JP2019189931A - 透明導電膜付き基板の製造装置、透明導電膜付き基板の製造方法、透明導電膜付き基板、及び太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、太陽電池デバイスの観点では、TCOの下地をなす非晶質シリコン(a−Si)が、水素ガスを含むプラズマに接することによりH2Oが発生し、これが非晶質シリコン(a−Si)に再付着するなどして、非晶質シリコン(a−Si)とその上に堆積するTCOとの界面には絶縁層が生じる問題があった。このような絶縁層の存在は、積層方向における電気的な流れを阻害する要因となるため、その解決策の開発が期待されていた。
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットの近傍には、水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、前記基体が移動する方向において、前記第一ターゲットのうち上手側に位置するターゲットに対して前記第一プロセスガスを吹きかける位置に配設されており、
前記成膜室内において、前記第二成膜手段をなす、前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットの近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されており、
前記基体が前記第一ターゲットの前を通過することにより、該基体の表面側に前記第一透明導電膜をスパッタ法により形成し、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過することにより、該基体の裏面側に前記第二透明導電膜をスパッタ法により形成するように、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットが前記成膜室内に配置されている、ことを特徴とする。
ゆえに、本発明の製造装置は、基体の表裏両面にTCOの下地をなす非晶質シリコン(a−Si)が予め設けてある基板に対して、基板の表面側に水素を含むプロセスガスを用いて第一透明導電膜を形成した際に、水素ガスを含むプラズマに接することによりH2Oが発生したとしても、これが基体の裏面側に回り込むことによって、基体の裏面側の非晶質シリコン(a−Si)に再付着するなどして、基体の裏面側の非晶質シリコン(a−Si)とその上に堆積するTCOとの界面に絶縁層が生じるという問題が解消される。
したがって、本発明は、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の形成に寄与する製造装置をもたらす。
その際の熱処理条件を、前記仕込室における熱処理温度の最大値をTL[℃]、前記加熱室における熱処理温度の最大値をTH[℃]、前記成膜室における熱処理温度の最大値をTSP[℃]と各々定義した場合、TL≧TSPまたはTH≧TSPの関係式を満たすものとする。
この関係式を満たすように、仕込室と加熱室と成膜室における各熱処理温度の最大値を制御することより、成膜室の前段に位置する仕込室と加熱室において、トレイに載置された基体はピーク温度を迎える。成膜室へ移動したトレイに載置された基体は、このピーク温度より低温状態とされる。これにより、トレイに載置された基体による、成膜室内における水の放出や持ち込みが低減される。
したがって、本発明に係る透明導電膜付き基板の製造方法によれば、成膜室内における水の放出や持ち込みが低減されるので、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板を安定に形成することが可能となる。
以下では、表面及び裏面の両面がa−Si膜により被覆された基体上に、前記a−Si膜を覆うように透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の製造方法について、図5を参照して説明する。
図5は、透明導電膜付き基板及びこれを含む太陽電池の一例を示す断面図である。
図5において、透明導電膜付き基板10A(10)を構成する基体101(基板)は平板状の結晶系シリコン基材であり、基体101の表面101aと裏面101bは両面とも、a−Si膜により被覆されている。図5において、基体101の表面101aに向けた(下向きの)矢印は、光入射方向を表している。
また、上記構成からなる透明導電膜付き基板を用いた太陽電池は、曲線因子(F.F.:Fill Factor)や発電効率(Eff)の向上が図れることが分かった。
本発明における透明導電膜付き基板の製造方法では、透明導電膜の下地に相当するa−Si膜(α、β)は、公知のCVD装置によって基体101の上に予め形成されたものを用いる。ここで、2つの透明導電膜104(TCO1)、114(TCO2)は、図1に示すような、スパッタ法を用いて成膜する製造装置(以下、スパッタ装置と呼ぶ)700により形成できる。製造装置700は、インライン式スパッタリング装置であり、基体101を水平に保持して搬送する搬送機構を備えた、水平搬送型のスパッタリング装置である。スパッタ装置700における放電形式は、DCに限定されず、RFや(DC+RF)重畳であってもよい。
図3には、第一ターゲットTG21、TG22が一対からなる構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、図4に示すように、第一ターゲットが3本の円筒形ターゲットTG21、TG22、TG23からなり、前記基体が移動する方向[(図4においてはトレイ400の右端から右側へ延びる)白抜きの太い矢印の方向]において上手側から下手側へ順に、TG23、TG21、TG22と並べて配設される構成にも、本発明は適用できる。図4におけるTG21、TG22は、図3と同様の1対の第一ターゲットである。
図9は、図8のトレイ温度[℃]を示すグラフである。図9において、実線は実験例1を、短い点線は実験例2を、長い点線は実験例3を、一点鎖線は実験例4を、それぞれ示している。
実験例1の設定条件では、仕込室Lと加熱室Hで徐々に温度を加え、4つの成膜室(SP1〜SP4、特にSP3、SP4)で温度ピークをもたせる。このため、成膜室の内部空間へトレイ表面から水の放出が増大し、スパッタ時のプロセスガスへ悪影響を及ぼす虞がある。
実験例2の設定条件では、仕込室Lで加熱して温度ピークをもたせて、トレイ表面から水を脱気する。仕込室Lより後段に位置するプロセス室では、トレイ温度が単調減少させる。これにより、4つの成膜室(SP1〜SP4)では、温度ピーク時よりも低温状態をつくることができるので、水の放出や持ち込みを低減できる。
実験例3の設定条件では、仕込室Lと加熱室Hで加熱してトレイ表面から水を十分に脱気する。その後、成膜入口室ENTと4つの成膜室(SP1〜SP4)においても、高温保持時間を設けることにより、脱気効果を高める。
実験例4の設定条件では、仕込室Lは真空排気のみ行い、加熱室Hで加熱してトレイ表面から水を脱気する。その後、実験例3と同様に、成膜入口室ENTと4つの成膜室(SP1〜SP4)においても、高温保持時間を設けることにより、脱気効果を高める。裏面成膜時の温度調整で若干温度を上昇させているが、事前に加熱脱気できているため、放出ガスの影響は軽微である。
図10及び図11において、横軸は透明導電膜の深さ(透明導電膜の表面から裏面の方向に透明導電膜を掘った時間)であり、左の縦軸は水素の含有量[atoms/cm3]を、右の縦軸は2次イオン強度(16O、115In、28Si)を示している。
図10の透明導電膜は、上述した第二透明導電膜114(TCO2)に相当し、その水素含有量が1020[atoms/cm3]台であった。
図11の透明導電膜は、上述した第一透明導電膜104(TCO1)に相当し、その水素含有量が1021[atoms/cm3]台であった。
発電効率Effは、実験例14の数値で規格化すると、実験例11の場合が1.044、実験例12の場合が1.032、実験例13の場合が1.010であった。
Claims (15)
