JPH09223810A

JPH09223810A - 薄膜作製装置

Info

Publication number: JPH09223810A
Application number: JP8054170A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakai; 明酒井; Shotaro Okabe; 正太郎岡部; Sunao Yoshisato; 直芳里; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Tomonori Nishimoto; 智紀西元; Takahiro Yajima; 孝博矢島; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、熱された前記帯状部材の搬送をさら
に安定なものとし、特性の均一性に優れ、欠陥の少ない
薄膜として、とりわけ光起電力素子等の薄膜を大量生産
することが可能な薄膜作製装置を提供することを目的と
している。【解決手段】本発明は、帯状部材を連結部で接続された
複数の真空容器内を連続的に通過させ、プラズマＣＶＤ
法により該帯状部材表面に複数の異なる薄膜を積層する
薄膜作製装置において、前記複数の真空容器をこの真空
容器を支持する架台に固定するとともに、前記真空容器
と前記連結部との間に、該真空容器の熱膨張の伸縮作用
で該真空容器に発生する前記帯状部材の搬送方向の応力
を緩和する機構を設けたことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ法に
より帯状部材表面に複数の異なる薄膜を積層する薄膜作
製装置に係り、特に、ロール・ツー・ロール装置を用い
た太陽電池等の光起電力素子を連続的に大量に生産する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、例えば、ａ−Ｓｉ膜等を
用いた光起電力素子の作製には、一般的には、プラズマ
ＣＶＤ法が広く用いられており、企業化されている。し
かしながら、光起電力素子を電力需要を賄うものとして
確立させるめには、使用する光起電力素子が、光電変換
効率が充分に高く、特性安定性に優れたものであり、且
つ大量生産し得るものであることが基本的に要求され
る。そのためには、ａ−Ｓｉ膜等を用いた光起電力素子
の作製においては、電気的、光学的、光導電的あるいは
機械的特性及び繰り返し使用での疲労特性あるいは使用
環境特性の向上を図るとともに、大面積化、膜厚及び膜
質の均一化を図りながら、しかも高速成膜によって再現
性のある量産化を図らねばならない。その中で、これま
でマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成方法に
ついては多くの報告がなされている。例えば、文献（１）：¨ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎｏｆａ−ＳｉＧｅ：Ｈｆｉｌｍｓ
ｕｔｉｌｉｚｉｎｇａｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｅｘｃ
ｉｔｅｄｐｌａｓｍａ¨Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．
Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ａｚｕｍａ，Ｍ．Ｎａｋａｔａｎ
ｉ，Ｔ．Ｓｏｎｏｂｅ，Ｔ．Ｓｉｍａｄａ，Ｊａｐａｎ
ｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，１
９８７，ｐｐ．Ｌ２８８−Ｌ２９０と、文献（２）：¨Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｅｘｃｉｔｅｄ
ｐｌａｓｍａＣＶＤｏｆａ−Ｓｉ：Ｈｆｉｌｍｓ
ｕｔｉｌｉｚｉｎｇａｈｙｄｒｏｇｅｎｐｌａｓ
ｍａｓｔｒｅａｍｏｒｂｙｄｉｒｅｃｔｅｘ
ｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｓｉｌａｎｅ¨Ｔ．Ｗａｔａ
ｎａｂｅ，Ｍ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ａｚｕｍａ，Ｍ．Ｎ
ａｋａｔａｎｉ，Ｔ．Ｓｏｎｏｂｅ，Ｔ．Ｓｉｍａｄ
ａ，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．８，
Ａｕｇｕｓｔ，１９８７，ｐｐ．１２１５−１２１８等
には、磁界中をサイクロトロン運動する電子にマイクロ
波エネルギーを共鳴させて、高密度のプラズマを低圧力
下で実現させるＥＣＲ装置に関する報告がされている。
前記文献（１）では、ＥＣＲ装置を用いて、ＳｉＨ4ガ
スおよび、ＧｅＨ4ガスを分解し、ａ−ＳｉＧｅ膜の高
速堆積を可能としたことが、文献（２）では、ＥＣＲ装
置で、プラズマ分解されたＨ2ガス流の中に、ＳｉＨ4ガ
スを導入することで高品質のａ−Ｓｉ膜の高速堆積の可
能性が報告されている。また、文献（３）の特開昭５９
−５６７２４号公報「マイクロ波プラズマによる薄膜形
成方法」は、マイクロ波プラズマを生起するための円筒
型の共振器を用い、内外二重管より導入されるガスを混
合するとともに、前記プラズマ分解することで、基板上
に堆積膜を形成させるもので、マイクロ波プラズマ生起
手段の一形式を提示している。

【０００３】光起電力素子については、その重要な構成
要素たる半導体層は、いわゆるｐｎ接合、ｐｉｎ接合等
の半導体接合がなされている。ａ−Ｓｉ等の薄膜半導体
を用いる場合、ホスフィン（ＰＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ
6）等のドーパントとなる元素を含む原料ガスを主原料
ガスであるシラン等に混合してグロー放電分解すること
により所望の導電型を有する半導体膜が得られ、所望の
基板上にこれらの半導体膜を順次積層作製することによ
って容易に前述の半導体接合が達成できることが知られ
ている。そしてこのことから、ａ−Ｓｉ系の光起電力素
子を作製するについて、その各々の半導体層作製用の独
立した成膜室を設け、該成膜室にて各々の半導体層の作
製を行う方法が提案されている。因に米国特許第４，４
００，４０９号明細書には、ロール・ツー・ロール（Ｒ
ｏｌｌｔｏＲｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマ
ＣＶＤ装置が開示されている。この装置によれば、複数
のグロー放電領域を設け、所望の幅の十分に長い可撓性
の基板を、該基板が前記各グロー放電領域を順次貫通す
る経路に沿って配置し、前記各グロー放電領域において
必要とされる導電型の半導体層を堆積しつつ、前記基板
をその長手方向に連続的に搬送せしめることによって、
半導体接合を有する素子を連続作製することができると
されている。なお、該明細書においては、各半導体層作
製時に用いるドーパントガスが他のグロー放電領域へ拡
散、混入するのを防止するにはガスゲートが用いられて
いる。具体的には、前記各グロー放電領域同志を、スリ
ット状の分離通路によって相互に分離し、さらに該分離
通路に例えばＡｒ、Ｈ2等の掃気用ガスの流れを作製さ
せる手段が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の真空装置は、量産装置としたとき複数の真空
容器を連結し配置するため、大型となり特に、帯状部材
の搬送方向に対し長大となる傾向があった。このように
従来のロール・ツー・ロール型のプラズマＣＶＤ法によ
る光起電力素子の作製装置においては、帯状部材の搬送
方向に対し長大になる傾向があり、さらに所望の特性の
光起電力特性を得ようとした場合、帯状部材の温度を昇
温させること、及び、不純物の除去のための真空容器の
ベーキングなどの温度の変化プロセスを実施していた。
しかしながら、これによる熱膨張と冷却による収縮を繰
り返す工程による熱履歴は真空容器に応力として作用
し、ひずみをもたらし、特に、強度の弱い箇所にヒビを
発生させ、リーク発生等の問題を引き起こす可能性をも
っていた。

