JP2002083772A

JP2002083772A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2002083772A
Application number: JP2000270285A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okamoto; 圭史岡本; Masashi Yoshimi; 雅士吉見
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積の結晶質薄膜太陽電池の製造に好まし
く用いられ得るプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置は、反応室１内にお
いて成膜用基板４を支持する基板支持電極２と、その基
板４に対面すべき対向電極３を備え、その対向電極３は
中空であって基板４に向けて反応ガス５を吹出すため
に、複数のガス吹出穴３ｂを有するガス吹出面板３ａを
含み、ガス吹出面板３ａの表面上には反応ガス５に対す
る通気性を維持しつつ面板表面に凹凸形状を付与するた
めの表面部材が結合されていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
に関し、特に、大面積の結晶質薄膜太陽電池の製造に好
ましく用いられ得るプラズマＣＶＤ装置の改善に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、プラズマＣＶＤ装置は、複写機の
感光ドラム上の感光層、液晶表示パネル用の透明基板上
に形成されるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイ、薄膜
太陽電池などにおける種々の薄膜半導体層の形成のため
に利用されている。

【０００３】ところで、近年では薄膜太陽電池も多様化
し、従来の非晶質薄膜太陽電池の他に結晶質薄膜太陽電
池も開発され、これらを積層したハイブリッド薄膜太陽
電池も実用化されつつある。

【０００４】半導体薄膜太陽電池は、一般に、少なくと
も表面が絶縁性の基板上に順に積層された第１電極、１
以上の半導体薄膜光電変換ユニット、および第２電極を
含んでいる。そして、１つの光電変換ユニットはｐ型層
とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。

【０００５】光電変換ユニットの厚さの大部分を占める
ｉ型層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作
用は主としてのこのｉ型層内で生じる。したがって、ｉ
型光電変換層は光吸収のためには厚い方が好ましいが、
必要以上に厚くすればその堆積のためのコストと時間が
増大することになる。

【０００６】他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユ
ニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡
散電位の大きさによって薄膜太陽電池の重要な特性の１
つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これら
の導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であ
り、導電型層にドープされた不純物によって吸収される
光は発電に寄与しない損失となる。したがって、ｐ型と
ｎ型の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得る範囲
内であれば、できるだけ小さな厚さを有することが好ま
しい。

【０００７】このようなことから、光電変換ユニットま
たは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電
型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占
めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質ユニット
または非晶質薄膜太陽電池と称され、ｉ型層が結晶質の
ものは結晶質ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称さ
れる。

【０００８】ところで、薄膜太陽電池の変換効率を向上
させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層し
てタンデム型にする方法がある。この方法においては、
薄膜太陽電池の光入射側に大きなバンドギャップを有す
る光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後に順
に小さなバンドギャップを有する（たとえばＳｉ−Ｇｅ
合金などの）光電変換層を含む後方ユニットを配置する
ことにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換
を可能にし、これによって太陽電池全体としての変換光
率の向上が図られる。このようなタンデム型薄膜太陽電
池の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換
ユニットを積層したものはハイブリッド薄膜太陽電池と
称される。

【０００９】たとえば、ｉ型非晶質シリコンが光電変換
し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度まで
であるが、ｉ型結晶質シリコンはそれより長い約１１０
０ｎｍ程度の波長の光までを光電変換することができ
る。ここで、光吸収係数の大きな非晶質シリコン光電変
換層は光吸収のためには０．３μｍ以下の厚さでも十分
であるが、光吸収係数の小さな結晶質シリコン光電変換
層は長波長の光をも十分に吸収するためには２〜３μｍ
程度以上の厚さを有することが好ましい。すなわち、結
晶質光電変換層は、通常は、非晶質光電変換層に比べて
１０倍程度以上の大きな厚さを有することが望まれる。

【００１０】特開平１１−３３０５２０は、従来から比
較的薄い非晶質ｉ型光電変換層の堆積の場合に用いられ
ていた１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下のプラズマ反応室
内圧力の代わりに、６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）以上の高
い反応室内圧力を利用することによって、高品質の厚い
結晶質ｉ型光電変換層を高速度で堆積し得ることを開示
している。

