JPH0766437A - 光電変換装置用基板の製造方法 - Google Patents

光電変換装置用基板の製造方法

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JPH0766437A
JPH0766437A JP5213627A JP21362793A JPH0766437A JP H0766437 A JPH0766437 A JP H0766437A JP 5213627 A JP5213627 A JP 5213627A JP 21362793 A JP21362793 A JP 21362793A JP H0766437 A JPH0766437 A JP H0766437A
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Japan
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thin film
film
substrate
photoelectric conversion
single crystal
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JP5213627A
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Yasunori Sagawa
泰紀 寒川
Tatsuro Nagahara
達郎 長原
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 テクスチャ溝を備えかつ低温成膜手段により
欠陥の少ない半導体被膜を均一に成膜できる光電変換装
置用基板の製造方法を提供すること。 【構成】 テクスチャ溝を構成するエッチピット10が形
成された単結晶シリコン１の表面にスパッタリング法に
より酸化シリコン薄膜２を成膜し、かつ、３０重量％Ｋ
ＯＨ水溶液のエッチング剤を用いて酸化シリコン薄膜と
単結晶シリコン表面をエッチング処理し、上記テクスチ
ャ溝を残したままでエッチピットの頂部と谷部をそれぞ
れ曲面形状に加工することを特徴とする。そして、この
加工処理により上記基板表面に欠陥の少ない膜特性良好
な非晶質シリコン層４を簡便に成膜することが可能にな
るため、得られた成膜型太陽電池の光電変換効率を向上
できる効果を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、成膜型太陽電池やイメ
ージセンサ等光電変換装置に適用される光電変換装置用
基板の製造方法に係り、特に、表面にテクスチャ溝を備
えかつ低温成膜手段により欠陥の少ない半導体被膜を均
一に成膜できる光電変換装置用基板の製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の光電変換装置として成膜型太陽
電池を例に挙げて説明すると、この成膜型太陽電池は、
図２及び図３（Ａ）に示すように例えばｐ型の単結晶シ
リコン基板ａと、この単結晶シリコン基板ａの光入射側
面に設けられシリコン基板ａとの間でｐｎ接合を形成す
るｎ型非晶質シリコン層ｂと、この非晶質シリコン層ｂ
上に設けられた櫛歯状電極ｃと、上記単結晶シリコン基
板ａの背面側に一様に設けられた裏面電極ｄとでその主
要部が構成され、光入射に伴って発生したエレクトロン
とホールが上記電極ｃ、ｄから電流として取出される構
造のものが知られている。
【０００３】そして、成膜型太陽電池等この種の光電変
換装置においては光を有効に吸収して高い光電変換効率
を得るため、従来、光電変換装置用基板としてその表面
に光閉じ込め作用を有するテクスチャ溝a1が形成された
単結晶シリコン基板を適用している（図３Ｂ参照）。す
なわち、このテクスチャ溝を備えた単結晶シリコン基板
は、例えば、（１００）の結晶方位を有する単結晶シリ
コンをＫＯＨのような強アルカリ等でエッチング処理
し、その表面にピラミッド状のエッチピットを形成して
得られるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図３（Ｂ）
に示すようにテクスチャ度の高い（すなわち上記エッチ
ピットの頂部と谷部が角形状にあるものを意味する）単
結晶シリコン基板の表面へ、例えば、スパッタリング法
やプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法等その成膜条件が
比較的低温の成膜手段により非晶質シリコン層等半導体
被膜を形成した場合、図４に示すようにエッチピットの
頂部と谷部に形成される半導体被膜に欠陥が生じ易く成
膜された半導体被膜の膜特性が良好でない欠点があっ
た。このため、これに起因して得られた成膜型太陽電池
等光電変換装置においては、上記テクスチャ溝が作用し
て光を有効に吸収するにも拘らずその光電変換効率があ
まり上昇しない問題点を有していた。
【０００５】そこで、従来においては上記エッチピット
が形成された単結晶シリコン基板表面を等方エッチング
