐｎ接合の形成された結晶系シリコン基板に第１電極および第２電極を形成する工程とを含む。テクスチャーを形成する工程は、アルカリ性薬液を充填した第１および第２のエッチング槽に、結晶系シリコン基板を、順次浸漬してエッチングする第１および第２のエッチング工程と、第１のエッチング工程に先立ち、結晶系シリコン基板を、第１のエッチング槽のアルカリ性薬液の液温に加熱する予備加熱工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、短時間で高品質のテクスチャーを形成することの可能な太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池を示す断面図
【図２】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池を示す上面図
【図３】実施の形態１にかかるシリコン基板のエッチング方法により表面にテクスチャーを形成したシリコン基板表面の電子顕微鏡写真を示す図
【図４】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図５】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図６】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図７】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図８】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法のテクスチャー形成時のフローチャート
【図９】図８に示すフローチャートを実施するための装置構成の概略図
【図１０】実施の形態１のテクスチャー形成装置の加熱領域を示す図
【図１１】テクスチャー形成処理中の薬液温度の時間依存性を示す概略図
【図１２】エッチング槽投入前の基板温度を変化させたときの薬液温度変化量を基板温度との関係を示す表図
【図１３】事前の予備加熱なしの場合の、テクスチャー形状の違いを示すシリコン基板表面の電子顕微鏡写真を示す図
【図１４】事前の予備加熱有の場合の、テクスチャー形状の違いを示すシリコン基板表面の電子顕微鏡写真を示す図
【図１５】処理条件とテクスチャーの大きさのばらつきを示す表図
【図１６】実施の形態２のテクスチャー形成装置の加熱領域を示す図
【図１７】実施の形態３のテクスチャー形成装置の加熱領域を示す図
【図１８】実施の形態４のテクスチャー形成装置の加熱領域を示す図
【図１９】実施の形態５のテクスチャー形成装置の概略図
【図２０】実施の形態５のテクスチャー形成装置の装置構成の概略図
【図２１】薬液温度を事前に高くしたときの基板温度との関係を示す表図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法は、結晶系シリコン基板としてのｐ型単結晶シリコン基板表面にテクスチャーを形成するためのエッチング方法として、複数の処理槽３００に連続してｐ型単結晶シリコン基板１１ａを浸漬し、テクスチャーを形成する方式を含む。かかるエッチング方法では、複数の処理槽３００に連続してｐ型単結晶シリコン基板１１ａを浸漬する方式であってもテクスチャー形成中の温度を一定に保ち、良質なテクスチャーＴを形成するものである。実施の形態１の太陽電池の製造装置は、少なくとも水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムを含むアルカリ性薬液が満たされた槽を２つ以上持ち、ｐ型単結晶シリコン基板１１ａを順次、アルカリ性薬液に浸漬して異方性エッチングを行うことでテクスチャーＴを形成する。かかる装置では、薬液温度を所望の温度に保つための機構として、ヒータを用いた温度制御機構を備えている。さらに、カセットに装着されたｐ型単結晶シリコン基板１１ａをアルカリ性薬液に浸漬するに先立ち、基板温度を上昇させる昇温機構を持ち、アルカリ性薬液に浸漬する時点での基板温度を所望の温度に昇温する。かかる昇温機構により、ｐ型単結晶シリコン基板１１ａを投入した後のアルカリ性薬液の温度変動を小さくする。