【０００５】そこで、本発明は上記従来のものにおける
課題を解決すると共に、加熱された前記帯状部材の搬送
をさらに安定なものとし、特性の均一性に優れ、欠陥の
少ない薄膜として、とりわけ光起電力素子等の薄膜を大
量生産することが可能な薄膜作製装置を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、薄膜とりわけ光起電力素子等の薄膜作製装
置をつぎのように構成したものである。すなわち、本発
明の薄膜作製装置は、帯状部材を連結部で接続された複
数の真空容器内を連続的に通過させ、プラズマＣＶＤ法
により該帯状部材表面に複数の異なる薄膜を積層する薄
膜作製装置において、前記複数の真空容器をこの真空
容器を支持する架台に固定するとともに、前記真空容器
と前記連結部との間に、該真空容器の熱膨張の伸縮作用
で該真空容器に発生する前記帯状部材の搬送方向の応力
を緩和する機構を設けたことを特徴とする。そして、本
発明においては、前記応力を緩和する機構を、前記真空
容器の移動を吸収する伸縮吸収機構により構成すること
ができる。その際、本発明においてはこの伸縮吸収機構
を、ベローズ構造、またはゴム製オーリングを複数積層
した構造を採ることができる。また、本発明において
は、前記連結部は、ガスゲートで構成し、とりわけ光起
電力素子等の薄膜作製装置を構成することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により、真空
容器の熱膨張の伸縮作用で該真空容器に発生する前記帯
状部材の搬送方向の応力を緩和し、上記した本発明の目
的を達成するものである。すなわち、本発明は、光起電
力素子等の作製装置が帯状部材搬送方向に長大となるた
め、とくにこの方向に応力の発生量が大きくなることに
着目し発明されたものであり、本発明の伸縮吸収機構は
帯状部材搬送方向に特に大きな自由度を持たせることが
好ましい。本発明において、帯状部材搬送方向の伸縮吸
収機構は、搬送方向に一列に配列され、架台に固定され
た複数の真空容器の連結部の全ての間に設置しても良
く、また、前記帯状部材の加熱および、真空容器のベー
キングなどの加熱工程を必要としない真空容器に関して
は、該伸縮吸収機構を設置しても、また、設置しなくて
も構わない。本発明において、前記真空容器と前記架台
との固定手段については、ボルト止め、溶接等により可
能であるが、各真空容器および、前記連結部の分解整
備、メンテナンス維持管理の点で、前記架台との切り離
しおよび、固定が比較的容易に実現出来る構造が好まし
い。本発明において、伸縮吸収機構の前記帯状部材搬送
方向の伸び量および、縮量は、室温での安定位置を原点
として、それぞれ最大で３０ｍｍ、および、６０ｍｍ
で、より好ましは、それぞれ、１５ｍｍおよび、３０ｍ
ｍの伸縮距離を設けることが好ましい。本発明におい
て、前記連結部に設置される伸縮吸収機構は前記帯状部
材搬送方向に伸縮するベローズ構造にすることで伸縮距
離を前記の範囲で実現することが可能である。該ベロー
ズ構造は材質はＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、
Ｖ、Ｃｒ、ステンレス等の機械的強度および加工容易性
から適宜選択される。また、該伸縮吸収機構の断面形状
は、前記帯状部材の幅、および、前記結合部材の断面形
状に依存するが、加工容易性からその断面は、長方形、
正方形、円形、および、楕円形のいずれであっても構わ
ない。また、本発明の前記伸縮機構はオーリングの伸縮
特性を活用しても実現可能である。本発明においてオー
リングの材質は、ニトリル、シリコンゴム、フッ素ゴム
などが好適に用いられる。伸縮距離については、オーリ
ングのゴム径を適宜選択することで実現可能である。通
常、直径１０ｍｍでは、真空容器および前記連結部の真
空シール機能を維持しながらのゴムの伸縮の許容度は２
ｍｍ程度であるため、前記伸縮距離を実現するために
は、該オーリングを複数個重ねて用いることが必要であ
る。この場合、オーリングを重ねるためのフランジとし
て、「平面座形」および、オーリングを埋め込む溝を持
った「溝形」の各フランジを複数用いることが可能であ
る。上述した本発明の光起電力素子を連続的に作製する
装置を用いて、光起電力素子を作製することにより、前
述の諸問題を解決するとともに連続移動する帯状部材の
搬送をより安定化せしめることが可能となる。さらに、
この結果、高品質で優れた均一性を有する光起電力素子
を作製することができる。

【０００８】以下に、本発明における光起電力素子の連
続作製装置についての詳細を、図に基づいて説明する。
図１は本発明の光起電力素子を連続製造装置の典型的一
例を示す模式的説明図である。同図において、真空容器
１００の中に、概ね直方体形状のｉ型半導体作製用の成
膜容器１０１と帯状部材１０４とで形成される第１、第
２、第３の成膜空間を構成する。真空容器１００及び、
成膜容器１０１は、それぞれ金属性であって電気的に接
続されている。堆積膜が形成される帯状部材１０４は真
空容器１００の図示左側即ち、搬入側の側壁に取り付け
られたガスゲート１２９を経てこの成膜容器１０１内に
導入され、成膜空間を貫通し、真空容器１００の図示右
側即ち、搬出側の側壁に取り付けられたガスゲート１３
０を通って真空容器１００の外部へ搬出されるようにな
っている。

【０００９】成膜空間内には、図２に示すように第１、
第２、第３のアプリケータ１０５、１０６、１０７が帯
状部材１０４の搬送方向に沿って並ぶように取り付けら
れている。各アプリケータ１０５、１０６、１０７はマ
イクロ波エネルギーを成膜空間に導入するためのもので
あり不図示のマイクロ波電源に一端が接続された導波管
１１１、１１２、１１３の他端が、それぞれ接続されて
いる。また、アプリケータ１０５、１０６、１０７の成
膜空間への取り付け部位は、それぞれ、マイクロ波を透
過する材料からなるマイクロ波透過性部材１０８、１０
９、１１０とから成っている。また、成膜容器１０１の
底面には、原料ガスを放出する第１、第２、第３のガス
導入手段１１７、１１８、１１９がそれぞれ取り付けら
れ、原料ガスを放出するための多数のガス放出孔が帯状
部材１０４に向けられて配設されている。これらのガス
放出手段は、不図示のガス供給設備に接続されている。
また、アプリケータの対抗側即ち図示手前側の側壁に
は、排気パンチングボード１２０、１２１、１２２が取
り付けられマイクロ波エネルギーを成膜空間内に閉じ込
めるとともに排気管１２５、１２６（図１）に接続され
た排気スロットバルブ１２７、１２８を介して真空ポン
プなどの不図示の排気手段に接続されている。また、
図１の装置は、機能性堆積膜を連続的に形成する装置で
あり、帯状部材１０４の送り出し及び巻き取り用の真空
容器３０１及び３０２、第１の導電型層作製用の真空容
器１００ｎ、ｉ型層作製用の真空容器１００、第２の導
電型層作製用の真空容器１００ｐをガスゲートを介して
接続した装置から構成されている。第１の導電型層作製
用の真空容器１００ｎ及び、第２の導電型層作製用の真
空容器１００ｐは先に説明したｉ型層作製用の真空容器
１００内の構造に対してアプリケータを一台とし、真空
容器１００ｎ、１００ｐの中に、それぞれ概ね直方体形
状の容器１０１ｎ、１０１ｐと帯状部材１０４とで成膜
空間１０２ｎ、１０２ｐを形成する。図１の真空容器１
００ｎ、１００ｐ及び、成膜容器１０１ｎ、１０１ｐ
は、それぞれ金属性であって電気的に接続されている。
３０３は帯状部材１０４の送り出し用ボビン、３０４は
帯状部材１０４の巻き取り用ボビンであり、図中矢印方
向に帯状部材が搬送される。もちろんこれは逆転させて
搬送することもできる。また、真空容器３０３、３０４
中には帯状部材１０４の表面保護用に用いられる合紙の
巻き取り、及び送り込み手段を配設しても良い。前記合
紙の材質としては、耐熱性樹脂であるポリイミド系、テ
フロン系及びグラスウール等が好適に用いられる。３０
５、３０６は張力調整及び帯状部材の位置出しを兼ねた
搬送用ローラーである。３１４、３１５は圧力計。１２
７ｎ、１２７、１２８、１２８ｐ、３０７、３０８はコ
ンダクタンス調整用のスロットバルブ、１２５ｎ、１２
５、１２６、１２５ｐ、３１０、３１１は排気管であり
それぞれ一部分がフレキシブル構造となっており、それ
ぞれ不図示の床に固定された排気ポンプに接続されてい
る。１２９ｎ、１２９、１３０、１２９ｐはガスゲート
であり、１３１ｎ、１３１、１３２、１３１ｐはゲート
ガス導入管で、それぞれ不図示のガス配管の一部分がフ
レキシブル構造となっており、さらに床に固定されたガ
ス供給設備に接続されている。１０５ｎ、１０５、１０
６、１０７、１０５ｐはマイクロ波導入のためのアプリ
ケータでそれらの先端部にマイクロ波透過性部材１０８
ｎ、１０８、１０９、１１０、１０８ｐがそれぞれ取り
付けられており、導波管１１１ｎ、１１１、１１２、１
１３、１１１ｐを通じて、不図示のマイクロ波電源に接
続されている。各成膜容器１０１ｎ、１０１、１０１ｐ
の帯状部材１０４を挟んで成膜空間と反対側には、多数
の赤外線ランプヒーター１２４ｎ、１２４、１２４ｐ
と、これら赤外線ランプヒーターからの放射熱を効率良
く帯状部材１０４に集中させるためのランプハウス１２
３ｎ、１２３、１２３ｐがそれぞれ設けられている。ま
た、帯状部材１０４の温度を監視するための熱電対１３
４ｎ、１３４、１３４ｐがそれぞれ帯状部材１０４に接
触するように接続されている。

