JPS5931076A - 基板の均一加熱装置 - 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】 本発明は一般的には光起電力デバイス製造装置に関する
ものであり、さらに具体的には基板の横幅全体にわたっ
て均一な温度分布を提供してより効率のよい大面積光起
電力デバイスを製造する装置に関するものである。

本発明は比較的大面積の基板をその上にアモルファス・
シリコン合金層をグロー放電沈着させるために均一加熱
する装置に関するものである。さらに具体的にいえば、
本発明は基板を最適沈着温度へ均一に暖めるための複数
個の加熱要素の使用を考えている。好ましい具体化にお
いては、加熱要素は一般的にＡ字型をした骨組によって
基板上方で間隔をおいて支持されていて、両方の最下端
部から上記骨組の昇った中央部へと伸びるようになって
いる。換言すれば、これらの加熱要素は基板の縁の近傍
の基板から最小距離にありかつ基板中央部近傍の基板か
ら最大距離にあるように角度をつけて配置されている。

この形態においては、基板の縁は加熱要素から最も強い
輻射線を受け、これが基板の横幅全体にわたって均一温
度分布をもたらす。基板の線以外の部分が最大速度で熱
を失なう沈着室の中で基板を使用するとしても、基板の
横幅全体にわたる均一温度分布は以下の諸因子のいずれ
かまたは全部を変えることによって得られるかもしれな
い；すなわち、基板と相対的の加熱要素の角度、基板の
縁の上に加熱要素が張り出す距離、および／または加熱
要素が上げられる基板上方の高さ、である。実際問題と
して、基板の各種部分の上への輻射線の強度は、基板の
横幅全体にわたって各種の温度分布を達成するように修
正することができる。

最近、アモルファス半導体合金の沈着方法を開発するた
めにかなりの努力がなされていて、それらの合金の各々
は比較的大面積を蔽い、かつ、結晶性相当品によってつ
くられるデバイスと実質上等価的に作動するｐ−１−ｎ
型デバイスを製造するためにド−ゾすることができる。

多年の間、アモルファス・シリコンまたはゲルマニウム
のフィルムは実質的に非生産的であり、それはその中に
マイクロボイドゝおよびダングリング・ボンドが存在し
ていてエネルギー・ギャップ中に高密度の局在状態を生
じさせるからであった。はじめは、これらの局在状態の
減少は、シラン（ＳＬＨ４）ガスを反応管中に通しそこ
でガスが高周波（γ。ｆ、）クロー放電によって分解し
約５００−６００°Ｋ（２２７−３２７Ｃ）の基板温度
の基板上に沈着させる、アモルファスシリコンフィルム
のグロー放！沈着によって達成された。基板上にこのよ
うに沈着された物質はシリコンと水素から成る真性アモ
ルファス物質である。ドープしたアモルファス物質をつ
くるためには、ル型伝導にはホスフィン・ガス（ＰＨ３
）、Ｐ型伝導にはジボラン（Ｂ２Ｈ６）をシラン・ガス
と予備混合して同じ操作条件下でグロー放電反応管中に
通過させる。このようにして沈着した物質は恐らくは置
換的燐または硼素のド−ゾ剤を含み、外因性であり、ル
またはＰ型の伝導型であることが示される。シラン中の
水素はある最適温度において、グロー放電沈着中にシリ
コンのダングリングボンド９の多（と結合してエネルギ
ー・ギャップ中の局在状態の密度を減少させ、それによ
ってアモルファス物質を相当する結晶性物質へより近（
近似させることになる。

エネルギー・ギャップ中の局在状態の濃度が著しく減少
しており、一方では高品質の電子的特性を提供する大い
に改善されたアモルファス・シリコン合金は、１９８０
年１０月７日発行のスタンホーｉ−″′Ｒ，オプシンス
キーとアルン・マダンの米国特許第４，２２６，８９８
号、「結晶性半導体と等価のアモルファス半導体」、に
おいて技法が十分に説明されているグロー放電により、
そしてまた同じ名称で１９８０年８月１２日発行のスタ
ンホード″′Ｒ６オノシンスキーおよびマサラグ・イズ
による米国特許第４，２１７，３７４号に十分に記載さ
れている蒸着法によって、っ（ることか今や可能である
。これらの特許において開示されているように、アモル
ファス・シリコン半導体中に導入される弗素は内部の局
在状態密度を実質的に減少させ一φように働き、ゲルマ
ニウムのような他の合金化物質の添加を容易にする。

活性化された弗素は基材母体中のアモルファス・シリコ
ンの中に容易に拡散しかつ結合して内部の局在欠陥状態
の密度を実質的に減少させる。これは、弗素原子の寸法
が小さくてアモルファス・シリコン基体の中に容易に導
入されることを可能とするからである。弗素はシリコン
のダングリングボンドへ結合して可撓性の結合角をもつ
部分的にイオン性の安定結合を形成し、このことが従来
用いられた水素、あるいは他の補償剤あるいは変性剤に
よって形成され得るより以上に安定でかつ有効な補償ま
たは変性をもたらすことになる。弗素は単独かあるいは
水素と一緒に用いるときに、その極端に小さい寸法、高
反応性、化学結合における特殊性、および最高電気陰性
度のために、水素よりも効果的な補償用元素または変性
用元素であると考えられている。

補償は弗素で以て単独または水素との組合せにおいて、
きわめて少量（たとえば１原子パーセントの数分の−）
でこの種の元素を添加するときに達成され得る。しかし
、最も望ましく使用される弗素と水素の量はこのような
小ノーセンテージよりはずつと号り、シリコン−水素−
弗素合金を形成させる。このように、弗素と水素の合金
化量は、例えば０．１から５％の範囲あるいはそれより
多く使用してよい。このように形成された合金はダング
リングボンド８および類似の欠陥状態の単純な中和によ
って達成し得るよりも低い密度の欠陥状態をもつ。特に
、比較的大量の弗素を使用することはアモルファス・シ
リコン含有物質の新しい構造的組織を生じさせるのに関
与し、ゲルマニウムのような他の合金化物質の添加を容
易にする。弗素はまた、水素が通常は寄与する欠陥状態
密度の減少に作用することによって水素の結合に影響を
及ぼす。このような合金中において弗素が果たすイオン
的役割は最近隣関係に関して一つの重要な因子である。