【００１２】
次に、実施の形態１にかかるｐ型単結晶シリコン基板１１ａを用いて作製される太陽光発電装置を構成する太陽電池について説明する。図１および図２は、実施の形態１にかかるｐ型単結晶シリコン基板を用いて作製した太陽電池を示す図であり、図１は太陽電池の要部断面図、図２は太陽電池の上面図である。図１および図２に示す太陽電池は、ｐ型単結晶シリコン基板１１ａの基板表層にｎ型不純物拡散層１１ｂを有する基板１１と、基板１１の受光面１１Ａ側表面に形成された反射防止膜１２と、基板１１の受光面１１Ａ側の面の表面に形成された受光面電極１３と、基板１１の受光面１１Ａと反対側の面である裏面１１Ｂに形成された裏面電極１４とを備える。また、基板１１の裏面側の表層部における裏面電極１４の下層領域には、ｐ型シリコン基板１１ａよりもｐ型不純物を高濃度に含有するＰ+層１１ｃが形成されている。ｐ+層１１ｃは、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）効果を得るために設けられる。
【００１３】
また、受光面電極１３としては、グリッド電極１３Ｇおよびバス電極１３Ｂを含み、図１においてはグリッド電極１３Ｇの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、基板１１には、上述した実施の形態１にかかる基板のエッチング方法を用いて基板表面にテクスチャーＴを形成したｐ型単結晶シリコン基板１１ａを使用して、太陽電池を構成している。
【００１４】
次に、図１および図２に示す太陽電池を製造するための工程を説明する。まず、シリコンインゴットからスライス加工により切り出されたｐ型単結晶シリコン基板１１ａを基板として用いることで、ウェットエッチング工程で基板表面にテクスチャーＴが形成される。テクスチャー形成においては、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウム等のアルカリ性薬液に添加剤としてＩＰＡ等の有機物を加えた高温のウェットエッチング液に、ｐ型単結晶シリコン基板１１ａを浸漬する。ウェットエッチング液中で、シリコンの面方位によりエッチングレートが異なる性質を利用することで、該ｐ型単結晶シリコン基板１１ａの表面にテクスチャーＴを形成する。これにより形成されたテクスチャーＴの電子顕微鏡写真を図３に、断面図を図４に示す。図４から図７は実施の形態１の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。
【００１５】
次に、テクスチャーＴが形成されたｐ型単結晶シリコン基板１１ａを熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）蒸気の存在下で加熱してｐ型単結晶シリコン基板１１ａの表面にリンガラス層３１を形成しつつｐ型単結晶シリコン基板１１ａ中にリンを拡散させ、基板１１の表層にｎ型不純物拡散層１１ｂを形成して、図５に示すように基板１１を形成する。
【００１６】
次に、フッ酸溶液中で基板１１表面のリンガラス層３１を除去した後、図６に示すように、反射防止膜１２としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をｎ型不純物拡散層１１ａ上に形成する。反射防止膜１２の膜厚および屈折率は、太陽高度など、使用環境に応じて最大限に光反射を抑制することのできる値に設定する。なお、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１２は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
【００１７】
この後、図７に示すように、反射防止膜１２をマスクとして、基板１１の側面および裏面１１Ｂのｎ型不純物拡散層１１ｂをプラズマ処理によりエッチング除去する。
【００１８】
