JPS59195531A - ＳｎＯ↓２膜連続成長装置 - 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】 本発明は、　５Ｉ１０２　／Ｓｉ光電変換素子製造−ヒ
の重環、な素］二程であるＳｉ上へのＳｌ２Ｏ３膜の成
長とか、ガラス基板上に透明電極として５ｎ０２膜を形
成する時等に有効な５ｎＯｚ膜連続成長装置に関する。

太陽電池として昨今注目されているものにｎ型５ｎ０２
　と　ｎ型Ｓ１のへテロ接合から成るＳ＋１０２　／Ｓ
ｉ光電変換素子がある。そして、この素子においての５
ｎ０２膜の８１基板上への成長には、スプレー法ではな
く、ＣＶＤ法、それも二段階の温度環境下においての成
長が望ましいことも分かつている。即ち、接合近傍の領
域は、結晶性は多少悪くとも少数キャリアの再結合準位
の多い領域を３００℃程度の比較的低温で成長させ、光
の入射面に近い領域は結晶性の良い低抵抗領域を３５０
　′Ｃ程度の相対的に高温で成長させることにより、高
い開放電圧と良好な曲線因子が得られるとされているの
である（特開昭５３−１’１８９９４号）。いづれにし
ても、この５ｎＯｚ／Ｓｉ光電変換素子は将来的に見て
、甚だ有望であることから、大量生産技術が確立するこ
と７＊Ａｊまれでいるが、今迄の所、生産ベースに乗る
（←うな方法は−νＪ、開示されていない。

゛−従来のこの種の５ｎ０２／Ｓｉ光電変換素子の製造
方法には、所謂バッチ方式と呼ばれるものしかなく’　
、’：　：　５ｎＯｚ膜の成長前後に装置を開放し、試
料の出ル゛入れを行なっていた。こうした方法では、小
規模の実験等ならまだしも、大量生産には側底、対処で
きるものではない。ましてや、」−記のように温度を二
段階に変化させて膜を成長させる作業は、このようなパ
ッチ方式に依っていたの゛では時間ばかり掛かり合理的
でない。

こうした従来の欠点の解決方法として、本出願人は、本
発明に先）ｆち、５ｎ０２１模連続成長化への一布石と
しで、先ず、巾−の炉乃至Ｓｎ０２膜成長室の温度を時
間的に自動的に可変とする装置を考えたが、このような
装置で尚且つ試料を連続的に搬送乃至出し入れすると、
試料によっては低温成長膜と高温成長膜との膜厚比が異
なったり、悪くすると成長順序さえもが一定しないもの
となり、とても実用には供し得なかかった。

本発明は、二のような実情にあって、新たな発想により
、」二連の欠点を伴なわない、大量生産に向＜５ｎ０２
膜連続成長装置を提供せんとしたもので喝る。

１＃ｌｉｌ施例の説明に先立ち、本発明の要部構成を概
Ｉれば、本発明では、ＳｎＯ２膜成長用の加熱炉乃至成
長室を、既述の相対的低温成長膜の成長用の第一温度乃
至相対的低温度の第一成長室と、相対的高温成長膜の成
長用の第二温度乃至相対的高温度の第二成長室の二つの
成長室から構成し、これ等を長さ方向に並設して、試料
は第一成長室から第二成長室に向けて試料搬送機構にて
搬送するようにしたのである。これにより、第一成長室
の試料挿入１１から入った試料は第二成長室の取出口か
ら取出され、８１基板上に、所望の通りに結晶特性が二
層に異なるＳｎ０２膜が成長した製品を連続的に得るこ
とができるようになる。また、各成長室における各説厚
乃至低温成長膜と高温成長膜との膜厚比は、搬送速度、
成長速度が一定ならば、両成長室の搬送方向の物理的な
長さ比にて制御できる。

