JP5404322B2

JP5404322B2 - 多接合型太陽電池の製造方法

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Publication number: JP5404322B2
Application number: JP2009251899A
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Inventors: 一弘清水; 武良高橋
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Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2014-01-29
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Description

本発明は、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有する光電変換層を複数備えた多接合型太陽電池の製造時間の短縮を図る方法に関するものである。

昨今、発電時に化石燃料を使用せず、有害な物質を排出しない太陽電池が注目を集めている。すなわち、太陽電池は光を電気に変換する光電変換装置であるが、ランニングコストがほとんどかからず、大気を汚染せず環境に優しいため、太陽電池を普及させたいという市場の要望は強い。
しかし太陽電池は、導入コストが高く、これが普及の足枷となっている。そのため、太陽電池を普及させるためには、導入コストを下げる必要がある。
そこで、太陽電池の導入コストを下げるためには、製造コストを下げる工夫が必要である。

特許文献１には、複数の基板を同時に成膜して太陽電池を製造するプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置及びＣＶＤ方法が開示されている。このＣＶＤ装置及びＣＶＤ方法を実施することによって、太陽電池が効率よく製造され、製造コストを下げることができる。

特開２００５−１３９５２４号公報

ところで、特許文献１に開示されている発明を実施すると、太陽電池が効率よく製造できるものの、さらなる生産性の向上化が望まれている。特に、多接合型の太陽電池では、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，及びｎ型シリコン層からなる光電変換層を複数形成しなければならない。特に、同一チャンバで成膜する場合、アモルファスシリコン薄膜層と結晶質シリコン薄膜層のように成膜時の基板温度条件が異なる光電変換層を備えた多接合型太陽電池では、ある光電変換層を成膜後に基板温度を変更してからでなければ、その次のシリコン薄膜層を効率良く成膜することができない。よって、基板の温度を変更する時間は、各シリコン薄膜層が実質的に成膜されておらず、多接合型太陽電池の製造時間を延引する要因となっている。

そこで本発明は、光電変換性能を低下させることなく、成膜可能な温度条件が異なる複数の光電変換層を有する多接合型太陽電池の製造時間を短縮することができる方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、基板上に異なる光電変換層を複数備えた多接合型太陽電池の基板を同一の成膜室で連続的に製造する際に、第１の光電変換層を形成するのに適した第１温度領域と、第２の光電変換層を形成するのに適した第２温度領域とが相違し、第１の光電変換層と第２の光電変換層が、連続して成膜される場合において、成膜室に備えた加熱装置の設定を変えることによって、成膜室内の基板の温度を任意に変更可能であり、前記基板の第１の光電変換層を形成中に、前記加熱装置の設定温度を、基板温度が第１温度領域内の温度から、第２温度領域に近付くように設定することを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項１の発明では、成膜室に備えた加熱装置の設定を変えることによって、成膜室内の基板の温度を任意に変更可能である。よって、基板の第１の光電変換層を形成中に、成膜室内の基板の温度を、第１温度領域内の温度から第２温度領域に近付くように変更可能である。これにより、第１の光電変換層が良好に形成されると共に、第２の光電変換層の成膜を、早期に開始することができる。その結果、基板の成膜に要する時間が短縮され、多接合型太陽電池の製造時間を短縮することができる。

請求項２の発明は、基板温度が第１温度領域を逸脱する前に第１の光電変換層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項２の発明では、第１の光電変換層が、基板温度が第１温度領域を逸脱する前に形成されるので、当該基板の第１の光電変換層は良好に成膜される。

請求項３の発明は、成膜前の基板を成膜室に収容する前に、当該基板の温度を第１温度領域内あるいは第１温度領域以上の温度に昇温させておくことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項３の発明では、成膜前の基板を成膜室に収容する前に、当該基板の温度を第１温度領域内あるいは第１温度領域以上の温度に昇温させておくので、基板が成膜室内に配置されると直ちに、光電変換層の成膜を開始することができる。その結果、多接合型太陽電池の製造時間を短縮することができる。

請求項４の発明は、第１の光電変換層が、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有するアモルファスシリコン薄膜層であり、第２の光電変換層が、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有する結晶質シリコン薄膜層であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項４の発明を実施すると、光電変換層として、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有するアモルファスシリコン薄膜層と、結晶質シリコン薄膜層とを備える多接合型太陽電池を、比較的短時間で製造することができる。

請求項５の発明は、アモルファスシリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域が１９０〜２１０℃であり、結晶質シリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域が１６０〜１８０℃であることを特徴とする請求項４に記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項５の発明では、アモルファスシリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域を１９０〜２１０℃とし、結晶質シリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域を１６０〜１８０℃とすることにより、アモルファスシリコン薄膜層と結晶質シリコン薄膜層を良好に成膜することができる。