次に、基板１１の受光面に銀を含有するペーストを櫛形にスクリーン印刷し、基板１１の裏面にアルミニウムを含有するペーストを全面にスクリーン印刷した後、焼成処理を実施して受光面電極１３と裏面電極１４とを形成する。
【００１９】
基板１１の裏面側では、アルミニウムペーストが基板１１の裏面１１Ｂのシリコンと反応して裏面電極１４が得られ、かつ基板１１の裏面１１Ｂの表層にアルミニウムペーストからアルミニウムが拡散して裏面電極１４の直下にｐ+層１１ｃが形成される。以上のようにして、図１および図２に示す太陽電池が作製される。
【００２０】
上述のようにして太陽電池が製造される。テクスチャー形成工程では、複数の処理槽に連続して順次基板を浸漬し、テクスチャーを形成する。実施の形態１の太陽電池の製造方法においてテクスチャーを形成する場合、それぞれの処理槽で薬液の濃度あるいは温度などを細やかに変更することが可能であり、緻密な制御が可能になると考えられる。一方で、単位時間あたりの処理枚数を増やすために、単槽処理に比べて、１槽あたりの処理時間は短くなる。そのため、基板の投入により生じる温度変動が問題となる。槽の容量を大きくして温度変動幅を小さくすることは可能であるが、薬液使用量が増えてしまい、コスト増となってしまう。
【００２１】
そこで、実施の形態１の太陽電池の製造方法では、薬液使用量を増大することなく、複数の処理槽に連続して基板を浸漬し、テクスチャーを形成する方式であってもテクスチャー形成中の温度を一定に保ち、良質なテクスチャーを形成する方法を提供する。
【００２２】
まず、テクスチャーの形成前には、基板表面に付着する有機成分、金属成分の汚染物質を除去するための洗浄を実施しても良い。そのため、ここでは、テクスチャー形成装置とは異なる装置において、オゾン水を用いた洗浄をすべての場合に実施している。オゾン水濃度は５ｐｐｍ、基板浸漬時間は１８０秒であり、オゾン水の供給はオーバーフロー方式である。なお、基板の洗浄には過酸化水素水を用いた洗浄を行ってもよい。
【００２３】
テクスチャーの形成条件は、２．０ｗｔ％の水酸化ナトリウムと、シリコン基板のエッチング異方性を引き起こす添加剤を混合した薬液を、８５℃に調温した薬液を使用し、１槽あたりの浸漬時間は２００秒とした。すべての槽で上記と同条件を採用し、連続して６槽に浸漬することでテクスチャー形成を実施した。テクスチャー形成槽は、ＰＩＤ制御で温度制御されており、薬液の循環機構を有してもよい。
【００２４】
また、複数あるテクスチャー形成槽の間では、必要に応じて純水による洗浄を実施してもよく、ここでは純水による洗浄を実施している。なお、基板表面の洗浄、テクスチャー形成の条件はともに、上記に縛られることなく自由に選択してよい。
【００２５】
テクスチャー形成のため、基板をアルカリ性薬液に浸漬する際、投入した基板と薬液の温度差によって、薬液の温度が大きく変動し、テクスチャー形成に影響することがある。特にそのテクスチャー形成の初期段階における影響が大きく、対策が必要である。
【００２６】
そこで、図８にフローチャートに示すように、エッチングに先立ち、基板の予備加熱を行う。
【００２７】
図８のフローチャートを実現するテクスチャー形成装置の概略図を図９に示す。テクスチャー形成装置２００に投入された基板１１は、まず加熱領域１５にて、加熱される。加熱方式については後述する。加熱された基板１１は、テクスチャー形成のためアルカリ性薬液の入った槽１６ａに浸漬される。なお、アルカリ性薬液から基板を引き上げた後に洗浄を実施する場合には、純水洗浄槽１６ｂを要する。本実施の形態で用いるテクスチャー形成方式は、複数の処理槽に連続して基板を浸漬しテクスチャーを形成する方式であるため、アルカリ性薬液の入った槽が２つ以上あり、基板は順次アルカリ性薬液に浸漬される。実施の形態１のテクスチャー形成装置では、第１セット１６、第２セット１７が形成され、第２セット１７においてもアルカリ性薬液の入ったテクスチャー形成槽１７ａと、純水洗浄槽１７ｂとを有する。
【００２８】
加熱領域１５において、基板１１をアルカリ性薬液に浸漬する前に加熱する機構を図１０に示す。図１０に示した加熱方式は、図９の加熱領域１５に備わる機構であり、基板とカセットに温風を吹き付ける方式である。温風の吹き付けにより加熱された基板では、所定の温度に到達した後に、テクスチャー形成が開始される。
