JPH0376165A - 連続式太陽電池製造装置 - 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］ 非結晶質シリコン合金層を光電変換層として用いた太陽
電池の製造装置に関するものである。

［従来の技術］ 非結晶質シリコン合金層を光電変換層として用いた太陽
電池は、結晶系太陽電池と比較して低コストであること
、接合形成が容易であること、素子構造上自由度が高い
こと等の利点を有することから注目されており、現在開
発が進められている。従来このような太陽電池の作成の
際には、例えば三洋電気の桑野らの報告（太陽電池とそ
の応用、パワー社刊、昭和６１年発行）にみられるよう
な方法が取られている。この方法は、予め任意の方法で
透明絶縁性基板上に形成されたＴＣＯ膜をパターンニン
グし、その後第１の真空装置において非結晶質シリコン
層を成膜した後に、試料を真空外に取り出し、この非結
晶質シリコン合金層にバターニングを施した後に、再度
真空装置中に導入し、第２の電極層を予め装着したメタ
ルマスク等によりパターンニングするという方法もしく
は全面に第２の電極層を堆積した後にパターニングする
といった方法で形成するという方法が取られてきた。

［発明の解決しようとする課題］ しかしながら上記のような方法を想定した場合には、装
置、プロセス両面に問題が残されている。まず装置に関
する点から説明すると、（１）２台の別々の装置を用い
た場合、個々の装置を重複させて構成しなければならな
くなるために、装置コストの上昇を招くことになること
、及び（２）量産プロセスの構成の一貫性を低減させる
ためにプロセスコストの上昇を招くことの２点の問題点
が考えられる。また作成される太陽電池基板の電気的特
性という観点からすると、良好な電気的コンタクトを形
成すべき非結晶質シリコン合金層と第２の電極層の界面
に大気中に取り出したことに起因する自然酸化層が形成
され、形成された太陽電池の出力特性を低減させてしま
うという問題が残されていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記のような解決すべくなされたものであり、
非結晶質シリコン太陽電池製造装置において光照射によ
り光起電力を発生させる非結晶質シリコン合金層と導電
性薄膜からなる第２の電極層とを真空を破ることなく連
続的に形成することが可能なような構成にしたことを特
徴とする連続式太陽電池製造装置を提供するものである
。

本発明の方法によれば、従来２台の装置を組み合わせて
作成していた太陽電池基板を１台の装置で製造すること
が可能になり装置コストの低減を期待することができる
。すなわち２台の装置を使用し、太陽電池を作成するこ
とを考えた場合には、その生産性、充分な装置機能の発
現といった観点から各装置に反応室以外に基板を出し入
れするためのロードロック室、及びアンロードロック室
を設けることが通常おこなわれている。このために２台
の独立した装置を作成プロセスで用いた場合には、この
部分を重複して設ける必要がおこるため、装置コストを
上昇させることになっていた。しかし本発明の方法によ
れば装置コスト的にみた場合にはこの部分のコストを半
減できるために効果が大きい。

また本発明の方法によれば、従来の堆積−パターンニン
グー堆積というプロセスと比較して、太陽電池製造工程
の内の堆積工程を連続しておこなえるようになるために
、全体のプロセスの一貫性を向上させることが可能にな
り、量産性を向上させ量産コストを低減させることが可
能になる。

また太陽電池の電気的な特性の観点からすると、本発明
の方法によれば、良好な電気的コンタクトを形成すべき
非結晶質シリコン合金層と、導電性薄膜からなる第２の
電極層とを真空を破ることなく形成できるようになるた
めに、この両層の界面に特性を劣化させるような不必要
な自然酸化膜を形成することなく連続的に堆積できるよ
うになる。これにより形成された太陽電池の特性の均一
化をはかることができるために、歩留りの向上、太陽電
池特性の分布の低減等の効果が期待できる。

以下図面を参照して本発明の連続式太陽電池製造装置の
構成を説明する。

第１図は、本発明の連続式太陽電池製造装置の代表的な
例を示している。この例においては連続式太陽電池製造
装置は、９室の真空室から形成されている。図中の番号
は真空室を示している。図中の真空室１は透明絶縁性基
板上に任意のパターンにＴＣＯがパターンニングされた
基板を製造装置に導入するための試料準備室である。図
中の真空室２は、上記のＴＣＯ基板上に良好な電気的コ
ンタクトを形成するための第１の導電型を有するドープ
された非結晶質シリコン合金層を成膜するための第１の
成膜室である。図中の真空室３は、組成の異なる第１の
導電型を有するドープされた非結晶質シリコン合金層用
の成膜ガスと何もドープされていないｉ層用の成膜ガス
とのクロスコンタミネーションによる特性の劣化を防止
するためのアイソレーション室である。真空室４は、光
照射により光起電力の発生に寄与する何もドープされて
いないｉ層を堆積するための第２の堆積室である。