光起電力デバイスの効率を増強するために多層セルを用
いる考え方は１９６０年８月１６日発行のＥ、　Ｄ、ジ
ャクソンの米国特許第２．９４９，４９８号において、
少くとも１９５５年に早くも論議された。そこで論じら
れている多層セル構造はｐ−ル接合の結晶性半導体を用
いた。本質的にはその概念は太陽ス投りトルの各種の部
分を効果的に集め開路電圧（Ｖｏｃ、）を増すために各
種のバンド・ギャップ・デバイスを使用することへ向け
られる。

直列式セルデバイスは二つまたは二つより多いセルをも
ち、光は各セル中を直列的に向けられ、大きいバンド・
ギャップ物質により小さいバント９・ギャップの物質が
続いて第一のセルまたは層を通過した光を吸収する。各
セルからの発生電流を実質的に整合させることによって
、全開路電圧は短絡電流を実質的に減少させることなく
増大される。

ジャクソンに従う結晶性積層セルに関する多くの刊行物
が報告されており、さらに最近では、積層セル中の５ｉ
−Ｈ物質を取扱ういくつかの論文が発刊されている。マ
ーフェインクは積層セル中にシラン沈着アモルファスＳ
！、−Ｇ、合金を用いることを提唱しているが、そうす
ることの可能性を報告しなかった（Ｙ、マーフェイング
の、ｐｒｏｃ。

２ｎｄ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｍｙｒｕｔｎｉｔｉｅ
ｓ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｆ、ａｉｃＳｏｌａｒ　Ｅｎｅｒ
、ｑｙ　Ｃｏｎｆ、、ベルリン、西独、２８７頁（１９
７９年））。

ハマカヮらはここでカスクー１’型多層セルと定義する
一つの形態における５ｉ−Ｈ使用の可能性を報告した。

カスケード９・セルは以後は、間に分離層または絶縁層
をもたない多層セルのことをいう。

これらのセルの各々はｐ−９−ル接合形態で同じバント
８・ギャップの５ｉ−Ｈ物質がらっくられた。短絡電流
（ＪｓＣ）の整合は直列的光路においてそれらのセルの
厚さを増すことによって試みられた。予期の通り、総括
的なデバイスの’Ｊｏ　ｃ、は増加しセルの数に比例し
た。

弗素導入によって達せられる有益な特性に基づいて、カ
スケード型多層セルをつくるのに使用するアモルファス
合金は現在では弗素を混入させて物質の電子的性質を損
うことなく局在状態密度を減少させる。さらに、ゲルマ
ニウムおよび炭素のようなバンド・ギャップ調節元素（
類）は活性化されて蒸着、スパッタリング、あるいはグ
ロー放電の各方法において添加することができる。その
パン１−″・ギャップは一つまたは一つより多くの調節
剤の必要量を沈着合金セル中に少くともその光電流発生
領域において導入することによって、特定的デバイスの
応用に必要とする通りに調節される。バント゛・ギャッ
プ調節元素（類）は弗素の影響のために実質的な欠陥状
態を追加することなくセルの中に特注的に仕込まれたの
で、セル合金は、調節元素（類）が特定的光応答の応用
のためにデバイス波長特性を特別調製するように添加さ
れるときに、高い電子的性質と光伝導性を維持する。

弗素と一緒かあるいは沈着後における水素の添加は弗素
補償または弗素変性の合金をさらに増強することができ
る。沈着後の水素組込は弗素に許されるより高い沈着基
板温度を用いることが望まれるときに有利である。

光起電力デバイスを大量生産することは明らかに商業的
に重要なことである。太陽電池製造用にはバッチ処理に
制約される結晶性シリコンとちがって、アモルファス・
シリコン合金は比較的大面積の基板の上で多層状で沈着
させて、大容積で連続式の処理系で太陽電池を形成させ
ることができる。この種類の連続式処理系は例えば次の
係属中の特許出願において開示されている。すなわち、
１９８０年５月９日出願のｓＮ、１５１，３０１号＝［
ｐ型ド−プ・シリコン・フィルムの製造法とそれから製
造されたデバイスｊ　；　１９８１年３月１６日出願の
ＳＮ、’２４４，３８６号：「アモルファス半導体物質
を沈着させるための連続系ｊ；１９８１年６月１６日出
願のＳＮ、２４０，４９３号＝「連続式のアモルファス
太陽電池製造系に１９８１年９月２８日出願のＳＮ、３
０６，１４６号：「多室の沈着・隔離系および方法」；
および、１９８２年３月９日出願のＳＮ、３５９．８’
２５号：「直列式光電池の連続式製造法と系」。これら
の特許出願において開示されているように、一つの基板
を一連の沈着室中に連続式で進行させ、その場合、各室
は一つの特定物質の沈着に供せられる。ｐ−１−ｎ型形
態の太陽電池をつくる際には、第−室はＰ型アモルファ
ス・シリコン合金の沈着に供せられ、第二室は真性アモ
ルファス・シリコン合金の沈着に供せられ、第三室はｎ
型アモルファス・シリコン合金沈着に供せられる。各専
用室内での各アモルファス合金の沈着は基板温度を約２
５０−６００Ｃへ上げることを必要とする。沈着工程の
すべての他の因子の場合と同じ（、温度は最適効率の光
起電力デバイスをつくるために基板の横幅全体にわたっ
て所望範囲に近く維持せねばならない。沈着室内での基
板の横幅全体にわたる温度の変動は基板の反りを生じさ
せ、これはその上に沈着されるアモルファス層の質的変
動の原因となり得る。

