JP2010283135A

JP2010283135A - 薄膜太陽電池製造装置

Info

Publication number: JP2010283135A
Application number: JP2009135106A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakamura; 恵右仲村; Kenji Shintani; 賢治新谷; Mutsumi Tsuda; 睦津田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】簡便な装置構成で低ランニングコストにして排出ガス中の不純物を除去することで、水素ガスを高純度化して再利用可能にすることができる薄膜太陽電池製造装置を得ること。
【解決手段】水素ガスを含むプロセスガスの供給経路１２を有する薄膜太陽電池用のＣＶＤチャンバ１０と、ＣＶＤチャンバ１０から排気されてＣＶＤチャンバ１０に再供給させるガス排気・再供給経路２１上に順に設置されたプラズマ放電装置２６とパーティクルフィルタ２７とを有する不純物除去機構２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜太陽電池製造装置に関する。

太陽光発電システムは、２１世紀の地球環境を化石エネルギーの燃焼によるＣＯ_２ガスの増加から守るクリーンエネルギーとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そのため、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。

薄膜太陽電池は、アモルファスシリコン透光性絶縁基板上に透明導電材料からなる表面導電層、ｐ−ｉ−ｎ構造のアモルファスシリコン膜、ｐ−ｉ−ｎ構造の微結晶シリコン膜などの半導体層、或いはこれら半導体層の積層膜などからなる光電変換層、およびＡｇなどの裏面電極層が順に積層された構造からなる。

半導体層となるアモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜の成膜には、プラズマを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法が一般的に用いられている。薄膜太陽電池に用いられる高品質なアモルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を成膜するためには、シランガスやジシランガスを水素ガスにより数倍〜数百倍に希釈して成膜チャンバに供給する。しかしながら、希釈用の水素ガスのほとんどは、膜としては利用されず、同じく膜として利用されなかったシランやジシラン、およびそれらの反応生成物とともに排気される。

このように薄膜太陽電池の成膜工程においては、大量の水素ガスが使用され、そのまま排出されている。このことは水素ガス自体のコストだけでなく、供給する水素ガスの貯蔵設備や排出ガスの除害設備の大型化にもつながり、これら周辺設備の導入コストやランニングコストの増大にもつながる。

そこで、ＣＶＤ装置においては、排気される水素ガスから不純物を除去し、高純度化することで再利用することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２９５８７０号公報

しかしながら、特許文献１に示される技術によれば、多段の不純物除去機構が必要なためその機構が複雑で大規模となってしまう。また、高純度の水素ガスを得るためにパラジウム合金膜透過式の水素精製装置が用いられるが、パラジウム合金膜透過式の水素精製装置では十分な流量の水素ガスを精製するには少なくとも大気圧（〜１００ｋＰａ）以上、望ましくは１ＭＰａ程度の高圧の水素ガスを供給する必要がある。しかしながら、成膜に利用されて排気されるガス圧は数十Ｐａ〜数ｋＰａ程度のため、排気ガスをパラジウム合金膜透過式の水素精製装置が要求する高圧力にまで圧縮するために大きなエネルギーを要するのでランニングコストが増大してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便な装置構成で低ランニングコストにして排出ガス中の不純物を除去することで、水素ガスを高純度化して再利用可能にすることができる薄膜太陽電池製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池製造装置は、水素ガスを含むプロセスガスの供給経路を有する薄膜太陽電池用の成膜装置と、該成膜装置から排気されて該成膜装置に再供給させるガス排気・再供給経路上に順に設置されたプラズマ放電装置と微粒子フィルタとを有する不純物除去機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス中に含まれるシランガスやジシランガス、またはこれらの反応生成物である高次シランやサブミクロンサイズ以下のシラン系微粒子をプラズマ放電によって積極的に粒子化させた後に微粒子フィルタにより物理的に除去するので、排気ガスから高純度の水素ガスを得てプロセスガスとして成膜装置で再利用可能となり、よって、プロセスに一度使用した排気ガス中から簡便な機構で低ランニングコストの不純物除去機構によって不純物を除去して高純度の水素ガスを得ることができ、当該薄膜太陽電池製造装置における新規な水素ガス使用量を大幅に削減することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。図２は、実施の形態２の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。図３は、実施の形態３の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。