請求項６の発明は、複数の基板を同時に同一の成膜室で成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項６の発明では、複数の基板を同時に同一の成膜室で成膜するので、成膜室に配置された各基板の成膜時間が各々短縮される。すなわち、同時に同一の成膜室で製造される複数の基板の製造時間を短縮することができる。

請求項７の発明は、基板に最後に成膜される光電変換層を形成中に、前記加熱装置の設定温度を、最後に成膜される最終光電変換層を形成するのに適した温度領域内の温度から、次に成膜室内に収容されて成膜される基板の、最初に形成される光電変換層を成膜するのに適した温度領域に近付くように設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法である。

請求項７の発明では、ある多接合型太陽電池の基板の最後に成膜される最終光電変換層の形成が完了し、次に製造する多接合型太陽電池の基板が成膜室内に配置されたときには、既に最初の光電変換層を形成するのに適した温度領域に近い温度まで基板を加熱できるように、加熱装置が設定されている。よって、比較的早期に、最初の光電変換層を成膜できる温度環境が整う。そして、次に製造する多接合型太陽電池の基板の光電変換層の成膜を速やかに開始できる。その結果、多接合型太陽電池の製造時間を短縮することができる。

本発明では、多接合型太陽電池の基板の第１の光電変換層の成膜が完了したときには、既に第２の光電変換層を形成するのに適した第２温度領域に近い温度まで基板を加熱できるように、加熱装置が設定されているので、比較的早期に第２の光電変換層を成膜できる温度環境が整う。
また、ある多接合型太陽電池の基板の成膜が完了し、次に製造する多接合型太陽電池の基板が成膜室内に配置されたときには、既に最初の光電変換層を形成するのに適した温度領域に近い温度まで基板を加熱できるように、加熱装置が設定されている。よって、比較的早期に、最初の光電変換層を成膜できる温度環境が整い、次に製造する多接合型太陽電池の基板の光電変換層の成膜を速やかに開始できる。
その結果、多接合型太陽電池の製造時間を短縮することができる。

本発明を実施して多接合型太陽電池の基板を成膜する際の加熱装置の設定温度及び基板温度と、時間の関係を示すグラフである。多接合型太陽電池の断面図である。図２のIII部拡大した、本発明を実施して製造した多接合型太陽電池の断面概念図である。成膜室内に多接合型太陽電池の基板が配置された状態の斜視図である。搬送用チャンバから成膜室に基板を搭載したホルダが移動した状態を示す平面図である。本発明を実施して多接合型太陽電池の基板を成膜する際の、図１とは別の加熱装置の設定温度及び基板温度と、時間の関係を示すグラフである。

以下では、まず、太陽電池を製造するための装置と、太陽電池の基本的な製造工程を説明し、その後、本発明の特徴的な構成を説明する。

太陽電池１の光電変換層は、成膜室１４内においてガラス等の透光性を有する基板２（絶縁性基板）上に各シリコン層を成膜して形成される。
図４に示すように成膜室１４は、直方体形状を呈する筐体であり、一面には基板２を搭載したホルダ１３を出し入れ可能な開口１５を備えている。開口１５の周囲にはフランジ１９が設けてあり、別の搬送用チャンバ３０のフランジ３７がパッキン４１で気密を保ち接続可能である。また、開口１５は図示しない扉を備えており、この扉で成膜室１４を開閉することができる。搬送用チャンバ３０には図示しないヒータが設けてあり、収容した基板２を第１温度領域又は第１温度領域以上の温度となるように加熱することができる。

図５に示すように、成膜室１４の内部には、複数のヒータ２３ａ〜２３ｆ（加熱装置）と、５基の電極２５ａ〜２５ｅが設けられている。すなわち図５において直線（線分）で示されているのがヒータ２３であり、長方形で示されているのが電極２５である。

ヒータ２３ａ〜２３ｆは、いずれも板状の面ヒータであるが、その内部構造は、公知のプラズマＣＶＤに使用されるものと同じであり、例えば板体の内部にシーズヒータが埋め込まれたものや、板面状のセラミックヒータ、或いはハロゲンランプが面状に配置されたもの等を採用することができる。

複数のヒータ２３ａ〜２３ｆのうち、両端に配置されるヒータ２３ａとヒータ２３ｆは、各々成膜室１４の内壁に取り付けられ、その他のヒータ２３ｂ〜２３ｄは、所定の間隔を開けて成膜室１４内に平行に設置されている。

電極２５ａ〜２５ｅは、高周波電源（図示せず）に接続されている。

電極２５ａ〜２５ｅが、複数のヒータ２３ａ〜２３ｆと交互に縦設された結果、成膜室１４の内部は、成膜室１４の内壁に取り付けられたヒータ２３ａ，電極２５ａ，ヒータ２３ｂ，電極２５ｂ，ヒータ２３ｃ，電極２５ｃ，ヒータ２３ｄ，電極２５ｄ，ヒータ２３ｅ，電極２５ｅ及び成膜室１４の対向する内壁に取り付けられたヒータ２３ｆが平行に設置された状態となる。