さらに反った基板の起伏は基板上に沈着する合金層が隣
りの沈着室を隔てるガス・ゲート中を移動するときに通
路の壁をひきかかせるかもしれない。

それゆえ、基板の横幅に沿う温度分布を選ばれた均一の
昇温水準へできるだけ近く維持することが重要である。

従来法の加熱要素は本質的には、基板の横幅全体にわた
って一般的に水平に配置した、間隔を置いた複数個の細
長の石英赤外線パルプから成り立つている。単一パルプ
のこの従来法の配置は、それのフィラメントは基板の横
幅に実質的に平行に配置されているのであるが、フィラ
メントがら基板上へ向けられる輻射線の強度が基板の縁
におけるよりも基板の中央において約２倍であるような
結果をもたらした。さらに、基板は普通には一つの支持
用表面の上に乗っているがずらし得るようにとりつけら
れていたので、その縁は基板がら最大速度で熱を抜きと
る冷却剤として作用する。それゆえ、加熱要素のフィラ
メントは基板の縁の近傍の部分で最大程度の輻射強度を
向けてそれらの縁の近傍でおこる最高速度の熱損失を補
償するように配置されねばならないことは明らかである
はずである。

前記のことを基にして、本発明の装置は約８インチ（２
０ｃｒｆＬ）の長さのフィラメントをもつ２本の赤外線
パルプを、従来用いられた約１６インチ（４０ｃｆｆＬ
）の長さの一本のフィラメントをもつ個別の水平に配置
した加熱要素の各々に置換えて使用することを考えてい
る。この長さを短がくしたフィラメントは、従来法の細
長フィラメントと同じく、基板の実質的に横幅全体にわ
たってのびているように適合させる。しかし、基板の平
面に実質的に平行な一つの平面内に本発明の短かくした
　゛フィラメントを配置するのではなくて、この短かく
したフィラメントは基板平面と相対的に角度をつけて配
置して、基板の縁の近傍のフィラメントの部分を基板へ
最も近接させかつ基板中央部近傍のフィラメントの部分
を基板からより遠く離すようにする。さらに具体的にい
えば、（１）本発明の加熱要素のフィラメントを基板平
面と相対的に約２０度の角度で配置し、そして（２）加
熱要素のフィラメントの端を基板の縁から実質的に張り
出させる（約１．５インチ（３，８ｃＩｒＬ））ことに
よって、基板の横幅全体にわたって均一熱分布が提供さ
れることが決定された。

ここで開示されるのは、一つの隔離沈着室内部に配置さ
れアモルファス半導体層を沈着させるように適合させた
比較的大面積の比較的薄い基板を均一に加熱する装置で
ある。この装置は基板の平面上方に懸垂しかつその平面
と相対的に角度をもっているフィラメントを有する、複
数個の間隔を置いた加熱要素を含む。これらの加熱要素
のフィラメントは基板の縁をそれの冷却剤的効果にもが
かわらず基板中央とほぼ同じ温度へ加熱するのに十分な
輻射強度を提供するように適合させる。加熱要素は好ま
しくは細長の赤外線パルプであり、それのフィラメント
は一般的にＡ字型のハウジングによって、間隔を置き、
懸垂させ、基板平面と相対的に角度のある位置において
保持される。

加熱要素は、基板の縁に基板中央よりも大きい強度の輻
射線を与えるようにＡ字型ハウジングによって支持され
る。これは、好ましい具体化においては、（１）長さが
基板の縁から中央への距離より大きいか等しい各加熱要
素のフィラメントを基板中央部近傍の位置から基板の一
つの縁の上に張り、　出す位置へのばさせること、およ
び（２）各々の間隔を置いた加熱要素のフィラメントを
基板の両縁近傍の基板から最小距離にありかつ基板の中
央近傍の基板からは最大距離にあるように基板の平面と
相対的な角度をつけること、によって達成される。

各々の加熱要素のフィラメントを基板に関してそのよう
に位置づけすることによって、基板へ衝突するフィラメ
ントからの輻射線の強度は基板の横幅全体にわたって均
一な温度分布を達成するように調節できる。

従って、本発明の一つの目的は比較的大面積で比較的薄
い物質をその横幅全体にわたって均一に加熱する装置を
提供することであり、その物質の片側で間隔を保ちかつ
その物質に相対的に角度をもった複数個の加熱要素を特
徴とするものである。

これらの加熱要素は、最大速度で熱を失なう物質部分の
上により小さい速度で熱を失なう物質部分の上へ向けら
れる輻射線と少くとも同じ強度で以て輻射線を向けるよ
うに位置されていて、その物質の横幅全体にわたって実
質上均一な温度分布が確立されるようにされる。

本発明の好ましい具体化はここで付属図面を参照しなが
ら例によって説明する。

第１図は１個または複数個のいずれかのｐ−１−ｎ型セ
ルから成り立ち得る直列式光起電力デバイスの断片状の
断面図であり、それらのセルの各層はアモルファス半導
体合金でつくられている。

第２図は第１図に示す光起電力デバイスの連続式生産に
適合させた多重グロー放電室の沈着系の線図的表現であ
り、 第３Ａ図は従来法の加熱要素によって与えられるときの
一つの基板の横幅全体にわたる輻射線強度のグラフ的表
現であり、加熱要素のフィラメントは基板の平面に実質
的に平行な一つの平面内に位置している。

第３Ｂ図は第３Ａ図の従来法加熱要素によって達成され
る一つの基板の横幅全体にわたる温度分布のグラフ的図
解である。

第４図は、本発明の加熱要素のフィラメントが好ましく
位置されて基板全体にわたって均一温度分布を提供する
、対基板の角度をグラフ的に解説するものであり、 第５Ａ図は第４図において示す角度をつけて配置した加
熱要素フィラメントによって与えられるときの、一つの
基板の横幅全体にわたる輻射線強度のグラフ的表現であ
り、 第５Ｂ図は第４図に示される角度をつけて配置されかつ
第５Ａ図にプロットした輻射線強度を提供する加熱要素
フィラメントによって達成される、基板の横幅全体にわ
たる温度分布をグラフ的に表現するものであり、 第６図は本発明の一般的にＡ字型であるノ・ウジングの
透視図であり、このノ・ウジングは加熱要素フィラメン
トを基板に関しである角度の位置で固定するように適合
されており、 第７図は加熱要素の各組の平面とその下方の基板の平面
との間の角度を特に強調する第６図の一般的にＡ字型の
ハウジングの拡大正面立面図である。

