多結晶シリコン太陽電池テクスチャ化処理のための新規混酸溶液の開発

成 膜 大 学 理 工 学 研 究 報 告 J.Fac.Sci.Tech,SeikeiUniv. Uo1.50No.2(2013)pp129-130 (特 別 研 究 費 に 係 る 論 文)

多結 晶 シ リコ ン太 陽 電 池 テ ク ス チ ャ化 処 理 の た めの 新 規 混 酸 溶 液 の 開発

齋 藤

洋 司*1,春

山

智 史*z,江

口

陽 平*z,渡

邊

良 祐*3,

阿 部

秀 司*4,斉

藤

哲 也*4,鈴

木

竜 暢*4,江

尻

康 清*4,坂

本

昭 二*4

DevelopmentofaNewAcidSolutionforTexturing

ofMulti-crystallineSiliconSolarCells

YojiSAITO*',SatoshiHARUYAMA*Z,YoheiEGUCH-*Z,RyosukeWATANABE*3,

SyujiABE*4,TetsuyaSAITO*4,TatsunobuSUZUH-*4,YasukiyoEJIRI*4,andSyojiSAKAMOTO*4,

ABSTRACT:Wedevelopedanewmixedacidsolutionfortexturingofmulti-crystallinesiliconsolarcells. Thestructuresandreflectanceofthetexturedsurfacesweremainlyinvestigated.Moreover,solarcells werefabricatedusingthetexturedsurfaces,andtheirelectricalperformanceswereevaluated.We confirmedthatthedevelopedsolutionwouldbeeffectivefortexturingtoimprovetheperformanceof multi-crystallinesiliconsolarcells. Keywords:multi-crystallinesilicon,mixedacidsolution,texture,solarcell

(ReceivedAugust29,2013)

1.緒 論

2.実

験 方 法

単 結 晶Si太 陽 電 池 で は,反 射 損 失 低 減 の た め アル カ リ

溶 液 を用 い て 表 面 を凹 凸 構 造 に す るテ クス チ ャ化 処 理 が

行 わ れ る。 しか し,ウ ェハ 内 に 様 々 な 結 晶 面 方位 を持 っ

多 結 晶Si基 板 で は,ア ル カ リ溶 液 を用 い て 面 内 に均 一 な

テ クス チ ャ形 成 を行 うこ とが で きな い た め,フ

ッ酸

硝

酸

酢 酸 を主 体 と した 混 酸 溶 液 を用 い た テ クス チ ャ化 処

理 が 検 討 され て い る。 この 溶 液 で は,処 理 の 初 期 段 階 で

は 結 晶 欠 陥 を優 先 的 に 削 る こ とに よ り凹 凸 表 面 が 形 成 で

き るが,時 間 が か か る こ と,一 方,組 成 を変 えて 処 理 を

早 くす る と平 坦 化 され て しま う問題 点 が あ る。 本研 究 で

は,フ

ッ硝 硫 酸 溶 液 を用 い た テ クス チ ャ処 理 を試 み,そ

の 評 価 を行 った 。

抵 抗 率0.5∼2Ωcm,厚 さ 約zoomsのp型 多 結 晶Si基 板 を用 い た 。 主 に 表1に 示 す 組 成 の フ ッ硝 硫 酸 溶 液 を用 い て25℃ で エ ッ チ ン グ を60秒 間 行 い,テ ク ス チ ャ構 造 を 形 成 した 。 基 板 を22mmx30㎜ に カ ッ ト し,リ ン撒 源 擁 を ス ピ ン コ ー ト し,950℃ で 熱 拡 散 を行 い,基 板 表 面 にn型 層 を形 成 した 。 次 に,受 光 面 側 にAl膜 を蒸 着 し,パ タ ー ニ ン グ を行 っ た 。 そ の 後,受 光 部 分 以 外 のn型 層 を フ ッ 硝 酢 酸 溶 液 で 除 去 した 。 さ ら に 裏 面 にAl電 極 を 作 製 し, 窒 素 雰 囲 気 中450℃ で 熱 処 理 を 行 い,セ ル を 完 成 さ せ た 。