また、成膜室１４には開閉弁２０と真空ポンプ２１とを備えた配管２２が接続されており、成膜室１４内を減圧し、真空状態に近付けることができるようになっている。さらに成膜室１４には図示しない原料ガス供給源から原料ガスを導く配管２６，２８が接続されている。配管２６には開閉弁２７が設けられており、開閉弁２７を開閉することによって、成膜室１４内への原料ガス（シランガス）の供給と供給の遮断とを切り換えることができるようになっている。また、同様に配管２８には開閉弁２９が設けてあり、成膜室１４内に原料ガス（結晶質シリコン薄膜層形成ガス）が供給可能になっている。
ここで、本発明における「結晶質シリコン」とは、結晶シリコンと非晶質シリコンの混晶系であり、成膜条件によって結晶分率が変化する材料である。

太陽電池１を製造するにあたり、透明導電膜（第一電極層）３が被覆された基板２を図４に示すようにホルダ１３に固定し、搬送用チャンバ３０（図５）で成膜室１４まで搬送し、ホルダ１３ごと基板２を搬送用チャンバ３０側から成膜室１４側に移動させる。
搬送用チャンバ３０内と成膜室１４内は、予め高真空状態となっている。すなわち、基板２を備えたホルダ１３を収容した搬送用チャンバ３０が成膜室１４に接近し、搬送用チャンバ３０に設けられたフランジ３７が成膜室１４のフランジ１９と接続されると、両フランジ間がパッキン４１で気密が保たれる。そして、搬送用チャンバ３０と成膜室１４とが接続されると、搬送用チャンバ３０の図示しない開口に設けられた扉と、成膜室１４の開口１５の扉（図示せず）が開かれ、基板２を固定したホルダ１３が、高真空状態の搬送用チャンバ３０から同じく高真空状態の成膜室１４へと移動する。

ここでホルダ１３は、上が開いたコの字形を呈しており、ホルダ１３が成膜室１４内に入ると、ホルダ１３の内部１３ａ（図４）に、成膜室１４に吊り下げられた電極２５を配置できるようになっている。その結果、ホルダ１３に搭載された基板２は、電極２５と対向する。

ホルダ１３が成膜室１４内に配置されると、成膜室１４の開口１５の扉（図示せず）を閉じて後述する成膜作業が実施される。すなわち、図４に示す状態で成膜作業が実施される。
まず、配管２６を介して原料ガスを成膜室１４内に供給し、高真空状態の成膜室１４内を原料ガス雰囲気状態にする。そして電極２５に、図示しない高周波交流電源から電力を供給し、電極２５を所定の電位に設定する。各ヒータ２３は、予め通電されていて、基板２は成膜室１４内に配置されると直ちに成膜に適した温度に設定される。

成膜作業が完了すると、成膜された基板２（太陽電池モジュール）を備えたホルダ１３を成膜室１４側から搬送用チャンバ３０側へ移動させ、ホルダ１３が搬送用チャンバ３０によって後工程（レーザスクライブ工程等）を実施する場所へ搬送される。

具体的には、太陽電池１は、成膜室１４内で成膜される前に、最初の工程として基板２の上に、透明導電膜（第一電極層）３を成膜する。透明導電膜３には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が用いられる。透明導電膜３は真空蒸着、熱ＣＶＤまたはスパッタなどの方法によって基板２上に形成される。

続いて、第一レーザスクライブ工程を行い、透明導電膜３に対して周知のレーザスクライブによって第１溝８を形成する。なお、基板２は、図示しないＸＹテーブル上に透明導電膜３側を下にして載置されており、ＸＹテーブルを移動させることによって溝を形成するのに必要な方向に基板２を移動させることができるようになっている。

そして、基板２を分離形成型のプラズマＣＶＤ装置の成膜室１４（図４）に入れると、基板２とヒータ２３，電極２５とが対向する。その結果、基板２はヒータ２３によって設定温度に加熱可能であり、さらに電極２５を介して提供される高周波電流によって、成膜室１４内に存在する原料ガスの成分がイオン化して基板２の表面に付着し、成膜される。

基板２にｐ型シリコン層６，ｉ型シリコン層７，およびｎ型シリコン層８を順次成膜し、図２に示すようなシリコン薄膜層４（光電変換層）を形成する。そして成膜室１４から取り出した基板２に対して第二レーザスクライブ工程を行い、シリコン薄膜層４に第２溝１０を形成する。

続いて、マグネトロンスパッタ装置等の公知の装置によって、図２に示すようにシリコン薄膜層４の上に、０．０１〜５．０重量％（より好ましくは０．０１〜３．０重量％）のアルミニウム、インジウム、錫、ビスマス、ガリウム、亜鉛、マグネシウムを少なくとも１種を包含する銀（Ａｇ）合金からなる裏面側電極層１１（第２電極層）を形成する。

