JP2013135133A

JP2013135133A - 太陽電池用成膜装置及び太陽電池用成膜方法

Info

Publication number: JP2013135133A
Application number: JP2011285519A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kume; 智之久米
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】本発明は、金属Ｓｅがガス流量計に詰まり難くすることができる太陽電池用成膜技術を提供することを課題とする。
【解決手段】Ｈ_２Ｓｅを流す第１配管３１に第１流量計４１を設け、第１流量計４１より上流側に第１上流側バルブ５１を設け、第１流量計４１より下流側に第１下流側バルブ５２を設け、希釈ガスを流す第２配管３２に第２流量計４２を設け、第２流量計４２より上流側に第２上流側バルブ５３を設け、第２流量計４２より下流側に第１下流側バルブ５２を設け、第２上流側バルブ５３と第２流量計４２との間にて第２配管３２からバイパス配管３５を延ばすと共に第１上流側バルブ５１と第１流量計４１との間にて第１配管３１へ接続し、このバイパス配管３５に第３バルブ５６を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、化合物薄膜太陽電池の製造技術の改良に関する。

太陽電池は、シリコン等の単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、薄膜型太陽電池等の種類に分類される。これらのうち、薄膜型太陽電池は、同出力の他の種類の太陽電池に較べて原料の使用量が少ない等の利点がある。薄膜型太陽電池の製造技術が多数提案されてきた（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。但し、要素名は一部変更し符号は振り直した。
図７に示すように、薄膜型太陽電池のための太陽電池用成膜装置１００は、加熱炉１０１に半導体薄膜形成用前駆体１０２を入れ、この半導体薄膜形成用前駆体１０２を薄膜層に変化させるものである。加熱炉１０１に雰囲気ガスを供給する第１配管１０６〜第３配管１０８を接続し、これらの第１配管１０６〜第３配管１０８の各々に、第１ガス流量計１１１〜第３ガス流量計１１３を介在させ、これらの第１ガス流量計１１１〜第３ガス流量計１１３の上流側及び下流側に各々バルブ１２１〜１２６を設け、所定の順序で第１配管１０６〜第３配管１０９に雰囲気ガス（例えば、Ｎ_２希釈Ｈ_２Ｓｅガス）を流し、半導体薄膜形成用前駆体１０２を薄膜層に変化させる。

ところで、特許文献１の技術では、薄膜層を成膜するとき、第１配管１０６に設けた第１ガス流量計１１１を監視し、所定量の雰囲気ガスが通過したことを確認したのちバルブを閉じる。しかしながら、Ｈ_２Ｓｅガス（セレン化水素）は分解し易く、第１ガス流量計１１１の中でＨ_２Ｓｅガスが放置されると、第１ガス流量計１１１で金属Ｓｅが析出し、第１ガス流量計１１１の目詰まりを起こさせるという問題があった。
金属Ｓｅがガス流量計に詰まり難くすることができる技術が求められている。