処理し、エッチピットの頂部と谷部を曲面形状に加工し
てそのテクスチャ度を低減させる方法が採られていた。
【０００６】しかし、エッチピットが形成された単結晶
シリコン基板表面を等方エッチング処理した場合、エッ
チピットの頂部と谷部のエッチングに加えてエッチピッ
トの傾斜面についても一様にエッチングがなされるた
め、基板表面が全体的に平坦となり上記テクスチャ溝が
消失し易い欠点があった。そして、これに起因して上記
光閉じ込め効果が低下するため、テクスチャ度の高い基
板を適用した場合と同様にその光電変換効率があまり上
昇しない問題点を有していた。
【０００７】尚、上記テクスチャ度の高い基板を適用す
る場合、上述したスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法
等の低温成膜法に代えて熱ＣＶＤ法を適用する方法も考
えられる。すなわち、この熱ＣＶＤ法を適用しかつ成膜
条件を適正に設定することにより、上記エッチピットの
頂部と谷部に形成される半導体被膜についてその膜特性
の改善を図ることが可能になるからである。
【０００８】しかし、この熱ＣＶＤ法は、上記スパッタ
リング法やプラズマＣＶＤ法等低温成膜法に較べて熱エ
ネルギを多量に必要としかつ成膜条件の管理が繁雑にな
るため、その分、成膜コストが割高になる欠点を有して
おり安価な太陽電池等を製造する方法としては不向きで
あった。
【０００９】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、表面にテクスチ
ャ溝を備えかつ低温成膜手段により欠陥の少ない半導体
被膜を均一に成膜できる光電変換装置用基板の製造方法
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、テクスチャ溝を備えた光電変換装置用基板の
製造方法を前提とし、上記テクスチャ溝を構成するエッ
チピットが形成された単結晶シリコンの表面に低温成膜
法により薄膜を形成し、かつ、結晶シリコンに対するエ
ッチングレートが上記薄膜に対するエッチングレートよ
り高いエッチング剤を用いて薄膜と単結晶シリコン表面
をエッチング処理し、上記エッチピットの頂部と谷部を
それぞれ曲面形状に加工することを特徴とするものであ
る。
【００１１】このような技術的手段において単結晶シリ
コン表面にエッチピットを形成する方法としては、従来
と同様、例えば（１００）の結晶方位を有する単結晶シ
リコンをＫＯＨのような強アルカリ等でエッチング処理
する方法が挙げられる。
【００１２】また、このエッチピットが形成された単結
晶シリコンの表面に低温成膜法により酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）等の薄膜が形成される。この薄膜は低温成膜法
により形成されているため、従来技術で述べたようにそ
のエッチピットの頂部と谷部に形成された薄膜は上記エ
ッチピットの傾斜面に形成された薄膜に較べて多くの欠
陥を有している。そして、結晶シリコンに対するエッチ
ングレートが上記薄膜に対するエッチングレートより高
いエッチング剤を用いて薄膜と単結晶シリコン表面をエ
ッチング処理すると、エッチピットの頂部と谷部に形成
された薄膜は、エッチピットの傾斜面に形成された薄膜
に較べて膜特性が悪いためエッチング剤によりエッチン
グを受け易く、かつ、このエッチング剤が薄膜内の欠陥
を通ってエッチピットの頂部と谷部をエッチングするこ
とになる。これに対し、エッチピットの傾斜面に形成さ
れた薄膜の膜特性は、エッチピットの頂部と谷部に形成
された薄膜に較べて良好なため上記エッチング剤により
エッチングを受け難く、従って、この薄膜で覆われたエ
ッチピットの傾斜面もエッチングを受け難くなる。この
ため、エッチピットの頂部と谷部が選択的にエッチング
されるため、テクスチャ溝を残したままで上記エッチピ
ットの頂部と谷部をそれぞれ曲面形状に加工することが
可能となる。そして、上記薄膜に適用できる材料として
は、上述した酸化シリコンに加えて、例えば窒化シリコ
ン（ＳｉＮX ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）、及び、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられ
る。
【００１３】尚、上記エッチング剤として結晶シリコン
に対するエッチングレートが酸化シリコン等の薄膜に対
するエッチングレートより低いエッチング剤を適用した
場合、上記薄膜の膜特性の良否に拘らず薄膜が一様にエ
ッチングされてしまうため、テクスチャ溝を残したまま
でエッチピットの頂部と谷部を曲面形状に加工すること
が困難となる。従って、結晶シリコンに対するエッチン
グレートが上記薄膜に対するエッチングレートより高い
エッチング剤を適用することを要する。このようなエッ
チング剤としては、上記薄膜を構成する材料の種類に応
じて以下のようなものを例示できる。すなわち、上記薄