以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。本実施の形態１の薄膜太陽電池製造装置１は、概略的には、ＣＶＤチャンバ１０と、不純物除去機構２０とを備える。

ＣＶＤチャンバ１０は、薄膜太陽電池の発電層となる半導体層を成膜するための成膜装置を構成するものである。このＣＶＤチャンバ１０は、流量制御機構１１を備える配管構成からなる供給経路１２を有し、成膜のためのプロセスガスとしてシランガス、ジシランガス、水素ガス、およびこれらのうちの複数のガスからなる混合ガスのうちのいずれか、或いは複数をそれぞれ独立に制御し供給可能に構成されている。また、ＣＶＤチャンバ１０は、圧力制御機構１３およびドライポンプ１４を備える配管構成からなる排気経路１５を有する。

一方、不純物除去機構２０は、ＣＶＤチャンバ１０から排気されてＣＶＤチャンバ１０に再供給させる配管構成からなるガス排気・再供給経路２１上に設けられている。ガス排気・再供給経路２１は、圧力制御機構１３より前段側位置で排気経路１５から分岐されたもので、経路上には不純物除去機構２０を構成するバルブ２２、圧力制御機構２３、ポンプ２４、パーティクルフィルタ２５、プラズマ放電装置２６、パーティクルフィルタ２７、および流量制御機構２８の各部材が順に設置されている。

これにより、ＣＶＤチャンバ１０内で成膜に使用されたプロセスガス未反応の水素ガス、シランガス、ジシランガスの他に反応生成物である高次シラン（ＳｉｘＨｙ）ガスやシリコン系微粒子からなる排出ガスの一部は、圧力制御機構１３およびドライポンプ１４を介して排気経路１５によって外部に排気され、残りは圧力制御機構２３およびポンプ２４を介してガス排気・再供給経路２１によって不純物除去機構２０側に導かれる。ここで、ポンプ２４は、排出ガス中にできるかぎり不純物を放出しないよう接ガス部にオイルを使用しないドライポンプ等のポンプを用いることが望ましい。また、ポンプ２４は、パージガスとして一般的に窒素ガスが用いられるが、本実施の形態では、排出ガス中に不純物を放出しないよう水素ガスをパージガスとして用いる。このように、パージガスに水素ガスを使用することにより、不純物除去機構２０に水素ガス以外のガスが流入することを防止することができる。また、ポンプ２４には、ドライポンプ以外でもダイアフラムポンプ等のオイルフリーで、かつパージガスを使用しないポンプも用いることができる。

不純物除去機構２０へ導かれた排出ガスは、まずパーティクルフィルタ２５により微粒子成分が捕捉される。次に、プラズマ放電装置２６へ導き、プラズマ放電によりシランガス、ジシランガスの他に反応生成物である高次シラン（ＳｉｘＨｙ）ガスを十分に微粒子化する。そして、これら微粒子を微粒子フィルタであるパーティクルフィルタ２７により物理的に捕捉する。これにより高純度の水素ガスが得られる。すなわち、ガス排気・再供給経路２１中にプラズマ放電装置２６を設置し、排気ガス中に含まれるシランガスやジシランガス、またはこれらの反応生成物である高次シランやパーティクルフィルタ２５では除去することができないサブミクロンサイズ以下のシラン系微粒子をプラズマ放電により積極的に粒子化させた後にパーティクルフィルタ２７により物理的に除去することで高純度の水素ガスが得られる。

不純物が除去された高純度の水素ガスは、その一部はポンプ２４のパージガスとして利用され、残りは流量制御機構２８を通してＣＶＤチャンバ１０へ導かれ再利用される。ＣＶＤチャンバ１０に導入される水素ガス流量は、流量制御機構２８、１１を連動させて設定流量となるように制御される。流量制御機構２８に供給される水素ガスの圧力は、圧力計２９により計測され、流量制御機構２８を正常に動作させるために、５０〜３００ｋＰａの範囲内となるよう、圧力制御機構２３と流量制御機構２８とを連動させて制御される。水素ガス圧力を、このような範囲に制御することにより、ＣＶＤチャンバ１０に再供給される水素ガス量を正確に制御することができる。