【００１０】つぎに、本発明における伸縮機構について
説明する。図５は本発明の装置の断面図で、真空容器３
０１、１００ｎ、１００、１００ｐのそれぞれの連結部
の間にそれぞれ固定された伸縮機構のベローズ部材２１
である。同図において、ベローズ部材２１は帯状部材１
０４の搬送方向に熱伸縮を繰り返して各真空容器が定位
置から移動する際に発生する、搬送方向の応力を緩和す
るための緩衝機構となっている。また、同図において、
２２は真空シール用のオーリングである。図６（ａ）は
伸縮機構のオーリングを用いた他の装置例の断面図であ
る。同図において、オーリング３１は真空容器と連結部
の間に設置され、各真空容器が伸縮した際に各真空容器
の搬送方向への移動によって発生する応力を緩和させる
ことが可能である。該オーリングの伸縮距離は前記真空
容器が伸縮する範囲で前記真空容器の真空を維持できる
だけの伸縮距離を確保することが必要である。具体的に
は、該オーリングの直径が１０ｍｍの時、真空を維持す
るための許容伸縮量は、伸び側で１ｍｍ、縮側で１ｍｍ
である。さらに伸縮量を確保するために、図６（ｂ）に
示すように複数のゴム製オーリングを重ねるためのフラ
ンジとして、「平面座形」および、オーリングを埋め込
む溝を持った「溝形」の各フランジを複数用いている。
この結果、伸縮量は、伸び側で１０ｍｍ、縮側で１０ｍ
ｍを確保することが可能である。

【００１１】つぎに、本発明の薄膜作製装置における連
結部について説明する。本発明において、前記帯状部材
の送り出し及び巻き取り用真空容器と半導体膜作製用真
空容器を分離独立させ、且つ、前記帯状部材をそれらの
中を貫通させて連続的に搬送するには連結部は、ガスゲ
ート手段が好適に用いられる。該ガスゲート手段の能力
としては前記各容器間に生じる圧力差によって、相互に
使用している半導体膜作製用原料ガス等の雰囲気を拡散
させない能力を有することが必要である。従って、その
基本概念は米国特許第４，４３８，７２３号明細書に開
示されているガスゲート手段を採用することができる
が、更にその能力は改善される必要がある。具体的に
は、最大１０⁶倍程度の圧力差に耐え得ることが必要で
あり、排気ポンプとしては排気能力の大きい油拡散ポン
プ、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポンプ等
が好適に用いられる。また、ガスゲートの断面形状とし
てはスリット状又はこれに類似する形状であり、その全
長及び用いる排気ポンプの排気能力等と合わせて、一般
のコンダクタンス計算式を用いてそれらの寸法が計算、
設計される。更に、分離能力を高めるためにゲートガス
を併用することが好ましく、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等の希ガス又はＨ2等の半導体膜作製
用希釈ガスが挙げられる。ゲートガス流量としてはガス
ゲート全体のコンダクタンス及び用いる排気ポンプの能
力等によって適宜決定されるが、例えば、ガスゲートの
ほぼ中央部に圧力の最大となるポイントを設ければ、ゲ
ートガスはガスゲート中央部から両サイドの真空容器側
へ流れ、両サイドの容器間での相互のガス拡散を最小限
に抑えることができる。実際には、質量分析計を用いて
拡散してくるガス量を測定したり、半導体膜の組成分析
を行うことによって最適条件を決定する。

【００１２】本発明において好適に用いられる帯状部材
の材質としては、半導体膜作製時に必要とされる温度に
おいて変形、歪みが少なく、所望の強度を有し、また、
導電性を有するものであることが好ましく、具体的には
ステンレススチール、アルミニウム及びその合金、鉄及
びその合金、銅及びその合金等の金属の薄板及びその複
合体、及びそれらの表面に異種材質の金属薄膜及び／ま
たはＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等の絶縁性
薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーテ
ィング処理を行ったもの。又、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ等の耐熱性
樹脂製シート又はこれらとガラスファイバー、カーボン
ファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複合体
の表面に金属単体または合金、及び透明導電性酸化物
（ＴＣＯ）等を鍍金、蒸着、スパッタ、塗布等の方法で
導電性処理を行ったものが挙げられる。

【００１３】また、前記帯状部材の厚さとしては、前記
搬送手段による搬送時に作製される湾曲形状が維持され
る強度を発揮する範囲内であれば、コスト、収納スペー
ス等を考慮して可能な限り薄い方が望ましい。具体的に
は、好ましくは０．０１ｍｍ乃至５ｍｍ、より好ましく
は０．０２ｍｍ乃至２ｍｍ、最適には０．０５ｍｍ乃至
１ｍｍであることが望ましいが、金属等の薄板を用いる
場合、厚さを比較的薄くしても所望の強度が得られやす
い。前記帯状部材の幅については、特に制限されること
はなく、半導体膜作製手段、あるいはその容器等のサイ
ズによって決定される。前記帯状部材の長さについて
は、特に制限されることはなく、ロール状に巻き取られ
る程度の長さであっても良く、長尺のものを溶接等によ
って更に長尺化したものであっても良い。前記帯状部材
が金属等の電気導電性である場合には直接電流取り出し
用の電極としても良いし、合成樹脂等の電気絶縁性であ
る場合には半導体膜の作製される側の表面にＡｌ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ、ステンレス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ
2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＳｎＯ2−Ｉｎ2Ｏ3（ＩＴＯ）等
のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
（ＴＣＯ）を鍍金、蒸着、スパッタ等の方法であらかじ
め表面処理を行って電流取り出し用の電極を作製してお
くことが望ましい。

【００１４】前記帯状部材が金属等の非透光性のもので
ある場合、長波長光の基板表面上での反射率を向上させ
るための反射性導電膜を該帯状部材上に作製することが
前述のように好ましい。該反射性導電膜の材質として好
適に用いられるものとしてＡｇ、Ａｌ、Ｃｒ等が挙げら
れる。また、基板材質と半導体膜との間での構成元素の
相互拡散を防止したり短絡防止用の緩衝層とする等の目
的で金属層等を反射性導電膜として、前記基板上の半導
体膜が作製される側に設けることが好ましい。該緩衝層
の材質として好適に用いられるものとして、ＺｎＯが挙
げられる。また、前記帯状部材が比較的透明であって、
該帯状部材の側から光入射を行う層構成の太陽電池とす
る場合には前記透明導電性酸化物や金属薄膜等の導電性
薄膜をあらかじめ堆積作製しておくことが望ましい。ま
た、前記帯状部材の表面性としてはいわゆる平滑面であ
っても、微小の凹凸面が有っても良い。微小の凹凸面と
する場合には球状、円錐状、角錐状等であって、且つそ
の最大高さ（Ｒｍａｘ）は好ましくは５００Ａ乃至５０
００Ａとすることにより、該表面での光反射が乱反射と
なり、該表面での反射光の光路長の増大をもたらす。

