JP5474602B2

JP5474602B2 - 太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法

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Publication number: JP5474602B2
Application number: JP2010033530A
Authority: JP
Inventors: 武良 ▲高▼橋; 栄史栗部
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-02-18
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Description

本発明は、太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法に関し、より詳細には、高性能な太陽電池を効率よく量産することのできる、太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法に関するものである。

近年、石油等の化石原料の高騰や、発電を行う際の環境への配慮から太陽電池パネルを用いた発電が注目されている。なぜなら、太陽電池は太陽光を基に発電するので、枯渇性燃料が持つ有限性への対策になり、また、発電時に二酸化炭素を排出しないので、地球温暖化の緩和策に成り得る等の理由によるものである。

太陽電池は、ガラス基板（基体）の上に半導体層を積層したものであり、例えば、ガラス基板上にｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、ｎ型シリコン層を成膜して積層した、ｐｉｎ構造又はｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を有する太陽電池や、同じくｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、ｎ型シリコン層からなるｐｉｎ構造又はｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層を有する太陽電池等が知られている。
また、このような多結晶シリコン層やアモルファスシリコン層の様なｐｉｎ構造又はｎｉｐ構造を有する層（以下太陽電池層と称す）は、複数積み重ねて１つの多接合型太陽電池（又はタンデム型太陽電池、ハイブリッド型太陽電池）として使用することができる。多接合型太陽電池は、利用波長の異なる太陽電池を複数積み重ねることにより、各波長域の光子のエネルギーをより無駄なく取り出すことができ、且つ、単接合の太陽電池より長波長まで含めたより多くの光子を利用できる。そのため、エネルギーの変換効率が高いという利点がある。

ところで、太陽電池層を構成するシリコンによる半導体層（ｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、ｎ型シリコン層）の形成にはプラズマＣＶＤ法が活用されることが多い。プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法によって、このようなシリコン系半導体層の成膜を実施するＣＶＤ装置が特許文献１に開示されている。

特開２００５−１３９５２４号公報

特許文献１に開示されているプラズマＣＶＤ装置は、４個の成膜チャンバーと、１個の移動チャンバーと、１個の基体受取・払出し装置を有している。
成膜チャンバーはそれぞれ成膜室を備えており、成膜室内では、太陽電池層のｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層及びｎ型シリコン層（以下ｐ層、ｉ層、ｎ層と称す）の各半導体層を順次積層することで、基体に太陽電池層を成膜することができる。また、これを繰り返すことにより、多接合型太陽電池を構成する各太陽電池層を、１つの成膜室内で積層させることができる。
基体受取・払出し装置は、成膜前の基体を移動チャンバーへ受け渡し、成膜後の基体を移動チャンバーから受け取ることが可能な装置である。移動チャンバーは基体を積載した状態で移動するチャンバーであり、基体を成膜チャンバー内や基体受取・払出し装置へ運搬する装置である。

ところで、使用する原料ガスの異なる各太陽電池層を、同一の成膜室で成膜して積層させる場合、そのとき成膜している太陽電池層に応じて成膜室内に供給する原料ガスの種類を変化させなければならない。そのため、複数の成膜チャンバーで同時に成膜を開始すると、全ての成膜チャンバーで同じ時刻に同じ太陽電池層を成膜することになり、全ての成膜チャンバーに同種の原料ガスを同時に供給する必要が生じる。つまり、従来のＣＶＤ装置では成膜チャンバーの数の増加に伴い、ＣＶＤ装置の原料ガスの最大供給量（同時に供給可能な原料ガスの量）を増加させる必要があった。したがって、成膜チャンバーの数を増やすと原料ガスの供給装置（タンクやバルブ）等を交換しなければならないため、ＣＶＤ装置の拡張コストが大きくなる等の問題があった。また、成膜の原料にシラン等の可燃性の高いガスや危険なガスを使用する場合、最大供給量が増加すると、危険性の高い原料ガスを大量に貯蔵したタンクをＣＶＤ装置に配置せねばならず、危険であるという問題もあった。

ここで、ＣＶＤ装置は原料ガスの最大供給量を少なくする手段として、各成膜チャンバーにおいて成膜開始時間をずらすという手段が考えられる。つまり、１番目の成膜チャンバーで１つ目の太陽電池層を成膜し、続いて、１番目の成膜チャンバーで２つ目の太陽電池層の成膜を開始すると同時に、２番目の成膜チャンバーで１つ目の太陽電池層の成膜を開始するという具合に、各成膜チャンバーで成膜開始時間を順次ずらしていく。このように成膜開始時間をずらしていくと、例えば２番目の成膜チャンバーで１つ目の太陽電池層の成膜が開始された際、１番目の成膜チャンバーでは２つ目の太陽電池層を成膜しているため、１つ目の太陽電池層の成膜に必要な原料ガスを使用しない。したがって、ＣＶＤ装置全体で一度に使用する原料ガスの量を減少させることができる。

しかしながら、複数の成膜チャンバーで成膜の開始時間をずらして実行すると、次のような生産効率上の問題があった。即ち、成膜チャンバーを連続して稼働できないという問題や、移動チャンバーに稼働しない時間が発生するという問題である。
具体的に説明すると、全ての太陽電池層の成膜に必要な時間に対して成膜チャンバーの数が少なすぎる場合、すべての成膜チャンバーに基体を搬入しても、最初に成膜を開始した成膜チャンバーの成膜が終了しないので、成膜が終了するまでの間、移動チャンバーが休止させなくてはならない。さらに、成膜チャンバーの数が多すぎる場合、最初に成膜を開始したチャンバーで成膜を完了しても、移動チャンバーはいまだ成膜を開始していない成膜チャンバーに対して基体を搬入するので、成膜を完了した基体を払い出すことができず、成膜チャンバーで連続して成膜ができない。そのため、移動チャンバーや成膜チャンバーを休止することなく稼働できないので、生産効率が悪いという問題である。

そこで本発明は、原料ガス供給源の最大供給量が少なくて済むことに加えて、生産性の高い太陽電池の製造装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ２としたとき、成膜チャンバーの数がＴ１：Ｔ２≒１：Ｎ、又はＴ１：Ｔ２≒Ｎ：１のいずれかのＮに１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置である。
なお、「≒」は端数の四捨五入を意味しており、Ｎは整数である。また、各成膜チャンバーでＴ２の値が異なる場合、各成膜チャンバーのＴ２の値の内いずれかの値、又は各成膜チャンバーのＴ２の値に基づく値（例えば平均値等）をＴ２とする。

また、請求項２に記載の発明は、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と成膜後の基板を所定の位置に搬送してから、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでに要する時間の合計をＴ２としたとき、成膜チャンバーの数がＴ１：Ｔ２≒１：Ｎ、又はＴ１：Ｔ２≒Ｎ：１のいずれかのＮに１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置である。
なお、「≒」は端数の四捨五入を意味しており、Ｎは整数である。また、各成膜チャンバーでＴ２の値が異なる場合、各成膜チャンバーのＴ２の値の内いずれかの値、又は各成膜チャンバーのＴ２の値に基づく値（例えば平均値等）をＴ２とする。