■、光起電力セル ここで図面、特に第１図を参照すると、各層がアモルフ
ァス半導体合金を含むＰ−ト１層の連続で形成されてい
る直列式またはカスケード８式光起電力セルが数字１０
によって一般的に示されている。本発明の加熱装置が開
発されたのは、このタイプの光起電力セルの製造のため
であり、その際、（１）アモルファス合金諸層は比較的
大面積の移動ウ一　エノの基板物質の上で連続する各隔
離沈着室の中で連続的に沈着されるか、あるいは（２）
アモルファス合金諸層が比較的大面積の個別基板シート
の上で連続的に沈着されるか、のどちらかである。

さらに具体的にいえば、第１図は太陽電池１２α。

１２ｂおよび１？のようなｐ　−ｉ　−ｎ型光起電力セ
ルの複数個を示している。最下方セル１２αの下には基
板１１があり、これは透明であるかまたは金属表面をも
つ箔で形成されている。ある種の応用ではアモルファス
物質施用に先立ち一つの酸化物薄層および／または一連
のベース接点を必要とするかもしれないけれども、この
応用の目的に対しては、用語１基板」は可撓性フィルム
のみならず、予備的処理によってそれへ付加されるすべ
ての要素を含むものである。最も普通には、基板物質１
１はステンレス鋼、アルミニウム、タンタル、モリブデ
ンまたはクロムであってよい。セル１２１Ｚ、１２ｈお
よび１２Ｃの各々は少くともシリコン合金を含むアモル
ファス合金体で以て製作される。合金体の各々はｎ型伝
導領域または伝導層２０（Ｌ、２０ｂおよび２０Ｃ；真
性領域または真性層１８α、１８ｈおよび１８Ｃ；およ
びｐ型伝導領域または伝導層１６ａ、１６ｈおよび１６
Ｃを含む。図示の通り、セル１２ｂは中間セルであり、
第１図に示すように、追加中間セルは本発明の領域また
は精神から外れることなしに図示セルの上に積重ねてよ
い。また、直列式Ｐ−９−ルセルが図解されているけれ
ども、本発明の均一加熱装置は（１）直列式ｎ−ｉ　−
ｐ型セルを製造するよう適合させた多室装置の中、ある
いは（２）バッチ式製造室の中、での使用に等しく適合
している。

セル１２ａ、１２ｂおよび１２Ｃの各々について、Ｐ型
層は光吸収性高伝導性合金層を特徴としている。真性合
金層は太陽光応答用の調節された波長閾値、高光吸収性
、低暗伝導度および高光伝導度を特徴とし、バント８・
ギャップを特定的セル応用に対して最適化するのに十分
な量のバンド・ギャップ調節元素または元素類を含んで
いる。好ましくは、真性層はセル１２ａに最も小さいバ
ンド・ギャップを与え、セル１２Ｃに最も大きいバンド
・ギャップを与え、そし、てセル１２ｈに他の二つの中
間のバンド・ギャップを与えるように調節する。ｒＬ型
層は低光吸収性、高伝導性の合金層を特徴とする。ル型
層の厚さは約２５から１００オングストロームの範囲に
あることができる。バンド・ギャップを調節したアモル
ファス真性合金層の厚さは約２．ｏｏｏから３，０００
オングストロームの間であることができる。ｐ型層の厚
さは５０から２００オングストロームの間であることが
できる。正孔の拡散距離が短かいので、Ｐ型層は一般に
はできるだけ薄い。さらに、最外層、ここではル型層２
０Ｃは光の吸収を避はバント９・ギャップ調節元素を含
む必要がないようできるだけ薄いものである。

半導体合金諸層の沈着に続いて、さらにも５　一つの沈
着を別の環境の中で実施してもよい。この段階において
は、ＴＣＯ（透明伝導性酸化物）層２２が追加され、こ
の層は例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫酸カド
ミウム（Ｃｄ２ＳｒＬＯ４）、あるいはド−プした酸化
錫（Ｓ　ｎ　Ｏ２）　であってよい。

電極格子２４をデバイスへ追加してよいけれども、十分
に小さい面積をもつ直列式セルについては、このＴＣＯ
層２２は一般には十分に伝導性であって格子２４は必要
でない。直列式セルが十分に大きい面積をもつものであ
るか、あるいはＴＣＯ層２２の伝導性が不十分である場
合には、格子２４をキャリアー・パスを短かくしその伝
導効率を増すために層２２の上に置いてもよい。

■、多重グロー放電沈着室 ここで第２図について見ると、前述の、直列式光起電力
セルの連続式生産用の多重グロー放電室沈着装置の線図
的表現が、数字２６として一般的に描かれている。装置
２６は複数個の隔離した専用沈着室を含み、各々はガス
・ゲート４２によって次室へ連結されている。

装置２６は、連続的に中に供給される基板物質の沈着表
面の上にｐ−ｉ　−ｎ形態をもつ大容積の大面積アモル
ファス光起電力セルを製造するのに適合させである。ｐ
　−Ｚ　−ｎ型形態の直列式セルをつくるために必要と
するアモルファス合金層を沈着させるために、装置２６
は少くとも一つの三つ組沈着室を含み、各々の三つ組は
、基板１１が中を通過しながらその基板の沈着表面の上
にｐ型伝導性アモルファス合金層が沈着される第−沈着
室２８：基板１１が中を通過しながらその基板の沈着表
面の上に真性アモルファス合金層が沈着される第二沈着
室６０；および、基板１１が中を通過しながらその基板
の沈着表面の上にｎ型伝導性合金層が沈着される第三沈
着室：から成り立っている。

（１）一つの三つ組沈着室を記述したが、追加の三つ組
室または個室をこの装置へ追加して任意の数のアモルフ
ァス層をもつ光起電力セルを製造する能力を備えた装置
を提供することもでき；そして（２）本発明の均一加熱
機械が一つの基板上にグロー放電法によってアモルファ
ス合金諸層を沈着させる任意の雰囲気において応用を見
出し；そして（３）好ましい具体化においては基板物質
が連続的ウェブとして示されかつ記述されてはいるけれ
ども、本発明の概念は不連続状態の、比較的大面積で比
較的薄い基板の上に順次層を沈着させるのに適合させ得
る、ということは明らかであるはずである。