特開平１０−１５０２１２号公報

本発明は、金属Ｓｅがガス流量計に詰まり難くすることができる太陽電池用成膜技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、第１配管にＨ_２Ｓｅを流し、第１配管に設けた第１流量計でＨ_２Ｓｅの流量を計測し、第２配管に希釈ガスを流し、第２配管に設けた第２流量計で希釈ガスの流量を計測し、ミキサー部でＨ_２Ｓｅに希釈ガスを混合して所定濃度の希釈Ｈ_２Ｓｅを得、この希釈Ｈ_２Ｓｅをセレン化炉に供給し、セレン化炉で電池半製品の前駆体をセレン化する太陽電池用成膜装置において、第１流量計より上流側にて第１配管に第１上流側バルブを設け、第１流量計より下流側にて第１配管に第１下流側バルブを設け、第２流量計より上流側にて第２配管に第２上流側バルブを設け、第２流量計より下流側にて第２配管に第２下流側バルブを設け、第２上流側バルブと第２流量計との間にて第２配管からバイパス管を延ばし、第１上流側バルブと第１流量計との間にて第１配管にバイパス配管を接続し、バイパス配管に第３バルブを設け、Ｈ_２Ｓｅを流す時は、第３バルブを閉じ、その他のバルブを開き、Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、第１上流側バルブ及び第２下流側バルブを閉じ、第１下流側バルブ及び第２上流側バルブを開いた上で、第３バルブを開くバルブ開閉制御部を備え、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計を満たすようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、第１配管にＨ_２Ｓｅを流し、第１配管に設けた第１流量計でＨ_２Ｓｅの流量を計測し、第２配管に希釈ガスを流し、第２配管に設けた第２流量計で希釈ガスの流量を計測し、ミキサー部でＨ_２Ｓｅに希釈ガスを混合して所定濃度の希釈Ｈ_２Ｓｅを得、この希釈Ｈ_２Ｓｅをセレン化炉に供給し、セレン化炉で電池半製品の前駆体をセレン化する太陽電池用成膜装置において、第１流量計より上流側にて第１配管に第１上流側バルブを設け、第１流量計より下流側にて第１配管に第１下流側バルブを設け、第２流量計より下流側にて第２配管に第２下流側バルブを設け、第１上流側バルブと第１流量計との間にて第１配管へ希釈ガスを吹き込む希釈ガス吹き込み管を接続し、この希釈ガス吹き込み管に第３バルブを設け、Ｈ_２Ｓｅを流す時は、第３バルブを閉じ、その他のバルブを開き、Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、第１上流側バルブ及び第２下流側バルブを閉じ、第１下流側バルブを開いた上で、第３バルブを開くバルブ開閉制御部を備え、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計を満たすようにしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の太陽電池用成膜装置を用いて実施する太陽電池用成膜方法において、第３バルブを閉じ、第１上流側バルブ、第１下流バルブ、第２上流側バルブ及び第２下流バルブを開いて、セレン化炉へ希釈Ｈ_２Ｓｅを供給してセレン化を実施するセレン化実施工程と、第１上流側バルブ及び第２下流側バルブを閉じて希釈Ｈ_２Ｓｅの供給を停止しセレン化の休止を開始するセレン化休止開始工程と、第１下流側バルブ及び第２上流側バルブを開いたままで、第３バルブを開いて、希釈ガスを第１流量計へ流す希釈ガス供給工程と、希釈ガスを所定時間又は所定量流した後に、第１下流側バルブを閉じて、第１流路計に希釈ガスを封入する希釈ガス封入工程とからなることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２記載の太陽電池用成膜装置を用いて実施する太陽電池用成膜方法において、第３バルブを閉じ、第１上流側バルブ、第１下流バルブ、第２上流側バルブ及び第２下流バルブを開いて、セレン化炉へ希釈Ｈ_２Ｓｅを供給してセレン化を実施するセレン化実施工程と、第１上流側バルブ及び第２下流側バルブを閉じて希釈Ｈ_２Ｓｅの供給を停止しセレン化の休止を開始するセレン化休止開始工程と、第１下流側バルブ及び第２上流側バルブを開いたままで、第３バルブを開いて、希釈ガスを第１流量計へ流す希釈ガス供給工程と、希釈ガスを所定時間又は所定量流した後に、第１下流側バルブを閉じて、第１流路計に希釈ガスを封入する希釈ガス封入工程とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計を満たすようにした。第１流量計が希釈ガスで満たされているため、第１流量計内で金属Ｓｅが生成されることはなく、金属Ｓｅに起因する詰まりは発生しない。また、希釈ガス源が１個で済むため、希釈ガス源のメンテナンスが容易になる。

請求項２に係る発明では、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計を満たすようにした。第１流量計が希釈ガスで満たされているため、第１流量計内で金属Ｓｅが生成されることはなく、金属Ｓｅに起因する詰まりは発生しない。

請求項３及び請求項４に係る発明では、希釈ガスを第１流量計へ流す希釈ガス供給工程と、この希釈ガス供給工程の後、第１流路計に希釈ガスを封入する希釈ガス封入工程を加えた。

