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引言
太阳能电池的世界生产量相当于每年约1.2 GW（2004年，换算成峰值发电能力），其组件的总面积达到1千万m。 制造的太阳能电池的80%以上是使用单晶或多晶硅晶圆的晶系硅，预计其生产量今后也会加速增加。 与此同时，确立能够适应这种大规模生产的制造技术将变得越来越重要。 一般的晶系硅太阳能电池的结构概略如图1所示，其中，在兼顾经济性的同时，为了提高太阳能电池的转换效率，进行了很多努力。 其中，降低硅晶圆表面反射率、降低光反射损耗的技术是提高效率的关键。 平坦的硅晶圆的反射率在波长400～1100nm下平均为40%左右，非常高，产生了很大的损耗。
图1 普通晶系硅太阳能电池的结构
表面涂有折射率小于硅的透明薄膜作为抗反射膜。 具体来说，使用的是二氧化钛（单晶太阳能电池的情况）和氮化硅（多晶太阳能电池的情况）等薄膜。 另一项降低表面反射率的重要技术是在硅晶圆表面形成具有细微凹凸形状的结构（称为纹理结构）。 一般的纹理结构是几μ～几十μm大小的凹凸。
图2纹理结构的效果
作为这样的纹理结构的效果，已知有以下3个（图2为模式图）：①表面多次反射导致表面反射率降低:通过凹凸使表面反射一次的光再次入射。 ②光路长度的增大:由于凹凸，光的行进方向倾斜，其结果是光在硅内部行进的距离变长。 对于硅的吸收系数小的长波长光特别重要。 ③如上述②所述，由于光在硅内部倾斜前进，因此当该光的一部分被背面反射并再次到达表面时，入射角达到临界角以上，发生全反射（内部全反射）。 因此，光被封闭在硅中。另外，在上述效果中，②和③在薄膜型硅太阳能电池的情况下很重要，而在使用晶体晶圆的硅太阳能电池的情况下，①尤为重要。 形成这种纹理结构的方法有各种各样的方法，在本解说中，将对使用湿法蚀刻的方法，特别是我们最近开发的使用金属催化剂的方法进行解说。
如果使用集成电路制造工艺中使用的光刻技术，就可以制作出纹理结构。 但是，太阳能电池与集成电路等小面积、高附加值的器件不同，是覆盖房屋屋顶的大面积器件，在制造成本、量产性方面难以使用光刻技术。 在这一点上，能够同时处理大量晶圆的湿法蚀刻是有效的。
图3显示的是金字塔结构的扫描电子显微镜(SEM)照片。 左:从斜上方看到的图像，右:从侧面看到的图像。这种基于碱蚀刻的纹理结构将反射率降低到10%左右（400―1100 nm），而且在成本和批量生产方面也具有优势，因此广泛用于单晶硅太阳能电池。
通过酸蚀刻形成的纹理结构的SEM照片如图4所示，可以看出形成了由圆形的孔和槽组成的凹凸结构。 有报告称，通过这种酸蚀刻形成纹理结构在批量生产方面具有优势，对于多晶硅，可以得到比碱性纹理更低的反射率。 但是，与单晶硅的金字塔结构相比，反射率的降低还不充分，需要进一步改善。
图5通过使用银微粒子催化剂的湿法蚀刻形成纹理结构的方法概要，显示了其过程的概要，以下对各个过程进行说明。 首先，通过化学镀法在硅表面附着银微粒子。 具体地，将溶液在室温下浸入通过溶解高氯酸银和氢氧化钠获得的水溶液中约20分钟。 通过这种处理，硅胶在表面随机析出30～100nm左右尺寸的银粒子（图6为SEM照片）。
接着，使用氢氟酸和过氧化氢水的混合液进行湿法蚀刻。 在没有附着银的状态下，蚀刻几乎不进行， 在形成这样的细孔的同时，在表面附近形成了污渍层（纳米尺寸的多孔硅层）（图7）。 因此，我们用低浓度（1wt.%）的氢氧化钠水溶液在室温下进行处理，除去了污渍层。 此时，硅内部形成的筒状细孔的壁也多少被蚀刻扩大，通过调整处理时间，达到适合纹理结构的尺寸。 最后，用硝酸除去残留在表面的银。 另外，还可以回收除去的银，在银化学镀工序中再利用。
图8示出了通过上述处理形成的纹理结构的SEM图像。 由于多晶的结晶粒不同，露出面的结晶方位也不同，因此形成的凹凸形状也有差异（a和b），表面整体形成了凹凸结构。
对使用这样得到的银微粒子催化剂进行湿法蚀刻处理的晶圆和没有纹理化处理的晶圆以及进行了碱性纹理化处理（以前的方法）的晶圆的表面反射率进行了比较。 其结果如图9所示，明确了通过使用银微粒子催化剂的处理得到的反射率最低。
讨论和总结
本文解说了作为在晶体硅太阳能电池表面形成低反射表面凹凸结构技术的湿法蚀刻法。 与目前正在开发的各种薄膜太阳能电池相比，晶体硅太阳能电池属于较旧的类型，但目前很有可能继续成为太阳能电池的主流。 预计在于多晶锭制造及晶圆加工技术的低成本化，但湿法蚀刻技术与晶圆加工技术也有关联，通过对这些技术进行综合研究，有可能发展成更有用的技术。 另外，以金属微粒子为催化剂的加工技术不仅用于纹理结构的形成，还有望应用于MEMS技术等广泛领域。