装置２６が直列式のｐ−ｉ−ル型またはルーｉ　−ｐ型
の光起電力セルを製造するのに用いられる場合には、沈
着室の追加の三つ組は第２図に示す三つ組沈着室へ作業
可能状態に連絡される。それらの場合には装置２６は、
第三沈着室３２中を流れるル型反応ガス混合物と続きの
三つ組の第一の沈着室中を流れるＰ型反応ガス混合物と
を隔離するために一つの中間室（図示せず）をさらに含
む。

三つ組の中の各沈着室２８，３０および３２は、基板１
１の上へのグロー放電沈着によって一つの単一アモルフ
ァス・シリコン合金を沈着させるよう適合されている。

その目的に対して、沈着室２８．３０および６２の各々
は、陰極６４、ガス供給導管６６、高周波発生器６８、
および輻射線加熱装置４０の中に含まれる複数個の輻射
線加熱要素４０Ｑ、を含んでいる。第２図に示す運転す
る沈着要素のすべて、そして最も特定的には加熱要素４
．　Ｑ　ａは模型的にしか描かれてぃないことを認める
べきである。それゆえ、第２図は本発明の発明的加熱要
素が用いられるべきである環境を確立する際に有用であ
り、それらの要素の実際的外観を限定または規定する目
的のものでは決してな℃１゜ 供給導管ろ６は、各々の沈着室２８．３０および６２に
おいて上記陰極と通過する基板１１との間につくり出さ
れるプラズマ領域へガス混合物を配るように、それぞれ
の陰極と作業上関連をもつ。

基板物質１１の供給コア１１αは第−沈着室２８中で回
転可能状態に位置決めされ、基板物質の巻取りコア１１
ｈは第三沈着室６２の中で回転可能状態に位置して示さ
れているけれども、供給コア１１ａおよび巻取りコア１
１６は本発明の精神または範囲から逸脱することなしに
図示の三つ組室へ作業的連結がなされた他の室の中に位
置していてもよいことは理解されるはずである。

高周波発生器６８は陰極３４、輻射線加熱装置４０、お
よび接地された基板１１と関連して作動して、沈着室２
８．３０および６２の中に入る元素状反応ガスを沈着化
学種へ解離させることによってプラズマ領域を形成させ
る。沈着化学種は次いでアモルファス・シリコン合金層
として基板１１の上に沈着される。

第１図に描く光起電力セル１０を形成するには、ｐ型ア
モルファス・シリコン合金を沈着室２８の中で基板上に
沈着させ、真性アモルファス・シリコン合金層を沈着室
６０の中でこのＰ型層の上に沈着させ、そしてル型アモ
ルファス・シリコン合金層を沈着室３２の中でその真性
層の上に沈着させる。その結果、装置２６は少くとも三
つのアモルファス・シリコン合金層を基板１１の上に沈
着させ、その場合、沈着室６０において沈着した真性層
は沈着室２８と６２の中で沈着した層と組成が異なり、
ド−プ剤またはドープ用化学種とよばれる少くとも一つ
の元素が欠けている。基板１１上に沈着した合金諸層は
高効率の光起電力セル１０を生成するために高純度であ
ることが重要である。それゆえ、真性合金層を形成させ
るために真性ガスのみを中に導入した真性沈着室は、ド
−プ用化学種のガスが導入されるドープ剤沈着室２８お
よび６２と隔離されねばならない。

光起電力セルの効率改善において重要である他の関連要
因は、（１）基板の反りの減少、および（２）沈着室２
８．ろ０および６２のプラズマ領域内に安定かつ均一状
態を保つこと、である。これらの要因はこれらの室に、
基板の横幅全体にわたって均一温度分布を生じさせ得る
装置を与えることによって制御することができる。より
効率的な光起電力セルを得るこの装置は次の部において
記述する。

■、輻射線加熱装置 第２図において参照数字４０によって模型的に示される
基板を均一に加熱するための装置は第６−７図において
詳細に図解されている。本発明のこの改良加熱装置の主
目的は、アモルファス合金層が上に沈着されるべき、好
ましい具体化における基体１１の比較的大面積で比較的
薄いウェブ；あるいは他の好ま［２い具体化における比
較的大面積で比較的薄い不連続基板；をさしわたして均
一温度分布を提供することである。従来法の加熱装置は
通常は第２図に示す加熱要素４０ａを、複数個のほぼ１
６インチ（４０Ｃ７ＩＬ）の長さの石英光線パルプの形
で、約１６インチ（４１］ｃＴＬ）幅の基板の上方に懸
垂して、バルブ内のフィラメントの末端部が基板１１の
相対する縁１６と実質上一致するようにした。加熱要素
のその従来法の配置の結果は、基板１１の縁１３の上に
衝突する輻射線の強度が基板１１の中央部の上に衝突す
る輻射線の結果を表わし、なぜならば冷却剤として作用
しかつ支持体への最大熱損失をもつのが基板の両縁であ
るからである。従来法の細長い水平に配置した加熱要素
について、基板１１の横幅を差しわたした、輻射線対距
離の曲線は第３Ａ図の曲線Ａによって描かれている。そ
のことがら、基板の横幅を差しわたした温度対距離に関
して得られたプロット（第６Ｂ図を参照）は、基板中央
近傍で最高レイルに達し基板の相対する縁において鋭く
低下したレベルをとることが明らかである。実際におい
て、従来法加熱要素を用いるときに、基板のｎ１対する
縁１６の温度は通常は基板中央部近傍の温度と５ＤＣも
大きく変ることが測定された。