希釈ガス供給工程を続けると、希釈ガスの使用量が増加する。この点、本発明では、希釈ガス供給工程の後希釈ガス封入工程を加えた。希釈ガス封入工程では、希釈ガスを流す必要がない。結果、希釈ガスの量を節約することができる。

本発明に係る太陽電池の断面図である。本発明に係る太陽電池の製造方法を説明するフロー図である。本発明に係る太陽電池用成膜装置の構成図である。図３の作用説明図である。図３の別実施例図である。図５の作用説明図である。従来の技術の基本構造を説明する図である。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、化合物薄膜太陽電池１０は、ソーダライムガラス（以下、ＳＬＧとも言う）などのガラス基板１１と、このガラス基板１１の上に形成され正極として機能するＭｏ裏面電極層１２と、このＭｏ裏面電極層１２の表面にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａから形成される前駆体をセレン化してなるｐ型光吸収層１３と、このｐ型光吸収層１３の表面にＣｄＳ等から形成されるバッファ層１４と、このバッファ層１４の上にＺｎＯ等から形成される透明電極層１５とからなる。

次に、上記化合物薄膜太陽電池１０の製造工程について図１を参照しながら説明する。図中、ＳＴ××は、ステップ番号である。
図２に示すように、化合物薄膜太陽電池１０は、ガラス基板１１にＭｏ皮膜を形成するＭｏ成膜工程（ＳＴ０１）と、Ｍｏ裏面電極層１２をスクライブして複数のＭｏ裏面電極層に分割する第１スクライブ工程（ＳＴ０２）と、スクライブされた複数のＭｏ裏面電極層の表面にＣｕ、Ｉｎ及びＧａを含む前駆体を形成する前駆体形成工程（ＳＴ０３）と、前駆体を反応炉内でＨ_２Ｓｅ雰囲気中で加熱して光吸収層を形成するＳｅ化工程（ＳＴ０４）と、バッファ層として硫化Ｉｎなどを成膜するバッファ層形成工程（ＳＴ０５）と、上記光吸収層とバッファ層をスクライブする第２スクライブ工程（ＳＴ０６）と、バッファ層の表面に透明電極を形成する透明電極形成工程（ＳＴ０７）と、光吸収層、バッファ層、透明電極をスクライブする第３スクライブ工程（ＳＴ０８）とからなる。上記工程中、Ｓｅ化工程（ＳＴ０４）の実施手段について、次図にて詳細に説明する。

図３に示すように、太陽電池用成膜装置２０は、Ｈ_２Ｓｅを発生するＨ_２Ｓｅガス源２１と、このＨ_２Ｓｅガス源２１から延びＨ_２Ｓｅを流す第１配管３１と、この第１配管３１に介在される第１流量計４１と、この第１流量計４１の上流側及び下流側に設けられ第１配管３１を開閉する第１上流側バルブ５１及び第１下流側バルブ５２と、Ｈ_２Ｓｅを希釈する希釈ガス（例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガス）を発生する希釈ガス源２２と、この希釈ガス源２２から延び希釈ガスを流す第２配管３２と、この第２配管３２に介在される第２流量計４２と、この第２流量計４２の上流側及び下流側に設けられ第２配管３２を開閉する第２上流側バルブ５３及び第２下流側バルブ５４と、第１配管３１と第２配管３２とが合流した後接続されＨ_２Ｓｅガスと希釈ガスを混合して混合ガスとするミキサー部２５と、このミキサー部２５に配管３５を介して接続され内部にＣｕＩｎＧａの前駆体１７を載置しこのＣｕＩｎＧａの前駆体１７と混合ガスとを反応させる反応炉としてのＳｅ化炉２６と、Ｓｅ化炉２６とミキサー部２５の間にて配管３５に設けられるバッファタンク２７と、このバッファタンク２７の下流にて配管３５に設けられる第４バルブ５７と、第１流量計４１の上流側に位置する第１配管３１と第２流量計４２の上流側に位置する第２配管３２間に設けられ、希釈ガスを第１配管３１から第２配管３２へバイパスさせるバイパス配管３５と、このバイパス配管３５に介在される第３バルブ５６と、各バルブ５１、５２、５３、５４、５６、５７の開閉を制御するバルブ開閉制御部６１とからなる。

