專利名稱：光伏裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏(photovoltaic)裝置的制造方法，特別涉及降 低基板表面上的光反射率來增大光吸收量而得到良好的光電轉(zhuǎn)換效 率的光伏裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
為了提高太陽能電池等光電轉(zhuǎn)換裝置的性能，需要將太陽光高效 地取入到構(gòu)成太陽能電池的基板內(nèi)部中。因此，通過對光入射側(cè)的基 板表面實施組織(texture)加工，使在表面反射一次的光再次入射到 表面，由此將更多的太陽光取入到基板內(nèi)部中，以謀求提高光電轉(zhuǎn)換 效率。在此，組織加工是指，在基板表面故意形成幾十nm~幾十nm 的尺寸的微細(xì)凹凸的加工。作為在太陽能電池用基板上形成組織的方法，在基板是單晶基板 的情況下，廣泛使用利用了晶體方位的各向異性蝕刻處理，在該各向 異性蝕刻處理中，利用了由在蝕刻速度上具有晶體方位依賴性的氬氧 化鈉、氫氧化鉀等堿水溶液。例如，如果對(100)面的基板表面實 施該各向異性蝕刻處理，則形成(111)面露出的金字塔狀的組織。但是，在使用堿水溶液來進(jìn)行各向異性蝕刻的方法中，當(dāng)對于基 板使用多晶基板時，由于蝕刻速度根據(jù)晶體面較大地不同，而且結(jié)晶 面方位未對齊，所以只能夠部分地制作組織結(jié)構(gòu)。因此，具有在反射 率降低上存在界限這樣的問題。例如，波長628nm中的反射率在表面 被鏡面研磨的硅時為約36%，在對(100)面的硅單晶基板進(jìn)行了濕 式蝕刻的情況下為約15%,相對于此，在對多晶基板進(jìn)行了濕式蝕刻 的情況下是27~30%左右。因此，作為不依賴于結(jié)晶面方位而在整個面上形成組織結(jié)構(gòu)的方3刻。蝕刻掩模的制作方法雖然 也可以使用半導(dǎo)體工藝中使用的基于平板印刷的方法，但制造成本提 高而不適用于太陽能電池制作。因此，提出了通過在耐蝕刻性材料的 溶液中混合耐蝕刻性低的微粒子，并涂敷在基板面，由此形成耐蝕刻 掩模的方法。之后，使用對不同的結(jié)晶面方位也可以實現(xiàn)各向同性的蝕刻的氟硝酸(fluoronitric acid )來進(jìn)行組織形成(例如參照專利文 獻(xiàn)l)?；蛘?，還提出了使用激光加工在硅基板上直接形成組織的方法 (例如參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1:日本特開2003 - 309276號/>才艮專利文獻(xiàn)2:日本特開平3-89518號公報但是，在使用了氟硝酸的蝕刻中，由于蝕刻的各向同性而發(fā)生無 法形成較深的組織這樣的問題。即，由于橫向與深度方向的蝕刻進(jìn)展 相同，所以蝕刻形狀成為半球狀。在此，在將蝕刻形狀的深度/直徑定 義為縱橫比(aspect ratio )時，在各向同性蝕刻的情況下，無法形成 縱橫比大于0.5的形狀。實際上，由于耐蝕刻掩模開口徑被加到蝕刻 形狀的直徑上，所以僅能夠得到0.5以下的縱橫比。由于形成組織的目的在于再次取入反射光，所以反射光需要以再 次到達(dá)基板面的角度被反射。在組織的縱橫比低的情況下，只有相對 基板面的垂線具有較大角度的反射光能夠再次入射到基板面。另一方面，在通過激光直接形成組織的情況下，雖然具有可以自 由地設(shè)定縱橫比的優(yōu)點，但存在加工所需的時間并不實用這樣的問 題。而且，與期望的縱橫比的增大相應(yīng)地，用于形成組織的加工時間 增大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述點而完成的，其目的在于提供一種可以簡便地 形成縱橫比大于0.5的組織的光伏裝置的制造方法。本發(fā)明的光伏裝置的制造方法包括在硅基板上形成具有耐蝕刻性的膜的工序；通過照射激光光束，在上述具有耐蝕刻性的膜上打開 多個微細(xì)孔而使基底的硅基板表面露出的工序；以及對上迷硅基板的 表面進(jìn)行蝕刻的工序，在使硅基板表面露出的工序中，在上述微細(xì)孔 的底部露出的上述硅基板的表面形成微細(xì)凹陷。