太陽電池の光吸収量向上技術の特徴－ホットワイヤーエッチング技術による表面テクスチャー形成－

摘要

結晶シリコン系太陽電池においては，テクスチャーと呼ばれる微細な凹凸構造を基板表面に形成し，その光閉じ込め効果により光吸収量を向上させている。シリコン基板への凹凸形成法として，現在，生産で主に用いられているのはアルカリ溶液を用いたウエットエッチング法である。 このアルカリエッチング法はシリコンの結晶方位に対するエッチング速度の異方性を利用しており，第1図に示すように，シリコンの（100）結晶面に対しては，（111）面が露出したピラミッド型のテクスチャーを形成することができる。 しかし，現在，太陽電池市場で最も生産量の高い多結晶シリコン系太陽電池に用いられる多結晶シリコン基板に対しては，結晶方位によって形成される凹凸形状が大きく異なり，特に基板面と水平に（111）面をもつ結晶に対してはほとんどテクスチャーが形成されず，光吸収量が著しく低下してしまう。一方，結晶方位によらず多結晶基板全面に凹凸を形成する方法として，写真製版によるパターニングと等方性エッチングにより穴状の凹凸をアレイ状に形成することが可能であるが，プロセスが複雑で高コストのため，量産への適用例はない。 機械加工やレーザ加工によりV字溝を形成する方法もあるが，加工表面部分にダメージを生じるので，その部分の除去が必要となる。 また，結晶シリコン系太陽電池は低コスト化と資源の有効利用のため，基板を薄型化する方向にあり，機械的な方法では，この薄い基板への対応が非常に困難となる。 その他MEMS（Micro Electro Mechanical System）にも応用されている精密電解エッチングによりアスペクトの大きい細孔を形成する技術も検討されているが，量産性に問題がある。 また，200μm以下の薄いシリコン基板へは基板割れなどの点でウェットプロセスでは処理が困難で，ドライプロセスが必要になると予想される。