真空室５は、真空室３と同様に組成の異なるｉ層用の成
膜ガスと第１の導電型と反対の導電型を有するドープさ
れた非結晶質シリコン合金層用成膜ガスとのクロスコン
タミネーションによる特性の劣化を防止するためのアイ
ソレーション室である。真空室６は、第２の電極層とｉ
層の間の良好な電気的コンタクトを形成するための第１
の導電型と反対の導電型を有するドープされた非結晶質
シリコン合金層を形成するための第３の堆積室である。

真空室７は、光照射により光起電力を発生するための非
結晶質シリコン合金層を成膜するためのＣＶＤ装置と導
電性薄膜からなる第２の電極層を成膜するためのＰＶＤ
法の装置の間を区別するためのアイソレーション室であ
る。真空室８は、導電性薄膜からなる第２の電極層を形
成するためのＰＶＤ装置による堆積室である。最後の真
空室９は、基板を薄膜堆積装置から取り出すためのアン
ロードロック室である。

［実施例］ 本発明の代表的な連続式太陽電池製造装置を第１図に示
す。装置の構成は前述したような構成である。本発明の
連続式太陽電池製造装置を用いた場合の太陽電池基板の
代表的な製造プロセスは、従来から知られていた方法で
良く、例えばＰＶＳＥＣ２の講演予稿集に見られるよう
な以下のようなものも好適な例の１つと考えられる。ま
ず透明絶縁性基板上に堆積されたＴＣＯ層を任意の方法
で所望のパターンにパターンニングする。その後この基
板を本発明によるところの連続式太陽電池製造装置に導
入し、非結晶質シリコン合金層からなる光照射により光
起電力を発生する薄膜層、及び導電性薄膜からなる第２
の電極層を連続的に形成する。

この後に本発明の連続式太陽電池製造装置から基板を取
り出し、あるエネルギー密度以上のエネルギーを有する
レーザー光を照射し、透明絶縁性基板上に形成されたＴ
ＣＯからなる第１の電極と、非結晶質シリコン合金層上
に形成された第２の電極との間に電気的な短絡を発生さ
せ、所望のパターンを有する小面積の太陽電池セルを作
成すると同時にその太陽電池セルを任意の出力電圧、及
び出力電流が得られるように電気的に直列、もしくは並
列に接続するという方法が考えられる。またこの方法以
外にも予め所望の形状にパターンニングされたＴＣＯ基
板上に非結晶質シリコン層と第２の電極層との膜厚の合
計より厚い膜厚の導電性物質を形成しておき、非結晶質
シリコン合金層及び第２の電極層を連続的に形成した後
に、第２の電極層のみをフォトリソグラフィーもしくは
レーザースクライブ等の方法で除去させることによって
も小面積の太陽電池セルを接続し、太陽電池パネルを作
成するという方法も考えられる。

この装置を用いて上述したようなプロセスで実際に太陽
電池を作成し、従来から行゛なわれているような構成の
装置を用いて従来の方法で作成した太陽電池基板と電気
的な特性の比較を行なった。特性の比較に用いた太陽電
池のパネルの構成は、１個あたり５ｃｍ２の小面積セル
を２０段直列に接続した形状のものである。

太陽電池基板作成のプロセスは以下のような方法でおこ
なった。まず洗浄されたガラス基板上に常圧ＣＶＤ法に
より第１の電極層となる酸化スズ層を４０００オングス
トローム形成し、通常のフォトリソグラフィーの工法に
よってパターンニングする。このようにして作成した基
板を連続始期太陽電池製造装置に導入し光照射により光
起電力を発生する非結晶質シリコン層をプラズマＣＶＤ
法により各真空室においてガラス基板側からボロンによ
ってドープされたｐ型非晶質シリコン層を１００オング
ストローム、何もドープしないｉ型非晶質シリコン層を
３０００オングストローム、及びリンによってドープさ
れたｎ型シリコン層を４００オングストローム形成し、
しかるのちに基板を移動させ第２の電極層としての銀幕
をスパッタリング法により６０００オングストローム堆
積する。その後真空室から基板を取り出し前述したよう
な方法で第１の電極と第２の電極の間の電気的な導通を
とり直列接続を完成させる。また一方従来の方法による
基板は、同様の手順でパターンニングされたＴＣＯ基板
をプラズマＣＶＤ装置に導入し、非結晶質シリコン層を
同様の順序で同様の膜厚だけ堆積する。しかる後に基板
を真空装置から取り出し、フォトリソグラフィーの方法
で非結晶質シリコン層をパターンニングする。この後に
再度真空装置内に導入し、第２の電極層としての銀膜を
スパッタリング法により６０００オングストローム堆積
する。最後にこの基板を取り出しフォトリソグラフィー
の工程によりパターンニングし、直列接続された基板を
完成させる。