さらに続いて第三レーザスクライブ工程を行い、裏面側電極層１１とシリコン薄膜層４の双方に共通溝３１を形成する。第三レーザスクライブ工程を行う際に使用する装置及び手順は、先の第二レーザスクライブ工程と同一である。

そして、裏面側電極層１１の上からフィルム膜（図示せず）を被覆して太陽電池１は完成する。フィルム膜を設けることにより、裏面側電極層１１の露出を防ぎ、太陽電池１の損傷や摩耗を防止する。

以上の工程を経て太陽電池１が製造されるが、多接合型太陽電池（以下、符号１を付す）は、シリコン薄膜層１２を複数の光電変換層で構成したものである。本実施の形態のシリコン薄膜層１２は、アモルファスシリコン薄膜層４と結晶質シリコン薄膜層５の２つの光電変換層で構成されている。

すなわち、図３に示すようにタンデム型太陽電池１のシリコン薄膜層１２は、アモルファスシリコン薄膜層４（光電変換層）のｎ型シリコン層８の上に結晶質シリコン薄膜層５（光電変換層）のｐ型シリコン層１６，ｉ型シリコン層１７，及びｎ型シリコン層１８を順次成膜（積層）して構成される。

なお、アモルファスシリコン薄膜層４のｎ型シリコン層８と結晶質シリコン薄膜層５のｐ型シリコン層１６の間には、シリコンオキサイド（ＳｉＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などから成る中間層２４（反射層）を設けてもよい。

以上、簡単に説明した多接合型太陽電池の製造に関し、本発明者が実験によって確認したところ、光電変換層であるアモルファスシリコン薄膜層４を成膜するのに適した基板２の第１温度領域は１９０℃〜２１０℃の範囲であり、結晶質シリコン薄膜層５を成膜するのに適した基板２の第２温度領域は１６０℃〜１８０℃の範囲であって、両者は相違している。そのため、従来はアモルファスシリコン薄膜層４の成膜が完了してから結晶質シリコン薄膜層５を成膜できるようにヒータ（加熱装置）の設定温度を変更していた。

この各ヒータ２３の設定温度の変更の仕方を、図１を参照しながら説明する。
以下において各ヒータ２３の温度の設定と、電極２５への通電及び通電の遮断は、図示しない制御装置によって制御される。

基板２が成膜室１４（図４）内に収容される前に、各ヒータ２３は通電されており、基板を２００℃に加熱可能に設定されている。すなわち各ヒータ２３の設定温度は、最初に形成するアモルファスシリコン薄膜層４（光電変換層）を実質的に形成可能な第１温度領域（１９０℃〜２１０℃）のうち、例えば最適な２００℃に設定されている。

また、基板２は、搬送用チャンバ３０内の図示しないヒータで、少なくとも上記２００℃（成膜室１４内の各ヒータ２３の設定温度）よりも高い温度（例えば２２０℃）となるように加熱されている。すなわち、時刻ｔ０における基板２の温度は２２０℃である。

したがって、成膜室１４内に基板２が配置されると、基板２の温度は下がりながら第１温度領域内の２００℃に近づく。すなわち基板２は成膜室１４内の各ヒータ２３で加熱されるが、各ヒータ２３の設定温度が第１温度領域内（例えば２００℃）に設定されているので、基板２の温度は、やがてアモルファスシリコン薄膜層４のｐ型シリコン層６を成膜するのに適した設定温度（２００℃）に落ち着く。時刻ｔ０において、成膜室１４内に原料ガス（シランガス）が供給され、時刻ｔ１において各電極２５に通電すると、基板２上にｐ型シリコン層６の成膜が開始される。

所定時間が経過し、電源２５をＯＦＦにするとｐ型シリコン層６の成膜が完了する。そして成膜室１４内の原料ガスを真空ポンプ２１で排出し、ｉ型シリコン層７用の原料ガス（シランガス）が供給され、電源２５を投入（ＯＮ）するとｉ型シリコン層７の成膜が開始される。同様にｉ型シリコン層７の成膜が完了すると、成膜室１４内の原料ガスを入れ替え、ｎ型シリコン層８の成膜を行う。

図１に示す例では、アモルファスシリコン薄膜層４のｎ型シリコン層８の成膜が完了する前の時刻ｔＡにおいて、成膜室１４の各ヒータ２３の設定温度を９０℃（次に形成する結晶質シリコン薄膜層５の成膜温度よりも相当に低い温度）に設定している。そのため、基板２の温度が時刻ｔＡで降下しており、基板２の温度が第１温度領域の下限値（１９０℃）を下回る前の時刻ｔ２で電源２５による通電を停止し、ｎ型シリコン層８の成膜を完了している。