また、ＣＶＤチャンバ１０のクリーニングのため３フッ化窒素等のクリーニングガスを用いる場合は、バルブ２２を閉じることで、圧力制御機構２３、ポンプ２４、パーティクルフィルタ２５、プラズマ放電装置２６、パーティクルフィルタ２７、および流量制御機構２８からなる不純物除去機構２０に不純物が流入しないようにする。

このように、本実施の形態１の薄膜太陽電池製造装置１によれば、プロセスに一度使用した排気ガス中から簡便な機構で低ランニングコストの不純物除去機構２０によって不純物を除去して高純度な水素ガスを得ることができ、当該薄膜太陽電池製造装置１における新規な水素ガス使用量を大幅に削減することができる。

実施の形態２．
図２は、本実施の形態２の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。本実施の形態２の薄膜太陽電池製造装置２は、実施の形態１の薄膜太陽電池製造装置１中の不純物除去機構２０の構成に、水素純化装置３０を追加したものである。この水素純化装置３０は、流量制御機構２８の前段に設置されている。この水素純化装置３０には、圧力損失の小さな吸着式或いは触媒反応式のものが用いることができる。

本実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、水素純化装置３０を備えることにより、パーティクルフィルタ２７では除去することのできない酸素や窒素や水分等の不純物を除去することができ、水素ガスをより高純度化して再利用することができる。また、水素純化装置３０を備えることにより、ＣＶＤチャンバ１０でｐ型或いはｎ型の半導体層を成膜するためにプロセスガスとして水素ガス、シランガス、ジシランガスに加えてジボランやホスフィンが用いられた場合の排ガスからも、高純度の水素ガスを再利用することが可能となる。

実施の形態３．
図３は、本実施の形態３の薄膜太陽電池製造装置の構成を示す概略図である。本実施の形態３の薄膜太陽電池製造装置３は、複数のＣＶＤチャンバ１０を組み合わせた例を示す。この薄膜太陽電池製造装置３は、パーティクルフィルタ２７と水素純化装置３０との間に複数のＣＶＤチャンバ１０で共用されるバッファタンク４０が設置されている点が実施の形態２の薄膜太陽電池製造装置２と異なる。

バッファタンク４０は、複数の不純物除去機構２０により高純度化されて供給される水素ガスを一旦貯蔵し、バッファタンク４０より各ＣＶＤチャンバ１０のプロセスガスとして、或いはポンプ２４のパージガスとして供給する。また、圧力計２９は、バッファタンク４０に設置され、バッファタンク４０内の水素ガス圧力が５０〜３００ｋＰａの範囲内となるように、複数のＣＶＤチャンバ１０に対応するそれぞれの不純物除去機構２０が備える圧力制御機構２３と流量制御機構２８とを連動させて制御する。

なお、本実施の形態３は、水素純化装置３０を備えない実施の形態１のタイプの薄膜太陽電池製造装置１の場合にも同様に適用可能である。

以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池製造装置は、成膜工程のプロセスガスとして大量の水素ガスを使用する場合に有用である。

１〜３薄膜太陽電池製造装置
１０ＣＶＤチャンバ
１２供給経路
２０不純物除去機構
２１ガス排気・再供給経路
２４ポンプ
２６プラズマ放電装置
２７パーティクルフィルタ

Claims

水素ガスを含むプロセスガスの供給経路を有する薄膜太陽電池用の成膜装置と、
該成膜装置から排気されて該成膜装置に再供給させるガス排気・再供給経路上に順に設置されたプラズマ放電装置と微粒子フィルタとを有する不純物除去機構と、
を備えることを特徴とする薄膜太陽電池製造装置。
前記不純物除去機構は、前記ガス排気・再供給経路上で前記プラズマ放電装置より前段側に設置されてパージガスとして水素ガスが供給されるポンプを備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池製造装置。
前記不純物除去機構により前記成膜装置側へ再供給される水素ガスの圧力は、５０〜３００ｋＰａの範囲内に制御されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池製造装置。