【００１５】図８は、本発明で作製される光起電力素子
の構成を示す模式図である。図８（ａ）に示す例は、帯
状部材５０１（１０４）、下部電極５０２、第１の導電
型層５０３、ｉ型層５０４、第２の導電型層５０５、上
部電極５０６、集電電極５０７から構成されている。図
８（ｂ）に示す例は、バンドギャップ及び／又は層厚の
異なる２種の半導体層をｉ型層として用いた光起電力素
子を２素子積層して構成された、いわゆるダブル型光起
電力素子であり、帯状部材５０１（１０４）、下部電極
５０２、第１の導電型層５０３、ｉ型層５０４、第２の
導電型層５０５、第１の導電型層５０３、ｉ型層５０
４、第２の導電型層５０５、上部電極５０６、集電電極
５０７から構成されている。図８（ｃ）に示す例は、バ
ンドギャップ及び／又は層厚の異なる３種の半導体層を
ｉ型層として用いた光起電力素子を３素子積層して構成
された、いわゆるトリプル型光起電力素子であり、帯状
部材５０１（１０４）、下部電極５０２、第１の導電型
層５０３、ｉ型層５０４、第２の導電型層５０５、第１
の導電型層５０３、ｉ型層５０４、第２の導電型層５０
５、第１の導電型層５０３、ｉ型層５０４、第２の導電
型層５０５、上部電極５０６、集電電極５０７から構成
されている。

【００１６】以下、これらの光起電力素子の構成につい
て説明する。本発明において用いられる帯状部材５０１
（１０４）は、フレキシブルである材質のものが好適に
用いられ、導電性のものであっても、また電気絶縁性の
ものであってもよい。さらには、それらは透光性のもの
であっても、また非透光性のものであってもよいが、帯
状部材５０１（１０４）の側より光入射が行われる場合
には、もちろん透光性であることが必要である。具体的
には、本発明において用いられる前記帯状部材１０４を
挙げることができ、該帯状部材１０４を用いることによ
り、作製される光起電力素子の軽量化、強度向上、運搬
スペースの低減等が図れる。

【００１７】本光起電力素子の電極としては、当該素子
の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それら
の電極としては、下部電極、上部電極（透明電極）、集
電電極を挙げることができる。（ただし、ここでいう上
部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部電
極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられた
ものを示すこととする。）これらの電極について以下に
詳しく説明する。本発明において用いられる下部電極５
０２としては、上述した帯状部材５０１の材料が透光性
であるか否かによって、光起電力発生用の光を照射する
面が異なる故（たとえば帯状部材５０１が金属等の非透
光性の材料である場合には、図８（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）で示したごとく透明電極５０６側から光起電力発
生用の光を照射する。）その設置される場所が異なる。
具体的には、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような層構
成の場合には帯状部材５０１と第１の導電型層５０３と
の間に設けられる。しかし、帯状部材５０１が導電性で
ある場合には、該帯状部材が下部電極を兼ねることがで
きる。ただし、帯状部材５０１が導電性であってもシー
ト抵抗値が高い場合には、電流取り出し用の低抵抗の電
極として、あるいは基板表面での反射率を高め入射光の
有効利用を図る目的で下部電極５０２を設置してもよ
い。電極材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ等の金属又はこ
れらの合金が挙げられ、これ等の金属の薄膜を真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で作製する。ま
た、作製された金属薄膜は光起電力素子の出力に対して
抵抗成分とならぬように配慮されねばならず、シート抵
抗値として好ましくは５０Ω以下、より好ましくは１０
Ω以下であることが望ましい。下部電極５０２と第１の
導電型層５０３との間に、図中には示されていないが、
ＺｎＯ等の短絡防止及び拡散防止のための緩衝層を設け
ても良い。該緩衝層の効果としては下部電極５０２を構
成する金属元素が第１の導電型層５０３中へ拡散するの
を防止するのみならず、若干の抵抗値をもたせることで
半導体層を挟んで設けられた下部電極５０２と透明電極
５０６との間にピンホール等の欠陥で発生するショート
を防止すること、及び薄膜による多重干渉を発生させ入
射された光を光起電力素子内に閉じ込める等の効果を挙
げることができる。

【００１８】本発明において用いられる上部電極を構成
する透明電極５０６としては、太陽や白色蛍光灯等から
の光を半導体層内に効率良く吸収させるために光の透過
率が８５％以上であることが望ましく、さらに、電気的
には光起電力素子の出力に対して抵抗成分とならぬよう
にシート抵抗値は１００Ω以下であることが望ましい。
このような特性を備えた材料としてＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ
3、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ2ＳｎＯ4、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3
＋ＳｎＯ2）などの金属酸化物や、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等
の金属を極めて薄く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙
げられる。透明電極は図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にお
いては第２の導電型層５０５層の上に積層されるため、
互いの密着性の良いものを選ぶことが必要である。これ
らの作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加
熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用いるこ
とができ所望に応じて適宜選択される。

【００１９】本発明において用いられる集電電極５０７
は、透明電極５０６の表面抵抗値を低減させる目的で透
明電極５０６上に設けられる。電極材料としてはＡｇ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ等の金属またはこれらの合金の薄膜が挙げられ
る。これらの薄膜は積層させて用いることができる。ま
た、半導体層への光入射光量が十分に確保されるよう、
その形状及び面積が適宜設計される。たとえば、その形
状は光起電力素子の受光面に対して一様に広がり、且つ
受光面積に対してその面積は好ましくは１５％以下、よ
り好ましくは１０％以下であることが望ましい。また、
シート抵抗値としては、好ましくは５０Ω以下、より好
ましくは１０Ω以下であることが望ましい。

【００２０】本発明の光起電力素子における第１及び第
２の導電型層に用いられる材料としては、周期律表第IV
族の原子を１種または複数種から成る、非単結晶半導体
が適す。また更に、光照射側の導電型層は、微結晶化し
た半導体が最適である。該微結晶の粒径は、好ましくは
３ｎｍ〜２０ｎｍで有り、最適には３ｎｍ〜１０ｎｍで
ある。第１又は第２の導電型層の導電型がｎ型の場合、
第１又は第２の導電型層に含有される添加物としては、
周期律表第III族の元素が適している。その中で特にリ
ン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、ひ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）が最適である。第１又は第２の導電型層の導電型が
ｐ型の場合、第１又は第２の導電型層に含有される添加
物としては、周期律表第V族元素が適している。その中
で特にホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム
（Ｇａ）が最適である。第１及び第２の導電型の層厚
は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍ、最適には３ｎｍ〜１
０ｎｍである。更に、光照射側の導電型層での光吸収を
より少なくするためには、ｉ型層を構成する半導体のバ
ンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体
層を用いることが好ましい。例えば、ｉ型層がアモルフ
ァスシリコンの場合に光照射側の導電型層に非単結晶炭
化シリコンを用いるのが最適である。