以下、添付の図面に示す本発明の望ましい実施例に就き
説明する。

第１図は、本発明の実施例の５１１０２膜連続成長装置
を示している。本実施例の５ｎ０２膜連続成長装置１は
、先ず、長さ方向に並設された第一成長」２と第二成長
室３とを有している。第一成長室２には第一原料ガス供
給口８から、第二成長室３には第一原料ガス供給口９か
ら、夫々第＝・、第二就料ガスＧｌ　、Ｇ２が導入され
、夫々第一原料ガス排：気口１０，１１　を介して損気
−される。第一、第二原料ガ゛スＧｌ、Ｇ２は同じ成分
、組成である場合もあるが、一般には互いに異なる成分
、組成のものとなる。原理的には、このように成分、組
成が異なっても、夫々のカスの送出方向や速度を適当に
按配すれば、第一成長室２と第二成長室３との間での両
原料ガスの混合は避けることができ、第一成長室２、第
二成長室３は直接に隣接していても良いか、本出願人の
実用化の過程で両原料ガスの混合が避けられない場合も
あったので、このような場合にも不都合のないように、
図示の望ましい実施例では分間ト室４を第一成長室２と
第二成長室３との間に設け、この分離室４には分離用ガ
ス１１として適当なもの、例えば高純度Ａｒガスを分離
用ガス供給１１１２から供給し、この分離室４中に充満
させた後、分離用ガス排気「目３から排気するようにし
ている。

試料Ｓは、試料搬送機構１８中の試料搬送部材１９勺ソ
リ搬送され、図中に矢印Ｆで示すように、第皆長室２の
挿入口から当該第一・成長室２内に大分離室４がある時
にはこの分離室４を経由した後入ロ側情浄ガス雰囲気室
５に入り、入口側清浄ガス雰囲気室５の取出口から外方
に送出され、Ｓｎ’０２１１！２形成品として取上げら
れる。各室内における具体的な説明はこれを後述する。

このように、試おＩＳを試料搬送機構１８の試料搬送部
材１９で搬送して木Ｓｎ０２膜連続成長装置ｌ内に挿入
するようにすると、試料Ｓは塵埃の多い空気中から挿入
されなければならないので、第一成長室２の挿入口の手
前に入「ｉ側清浄カス雰囲気室５を設け、４１１１浄ガ
ス供給口１４から適当な不活性カス！、糧の清浄ガスを
供給してこの室内を清浄な雰囲気とし、１．′Ｊ浄ガス
υＦ気口１５から抽気することが望ましい。

同様に、　ＳｎＯ２膜成長の完了した試料Ｓは、塵埃の
多い空気中に取出すことになるので、第二成長号−！３
の取１冒１に連ねて出（１側１１１」浄カス雰囲気室６
を１没けることか望ましい。この出１−１側４＋！ｊ　
？’ｆ＋ガスｚ１を囲気室６にも、適当な不活性ガス等
の循浄カス供給１．＋＋６と４＋’ｊ　ｎ＋カスυ１気
１＝＋１７を設けるようにする。

人にｉ側情浄ガス雰囲気室５、出目側清ｎ１ガス雰’　
ｌｐｉ＋”’％室６が夫々設けられた結果、全体として
の本）鳩□１０２１模連続成長装置ｌの試料挿入１１は
人１１側清Ｉス雰囲気室５の人目となり、取出口は出（
−Ｉ側清、浄カス雰囲気室６の出口となる。

この実施例で更に特徴的なことを挙げると、第原料ガス
供給１」８、第二原料ガス供給１」９及び対、成する第
一原料ガス排気１ゴ目０、第二原料カスυト気＋−＋１
１が複数であることが第一点であり、第二点は試料が試
料搬送部材１９に対して下向きに地利けられていること
である。

この特徴点の説明の前に予め述べておくと、試料搬送機
構１８の具体的構成は本発明がこれを直接に規定するも
のではなく、５Ｉ１０２膜連続成長装置１の長さ山間に
試料を搬送できるものであればどのような構成のもので
あっても良いし、また、既存の技術でこのような試料搬
送機構１８を構成することは当業名には極めて容易なこ
とではあるが、本出願人の実用化例では、試料搬送部材
１９として第３図示のようにチェーン２５を用い、通常
のエンドレス駆動方法を援用して、即ち、駆動輪２０Ｄ
と従輪２０Ｉとによりこのチェーン２５をドライブする
試料搬送機構１８としている。

また先に少し触れたように、こうした試料搬送機構１８
を用いるにしても、試料を下向きに保持す羽部１ｊ造も
やはり既存の技術で容易に構成できるもメ−！あって本
発明がこれを直接に規定するもので４１よ′ないが、同
様に本出願人の実用化例においては、第３図示のように
、チェーン２５の上にステンレズ製その他適当な材料製
のトレイ２８を載せ、この□トレイ２６の下面に試料ウ
ェハの側面を周りから挟むように保持する試料保持ピン
２７を適宜個数、適宜凹陥で設けることによりこの目的
を達成している。勿論これは試料Ｓの当該下向き面を５
ｎＯｚ膜成長子定面としてのことであり、これに伴なっ
て、ｑＳ１図示のように、第−原オｌカス供給１１８、
第一原料カス供給１１９を始め他のカス供給１−１も、
各室の底側に設けられ、カスはドからトに向がって各室
内をが０通するようにされている。また、トレイ２６に
は原料カスの流れに大きな支障を来たさないように適当
な個数の通気１−１２８が適当な配置で設けられている
・ このような構成」−の理由や上記した各構成子の伺帯的
説明及びこの実施例の他の特徴的構成の意味に就き述へ
る。