膜が酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の場合には高濃度のアル
カリ水溶液（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の水溶液）や
ＨＦとＨＮＯ3 の混合系（ＨＦ：ＨＮＯ3 ＝１：５〜
１：１０）等が、また、薄膜が窒化シリコン（Ｓｉ
ＮX ）や酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の場合には上記ＨＦと
ＨＮＯ3の混合系等が適用できる。また、上記薄膜が酸
化スズ（ＳｎＯ2 ）の場合には５％程度の希アルカリ
（ＫＯＨやＮａＯＨ等）水溶液等が適用でき、また、薄
膜が酸化亜鉛（ＺｎＯ）の場合には１％程度の希アルカ
リ（ＫＯＨやＮａＯＨ等）水溶液等が利用できる。
【００１４】また、上記エッチピットの頂部と谷部が曲
面形状に加工された後、単結晶シリコン表面に残留する
薄膜を除去するエッチング剤としては、酸化シリコン薄
膜に対してはＨＦ等が、窒化シリコン薄膜や酸化チタン
薄膜に対しては１％程度の希アルカリ（ＫＯＨやＮａＯ
Ｈ等）水溶液等が利用でき、また、酸化スズ薄膜に対し
ては塩酸、硫酸、硝酸等の強酸水溶液等が、酸化亜鉛薄
膜に対しては１％程度の希酸水溶液等が適用できる。
【００１５】次に、エッチピットの頂部と谷部に膜特性
の悪い薄膜を意図的に形成できる低温成膜法としては、
真空蒸着法、スパッタリング法、イオンビームデボジッ
ション法等のＰＶＤ（物理気相成膜）法やプラズマＣＶ
Ｄ法等が挙げられる。請求項２に係る発明は上記低温成
膜法を特定した発明に関する。
【００１６】すなわち、請求項２に係る発明は、請求項
１記載の発明に係る光電変換装置用基板の製造方法を前
提とし、上記低温成膜法がＰＶＤ法又はプラズマＣＶＤ
法であることを特徴とするものである。
【００１７】尚、エッチピットを形成した単結晶シリコ
ン表面に形成される上記薄膜の膜厚、及び、薄膜と単結
晶シリコン表面のエッチング処理時間については、予め
形成されたエッチピットの深さ寸法、適用されるエッチ
ング剤の種類、及び、エッチピットの頂部と谷部の曲面
形状等を考慮して適宜値に設定すればよい。
【００１８】また、得られた基板の適用対象としては成
膜型太陽電池やイメージセンサ等の基板が例示できる。
【００１９】
【作用】請求項１〜２に係る発明によれば、エッチピッ
トが形成された単結晶シリコンの表面に低温成膜法によ
り薄膜を形成しているため、エッチピットの傾斜面に形
成された薄膜に較べてエッチピットの頂部と谷部に形成
された薄膜は多くの欠陥を有している。そして、結晶シ
リコンに対するエッチングレートが上記薄膜に対するエ
ッチングレートより高いエッチング剤を用いて薄膜と単
結晶シリコン表面をエッチング処理すると、欠陥の多い
薄膜で覆われたエッチピットの頂部と谷部が選択的にエ
ッチングを受けることになるため、テクスチャ溝を残し
たままで上記エッチピットの頂部と谷部を曲面形状に加
工することが可能となる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
【００２１】まず、（１００）の結晶方位を有し、か
つ、厚さ０．６ｍｍでｎ型の単結晶シリコン（比抵抗１
〜１０Ω・ｃｍ）１を、５重量％のＫＯＨ水溶液中に８
０℃で２０分間浸漬して、１．０〜３．０μｍのピラミ
ッド状のエッチピット１０を形成した（図１Ａ参照）。
【００２２】このエッチピット１０が形成された単結晶
シリコン１を高周波マグネトロンスパッタリング装置内
に導入し、下記成膜条件によるスパッタリング法により
単結晶シリコン１表面に厚さ０．１μｍの酸化シリコン
薄膜２を成膜した（図１Ｂ参照）。
【００２３】［成膜条件］ スパッタリングターゲット；Ｓｉ 反応ガスの種類；Ｏ2 反応ガスの供給速度；１ＳＣＣＭ〜２０ＳＣＣＭ 反応ガスの圧力；１ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ 放電電力；５０Ｗ〜２００Ｗ 単結晶シリコンの加熱温度；１００℃〜３００℃ 次に、酸化シリコン薄膜２が成膜された単結晶シリコン
１を３０重量％ＫＯＨ水溶液のエッチング剤を用いて約
１分間エッチング処理し、エッチピット１０傾斜面に成
膜された酸化シリコン薄膜２１に較べ膜特性が悪い酸化
シリコン薄膜２２を介してエッチピット１０の頂部と谷
部をそれぞれ曲面形状に加工した後、エッチング剤をＨ
Ｆに代えて再度エッチング処理を施し、残留する酸化シ
リコン薄膜２を溶解除去して図１（Ｃ）に示すような基
板３を製造した。
【００２４】そして、得られたこの基板３を成膜型太陽
電池の基板として適用した。すなわち、上記基板３の表
面に下記成膜条件によるプラズマＣＶＤ法により厚さ２
００Åのｐ型非晶質シリコン層４を成膜した（図１Ｄ参
照）。
【００２５】［成膜条件］ 反応ガスの種類；Ｂ2Ｈ6 ／ ＳｉＨ4 ＝０．０５％〜５