根據(jù)本發(fā)明，通過在具有耐蝕刻性的膜上打開的多個孩i細(xì)孔對硅 基板進(jìn)行蝕刻，進(jìn)而在露出的硅基板面上形成微細(xì)凹陷，所以不會受 到結(jié)晶面方位的影響，可以在短時間內(nèi)在硅基板上形成縱橫比大于0.5 的較深的組織，可以制造表面反射損失少的光伏裝置。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法中使用的在耐 蝕刻膜上打開多個開口的裝置的光學(xué)系統(tǒng)的說明圖。圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法的工序的 一部分的圖。圖3是示出形成在四邊格子點上的開口與通過對硅基板進(jìn)行蝕 刻而形成的蝕刻孔的關(guān)系的圖(左右上下鄰接的蝕刻孔彼此相接的情 況)。圖4是示出形成在四邊格子點上的開口與通過對硅基板進(jìn)行蝕 刻而形成的蝕刻孔的關(guān)系的圖(左右上下鄰接的開口彼此相接的情 況)。圖5是示出形成在三角格子點上的開口與通過對硅基板進(jìn)行蝕 刻而形成的蝕刻孔的關(guān)系的圖(左右上下鄰接的蝕刻孔彼此相接的情 況)。圖6是示出形成在四邊格子點上的開口與通過對硅基板進(jìn)行蝕 刻而形成的蝕刻孔的關(guān)系的圖(左右上下鄰接的蝕刻孔彼此重疊的情 況)。圖7是本發(fā)明的實施方式3的光伏裝置的制造方法中使用的在耐 蝕刻膜上打開多個開口的裝置的光學(xué)系統(tǒng)的說明圖。
具體實施方式
實施方式1
首先，說明本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法中使用的 材料以及裝置。作為硅基板采用作為民用太陽能電池而最廣泛使用的 多晶硅基板，該多晶硅基板是用多線切割機(jī)從多晶硅晶體塊中切割之 后通過使用了酸或堿溶液的濕式蝕刻去除了切割時的損傷而得到的。
去除損傷后的基板厚度是250fim，尺寸是150mmxl50mm。
另外，形成在硅基板上的具有耐蝕刻性的膜(以下稱為"耐蝕刻 膜")是通過等離子體CVD法形成的膜厚240nm的氮化硅膜(以下 稱為"SiN膜")。在此，雖然使用了 SiN膜，但也可以使用氧化硅膜 (Si02、 SiO)、氧氮化硅膜(SiON)、非晶硅膜(a-Si)、類金剛 石膜(diamond-like carbon film )、樹月旨膜等。
圖1是本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法中使用的在耐 蝕刻膜上打開多個開口的裝置的光學(xué)系統(tǒng)的說明圖。在圖1所示的裝 置中，從激光振蕩裝置3發(fā)出的激光光束4通過反射鏡5變更光路之 后，通過分束器6放大后入射到光圈7。通過光圏7的激光光束經(jīng)由 縮小光學(xué)系統(tǒng)8照射到作為加工對象的耐蝕刻膜2。其結(jié)果，在形成 于硅基板1上的耐蝕刻膜2上被打開多個微細(xì)孔即開口 ，基底的硅基 板1的表面露出。
另外，在實施方式1中，作為激光振蕩裝置3，使用了將Nd:YAG 激光器與三倍高次諧波發(fā)生器組合而成的裝置。其結(jié)果，激光光束的 波長成為355nm，成為SiN膜可以吸收的波長。另外，將光學(xué)系統(tǒng)的 焦點深度設(shè)定為10nm以上。對于激光光束強度，選擇在去除SiN膜 之后進(jìn)一步對基底的硅基板1實施凹陷的強度。根據(jù)我們的研究結(jié)果 可知，以0.4J/cm2以上的激光光束強度可以在SiN膜上形成開口，以 2J/cn^以上的激光光束強度可以對基底的硅基板l實施凹陷。因此， 在此使用3J/cn^的激光光束強度。 '
另外，作為光圏7，使用了對金屬板形成開口而得到的部件。由 于通過光圈7的激光光束被縮小而照射到加工對象，所以光圈7的開口圖案也可以比較大，因此，也可以使用利用濕式蝕刻或噴沙在金屬 板上形成開口而得到的部件。另外，還可以使用在玻璃板上形成了鉻 膜等薄膜金屬圖案的玻璃掩模。在該情況下，需要注意玻璃的透射率 與金屬薄膜的耐受性。
圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法的工序的 一部分的圖。在圖2 U)所示的工序1中，在硅基板l上形成耐蝕刻 膜2。在圖2 (b)所示的工序2中，通過利用具有與多個開口對應(yīng)的 光透射部與光遮蔽部的遮光掩模對激光光束的一部分進(jìn)行遮光，由此 在耐蝕刻膜2上同時直接形成多個開口 10。在實施方式1中，將在耐 蝕刻膜2上形成的開口 IO設(shè)置于四邊格子點上。
在多晶基板的表面上，用線切割機(jī)切斷的切斷面的凹凸是5nm 左右。即使利用堿溶液進(jìn)行了蝕刻，由于蝕刻速度的面方位依賴性， 產(chǎn)生相同程度的金字塔狀或反金字塔狀的臺階高差。臺階高差雖然依 賴于處理條件，但也達(dá)到5fim左右。對于這樣的具有臺階高差的硅基 板1，如果像通常的膝光裝置那樣使用焦點深度淺的裝置來曝光，則 圖案產(chǎn)生變形，但在本發(fā)明中使用的光學(xué)系統(tǒng)中，由于設(shè)定成照射焦 點深度被調(diào)整為10nm以上的激光光束，所以可以得到期望的圖案形 狀。
在圖2 (c)所示的工序3中，將圖案化的耐蝕刻膜2作為掩模 對硅基板l進(jìn)行蝕刻。作為蝕刻液，使用了氫氟酸硝酸混合液?；旌?比是氬氟酸1:硝酸20:水10。在此，關(guān)于蝕刻液的混合比，可以鑒于 蝕刻速度、蝕刻形狀來變更為適當(dāng)?shù)幕旌媳取?br> 圖3是示出形成在耐蝕刻膜2上的開口 (在圖3 (a)中用實線 表示其外周)IO與通過對硅基板I進(jìn)行蝕刻而形成的蝕刻孔(在圖3 (a)中用虛線表示其外周)11的關(guān)系的圖。圖3 (a)是從耐蝕刻膜 2側(cè)觀察的硅基板1的俯視圖。圖3 (b)是圖3 (a)的A-A剖面的 剖面圖。
在用氟硝酸蝕刻硅基板1時，硅基板1被各向同性地蝕刻，所以 如圖3(b)所示，得到接近半球的形狀或接近旋轉(zhuǎn)橢圓體的形狀的蝕
7刻孔ll。另外，在所得到的蝕刻孔ll中，如圖3(a)所示，上下左 右鄰接的蝕刻孔11彼此是相接的，但在對角方向上鄰接的蝕刻孔11 彼此是不相接的，殘存平坦的平臺部12。
圖4是示出左右上下鄰接的開口彼此相接時的形成在四邊格子 點上的開口與通過對硅基板進(jìn)行蝕刻而形成的蝕刻孔的關(guān)系的圖。圖 4(a)是從耐蝕刻膜2側(cè)觀察的硅基板1的俯視圖。圖4 ( b )是圖4 (a)的B-B剖面的剖面圖。
在開口 10的直徑大于鄰接的開口 10彼此的中心間距離的情況 下，如從蝕刻孔ll的剖面可知在兩個蝕刻孔ll之間的山形狀完全消 失，而成為連接成一個的蝕刻孔11。由此無法充分地降低表面反射。 根據(jù)該理由，在實施方式1中，將開口 10的直徑設(shè)定為小于鄰接的 開口 IO彼此的中心間的距離。進(jìn)而，開口 IO的直徑優(yōu)選為小于等于 2jun。開口 10的直徑由于在計算蝕刻孔11的縱橫比(深度/直徑)時 被加到直徑，所以大的開口徑會使縱橫比降低。在本實施方式中，鑒 于光學(xué)系統(tǒng)的限制而將直徑設(shè)定為lpm。
在圖2 (d)所示的工序4中，使用氫氟酸來去除耐蝕刻膜2。
以后的工序雖然未圖示，但與使用了一般的多晶硅基板的光伏裝 置的制造工序相同，簡單地進(jìn)行說明。將完成了工序4的處理的硅基 板1投入到熱氧化爐中，在存在三氯氧磷(POCl3)蒸氣的環(huán)境下加 熱，形成磷玻璃，從而使磷擴(kuò)散到硅基板l中，形成N層。將擴(kuò)散溫 度i殳為840 。C。
接下來，在氫氟酸溶液中去除磷玻璃層之后，通過等離子體CVD 法形成SiN膜作為防反射膜。將膜厚以及折射率設(shè)定為最抑制光反射 的值。另外，也可以層疊折射率不同的兩層以上的膜。