【００１１】ところで、平行平板型高周波プラズマＣＶ
Ｄ装置において、プラズマ放電を発生させて維持するた
めには、一般に、プラズマ反応室内のガス圧と平行平板
電極間距離とは逆の関係にある。すなわち、ガス圧が小
さいときには電極間距離を比較的大きくしなければなら
ず、逆にガス圧が大きいときには電極間距離を小さくし
なければならない。そこで、特開平１１−３３０５２０
は、電極間距離を変えることができる可動式の平行平板
電極を備えたプラズマＣＶＤ装置を開示している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】薄膜太陽電池は、より
大きな発電能力と生産効率の向上のために大面積化が求
められている。このような状況の下において、平行平板
電極を有するプラズマＣＶＤ装置を利用して大きな基板
上に形成された薄膜太陽電池においては、その光電変換
特性が基板上の局所的な平面的位置に依存して変動する
傾向が高くなるという事実があることを本発明者は見出
した。そして、この傾向は６６７Ｐａ以上の高いプラズ
マ反応ガス圧の下で堆積された結晶質光電変換層を含む
結晶質薄膜太陽電池またはハイブリッド薄膜太陽電池に
おいて、それに用いられる矩形の基板の少なくとも１辺
が９０ｃｍを超えるように大きな場合に顕著になる。

【００１３】本発明者が見出したこのような先行技術に
おける課題に鑑み、本発明は、大きな基板上の平面的位
置に依存することなく、均一で優れた光電変換特性を発
揮し得る大面積の結晶質薄膜太陽電池、またはハイブリ
ッド薄膜太陽電池の製造のために好ましく用いられ得る
プラズマＣＶＤ装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は、プラズマＣＶＤ反応室と、その反応室内におい
て成膜用基板を支持するための基板支持電極と、その基
板に対面すべき対向電極とを備え、対向電極は中空であ
って基板に向けて反応ガスを吹出すために複数のガス吹
出穴を有するガス吹出面板を含み、ガス吹出面板の表面
上には、反応ガスに対する通気性を維持しつつその面板
表面に凹凸形状を付与するための表面部材が結合されて
いることを特徴としている。

【００１５】表面部材としては、複数の通気孔を有する
金属箔または金属ワイヤを編上げたメッシュを利用する
ことができる。

【００１６】そのような金属箔は、エンボス加工による
凹凸面を含んでいてもよい。金属箔の通気孔は、エッチ
ングまたは打抜きによって形成され得る。

【００１７】金属箔の通気孔は、エンボス加工のときに
同時に打抜きによって形成することもできる。

【００１８】ガス吹出面板表面に凹凸形状を付与するた
めの表面部材は、溶接によってその面板表面に結合され
得る。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本発明者は、平行平板電極
を有するプラズマＣＶＤ装置を利用して製造された大面
積の結晶質薄膜太陽電池において、その基板上の平面的
位置に依存して光電変換特性が変動する原因について検
討した。

【００２０】前述の反応ガス圧と電極間距離との関係か
らわかるように、従来のように非晶質光電変換層が１３
３Ｐａ以下の低い反応ガス圧の下でプラズマＣＶＤによ
って堆積される場合では、基板表面と対向電極との間に
プラズマ放電を発生かつ維持させるためには、それらの
間隔を２〜２．５ｃｍの比較的広い間隔に設定すること
ができる。しかし、結晶質光電変換層を高速度で堆積す
るために反応ガス圧を６６７Ｐａ以上に高く設定した場
合には、基板と対向電極との間にプラズマ放電を適切に
発生かつ維持させるためには、それらの間隔を約１．５
ｃｍ以下で好ましくは約１ｃｍ以下の狭い範囲に設定し
なければならない。

【００２１】他方、電極間距離が小さくなるに従って、
大面積の基板表面上に均一な反応ガス流を生じさせるこ
と困難になり、基板表面上の局所的な位置の相違によっ
て反応ガスの供給が不均一になりやすい。このような反
応ガス供給の不均一性はプラズマ放電の場所的な不均一
性を招くこともあり、大面積の基板上に得られる膜の不
均一性が生じやすくなる。