【００２１】本発明の光起電力素子におけるｉ型層に用
いられる半導体材料としては周期律表第IV族の原子を１
種または、複数種から成る、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、ＳｉＣ、
ＧｅＣ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎ、ＳｎＣ等の半導体が挙げ
られる。III-V族化合物半導体として、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、II-VI族化合物半導
体としてＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳ
ｅ、ＣｄＴｅ、I-III-VI族化合物半導体として、ＣｕＡ
ｌＳ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＡｌＴｅ2、ＣｕＩｎＳ2、
ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＴｅ2、ＣｕＧＡｓ2、ＣｕＧ
ａＳｅ2、ＣｕＧａＴｅ、ＡｇＩｎＳｅ2、ＡｇＩｎＴｅ
2、II-IV-V族化合物半導体としては、ＺｎＳｉＰ2、Ｚ
ｎＧｅＡｓ2、ＣｄＳｉＡｓ2、ＣｄＳｎＰ2、酸化物半
導体として、Ｃｕ2Ｏ、ＴｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、
ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｄＳｎＯ4がそれぞれ挙
げられる。上述した本発明の作製装置を用いて、光起電
力素子を作製することにより、前述の諸問題を解決する
とともに前述の諸要求を満たし、連続して移動する帯状
部材上に、高品質で優れた均一性を有し、欠陥の少ない
光起電力素子を作製することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の光起電力素子を連続的に製造
する装置の実施例について説明するが、本発明はこれら
の実施例によって何ら限定されるものではない。［実施例１］図ｌ、図２に示した装置の中で、真空容器
３０１、１００ｎ、１００、１００ｐ、３０２は全て、
架台１０に固定した上で、各真空容器と連結部（ガスゲ
ート）の連結部の間（図７（ａ）中斜線部）に、図５に
示す伸縮部材２１を取り付け、光起電力素子を作製し
た。まず、基板送り出し機構を有する真空容器３０１
に、十分に脱脂、洗浄を行い、下部電極として、スパッ
タリング法により、銀薄膜を１００ｎｍ、ＺｎＯ薄膜を
１μｍ蒸着してあるＳＵＳ４３０ＢＡ製帯状部材１０４
（幅１２０ｍｍ×長さ２００ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の
巻きつけられたボビン３０３をセットし、該帯状部材１
０４をガスゲート、第１の導電型層作製用の真空容器１
００ｎ、ｉ型層作製用の真空容器１００、第２の導電型
層作製用の真空容器１００ｐを介して、帯状部材巻き取
り機構を有する真空容器３０２まで通し、たるみのない
程度に張力調整を行った。そこで、各真空容器３０１、
１００ｎ、１００、１００ｐ、３０２を不図示の真空ポ
ンプで１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで真空引きした。次
に、ガスゲート１２９ｎ、１２９、１３０、１２９ｐに
ゲートガス導入管１３１ｎ、１３１、１３２、１３１ｐ
よりゲートガスとしてＨ2を各々７００ｓｃｃｍ流し、
加熱用赤外線ランプ１２４ｎ、１２４、１２４ｐによ
り、帯状部材１０４を、各々３５０℃に加熱する。そし
て、ガス導入手段１１４ｎより、ＳｉＨ4ガスを２０ｓ
ｃｃｍ、ＰＨ3／Ｈ2（１％）ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｈ
2ガスを２００ｓｃｃｍ、ガス導入手段１１４、１１
５、１１６より、それぞれＳｉＨ4ガスを２００ｓｃｃ
ｍ、Ｈ2ガスを２００ｓｃｃｍ、ガス導入手段１１４ｐ
より、ＳｉＨ4ガスを３０ｓｃｃｍ、ＢＦ3／Ｈ2（１
％）ガスを５０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスを２５０ｓｃｃｍ導
入した。真空容器１００ｎ内の圧力は、３０ｍＴｏｒｒ
となるように圧力計（不図示）を見ながらスロットルバ
ルブ１２７ｎの開口を調整した。真空容器１００内の圧
力は、６ｍＴｏｒｒとなるように圧力計（不図示）を見
ながらスロットルバルブ１２７の開口を調整した。真空
容器１００ｐ内の圧力は、３０ｍＴｏｒｒとなるように
圧力計（不図示）を見ながらスロットルバルブ１２７ｐ
の開口を調整した。その後、マイクロ波電力をアプリケ
ータ１０５ｎ、１０５、１０６、１０７、１０５ｐに電
力を導入し、それぞれマイクロ波透過性部材１０８ｎ、
１０８、１０９、１１０、１０８ｐを通じて、マイクロ
波電力を１０００Ｗ、３００Ｗ、３００Ｗ、３００Ｗ、
１０００Ｗ導入し、次に、帯状部材１０４を図中の矢印
の方向に搬送させ、帯状部材上に第１の導電型層、ｉ型
層、第２の導電型層を作製した。帯状部材１０４を所定
の時間搬送させた後、搬送を停止するとともに、各真空
容器１００ｎ、１００、１００ｐのマイクロ波電力をゼ
ロとし、プラズマ放電を停止した。各ランプヒーターの
通電停止とともに、各ガスの導入を停止し、十分冷却す
るのを待って、全チャンバーに乾燥窒素を封入し大気圧
に戻した。次に真空容器３０２から、巻き上がっている
帯状部材１０４を取り出し、所定のサイズに切り抜いた
後、第２の導電型層上に、透明電極として、ＩＴＯ（Ｉ
ｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2）を真空蒸着にて７０ｎｍ蒸着し、さ
らに集電電極として、Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着
し、光起電力素子を作成した。（素子実１）以上の、光起電力素子の作成条件を表１に示す。

【００２３】

【表１】このようにして各真空容器のプラズマ放電および、ラン
プヒーター加熱による熱的膨張の影響による各真空容器
の移動量を測定した。この際、加熱時の各真空容器に取
り付けられた伸縮部材２１の縮量は室温時の位置を原点
として、さらに、プラズマ放電停止直前が各真空容器と
も温度が最高点に達するとともに、この時の各真空容器
の移動量が最大になることから、各伸縮部材２１の最大
縮量はこの時の縮量と定義した。この測定の結果は真空
容器１００ｎ、１００、１００ｐ、３０１、３０２の伸
縮部材２１がそれぞれ５ｍｍ縮んでいることが分かっ
た。さらに室温にまで十分冷却を行なった時、それらの
縮量はゼロとなり各伸縮部材２１の縮量はもとの位置に
戻っていることが分かった。

【００２４】（比較例１）図７（ａ）に示すような各真
空容器３０１、１００ｎ、１００、１００ｐ、３０２と
連結部（ガスゲート）の連結部の間（図４ａ中斜線部）
に、図５に示す設置された伸縮部材２１を全て取りはず
し、架台１０にそれぞれ固定して［実施例１］と全く同
様の条件で光起電力素子を作製した。（素子比１）各真空容器のプラズマおよび、ランプヒーター加熱によ
る熱的膨張の影響による各真空容器の移動量を［実施例
１］と同様にして測定した。プラズマ停止直前が各真空
容器とも温度が最高点に達する点は［実施例１］と全く
同様であった。しかしながら、［実施例１］では、この
時の各伸縮部材の縮量が最大になったのに対し、今回の
（比較例１）での各真空容器の移動量測定の結果は真空
容器１００ｎ、１００ｐが０．５ｍｍ、真空容器３０
１、３０２が１ｍｍそれぞれ真空容器１００を中心と
し、遠ざかる方向に移動していた。さらに室温にまで十
分冷却を行なった時、それらの移動量はゼロとなり各真
空容器はもとの位置に戻っていることが分かった。

【００２５】＜実施例１と比較例１の評価＞［実施例１］（素子実１）及び（比較例１）（素子比
１）で作成した光起電力素子の特性均一性及び欠陥密度
の評価を行なった。特性均一性は、［実施例１］（素子
実１）及び（比較例１）（素子比１）で作成した帯状部
材上の光起電力素子を、１０ｍおきに５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率
のバラツキを評価した。比較例１（素子比１）の光起電
力素子を基準にして、バラツキの大きさの逆数を求めた
特性評価の結果を表２に示す。欠陥密度は、［実施例
１］及び（比較例１）（素子比１）で作成した帯状部材
上の光起電力素子の中央部５ｍの範囲を、５ｃｍ角の面
積１００個切出し、逆方向電流を測定することにより、
各光起電力素子の欠陥の有無を検出して、欠陥密度を評
価した。比較例１（素子比１）の光起電力素子を基準に
して、欠陥の数の逆数を求めた特性評価の結果を表２に
示す。即ち、これらの数値は高い方が、欠陥密度、特性
バラツキともに、おおむね、良好な太陽電池であると言
える。

【００２６】

【表２】表２に示すように、比較例１（素子比１）の光起電力素
子に対して、実施例１（素子実１）の光起電力素子は、
特性均一性及び欠陥密度のいずれにおいても優れてお
り、本発明の作製装置により作製した光起電力素子が、
優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が実証
された。