本発明の加熱装置が開発されたのは基板物質１１のウェ
ブの横幅全体にわたる温度の望ましくない変動を減らす
ためである。本発明の加熱要素の配置を模型的に描いて
いる第４図に示されるように、上記加熱要素４０ａは、
基板１１上に衝突する輻射線の強度を変えるように、基
板１１上方の各種の高さ；基板１１の平面に相対的な各
種の角度；および基板１１の縁の」−に張り出す各種の
距離；で配置してよい。さらに具体的にいえば、（１）
基板表面の縁の上方および縁における加熱要素４０ａの
フィラメントの垂直高さ、Ａ１；（２）基板１１の平面
に相対的な加熱要素４０ａの角度、θ；および（３）基
板１１の縁の上に張り出す加熱要素４０ａの水平長さを
表わす距離、ｄ；は基板１１の横幅全体にわたる均一温
度分布を提供するための選ばれた輻射線強度分布を得る
ように変えることができる。

第６−７図にここで立ち戻ると、基板を均一加熱するた
めの装置４０が詳細に記述されている。

加熱装置４０は一般的にＡ字型のハウジング・モジュー
ル４４を含み、これは向い合って配置された短かくて一
般的に垂直の開ロバネル４６；向い合って位置し同じ角
度の側面パネル４８；および開口の一般的に水平な天頂
パネル５０；から形成される。Ａ字型ハウジング４４は
ステンレス鋼または赤外線を反射し得る他の類似材料で
製作してよい。この材料は実質的に化学的に不活性でな
ければならず、ハウジング・モジュール４４は昇温およ
び低圧の条件にもかかわらず中に置かれる沈着室を汚染
することがないようにする。

天頂パネル５０はフランジ付きの一般には矩形で一般的
には平板状の部材である。第６図において８個の細長い
スロツ）５２？−および５２／を含むように図解されて
いるけれども、スロットの数は（１）加熱されるべき基
板物質１１のウェブの長さ、（２）基板が移動して通る
各沈着室の長さ、（３）基板の上げられるべき温度、（
４）各加熱要素５８？−，／の加熱電力、および（５）
他のＡ字型ハウジングとモジュール的に連結する能力、
に依存する。スロット５２γ、ｌは４個の等間隔スロッ
トが２烈士行に並んでいる。参照記号としては、右側の
列のスロットは５２？−とよび、左側の列のスロットは
５２１とよぶ。各々の平行な列の中のスロットは他方の
列の中のスロットと互違いにあるがあるいは一線に並ぶ
かのいずれかである。換言すれば、左側加熱要素５８／
の各々が左側スロッ）５２Ａ’の中で、互違いの具体化
においては、（１）右側スロッ）　５２７−の中に配置
した２本の隣接する右側加熱要素５８？−の平面と平行
でかつそれらの間で等間隔にある一つの平面の中に存在
するが、あるいは（２）隣接の右側スロツ）５２ｒと同
じ平面の中に存在する、ように配置される。

角度のついた側面パネル４８はフランジ付きで一般には
矩形の平板状部材である。この側面パネル４８は天頂パ
ネル５０に関して角度をもって配置するようにその天頂
・ξネル５０と接合されるかあるいは一緒に型押しする
。側面−ξネル４８が天頂パネルに関して形成する角度
は加熱要素５８が基板１１に関して形成することを希望
する角度にほぼ等しい。同様に、垂直・々ネル４６はフ
ランジ付きで一般には矩形の開口部材であって、一体的
な一般にＡ字型の加熱ハウジングまたは骨組モジュール
４４を形成するように天頂パネルおよび側面・ξネル４
８と一緒に接合されるかあるいは型押しされる。垂直ノ
ミネル４６を貫通する開口５４の形状は円形、細長形、
あるいは本発明の精神または範囲から外れることなしに
それらの組合せのいかなるものであってもよい。左側垂
直パネル４６は図示されていないけれども、好ましい具
体化において、左側垂直・ξネル４６を貫通する開口５
４は右側垂直パネル４６を貫通する開口５４に関して互
違状態にあることは明らかなはずである。この互違いで
の具体化においては、右側および左側の垂直パネル４６
の各々を貫通する開口５４は相当する右側または左側の
天頂パネルを貫通ずるスロットの各々と一線に並んでい
る。さらに具体的にいえば、右側垂直パネル４６中の右
側開口５４は天頂・ξネル５０内の右側スロット５２ｒ
と同数でかつ一線に並んでおり、左側垂直パネル４６中
の左側開口５４は天頂パネル５０内の左側スロット５２
１と同数でかつ一線に並んでいる。別の好ましい具体化
においては、これらのスロットは左右の加熱装置５８が
基板１１の横幅を横断する単一平面内にあるように並べ
てもよい。

Ａ字型ハウジング４４の全長はそれが置かれる沈着室の
長さに依存し、複数個のモジュールが細長い室の中で基
板を加熱するのに必要とされるかもしれないけれども、
各々のＡ字型ハウジング・モジュール４４は基板の幅よ
り大きくかつ沈着室の幅より小さいことが好ましい。

Ａ字型ハウジング４４は２８．　３０．あるいは３２の
ような沈着室の内部で締め付けによるような任意の慣用
的方法で固定するように適合されている。しかし、側面
パネル４８の各々から延びている取手５６を支えること
によって基板１１の上方に懸垂させることもできるが、
もともと、これらの取手５６はモジュールの人的取扱い
のためのものではある。

複数個の加熱要素５８の各々は好ましくは商業的に入手
できる石英の１２０ボルトの赤外線パルプであり、約８
インチ（２０ｃＩｆＬ）の長さのフィラメントをもち、
全長が約１１１３／１６インチ（３０ｃｍ）である。加
熱要素５８？−と５８１は垂直パネル４６の一つの中の
開口５４の一つから天頂パネル５０内の対応スロット５
２を貫通して延びるようにハウジング４４によって支持
されている。さらに具体的にいえば、本発明の好ましい
具体化においては、各々の光線バルブ５８？−および５
８７は例えば右側垂直パネル４６の中の開口の一つを通
りかつ天頂パネル５０内の右側スロツ）５２？−の対応
する一つを通って延びている。このようにして、光線バ
ルブ５８γと５８１とは複数個の平行平面内に、（１）
左右の列が相互に互違いの状態にかつ（２）下方の基板
に関して角度（約２０°）をもつた状態で、配置される
。さらに、光線バルブ５８ｒと５８１の各々の中のフィ
ラメントの一つの端は基板１１の縁１３の一つと重なり
（約１から２インチ（約２．５　ｃｍから５．０ＣＩｒ
Ｌ））、一方それらのバルブの各々の他の端は基板１１
の中央へ近くただし短かい長さで対応する天頂板スロッ
ト５２を貫通して延びている。