本発明の太陽電池の製造装置は、単一の成膜チャンバーで２つの太陽電池層の成膜が可能であって、複数の成膜チャンバーを同時に稼働することが可能である。そして、成膜チャンバーの数を、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と基体搬送に要する時間（成膜チャンバーで成膜を行うために必要な、基体の搬送及び装置間の基体の受け渡しに必要な時間）の合計をＴ２とした場合のＴ１：Ｔ２≒１：Ｎ又はＴ１：Ｔ２≒Ｎ：１のいずれかのＮに１を加えた数としている。
そのことにより、成膜チャンバーで第１太陽電池層を成膜している時間が重ならないように連続して成膜を行うと、Ｎ台の成膜チャンバーの第１太陽電池層の成膜時間の合計（Ｔ１×Ｎ）と、第２太陽電池層の成膜時間と基体搬送に要する時間の合計（Ｔ２）が略等しくなる。そのため、全成膜チャンバーで第１太陽電池層の成膜が完了するとほぼ同時に、最初に成膜を開始した成膜チャンバーで新たな成膜が実施可能な状態となるので、連続して成膜を行うことができる。また、太陽電池の製造装置全体において、第１の太陽電池層を成膜する成膜チャンバーは常に一つとなるので、原料ガスの最大供給量を減少させることが可能となる。また、全成膜チャンバーで連続して成膜を行うため、稼働率が高く効率がよい成膜が可能となる。

また、請求項３に記載の発明は、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬送し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間をＴ２とし、成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ３としたとき、Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合、成膜チャンバーの数がＴ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：ＺのＮとＺの和に１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置である。
なお、「≒」は端数の四捨五入を意味しており、Ｎ及びＺは整数である。また、各成膜チャンバーでＴ３の値が異なる場合、各成膜チャンバーのＴ３の値の内で任意のいずれかの値、又は各成膜チャンバーのＴ３の値に基づく値（例えば平均値等）をＴ３とする。さらに、Ｔ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値は２つ以上あってもよく、例えばＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３が成立してもよい。Ｔ３の値が３つの内で最小の値であればよい。

また、請求項４に記載の発明は、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬送し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間をＴ２とし、成膜後の基板を所定の位置に搬送してから、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでに要する時間の合計をＴ３としたとき、Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合、成膜チャンバーの数がＴ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：ＺのＮとＺの和に１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置である。
なお、「≒」は端数の四捨五入を意味しており、Ｎ及びＺは整数である。また、各成膜チャンバーでＴ３の値が異なる場合、各成膜チャンバーのＴ３の値の内で任意のいずれかの値、又は各成膜チャンバーのＴ３の値に基づく値（例えば平均値等）をＴ３とする。さらに、Ｔ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値は２つ以上あってもよく、例えばＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３が成立してもよい。Ｔ３の値が３つの内で最小の値であればよい。

本発明の太陽電池の製造装置は、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間をＴ２とし、前記基体搬送に要する時間の合計をＴ３とし、Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合、成膜チャンバーの数がＴ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：ＺのＮとＺの和に１を加えた数とすることもできる。
このことにより、基体搬送に要する時間が重ならないように連続して成膜を行うと、Ｎ＋Ｚ台の成膜チャンバーの基体搬送に要する時間の合計（Ｔ３×（Ｎ＋Ｚ））と、第１太陽電池層の成膜時間（Ｔ１）と第２太陽電池層の成膜時間（Ｔ２）の合計が略等しくなる。そのため、全成膜チャンバーへの基体の搬送が完了するとほぼ同時に、最初に基体を搬送した成膜チャンバーで、第１太陽電池層と第２太陽電池層の成膜が完了し、基体の取り出し、及び新たな基体の搬入が可能となる。そのことにより、全成膜チャンバーで連続して成膜を行うことができ、稼働率が高く効率がよい成膜が可能となる。また、それぞれの成膜チャンバーで成膜時間がずれているため、原料ガスの最大供給量を減少させることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、第１太陽電池層と第２太陽電池層の内の一方は、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層されたものであり、他方は結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層されたものであり、成膜チャンバーの数が６であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池の製造装置である。
なお、本発明において結晶質の用語は、部分的に非晶質を含んでいるものも含むものとする。

本発明の太陽電池の製造装置は、アモルファスシリコンの太陽電池層と結晶質シリコンの太陽電池層のような、成膜に４倍の時間差があり、成膜時間の短い太陽電池層と基体の搬送に必要な時間が略等しい場合において、より好適に運用することができる。なぜなら、本発明では、成膜チャンバーの数が増加するにつれて最大供給量を低減させる効果が大きくなるので、第１太陽電池層と第２太陽電池層の成膜時間の差が小さい場合、成膜チャンバーの数が少なすぎることにより、最大供給量を低減させる効果が小さくなってしまう。また、第１太陽電池層と第２太陽電池層の成膜時間の差が大きすぎる場合、成膜チャンバーの数が多すぎることにより、成膜チャンバーの設置場所の確保や、装置の稼働に必要なコストといった装置運用上の問題が発生するためである。

請求項６に記載の発明は、基板上に少なくとも第１導電膜層と、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第１太陽電池層と、結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第２太陽電池層と、第２導電膜層が積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、成膜チャンバーの数が６であることを特徴とする太陽電池の製造装置である。

本発明の太陽電池の製造装置は、上記の構成で行うことが好適であり、移動チャンバーと各成膜チャンバーが無理なく連動するため、請求項１乃至請求項５に記載の発明の効果をより顕著に得ることができる。

請求項７に記載の発明は、前記太陽電池は、基板上に少なくとも第１導電膜層と、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第１太陽電池層と、結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第２太陽電池層と、第２導電膜層が積層されており、前記各層の少なくとも一部を光ビームによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に集積化してなる薄膜太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池の製造装置である。

本発明の太陽電池の製造装置は、薄膜太陽電池モジュールを製造する際にも好適に用いることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７に記載の太陽電池の製造装置を使用して、第１太陽電池層及び第２太陽電池層を成膜することを特徴とする太陽電池の製造方法である。

本発明の太陽電池の製造方法は、請求項１乃至７に記載の太陽電池の製造装置を使用するため、太陽電池の製造装置全体における原料ガスの最大供給量を減少させることが可能であって、移動チャンバー及び成膜チャンバー等が連続して稼働可能な効率のよい成膜を行うことができる。

請求項９に記載の発明は、成膜室を有し当該成膜室内で基体に薄膜を成膜する成膜チャンバーを有し、複数の成膜チャンバーを備えた太陽電池の製造装置を使用して、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、アモルファスシリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層し、第１太陽電池層を製造する第１の工程と、第１太陽電池層上に結晶質シリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層して第２太陽電池層を製造する第２の工程とを有しており、前記第１の工程と第２の工程は単一の成膜チャンバー内で行われ、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と、成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ２としたとき、Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数の成膜チャンバーにおいて、前記第１の工程がＴ１以上の間隔を設けて開始されることを特徴とする太陽電池の製造方法である。