【００２７】［実施例２］図８（ｂ）に示す、下部電極
上に、第１の導電型層、ｉ型層、第２の導電型層、第１
の導電型層、ｉ型層、及び第２の導電型層の２組のｐｉ
ｎ接合を積層したタンデム型の太陽電池を作製した。２
組のｐｉｎ接合を積層するために図１、図２に示した光
起電力素子作製装置の第２の導電型層作製用真空容器１
００ｐと真空容器３０２の間に、第１の導電型層作製用
真空容器１００ｎ’、ｉ型層作製用真空容器１００’、
第２の導電型層作製用真空容器１００ｐ’を各ガスゲー
トを介して接続した装置から構成されている。第１のｐ
ｉｎ接合は、アモルファスシリコンゲルマニウムで、ま
た第２のｐｉｎ接合はアモルファスシリコンでそれぞれ
ｉ層を構成してる。この作製条件は表３にまとめてしる
す。

【００２８】

【表３】本実施例では、各真空容器３０１、１００ｎ、１００、
１００ｐ、１００ｎ’、１００’、１００ｐ’、３０２
は全て、架台１０に固定した上で、各真空容器と連結部
（ガスゲート）の連結部の間（図７（ｂ）中斜線部）
に、図５に示す伸縮部材２１を取り付け、光起電力素子
を作製した。このよな装置を用いて、［実施例１］と同
様の光起電力素子作製プロセスに従ってタンデム型の太
陽電池を作製した。この際、［実施例１］と同様にして
各真空容器のプラズマおよび、ランプヒーター加熱によ
る熱的膨張の影響による各伸縮部材２１の縮量を測定し
た。この際、加熱時の真空容器の移動量は室温時の各真
空容器の位置を原点とした。また、プラズマ停止直前が
各真空容器とも温度が最高点に達するとともに、この時
の各真空容器の移動量が最大になり、伸縮部材２１の縮
量も最大となる。この縮量の測定結果は各真空容器と各
連結部材（ガスゲート）の間に設置された伸縮部材２１
は全て、それぞれ５ｍｍ縮んでいることが分かった。さ
らに室温にまで十分冷却を行なった時、それらの縮量は
ゼロとなり各伸縮部材２１はもとの位置に戻っているこ
とが分かった。（素子実２）（比較例２）［実施例２］で用いた各真空容器と連結部
（ガスゲート）の連結部の間（図７（ａ）中斜線部）
に、図５に示す設置された伸縮部材２１を全て取り外
し、架台１０にそれぞれ固定して［実施例２］と全く同
様の条件で光起電力素子を作製した。（素子比２）各真空容器のプラズマおよび、ランプヒーター加熱によ
る熱的膨張の影響による各真空容器の移動量を［実施例
２］と同様にして測定した。プラズマ停止直前が各真空
容器とも温度が最高点に達する点は［実施例２］と全く
同様であった。しかしながら、［実施例２］では、この
時の各真空容器の移動量が最大になったのに対し、今回
の（比較例２）での各真空容器の移動量測定の結果は全
ての真空容器で約０．５ｍｍ程度に納まっていた。さら
に室温にまで十分冷却を行なった時、それらの移動量は
ゼロとなり各真空容器はもとの位置に戻っていることが
分かった。

【００２９】＜実施例２と比較例２の評価＞［実施例２］（素子実２）及び（比較例２）（素子比
２）で作成した光起電力素子の特性均一性及び欠陥密度
の評価を行なった。特性均一性は、［実施例２］（素子
実２）及び（比較例２）（素子比２）で作成した帯状部
材上の光起電力素子を、１０ｍおきに５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率
のバラツキを評価した。比較例２（素子比２）の光起電
力素子を基準にして、バラツキの大きさの逆数を求めた
特性評価の結果を表４に示す。欠陥密度は、［実施例
２］及び（比較例２）（素子比２）で作成した帯状部材
上の光起電力素子の中央部５ｍの範囲を、５ｃｍ角の面
積１００個切出し、逆方向電流を測定することにより、
各光起電力素子の欠陥の有無を検出して、欠陥密度を評
価した。比較例２（素子比２）の光起電力素子を基準に
して、欠陥の数の逆数を求めた特性評価の結果を表４に
示す。

【００３０】

【表４】表４に示すように、比較例２（素子比２）の光起電力素
子に対して、実施例２（素子実２）の光起電力素子は、
特性均一性及び欠陥密度のいずれにおいても優れてお
り、本発明の作製装置により作製した光起電力素子が、
優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が実証
された。

【００３１】［実施例３］図８（ｃ）に示す、下部電極
上に、第１の導電型層、ｉ型層、第２の導電型層の３組
のｐｉｎ接合を積層したトリプル型の光起電力素子を作
製した。３組のｐｉｎ接合を積層するために実施例２に
示した堆積膜形成装置の第２の導電型層作製用の真空容
器１００ｐ’と真空容器３０２の間に、第１の導電型層
作製用の真空容器１００ｎ”、ｉ型層作製用の真空容器
１００”、第２の導電型層作製用の真空容器１００ｐ”
を各ガスゲートを介して接続した装置から構成されてい
る。第１のｐｉｎ接合は、アモルファスシリコンゲルマ
ニウムで、また第２のｐｉｎ接合はアモルファスシリコ
ンゲルマニウムで、第３のｐｉｎ接合は、アモルファス
シリコンでそれぞれｉ層を構成してる。この作製条件は
表５にまとめてしるす。

【００３２】

【表５】本実施例では、各真空容器３０１、１００ｎ、１００、
１００ｐ、１００ｎ’、１００’、１００ｐ’、１００
ｎ”、１００”、１００ｐ”、３０２は全て、架台１０
に固定した上で、各真空容器と連結部（ガスゲート）の
連結部の間（図７（ｃ）中斜線部）に、図６（ｂ）に示
す伸縮部材３２を取り付け、光起電力素子を作製した。
このような装置を用いて、［実施例２］と同様の光起電
力素子作製プロセスに従ってトリプル型の太陽電池を作
製した。この際、［実施例３］と同様にして各真空容器
のプラズマおよび、ランプヒーター加熱による熱的膨張
の影響による各伸縮部材３２の縮量を測定した。この
際、加熱時の真空容器の移動量は室温時の各真空容器の
位置を原点とした。また、プラズマ停止直前が各真空容
器とも温度が最高点に達するとともに、この時の各真空
容器の移動量が最大になり、伸縮部材３２の縮量も最大
となる。この縮量の測定結果は各真空容器と各連結部材
（ガスゲート）の間に設置された伸縮部材３２は全て、
それぞれ５ｍｍ縮んでいることが分かった。さらに室温
にまで十分冷却を行なった時、それらの縮量はゼロとな
り各伸縮部材３２はもとの位置に戻っていることが分か
った。（素子実３）（比較例３）［実施例３］で用いた各真空容器と連結部
（ガスゲート）の連結部の間（図７（ｃ）中斜線部）に
設置された伸縮部材３２（図６（ｂ）に示す）を全て取
りはずし、架台１０にそれぞれ固定して［実施例３］と
全く同様の条件で光起電力素子を作製した。（素子比
３）各真空容器のプラズマおよび、ランプヒーター加熱によ
る熱的膨張の影響による各真空容器の移動量を［実施例
２］と同様にして測定した。プラズマ停止直前が各真空
容器とも温度が最高点に達する点は［実施例３］と全く
同様であった。しかしながら、［実施例３］では、この
時各真空容器の移動量が最大になったのに、対し、今回
の（比較例３）での各真空容器の移動量測定の結果は全
ての真空容器で約０．５ｍｍ程度、最大でも０．６ｍｍ
程度に納まっていた。さらに室温にまで十分冷却を行な
った時、それらの移動量はゼロとなり各真空容器はもと
の位置に戻っていることが分かた。