【００２９】
図８のフローチャートに従い、上記図９および図１０に示したテクスチャー形成装置を用いて、エッチング処理を行う。まずステップＳ１として投入する基板１１とカセットを事前に加熱し、その後、ステップＳ２として、第１のエッチング液でエッチング処理を行う。ステップＳ２では、ステップＳ２で事前に加熱した後、第１のエッチング槽のアルカリ性薬液に基板を浸漬することで薬液の温度変動を最小限に抑える。
【００３０】
さらに、実施の形態１のフローチャートでは、ステップＳ３としてステップＳ２と同等の第２のエッチング液としてのアルカリ性薬液に基板１１を浸漬し、エッチング処理を行う。このとき、ステップＳ２とＳ３の間には、純水による洗浄を実施した。
【００３１】
図１１に、テクスチャー形成処理中の薬液温度の時間依存性を測定した結果を示す。図中のΔＴ１,ΔＴ２はそれぞれ投入時の温度と処理中の最低温度との差、処理中の最高温度と最低温度の差を示す。さらに、基板表面に付着した有機物あるいは金属成分の除去するため、テクスチャー形成前に同一装置内で基板洗浄を実施することが必要な場合がある。洗浄後の基板の温度を、テクスチャー形成槽に投入する前に加熱する方式として、上記の別途温風を吹き付ける加熱方式に代えて、洗浄に使用する薬液の温度を薬液の温度に近づける、洗浄後の洗浄剤をすすぐための純水の温度を、薬液の温度に近づける、一旦乾燥させることを目的として温風を吹き付けるなど、状況に応じて適切な加熱方式を採用してもよい。
【００３２】
テクスチャー形成槽である処理槽３００に投入前の基板１１とカセット３１０を加熱することなく、テクスチャー形成槽のアルカリ薬液に浸漬した場合、基板１１とカセット３１０の投入により薬液温度は急激に低下する。一旦低下した後に薬液温度は、所望のテクスチャー処理温度まで回復するが、１槽あたりの処理時間の短い多槽方式のテクスチャー形成装置では、回復に要する時間が致命的な影響を与え、基板面内にテクスチャー形成のムラが生じることが分かっている。
【００３３】
そこで、図１０に示したように、温風加熱を実施した。テクスチャー形成槽に投入する直前に基板１１とカセット３１０に温風を吹きかけ６０℃程度まで昇温し、その後、テクスチャー形成を開始する方法を実施した。比較検討のため、テクスチャー形成槽に投入する直前に基板とカセットに冷風を吹きかけ１０℃程度まで冷却した基板でも同様のテクスチャー処理を実施した。また、２５℃の常温で放置した基板についても同様のテクスチャー処理を実施した。
【００３４】
その結果を図１２の表１に示す。表１に示す条件１から３は、それぞれテクスチャー形成槽に基板を投入する前の基板温度の違いを示しており、条件１は１０℃、条件２は２５℃、条件３は６０℃である。また、ΔＴ１は投入時の温度と処理中の最低温度との温度差を示している。この結果、基板１１とカセット３１０を薬液温度に近づけた場合に、基板投入後の薬液温度の低下が抑制されることが分かる。薬液の温度低下が少ないことで、所望の温度に回復するまでに要する時間も短くなり、所望の温度での処理時間が長くなる。
【００３５】
図１３には、事前に基板１１とカセット３１０を１０℃に冷却した場合すなわち図１２における条件１、図１４には、事前に基板１１とカセット３１０を６０℃に加熱した場合すなわち図１２における条件３の、基板１１の表面に形成されたテクスチャーの形状を電子顕微鏡にて観察した結果を示す。図１３と図１４との比較から、事前に加熱した場合には、加熱しなかった場合に比べて、テクスチャーの大きさが揃っていることがわかる。テクスチャーの大きさが揃っているのは、薬液温度の安定化により、面内で均一なテクスチャーが形成されたためである。このときのテクスチャーの大きさのばらつきについて考察した。図１３および図１４の電子顕微鏡写真からそれぞれのテクスチャーの大きさを算出し、テクスチャーの大きさの標準偏差を求め、基板１１とカセット３１０を１０℃に冷却した、条件１の場合の標準偏差を１とした結果を図１５に表２で示す。その結果、カセット３１０および基板１１を事前に加熱した、条件２の場合の標準偏差が０．７１であったことから、ばらつきをおよそ３０％抑制できることが判明した。