すなわち、アモルファスシリコン薄膜層４の形成が完了するのは時刻ｔ２であり、時刻ｔ２における基板２の温度は、アモルファスシリコン薄膜層４を形成するのに最適な２００℃よりも低いが、第１温度領域の下限値である１９０℃よりは高い。アモルファスシリコン薄膜層４が形成された基板２の温度は、やがて第２温度領域内（１８０℃以下１６０℃以上）に入り、時刻ｔ３において、第２の光電変換層である結晶質シリコン薄膜層５の形成が開始される。

時刻ｔ２を過ぎると、成膜室１４内を真空ポンプ２１で高真空状態とする。そして成膜室１４内が高真空状態となる時刻ｔ３において、成膜室１４内に結晶質シリコン薄膜層５用の原料ガスを供給して結晶質シリコン薄膜層５の形成を開始する。すなわち、真空ポンプ２１で成膜室１４内のアモルファスシリコン薄膜層４用の原料ガス（シランガス）を排出し、開閉弁２９を開いて配管２８から結晶質シリコン形成用の原料ガスを成膜室１４内に供給し、時刻ｔ３において結晶質シリコン薄膜層５のｐ型シリコン層１６の成膜が開始される。

時刻ｔ３における基板２の温度は、第２温度領域内の１８０℃程度であるが、やがて結晶質シリコン層５を成膜するのに最適な１７０℃に到達する。すなわち時刻ｔＢにおいて、成膜室１４内の各ヒータ２３の設定温度を９０℃から１７０℃に切り換えることにより、低下し続けた基板２の温度が、やがて１７０℃で安定する。

そして、ｐ型シリコン層１６に続き、ｉ型シリコン層１７，ｎ型シリコン層１８が成膜されるが、ｎ型シリコン層１８の成膜が完了する前の時刻ｔＣにおいて、各ヒータ２３の設定温度を、アモルファスシリコン薄膜層４を形成するのに最適な２００℃に切り換える。その結果、基板２の温度は時刻ｔＣで上昇を開始する。基板２の温度が第２温度領域の上限である１８０℃を超える前の時刻ｔ４において、結晶質シリコン薄膜層５（ｎ型シリコン層１８）の成膜が完了する。よって、結晶質シリコン薄膜層５は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間において、基板２の温度が第２温度領域内（その大半は最適な温度である１７０℃）で形成される。

以上のようにして、成膜室１４内におけるタンデム型太陽電池１の第１ロットの基板２の成膜は時刻ｔ４で完了する。そして、成膜が終了した第１ロットの基板２を成膜室１４内から搬送用チャンバ３０側へ移動させ、成膜室１４とは別の場所で裏面側電極層１１が形成され、タンデム型太陽電池１が完成する。すなわち時刻ｔ５において、予め成膜室１４の近くで待機していた高真空状態の搬送用チャンバ３０（図５）と成膜室１４とを気密を保った状態で接続し、基板２を搬送用チャンバ３０側へ移動させる。

さらに時刻ｔ６において、成膜室１４の開口１５の図示しない扉を閉じ、成膜前の第２ロットの基板２を搭載した別の搬送用チャンバ３０を接続し、第２ロットの基板２を成膜室１４内に配置する。基板２は、搬送用チャンバ３０の中で予め２２０℃まで加熱されている。また、時刻ｔ６において基板２が成膜室１４内に配置された際には、成膜室１４内の各ヒータ２３の温度は２００℃に設定されている。したがって、第２ロットの基板２の温度は、搬送用チャンバ３０から出ると同時に低下し始め、成膜室１４内に配置され、開口１５の図示しない扉が閉じられた際には、２１０℃程度（第１温度領域の上限）となる。さらに基板２の温度は、各ヒータ２３の設定温度である２００℃まで低下し続ける。

ここで第１ロットの基板２と同様に、第２ロットの基板２の成膜も設定温度２００℃に到達する前の時刻ｔ７に開始される。すなわち、時刻ｔ６において第２ロットの基板２が成膜室１４内に配置されると、配管２８を介して成膜室１４内に結晶質シリコン薄膜層５用の原料ガスが導入される。そして時刻ｔ７において電極２５に通電し、アモルファスシリコン薄膜層４のｐ型シリコン層６の成膜が開始される。

そして、順にｐ型シリコン層６，ｉ型シリコン層７，ｎ型シリコン層８が成膜され、アモルファスシリコン薄膜層５が形成される。各ヒータ２３の設定温度は、時刻ｔＤにおいてｎ型シリコン層８が成膜されている途中で２００℃から９０℃に切り換えられ、基板２の温度は低下する。

