JPH01232717A - 非晶質シリコン太陽電池の薄膜製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非晶質シリコン太陽電池に用いられ、高周波プ
ラズマ反応を利用して薄膜を製造する装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は非晶質シリコン太陽電池の部分的な断面斜視図
を示したものであり、−Ｉｎに第５図のように一つの基
板上にユニットセルが直列接続される構造となっている
。すなわち、第５図において非晶質シリコン太陽電池は
、ガラス基板ｌの上に透明電極膜２ａ、２ｂ、２ｃを短
冊状に形成し、これらの上に光起電力発生部である非晶
質シリコン膜３ａ、３ｂ、３ｃとさらにその上に金属電
極膜４ａ、４ｂ、４ｃを順次積み重ねるように形成して
あり、例えばユニットセルの透明電極膜２ｂは隣り合う
ユニットセルの透明電極膜２ａ、２ｃと電気的に接続さ
れる。

この太陽電池を構成する各薄膜については、透明電極膜
２ａ、２ｂ、２ｃは熱ＣＶＤ法、非晶質シリコン膜３ａ
、３ｂ、３ｃはブラズ？ＣＶＤ法。

金属電極膜４ａ、４ｂ、４ｃは蒸着法、スパッタ法また
は印刷法などにより形成されるが、これら各薄膜を第５
図のように構成するために、それぞれの形成過程の間に
レーザなどによる加工工程を伴なうのが普通である。

ここで太陽電池の非晶質シリコン薄膜３ａ。

３ｂ、３ｃを形成するのに用いられるプラズマＣＶＤ装
置について概要を述べる。第６図はその装置構成を示す
要部断面であり、この装置の主な構成部分は反応容器５
８反応容器５を真空に排気する排気系６１反応容器５内
に成膜ガスを供給するガス供給系７．カソード電極８．
アノード電極９゜カソード電極８に接続されるＲＦｉｔ
源１０．アノード電極９上に位置するガラス基板１１．
アノード電極９の下方に位置し、基板１１を加熱するヒ
ータ１２およびヒータ電源１３からなる。太陽電池の場
合、ガラス基板１１　の上には前述した透明電極２ａ、
２ｂ、２ｃが既に形成されているが、ここでは図示を省
略しである。

このようなガラス基板ｌｌ上に以上の装置を用いて非晶
質シリコン薄膜を形成するには、まず反応容器５を真空
排気系６により真空度が数ｍ　Ｔｏｒｒ以下程度になる
まで排気した後、ガス供給系７から５ｉＨａもしくはＨ
２を含む５ｉＨｎなどの成膜ガスを反応容器５内に供給
し、一部真空排気系６で排気して反応容器５内の圧力を
Ｉ　Ｔｏｒｒ程度に保つ、この後カソード電極８とアノ
ード電橋９にＲＦ電源１０から電力を供給し、画電極８
．９間にプラズマを発生させる。このとき電源１３によ
りヒータ１２で約２００°Ｃに加熱されているアノード
電極９上の基板１１　は、両電８ｉ８．９間に発生した
プラズマによって、その上に第６図には図示してない非
晶質シリコン薄膜を形成することができる。

このようにして非晶質シリコン薄膜を形成した後、レー
ザなどにより一部をカットし、さらに金属電極の被着と
加工の工程を経て最終的に第５図に示した非晶質シリコ
ン太陽電池となるのである。