【００３６】
以上説明してきたように、実施の形態１の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置によれば、複数の処理槽に連続して基板１１を浸漬し、テクスチャーを形成する方式であっても、エッチング開始時に薬液があらかじめ決定された一定温度となるように、基板を予備加熱することで、薬液使用量を増やすことなく、テクスチャー形成中の温度を一定に保ち、短時間で良質なテクスチャーを形成できる。
【００３７】
また、投入する基板１１とカセット３１０を事前に加熱し、その後、アルカリ性薬液に基板を浸漬することで、薬液の温度変動を最小限に抑えることができる。
【００３８】
実施の形態1の太陽電池の製造装置および製造方法で得られた太陽電池は、均一で信頼性の高いテクスチャー構造を得ることができることから、太陽電池の特性向上および外観不良低減の効果がある。付随効果として、テクスチャーエッチングに用いられる薬液の交換頻度を少なくできる効果がある。
【００３９】
実施の形態２．
なお、前記実施の形態では、温風加熱によってあらかじめ基板を予備加熱したが、図１６に示すように、基板とカセットの待機中に、ランプ熱による加熱を行う加熱用ランプ３０２を設け、基板を所望の温度に予備加熱する。そして加熱用ランプ３０２で予備加熱された基板が、あらかじめ決められた一定の温度に到達した後に、アルカリ薬液の充填された処理槽３００に浸漬される。
【００４０】
他の構成については前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。実施の形態２によれば、ランプ加熱を用いることで、基板に刺激を与えることなく加熱することができるため、基板が損傷を受けることがないという効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置によっても、投入する基板１１とカセット３１０を事前に加熱し、その後、アルカリ性薬液に基板１１を浸漬することで薬液の温度変動を最小限に抑えられる。
【００４２】
実施の形態３．
なお、前記実施の形態１では、温風加熱によってあらかじめ基板を予備加熱したが、図１７に示すように、基板１１とカセット３１０の待機中に、基板１１とカセット３１０を温水槽３０３に浸漬することで、基板を所望の温度に予備加熱する。そして温水槽３０３で予備加熱された基板が、あらかじめ決められた一定の温度に到達した後に、アルカリ薬液の充填された処理槽に浸漬される。
【００４３】
他の構成については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。実施の形態１による効果に加え、実施の形態３の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置では、温水槽３０３に浸漬することで、均一な加熱が可能となるという効果を奏する。
【００４４】
実施の形態４．
なお、前記実施の形態１では、温風加熱によってあらかじめ基板を予備加熱したが、図１８に示すように、基板１１とカセット３１０の待機中に、基板１１とカセット３１０に、温水シャワー３０４を用いて温水をシャワー状に噴霧することで、基板を所望の温度に予備加熱する。そして温水シャワー３０４で予備加熱された基板が、あらかじめ決められた一定の温度に到達した後に、アルカリ薬液の充填された処理槽３００に浸漬される。
【００４５】
他の構成については、実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。実施の形態１による効果に加え、実施の形態４の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置では、温水シャワー３０４に浸漬することで、予熱工程における基板１１の汚染を防止することができ、均一な加熱が可能となるという効果を奏する。
【００４６】
実施の形態５．