そして、時刻ｔ８でアモルファスシリコン薄膜層４のｎ型シリコン層８の成膜が終了し、続いて基板２の温度が第２温度領域内に入る時刻ｔ９において結晶質シリコン薄膜層５の形成を開始する。以下、第１ロットの基板２と同様の手順で各ヒータ２３の設定温度が時刻ｔＥ及び時刻ｔＦで切り換えられ、時刻ｔ１０で結晶質シリコン薄膜層５の成膜が終了し、時刻ｔ１１において第２ロットの基板２が成膜室１４から搬出される。

第２ロットの基板２が搬出され、空になった成膜室１４内には、時刻ｔ１２において第３ロットの基板２が搬入される。そして、第１ロットの基板２及び第２ロットの基板２に成膜したときと同様に、時刻ｔＧ，時刻ｔＨ，及び時刻ｔＩにおいて各ヒータ２３の設定温度を切り換え、第３ロットの基板２上にアモルファスシリコン薄膜層４と結晶質シリコン薄膜層５を形成し、時刻ｔ１３において第３ロットの基板２は成膜室１４から搬出される。

上記説明において、あるシリコン層の成膜を完了し、次に形成するシリコン層の成膜を開始する前に、成膜室１４内は一旦真空度の高い状態にされる。すなわち、真空ポンプ２１で成膜室１４内の原料ガスを排出し、次に成膜するシリコン層の原料ガスを成膜室１４内に導入する。よって、例えば「ｉ型シリコン層７の成膜中」というのは、ｉ型シリコン層７の原料ガスを高真空状態の成膜室１４内に導入し電源を投入する工程を含むものとする。

ところで、従来の手法によって同じタンデム型太陽電池１の基板２を成膜すると、基板２は成膜室１４内に収納されてから初めてヒータ２３で加熱されるため、基板２の温度が第１温度領域に到達するのが遅くなり、その分だけアモルファスシリコン薄膜層４の成膜開始時期が遅れる。また、第１ロットの基板２の成膜が完了し、第２ロットの基板２が成膜室１４内に収納されてから各ヒータ２３の設定温度が第１温度領域内の温度に切り換えられるので、本発明を実施した場合と比較して基板２の温度が第１温度領域に到達するのが遅くなる。

よって、本発明を実施すると、従来よりも第２ロットの基板２の成膜開始時刻を早めることができる。その結果、成膜室１４内の基板２（ホルダ１３）を入れ替えて連続的に基板２を成膜すると、累積的に製造時間の短縮効果が得られ、１日に製造できるタンデム型太陽電池１の数が増加し、製造単価を下げることができる。

３つ以上の光電変換層を備える多接合型太陽電池を製造する際にも本発明を実施することができる。例えば、３つの光電変換層を備える多接合型太陽電池の場合には、最初の光電変換層を成膜するのに適した温度領域が第１温度領域となり、２つ目の光電変換層を成膜するのに適した温度領域が第２温度領域となり、３つ目の光電変換層を成膜するのに適した温度領域が最終温度領域となる。

また、第１の光電変換層とは、先に成膜される光電変換層を指し、第２の光電変換層とは、第１の光電変換層に続いて成膜される光電変換層を指す。さらに、２つ目の光電変換層に続いて３つ目の光電変換層が成膜される多接合型太陽電池の場合においては、２つ目の光電変換層を第１の光電変換層（先に成膜される光電変換層）とみなし、３つ目の光電変換層を第２の光電変換層と見なすこともできる。そして、４つ以上の光電変換層を有する多接合型太陽電池の場合では、最後から２番目に成膜される光電変換層を第１の光電変換層とみなした場合に、最後に成膜される光電変換層を第２の光電変換層と見なすことができる。

ここで、図１又は図６において、例えば、アモルファスシリコン層と結晶質シリコン層の間に、別の光電変換層が成膜される場合を想定すると、製造される太陽電池は多接合型となり、結晶質シリコン層が最後に成膜される光電変換層となる。

よって、あるロット（例えば第１ロット）の基板２の、上記想定した２つ目の光電変換層を成膜中に、各ヒータ２３（加熱装置）の設定温度を、基板２の温度が、当該光電変換層を好適に成膜できる温度領域内の温度から最終温度領域（３つ目の光電変換層である結晶質シリコン層５を好適に成膜できる温度領域）に近付くように設定する。そして、当該ロットの基板２の、最後に形成される光電変換層（結晶質シリコン層５）を成膜中に、各ヒータ２３（加熱装置）の設定温度を、基板２の温度が、第２温度領域内（最終温度領域内）の温度から、次のロット（例えば第２ロット）の基板２の、最初に形成される光電変換層（第１の光電変換層であるアモルファスシリコン層４）を好適に成膜できる温度領域（第１温度領域）に近付くように設定する。