〔発明が解決しようとする課題］ 以上太陽電池の非晶質シリコン膜を形成するプラズマＣ
ＶＤ法による装置について述べたが、原理的には上述の
装置で薄膜形成が可能であるとしても、実際には量産性
を向上させるために基板面積を大きくしたり、一つの反
応容器内に電極と基板を多重に配置することも行なわれ
ている。しかしながら、このようにすると真空容器であ
る反応容器を大きくしなければならず、その結果、反応
容器に必要な耐圧をもたせるための構造や、ガス排気能
力を高めるための両帯設備が大がかりになるなど、装置
に多額の費用がかかることになり、量産性をあげて太陽
電池の製造価格を低減しようとすることに必ずしも結び
つかない、さらに上記の装置は、成膜時に反応容器の壁
面に反応副産物として非晶質シリコンが綿状に耐着し、
これが太陽電池特性を阻害するので、この付着物を除去
しなければならず、定期的に反応容器内のクリーニング
作業を必要とするために、装置の稼動率を低下させると
いう問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は量産効果が大きく、しかも効率よく稼動することが
できる非晶質シリコン太陽電池の薄膜製造装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の非晶質シリコン太
陽電池の薄膜製造装置は、従来の真空容器である反応容
器の代りに、薄膜を形成するガラス基板を用いて、枠組
を複数個の支持体を介在させて２枚のガラス基板で囲っ
た空間部を形成してこれをプラズマ分解室とし、枠組の
一端から排気して他端から成膜ガスを導入し、二つのプ
ラズマ分解室の中間または一つのプラズマ分解室の内部
に配置したカソード電極と、プラズマ分解室の外周曲折
（に配置した二つのアノード電極とによりＲＦ電力を印
加してプラズマ分解を起こさせるとともに、アノード電
極周辺に設けたヒータによりガラス基板を加熱し、プラ
ズマ分解室の内壁面となっているガラス基板上に、成膜
ガスの分解による透明電極膜と非晶質シリコン膜を形成
するように装置を構成したものである。

〔作用〕

上記のように本発明の薄膜製造装置は、Ｆｉ膜が形成さ
れるガラス基板自体をプラズマ分解室の内壁面となるよ
うに構成しであるので、薄膜の面積が増加しても大きな
反応容器やこれに伴なう両帯設備は不要であり、しかも
プラズマ分解室内に配設された支持体は、プラズマ分解
室の内部が減圧されたときにも、ガラス基板が変形した
り破損したりするのを防ぐ補強の役割を果たすとともに
、この支持体がガラス基板と接触する個所には薄膜が形
成されないからマスクとしての役割も有し、透明電極膜
と非晶質シリコン膜の形成に際して、従来選択除去する
ために後加工を行なっていた個所に、支持体とガラス基
板との接触位置を定めることにより、成膜ガスが分解し
て生ずるこれらの薄膜を後加工なしで短冊状に所望の位
置に配列することを可能とする。

〔実施例］ 以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図、第２図は本発明の非晶質シリコン太陽電池のｉ
ｌ膜製造装置の構成を示すものであり、第１図は全体の
要部構造を示す断面図、第２図は一部の断面斜視図であ
る。以下第１図、第２図を併用参照して説明する。

まず第１図において、この装置はＲＦ電源１４に接続す
るカソード電ＩＶｉ１５　と、所定の間隔でその両側に
並列する二つのアノード電極１６を配置し、これら電極
同士で形成される間隙に、二つのプラズマ分解室１７が
挿入されるように互の位置を保っている。プラズマ分解
室１７は、いずれも幅方向に開口する長方形の枠！１１
１８の開口面に、第１図には図示を省略しであるシール
材を介して２枚のガラス基板１９を当接することにより
枠組１８と２枚のガラス基板１９で囲まれた空間部であ
る。そしてカソード電極１５．アノード電極１６および
二つのプラズマ分解室１７を、縦に長く互に平行に所定
の間隙を保つように配列している。