請求項１０に記載の発明は、成膜室を有し当該成膜室内で基体に薄膜を成膜する成膜チャンバーを有し、複数の成膜チャンバーを備えた太陽電池の製造装置を使用して、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、アモルファスシリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層し、第１太陽電池層を製造する第１の工程と、第１太陽電池層上に結晶質シリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層して第２太陽電池層を製造する第２の工程とを有しており、前記第１の工程と第２の工程は単一の成膜チャンバー内で行われ、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と、成膜後の基板を所定の位置に搬送するために要する時間、及び新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するために要する時間の合計をＴ２としたとき、Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数の成膜チャンバーにおいて、前記第１の工程がＴ１以上の間隔を設けて開始されることを特徴とする太陽電池の製造方法である。

本発明の太陽電池の製造方法は、第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間及び、１つの成膜チャンバーで成膜を行う際に必要な、基体の搬送や設置に要する時間をＴ２とした場合に、Ｎ＋１台の成膜チャンバーを使用する。また、それぞれの成膜チャンバーで、少なくともｐｉｎ構造（ｎｉｐ構造）を有するアモルファスシリコンの第１太陽電池層と、ｐｉｎ構造（ｎｉｐ構造）を有する結晶質シリコンの第２太陽電池層の成膜を行う。そして、その際に各成膜チャンバーでＴ１以上の間隔を設けて成膜を開始する。そのことにより、第１太陽電池層を成膜する時間帯が重複しないため、太陽電池の製造装置全体における第１太陽電池層の原料ガスの最大供給量を低減することができる。また、Ｔ２がＮ台の成膜チャンバーにおける第１太陽電池層の成膜時間の合計（Ｔ１×Ｎ）と同じであるため、最後に基体を搬入した成膜チャンバーで第１太陽電池層の成膜が終了すると略同時刻に、最初に基体を搬入した成膜チャンバーで２層成膜後の基体の払い出し、及び未成膜の基体の搬入が完了する。つまり、最後に成膜を開始した成膜チャンバーで第１太陽電池層の成膜が完了すると、再び最初に成膜を実施した成膜チャンバーで、第１太陽電池層の成膜が可能になる。このことから、各成膜チャンバーを第１太陽電池層の成膜が重複しない状態で、連続して稼働させることが可能なため、原料ガスの最大供給量の低減しつつ、効率よい多接合型太陽電池の成膜が可能となる。

本発明の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法は、原料ガスの最大供給量を減少可能であり、且つ生産性の高い成膜を行うことができるという効果がある。

本発明の実施形態にかかる薄膜製造装置を示す斜視図である。図１の成膜チャンバー、移動チャンバー及び基体受取・払出し装置が備える基体移動装置の要部の斜視図である。図１の成膜チャンバーの内部構造を示す斜視図である。図１の成膜チャンバーの内部構造を示す一部破断平面断面図である。成膜チャンバーに内蔵される電極の断面斜視図である。成膜チャンバーにガスが供給される構造を示す説明図である。図１の移動チャンバーを収納室出入口側から見た斜視図である。移動チャンバーの内部を示す斜視図である。移動チャンバーの内部構造を示す平面断面図である。チャンバー移動装置の断面図である。本発明の実施形態で使用する基体キャリアの斜視図である。図１１の基体キャリアの分解斜視図である。移動チャンバーから成膜チャンバーに基体キャリアが移動する状態を示す移動チャンバーと成膜チャンバーの一部破断斜視図である。各成膜チャンバーで成膜する太陽電池層の種類を示すタイムテーブルである。

本発明の実施形態に係る太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法について、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態の薄膜製造装置１はガラス製の基体４６に半導体膜を形成するものである。本実施形態の薄膜製造装置１は、図１に示される様に、大きく分けて、基体受取・払出し装置２、成膜チャンバー群４２、移動チャンバー６によって構成される。

基体受取・払出し装置２は、例えば図１に示される様に、ベース部材１４に基体移動装置１５が５基設けられたものである。

それぞれの基体移動装置１５は、例えば図２に示すような構成をしている。即ち、基体移動装置１５は、高さの高いリブ１６が平行に２本延びており、その間にガイド溝１７が形成されている。また、ガイド溝１７の中にはピニオンギア１８が一定間隔をあけて複数設けられている。ピニオンギア１８は、図示しない動力によって回転する。

成膜チャンバー群４２は成膜チャンバー７〜１２によって構成され、これらの成膜チャンバー７〜１２は同一の構造をしたものである。以下構造について説明するが、成膜チャンバー７についてのみ説明し、成膜チャンバー８〜１２に関しては同様の説明を省略する。

成膜チャンバー７の外観形状は、図１，３に示す様に天面、底面、左右側面、裏面の６面が囲まれた箱状であり、正面には開口が長方形の成膜室出入口１９が設けられている。成膜室出入口１９の開口端にはフランジ２０が設けられている。

フランジ２０は、成膜室出入口１９と相似形であって、長方形であるが、その４隅の内の対向する２角に穴１３が設けられている。

成膜室出入口１９には、気密性を備えたシャッター２１が設けられている。

シャッター２１は、スライド型ゲートバルブと称されるものが採用されており、扉状の部材が図３の矢印Ｘの方向にスライドする。
なお、このシャッター２１は、上記したスライドゲートバルブに限定されるものではなく、例えば、スイング型ドアバルブと称されるものを適宜採用してもよい。

成膜チャンバー７の内部は図４に示す様に、プラズマＣＶＤ法によって基体４６に成膜する成膜室２２となっている。そしてその内部には、図３，４に示す様に６基の板状の面ヒータ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと、５基の電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅが設けられている。即ち、図３，４において、ヒータ２３は細い長方形として図示されており、電極２５は太い長方形として図示されている。

一方、電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、図５に示すように枠体２６の両面にシャワープレート２７が取り付けられたものである。また、枠体２６はマッチング回路（ＭＢＸ）を介して高周波電源に接続されている。

さらに、図５，６に示されるように、枠体２６には複数のガスパイプ３１が接続されており、それぞれ別途の原料ガス供給源８７，８８に接続されている。そのため、成膜室２２内に異なる種類の原料ガスを供給することができる。また、ガスパイプ３１はバルブ９０，９１を有しており、ガスの供給量を適宜変更可能である。

また成膜室２２の内部には、前記した基体移動装置１５と同様の基体移動装置２９が設けられている（図３）。基体移動装置２９の数は、前記した基体受取・払出し装置２の基体移動装置１５の数と同一であり、その間隔も基体受取・払出し装置２が備えている基体移動装置１５の間隔と同一である。

また図３に示すように、成膜室２２には弁３３を介して真空ポンプ（成膜室側減圧装置）３４が接続されている。

次に移動チャンバー６及びチャンバー移動装置３２について説明する。

移動チャンバー６は、図７に示すように天面、底面、左右側面、裏面の６面が囲まれた箱状であり、正面には長方形の収納室出入口３５が設けられている。収納室出入口３５の開口端にはフランジ３７が設けられている。

収納室出入口３５及びフランジ３７の大きさ及び形状は、前記した成膜チャンバー７の成膜室出入口１９およびフランジ２０と等しい。

ただし、成膜チャンバー７のフランジ２０では、その４隅の内の対向する２角に穴１３が設けられていたが、移動チャンバー６のフランジ３７では、相当する位置にピン４０が設けられている。ピン４０はテーパー状である。