本発明を実施する場合、成膜される光電変換層の数が多くなるほど、多接合型太陽電池の製造時間の短縮効果が得られる。

従来はアモルファスシリコン薄膜層４を成膜する際に許容される第１温度領域と、結晶質シリコン薄膜層５を成膜する際に許容される第２温度領域とが十分に認識されていなかったため、各シリコン薄膜層を成膜中に設定温度を変更するという発想に結びつかず、時間を無用に消費していた。ところが、本発明者は、図１で第１温度領域及び第２温度領域として示される許容範囲を見出し、当該シリコン薄膜層の成膜中の基板の温度が、この許容範囲内に収まっているならば、必ずしも当該シリコン薄膜層の成膜が完了するのを待たなくても、基板の温度を次に成膜するシリコン薄膜層の設定温度に移行させてもよいのではないかという発想の基に実験を行った結果、製造されたタンデム型太陽電池の品質に悪影響を及ぼすことなく、製造時間を短縮できることが判明した。

すなわち、実験結果を示す表１から、成膜温度条件が異なる複数の光電変換層を備えているタンデム型（又は、多接合型）太陽電池を製造する場合には、各光電変換層の成膜中には、当該光電変換層の許容される温度範囲を逸脱することなく成膜を実施すれば、タンデム型（又は、多接合型）太陽電池の品質を良好に保ちながら製造時間を短縮できるという効果を見出すことができる。

表１における各値は、ソーラーシミュレータを用いて評価したものである。表１において、短絡電流Iscとは、出力端子を短絡した場合に流れる電流（電圧がゼロのときの電流）であり、開放電圧Vocとは、出力端子を開放した場合に発生している電圧（電流がゼロの時の電圧）である。また、出力Pmaxとは、最大出力を得る曲線上の点（最適動作点）の出力であり、曲線因子FFは、開放電圧Voc×短絡電流Iocと、最適動作点での電流Imp×電圧Vmpの面積比で定義される因子である。

表１に示されるように、電流−電圧特性が、本発明を実施して製造されたタンデム型（又は、多接合型）太陽電池は、従来の処方によって製造されたタンデム型（又は、多接合型）太陽電池と比較して遜色がない。すなわち、従来の処方によって製造されたタンデム型（又は、多接合型）太陽電池と、本発明を実施して製造されたタンデム型（又は、多接合型）太陽電池とでは、性能がほぼ同等である。

実験を実施する際に、基板２の温度は、Ｋ型熱電対を使用して測定し、さらにデータロガーとしてDATA PAQ社製の製品であるReflow Tracker(DP9161A)を使用して、測定温度を記録した。データロガーは、本体温度が７０℃以上になると、故障防止のために機能を停止する。従って、成膜室１４内のように２００℃を超える環境でも動作させるために、温度上昇をできる限り抑える目的から、データロガーの表面を、厚さ２０ｍｍのテフロン樹脂（登録商標）で覆い、また、データロガーの取り付け位置を、プラズマ放電およびヒータ近傍からできるだけ離れた位置とした。

さらに、プラズマ放電（電極２５への通電）によるデータへのノイズを低減するために、Ｋ型熱電対のセンサ先端は、基板２の裏側に設置した。また、ヒータ２３として、新日電熱工業株式会社製の温媒ヒータパネルを使用し、温媒の温調には、株式会社松井製作所製のＭＣＪ−１３５ＡＺ−ＯＭを使用した。

成膜室１４の内圧は、通常３０００Ｐａ以下の高真空状態であるため、成膜室１４内の熱移動は、対流では行われにくく、主に放射によって行われる。従って、ヒータ２３と基板２の間の熱移動の速度は、温度差のみで決定されるため、通常５０℃〜３００℃程度で使用されるヒータパネルを用いた温度調整方法では、基板２の温度変化の応答速度を十分に把握していることが重要である。なお、ヒータパネルおよび基板の熱容量をできる限り小さくしておくと、効果的に熱移動の応答性を向上させることができる。さらに、プラズマＣＶＤの場合には、プラズマ強さや、ガス流量の影響も大きい。

また、今現在形成中の光電変換層のうち、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，及びｎ型シリコン層のいずれを成膜しているときであっても、当該光電変換層を良好に形成できる温度領域内で、基板温度を次に形成する光電変換層の温度領域側に変更してもよい。

さらに、光電変換層の組み合わせは任意であり、アモルファスシリコン薄膜層と結晶質シリコン薄膜層の組み合わせ以外に、例えばアモルファスシリコン薄膜層とアモルファスシリコンゲルマニウム薄膜層という組み合わせや、アモルファスシリコン薄膜層と微結晶シリコンゲルマニウム薄膜層という組み合わせや、アモルファスシリコン薄膜層とアモルファスシリコンゲルマニウム薄膜層と微結晶シリコン薄膜層という組み合わせ、及びアモルファスシリコン薄膜層と微結晶シリコンゲルマニウム薄膜層と微結晶シリコン薄膜層という組み合わせにおいても、本発明を実施すると太陽電池の製造時間を短縮できる。
ここで、「微結晶シリコン」とは、「結晶質シリコン」と同様に、結晶シリコンと非晶質シリコンの混晶系であり、成膜条件によって結晶分率が変化する材料である。