加熱要素５８のフィラメントを基板に関して前記のよう
に配置し角度付けすることにより、輻射強度対基板横断
距離のプロットは第５Ａ図の結果をもたらし、線Ｂは、
加熱要素５８が設計基準通り基板の縁１３またはその近
傍において基板１１へ最大輻射強度を向けかつ基板中央
において基板１１へ最小輻射強度を向けていることを明
瞭に示している。第５Ｂ図は基板１１の温度対基板１１
横断距離のグラフを示しており、そのグラフから明らか
なように（線Ｃを参照）、基板１１を横断する実質的に
均一な温度分布が達成された。ここまでで明らかなはず
であるが、この均一温度は輻射強度が基板１１の縁１３
の近傍で最も大きくて基板の縁１６における最大熱損失
がおこっている事実を補償していると（・うことに基づ
いて（・る。

第６−７図において最もよく見られるように、加熱要素
５８を電気的に接続しかつ物理的に支持する装置は、一
対のランプ・スタンドオフ、ノロツク６０；加熱要素支
持器６２；ブス・バー６４；およびクランプ６６、を含
んでいる。図示の装置は単に開示の目的のためのもので
あって本発明の本質から外れることな（修正し得ること
は明らかであるはずである。ランプ・スタンド８オフ・
ブロック６０の各々は貫通して形成されている複数個の
ねじ切り孔を含む短かい矩形状要素である。このねじ切
り孔の２個は、Ａ字型・・クランプ４４の各々の垂直・
ξネル４６の相対する上部隅の中に形成された一対の孔
と、ブロック６０をハウジングへとりつけるために、−
線に並んでいる。ブロック６０中の他の孔は（１）加熱
要素支持器６２の相対する部分の中に形成された一対の
孔、および（２）ブス・バー６４の相対する部分の中に
形成された一対の孔６８ａ、と−線に並んでいる。この
ように１−て、複数個のねじくぎが支持体６２とブス・
バー６４とをＡ字型ハウジング４４の垂直壁７！Ｉ６へ
とりつげるように適応される。

両方の赤外線加熱要素支持器６２は、一般的には平板の
固定板６２ａ、一般的には平板のがどのある板６２７！
Ｉおよび一般的には平板状の端板６２ｃを含む、一体形
成部材である。支持器６２のがどのある板６２ｈは、加
熱要素クランゾロ６を支持器６２へ固定するよう適応さ
せたねじくぎを中に受は入れるための複数個のねじ切り
開ロアｏを含んでいる。支持器６２の左右のかどのある
板６２ｈの中の開ロア０の数はＡ字型ハウジング・モジ
ュール４４のそれぞれ右側または左側の加熱要素５８ｒ
または５８１の数に等しい。

ノス・バー６４中の相対する孔６８ａの中間に位置して
、貫通孔と垂直ねじ切り開口との複数個の連結上ツトが
ある。第６図において最もよく図解されているように、
電線７８は加熱要素５８ｒの各々の端から孔の各々の中
の底の開きを通して延びる。電線７８は、それを上記の
孔の内壁へ向げてクランプするように開口の中にねぢを
切った複数個のねぢくぎ８０によって固定される。電線
７８はニッケルで製作するのが好ましい。それはニッケ
ルが実質上非反応性の金属でありかつ高温および低圧に
ある沈着室を汚染しないからである。

加熱要素の最下端および最上端はエネルギーを与えたバ
ルブが沈着室２８．ろＤおよび６２を汚染するのを妨げ
るよう気密シールを形成するように縮めである。実質上
化学的に不活性の物質でつくった電導性スリーブ５９（
第７図を見よ）が、加熱要素５８７と５８１！の各々の
縮めた両端の周りで、電線７８を加熱要素内のフィラメ
ントへ連ぐためにつくられている。左右加熱要素の各々
の一つの縮めた最上部端は電線７８によって連結されて
一連の接続を形成している。電源（図示せず）から右側
ブス・バー６４へ１本のり一ドをそしてもう１本のリー
ドを左側のブス・バー力・ら電源へ延ばすことによって
、加熱要素５８はエネルギーが与えられる状態になる。

クランゾロ６は各加熱要素５日の縮めたスリープを支持
器６２へ固定し、（４Ｉ） これはこんどはＡ字型ハウジング４４の垂直ノぐネル４
６へ固定される。このようにして、加熱要素５８を、基
板を横断して必要な輻射線強度を達成するために基板１
１に関して予め選定した角θに維持することができる。

好ましい具体化においては、もしく１）左右加熱要素５
８ｒおよび５８１の両者についての角θが約２０°であ
り、（２）加熱要素５８の各々の中のフィラメントが基
板１１の縁１３を張り出す距離”ｄ”が１から２インチ
（２，５から５　ｔ：ｓ　）であり、（３）加熱要素５
８の各々のフィラメントが基板１１の横縁１６上方に上
がる高さｈ工が約１５から３インチ（６，８から７．６
　ｃＩｒＬ）であり、そして（４）４個の１２０ボルト
で長さ８インチ（２０ｃＩＩＬ）の加熱要素を用いる場
合には、基板１１が約２５０Ｃの基板横幅を横断する実
質的に均一な温度を達成することが見出された。

