JPH0274028A - 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２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、一般に第２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２図において非晶質シリコン太陽電池は、
ガラス基板１の上に透明電極１１２ａ、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Ｍ３ａ、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１１１２ａ、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ｔ８ｉ
膜２ａ、２ｂ、２ｃは熱ＣＶＤ法、非晶質シリコン膜３
ａ、３ｂ、３ｃはプラズマＣＶＤ法金属電極膜４ａ、４
ｂ、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ｉ　ＩＩＩを第２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３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
１反応容器５を真空に非気する排気系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ｔｉ８．
アノード電極９カソード電極８に接続されるＲＦ　ｉＪ
源１０．アノード電極９上に位置するガラス基板１．ア
ノード電極９の下方に位置し、基板ｌを加熱するヒータ
１２およびヒータＴＸ源１３からなる。太陽電池の場合
、ガラス基板１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１上に以上のｖｉ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Ｓ　ｉ　ＩＩ　ａもし
くはｈを含むＳ　ｉ　Ｉｔ　ａなどの成膜ガスを反応容
２Ｓ５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稈度に保つ。この後カソー
ド電橋８とアノード電極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　）２で約２００’Ｃに加熱さ
れているアノード電極９上の基板ｌは、両電掻８，９間
に発生したプラズマによって、その上に第３図には図示
してない非晶ｎ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２図に示した非晶質シリコ
ン太陽電池となるのである。

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ｙＩＩＩＩ！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。

これらの問題を解決するため、同一出願人により出願中
の特願昭６３−５９８６７号明細書に記載の薄膜製造装
置がありこの装置の概要を第４図１第５図に示した。こ
の装置は従来の真空容器である反応容器の代りに、ｙ４
膜を形成するガラス基Ｆｉ１９を用いて、枠組１８を複
数個の支持体２３を介在させて２枚のガラス基Ｆｉ１９
で囲った空間部を形成してこれをプラズマ分解室１７と
し、枠組の一端から排気して他嬬から成膜ガスを導入し
、二つのプラズマ分解室１７の中間または一つのプラズ
マ分解室１７の内部に配置したカソードｉｎ　１５　と
、プラズマ分解室１７の外周面近くに配置した二つのア
ノード電極１６　とによりＲＦｉｔ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１６周辺に
設けたヒータ２４　によりガラス基板１９を加熱し、プ
ラズマ分解室１７の内壁面となっているガラス基板１９
上に、成膜ガスの分解による透明電極膜とＪト晶質シリ
コン膜を形成するように構成したものであり、薄膜が形
成されるガラス基板１９自体がプラズマ分解室１７の内
壁面となっているので、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耐量設備は不要であり、しかも
プラズマ分解室１７内に配設された支持体２３は、プラ
ズマ分解室１７の内部が減圧されたときにも、ガラス基
板１９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２３がガラス基板１９　
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２３とガラス基板１９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
が可能となる。このように従来装置に比べて量産効果が
大きく、しかも効率よく稼動する装置を提供することが
できたのである。

上記プラズマ分解室内に支持体を配設する装置を用いる
ことにより、プラズマ分解室が減圧されたときにガラス
基板が破損するのを防止するのにを効であり、後加工な
しで薄膜が形成できることから低コストの太陽電池が得
られる。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、本発明者らのその後の研究によれば、な
お次のような点を解決しなければならないことがわかっ
た。成膜時にプラズマ分解室内の支持体壁面に反応副産
物として非晶質シリコンが綿状に付着することは避けら
れず、これが太陽電池特性を阻害するので、支持体を繰
り返し使用するためには、この付着物を除去し、支持体
壁面のクリーニング作業を必要とする。

また、真空容器である反応容器の代りにガラス基板を用
いる装置では、薄膜形成の際の減圧によるガラス基板の
破損、あるいはプラズマ分解室の真空シール部からのＳ
　ｉ　Ｉｔ　ａ・Ｈ２などの成膜ガスの蒲れが皆無とは
言えず、安全を確保するため前記プラズマ分解室１アノ
ード電極、ヒータなどの薄膜形成部を第４図に示した密
閉容器２５で覆う必要があり、このことによって、太陽
電池薄膜形成の際に作業性を悪化させ、量産効果を低下
させることである。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はガラス基板を直接プラズマ分解室の壁面として利用
する装置に関して、支持体を配設することなく、さらに
プラズマ分解室の気密性を高めた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。