枠＆ＩＩ　１８の向い合う上辺に成膜ガスを導入する複
数本のガス導入管２０．下辺には複数本のガス排気管２
１をとりつけ、さらに各プラズマ分解室１７の内部には
、いずれも第１図に図示してない複数個の支持体を挿入
してあり、これらの関係を明らかにするために第２図に
部分断面斜視図を示し第１図と共通部分に同一符号を用
いである。第２図において、２枚のガラス基板１９は、
例えばステンレス製の枠＆ｌｌ　１Ｂの開口面の溝には
め込んだ０リングなどのシール材２２に密着するが、第
２図では一方のガラス基板は図示を省略した。プラズマ
分解室１７の内部は、枠＆Ｉｌ　１Ｂ　とガラス基板１
９の内面に全側面で当接する複数個の支持体２３例えば
セラミック板などにより、第１図で示したプラズマ分解
室１７の縦方向に所定の間隔で仕切られ、仕切られた複
数個の各領域の枠組１８に対してそれぞれ上辺に成膜ガ
スを導入する複数本のガス導入管２０．下辺には第１図
で示したように、ガス導入管２０に対応して成膜ガスの
一部を排気する複数本のガス排気管２１　をとりつける
が、第２図ではガス排出管２１　は図示を省略した。こ
れらガス導入管２０は互に連結されて図示してないガス
供給系へ、またガス排気管２１　も互に連結されて図示
してない真空排気系へ導かれる。プラズマ分解室１７は
、ガス排気管２１　により真空排気されたとき、枠ｕ　
１８　と２枚のガラス基板１９の間のシール材２２によ
って真空シールされ、ガラス基板１９　と枠＆［ｌ　１
８　との気密を保つことができる。また各ガラス基板１
９を加熱するヒータ２４は、第１図のようにそれぞれ二
つのアノード電極１６の近傍にこれら電極に沿って設け
られる。

以上本発明の薄膜製造装置の構成を説明してきたが、次
にプラズマ分解室１７を組み立てる手順について述べる
。まずガス導入管２０　とガス排出管２１をとりつけた
二つの枠＆ｌ　１Ｂを第１図のように縦に長い方向に立
てて置き、各枠組１８の開口面から支持体２３の必要な
数量を所定の位置に挿入する。支持体２３はいずれも両
端面が枠組１８の向い合う内面を摺動して保持される程
度の寸法精度が必要である０次いで２枚のガラス基板１
９を各枠！　１Ｂの両側の開口面溝にはめ込んであるシ
ール材２２に当てがい、枠組１８をはさみ込むようにし
、この状態で２枚のガラス基板１９と枠組１８からなる
二つのプラズマ分解室１７を、それぞれ適当な個所で適
当数のクランプを用いて各ガラス基板１９を保持する。

続いてこれら二つのプラズマ分解室１７を、固定された
カソード電極１５と二つのアノード電極１６との隙間に
挿入した後、各プラズマ分解室１７にとりつけであるガ
ス供給管２０の連結、ガス排気管２１の連結。

さらに装置本体のガス供給系と真空排気系への接続を行
なう、これらの接続は管継手用部材を用いて容易に行な
うことができる。かくして真空排気を行なうことにより
、ガラス基板１９　と枠組１８からなる各プラズマ分解
室内は減圧され、ガラス基板１９はシール材２２を介し
て枠組１８と気密ナー を保つことができる。この時点で先に用い碩ガラス基板
１９を押えるための適当数のクランプは不要となるので
これらを全て取り外す。

以上のようにしてプラズマ分解室１７を組み立てること
ができるが、プラズマ分解室１７　は真空になったとき
、壁面となっているガラス基板１９にｌ　ｋｇ　／　ｃ
ｊの圧力が外部から加わるので、これがガラスの強度を
超えた場合には、ガラス基板１９は破損されてしまう、
支持体２３はこのような場合の外圧に対抗してガラス基
板１９が変形したり破を員したりするのを防ぐものであ
り、これが支持体２３の第１の効用である。厚さ３ＩＩ
ＩＬ１のガラス基板１９に対して、３　ｃｍの間隔で支
持体２３を挿入することにより、ガラス基板１９の破損
を防止することができる。