【００３３】＜実施例３と比較例３の評価＞［実施例３］（素子実３）及び（比較例３）（素子比
３）で作成した光起電力素子の特性均一性及び欠陥密度
の評価を行なった。特性均一性は、［実施例３］（素子
実３）及び（比較例３）（素子比３）で作成した帯状部
材上の光起電力素子を、１０ｍおきに５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率
のバラツキを評価した。比較例３（素子比３）の光起電
力素子を基準にして、バラツキの大きさの逆数を求めた
特性評価の結果を表６に示す。欠陥密度は、［実施例
３］及び（比較例３）（素子比３）で作成した帯状部材
上の光起電力素子の中央部５ｍの範囲を、５ｃｍ角の面
積１００個切出し、逆方向電流を測定することにより、
各光起電力素子の欠陥の有無を検出して、欠陥密度を評
価した。比較例３（素子比３）の光起電力素子を基準に
して、欠陥の数の逆数を求めた特性評価の結果を表６に
示す。

【００３４】

【表６】表６に示すように、比較例３（素子比３）の光起電力素
子に対して、実施例３（素子実３）の光起電力素子は、
特性均一性及び欠陥密度のいずれにおいても優れてお
り、本発明の作製装置により作製した光起電力素子が、
優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が実証
された。

【００３５】［実施例４］次に、帯状部材を搬送方向に
湾曲させることで成膜空間を形成する光起電力素子の作
製について説明する。図４において２０１（１０４）は
帯状部材であり、支持・搬送用ローラー２０２、２０３
及び、支持、搬送用リング２０４、２０５によって円柱
状に湾曲した形状を保ちながら、図中矢印（→）方向に
搬送され、成膜空間２１６を連続的に形成する。２０６
ａ及至２０６ｅは帯状部材２０１（１０４）のを加熱ま
たは、冷却するための温度制御機構であり、それぞれ独
立に温度制御がなされる。本装置でアプリケータ２０
７、２０８は一対対抗して設けられており、その先端部
分にはマイクロ波透過性部材２０９、２１０がそれぞれ
設けられていて、また、方形導波管２１１、２１２がそ
れぞれ支持・搬送用ローラーの中心軸を含む面に対しそ
の長辺を含む面が垂直とならないよう、且つ、お互いに
長辺を含む面が平行とならないように配設されている。
なお、図３において、説明のためにアプリケータ２０７
は支持・搬送用リング２０４から切り離した状態を示し
てあるが、堆積膜形成時には、図中矢印の方向に配設さ
れる。２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃはガス導入手段で
あり、それぞれ不図示のガス供給設備により原料ガスが
成膜空間に導入される。支持・搬送用ローラー２０２、
２０３には、搬送速度検出機構、張力検出調整機構（不
図示）が内蔵され、帯状部材２０１（１０４）の搬送速
度を一定に保つとともに、その湾曲形状が一定に保たれ
る。図３は図４で説明した成膜空間を第１の導電型層作
製用の真空容器２００ｎ、ｉ型層作製用の真空容器２０
０、第２の導電型層作製用の真空容器２００ｐに適用し
て、光起電力素子を連続的に形成する装置である。帯状
部材２０１（１０４）の送り出し及び巻き取り用の真空
容器３０１及び、３０２には、３０３の帯状部材１０４
の送り出し用ボビン、３０４の帯状部材１０４の巻き取
り用ボビンが配設されている。そして、図中矢印方向に
帯状部材が搬送される。もちろんこれは逆転させて搬送
することもできる。また、真空容器３０３、３０４中に
は帯状部材２０１（１０４）の表面保護用に用いられる
合紙の巻き取り、及び送り込み手段を配設しても良い。
前記合紙の材質としては、耐熱性樹脂であるポリイミド
系、テフロン系及びグラスウール等が好適に用いられ
る。３０５、３０６は張力調整及び帯状部材の位置出し
を兼ねた搬送用ローラーである。３１４、３１５は圧力
計である。３０９ｎ、３０９、３０９ｐ、３０７、３０
８はコンダクタンス調製用のスロットルバルブ、３２０
ｎ、３２０、３２０ｂ、３１０、３１１は排気管であ
り、それぞれ不図示の排気ポンプに接続されている。こ
の実施例の装置では、真空容器３０１、１００ｎ、１０
０、１００ｐ、３０２は全て、架台１０に固定した上
で、各真空容器と連結部（ガスゲート）の連結部の間
（図７（ａ）中斜線部）に、図５に示す伸縮部材２１を
取り付け、光起電力素子を作製した。まず、基板送り出
し機構を有する真空容器３０１に、十分に脱脂、洗浄を
行い、下部電極として、スパッタリング法により、銀薄
膜を１００ｎｍ、ＺｎＯ薄膜１μｍ蒸着してあるＳＵＳ
４３０ＢＡ製帯状部材１０４（幅１２０ｍｍ×長さ２０
０ｍ×厚さ０．１３ｍｍ）の巻きつけられたボビン３０
３をセットし、該帯状部材２０１、ガスゲート、各層作
製用真空容器２００ｎ、２００、２００ｐを介して、帯
状部材巻き取り機構を有する真空容器３０２まで通し、
たるみのない程度に張力調整を行った。そこで、各真空
容器３０１、３０２、２００ｎ、２００、２００ｐを不
図示の真空ポンプで１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで真空引
きした。次に、ガスゲートにゲートガス導入管１３１
ｎ、１３１、１３２、１３１ｐよりゲートガスとしてＨ
2を各々７００ｓｃｃｍ流し、温度調整機構２０６ａ〜
２０６ｅにより、帯状部材１０４を、各々３５０℃、３
５０℃、３００℃に加熱、そして、ガス導入手段２１３
ｎよりＳｉＨ4ガスを４０ｓｃｃｍ、ＰＨ3／Ｈ2（１
％）ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスを４００ｓｃｃ
ｍ、ガス導入手段管２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃよ
り、トータルでＳｉＨ4ガスを４００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス
を２００ｓｃｃｍ、ガス導入手段２１３ｐより、ＳｉＨ
4ガスを２０ｓｃｃｍ、ＢＦ3（１％）ガスを１００ｓｃ
ｃｍ、Ｈ2ガスを５００ｓｃｃｍ導入した。真空容器２
００ｎ内の圧力は、４０ｍＴｏｒｒとなるように圧力計
（不図示）を見ながらコンダクタンス調整用のスロット
ルバルブ３０９ｎの開口を調整した。真空容器２００内
の圧力は、５ｍＴｏｒｒとなるように圧力計（不図示）
を見ながらコンダクタンスバルブ３０５の開口を調整し
た。真空容器２００ｐ内の圧力は、４０ｍＴｏｒｒとな
るように圧力計（不図示）を見ながらスロットルバルブ
３０９ｐの開口を調整した。そして、マイクロ波電力を
各真空容器に接続されたアプリケータ２０７ｎ、２０８
ｎ、２０７、２０８、２０７ｐ、２０８ｐに、マイクロ
波透過性部材を通して、それぞれマイクロ波電力を８０
０Ｗ、８００Ｗ、５００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗ、８０
０Ｗ導入した。次に、帯状部材１０４を図中の矢印の方
向に搬送させ、帯状部材上に第１の導電型層、ｉ型層、
第２の導電型層を作製した。次に、第２の導電型層上
に、透明電極として、ＩＴｏ（Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2）を
真空蒸着にて７０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極として、
Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着し、光起電力素子を作成
した。（素子実４）以上の、光起電力素子の作成条件を表７に示す。

【００３６】

【表７】このようにして各真空容器のプラズマ放電および、ラン
プヒーター加熱による熱的膨張の影響による各真空容器
の移動量を測定した。この際、加熱時の各真空容器に取
り付けられた伸縮部材２１の縮量は室温時の位置を原点
として、さらに、プラズマ放電停止直前が各真空容器と
も温度が最高点に達するとともに、この時の各真空容器
の移動量が最大になることから、各伸縮部材２１の最大
縮量はこの時の縮量と定義した。この測定の結果は真空
容器１００ｎ、１００、１００ｐ、３０１、３０２の伸
縮部材２１がそれぞれ５ｍｍ縮んでいることが分かっ
た。さらに室温にまで十分冷却を行なった時、それらの
縮量はゼロとなり各伸縮部材２１はもとの位置に戻って
いることが分かった。