すなわち、Ｈ_２Ｓｅを流す第１配管３１に第１流量計４１を設け、第１流量計４１より上流側にて第１配管３１に第１上流側バルブ５１を設け、第１流量計４１より下流側にて第１配管３１に第１下流側バルブ５２を設けた。また、希釈ガスを流す第２配管３２に第２流量計４２を設け、第２流量計４２より上流側にて第２配管３２に第２上流側バルブ５３を設け、第２流量計４２より下流側にて第２配管３２に第２下流側バルブ５４を設けた。さらに、第２上流側バルブ５３と第２流量計４２との間にて第２配管３２からバイパス配管３５を延ばし、第１上流側バルブ５１と第１流量計４１との間にて第１配管３１にバイパス配管３５を接続し、このバイパス配管３５に第３バルブ５６を設けた。

バルブ開閉制御部６１は、Ｈ_２Ｓｅを流す時は、第３バルブ５６を閉じ、その他のバルブを開き、Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、第１上流側バルブ５１及び第２下流側バルブ５４を閉じ、第１下流側バルブ５２及び第２上流側バルブ５３を開いた上で、第３バルブ５６を開く。

図４（ａ）に、Ｈ_２Ｓｅガス供給時の状態（セレン化実施工程）が示されている。この工程では、第３バルブ５６を閉じ、第１上流側バルブ５１、第１下流側バルブ５２、第２上流側バルブ５３及び第２下流側バルブ５４を開いて、セレン化炉（図３、符号２６）へ希釈Ｈ_２Ｓｅを供給してセレン化を実施する。

セレン化実施工程の次に、第１上流側バルブ５１及び第２下流側バルブ５４を閉じて希釈Ｈ_２Ｓｅの供給を停止しセレン化の休止を開始するセレン化休止開始工程が備えられる。
セレン化休止開始工程の次に、希釈ガス供給工程が続き、この希釈ガス供給工程の次に希釈ガス封入工程が続く。

図４（ｂ）に、希釈ガス供給時の状態（希釈ガス供給工程）が示されている。この工程では、第１下流側バルブ５２及び第２上流側バルブ５３を開いたままで、第３バルブ５６を開いて、希釈ガスを第１流量計４１へ流す。希釈ガス封入工程では、希釈ガスを所定時間又は所定量流した後に、第１下流側バルブ５２を閉じて、第１流量計４１に希釈ガスを封入する。

第１流量計４１に金属Ｓｅが析出すると、第１流量計４１の表示誤差が大きくなる。表示誤差によって、光吸収層の品質にばらつきが生ずる。
この点、本発明では、セレン化休止開始工程と、希釈ガス供給工程と、希釈ガス封入工程とが備えられ、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計４１を満たすようにした。そのため、第１流量計４１で金属Ｓｅの析出を抑えることができる。結果、第１流量計４１に目詰まりを起こし難くすることができる。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図５において、Ｈ_２Ｓｅを流す第１配管３１に第１流量計４１を設け、第１流量計４１より上流側にて第１配管３１に第１上流側バルブ５１を設け、第１流量計４１より下流側にて第１配管３１に第１下流側バルブ５２を設けた。

希釈ガスを流す第２配管３２に第２流量計４２を設け、第２流量計４２より上流側にて第２配管３２に第２上流側バルブ５３を設け、第２流量計４２より下流側にて第２配管３２に第２下流側バルブ５４を設けた。さらに、第１上流側バルブ５１と第１流量計４１との間にて第１配管３１へ希釈ガス源２２Ｂから延びる希釈ガス吹き込み管６３を接続し、この希釈ガス吹き込み管６３に第３バルブ５６Ｂを設けた。さらに、上記各バルブの開閉を制御するバルブ開閉制御部６１を設けた。

