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一般的晶系硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)概略如圖1所示，在兼顧經(jīng)濟性的同時，為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，進行了很多努力，其中降低硅晶圓表面反射率、降低光反射損耗的技術(shù)是提高效率的關(guān)鍵。平坦的硅晶圓的反射率在波長400～1100nm下平均為40%左右，非常高，產(chǎn)生了很大的損耗，為了降低這種表面反射率，太陽能電池的表面涂覆有折射率小于硅的透明薄膜作為抗反射膜，具體來說，使用的是二氧化鈦（單晶太陽能電池的情況）和氮化硅（多晶太陽能電池的情況）等薄膜。
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圖1 普通晶系硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)
另一項降低表面反射率的重要技術(shù)是在硅晶圓表面形成具有細微凹凸形狀的結(jié)構(gòu)（稱為紋理結(jié)構(gòu)）。 一般的紋理結(jié)構(gòu)是幾μ～幾十μm大小的凹凸。 作為這樣的紋理結(jié)構(gòu)的效果，已知有以下3個（圖2為模式圖）。①表面多次反射導(dǎo)致表面反射率降低:通過凹凸使表面反射一次的光再次入射。 ②光路長度的增大:由于凹凸，光的行進方向傾斜，其結(jié)果是光在硅內(nèi)部行進的距離變長。 對于硅的吸收系數(shù)小的長波長光特別重要。 ③另外，如上述②所述，由于光在硅內(nèi)部傾斜前進，因此當該光的一部分被背面反射并再次到達表面時，入射角達到臨界角以上，發(fā)生全反射（內(nèi)部全反射）。 因此，光被封閉在硅中。形成紋理結(jié)構(gòu)的方法有各種各樣的方法，在本解說中，將對使用濕法蝕刻的方法，特別是我們最近開發(fā)的使用金屬催化劑的方法進行解說。
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圖2 紋理結(jié)構(gòu)的效果
濕法刻蝕形成紋理結(jié)構(gòu)的技術(shù)：如果使用集成電路制造工藝中使用的光刻技術(shù)，就可以制作出紋理結(jié)構(gòu),但是，太陽能電池與集成電路等小面積、高附加值的器件不同，是覆蓋房屋屋頂?shù)拇竺娣e器件，在制造成本、量產(chǎn)性方面難以使用光刻技術(shù),在這一點上，能夠同時處理大量晶圓的濕法蝕刻是有效的。
通過金屬催化劑蝕刻形成紋理結(jié)構(gòu)的方法
在半導(dǎo)體制造工序的濕法清洗技術(shù)中，金屬微量污染會在硅表面形成凹坑,我們認為該現(xiàn)象是否可以應(yīng)用于太陽能電池用多晶硅紋理結(jié)構(gòu)的形成，開發(fā)了新的紋理結(jié)構(gòu)形成技術(shù)。首先，通過化學(xué)鍍法在硅表面附著銀微粒子，具體地將溶液在室溫下浸入通過溶解高氯酸銀和氫氧化鈉獲得的水溶液中約20分鐘，通過這種處理，硅膠在表面隨機析出30～100nm左右尺寸的銀粒子。接著，使用氫氟酸和過氧化氫水的混合液進行濕法蝕刻。在沒有附著銀的狀態(tài)下，蝕刻幾乎不進行，但是如果有銀，在銀的催化作用下，蝕刻進行的同時，表面會形成凹凸結(jié)構(gòu)。 在該催化劑的作用下，過氧化氫在銀上進行還原反應(yīng)，相應(yīng)地從硅中提取電子。其結(jié)果是在硅內(nèi)生成空穴（h），引起硅的氧化性溶解，這是以銀為催化劑的紋理結(jié)構(gòu)形成的基本反應(yīng)。特別是，在該蝕刻過程中，銀粒子在向硅內(nèi)部下沉的同時，呈現(xiàn)出形成筒狀細孔的極其特異的行為，但其機理尚未充分闡明。
在形成這樣的細孔的同時，在表面附近形成了污漬層（納米尺寸的多孔硅層）。 另外，該污漬層雖然顯示出作為抗反射膜的性質(zhì)，但由于其本身具有高電阻，因此會對太陽能電池的特性產(chǎn)生不良影響，我們用低濃度（1wt.%）的氫氧化鈉水溶液在室溫下進行處理，除去了污漬層，此時，硅內(nèi)部形成的筒狀細孔的壁也多少被蝕刻擴大，通過調(diào)整處理時間，達到適合紋理結(jié)構(gòu)的尺寸。最后，用硝酸除去殘留在表面的銀。另外，還可以回收除去的銀，在銀化學(xué)鍍工序中再利用。
圖8顯示出了通過上述處理形成的紋理結(jié)構(gòu)的SEM圖像。 由于多晶的結(jié)晶粒不同，露出面的結(jié)晶方位也不同，因此形成的凹凸形狀也有差異（a和b），表面整體形成了凹凸結(jié)構(gòu)。
對使用這樣得到的銀微粒子催化劑進行濕法蝕刻處理的晶圓和沒有紋理化處理的晶圓以及進行了堿性紋理化處理（以前的方法）的晶圓的表面反射率進行了比較，其結(jié)果明確了通過使用銀微粒子催化劑的處理得到的反射率最低。
本文解說了作為在晶體硅太陽能電池表面形成低反射表面凹凸結(jié)構(gòu)技術(shù)的濕法蝕刻法，?與目前正在開發(fā)的各種薄膜太陽能電池相比，晶體硅太陽能電池屬于較舊的類型，但目前很有可能繼續(xù)成為太陽能電池的主流,作為其技術(shù)課題，預(yù)計在于多晶錠制造及晶圓加工技術(shù)的低成本化，但濕法蝕刻技術(shù)與晶圓加工技術(shù)也有關(guān)聯(lián)，通過對這些技術(shù)進行綜合研究，有可能發(fā)展成更有用的技術(shù)。另外，以金屬微粒子為催化劑的加工技術(shù)不僅用于紋理結(jié)構(gòu)的形成，還有望應(yīng)用于MEMS技術(shù)等廣泛領(lǐng)域。