- トレイに載置された状態にある基体を熱処理する第三温調手段と共に、前記基体の表面側及び裏面側に各々、第一透明導電膜及び第二透明導電膜を形成する第一成膜手段及び第二成膜手段を備えた成膜室を含む透明導電膜付き基板の製造装置であって、
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットの近傍には、水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、前記基体が移動する方向において、前記第一ターゲットのうち上手側に位置するターゲットに向けて前記第一プロセスガスを吹きつける位置に配設されており、
前記成膜室内において、前記第二成膜手段をなす、前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットの近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されており、
前記基体が前記第一ターゲットの前を通過する際に、該基体の表面側に前記第一透明導電膜をスパッタ法により形成し、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過する際に、該基体の裏面側に前記第二透明導電膜をスパッタ法により形成するように、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットが前記成膜室内に配置されている、ことを特徴とする透明導電膜付き基板の製造装置。 - 前記成膜室には、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットとの間に位置する内部空間に連通するように、吸気口を備えた排気手段が1つ以上配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
- 前記トレイが前記基体の表面と裏面を露呈するための開口部、及び、該基体の側面を支持する部位を備え、前記成膜室内において、複数の該トレイがその進行方向に直線的に並んで配され、かつ、複数の該トレイのうち特定トレイは、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する際に、その進行方向で、前記特定トレイの前後に位置する先行トレイと後行トレイに各々重なる部位を有しており、前記第一ターゲット側または前記第二ターゲット側から前記特定トレイを見たとき、前記特定トレイはその前後に位置する先行トレイ及び後行トレイと一群をなし、かつ、特定トレイを挟んで先行トレイと後行トレイが一面をなすように、各トレイの移動を制御する手段を備えている、ことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
- 前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、各ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間には、各内部空間ごとに、前記第三温調手段が1つ以上配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
- 前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間に向けて、前記水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、該第一プロセスガスを吹きかける位置に配設されている、ことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
- 前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間を包囲するようにチムニーが配設されている、ことを特徴とする請求項1又は5に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
- 前記成膜室の前段には、大気雰囲気から導入した、トレイに載置された状態にある、表面及び裏面にa−Si膜が配された基体を、減圧雰囲気において熱処理する第一温調手段を備えた仕込室Lと、前記仕込室から移動されたトレイと基体を、熱処理する第二温調手段を備えた加熱室Hとを備え、
前記成膜室の後段には、前記成膜室から移動されたトレイと基体を冷却する搬送室と、前記搬送室から移動されたトレイと基体を、減圧雰囲気から大気雰囲気へ導出する取出室とを備える、ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。 - 請求項7に記載の仕込室、加熱室、成膜室、搬送室及び取出室を少なくとも備える透明導電膜付き基板の製造装置を用い、トレイに載置された基体の表面及び裏面に配されたa−Si膜上に透明導電膜を形成する、透明導電膜付き基板の製造方法であって、
前記仕込室における熱処理温度の最大値をTL[℃]、前記加熱室における熱処理温度の最大値をTH[℃]、前記成膜室における熱処理温度の最大値をTSP[℃]と各々定義した場合、TL≧TSPまたはTH≧TSPの関係式を満たす、ことを特徴とする透明導電膜付き基板の製造方法。 - 前記仕込室の内部空間及び前記加熱室の内部空間にあっては、前記基体はその表面側と裏面側に各々配置された、第一温調手段及び第二温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項8に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第一ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項8に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 前記成膜室内において、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第二ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項8に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
- 基体の表面及び裏面に配されたa−Si膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板であって、
前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量CH1[atoms/cm3]、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量CH2[atoms/cm3]と定義した場合、CH1>CH2の関係式を満たす、ことを特徴とする透明導電膜付き基板。 - 前記CH1[atoms/cm3]が1021台であり、かつ、前記CH2[atoms/cm3]が1020台である、ことを特徴とする請求項12に記載の透明導電膜付き基板。
- 基体の表面及び裏面に配されたa−Si膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板を備えた太陽電池であって、
前記基体の表面側を光入射面として、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量CH1[atoms/cm3]、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量CH2[atoms/cm3]と定義した場合、CH1>CH2の関係式を満たす透明導電膜付き基板を備えた、ことを特徴とする太陽電池。 - 前記CH1[atoms/cm3]が1021台であり、かつ、前記CH2[atoms/cm3]が1020台である、ことを特徴とする請求項14に記載の太陽電池。
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