接下來，通過絲網(wǎng)印刷以梳子形地形成混入了銀的膏(paste) 作為上部電極，通過絲網(wǎng)印刷在整個面上形成混入了鋁的膏作為背面 電極，并實施焙燒處理。在大氣氣氛中以760。C實施焙燒。這樣，制 作出光伏裝置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式1的光伏裝置的制造方法，通過在耐蝕刻膜2上打開的多個開口 10對硅基板1進(jìn)行蝕刻，所以可 以在硅基板l上制作出不受結(jié)晶面方位的影響的微細(xì)的凹凸即蝕刻孔 11，可以制造表面反射損失少的光伏裝置。
另外，通過圖2 (c)所示的使硅基板表面露出的工序3，在開口 10的底部露出的硅基板的表面形成微細(xì)的凹陷，所以可以制作出縱橫 比大于0.5的蝕刻孔11,可以制造表面反射損失少的光伏裝置。作為 制作縱橫比大于0.5的蝕刻孔的方法，有反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法， 但在該情況下，在基板表面發(fā)生等離子體損傷，在作為太陽能電池單 元時無法得到良好的特性。
另外，由于開口 IO的直徑小于鄰接的開口 IO彼此的中心間的距 離，所以耐蝕刻膜2的開口 IO不會連接，蝕刻孔ll不會成為槽狀而 成為獨立的凹陷狀，可以制造表面反射損失少的光伏裝置。
而且，由于通過光圏7對激光光束的一部分進(jìn)行遮光而同時打開 多個開口 10，所以加工的吞吐率提高。
實施方式2
在本發(fā)明的實施方式2的光伏裝置的制造方法中，工序2與實施 方式1的光伏裝置的制造方法不同。在實施方式1的工序2中，將在 耐蝕刻膜2上打開的開口 10設(shè)置在四邊格子點上，但在實施方式2 的工序2中，將在耐蝕刻膜2上形成的開口 IO設(shè)置在三角格子點上， 除此以外相同，所以對同樣的部分附加相同標(biāo)號并省略說明。
圖5是示出形成在耐蝕刻膜2上的開口 (在圖5 (a)中用實線 表示其外周)10與通過對硅基板1進(jìn)行蝕刻而形成的蝕刻孔(在圖5 (a)中用虛線表示其外周)11的關(guān)系的圖。圖5 (a)是從耐蝕刻膜 2側(cè)觀察的硅基板1的俯視圖。圖5 (b)是圖5 (a)的A-A剖面的 剖面圖。而且，在實施方式2中，以面內(nèi)的最密結(jié)構(gòu)配置了開口 10。 另外，與實施方式1同樣地，將開口 10的直徑設(shè)定為小于鄰接的開 口 IO彼此的中心間的距離。
接下來，比較說明如實施方式1那樣將開口 IO設(shè)置在四邊格子 點上時、與如實施方式2那樣將開口 10設(shè)置在三角格子點上時的、
9對降低表面反射的貢獻(xiàn)。在將開口 IO設(shè)置在四邊格子點上時，如圖3 所示，上下左右鄰接的蝕刻孔11相接，但在對角方向上鄰接的蝕刻 孔ll不相接，殘存平坦的平臺部12。
另外，如圖6所示，與圖3相比，如果直到在對角方向上鄰接的 蝕刻孔11相接為止進(jìn)行蝕刻(參照圖6 (a)),則上下左右鄰接的 蝕刻孔11彼此會重疊所需以上，該部分中的山14變低(參照圖6( b ))。 這樣，如果存在平臺部12或較低的山14，則在表面反射降低上存在 界限。
另一方面，如果將開口 IO設(shè)置于三角格子點上，則如圖5U)、 (b)所示，在左右上下對角方向上鄰接的六個蝕刻孔ll全部位于同 一距離，所以即使直到平坦的平臺部消失為止進(jìn)行蝕刻，也可以使鄰 接的蝕刻孔之間的山變低的現(xiàn)象抑制為最低限，可以對表面反射的降 低做出貢獻(xiàn)。
具體而言，將耐蝕刻膜2的開口 10的直徑設(shè)為5nm，將鄰接的 開口 10間的間距設(shè)為15jim來形成開口，之后，使用氫氟酸硝酸混合 液對硅基板1進(jìn)行了蝕刻之后，去除了耐蝕刻膜2。而后，在通過積 分球分光光度計來測定了表面反射光語時，相對于在僅實施了堿處理 的基板中可見區(qū)域中的反射率是26% ，在實施方式2中加工得到的硅 基板中是8%，證實了 18%的反射率抑制效果。
實施方式3
在本發(fā)明的實施方式3的光伏裝置的制造方法中，工序2與實施 方式1的光伏裝置的制造方法不同，除此以外相同，所以對同樣的部 分附加相同標(biāo)號并省略說明。在實施方式1的工序2中，使用光圏7 進(jìn)行了多點照射，但在實施方式3的工序2中，通過電流鏡(galvano mirror)使聚光為點狀的激光光束在硅基板1上進(jìn)行掃描，在耐蝕刻 膜2上形成開口。