図１では、アモルファスシリコン薄膜層４の成膜時の目標温度を２００℃に設定し、結晶質シリコン薄膜層５の成膜時の目標温度を１７０℃に設定した場合を示した。これら両薄膜層とは別の薄膜層をさらに積層する場合には、ヒータ（加熱装置）は、当該別の薄膜層（光電変換層）を良好に形成できる設定温度（例えば１９０℃，１６０℃等）にも設定できるようにする。

図１に示すグラフでは、搬送用チャンバ３０内で成膜される前の基板２が予め加熱昇温されており、この基板２が成膜室１４のヒータ２３の設定温度である２００℃まで降下し設定温度で安定する例を示したが、基板２が成膜室１４に搬入されてから、一旦成膜持の設定温度以下まで温度を下げ、その後成膜時の設定温度まで昇温させるようにすることもできる。

図６は、本発明を実施してタンデム型太陽電池の基板を成膜する際の、図１とは別の加熱装置の設定温度及び基板温度と、時間の関係を示すグラフである。図６のグラフに示すように、基板２を成膜室１４に搬入するときのヒータ２３の設定温度を、２００℃よりも低く設定する。その結果、成膜室１４内に搬入された基板２の温度は２００℃を超えて低下する。そして、時刻ｔａにおいてヒータの設定温度を２００℃に設定すると、基板２の温度は速やかに２００℃まで昇温する。

すなわち、成膜室１４内は高真空状態であるため、自然に放熱されるのを待つ以外に、基板２の温度を下げる手段がないため、基板２の温度をいきなり設定温度２００℃に設定するのでは、やや時間が掛かる。しかし、基板２に対向配置されたヒータ２３で加熱すると、基板２は容易に昇温するので、一旦、２００℃よりも低い温度に下げておき、その後にヒータ２３で加熱することによって、基板２の温度を成膜に適した設定温度に速やかに設定することができるようになる。

１タンデム型太陽電池（多接合型太陽電池）
２基板（絶縁性基板）
３透明導電膜（第１電極層）
４アモルファスシリコン薄膜層（光電変換層）
５結晶質シリコン薄膜層（光電変換層）
６アモルファスシリコン薄膜層のｐ型シリコン層
７アモルファスシリコン薄膜層のｉ型シリコン層
８アモルファスシリコン薄膜層のｎ型シリコン層
１１裏面側電極（第２電極層）
１２シリコン薄膜層
１４成膜室
１６結晶質シリコン薄膜層のｐ型シリコン層
１７結晶質シリコン薄膜層のｉ型シリコン層
１８結晶質シリコン薄膜層のｎ型シリコン層
２１真空ポンプ
２３ａ〜２３ｆヒータ
２５ａ〜２５ｅ電極
３０搬送用チャンバ

Claims

基板上に異なる光電変換層を複数備えた多接合型太陽電池の基板を同一の成膜室で連続的に製造する際に、
第１の光電変換層を形成するのに適した第１温度領域と、第２の光電変換層を形成するのに適した第２温度領域とが相違し、第１の光電変換層と第２の光電変換層が、連続して成膜される場合において、
成膜室に備えた加熱装置の設定を変えることによって、成膜室内の基板の温度を任意に変更可能であり、
前記基板の第１の光電変換層を形成中に、前記加熱装置の設定温度を、基板温度が第１温度領域内の温度から、第２温度領域に近付くように設定することを特徴とする多接合型太陽電池の製造方法。
基板温度が第１温度領域を逸脱する前に第１の光電変換層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の多接合型太陽電池の製造方法。
成膜前の基板を成膜室に収容する前に、当該基板の温度を第１温度領域内あるいは第１温度領域以上の温度に昇温させておくことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多接合型太陽電池の製造方法。
第１の光電変換層が、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有するアモルファスシリコン薄膜層であり、第２の光電変換層が、ｐ型シリコン層，ｉ型シリコン層，ｎ型シリコン層を有する結晶質シリコン薄膜層であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法。
アモルファスシリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域が１９０〜２１０℃であり、結晶質シリコン薄膜層を成膜する際の基板の温度領域が１６０〜１８０℃であることを特徴とする請求項４に記載の多接合型太陽電池の製造方法。
複数の基板を同時に同一の成膜室で成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法。
基板に最後に成膜される光電変換層を形成中に、前記加熱装置の設定温度を、最後に成膜される光電変換層を形成するのに適した最終温度領域内の温度から、次に成膜室内に収容されて成膜される基板の、最初に形成される光電変換層を成膜するのに適した温度領域に近付くように設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の多接合型太陽電池の製造方法。