【００２２】また、反応ガス圧が高くなって対向電極と
基板との距離が小さくなれば、たとえばシラン系ガスを
利用して基板上にシリコン膜を堆積する場合に、不所望
なポリシラン系の粉末やシリコンフレークなどを含むダ
ストが対向電極のガス吹出面上に付着しやすくなる。そ
して、これらのダストの付着量が増大したとき、対向電
極のガス吹出面上に不安定に付着しているダストは、原
料ガスの流れ、熱応力、プラズマによるスパッタ効果な
どの影響によって剥れて、基板上に飛来することがあ
る。そして、基板上に飛来したダストは、所望のシリコ
ン膜中のピンホールのような欠陥の原因となり得る。

【００２３】このような本発明者の知見に基づいてなさ
れた本発明による実施の形態の例としてのプラズマＣＶ
Ｄ装置が、以下において図面を参照しつつ説明される。

【００２４】図１においては、大面積の薄膜太陽電池の
製造に適した縦型のプラズマＣＶＤ装置が模式的な断面
図で図解されている。なお、本願の各図において、長
さ、幅、厚さ、間隔などの寸法関係は図面の明瞭化と簡
略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表
わしてはいない。

【００２５】この縦型プラズマＣＶＤ装置は、真空ポン
プ（図示せず）によって減圧可能なプラズマ反応室１内
において、基板４を支持するための基板支持電極２を備
えている。また、反応室１内において、基板支持電極２
に対面して配置された対向電極（ガス吹出電極）３も設
けられている。対向電極３は、基板４に向けてプラズマ
ＣＶＤ反応ガス５を吹出すための複数の穴３ｂを含むガ
ス吹出面板３ａを有している。プラズマＣＶＤ反応を生
じさせるときには、基板支持電極２と対向電極３との間
に、高周波電源６によって高周波電力が印加される。

【００２６】このようなプラズマＣＶＤ装置において、
上述のようなプラズマ反応ガス圧の増大に伴う問題を軽
減するための方策として、たとえば図３に示されている
ように、対向電極３のガス吹出面板３ａの表面に凹凸構
造を形成することが考えられる。図３は、図１中の丸印
３Ａで囲まれた領域の拡大断面図を模式的に示してい
る。

【００２７】図３（Ａ）と（Ｂ）のそれぞれにおいて、
ガス吹出穴３ｂの周囲に断面が矩形の凸部と断面が三角
形の凸部が形成されている。これらの凸部には電界が集
中する傾向があるので、高周波電力が印加されたときに
プラズマ放電の発生を容易にするように作用するととも
に、その放電を安定に維持するように作用し得る。

【００２８】したがって、図３に示されているような表
面凹凸構造を有する対向電極３を含むプラズマＣＶＤ装
置では、反応ガス圧が増大した場合でも、従来に比べて
電極間距離を大きくすることができ、電極間距離が狭い
場合に生じ得る前述の問題を軽減することができる。ま
た、表面凹凸構造は付着したダストを安定に保持するよ
うにも作用し、ダストの脱離による前述の問題をさらに
軽減することができる。

【００２９】ところで、図３に示されているようなガス
吹出面板３ａの表面の凹凸構造も、ガス吹出穴３ｂを形
成する場合に通常利用されるレーザビーム加工によって
形成することができる。しかし、１つのガス吹出穴３ｂ
の周囲にレーザ加工によって凹凸形状を形成するために
は、約１００円程度の加工費を要する。したがって、成
膜用基板の大面積化に伴って対向電極３のガス吹出面板
３ａも大面積を有する場合、そのレーザ加工費が非常に
大きくなる。

【００３０】たとえば、１ｍ×１ｍの大きな面積を有す
るガス吹出面板３ａに５ｍｍ間隔でガス吹出穴３ｂを形
成すれば、それらの穴３ｂの総数は４００００個にもな
る。したがって、各穴３ｂの周囲に凹凸形状を形成する
ためには、総額で４００万円ものレーザビーム加工費を
要することになる。