５ｎ（Ｊｚ　Ｉ摸成長用の第一原料ガスＧ１は、本山％
人の実用化例ではＡｒまたはＮ２ガス中にＳｎＣｌ　４
の蒸気を含ませたガスであって、これに酸化性ガスと０
２　またはＮ２　、或いはＡｒカス中に　ｔ１２０蒸’
ｍｌ＋ｌ１ｔｒ−含ませたガスを加えている。また、第
二酸４４Ｎ！３に送られる第二原料カスＧ２は、上記し
た二？、９カスに加えてｎ型ドーパントとして５ｂＣＩ
ｓ　；％；気をＡｒまたはＮ２中に含ませたガス成分も
イイして′い゛る。このようなカス関係にあって、分離
室４を設けない場合には、第一成長室２と第二成長室３
との間で両座ネ゛ｌカス間に４−１の混合か生した。然
し、この実施例のように分勘室４を設け、１“１１Ｊ純
度の不活性カスであるＡｒガスを分鵡用ガス■１として
この分離室４に供給した所、内厚Ｆｌガスの分離は確実
に行なわれた。図示実施例の場合、分離用カス１１は試
料の主面に対して下から−Ｌに直角に噴出させ、上方の
分離用ガス抽気口１３から抜くように７１ぺしであるが
、この分離を効果的に行なうためには、図示してはいな
いが、分離用ガス１１を試料の−に面に対して側方から
４１行に噴出させ、同様に主面と１１１：行な反対側の
分離用ガス排気口Ｉ３から抜くのも良い。外のガス系に
就いても場合により同様のことが〒１える。

第一・成長室２、第二成長室３は、成長室加熱用コイル
７により、先に少し触れたように、夫々の所定温度にま
で加熱されるが、当初、空気中に「？か試料Ｓを思慮に
第一成長室２内に導入するｓ　ｊ＋ｈ’Ｌ’＃望ましく
ない場合もある。その点、この実施倒１Ｊｆ７）Ｓｎ０
２膜連続成長装置ｌでは、第一・成長室２め手前に入口
側清浄ガス雰囲気室５があり、この入］」側清浄ガス雰
囲気室５がその本来の［１的に加えて試料を室温から第
一成長温度にまで徐々に］ 予備的に加熱する予備加熱領域としても働くので、極め
て都合が良い。

逆に、第二成長室３の試料取出口に接した出口側清浄ガ
ス雰囲気室６は、同様にその本来の機能に加えて、高温
下にあった試料を室温近くに迄徐々に冷却する冷却室の
機能をも営み、これもまた非常に都合の良いことである
。

試料Ｓを上向きに試料搬送部材１８上に配し、これに応
じて各ガスの供給を上方よりなすようにしても、本発明
の要旨は全うされるが、供給ガスの流量等の条件が悪い
と、膜厚が不均一となったり、膜面上に粒子の付着力Ｓ
見られたりし、膜面上にピンホールが形成されることも
あった。これに対して、この実施例において既述のよう
に、第３図示構成等により試料Ｓを下向きに配し、各ガ
スの供給を下から上に向かって成すようにした所、膜厚
の分布特性が改善され、粒子の付着も殆どなく′、廖る
結果となった。

・キ側に、第一成長室２、第二成長室３への夫々の原−
お）ガスの供給、排気を一箇所にて行なっても本発明の
原理的構成は満足されるが、図示実施例のように、夫々
適当個数の複数個としたことにより、膜厚の均質性は更
に向上した。これに加えて、第一原料ガス供給口８、第
二原料ガス供給口９に二一ドルヴアルブ乃至はバタフラ
イウ′アルブ等の流量調整弁２１．２２を付して流量を
調整し、第一原料ガス排気口１０、第二原料ガス排気口
１１に同様の適当な弁手段乃至オリフィス構成等から成
るＤ１気圧調整弁２３．２４を援用して排気圧力を調整
することにより、膜厚均質性はより一層向上すると共に
、成長速度をも調整することができた。