％ 反応ガスの供給速度；５ＳＣＣＭ〜１００ＳＣＣＭ 反応ガスの圧力；５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ 放電電力；５Ｗ〜１００Ｗ 単結晶シリコンの加熱温度；１００℃〜３００℃ 次に、上記ｐ型非晶質シリコン層４上に銀ペーストによ
り櫛歯状電極を形成すると共に、ｎ型の単結晶シリコン
から成る基板３の背面側にスパッタリング法によりアル
ミニウムを一様に成膜して裏面電極を形成し、成膜型太
陽電池を製造した。
【００２６】そして、得られた成膜型太陽電池につい
て、ＡＭ１：１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラーシュミレー
タを用いて電流−電圧測定を行った結果、Ｖocは０．５
７ボルト、Ｊscは３５ｍＡ／ｃｍ2 、ＦＦは０．７１で
あり、光電変換効率ηは１４．２％と良好であった。
【００２７】また、この太陽電池の表面反射特性を測定
したところ、全波長域にわたって反射率が低減してお
り、テクスチャ溝に起因する光閉じ込め作用が機能して
いることが確認できた。
【００２８】［比較例１］次に、実施例に係る基板の効
果を確認するため、エッチピットの頂部と谷部が曲面形
状に加工されていないｐ型の単結晶シリコンを用いて実
施例と同一構造の成膜型太陽電池を製造した。
【００２９】そして、この成膜型太陽電池について、実
施例と同様にＡＭ１：１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラーシ
ュミレータを用いて電流−電圧測定を行った結果、Ｖoc
は０．５４ボルト、Ｊscは３５ｍＡ／ｃｍ2 、ＦＦは
０．７０であり、光電変換効率ηは１３．２％であっ
た。
【００３０】また、この太陽電池の表面反射特性を測定
したところ全波長域にわたって反射率が低減しており、
実施例と同様にテクスチャ溝に起因する光閉じ込め作用
が機能していることも確認できた。
【００３１】［比較例２］比較例１と同様、実施例に係
る基板の効果を確認するため、酸化シリコン薄膜を形成
せずにエッチピットの頂部と谷部についてエッチング処
理により曲面形状に加工した従来のｐ型単結晶シリコン
を用いて実施例と同一構造の成膜型太陽電池を製造し
た。
【００３２】そして、この成膜型太陽電池について、実
施例と同様にＡＭ１：１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラーシ
ュミレータを用いて電流−電圧測定を行った結果、Ｖoc
は０．５８ボルト、Ｊscは３２ｍＡ／ｃｍ2 、ＦＦは
０．７１であり、光電変換効率ηは１３．２％であっ
た。
【００３３】また、この太陽電池の表面反射特性を測定
したところ全波長域にわたって反射率が増大しており、
実施例と相違して光閉じ込め作用が充分に機能していな
いことが確認できた。
【００３４】
【発明の効果】請求項１〜２に係る発明によれば、テク
スチャ溝を残したままでエッチピットの頂部と谷部が曲
面形状に加工された光電変換装置用基板を製造すること
が可能となる。
【００３５】従って、この基板表面に欠陥の少ない膜特
性良好な半導体被膜を簡便に成膜することが可能になる
ため、得られた光電変換装置の光電変換効率を向上でき
る効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜（Ｃ）は実施例に係る光電変換装
置用基板の製造工程を示す説明図、図１（Ｄ）は得られ
た基板上に半導体被膜が成膜された状態を示す説明図。
【図２】成膜型太陽電池の概略斜視図。
【図３】図３（Ａ）は図２のIII−III面断面図、また、
図３（Ｂ）は図３（Ａ）の部分拡大図。
【図４】テクスチャ度の高い単結晶シリコン基板表面に
成膜された半導体被膜の膜特性を示す概念図。
【符号の説明】
１ 単結晶シリコン ２ 酸化シリコン薄膜 ３ 基板 ４ 非晶質シリコン層 １０ エッチピット ２１ 酸化シリコン薄膜 ２２ 酸化シリコン薄膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】テクスチャ溝を備えた光電変換装置用基板
    の製造方法において、 上記テクスチャ溝を構成するエッチピットが形成された
    単結晶シリコンの表面に低温成膜法により薄膜を形成
    し、かつ、結晶シリコンに対するエッチングレートが上
    記薄膜に対するエッチングレートより高いエッチング剤
    を用いて薄膜と単結晶シリコン表面をエッチング処理
    し、上記エッチピットの頂部と谷部をそれぞれ曲面形状
    に加工することを特徴とする光電変換装置用基板の製造
    方法。
  2. 【請求項２】上記低温成膜法がＰＶＤ法又はプラズマＣ
    ＶＤ法であることを特徴とする請求項１記載の光電変換
    装置用基板の製造方法。
JP5213627A 1993-08-30 1993-08-30 光電変換装置用基板の製造方法 Pending JPH0766437A (ja)

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