圖7是在本發(fā)明的實施方式3的光伏裝置的制造方法中使用的耐 蝕刻膜上打開多個開口的裝置的光學(xué)系統(tǒng)的說明圖。在耐蝕刻膜2上 打開多個開口 10的裝置中，如圖7所示，通過掃描用的電流鏡16向X軸方向17反射來自激光振蕩裝置3的激光光束4，通過掃描用的電 流鏡18向Y軸方向19反射所反射的激光光束4,將所反射的激光光 束照射到硅基板1上的耐蝕刻膜2上。
這樣，通過使X軸掃描用的電流鏡16與Y軸掃描用的電流鏡 18轉(zhuǎn)動，可以在硅基板1的整個區(qū)域中高速地打開開口 10。具體而 言，由于^f吏用了重復(fù)頻率500kHz的激光光束4a，所以為了以15nm 間距針對每個掃描線打開10000個開口 10，將電流鏡的X軸方向的 掃描頻率設(shè)定為50Hz。另一方面，為了以三角格子上的最密配置形 成開口，需要將掃描線的Y方向的間隔設(shè)定為13nm，所以將基板面 上的Y方向的掃描速度設(shè)為0.65mm/秒。這樣，可以在耐蝕刻膜2上 以15nm間距的最密配置打開直徑5nm的開口。之后，在使用氫氟酸 硝酸混合液蝕刻了硅基板l之后，去除了耐蝕刻膜2。
這樣，通過利用電流鏡使激光光束在耐蝕刻膜2上進(jìn)行掃描來打 開多個開口，所以加工的吞吐率提高。
權(quán)利要求
1.一種光伏裝置的制造方法，其特征在于，包括在硅基板上形成具有耐蝕刻性的膜的工序；通過照射激光光束，在上述具有耐蝕刻性的膜上打開多個微細(xì)孔而使基底的硅基板表面露出的工序；以及對上述硅基板所露出的表面進(jìn)行蝕刻的工序，在使上述硅基板表面露出的工序中，在上述微細(xì)孔的底部露出的上述硅基板的表面形成微細(xì)凹陷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 上述激光光束是焦點深度被調(diào)整為10jim以上的激光光束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 上述微細(xì)孔的直徑小于鄰接的微細(xì)孔彼此的中心間的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 將上述具有耐蝕刻性的膜上打開的多個微細(xì)孔設(shè)置在四邊格子點上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 將上述具有耐蝕刻性的膜上打開的多個微細(xì)孔設(shè)置在三角格子點上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 在使上述硅基板表面露出的工序中，經(jīng)由具有與上述多個微細(xì)孔對應(yīng)的光透射部和光遮蔽部的遮光掩模來照射上述激光光束，由此同 時打開上述多個微細(xì)孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏裝置的制造方法，其特征在于， 在使上述硅基板表面露出的工序中，通過電流鏡使上述激光光束在上述膜上進(jìn)行掃描，由此打開上述多個微細(xì)孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以簡便地形成縱橫比大于0.5的組織的光伏裝置的制造方法。包括在硅基板上形成具有耐蝕刻性的膜的工序；通過照射焦點深度被調(diào)整為10μm以上的激光光束，在上述具有耐蝕刻性的膜上打開多個微細(xì)孔而使基底的硅基板表面露出的工序；以及對上述硅基板的表面進(jìn)行蝕刻的工序，在使上述硅基板表面露出的工序中，在上述具有耐蝕刻性的膜的下部的硅基板上，在與上述微細(xì)孔同心的位置處形成微細(xì)凹陷。
文檔編號H01L31/04GK101652866SQ200780052695
公開日2010年2月17日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者松野繁, 西村邦彥 申請人:三菱電機(jī)株式會社