次に本発明の装置を用いて非晶質シリコン太陽電池の薄
膜を形成する過程を述べる。まず各プラズマ分解室１７
を、ガス排出管２１　に接続されている図示してない真
空装置により、数ｍ　Ｔｏｒｒ以下程度まで真空排気し
た後、ガス導入管２０から図示してないガス供給系によ
り成膜ガスをプラズマ分解室１７に導入し、その一部を
ガス排出管２１で排気し、プラズマ分解室１７をＩ　Ｔ
ｏｒｒ程度の圧力に保つ、この後、カソード電極１５　
とアノード電ＩＭ　１６にＲＦ電源１４から高周波電力
を印加し、プラズマ分解室１７内部に成膜ガスのプラズ
マを発生させることにより、プラズマ分解室１７の壁面
として用いられ、ヒータ２４で約２００”Ｃに加熱され
たガラス基板１９上に、成膜ガスの分解による薄膜を形
成することができる。この状況を第３図を参照して説明
する。第３図はガラス基板１９と支持体２３の位置関係
を示した部分断面図であり、これに透明電掻膜２５　ａ
　、　２５　ｂ　、　２５　ｃと非晶質シリコン膜２６
　ａ　＋　２６　ｂ　＋　２６　ｃが順次形成される過
程を示している。第３図（ａ）ではガラス基板１９と、
これを支える支持体２３の初期の状態を表わしており、
上述の成膜ガスとして、まず（ＣＨｓ）　４ｓｎ＋Ｎ＊
＋Ｏｘ、ＣＦＪｒをｚｌｏ：ｔｏ：ｏ、ｔの割合で流し
たとき、透明電極膜５ｎＯｔ　：　Ｆ　２５　ａ　、　
２５　ｂ　、　２５　ｃが第３図（ｂ）のように形成さ
れる。これら透明電極膜２５ａ。

２５ｂ、２５ｃはいずれも厚さ１μ鱗で５Ω／口の特性
値を有し、支持体２３の部分で分割された短冊状を呈す
る０次にプラズマ分解室１７内の圧力を、ガラス基板１
９が平行移動できる程度まで上げて、ガラス基板１９の
位置を０．１−１ｍ程度第３図、（Ｃ）のようにずらせ
る、このとき各透明電極膜の厚さは１μ謡程であるから
、ガラス基板１９をずらせるのは容易である。再びプラ
ズマ分解室１７をＩ　Ｔｏｒｒ程度の圧力とし、次に成
膜ガスとして、Ｐ形非晶質シリコン膜用に１０％Ｓ　ｉ
　ＩＩ　ａ　（Ｉｔ　を稀釈）、Ｏ，１％Ｂｆｌｌｉ（
Ｈｚ稀釈）、１％ＣｔＨｚ（Ｈｉ＃＃釈）＋１形非晶質
シリコン膜用に１０％５ｉＬ（Ｈｔｌ＃ｉ釈）、ｎ形非
晶質シリコン膜用に１０％５ｉｎ４（Ｈｚ稀釈）＋　０
．１％ｐＨ３（Ｈｚ稀釈）を順次供給してプラズマ分解
させることにより、Ｐ形−五形−ｎ形の非晶質シリコン
膜２６ａ、２６ｂ。

２６ｃを第３図（ｄ）のように積層形成することができ
る。この場合のガス組成、温度、各層の膜厚等の値は、
通常のものと同じでよい、最後に金属電極膜を形成する
ことにより、第５図に示したのと同じ構造の非晶質シリ
コン太陽電池が得られる。基本的な構造は同じであって
も本発明の装置を用いて製造される非晶質シリコン太陽
電池が従来と異なる所は、透明電極膜２５　ａ　、　２
５　ｂ　、　２５　ｃと非晶質シリコン１１２６ａ、２
６ｂ、２６ｃを形成するノニレーザ加工などの後加工を
必要としない点にある。すなわち、本発明の装置にはプ
ラズマ分解室１７の中に支持体２３が設けられており、
プラズマ分解室１７の外部から高周波電力を供給して薄
膜形成を行なうとき、支持体２３がマスクとしての役割
を果たし、ガラス基板１９と支持体２３の接触部分には
薄膜が形成されることなく、ガラス基板１９上に短冊状
のＥｌｌｌｔｌ形成が行なわれるからである。したがっ
て従来薄膜の溝加工を施していた個所で、ガラス基板１
９　と支持体２３が接触するように、支持体２３の位置
決めをすることにより、薄膜の加工工程を無くすことが
できる。これが支持体２３の第２の効用である。