移動チャンバー６の収納室出入口３５には、これを遮蔽する部材が無く、収納室出入口３５は常に開放されている。
なお、本実施形態では収納室出入り口３５を開放する構成を採用したが、この構成に限定されるものではなく、気密性がなく外部からゴミの侵入等を防ぐだけの扉を取り付けてもよい。すなわち、気密性を備えた部材がなければよい。

移動チャンバー６の内部は、図８に示す様に基体４６を収納する収納室４７となっている。

収納室４７の内部には、前記した基体移動装置１５及び基体移動装置２９と同様の基体移動装置４９（図７，９参照）が設けられている。基体移動装置４９の数は、前記した基体受取・払出し装置２、及び成膜室２２のそれと同一であり、その間隔も基体受取・払出し装置２及び成膜室２２のそれと同一である。

また移動チャンバー６の収納室４７内には、６基のヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが設けられている。６基のヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの構造は、前記した成膜チャンバー７の成膜室２２に配された６基のヒータ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと同様である。移動チャンバー６内の６基のヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの位置関係についても成膜チャンバー７の成膜室２２に配された６基のヒータ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと同一である。
なお、収納室４７内のヒータ（ヒータ４３ａ〜４３ｆ）の数や位置は上記構成に限定されるものではない。例えば、移動チャンバー６が成膜チャンバーと接続した際に、成膜チャンバーの電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに対向する位置に５基のヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを設けてもよい。この位置にヒータを設けると、収納室４７に基体キャリア７２を格納した際に、ヒータが空隙７４に位置することになり、ヒータが基板４６により近づくため加熱時間が短縮される。

チャンバー移動装置３２は、横列方向と、前後方向に移動チャンバー６を移動させるものであり、図１，７の様に横列方向の移動はレール５０に沿って行われ、前後方向には直線ガイド５１に沿って行われる。

すなわちチャンバー移動装置３２は、横列方向に延びる一対のレール５０を有する。レール５０は、公知の列車用レールと同様の断面形状をしている。レール５０は、床面に設けられたまくら木５４に公知のタイプレート等によって接続されている。

そしてレール５０の間には、図１，７の様に長尺のラック５２が歯面を横方向に向けて取り付けられている。

またレール５０の端部には、図７の様にストッパ５３が取り付けられている。ストッパ５３は、後記する移動台車５５の暴走を阻止するものであり、公知のショックアブゾーバが内蔵されている。

そしてレール５０には図１、７の様に移動台車５５が載置されている。移動台車５５は、ベース板６０の下面に４個の車輪６１が設けられたものである。本実施形態では、車輪６１は、自由回転を許すものであり、車輪６１は、レール５０に載置されている。

またベース板６０の一部には、張出部６２があり、ギャードモータ等の低速回転する電
動機６３が設けられている。電動機６３は、回転軸（図示せず）がベース板６０の下面側
に突出された状態で取り付けられており、回転軸にはピニオンギア６５が取り付けられて
いる。そしてピニオンギア６５は、レール５０の間に設けられたラック５２と係合として
いる。

したがって電動機６３を回転すると、ピニオンギア６５が回転し、ラック５２から受ける反力によって移動台車５５が自走する。なお本実施形態では、移動台車５５に真空ポンプ４４（図８）が搭載されている。
ここで、移動台車５５を自走させる構成は、上記したラックアンドピニオン形式に限定されるものではなく、車輪を直接モータ等によって回転させる形式にしてもよい。

移動台車５５のベース板６０の上面には、前記した直線ガイド５１が設けられている。直線ガイド５１は平行に二列設けられ、その方向は、床面のレール５０に対して直行する。

前記した直線ガイド５１の上には、移動板６７が設けられている。そして前記した移動チャンバー６は、図７，１０で示されるように移動板６７に固定されている。

また移動板６７の正面側（移動チャンバー６の収納室出入口３５側）の辺であって、その中央には、移動側ブラケット部６８（図７、図１０参照）が設けられている。移動側ブラケット部６８は移動板６７の下面側に突出する板体である。

一方、ベース板６０の上面側には、図１０に示すように固定側ブラケット部７０が設けられている。そして前記した固定側ブラケット部７０と移動側ブラケット部６８の間には、油圧又は空気圧シリンダー７１が取り付けられている。そのためシリンダー７１のロッドを伸縮させると、ベース板６０上の移動板６７が直線ガイド５１に沿ってレール５０と直行する方向に直線移動し、移動板６７に載置された移動チャンバー６が前後方向（成膜チャンバー群４２を構成するいずれかの成膜チャンバーに対して近接・離反方向）に直線移動する。

また移動板６７には図示しない真空ポンプ４４（図８に図示。図１，７には作図の都合上、図示を省略。）が搭載されている。真空ポンプ４４は、収納室側減圧装置として機能し、図８の様に移動チャンバー６の収納室４７に接続されている。

次に、基体４６を運搬する基体キャリア７２について説明する。

図１１に示されるように、基体キャリア７２は、細長い台車に二枚の枠体７７を対向して立設した様な形状をしている。すなわち基体キャリア７２は、直方体のキャリアベース７３を有し、その両側に合計８個の車輪７５が設けられている。またキャリアベース７３の底面には、ラック７６が取り付けられている。

キャリアベース７３の上面側の長辺部には、二枚の枠体７７が平行に対向して設けられている。枠体７７どうしの間は空隙７４となっている。すなわちキャリアベース７３と二枚の枠体７７によって上向きの「コ」の字形状をなしている。

枠体７７は、図１１，１２の様に、正方形の開口７８が２個設けられたものであり、当該開口７８の周囲にクリップ８０が多数設けられている。

基体キャリア７２の枠体７７には、図１２に示すように、背板８２と重ね合わせた状態で基体４６たるガラス基板が取り付けられ、この二者をクリップ８０が押さえている。

したがって、基体４６たるガラス基板の露出面は、対向する枠体７７の内側を向いている。

次に、本実施形態の薄膜製造装置１の全体的なレイアウトについて説明する。

本実施形態の薄膜製造装置では、図１の様に成膜チャンバー群４２を構成する６個の成膜チャンバーがいずれも成膜室出入口１９を同一方向に向けた状態で横列に配置されている。また基体受取・払出し装置２は、成膜チャンバー群４２と並んだ位置にあり、ガイド溝１５の長手方向の延長線がレール５０と直交する様な状態で配置されている。

成膜チャンバー群４２を構成する６個の成膜チャンバー及び基体受取・払出し装置２は、いずれも床面にしっかりと固定されており、動かない。

そして図１、７の様にチャンバー移動装置３２のレール５０が、成膜チャンバー群４２及び基体受取・払出し装置２の正面側に沿って設置されており、前記した様に移動台車５５を介して移動チャンバー６がレール５０に載置されている。移動チャンバー６の収納室出入口３５は、成膜チャンバー７〜１２の成膜室出入口１９に対して対向する方向を向いている。

本実施形態では、チャンバー移動装置３２の電動機６３を回転すると、移動台車５５が自走し、移動チャンバー６は、成膜チャンバー群４２の列方向に移動する。

またチャンバー移動装置３２のシリンダー７１を伸縮させると、移動チャンバー６は、成膜チャンバー群４２に対して近接・離反方向に移動する。

次に、本実施形態の薄膜製造装置１を利用した、薄膜の製造方法について説明する。

本実施形態の薄膜の製造方法の準備段階として、成膜チャンバー群４２を構成する６個の成膜チャンバー７〜１２の成膜室２２内を減圧する。具体的には、成膜室出入口１９のシャッター２１を閉じ、真空ポンプ（成膜室側減圧装置）３４を起動すると共に、弁３３を開いて成膜室２２内の空気を排気する。また基体４６を基体キャリア７２に取り付けておく。

