JP2002093718A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積の薄膜太陽電池の製造に用いられるプ
ラズマＣＶＤ装置を改善する。 【解決手段】 プラズマＣＶＤ反応容器１内において成
膜用基板２を支持するための基板支持電極３に平行に対
面すべき対向電極４を備え、この対向電極４は反応室容
器１の対向電極受入開口面の周囲の外壁に配置された絶
縁部材７を介して結合手段９によって反応室容器１へ外
側から装着されており、反応室容器１の外壁と絶縁部材
７との間およびその絶縁部材７と対向電極４との間はＯ
リング８によって気密シールされ、対向電極４のガス吹
出面４ａと基板２との平行性はＯリング８の弾性変形に
よる偏平率を結合手段９で制御することによって調節さ
れ得る。

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】他方、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。

【００１２】図１において、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装置の一例が模式的な
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に変更されており、実際の寸法関係
を表わしてはいない。

【００１３】図１のプラズマ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容器１
内において、成膜用基板２を支持するための基板支持電
極３を備えている。反応室容器１は、基板２に平行に対
面して外部から取付けられる外部装着型対向電極（ガス
吹出電極）４を受入れる開口面を有している。対向電極
４は、基板２に向けてプラズマＣＶＤ反応ガス５を吹出
すための複数の孔を含むガス吹出面４ａ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３と対向電極４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。

【００１４】外部装着型対向電極を含むプラズマＣＶＤ
装置は、反応室容器内に内蔵された内蔵型対向電極を含
むものに比べて、プラズマ反応で派生する不所望の粉末
状やフレーク状のダストが付着する対向電極の裏面や反
応室容器の内壁の面積を減少させることができ、また、
反応室容器の不要な容積を減少させ得る点で好ましい。

【００１５】図１のプラズマＣＶＤ装置では、反応室容
器１はフランジ部１ａを有しており、外部装着型対向電
極４もフランジ部４ｂを有している。対向電極４のフラ
ンジ部４ｂは、絶縁板７を介して、反応容器１のフラン
ジ部１ａに結合手段９によって結合されている。ここ
で、反応室容器１内の気密性は、フランジ１ａと絶縁板
７との間のＯリング８およびフランジ４ｂと絶縁板７と
の間のＯリング８によって維持される。

【００１６】図３は、図１中の丸印Ａの領域における従
来の結合方法の一例をより詳細に図解する模式的な断面
図である。この図に示されているように、Ｏリング溝内
に配置されたＯリング８を用いて気密性を封止する場
合、フランジ１ａと絶縁板７の対向面およびフランジ４
ｂと絶縁板７の対向面が互いに密着するまで、たとえば
ボルト９ａとナット９ｂによって締め付けられるのが常
識である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、平行平板型
高周波プラズマＣＶＤ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。

【００１８】このような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
１３３Ｐａ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
１．５ｃｍ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。

【００１９】したがって、反応ガス圧を高く設定するこ
とに伴って、基板表面と対向電極表面との間のプラズマ
放電を適切に維持するためにそれらの間隔を１０ｍｍ以
下に設定する場合、たとえば一辺が１ｍの大きな矩形の
基板の両端部における対向電極との距離の差が１ｍｍで
あっても、その電極間距離の変動率は１０％にもなる。
他方、従来のように１３３Ｐａ以下の反応ガス圧の下で
プラズマＣＶＤを行なう場合には、基板表面と対向電極
表面との間隔はそれらの間にプラズマ放電を維持するた
めに２０〜２５ｍｍの範囲内にあればよいので、基板の
両端部において対向電極までの距離が１ｍｍの変動が生
じたとしても、その誤差は５％以下になる。

【００２０】電極間距離の変動率が大きくなれば、反応
ガス流やプラズマ放電における不均一性が大きくなり、
得られる薄膜太陽電池において基板上の平面的位置に依
存する光電変換特性の変動率が大きくなる。したがっ
て、図１に示されているようなプラズマＣＶＤ装置にお
いては、電極間距離の平行性を正確に調整するために、
絶縁板７の厚さを研磨加工によって調整することが従来
から行なわれている。しかし、大きな基板２を収容する
大型のプラズマＣＶＤ装置では、大きな反応容器１の大
きな開口面の外周に沿って配置される一体物の大きなリ
ング状絶縁板７を精度よく研磨加工することは困難であ
り、大変な手間、時間、および費用を要する。

【００２１】このような従来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装置を改
善することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマＣ
ＶＤ装置は、プラズマＣＶＤ反応容器と、その反応容器
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、基板に平行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の
複数の孔を含むガス吹出面を有し、反応室容器は対向電
極のガス吹出面を外部から受入れるために対向電極受入
開口面を有し、対向電極は反応室容器の対向電極受入開
口面の周囲の外壁に配置された絶縁部材を介して結合手
段によって反応室容器へ外側から装着されており、反応
室容器の外壁と絶縁部材との間およびその絶縁部材と対
向電極との間はＯリングによって気密シールされ、対向
電極のガス吹出面と基板との平行性はＯリングの弾性変
形による偏平率を結合手段で制御することによって調節
され得ることを特徴としている。

【００２３】対向電極のガス吹出面と基板との間隔は１
５ｍｍ以内に設定される場合に、本発明によるプラズマ
ＣＶＤ装置が大面積の薄膜太陽電池を製造する場合に特
に好ましく用いられ得る。

【００２４】対向電極のガス吹出面と基板との平行性を
Ｏリングの弾性変形による偏平率を制御することによっ
て調節する結合手段としては、ボルトとナットが好まし
く利用され得る。Ｏリングは１ｃｍ以上の断面直径を有
することが好ましい。