以上のごとく第１図、第２図を参照して説明した本発明
の非晶質シリコン太陽電池の薄膜製造装置は、４枚のガ
ラス基板上に後加工無しで透明電極膜と非晶質シリコン
膜を、連続的に形成することが可能な効率の高い装置で
あるが、第１図かられかるように、ガラス基板１９の温
度はヒータ２４に近いアノード電極１６側と、ヒータ２
４から遠いカソード電極１５側とでは均一性がやや悪く
なることと、アノード電極１６側のガラス基板１９に形
成される薄膜と、カソード電極１５側のガラス基板１９
に形成される薄膜との間で、膜質がやや異なるという場
合も生ずる。これを解決するためにはプラズマ分解室を
一つだけ用い、カソード電極をこのプラズマ分解室の内
部に配置すればよい。

このときのプラズマ分解室内のカソード電極と支持体の
関係を第４図の部分断面斜視図に示した。

第４図は第２図と同様のプラズマ分解室１７ａの一部断
面斜視図であり、第２図と共通部分を同一符号を用いで
ある。第４図が第２図と異なる所は、プラズマ分解室１
７ａ内に格子状のカソード電極１５ａをガラス基板１９
　と平行に設け、カソード電極１５ａが複数個の支持体
２７と交差する個所は、いずれも支持体２７に貫通孔２
８をあけ、この貫通孔２８を通ってカソード電極１５ａ
を支持体２７と交差しない部分と格子状に連結してあり
、その一端を枠＆１１８にとりつけたハーメチックシー
ル２９を経て図示してないＲＦ電源に接続していること
である。その他の部分は第２図の場合と同様であるから
説明を省略する。プラズマ分解室の組み立て方も、前述
したのとほぼ同様であって、この場合は複数個の支持体
２７の貫通孔２８を通って格子状となっているカソード
電極１５ａをあらかじめ作製しておき、これを枠組１８
に挿入し、カソード電極１５ａの一端をハーメチックシ
ール２９に接続する点が異なるだけである。

このようにカソード電極１５ａをプラズマ分解室１７ａ
の内部に設置することが可能であり、しかもカソード電
極１５ａは格子状となっているので、形成された薄膜は
均一性が高くなる。またこの場合は、一つのプラズマ分
解室１７ａの両側にアノード電極とヒータが配置される
ので、ガラス基板に対する昇温温度の均一性もよくなる
が、ガラス基板１９は２枚しか使用されないので、第１
図のものに比べて生産性は劣る。