本実施形態の薄膜の製造方法では、まず、基体受取・払出し装置２に基体キャリア７２をセットする。具体的には、基体キャリア７２を基体受取・払出し装置２に載置し、基体受取・払出し装置２の基体移動装置１５のガイド溝１７間に基体キャリア７２の車輪７５を嵌め込む。この時、基体キャリア７２の底面に設けられたラック７６が基体受取・払出し装置２に設けられた基体移動装置１５のピニオンギア１８と係合する。

そして以下の一連の作業工程は、図示しない制御装置によって自動的に行われる。

すなわち図示しない制御装置によって基体受取・払出し装置２、移動チャンバー６、成膜チャンバー群４２が有機的に動作し、基体４６上に多接合型太陽電池を構成する各層を形成していく。具体的には、基体４６上にアモルファスシリコンのｐ層、ｉ層及びｎ層を成膜することで、第１太陽電池層を形成し、さらに第１太陽電池層上に結晶質シリコン等の多結晶シリコンによるｐ層、ｉ層及びｎ層を成膜することで第２太陽電池層を形成する。

具体的に説明すると、基体キャリア７２を基体受取・払出し装置２に載置すると、基体受取・払出し装置２の位置に移動チャンバー６が移動する。すなわち、移動チャンバー６は、成膜チャンバー群４２の列方向に移動して基体受取・払出し装置２の前で停止する。なお位置決めは、電動機６３の回転数をカウントする方策や、公知のリミットスイッチを設けることによって行われる。

そして基体受取・払出し装置２に設けられた基体移動装置１５のピニオンギア１８、及び移動チャンバー６に設けられた基体移動装置４９のピニオンギア１８が回転する。そのことにより、基体キャリア７２が前進し、移動チャンバー６側に移動する。そして、移動チャンバー６側に移動した基体キャリア７２は、移動チャンバー６側に入り込む。

そして前記した様に、移動チャンバー６の基体移動装置４９のピニオンギア１８も回転しているから、基体キャリア７２のラック７６は、移動チャンバー６側のピニオンギア１８と係合し、基体キャリア７２は移動チャンバー６の収納室４７内に引き込まれる。

本実施形態では、基体受取・払出し装置２に５列の基体移動装置１５が設けられ、基体受取・払出し装置２には５基の基体キャリア７２がセットされている。ここで、基体受取・払出し装置２に設けられた基体移動装置１５の数及び間隔等と、移動チャンバー６側の基体移動装置４９の数及び間隔等が同一であるから、基体受取・払出し装置２にセットされた５基の基体キャリア７２は、全て移動チャンバー６側に移動し、その収納室４７内に納まる。

なお、５基の基体キャリア７２の移動は、一度に行っても良く、順に行ってもよい。移動チャンバー６から成膜チャンバー７〜１２への基体キャリア７２の移動、成膜チャンバー７〜１２から移動チャンバー６への基体キャリア７２の移動、及び移動チャンバー６から基体受取・払出し装置２への基体キャリア７２の移動についても同様であり、一斉に行っても良く、個別に行ってもよい。また、本実施形態では、基体受取・払出し装置２に５列の基体移動装置１５を設けているが、基体受取・払出し装置２、及び移動チャンバー６，成膜チャンバー７〜１２に設ける基体移動装置の数（基体移動装置１５，２９，４９の列数）は任意であり、適宜変更してよい。

基体受取・払出し装置２にセットされた５基の基体キャリア７２が、全て移動チャンバー６側に移動し、基体受取・払出し装置２上に基体キャリア７２が無くなれば、再度基体キャリア７２を基体受取・払出し装置２に補充する。この補充作業は、多くの場合、作業者の手作業によって行われる。

全ての基体キャリア７２が移動チャンバー６側に移動したことが確認されると、移動チャンバー６が再度横列方向に移動し、隣接する位置の成膜チャンバー７の前で停止する。なお、本実施形では成膜チャンバー７に基体キャリア７２を移動させる場合について説明し、移動チャンバー６から成膜チャンバー８〜１２のいずれかに基体キャリア７２を移動させる場合については、同様の説明を省略する。

続いて移動チャンバー６のシリンダー７１が伸び、移動チャンバー６が成膜チャンバー７に対して近接する方向に移動する。

そしてついには、図１３に示される様に、移動チャンバー６の先端が成膜チャンバー７の先端と当接する。

すなわち移動チャンバー６の収納室出入口３５が、成膜チャンバー７の成膜室出入口１９と合致し、移動チャンバー６のフランジ３７が、成膜チャンバー７のフランジ２０と合致して移動チャンバー６のフランジ３７が、成膜チャンバー７のフランジ２０を押しつける。

前記した様に成膜チャンバー７の成膜室出入口１９には気密性を備えたシャッター２１が設けられているので、移動チャンバー６においては、収納室４７と、成膜チャンバー７のシャッター２１とによって囲まれた閉塞空間が形成される。

移動チャンバー６のフランジ３７と成膜チャンバー７のフランジ２０が完全に結合されたことが確認されると、真空ポンプ（収納室側減圧装置）４４を起動すると共に弁４５を開き、前記した収納室４７と、成膜チャンバー７のシャッター２１とによって囲まれた閉塞空間から空気を排気し、減圧して真空にする。

そして前記した閉塞空間が所定の真空度に達すると、移動チャンバー６の収納室４７内に設けられた６基のヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを昇温し、内部の基体４６を加熱昇温する。

基体４６が所定の温度になったことが確認されると、成膜チャンバー７のシャッター２１が開かれる。ここで成膜チャンバー７の成膜室２２は、先に高真空状態となっているが、前記した様に収納室４７と、成膜チャンバー７のシャッター２１とによって囲まれた閉塞空間から空気を排気して当該部分も真空状態であるから、成膜チャンバー７のシャッター２１を開いても成膜室２２内の真空度は維持される。

そしてシャッター２１が完全に開いたことが確認されると、移動チャンバー６側の基体移動装置４９のピニオンギア１８、及び成膜チャンバー７の成膜室２２内に設けられた基体移動装置２９のピニオンギア１８を回転させる。なお今回のピニオンギア１８の回転方向は、基体キャリア７２を移動チャンバー６側に移動させる場合とは逆である。

ピニオンギア１８を回転させると基体キャリア７２が収納室出入口３５側に進む。すなわち基体キャリア７２は、移動チャンバー６側から、成膜チャンバー７の成膜室２２側に進み、成膜チャンバー７の成膜室２２に入り込む。そして前記した様に、成膜チャンバー７側の基体移動装置２９のピニオンギア１８も回転しているから、基体キャリア７２のラック７６は、成膜チャンバー７側のピニオンギア１８と係合し、基体キャリア７２は成膜チャンバー７の成膜室２２内に引き込まれる。