表1混

酸 の組 成(容 量 比)

番号

フ ツ酸

硝酸

硫酸

水

S-8 i.o i.6 8.1 0.9 5-11 i.o 0.6 4.5 i.z *1:理 工 学 部 シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 科 教 授 (yoji@stseikei.ac.jp) :z:理 工 学 研 究 科 理 工 学 専 攻 *3:理 工 学 部 シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 科 助 教 *4・ 日本 化 成 株 式 会 社

3.実

験 結 果 お よ び 検 討

3.1表 面 構 造 お よ び 反 射 率 図1,図2に 表1のS-8,S-llの 組 成 の 溶 液 で テ ク ス チ 一129一

成 跨i大 学 理 工 学 研 究 報 告

Vo1.50No.2(2013.12)

ヤ形 成 した 多 結 晶Si基 板 表 面 の 走 査 電 子 顕微 鏡(SEM)像

をそれぞれ示す。

鵬 続ie

'∴轟

_・

_猛

_∫1∵

鱒 瓢講講

議魏 蓋叢

図1テ ク ス チ ャ 処 理 し 図2テ ク ス チ ャ 処 理 し た 多 結 晶Si基 板 の た 多 結 晶Si基 板 の SEM像(S-8)SEM像(S-11)

テ ク ス チ ャ化 した 太 陽 電 池 の特 性 は鏡 面 の 場 合 と比

べ て効 率等 の性 能 が 向 上 して い る こ とが わ か る。 混酸溶

液 の組 成 と して 硫 酸 の多 いS-8を 用 い た場 合 の 方 が,反

射 率 は 高 い もの の,よ

り良 い 太 陽 電池 特性 が得 られ た。

S-llの 組 成 の溶 液 で テ ク ス チ ャ形 成 した場 合,エ

ッチ ン

グ の不 均一 性 が 大 き過 ぎ,そ の後 形成 した 拡散 層 が 不均

一 とな り

_{,吸 収 され た光 が十 分 に 電流 に変 換 で き な か っ}

た た め と考 え て い る。 テ クス チ ャ構 造 に よ り反 射 率 を低

減 す る 場合,太

陽電 池構 造 に 悪影 響 を 与 え る こ とが あ る

た め,反 射 率 が低 い ほ ど太 陽 電池 性 能 が 良 くな る とは 限

らな い。

図1,図2よ り,60秒 間 の 短 時 間 の 処 理 に よ り凹 凸 構 造 が 形 成 さ れ て い る こ と が わ か る 。エ ッ チ ン グ 初 期 に は, フ ッ 硝 酢 酸 溶 液 の 場 合 と 同 様,基 板 ス ラ イ ス 時 に 生 じ た 表 面 付 近 の 結 晶 欠 陥 が 優 先 的 に 削 れ て 凹 凸 を 生 じ る が, そ の 後 も 速 い エ ッ チ ン グ 速 度 の 状 況 で,大 き な 粘 度 の 硫 酸 に よ り溶 液 の 対 流 が 妨 げ ら れ,反 応 熱 が 逃 げ に く く, 局 所 的 な 反 応 が 進 む た め 凹 凸 構 造 を 保 つ と 考 え て い る 。 ま た,図1よ り図2の 方 が,細 か い 凹 凸 に 加 え て 大 き な 凹 凸 が 見 ら れ た 。 な お,い ず れ も エ ッ チ ン グ深 さ は5μ m程 度 と推 定 さ れ る 。 次 に,こ れ ら の 表 面 の 反 射 率 測 定 を行 っ た と こ ろ,S-8, S-llの 組 成 の 溶 液 で テ ク ス チ ャ 形 成 し た 表 面 の 波 長 600nmに お け る 反 射 率 は そ れ ぞ れ 約26%,約17%で あ り, S-llの 組 成 の 場 合 の 方 が 低 い 結 果 が 得 ら れ た 。 3.2作 製 し た 太 陽 電 池 の 出 力 特 性 作 製 し た 太 陽 電 池 に ソ ー ラ ー シ ミ ュ レ ー タ 光 源 を 用 い てAMI.5相 当 の 光 照 射 を行 い,基 板 温 度25℃ に て 電 流 電 圧 特 性 を 測 定 し た 。S-8の 組 成 とS-llの 組 成 で そ れ ぞ れ テ ク ス チ ャ 形 成 し た 多 結 晶Si基 板 か ら作 製 し た 太 陽 電 池 の 出 力 特 性 を 表2に 示 す 。 こ こ で,比 較 試 料 と し て フ ッ 硝 酢 酸 溶 液(2:3:6)を 用 い て 鏡 面(ミ ラ ー)エ ッ チ ン グ 処 理 し た 太 陽 電 池 の 特 性 も 示 し た 。