【００３７】（比較例４）図７（ａ）に示すような各真
空容器３０１、１００ｎ、１００、１００ｐ、３０２と
連結部（ガスゲート）の連結部の間（図７（ａ）中斜線
部）に、図５に示す設置された伸縮部材２１を全て取り
はずし、架台１０にそれぞれ固定して［実施例４］と全
く同様の条件で光起電力素子を作製した。（素子比４）各真空容器のプラズマおよび、ランプヒーター加熱によ
る熱的膨張の影響による各真空容器の移動量を［実施例
４］と同様にして測定した。プラズマ停止直前が各真空
容器とも温度が最高点に達する点は［実施例４］と全く
同様であった。しかしながら、［実施例４］では、この
時の各伸縮部材の縮量が最大になったのに対し、今回の
（比較例４）での各真空容器の移動量測定の結果は真空
容器１００ｎ、１００ｐが０．５ｍｍ、真空容器３０
１、３０２が１ｍｍそれぞれ真空容器１００を中心と
し、遠ざかる方向に移動していた。さらに室温にまで十
分冷却を行なった時、それらの移動量はゼロとなり各真
空容器はもとの位置に戻っていることが分かった。

【００３８】＜実施例４と比較例４の評価＞［実施例４］（素子実４）及び（比較例４）（素子比
４）で作成した光起電力素子の特性均一性及び欠陥密度
の評価を行なった。特性均一性は、［実施例４］（素子
実４）及び（比較例４）（素子比４）で作成した帯状部
材上の光起電力素子を、１０ｍおきに５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率
のバラツキを評価した。比較例４（素子比４）の光起電
力素子を基準にして、バラツキの大きさの逆数を求めた
特性評価の結果を表８に示す。欠陥密度は、［実施例
４］及び（比較例４）（素子比４）で作成した帯状部材
上の光起電力素子の中央部５ｍの範囲を、５ｃｍ角の面
積１００個切出し、逆方向電流を測定することにより、
各光起電力素子の欠陥の有無を検出して、欠陥密度を評
価した。比較例４（素子比４）の光起電力素子を基準に
して、欠陥の数の逆数を求めた特性評価の結果を表８に
示す。

【００３９】

【表８】表８に示すように、比較例４（素子比４）の光起電力素
子に対して、実施例４（素子実４）の光起電力素子は、
特性均一性及び欠陥密度のいずれにおいても優れてお
り、本発明の作製装置により作製した光起電力素子が、
優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が実証
された。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上の前記真空容器と前記連
結部との間に、該真空容器の熱膨張の伸縮作用で該真空
容器に発生する前記帯状部材の搬送方向の応力を緩和す
る構成により、大面積にわたって、高品質で優れた均一
性を有し、欠陥の少ない光起電力素子を大量に再現良く
生産することが可能となり、さらに、量産装置の長期安
定性が確保され、メンテナンス維持管理費用の低減化が
図れ、低コストの光起電力素子を量産することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子製造装置の概念的模式図
である。

【図２】本発明の光起電力素子製造装置の概念的模式図
である。

【図３】本発明の光起電力素子製造装置の概念的模式図
である。

【図４】本発明の光起電力素子製造装置の概念的模式図
である。

【図５】本発明の伸縮機構をベローズ構造とした光起電
力素子製造装置の模式的断面図である。

【図６】図６（ａ）、（ｂ）は本発明の伸縮機構にオー
リングを用いた他の装置例を示す模式的断面図である。

【図７】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の光起電
力素子製造装置の概念的模式図である。

【図８】図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施
例の光起電力素子の構成の概念的模式図である。

【符号の説明】

１０：架台２１：べローズ２２、３１：オーリングシール３２：伸縮機構（オーリング）１００、１００ｎ、１００ｐ、、３０１、３０２：真空
容器１０１：ｉ型層作製用容器１０１ｎ：第１の導電型層作製用の成膜容器１０１ｐ：第２の導電型層作製用の成膜容器１０２、１０２ｎ、１０２ｐ、１０３、１０４：成膜空
間１０５、１０５ｎ、１０５ｐ、１０６、１０７：アプリ
ケータ１０８、１０８ｎ、１０８ｐ、１０９、１１０：マイク
ロ波透過性部材１１１、１１１ｎ、１１１ｐ、１１２、１１３：導波管１１４、１１４ｎ、１１４ｐ、１１５、１１６：ガス導
入手段１１７、１１７ｎ、１１７ｐ、１１８、１１９：ガス供
給管１２０、１２０ｎ、１２０ｐ、１２１、１２２：排気パ
ンチングボード１２３、１２３ｎ、１２３ｐ：ランプハウス１２４、１２４ｎ、１２４ｐ：赤外線ランプヒーター１２５、１２５ｎ、１２５ｐ、１２６：排気管１２７、１２７ｎ、１２７ｐ、１２８：排気スロットル
バルブ１２９、１２９ｎ、１２９ｐ、１３０、３１１、３１
２：ガスゲート１３１、１３１ｎ、１３１ｐ、１３２ｎ、１３２ｐ、１
３２：ゲートガス供給管１３４、１３４ｎ、１３４ｐ：熱電対２００：ｉ型層作製用真空容器２００ｎ：第１の導電型層作製用真空容器２００ｐ：第２の導電型層作製用真空容器２０１：帯状部材２０２ｎ、２０２ｐ、２０２、２０３、２０２ｐ、２０
３ｐ：搬送用ローラー２０４ｎ、２０５ｎ、２０４、２０５、２０４ｐ、２０
５ｐ：搬送用リング２０６ｎａ、２０６ｎｂ、２０６ａ〜ｅ、２０６ｐａ、
２０６ｐｂ：温度調整機構２０７ｎ、２０８ｎ、２０７、２０８、２０７ｐ、２０
８ｐ：アプリケータ２０９ｎ、２１０ｎ、２０９、２１０、２０９ｐ、２１
０ｐ：マイクロ波透過性部材２１１ｎ、２１２ｎ、２１１、２１２、２１１ｐ、２１
２ｐ：方形導波管２１３ａ、ｂ、ｃ、２１３ｎ，、２１３ｐ：ガス導入手
段２１４：排気管２１５ａ、ｂ：隔離通路２１６：成膜空間３０１、３０２：真空容器３０３：送り出し用ボビン３０４：巻き取り用ボビン３０５、３０６：搬送用ローラー３０７、３０８、３０９、３０９ａ、３０９ｂ：スロッ
トルバルブ３１０、３１１：排気管３１２、３１３：温度調整機構３１４、３１５：圧力計５０１：帯状部材５０２：下部電極５０３：第１の導電型層（ｎ型半導体層）５０４：ｉ型半導体層５０５：第２の導電型層（ｐ型半導体層）５０６：上部電極５０７：集電電極５０８：第１のｐｉｎ接合光起電力素子５０９：第２のｐｉｎ接合光起電力素子５１０：第３のｐｉｎ接合光起電力素子５１１：タンデム型光起電力素子５１２：トリプル型光起電力素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者幸田勇蔵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者西元智紀東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢島孝博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状部材を連結部で接続された複数の真空
容器内を連続的に通過させ、プラズマＣＶＤ法により該
帯状部材表面に複数の異なる薄膜を積層する薄膜作製装
置において、前記複数の真空容器をこの真空容器を支持する架台に固
定するとともに、前記真空容器と前記連結部との間に、
該真空容器の熱膨張の伸縮作用で該真空容器に発生する
前記帯状部材の搬送方向の応力を緩和する機構を設けた
ことを特徴とする光起電力素子の作製装置。
【請求項２】前記応力を緩和する機構が、前記真空容器
の移動を吸収する伸縮吸収機構により構成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の薄膜作製装置。
【請求項３】前記伸縮機構が、ベローズ構造であること
を特徴とする請求項２に記載の薄膜作製装置。
【請求項４】前記伸縮機構が、ゴム製オーリングを複数
積層した構造であることを特徴とする請求項２に記載の
薄膜作製装置。
【請求項５】前記連結部が、ガスゲートであることを特
徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の薄
膜作製装置。
【請求項６】前記薄膜が、光起電力素子であることを特
徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の薄
膜作製装置。