このとき、図１３に示される様に、基体キャリア７２の長方形のキャリアベース７３は、各電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの下部に設けられた隙間に入り込み、基体キャリア７２の枠体７７は、各電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの両脇に入り込む。そして、図４に示される様に、成膜室２２の内部には６基のヒータ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆがあり、各電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとヒータ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは互い違いに配されているので、各基体４６が、いずれもヒータ２３と電極２５の間に挿入される。

基体キャリア７２の全てが成膜チャンバー７の成膜室２２内に移動し、それぞれ所定の位置に配置されたことが確認されると成膜チャンバー７のシャッター２１を閉じる。そして成膜チャンバー７の成膜室２２内において、基体キャリア７２の基体４６にシリコン半導体が成膜されていく。

すなわち電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの枠体２６内に第１太陽電池層の原料ガス（シランガス）を供給すると共に電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに高周波の電流を印加し、電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅと基体キャリア７２の間にグロー放電を発生させて原料ガスを分解し、縦置きされた基体４６の表面上にアモルファスシリコンから形成される第１太陽電池層を形成させる。
次に、第１太陽電池層の原料ガスを成膜室２２及び枠体２６内から除去し、電極２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの枠体２６内に第２太陽電池層の原料ガスを供給した上で、前述した第１太陽電池層の成膜と同様の手段により、結晶質シリコンから形成される第２太陽電池層を形成させる。

そして本実施形態では、１つの成膜チャンバー７の成膜室２２内で、太陽電池を構成する各薄膜層を形成させる。すなわち、多接合型太陽電池は、ｐ層、ｉ層及びｎ層の各半導体層を積層して形成するシリコン層（太陽電池層）を複数積層させたものであるが、本実施形態では、１つの成膜チャンバー７の成膜室２２内で、全ての太陽電池層のｐ層、ｉ層及びｎ層の各半導体層を順次積層して行く。

また成膜チャンバー７内で成膜工程が実行されている間に、基体キャリア７２が排出されて空状態となり且つ減圧状態の移動チャンバー６に大気又は窒素を導入して、収納室４７内の圧力を外気圧と均衡化させる。

そして収納室４７内と外気との圧力差が解消すると、チャンバー移動装置３２のシリンダー７１を縮め、移動チャンバー６が成膜チャンバー７から離れる方向に移動する。すなわち接合状態であった、移動チャンバー６を成膜チャンバー７から分離する。

そして移動チャンバー６の電動機６３を再度回転させ、移動チャンバー６の移動台車５５をレール５０に沿って自走させて成膜チャンバー群４２の列方向に移動し、基体受取・払出し装置２の前で停止させる。

その後は、先の工程と同様に基体受取・払出し装置２にセットされた基体キャリア７２を移動チャンバー６の収納室に移動させ、移動チャンバー６の移動台車５５をレール５０に沿って自走させて二番目の成膜チャンバーである成膜チャンバー８の前で停止し、移動チャンバー６の先端を成膜チャンバー８の先端と当接させる。

その後に、収納室４７と成膜チャンバー８のシャッター２１とによって囲まれた閉塞空間を減圧し、ヒータ４３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆによって内部の基体４６を加熱昇温する。

その後に成膜チャンバー８のシャッター２１を開いて移動チャンバー６内の基体キャリア７２を成膜チャンバー８の成膜室２２に移動させ、シャッター２１を閉じて成膜を行う。

こうして次々に成膜チャンバー群４２を構成する成膜チャンバー（成膜チャンバー７〜１２）に基体４６を挿入し、各成膜チャンバー内でｐ層、ｉ層及びｎ層の各半導体層を積層する。

そして積層工程が終了した成膜チャンバー（成膜チャンバー７〜１２）から順次基体キャリア７２を運び出し、基体受取・払出し装置２に戻す。

本実施形態では、この戻し作業についても、移動チャンバー６を使用する。

すなわち６基の成膜チャンバー群４２の中で全ての成膜作業が終了した成膜チャンバーがある場合、あるいは成膜作業か終盤に差しかかった成膜チャンバーがある場合は、基体キャリア７２を内蔵せずに空状態の移動チャンバー６を当該成膜チャンバーに接続する。すなわち移動チャンバー６の移動台車５５をレール５０に沿って自走させて成膜作業が終了した成膜チャンバーの前で停止し、移動チャンバー６を前進させて移動チャンバー６の先端を当該成膜チャンバーの先端と当接させ、移動チャンバー６のフランジ３７を、当該成膜チャンバーのフランジ２０に押しつける。なお、以下では成膜チャンバー７で成膜が終了した場合についてのみ説明し、成膜チャンバー８〜１２ついては同様の説明を省略する。

真空ポンプ４４によって収納室４７と、成膜チャンバー７のシャッター２１とによって囲まれた閉塞空間を減圧する。

そしてシャッター２１を開き、成膜が終了した基体４６を成膜チャンバー７側から移動チャンバー６側に移動させる。すなわち成膜チャンバー７及び移動チャンバー６の基体移動装置２９，４９のピニオンギア１８を先の場合とは逆に回転させ、基体キャリア７２を成膜チャンバー７の成膜室出入口１９側に移動させ、さらに移動チャンバー６の収納室４７側に基体キャリア７２を引き込む。

すべての基体キャリア７２が移動チャンバー６側に移動したことが確認されると、シャッター２１を閉じ、移動チャンバー６に大気又は窒素が導入される。

そして収納室４７内と外気との圧力差が解消すると、移動チャンバー６のシリンダー７１を縮め、移動チャンバー６を成膜チャンバー７から離れる方向に移動させ、移動チャンバー６を成膜チャンバー７から分離する。そしてチャンバー移動装置３２の電動機６３を再度回転させ、移動台車５５をレール５０に沿って自走させて成膜チャンバー群４２の列方向に移動し、基体受取・払出し装置２の前で停止させる。

そして移動チャンバー６内の基体移動装置１５、及び基体受取・払出し装置２の基体移動装置４９，１５のピニオンギア１８を回転させ、移動チャンバー６内の基体キャリア７２を基体受取・払出し装置２側に移動させる。

以下、この工程を繰り返し、基体４６に薄膜を積層する作業を行う。

ここで、本実施形態では、アモルファスシリコンによる太陽電池層であって、形成に必要な時間が約３０分であるものを第１太陽電池層に採用した。そして、結晶質シリコンによる太陽電池層であって、形成に必要な時間が約２時間であるものを第２太陽電池層に採用した。加えて本実施形態では、基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間が約３０分のものを採用した。このことより、「第１太陽電池層の成膜に要する時間」であるＴ１を３０分とし、「第２太陽電池層成膜に要する時間」と「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」の合計であるＴ２を２時間３０分とした。そしてＴ１とＴ２の関係から成膜チャンバー群４２の成膜チャンバーの数Ｘを６とした。つまり、Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数をＸとした。（「≒」は四捨五入するものであり、Ｎは整数とする）