【００３１】そこで、本発明によるプラズマＣＶＤ装置
では、図２に示されているような表面凹凸構造を有する
対向電極３が用いられる。すなわち、図１中の丸印３Ａ
で囲まれた領域の拡大断面図を模式的に示している図２
において、ガス吹出面板の表面は、レーザビーム加工さ
れる代わりに、反応ガスに対する通気性を維持しつつそ
の面板表面に凹凸構造を付与するための表面部材が結合
されている。このように表面部材を結合させることによ
ってガス吹出面板上に凹凸構造を形成する費用は、レー
ザ加工の場合に比べてはるかに安く、１００万円以下に
節約することができる。

【００３２】図２（Ａ）に例示された対向電極において
は、ガス吹出面板３ａの表面に多数の開口を有する金属
箔７ａが結合させられている。そのような結合は、部分
的なスポット溶接によって容易に行なうことができる。
また、ガス吹出穴３ｂからの反応ガスに対する通気性を
維持するための多数の開口は、金属箔７ａに対するエッ
チング加工または打抜き加工によって容易に形成するこ
とができる。

【００３３】図２（Ｂ）に例示された対向電極３におい
ても、ガス吹出面板３ａの表面上に、エンボス加工され
た金属箔７ｂが溶接接合されている。この金属箔７ｂに
おいては、エンボス加工によってその金属箔自体に表面
凹凸構造が付与されるとともに、ガス吹出穴３ｂからの
反応ガスを通気させるための開口がエンボス加工時と同
時の打抜きによって形成されている。

【００３４】図２（Ｃ）に例示された対向電極３におい
ては、ガス吹出面板３ａの表面に、金属ワイヤで編上げ
られた金属メッシュ７ｃが溶接接合されている。

【００３５】以上のような金属箔や金属メッシュは、そ
れら自体では平面性よく維持することが困難であるが、
ガス吹出面板３ａに対して溶接結合されるので、それら
の金属箔や金属メッシュが撓むという問題を生じること
はない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、大きな
基板上の平面的位置に依存することなく均一で優れた光
電変換特性を発揮し得る大面積の結晶質薄膜太陽電池ま
たはハイブリッド薄膜太陽電池の製造のために好ましく
用いられ得るプラズマＣＶＤ装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例による縦型プラズマ
ＣＶＤ装置を図解する模式的な断面図である。

【図２】本発明の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装
置に含まれる対向電極のガス吹出面板表面における凹凸
構造を図解する模式的な断面図である。

【図３】プラズマＣＶＤ装置に含まれる対向電極のガ
ス吹出面板上にレーザ加工によって形成される凹凸構造
を図解する模式的な断面図である。

【符号の説明】

１プラズマＣＶＤ反応室、２基板支持電極、３対
向電極、３ａプラズマ反応ガス吹出面板、３ｂガス
吹出穴、４成膜用基板、５プラズマＣＶＤ反応ガ
ス、６高周波電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 EA04 FA03 KA17 KA46 LA16 5F045 AA08 AB02 BB08 BB15 BB16 CA13 EH04 EH05 EH14 5F051 AA02 AA03 BA12 CB02 CB04 CB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマＣＶＤ反応室と、前記反応室内において成膜用基板を支持するための基板
支持電極と、前記基板に対面すべき対向電極とを備え、前記対向電極は中空であって、前記基板に向けて反応ガ
スを吹出すために、複数のガス吹出穴を有するガス吹出
面板を含み、前記ガス吹出面板の表面上には、前記反応ガスに対する
通気性を維持しつつ前記面板表面に凹凸形状を付与する
ための表面部材が結合されていることを特徴とするプラ
ズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記表面部材は複数の通気孔を有する金
属箔または金属ワイヤを編上げたメッシュからなること
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】前記金属箔はエンボス加工による凹凸面
を含んでいることを特徴とする請求項２に記載のプラズ
マＣＶＤ装置。
【請求項４】前記金属箔の通気孔はエッチングまたは
打抜きによって形成されていることを特徴とする請求項
２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記金属箔の通気孔は前記エンボス加工
のときに同時に打抜きによって形成されたものであるこ
とを特徴とする請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】前記表面部材は溶接によって前記面板表
面に結合されていることを特徴とする請求項１から５の
いずれかの項に記載のプラズマＣＶＤ装置。