成長室加熱用コイ２し７は、図示の場合、第一成長室２
、第二成長室３に共通のものとして示しであるが、夫々
専用のものとしても良いことは勿論である。然し、共通
のものであっても、各室の受ける加熱エネルギは各室の
体積乃至磁気誘導部分の大小に比例するので、結局は各
室の長さの設計の如何により、夫々の室に適当な温度を
設定することは然程困難でない。

第一成長室２、第二成長室３の搬送方向に沿う’ｌｅｆ
’ｎの比は、外の条件が変わらなければ、第−成上ｐｔ
　２と第二成長室３とでの５１１０２膜の成゛長膜厚ノ
熊１の設定乃至制御にも使うことができる。

その外の耐応としては、本出願人が別途開示すする。よ
うに、トレイ２６を搬送方向に進行しなから回輯゛する
ものとしたり、蛇行状に進むものとすることにより、成
長膜の厚さの均質性は更に向上するものとなる。

旧訳した各カス成分により第２図示のように木ＳｎＯ２
膜連続成長装置ｌの挿入口から取出（コ側に晃ての温度
分布（第一成長室２における基板温度は３００±２０°
Ｃ１第二成長室３における基板温度は３５０±２０℃）
に従って作成した５ｎ０２／Ｓｉ光電変換素子は、成長
室を一つしか設けない従来の製造装置によって作成した
場合の素子に比し、約２５％も高い光電変換効率を示し
た。具体的に数値を挙げると、入射光ＡＭ１．５，１０
０ｍＷ　／　ｃｍ２．　素子温度２８°Ｃ９素子面積２
３．０ｃｍ２において、光電変換効率は９．５７％１曲
線因子（ＦＦ）７８．３％、開放電圧０．４２５Ｖ。

短絡電流６８１ｍＡという優れた値が得られた。

以上の実施例に即しての説明においては、光電変換部分
としてのＳｉ基板上への５ｎ０２膜の成長に限って説明
したか、同様の太陽電池において、一般一には光入射窓
としてのガラス基板」二に透明電極を：ｌｌ成し、その
」二・に上記してきた５ｎ０２／Ｓｉ光電変壜素子部と
か外の半導体材料による光電変換素子部を形成すること
が行なわれ、その際、当該透明電極には５ｎＯｚ膜が使
われることが多い。本発明は、このようにガラス甚板上
に透明電極としての５ｎ０２膜を連続的に成長させる場
合にも適用することができ、同様に省力化、合理化に寄
与できるものとなる。

結局、本発明によれば、二段階温度成長ＣＶＤ法による
５ｎ０２膜連続成長装置として好適なものが得られ、　
５ｎＯｚ／Ｓｉ光電変換素子の性能の向上、コストの低
廉化に寄与するのみならず、更には太陽電池の他のａ成
子としての透明電極の形成時等にも利用できる装置が提
供できるため、全体的に考えても将来に１−１っての光
エネルキ利用技術の進ＩＪ（に犬きく貢献するものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の５ｎＯｚ膜連続成長装置δの一実施例
の概略構成図、第２図は第１図示実施例の試才゛［挿入
１−１から試料取出口に掛けての温度分布の説明図、第
３図は、試料搬送機構の一例の要部概略構成図、である
。 、に中、ｌは５ｎ０２１１り連続成長装置、２は第−成
３は第二成長室、４は分離室、５は人口側枯＞ｘ！カス
雰囲気室、６は出ロ側清浄ガス雰囲気宏″−°７は成長
室加熱用コイル、８は第一原料ガス１供給ｊＪ、９は第
一原料カス供給口、１ｏは第一原料−゛ガ゛ス掴気１−
１．１１は第二原料カス損気「」、１２は分離：ｊｉｉ
）Ａ′；ス供給口、１３は分離用ガス排気「１．１８は
試料搬送機構、１９は試ネ゛ｌ搬送部材、２０Ｄは駆動
輪、２１Ｉは従軸、　２１．２２は流量調整弁、２３．
２４は排気圧調整ゴ「、２６はＩ・レイ、２７は試料保
持爪、Ｓは試料、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱した成長室内において基板上に５ｎ０２膜を成長さ
   せる　５ｎ６２膜成長装置であって、」二記成長室を、
   第一温度に加熱される第一成長室と、第二温度に加熱さ
   れる第二成長室とから構成し、」二記第−１第二成長室
   を並設すると共に、に記第−成長室の試料挿入口から該
   試料を挿入、該第−成長室を経て」二記第二成長室内に
   搬送、該第二成長室の試料取出口から５ｎＯｚ膜の成゛
   が完了した］二記試料を送り出す試料搬送機構を有する
   ことを特徴とする５ｎＯｚ膜連続成長装置。