〔課題を解決するだめの手段〕

この課題を解決するため、本発明の装置は、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、枠組と２枚のガラス基板で囲った空間部を
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、プラズマ分解室の内部に配置したカ
ソードＮ　（’Ｊと、プラズマ分解室の外周面近くに配
置した二つのアノード電極とによりＲＦｉ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Ｔ４ｈ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Ｓ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
ように構成し、さらに、アノード電極にはガラス基板に
当接する複数個の凸状支持部と、枠組の開口面積（成膜
面積）とほぼ同一面積の凹状空間とを形成し、凹状空間
と連通ずる第１の真空排気口を設け、アノード電極がプ
ラズマ分解室のガラス基板および枠組とはそれぞれシー
ル材を介して密接するようにし、アノード電極に、ガラ
ス基板と枠組とそれぞれのシール材とで形成した空間に
連通ずる第２の真空排気口を設けたものである。

〔作用〕

本発明の装置は、薄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
付帯設備は不要である点は、前述の特願昭６３−５９８
６７号により開示した装置と同様であるが、複数個の支
持体を設けることなく、しかも、アノード電極にガラス
５４Ｆｉを装着し、凹状空間を真空に減圧した場合に、
凸状支持部はガラス基板が変形したり破壊したりするの
を防ぐ補強の役割を果たすとともに、凹状空間を枠組の
開口面積とほぼ同一面積にすることによって、薄膜形成
の際、プラズマ分解室内を減圧にした場合に差圧が発生
してガラス基板が変形あるいは破…しないようにしてい
る。

また、アノード電極がプラズマ分解室のガラスｕ　＋１
ｉおよび枠組とそれぞれシール材を介して密接し、７ノ
ード電極とガラス基板と枠組とシール材とで形成した空
間を真空に減圧することによって、ガラス基板を真空吸
着したアノード電極とプラズマ分解室の枠組とはシール
材を介して密接し、プラズマ分解室の気密が保たれる。

また、万が−この気密が確保できず、Ｓ　ｉ　ＩＩ　ａ
や１などの成膜ガスが漏れた場合でも、アノード電極と
ガラス基板と枠組とソール材とで形成した空間を真空に
減圧して排気することによって、装置外部には成膜ガス
が漏れず、二重ソール構造の密閉容器となって安全が確
保できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の非晶質シリコン太陽電池の薄膜製造装
置の構造を示す断面図であり、前述の第４図および第５
図と共通部分には同一符号を用いている。第１図におい
て、２枚のガラス基板１９はシール材２２を介して枠組
１８に当接され、枠組１８　と２校のガラス基Ｆｉ１９
とで囲まれた空間部であるプラズマ分解室１７を形成し
ている。プラズマ分解室１７の内部には格子状のカソー
ド電極１５を配置し、枠組１８に設けた図示していない
絶縁気密端子を経てＲＦ電ｉａ　１４に接続しである。

枠組１８の向い合う上辺には成膜ガスを導入するガス導
入管２０を、下辺にはガス排気管２１を取付けである。

また、プラズマ分解室Ｉ７を形成する２枚のガラス基板
１９の両側に相対向して二つのアノード電極１６を配置
し、ガラス基板１９　とはシール材２２ａを介して当接
される。ガラス基１反１９に当接されたアノード電極１
６には、幅方向に開口する長方形の枠ＩＪＩ　１８の開
口面と対向する位置に、ガラス基板Ｉ９に当接する複数
個の凸状支持部３０と、枠Ａｌｌ　１８の開口面とほぼ
同一面積を有する凹状空間ａ、　とを形成し、凹状空間
ａ、　は第１の真空排気口３２を経て図示していない真
空排気系へと連通している。アノード電極１６は枠！　
１８　ともシール材２２ｂを介して当接され、アノード
電極１６　と枠組１８　とガラス基板１９　とシール材
２２　、２２ａ　、　２２ｂ　、！：で囲まれた空間部
は、第２の真空排気口３３を経てこれも図示していない
真空排気系へと連通している。さらに、各ガラス基Ｆｉ
１９を加熱するヒータ２４が、それぞれ二つの７ノード
電極１６の近傍にこれらＴ４Ｆｒに沿って設けである。