図６に示すように、太陽電池用成膜装置２０は、第１配管３１にＨ_２Ｓｅを流し、第１配管３１に設けた第１流量計４１でＨ_２Ｓｅの流量を計測し、第２配管３２に希釈ガスを流し、第２配管３２に設けた第２流量計４２で希釈ガスの流量を計測し、ミキサー部２５でＨ_２Ｓｅに希釈ガスを混合して所定濃度の希釈Ｈ_２Ｓｅを得、この希釈Ｈ_２Ｓｅをセレン化炉（反応炉（図３、符号２６））に供給し、反応炉２６で電池半製品の前駆体をセレン化する装置である。

第１流量計４１より上流側にて第１配管３１に第１上流側バルブ５１を設け、第１流量計４１より下流側にて第１配管３１に第１下流側バルブ５２を設け、第２流量計４２より上流側にて第２配管３２に第２上流側バルブ５３を設け、第２流量計４２より下流側にて第２配管３２に第２下流側バルブ５４を設け、第１上流側バルブ５１と第１流量計４１との間にて第１配管３１へ希釈ガスを吹き込む希釈ガス吹き込み管６３を接続し、この希釈ガス吹き込み管６３に第３バルブ５６Ｂを設けた。

太陽電池用成膜装置２０は、Ｈ_２Ｓｅを流す時は、第３バルブ５６Ｂを閉じ、その他のバルブを開き、Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、第１上流側バルブ５１、第２上流側バルブ５３及び第２下流側バルブ５４を閉じ、第１下流側バルブ５２を開いた上で、第３バルブ５６を開くバルブ開閉制御部６１を備えている。

第１流量計４１に金属Ｓｅが析出すると、第１流量計４１の表示誤差が大きくなる。表示誤差によって、光吸収層１７の品質にばらつきが生ずる。
この点、本発明では、Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計４１を満たすようにしたので、第１流量計４１で金属Ｓｅの析出を抑えることができる。結果、第１流量計４１の目詰まりを起こし難くできる。この他、実施例１と作用、効果に大きな相違はなく説明を省略する。

尚、流量計の種類として、差圧式、面積式、超音波式等の流量計があるが、流量計の種類には限定されることはないものとする。

本発明の太陽電池用成膜装置は、化合物薄膜太陽電池の製造に好適である。

１０…化合物薄膜太陽電池、２０…太陽電池用成膜装置、２５…ミキサー部、２６…反応炉（セレン化炉）、３１…第１配管、３２…第２配管、３６…バイパス配管、４１…第１流量計、４２…第２流量計、５１…第１上流側バルブ、５２…第１下流側バルブ、５３…第２上流側バルブ、５４…第２下流側バルブ、５６、５６Ｂ…第３バルブ、６１…バルブ開閉制御部、６３…希釈ガス吹き込み管。

