成蹊大学理工学研究報告
J. Fac. Sci. Tech., Seikei Univ.
Vol.44 No.２ (2007) pp.43-44（特別研究費に係る論文）

結晶系半導体太陽電池のプラズマレスドライテクステャー化プロセス
齋藤洋司*1，門馬正*2，小菅雄史*3

A Study on Plasamaless Dry Texture Process for Crystalline Semiconductor Solar Cells
Yoji SAITO*1, Tadashi MOMMA*2, Takeshi KOSUGE*3
ABSTRACT : Reflection loss of silicon solar cells can be reduced by texturization of the surfaces. In
this study, single- and multi-crystalline silicon substrates were treated with chlorine trifluoride (ClF3) tocreate honeycomb-textured structures. We investigated surface structures and optical properties of thetextured surfaces. By the treatment with ClF3 gas, the reflectance of the textured surface without
antireflection coating was obtained to be below 20% at wavelengths between 300 and 800 nm. The solar
cells using the textured substrates were fabricated and their improved performances were demonstrated.
Keywords : multi-crystalline silicon, texturization, chlorine trifluoride gas(Received October 2, 2007)

１．緒 論ト増大などが実用化において懸念される。
これまで，フッ硝酸系溶液を用いた同様の試みが行わ太陽電池では変換効率の一層の向上と低コスト化が望れているが，材料間のエッチング速度の選択比が十分でまれている。高効率化法の一つとして反射率を低減させない問題点があった。ガスと基板材料との純粋な化学反て反射損失を低減する方法があり，その方法として表面応によるプラズマレスドライエッチングでは，先ず，等を凹凸構造とするテクスチャ化により多重反射を起こす方性エッチングであること，次に，大きな選択比が期待方法と反射防止膜による方法がなされている。反射防止

でき(2)，さらに比較的簡便な装置で大量処理が可能であ膜はある特定の波長に対して反射率を大きく低減させるると思われる。

が，表面のテクスチャ化は短波長から長波長において全本研究では，パターニングを行った酸化膜マスクを用体的に反射率を低減させる特徴がある。

いて，三フッ化塩素ガスを用いてエッチングを行い，Si単結晶シリコン太陽電池のテクスチャ化は，KOHや基板表面に半球状の窪みを並べたハニカム状テクスチャ

NaOH等のアルカリ性溶液を用い，結晶方向のエッチンー構造の作製を試みた。光学的特性として主に積分球をグレート差を利用した異方性エッチングによって，ウェ用いた反射率測定を行った。さらに，この基板を用いてハ表面にランダムなピラミッド構造を形成できる。また，太陽電池を作製し，発電特性の評価を行った3)。

パターニングしたマスクを用いれば，逆ピラミッド構造

２．実験方法やV字溝などの構造が形成できる。しかし，現在電力用としてもっとも多く生産されている多結晶シリコン太陽電池では結晶方位が不規則であるため，これらの技術は先ず（100）方位，p型1Ωcmの単結晶Si上に1000℃酸効果的ではない。一方，RIEを用いたテクスチャ化の試素中で熱酸化膜を形成した。直径10μm程度の小孔を間(1)

みもなされている 。この場合は多結晶の場合も適用可

隔30μmで形成し，マスクとした。全圧1.2ｋPa，ClF3ガ能であるが，プラズマ条件の設定が難しいこと，イオンス分圧0.6ｋPa，室温において17分間ドライエッチング処による基板へのダメージ，低いスループットによるコス理し，ハニカム構造の形成を行った。
ハニカムテクスチャー化単結晶基板表面にリンを*1*2*3

1000℃40分間熱拡散してpn接合を形成し，さらに，表面成蹊大学理工学部エレクトロメカニクス学科教授
yoji@st.seikei.ac.jp，Professor,Department of Mechanical and Electrical Engineering
成蹊大学理工学部エレクトロメカニクス学科助手
成蹊大学大学院工学研究科電気電子工学専攻に櫛状Al電極，裏面全面にAｌ電極を形成して，太陽電池を作製した。

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３．実験結果および検討

結晶基板表面にリンを熱拡散してpn接合を形成し，さらに，表面に櫛状Al電極，裏面全面にAｌ電極を形成して，17分間のドライエッチング処理により，ハニカム構造太陽電池を作製した。AM1.5相当(100mW/cm2)の光照射の形成を行った後，酸化膜マスクを除去した基板表面のにおける発電特性を図3に示す。テクスチャー化を行って走査電子顕微鏡（SEM）像を図1に示す。半球状の窪みいない鏡面の太陽電池の特性も比較として示した。このが形成できているが，鏡面部分が一部残っていることが図において，テクスチャー化により短絡電流が30％程度わかる。

増加し，最大電力も同程度増加していることがわかる。
従って，テクスチャー化による発電特性改善効果が確認できた。開放電圧の低下が見られないことから，テクステャー化による格子欠陥の発生がないことも確認できた。

断面
図１

上面

ハニカム状テクスチャー基板のSEM像

100
As textured

Reflectance [%]80

図３

After diffusion on
textured surface
Mirror surface

60電流電圧・電力電圧特性

４．結 論

40

200300図２

作製した太陽電池のAM1.5光照射時における単結晶シリコンに対してプラズマレスドライエッチン
グによるハニカム状テクスチャー化を行った。可視光領
400

500

600
700
Wavelength [nm]800域において反射率は半分以下となった。このテクスチャ

900

ー化基板を用いて太陽電池を作製し，評価したところ，ハニカム状テクスチャー基板の反射スペクトル発電効率が3割程度構造することが確認できた。

参考文献

この表面の反射スペクトルを測定すると，図2に示すように，600nmにおいて20％程度の反射率となり，未処理

1) O.Shultz, G.Emanuel, S.W.Glunz, G.P.Willeke, Proc. The

基板の半分程度の反射率となった。単純に計算すると1.4～1.5倍の光を吸収することになる。なお，図２の反射率

3rdWorldConf.

on

測定では10°の角度スペーサを試料に挟み，鏡面反射をConversion, p.1360 (2003)

Photovoltaic

Solar

Energy含んだ値となっているが，角度スペーサを入れずに鏡面

2) Y.Saito, Sensors and Materials 16, p.191 (2004)

反射を除去すると反射率はさらに約半分となった。そこ

3) Y. Saito and T. Kosuge, Solar Energy Materials and Solar
Cells vol. 91, p.1800 (2007)

で，図２における反射率のおよそ半分は，残留する鏡面部分の影響と考えられる。ハニカム状テクスチャー化単－44－