以上、本発明の薄膜製造装置の構成を説明したが、次に
この装置の組み立てと薄Ｒりの形成手順について述べる
。まず、ガス導入管２０とガス排出管２１を取付け、内
部にカソード電極１５を取り付けた枠＆［１１８を第１
図のように縦に長い方向に立てて置き、両側の開口面溝
にソール材２２および２２ｂをはめ込む、この時、第１
図で縦に長い方向を立てて示しであるアノード電極］６
およびヒータ２４　は縦に長い方向を水平にし、凸状支
持部３０を上向きにして置いておく、この場合、水平に
置く意味は、量産装置としてガラス基板１９の搬送の容
易さ、脱着の容易さを考慮したためであって、枠＆ｌｌ
　１８　と離れた位置に立てて置いてもよい０次に、ア
ノード電極１６の凹状空間ａ、外周に配設した溝にはめ
込んであるシール材２２ａにガラス基板１９を当てがい
、第１の真空排気口３２と連通した凹状空間ａ、の真空
排気を行う、ガラス基板１９はシール材２２ａによって
気密が保たれ、アノード電極１６に吸着固定される。こ
の時、壁面となるガラス基板１９に１　ｋｇ・ｆ　／　
ｃｄの圧力が外部から加わるので、これがガラス強度を
超えた場合には破頃してしまう。凸状支持部３０はこの
外圧に対抗してガラス基板１９が変形や破損するのを防
ぐものであり、例えば、ガラス基板１９が厚さ３閣の場
合にはａ、の間隔で凸状支持部３０を形成することによ
って破…を防止することができる。続いて、アノード電
極１６およびヒータ２４で構成したユニットを第１図の
ように縦に長い方向に立て、シール材２２および２２ｂ
を介して枠組１８に当接する。しかる後、アノード電極
１６　と枠組１８　とガラス基板１９　とシール材２２
　、２２ａ２２ｂとで形成した空間を、第２の真空排気
口３３から真空排気を行い、アノード電極１６およびガ
ラス基板１９を枠＆ｇ１８に真空固着する。このことに
よって、プラズマ分解室１７　は枠＆ＩＩ　１８にはめ
込まれたシール材２２　とガラス基板１９　とによって
気密が保たれる０次に、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いない真空装置によっ
て数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２
１　で排気し、プラズマ分解室１７をｌ　Ｔｏｒｒ程度
の圧力に保つ。この後、カソード電極１５　とアノード
電Ｂｉ　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。

以上の工程の逆の工程を経てガラス基板Ｉ９を取りはず
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２図に示し
た非晶質シリコン太陽電池が得られる。

〔発明の効果］ 非晶質シリコン内隅電池の薄膜製造装置は、量産効果を
あげるために大きな反応容器を必要とし、ガス排気能力
を高めるための付帯設備が大がかりになるなど、装置に
多額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る。また、Ｉｎ形成が行
われるプラズマ分解室のほとんどがガラス基板で構成し
てあり、ガラス基板の支持体を用いていないため、成膜
時に生ずる副産物の除去作業が不要となり、製造工数の
短縮と稼動率の向上が顕著である。さらに、アノード電
極を二重シール構造の密閉容器としたので、安全性と作
業性が著しく向上できる。すなわち、本発明の装置を用
いて太陽電池を製造すると、装置全体がコンパクトとな
るから設備費が減少し、製造効率が高く製造コストも低
減するという極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図は本発明の実施例の要部構成断面図、第２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３図
は従来装置の要部構成断面図、第４図は先願による装置
の要部構成断面図、第５図は第４図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
面斜視図である。 １．１９・・・ガラス基讐反、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・
透明を極膜、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・非晶質シリコン膜
、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・金ｒ／ｓ電極膜、５・・・反
応容器、６・・・排気系、７・・・ガス供給系、８．１
５・・・カソード電極、９．１６・・・アノード電極、
１０．１４・・・ＲＦｉｉｔ源、１２、２４・・・ヒー
タ、１３・・・ヒータ１を源、１７・・・プラズマ分解
室、１８・・・枠組、２０・・・ガス導入管、２１・・
・ガス排出管、２２．２２　ａ　、２２　ｂ・・・シー
ル材、２３・・・支持体、２５・・・密閉容器、３０・
・・凸状支持部、ａ、・・・凹状空間、３２・・・第１
の真空排気口、３３・・・第２の真空排気口。 図 あ 閏 ぢ 図 ２９ハーメ千ツ２シール ぢ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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枚の平行な
   ガラス基板と、これらガラス基板と枠組で囲まれた箱状
   空間内のほぼ中央部に各ガラス基板と平行に配置し、一
   端を箱状空間の外部でＲＦ電源に接続したカソード電極
   と、前記枠組にガス導入管、およびガス排出管を配設し
   たプラズマ分解室、 ｂ、前記箱状空間を形成する２枚のガラス基板のそれぞ
   れ外側面に当接する複数個の凸状支持部と、前記枠組の
   開口面積とほぼ同一面積の凹状空間と、この凹状空間と
   連通する第１の真空排気口と、各ガラス基板と枠組およ
   びシール材で気密に形成した空間に連通する第２の真空
   排気口を有する二つのアノード電極、 ｃ、二つのアノード電極近傍にそれぞれ配設され、これ
   らのアノード電極を介してプラズマ分解室の各ガラス基
   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。