Claims

第１配管にＨ_２Ｓｅを流し、前記第１配管に設けた第１流量計で前記Ｈ_２Ｓｅの流量を計測し、第２配管に希釈ガスを流し、前記第２配管に設けた第２流量計で前記希釈ガスの流量を計測し、ミキサー部で前記Ｈ_２Ｓｅに前記希釈ガスを混合して所定濃度の希釈Ｈ_２Ｓｅを得、この希釈Ｈ_２Ｓｅをセレン化炉に供給し、前記セレン化炉で電池半製品の前駆体をセレン化する太陽電池用成膜装置において、
前記第１流量計より上流側にて前記第１配管に第１上流側バルブを設け、前記第１流量計より下流側にて前記第１配管に第１下流側バルブを設け、
前記第２流量計より上流側にて前記第２配管に第２上流側バルブを設け、前記第２流量計より下流側にて前記第２配管に第２下流側バルブを設け、
前記第２上流側バルブと前記第２流量計との間にて前記第２配管からバイパス配管を延ばし、前記第１上流側バルブと前記第１流量計との間にて前記第１配管に前記バイパス配管を接続し、
前記バイパス配管に第３バルブを設け、
前記Ｈ_２Ｓｅを流す時は、前記第３バルブを閉じ、その他のバルブを開き、前記Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、前記第１上流側バルブ及び前記第２下流側バルブを閉じ、前記第１下流側バルブ及び前記第２上流側バルブを開いた上で、前記第３バルブを開くバルブ開閉制御部を備え、
前記Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで第１流量計を満たすようにしたことを特徴とする太陽電池用成膜装置。
第１配管にＨ_２Ｓｅを流し、前記第１配管に設けた第１流量計で前記Ｈ_２Ｓｅの流量を計測し、第２配管に希釈ガスを流し、前記第２配管に設けた第２流量計で前記希釈ガスの流量を計測し、ミキサー部で前記Ｈ_２Ｓｅに前記希釈ガスを混合して所定濃度の希釈Ｈ_２Ｓｅを得、この希釈Ｈ_２Ｓｅをセレン化炉に供給し、前記セレン化炉で電池半製品の前駆体をセレン化する太陽電池用成膜装置において、
前記第１流量計より上流側にて前記第１配管に第１上流側バルブを設け、前記第１流量計より下流側にて前記第１配管に第１下流側バルブを設け、
前記第２流量計より下流側にて前記第２配管に第２下流側バルブを設け、
前記第１上流側バルブと前記第１流量計との間にて前記第１配管へ希釈ガスを吹き込む希釈ガス吹き込み管を接続し、
この希釈ガス吹き込み管に第３バルブを設け、
前記Ｈ_２Ｓｅを流す時は、前記第３バルブを閉じ、その他のバルブを開き、前記Ｈ_２Ｓｅの流れを止める時は、前記第１上流側バルブ及び前記第２下流側バルブを閉じ、前記第１下流側バルブを開いた上で、前記第３バルブを開くバルブ開閉制御部を備え、
前記Ｈ_２Ｓｅの流れを止めている時に希釈ガスで前記第１流量計を満たすようにしたことを特徴とする太陽電池用成膜装置。
請求項１記載の太陽電池用成膜装置を用いて実施する太陽電池用成膜方法において、
前記第３バルブを閉じ、前記第１上流側バルブ、前記第１下流側バルブ、前記第２上流側バルブ及び前記第２下流バルブを開いて、前記セレン化炉へ前記希釈Ｈ_２Ｓｅを供給してセレン化を実施するセレン化実施工程と、
前記第１上流側バルブ及び前記第２下流側バルブを閉じて前記希釈Ｈ_２Ｓｅの供給を停止しセレン化の休止を開始するセレン化休止開始工程と、
前記第１下流側バルブ及び前記第２上流側バルブを開いたままで、前記第３バルブを開いて、前記希釈ガスを前記第１流量計へ流す希釈ガス供給工程と、
前記希釈ガスを所定時間又は所定量流した後に、前記第１下流側バルブを閉じて、前記第１流路計に前記希釈ガスを封入する希釈ガス封入工程と、
からなることを特徴とする太陽電池用成膜方法。
請求項２記載の太陽電池用成膜装置を用いて実施する太陽電池用成膜方法において、
前記第３バルブを閉じ、前記第１上流側バルブ、前記第１下流側バルブ、前記第２上流側バルブ及び前記第２下流バルブを開いて、前記セレン化炉へ前記希釈Ｈ_２Ｓｅを供給してセレン化を実施するセレン化実施工程と、
前記第１上流側バルブ及び前記第２下流側バルブを閉じて前記希釈Ｈ_２Ｓｅの供給を停止しセレン化の休止を開始するセレン化休止開始工程と、
前記第１下流側バルブ及び前記第２上流側バルブを開いたままで、前記第３バルブを開いて、前記希釈ガスを前記第１流量計へ流す希釈ガス供給工程と、
前記希釈ガスを所定時間又は所定量流した後に、前記第１下流側バルブを閉じて、前記第１流路計に前記希釈ガスを封入する希釈ガス封入工程と、
からなることを特徴とする太陽電池用成膜方法。