【図面の簡単な説明】

第１図は直列光起電力セルの断片的断面図であって１個
または複数個のｐ　−ｉ　＝ｎ型セルの（・ずれ（４２
） かから成り、セルの各層はアモルファス半導体合金から
形成されている。 第２図は第１図に示す光起電力セルの連続生産に適合さ
せた多重グロー放電室沈着系の線図的表現である。 第６Ａ図は従来法の加熱要素によって提供される、基板
横幅をさしわたした輻射線強度のグラフ的表現であり、
それらのフィラメントは基板の平面と実質的に平行な面
の中に配置されており、第６Ｂ図は第６Ａ図の従来法加
熱要素によって達成される、基板横幅さしわたしの温度
分布のグラフ的図解であり、 第４図は本発明の加熱要素が好ましく配置されて基板を
横断して均一温度分布を提供する、基板に対する角度の
グラフ的説明であり、 第５Ａ図は第４図に示す加熱要素のフィラメントを角度
をつけて配置することによって提供される、基板横幅さ
しわたしの輻射線強度のグラフ的表現であり、 第５Ｂ図は第４図に示されかつ第５Ａ図にゾロツトした
輻射線強度を提供する角度をつげて配置した加熱要素フ
ィラメントによって達成された、基板横幅さしわたしの
温度分布のグラフ的図解であり、 第６図は本発明の一般的にＡ字型のハウジングの透視図
であって、このハウジングは加熱要素のフィラメントを
基板に関しである角度のある位置関係で保持しており、 第７図は第６図の一般にＡ字型のハウジングの拡大正面
立面図であって、特に加熱要素各組の平面とその下方の
基板の平面との間の角度を強調している。 （符号説明） １０：光起電力セル　　　１１：基板 １６ａ−Ｃ１１８ａ−ｅ、２０ａ−Ｃ：アモルファス半
導体層２８．３０，３２：沈着室　４４：Ａ字型・・ウ
ジング４０（１，５８：加熱要素 図面の浄ｔ（内容に変更なし） ＦＩＧ、　３Ａ　　　　　　　　　ＦＩＧ、　４ｍ、　
５Ａ　　　　　　　　　ＦＩＧ　５Ｂ手続補正書 特許□長官若　杉　和　大股 １、事件の表示　　′ 昭和ｔｇ年特許願第１．Ｌ１２３７号 ２、発明の名称 芙味。伺−７７０熱、・ト１ ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 スオ午　　ヱナーシー、フ／Ｉ〈゛−シフ７　デ゛ｌ＼
′イ乞ス・イ／コー４．ａ　Ｖ−テ／ビ ４代理人

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）長さと幅の寸法が規定されている比較的大面積で
   比較的薄い物質を加熱するための、その横幅全体にわた
   って物質を均一に加熱するよう適合させた装置であって
   ； その物質の平面の片側において間隔を置いて存在しかつ
   物質平面に対して相対的な角度を以て存在し、最大速度
   で熱を失なう物質部分（１３）の上へより小さい速度で
   熱を失なう物質部分の上へ輻射線が向けられるのと少く
   とも同じ強度で以て輻射線を向けるように位置させ、か
   くして物質の横幅全体にわたる実質的に均一な温度分布
   が確立されるようにした、複数個の加熱要素（４０α、
   ５８）を特徴とする； 加熱装置。
2. （２）上記物質がアモルファス半導体層（１６α−Ｃ９
   １８（Ｌ−Ｃ，２０α−Ｃ）をその上に沈着させるよう
   適合させた比較的大面積で比較的薄い基板（１１）であ
   ることをさらに特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
3. （３）上記装置を、アモルファス半導体層（１６ａ−ｃ
   。 １８α−ｃ、　２０ａ−’）が上記基板（１１）上に沈
   着するよう適合させた低圧昇温沈着室（２８，３０，３
   ２）Ｏ内部での使用に適応させであることをさらに特徴
   とする、特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか
   に記載の装置。
4. （４）加熱要素（４０（１，５８）が輻射線の最大強度
   を縁（１３）近傍の基板（１１）の部分の上へ向けるよ
   うに配置されたフィラメントを含むことをさらに特徴と
   する、特許請求の範囲第２項または第３項のいずれかに
   記載の装置。
5. （５）加熱要素（４ＣＩｚ、　５８）が複数個の間隔を
   置いた細長の赤外線パルプであることをさらに特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載
   の装置。
6. （６）加熱要素（４０α、５８）を間隔を置いたかつ基
   板（１１）の平面と相対的な角度を保つ上記位置におい
   て固定するための一般的にはＡ字型のハウジング（４４
   ）をさらに特徴とする、特許請求の範囲第１項から第５
   項のいずれかに記載の装置。
7. （７）上記ハウジング（４４）が、そのフィラメントが
   基板（１１）の縁（１３）の上に張り出すように細長形
   加熱要素（４０α、５８）を固定していることをさらに
   特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の装置。
8. （８）各加熱要素の長さが基板（１１）の縁（１３）か
   ら中央への距離より大きいかあるいは等しく；ハウジン
   グ（４４）が、間隔を置いた上記加熱要素の第一の組（
   ５８？−）を基板の中央部近傍位置から基板の第一の縁
   の上に張り出す位置へのばすように、支持するよう適合
   されており；かつ、ノ・ウジンダが、間隔を置いた上記
   加熱要素の第二の組（５８Ａりを基板の中央部近傍位置
   から第一の縁と反対側の基板の縁の上に張り出す位置へ
   のばすように、支持するよう適合されている；ことをさ
   らに特徴とする、特許請求の範囲第６項または第７項の
   いずれかに記載の装置。
9. （９）間隔を置いた加熱要素（５８γ、　５８Ａりの各
   組のフィラメントが基板の縁（１３）に近傍の基板から
   最小距離にありかつ基板の中央部近傍基板から最大距離
   にあるような角度をもっことをさらに特徴とする、特許
   請求の範囲第８項に記載の装置。 ００）間隔を置いた加熱要素の各組（５８７，５８１）
   の客々の加熱要素の平面が各々の組の他のすべての加熱
   要素の平面と実質的に平行であり、そして、各組の各加
   熱要素のフィラメントが基板（１１）の平面に対して約
   ２０度の角度で支持される、ことをさらに特徴とする、
   特許請求の範囲第９項に記載の装置。 （ｌυ　基板（１１）の平面と相対的な加熱要素（５８
   ）のフィラメントの角度、加熱要素の各組（５８ｔ−，
   ５８１）のフィラメントの端が基板の縁（１３）の上か
   ら張り出す距離、および、加熱要素各組のフィラメント
   の端が基板平面より上がっている高さ、を基板を所望温
   度へ均一に加熱するための輻射線強度の一つの分布を提
   供するように変えてよい、ことをさらに特徴とする、特
   許請求の範囲第８項に記載の装置。