このような２種類の手法によって形成された２種類の太
陽電池基板を疑似太陽光光源を用いて評価した。本発明
による連続式太陽電池製造装置を用いた基板及び従来の
方法により作成した基板の両方とも出力特性としては、
開放端電圧として１６Ｖ程度の値が、また短絡電流密度
として１１．５ｍ　Ａ程度の値が得られた。このことか
ら本発明の製造装置會もちいた場合と比較して同程度の
特性が得られることが確認できた。また本発明の製造装
置を用いた場合には従来の方法と比較してロット間の特
性分布、及び個々の小面積セルの特性分布を低減できる
ことが確認できた。

本実施例に示した非結晶質シリコン層の構造としては、
従来知られているように、７００層側から３族元素のド
ーピングされたｐ型非晶質シリコン層／イントリンシッ
クな非晶質シリコン層１５族元素のドーピングされたｎ
型非晶質シリコン層という構造や、７００層側のｐ型非
晶質シリコン層の代りにｐ型非晶質シリコンカーバイト
層もしくはｐ型機結晶質シワ１フを用いた構造でもよい
。また上記の構造とは正反対のｎ型非晶質シリコン層／
イントリンシック非晶質シリコン層／ｐ型非晶質シリコ
ン層の構造にしても良い．また上記の構造以外にも、従
来から知られているような非晶質シリコンカーバイト、
非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質窒化シリコン等を
用いた構造にしても良い。

また第２の電極層である導電性薄膜としては、実施例の
中に述べたような銀薄膜に限定されるものではなく、そ
の他の金属薄膜，金属薄膜の２層構造を有する複合膜，
金属薄膜と金属間化合物の２層構造を有する複合膜，導
電性を有する金属化合物，金属薄膜と導電性を有する金
属化合物の２層構造を有する複合膜等にしても良く、太
陽電池特性を劣化させないような抵抗値を有する導電性
薄膜であれば良い。またこれらの導電性薄膜の成膜方法
としては、上記のスパッタリング法に限定されるもので
はな〈従来から良く知られている電子ビーム蒸着法，イ
オンビーム蒸着法等の方法で形成することが可能である
。

［発明の効果］ 以上述べてきたように本発明の連続式太陽電池製造装置
を用いて太陽電池基板を作成した場合には、従来の方法
と比較して太陽電池特性の劣化を招くことなく、装置コ
ストを低減し、プロセスの自由度を向上させ、太陽電池
特性の安定化をはかることが可能となる。また上記の改
善効果の結果として、太陽電池基板作成時の特性安定性
及び歩留りを向上させコストを低減させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるところの連続式太陽電池製造装
置の模式構成図であり、第２図は、従来の方法の太陽電
池製造装置の模式構成図である。 ＧＶ１〜ＧＶ１２：ゲートパルプ ０１〜ＣＩＯ：真空室

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に透明電導性薄膜からなる第１の電極と、
   該電極上に形成された光照射により光起電力を発生させ
   る非結晶質シリコン合金層と該非結晶質シリコン合金層
   上に形成された導電性薄膜からなる第２の電極を有する
   非結晶質シリコン合金系太陽電池を製造する装置であっ
   て、光照射によって光起電力を発生させる非結晶質シリ
   コン合金層と導電性薄膜からなる第２の電極層とを真空
   を破ることなく連続的に形成できるような構成にしたこ
   とを特徴とする連続式太陽電池製造装置。
2. （２）非結晶質シリコン合金層を成膜するための成膜室
   と、導電性薄膜からなる第２の電極層を形成するための
   成膜室と、該２つの成膜室の間に設けられた、少なくと
   も２台のゲートパルプと少なくとも１つの真空室からな
   るアイソレーション室を有することを特徴とする請求項
   １記載の連続式太陽電池製造装置。
3. （３）非結晶質シリコン合金層成膜室において、非晶質
   シリコン合金層はグロー放電分解法を用いて形成される
   ことを特徴とする請求項２記載の連続式太陽電池製造装
   置。
4. （４）非結晶質シリコン合金層成膜室は、成膜する非結
   晶質シリコン合金薄膜の導電型ごとに独立した成膜室か
   らなっていることを特徴とする請求項３記載の連続式太
   陽電池製造装 置。
5. （５）成膜する非結晶質シリコン合金薄膜の導電型ごと
   に独立した各成膜室の間には、少なくとも２台のゲート
   パルプと少なくとも１つの真空室からなるアイソレーシ
   ョン室を設けたことを特徴とする請求項４記載の連続式
   太陽電池製造装置。
6. （６）導電性薄膜からなる第２の電極の成膜室において
   、該第２の電極は、ＰＶＤ法により形成されることを特
   徴とする請求項２記載の連続式太陽電池製造装置。