表2作

製 した 太 陽 電 池 の 出 力特 性

短 絡 電 流 密 度 [mA/cm2]

変 換 効 率

[%]

F.F

mirrorOl

27.0 11.7 0.76

mirror20

26.3 11.1 0.75

S-801

36.4 16.4 0.77

S-820

35.0 14.5 0.72

s-1100

34.5 14.2 0.73

s-1120

32.1 14.0 0.75 4.結 論

多 結 晶Si太 陽電 池 に お い て,フ

ッ硝 硫 酸 溶 液 を用 い て

テ クス チ ャ 処理 を行 っ た。60秒 以 内 の処 理 に よ り数 μm

周 期 の 凹 凸 表 面 が形 成 され,比 較 的低 反 射 率 な 表 面 を得

る こ とが で き た。

硫 酸 濃 度 の 大 き い 溶 液 を用 い た 場 合 に 高 い 変 換 効 率

15-16%が 得 られ,特 性 改 善 が確 認 で き た。本 溶 液 の 実 用

化 に よ り,太 陽 電池 製 造 工程 の低 コス ト化 に 寄 与 で き る

と考 え られ る。

参考文献

)

1

)

2

)

3

江 口 陽 平,春 山 智 史,大 賀 佑 磨,遠 藤 辰 之 輔,齋 藤 洋 司,阿 部 秀 司,斉 藤 哲 也,鈴 木 竜 暢,江 尻 靖 清, 坂 本 昭 二:「 多 結 晶 シ リ コ ン 太 陽 電 池 に お け る 混 酸 溶 液 に よ る テ ク ス チ ャ ー 形 成 の 評 価 」 日本 材 料 科 学 会 平 成24年 度 学 術 講 演 大 会 予 稿 集,pp.55-56,2012 年6月 江 口 陽 平,遠 藤 辰 之 輔,大 賀 佑 磨,春 山 智 史,齋 藤 洋 司,阿 部 秀 司,斉 藤 哲 也,鈴 木 竜 暢,江 尻 康 清, 坂 本 昭 二:「 多 結 晶Si太 陽 電 池 に お け る 混 酸 溶 液 に よ る テ ク ス チ ャ ー 形 成 の 評 価 」,第73回 応 用 物 理 学 会 学 術 講 演 会 予 稿 集,100μm厚 高 効 率 ・低 コ ス ト結 晶 シ リ コ ン 太 陽 電 池 の 実 現 を め ざ し て(応 用 電 子 物 性 分 科 会 企 画 シ ン ポ ジ ウ ム),llp-F7-7,2012年9月 R.Watanabe,S.Abe,S.Haruyama,T.Suzuki,MOnuma, YSaito"Evaluationofanewacidsolutionfor texturizationofmulticrystallinesiliconsolarcells,"Int. J.Photoenergy2013,951303,2013年10月 一130一