【００２５】本発明によるプラズマＣＶＤ装置はまた、
反応室容器内に６６７Ｐａ以上の圧力の反応ガスが導入
されて大面積の薄膜太陽電池が製造される場合に好まし
く用いられ得る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明による実施の形態の一例と
しての縦型プラズマＣＶＤ装置が、以下において図面を
参照しつつ説明される。

【００２７】実施の形態の一例としてのプラズマＣＶＤ
装置においても、図１に示されているように、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容器
１内に、成膜用基板２を支持するための基板支持電極３
を備えている。また、反応室容器１は、基板２に平行に
対面して外部から取付けられる外部装着型対向電極（ガ
ス吹出電極４）を受入れる開口面を有している。対向電
極４は、基板２に向けてプラズマＣＶＤ反応ガス５を吹
出すための複数の孔を含むガス吹出面４ａ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３と対向電極４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。

【００２８】図１中の丸印Ａの領域において示されてい
るように、反応室容器１はフランジ部１ａを有してお
り、外部装着型対向電極４もフランジ部４ｂを有してい
る。対向電極４のフランジ部４ｂは、絶縁板７を介し
て、反応容器１のフランジ部１ａに結合手段９によって
結合されている。ここで、反応室容器１内の気密性は、
フランジ１ａと絶縁板７との間のＯリング８およびフラ
ンジ４ｂと絶縁板７との間のＯリング８によって維持さ
れる。

【００２９】図２は、図１中の丸印Ａの領域における本
発明による結合方法の一例をより詳細に図解する模式的
な断面図である。この図に示されているように、従来技
術の場合と異なって、基板２の表面と対向電極４のガス
吹出面４ａとの間の正確な平行性を達成するために、望
まれる場合には、フランジ１ａと絶縁板７の対向面およ
びフランジ４ｂと絶縁板７の対向面は互いに密着させら
れることなく所定の微小な間隔を隔てて保持される。こ
れらの微小間隔の保持は、結合手段としてのたとえばボ
ルト９ａおよび複数のナット９ｂ〜９ｆを利用して達成
することができる。なお、ナット９ｃ〜９ｆは、それぞ
れに対応するナット収納孔内に配置されている。

【００３０】他方、フランジ１ａと絶縁板７との間の微
小隙間およびフランジ４ｂと絶縁板７との間の微小隙間
は、フランジ１ａとフランジ４ｂのそれぞれのＯリング
溝内に配置されたＯリング８によって維持される。これ
らのＯリング８は、従来に比べて比較的大きな断面直径
を有し、その弾性変形による偏平率をもとに戻そうとす
る弾性力によってＯリング溝底面と絶縁板７との間の隙
間を気密封止するように作用する。

【００３１】図２に示されているような気密封止機構に
おいて、Ｏリング８は約１ｃｍ程度以上の断面直径を有
することが好ましい。その場合に、基板２とガス吹出面
４ａとの平行性の調整については、それらの間隔が１５
ｍｍ以内の場合に効果的であり、１２ｍｍ以内の場合に
さらに効果的になり、間隔調整量が１ｍｍ以内の場合に
特に好ましい微調整を行なうことができる。

【００３２】

【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装置を改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 大面積の薄膜太陽電池の製造のために好まし
く用いられ得る縦型プラズマ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の一例において基板面と
対向電極との平行性を高めるための調整機構を示す模式
的な断面図である。

【図３】 プラズマ反応室容器と対向電極との境界にお
ける気密性を保持することを目的とする従来のシール機
構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反応室容器、１ａ フランジ、２
成膜用基板、３ 基板支持電極、４ 外部装着型対向電
極、４ａ プラズマ反応ガス吹出面、４ｂ フランジ、
５ プラズマＣＶＤ反応ガス、６ 高周波電源、７ 絶
縁板、８ Ｏリング、９ 結合手段、９ａ ボルト、９
ｂ〜９ｆ ナット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 EA06 FA03 JA09 KA10 KA17 LA16 5F045 AA08 AB04 AE17 AE19 AE21 BB15 BB16 CA13 DP03 EB02 EB10 EF05 EH13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマＣＶＤ反応室容器と、 前記反応室容器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、 前記基板に平行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
   を吹出すための複数の孔を含むガス吹出面を有し、 前記反応室容器は前記対向電極の前記ガス吹出面を外部
   から受入れるために対向電極受入開口面を有し、 前記対向電極は前記反応容器の前記対向電極受入開口面
   の周囲の外壁に配置された絶縁部材を介して結合手段に
   よって前記反応室容器へ外側から装着されており、 前記反応容器の外壁と前記絶縁部材との間および前記絶
   縁部材と前記対向電極との間はＯリングによって気密シ
   ールされ、前記対向電極のガス吹出面と前記基板との平
   行性は前記Ｏリングの弾性変形による偏平率を前記結合
   手段で制御することによって調節され得ることを特徴と
   するプラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記対向電極の前記ガス吹出面と前記基
   板との間隔は１５ｍｍ以内に設定されていることを特徴
   とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記結合手段としてボルトとナットが利
   用されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   のプラズマＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】 前記Ｏリングは１ｃｍ以上の断面直径を
   有することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項
   に記載のプラズマＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 前記反応室容器内には６６７Ｐａ以上の
   圧力の反応ガスが導入されることを特徴とする請求項１
   から４のいずれかの項に記載のプラズマＣＶＤ装置。