実施の形態１から４においては、基板１１とカセット３１０とを事前に加熱する予備加熱方式について説明したが、予備加熱方式では、テクスチャー形成槽の前段階に、基板とカセットを加熱するスペースを装置内部に必要とする。しかし、装置の占有面積を増大させることになり、その様なスペースが装置内部に確保できない場合がある。そこで、基板とカセット３１０をテクスチャー形成槽に投入したときの、薬液の温度低下を抑制し、一定の処理温度で長時間、処理を可能にする方式として、薬液を予備加熱する方式が有効である。すなわち実施の形態５では、薬液をあらかじめテクスチャー形成に必要な薬液の温度より高くしておく。図１９に、実施の形態５として、基板投入前の薬液温度をあらかじめ決められた一定の温度に制御する機構を持つテクスチャー形成装置２００Ｓの概略図を示す。実施の形態５では、アルカリ性薬液の入ったテクスチャー形成槽１６Ｓ1において、基板投入前の薬液温度を処理温度Ｔ0よりもあらかじめ決められた温度ΔＴだけ高い第１温度Ｔ1に制御する。これにより、基板１１とカセット１０を投入すると同時に低下した薬液の温度を、第２温度すなわち所望の温度となるよう調整することで、温度変動の少ない処理が可能となる。制御はＰＩＤ制御を行う。アルカリ性薬液の入ったテクスチャー形成槽１６Ｓ1に浸漬した後、純水槽１６Ｓ2に浸漬し、さらに第２セットのテクスチャー形成槽１７ａ、純水洗浄槽１７ｂに順次浸漬し、エッチング処理を行う。さらに複数のテクスチャー形成槽、純水洗浄槽からなるセットを経てエッチング処理を行うようにしてもよい。
【００４７】
ＰＩＤ制御は、温度制御をはじめとした各種制御に用いられる制御方式である。ＰＩＤ制御の各要素、Ｐ（比例制御），Ｉ（積分制御），Ｄ（微分制御）を順次実施する。まず、最初は、偏差が大きいため、大きな出力を加え、目標との差すなわち偏差の大きさに比例した操作を行う。以上の制御が比例制御（Ｐ）に相当する。そして、温度が目標値に近づいてくると、温度差を緩める操作を行う。これは、温度の変化に対して、温度変化を抑える様な操作を行うことで、微分制御（Ｄ）に相当する。最後に、微妙な温度差をなくすように調整する。以上のように、目標とする温度との差（偏差）をなくすような操作を行うことが積分制御（Ｉ）に相当する。
【００４８】
実施の形態５では、ＰＩＤ制御される温度制御の設定値を、温度制御部４００によって、基板投入前と投入後で変化させる。基板投入前の処理槽３００の設定温度を処理温度Ｔ0よりもあらかじめ決められた温度ΔＴだけ高い第１温度Ｔ1に設定し、ＰＩＤ制御を行うようにしている。そして基板１１とカセット３１０が処理槽３００に投入されると、設定温度が第２温度すなわち処理温度Ｔ0となるように制御する。
【００４９】
ＰＩＤ制御は通例の制御であり、ここでは説明を省略する。テクスチャーの形成条件は、実施の形態１と同様、２．０ｗｔ％の水酸化ナトリウムと、シリコン基板のエッチング異方性を引き起こす添加剤を混合した薬液を、８５℃に調温した薬液を使用し、１槽あたりの浸漬時間は２００秒とした。すべての槽で上記と同条件を採用し、連続して６槽に浸漬することでテクスチャー形成を実施した。テクスチャー形成槽は、ＰＩＤ制御で温度制御されており、薬液の循環機構を有してもよい。
【００５０】
ここでは、図２０に示すように基板投入前の薬液温度をＴ1としている。図２１に表３で示す設定温度ΔＴ２は薬液温度が一旦最低温度まで下がった後の、最高温度と最低温度の差を示し、より小さい値である程、処理中の薬液温度の変動が少ないことを示している。検討の結果、基板投入前に上げる温度は１０℃以内の場合に効果があり、より好適には５℃以内の場合に薬液温度の変動を抑制できる。表３の条件４は基板１１とカセット３１０を投入する際の薬液温度が、テクスチャー形成中の処理温度と同一温度、条件５は基板１１とカセット３１０を投入する際の薬液温度が、テクスチャー形成中の処理温度より２℃高くなるよう設定した条件を示している。条件５は条件４に比べて薬液温度の変動を抑制できる。そのため、均一なテクスチャー形成が期待される。
【００５１】