透明電極膜や非晶質シリコン膜の製造過程および支持体
の効用などに関しては、前述と全く同様であるから説明
を省略する。

〔発明の効果〕

非晶質シリコン太陽電池の′ａ膜製造装置は、黴産効果
をあげるために大きな反応容器を必要とし、また薄膜形
成の都度後加工が避けられず、設備。

工数ともに多くの費用がかかっていたが、本発明の装置
では実施例で述べたように、枠組とガラス基板からなる
プラズマ分解室を用いて、プラズマ分解室の内壁面とな
っているガラス基板上に薄膜を形成するので、装置がコ
ンパクトなものである上に、大面積の非晶質シリコン太
陽電池に対しても十分対応することができ、しかもプラ
ズマ分解室内に設けた複数個の支持体は、ガラス基板の
変形や破損を防止するとともに、薄膜形成時のマスクと
しての役割をもつので、ガラス基板上に短冊状の薄膜が
後加工なしで形成され、また従来製膜時に生ずる副産物
の除去作業も不要となり、製造工数の短縮と稼動率の向
上が顕著である。すなわち、本発明の装置を用いて非晶
質シリコン太陽電池を製造するときは、装置全体がコン
パクトとなるから設備費が減少し、ガラス基板上に透明
電極膜と非晶質シリコン膜が後加工なしで連続的に形成
され、加工費も低減するという掻めて大きな効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の要部構成断面図、第２図は本発
明の装置の部分断面斜視図、第３図は本発明の装置によ
る成膜過程を示す部分断面図、第４図は本発明の装置に
おけるカソード電極をプラズマ分解室の内部に設けたと
きの部分断面斜視図、第５図は非晶質シリコン太陽電池
の構造を示す要部断面図、第６図は従来装置の要部構成
断面図である。 １　、１１．１９・・・ガラス基板、２ａ、２ｂ、２ｃ
。 ２５ａ　、　２５ｂ、　２５ｃｍ・・透明電極膜、３ａ
、３ｂ。 ３　ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃｍ・・非晶質シリコン
膜、５・・・反応容器、８．１５．１５ａ・・・カソー
ド電極、９゜１６・・・アノード電極、ｔｏ、　１４・
・・ＲＦ電源、１２．２４・・・ヒータ、１７．１７ａ
・・・プラズマ分解室、１８・・・枠組、２０・・・ガ
ス導入管、２１・・・ガス排出管、２２・・・シール材
、２３、２７・・・支持体、２８・・・貫通孔、２９・
・・ハーメチック第　１　囚 丁２アラズマ分解！ 葛２図 ３４図 第　５　図 篤６　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマＣＶＤ法を用いた非晶質シリコン太陽電
   池の薄膜製造装置であって、 ａ、幅方向に開口する長方形の枠組と、この枠組の両開
   口面でそれぞれシール材を介して密接する２枚のガラス
   基板と、これらガラス基板と枠組で囲まれた箱状空間の
   内部でこの空間を複数個の所定の領域に区分するように
   各ガラス基板に一平行端面がそれぞれ垂直に並列して接
   触し他の平行端面はそれぞれ枠組内面に当接する複数個
   の支持体とからなるプラズマ分解室 ｂ、プラズマ分解室のそれぞれ支持体で区分された領域
   の向い合う枠組の一方に二つのプラズマ分解室を互に連
   結するようにとりつけた複数本のガス供給管および他方
   にとりつけた前記ガス供給管に対応する複数本のガス排
   出管 ｃ、所定の間隔に平行配置された二つのプラズマ分解室
   の間に位置し、各プラズマ分解室のガラス基板と両面で
   対向して配置されＲＦ電源に接続されるカソード電極お
   よび各プラズマ分解室のもう一方のガラス基板の外周面
   といずれも対向して配設された二つのアノード電極。 ｄ、二つのアノード電極近傍にそれぞれ配設され、これ
   らアノード電極を介していずれも二つのプラズマ分解室
   ガラス基板を加熱する二つのヒータを備えてなることを
   特徴とする非晶質シリコン太陽電池の薄膜製造装置。
2. （２）プラズマＣＶＤ法を用いた非晶質シリコン太陽電
   池の薄膜製造装置であって、 ａ、幅方向に開口する長方形の枠組と、この枠組の両開
   口面でそれぞれシール材を介して密接する２枚のガラス
   基板と、これらガラス基板と枠組で囲まれた箱状空間の
   内部でこの空間を複数個の所定の領域に区分するように
   各ガラス基板に一平行端面がそれぞれ垂直に並行して接
   触し他の平行端面はそれぞれ枠組内面に当接する複数個
   の支持体と、前記空間内にガラス基板と平行に格子状に
   組み込み、各支持体に設けた複数個の貫通孔を通って互
   に連結し、一端がＲＦ電源に接続されるカソード電極と
   からなるプラズマ分解室 ｂ、プラズマ分解室のそれぞれ支持体で区分された領域
   の向い合う枠組の一方にとりつけた複数本のガス供給管
   および他方にとりつけた前記ガス供給管に対応する複数
   本のガス排出管 ｃ、プラズマ分解室の２枚のガラス基板外周面といずれ
   も対向して配置された二つのアノード電極ｄ、二つのア
   ノード電極近傍にそれぞれ配設されこれらアノード電極
   を介してプラズマ分解室のガラス基板を加熱する二つの
   ヒータ を備えてなることを特徴とする非晶質シリコン太陽電池
   の薄膜製造装置。