具体的に説明すると、上記した「第１太陽電池層の成膜に要する時間」とは、成膜チャンバーのシャッター２１が閉じた瞬間から、成膜チャンバー内に第１太陽電池層の原料ガスを供給し、グロー放電を発生させて原料ガスを分解し、第１太陽電池層を形成させた後、成膜チャンバー内から当該第１太陽電池層の原料ガスを除去するまでの時間である。
また、「第２太陽電池層成膜に要する時間」とは成膜チャンバー内に第２太陽電池層の原料ガスの供給を開始してから、グロー放電を発生させて原料ガスを分解し、第２太陽電池層を形成させた後、成膜チャンバー内から当該第２太陽電池層の原料ガスを除去するまでの時間である。
そして、「基体の移動及び受け取り、払い出しに必要な時間」とは、移動チャンバー６を適宜の成膜チャンバーの前まで移動してから、移動チャンバー６が成膜チャンバーと密着した後、収納室４７内を減圧し、成膜チャンバーのシャッター２１を開き、成膜チャンバー内にある全ての基体キャリア７２を収納室４７内に移動させ、成膜チャンバーのシャッター２１を閉じて、収納室４７内を加圧し、移動チャンバー６を成膜チャンバーから離れる方向へ移動させ、移動チャンバー６を基体受取・払出し装置２の前まで移動し、基体受取・払出し装置２に全ての基体キャリア７２を受け渡し、移動チャンバー６が基体受取・払出し装置２から未成膜の基体４６（新たな基体キャリア７２）を受け取って、前記成膜チャンバーの前まで移動し、前記成膜チャンバーの成膜室２２へ未成膜の基体４６を受け渡し、成膜チャンバーのシャッター２１を閉じるまでの時間である。

つまり、上記したように本実施形態では、成膜チャンバーの数Ｘを前記Ｔ１と前記Ｔ２の関係によって決定している。したがって、Ｘは６に限るものではなく、例えばＴ１が５分でＴ２が６０分の場合は、成膜チャンバーの数は１３個となる。また、例えばＴ１が４分でＴ２が２９分の場合は、Ｔ１：Ｔ２＝１：７．２５より、Ｎ＝７であるので、成膜チャンバーの数は８個となるものである。

加えて、図１４に示されるように、各成膜チャンバーにおける最初の第１太陽電池層の成膜開始時間がＴ１（３０分）ずつずれるように、基体を搬入して成膜を開始した。なお、図１４の左端の数字は成膜が開始される順番を示すものとする。具体的には、成膜チャンバー７で第１太陽電池層の成膜が開始されてから、Ｔ１（３０分）後、成膜チャンバー８で第１太陽電池層の成膜を開始する、という具合に成膜チャンバー群４２を構成する成膜チャンバー７〜１２において、順次Ｔ１（３０分）ずつの間隔を設けて、第１太陽電池層の成膜を開始した。

すると、成膜チャンバー８で第１太陽電池層の成膜を開始するとき、成膜チャンバー７における第１太陽電池層の成膜開始からＴ１（３０分）経過しているので、成膜チャンバー７では第１太陽電池層の成膜が終了し、第２太陽電池層の成膜が開始されている。以下同様に、いずれかの成膜チャンバーで第１太陽電池層の成膜が開始される時、１つ前に第１太陽電池層の成膜を開始した成膜チャンバーで、第１太陽電池層の成膜が完了されている状態となる。

したがって、いずれかの成膜チャンバーにおいて第１太陽電池層の成膜を行う際に、他のチャンバーで第１太陽電池層を成膜しない状態にできる。つまり、薄膜製造装置１全体で、第１太陽電池層を成膜するチャンバーを常に１つのみにすることができる。このことにより、薄膜製造装置１の第１太陽電池層の原料ガス（シランガス）の最大供給量は、薄膜製造装置１の成膜チャンバーが１台のみである場合と同じ量にすることが可能なため、従来のＸ分の１（本実施形態では６分の１）の量に低減させることができる。

ここで、本発明の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法では、薄膜製造装置１の全成膜チャンバーの数ＸをＴ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数（Ｘ＝Ｎ＋１）としている。そのため、最初に第１太陽電池層の成膜を開始した成膜チャンバー７を除く、全ての成膜チャンバーにおける第１太陽電池層の成膜にかかる時間（Ｔ１）の合計Ｓは、Ｓ＝Ｔ１（Ｘ−１）又は、Ｓ＝Ｔ１×Ｎとなる。

また、上記したように、全ての成膜チャンバーで第１太陽電池層を成膜する時間が重ならず、連続して第１太陽電池層を成膜するため、前記Ｓ（成膜チャンバー７以外の全ての成膜チャンバーの第１太陽電池層の成膜にかかる時間の合計）と、２番目の成膜チャンバー（成膜チャンバー８）が第１太陽電池層の成膜を開始してから、最後の成膜チャンバー（成膜チャンバー１２）で第１太陽電池層の成膜が完了するまでの時間が等しくなる。

さらに、本発明の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法では、Ｔ１とＴ２がＴ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たす。第２太陽電池層を成膜するために要する時間と基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間の合計であるＴ２がＴ２≒Ｔ１×Ｎを満たす。したがって、このＴ２≒Ｔ１×Ｎと前記したＳ＝Ｔ１×ＮよりＴ２≒Ｓが成立する。

これらのことから、本発明の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法では、成膜チャンバー７で第２太陽電池層の成膜成膜を開始してから、第２太陽電池層の成膜が終了し、成膜後の基体を払い出し、新たな基体を搬入するまでの時間と、成膜チャンバー８（２番目に成膜を開始する成膜チャンバー）が第１太陽電池層の成膜を開始してから、成膜チャンバー１２（最後に成膜を開始するチャンバー）で第１太陽電池層の成膜が完了するまでの時間は略等しく２時間３０分（Ｔ２）となる。

ここで、成膜チャンバー７で第２太陽電池層の成膜を開始する時刻と、成膜チャンバー８で第１太陽電池層の成膜を開始する時刻は略同じ（成膜チャンバー７での成膜開始からＴ１（３０分）後）となっている。したがって、成膜チャンバー７で第２太陽電池層の成膜を開始してからＴ２（２時間３０分）経過すると、成膜チャンバー８から順番に第１太陽電池層の成膜が完了していき、成膜チャンバー１２での第１太陽電池層の成膜が完了する。そのとき、成膜チャンバー７では第２太陽電池層の成膜が完了した基体が払い出され、新たな未成膜の基体が搬入されており、新たな未成膜の基体に対して成膜可能な状態となっている。つまり、成膜チャンバー１２での1回目の第１太陽電池層の成膜の完了と略同時に、成膜チャンバー７で２回目の第１太陽電池層の成膜が開始することができる。なお、このとき、成膜チャンバー８〜１２はいずれも第２太陽電池層の成膜をおこなっており、第１太陽電池層の成膜を行っている成膜チャンバーはない。

その後、成膜チャンバー８〜１２でＴ１（３０分）ずつ間隔をおいて、基体４６への成膜及び新たな基体４６への成膜の準備が完了するので、再び、順次Ｔ１（３０分）ずつの間隔を設けて２回目の成膜を行っていく。このように成膜を行うことで、第１太陽電池層の原料ガスの最大供給量を従来のＸ分の１（６分の１）の量に低減させたまま、成膜チャンバー群４２を構成する全ての成膜チャンバー及び、移動チャンバー６を休止することなく稼働させることができる効率のよい成膜を行うことができる。