実施の形態１による効果に加え、実施の形態５の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置では、他の装置を追加することなく、ＰＩＤ制御の制御プログラムの設定のみで、均一な加熱が可能となるという効果を奏する。
【００５２】
なお、実施の形態１から４で示したように、事前に基板１１とカセット３１０を予備加熱する方式と、実施の形態４のテクスチャー形成槽のアルカリ性薬液に基板１１とカセット３１０を投入する前に薬液の温度をあらかじめ上げておく薬液予備加熱方式を併用してもよい。
【００５３】
実施の形態６．
実施の形態５においては、アルカリ性薬液の入ったテクスチャー形成槽１７ａにおいて、基板投入前の薬液温度を処理温度Ｔ0よりもあらかじめ決められた温度ΔＴだけ高い温度Ｔ1に制御したが、実施の形態６では、テクスチャー形成温度より高温に加熱した物質を、基板投入時にテクスチャー形成槽に入れる方式である。これにより、基板１１とカセット３１０を投入すると同時に低下した薬液の温度を、所望の温度となるよう調整することで、温度変動の少ない処理が可能となる。制御はＰＩＤ制御を行う。他の構成については、実施の形態１から４と同様であり、ここでは説明を省略するが同一部位には同一符号を付した。
【００５４】
例えば、より簡便な手法としては、高温に熱した純水をテクスチャー形成槽に注ぐ方法である。テクスチャー形成には処理温度Ｔ0よりもあらかじめ決められた温度ΔＴだけ高い温度Ｔ1、例えば８５℃の高温の薬液を使用する。従って、処理の最中に絶えず水分が蒸発している。そのため、高温に熱した純水をテクスチャー形成槽に注ぐ方法は、蒸発した水分を補う機能を合わせ持つ。
【００５５】
また、純水の追加が不要である場合には、あらかじめ所望の温度に加熱したセラミック、石などの安定な固体等の加熱媒体を用いてもよい。
【００５６】
実施の形態１による効果に加え、実施の形態６の太陽電池の製造装置におけるテクスチャー形成装置では、特別な装置を追加することなく、取り扱いの簡単な加熱媒体を用いるのみで、均一な加熱が可能となるという効果を奏する。
【００５７】
以上のように、実施の形態１から６にかかるテクスチャー形成方法およびテクスチャー形成装置は、光反射率が低いテクスチャーをシリコン基板表面に安定して形成する必要のある太陽電池の製造に有用である。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、結晶系シリコン基板としてｐ型単結晶シリコン基板を用いたが、ｎ型単結晶シリコン基板をはじめ、ｐ型およびｎ型多結晶シリコン基板など、他の結晶系シリコン基板のエッチング処理に適用可能であることはいうまでもない。
【００５９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  基板、１１ａ  ｐ型単結晶シリコン基板、１１ｂ  ｎ型不純物拡散層、１２  反射防止膜、１３  受光面電極、１３Ｇ  グリッド電極、１３Ｂ  バス電極、１４  裏面電極、１５  加熱領域、１６  第１セット、１６ａ  テクスチャー形成槽、１６ｂ  純水洗浄槽、１６Ｓ1  テクスチャー形成槽、１６Ｓ2  純水洗浄槽、１７  第２セット、１７ａ  テクスチャー形成槽、１７ｂ  純水洗浄槽、２００，２００Ｓ  テクスチャー形成装置、３００  処理槽、３０１  温風装置、３０２  加熱用ランプ、３０３  温水槽、３０４  温水シャワー、４００  温度制御部、３１０  カセット。
【図１】
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【図２】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図３】
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【図１３】
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【図１４】
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