なお、本実施形態では基体受取・払出し装置２は、１台のみ設けたが、太陽電池の製造装置に設ける基体受取・払出し装置２は１台に限るものではない。例えば、２台設けて、基体の受取りと払出し別途行ってもよいし、３台設けて基体の受取りと払出しを別途行うと共に、突発故障時の基体の退避場所を設けてもよい。また４台以上設けて、上記した基体の受取り、払出し及び基体の退避場所の様な工程上必要な機能をそれぞれ任意に割り当ててもよい。

上記した実施形態では、「第１太陽電池層の成膜に要する時間」をＴ１とし、「第２太陽電池層成膜に要する時間」と「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」の合計をＴ２としたが、「第１太陽電池層の成膜に要する時間」をＴ１、「第２太陽電池層成膜に要する時間」をＴ２「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」をＴ３としてもよい。この場合、成膜チャンバーの数ＸはＴ１，Ｔ２，Ｔ３の関係から決定することができる。即ち、Ｔ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：Ｚを満たすＮとＺの和に１を加えた数（Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合）とすることができる。そして、Ｔ３ずつずらして成膜を実施することにより、従来の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法に比べて、第１太陽電池層と第２太陽電池層の少なくとも１つの原料ガスの最大供給量を減少することができる。

また、前記した「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」は上記したものに限るものではない。「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」とは、基体を成膜チャンバーに搬入し、基体に成膜を行い、成膜後の基体を成膜チャンバーから搬出し、新たな基体を成膜チャンバーに搬入するという一連の工程を繰り返す場合、成膜チャンバー内で基体に成膜を行うために必要な前工程と後工程に要する時間である。そのため、「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」は太陽電池の製造装置の構成により適宜変更されるものである。
例えば、２つの移動チャンバーを用いて、それぞれの移動チャンバーで成膜後の基体の搬出と未成膜の基体の搬入を行う場合においては、一つの移動チャンバーが未成膜の基体を搬入している間に、もう一つの移動チャンバーが成膜後の基体を基体受取・払出し装置に移送することができる。したがって、「基体の移動及び受け取り、払い出しに要する時間」は、成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計とすることができる。

ここで、本発明の太陽電池の製造装置及び太陽電池の製造方法で製造される太陽電池は、特に限定されるものではないが、基板上に複数の導電膜層及び太陽電池層を積層させ、各層の適当な部分を光ビームによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に集積化してなる薄膜太陽電池モジュールの製造において好適に用いることができる。即ち、光ビームによる加工の前工程に使用することができる。

なお、上記した実施形態では、第１太陽電池層と第２太陽電池層を同一の成膜チャンバーにて成膜する場合について説明したが、本発明の太陽電池の製造装置はこれに限定されるものでなく、例えば第１太陽電池層と第２太陽電池層を異なる成膜チャンバーにて成膜を行う場合においても好適に使用することができる。

１薄膜製造装置
６移動チャンバー
７，８，９，１０，１１，１２成膜チャンバー
４６基板

Claims

基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ２としたとき、成膜チャンバーの数が次式のＮに１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置。
Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ
又は
Ｔ１：Ｔ２≒Ｎ：１
基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と成膜後の基板を所定の位置に搬送してから、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでに要する時間の合計をＴ２としたとき、成膜チャンバーの数が次式のＮに１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置。
Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ
又は
Ｔ１：Ｔ２≒Ｎ：１
基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬送し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間をＴ２とし、成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ３としたとき、Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合、成膜チャンバーの数が次式のＮとＺの和に１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置。
Ｔ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：Ｚ
基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬送し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間をＴ２とし、成膜後の基板を所定の位置に搬送してから、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでに要する時間の合計をＴ３としたとき、Ｔ３がＴ１，Ｔ２及びＴ３の内で最小の値である場合、成膜チャンバーの数が次式のＮとＺの和に１を加えた数であることを特徴とする太陽電池の製造装置。
Ｔ３：Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎ：Ｚ
第１太陽電池層と第２太陽電池層の内の一方は、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層されたものであり、他方は結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層されたものであり、成膜チャンバーの数が６であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池の製造装置。
基板上に少なくとも第１導電膜層と、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第１太陽電池層と、結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第２太陽電池層と、第２導電膜層が積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造装置であって、前記第１太陽電池層と第２太陽電池層とをＣＶＤ法によって単一の成膜チャンバーで成膜するものであり、前記成膜チャンバーを複数有し、さらに成膜チャンバーに基板を供給・排出するために基板を輸送する移動チャンバーを有し、移動チャンバーによって電池層成膜前の基板をそれぞれの成膜チャンバーに搬送し、それぞれの成膜チャンバーで基板に対して第１太陽電池層と第２太陽電池層とを成膜し、第１太陽電池層と第２太陽電池層とが成膜された電池層成膜後の基板を移動チャンバーに移送して移動チャンバーで所定の位置に搬送し、さらに空いた成膜チャンバーに新たな電池層成膜前の基板を搬入し、これら一連の動作を連続的に実施する太陽電池の製造装置において、成膜チャンバーの数が６であることを特徴とする太陽電池の製造装置。
前記太陽電池は、基板上に少なくとも第１導電膜層と、アモルファスシリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第１太陽電池層と、結晶質シリコンを素材としてｐ層ｉ層ｎ層が積層された第２太陽電池層と、第２導電膜層が積層されており、前記各層の少なくとも一部を光ビームによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に集積化してなる薄膜太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池の製造装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池の製造装置を使用して、第１太陽電池層及び第２太陽電池層を成膜することを特徴とする太陽電池の製造方法。
成膜室を有し当該成膜室内で基体に薄膜を成膜する成膜チャンバーを有し、複数の成膜チャンバーを備えた太陽電池の製造装置を使用して、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
アモルファスシリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層し、第１太陽電池層を製造する第１の工程と、
第１太陽電池層上に結晶質シリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層して第２太陽電池層を製造する第２の工程とを有しており、
前記第１の工程と第２の工程は単一の成膜チャンバー内で行われ、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と、成膜後の基板を成膜チャンバーから取り出し、新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するまでの時間の合計をＴ２としたとき、Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数の成膜チャンバーにおいて、前記第１の工程がＴ１以上の間隔を設けて開始されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
成膜室を有し当該成膜室内で基体に薄膜を成膜する成膜チャンバーを有し、複数の成膜チャンバーを備えた太陽電池の製造装置を使用して、基板上に少なくとも第１太陽電池層と、第２太陽電池層とが積層された太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
アモルファスシリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層し、第１太陽電池層を製造する第１の工程と、
第１太陽電池層上に結晶質シリコンを素材とするｐ層ｉ層ｎ層を積層して第２太陽電池層を製造する第２の工程とを有しており、
前記第１の工程と第２の工程は単一の成膜チャンバー内で行われ、
第１太陽電池層の成膜に要する時間をＴ１とし、第２太陽電池層の成膜に要する時間と、成膜後の基板を所定の位置に搬送するために要する時間、及び新たな基板を成膜チャンバーへ搬入するために要する時間の合計をＴ２としたとき、Ｔ１：Ｔ２≒１：Ｎを満たすＮに１を加えた数の成膜チャンバーにおいて、前記第１の工程がＴ１以上の間隔を設けて開始されることを特徴とする太陽電池の製造方法。