JPS5844776A - アモルフアスシリコン太陽電池の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアモルファスシリコン太陽電池のｌｌＩ！［装
置に関するものである。・ 一般に太陽電池は、光の照射を受性てキャリアを発生す
る活性層の受光面側に一方の電極となる透明１１６層を
設け、他面側に他方の電極層を設けて構成される。そし
て従来にお―ては前記活性層は結晶シリコンを主とする
結晶体半導体材料により構ψされていたが、結晶体半導
体材料はその製造において結晶成長工程を必要とするた
めに製造に多くの電力と長い特開とを必要とし、コスシ
が高−欠点がある。

斯かる情況下ドお−て、最近では、結晶シリコンに比、
して比較的容易に大面積の薄層な安価に形成することが
できること、及び大きな変換効率が得られることから、
前炉活性層をアモルファスシリコンｒ以下ｒａ−シリコ
ン」と記す。）にヨシ構成することが研究さ−れている
。

而して太陽電池の活性層として良好１に機能を果（３） すためには、ａ−シリコンは、その非晶質というその不
規則１に原子配列構造に起因するダングリングボンドが
水素原子等によ）封鎖されたものであることが基本的に
必要であシ、斯かるａ−シリコンは、従来においては主
としてグロー放電法によって得られることか知られてい
る。このグロー放電法はシランガスを真空槽内におψて
グロー放電のプラズマによって分解し、基板上に水素原
子が導入されたａ−シリコンを形成するものである。

このようにダングリングボンドが封鎖されたａ−シリコ
ンは、ドープ剤によシト−ピング効果を得ることが可能
であるため当該ａ−シリコンの導電型及び電導度を制御
することが可能であって、太陽電池として好まし一構成
の活性層を形成することが可能である。即ち、当該活性
層にお―ては大きな空乏層が形成されていることが望ま
しいが、適当力導電型のａ−シリコン層を利用すること
によってそのような空乏層が形成される活性層を得るこ
とができ、具体的には２１層層と馳型層との間に非ドー
プ層Ｃ以下「１型層」という。）を介在層との積層体に
よるｐ−ｎ構成、ｉ型層上に白金、金、パラジウム等の
仕事関数の太き一金属層を設けて成るショットキーバリ
ヤ型の構成等を挙けることができる。

しかしながらこのような好ましい活性層の得られる構ｆ
ｔ　（Ｄ　ａ−シリコンをグロー放電法によって製造す
ることは、理論上はとも角、実際上は非常に多大の労力
と時間とを必要とする。

即ちグロー放電法においては、ドーピングは、シランガ
スと共に、胸期律表第璽族若しくは第■族元素の水素化
物であるカス、即ちジボラン、ホスフィン、アルシン等
を前記真空槽内に導、入することによって行なわれるか
、得られるａ−シリコンの組織状態及びドーピングする
場合における不純物元素の１−シリコン中への導入割合
等がグロー放電によって生ずるプラズマの状態に依存す
るにも力・ｔわらず、こＣプラズマの状態を制御するこ
とは非常Ｋｍ銀で凌って安定ＫＪＩ持することも１齢で
あシ、従って１−シリコン中に導入される（５） 水素の割合及び不純物元素の濃度を十分Ｋｔ＃御するこ
とは困難であシ、結局所望の状態、例えｄ高濃度に不純
物元素が導入された導ｍｍを有ししかも良好な特性を有
するａ−シリコンを得ることは安定性、再現性、歩留シ
の点で間ｌｉｌがある。

又同−の真空槽を用いてグロー放電法によって導電型の
興なる２以上のａ−シリコン層を共通の基板上に連続し
て形成する場合には、先行する工程においてドープ剤ガ
スを導入したとき＃′ｉ後続の工程を開始するに際して
真空槽内のガスの全部を完全に置換することが必要であ
る上、先行するａ−シリコン層の形成工程において用い
られたドープ剤の一部が真空槽内に付着してしまい、後
Ｍ、Ｏ別興別異１ｕｌｌ　（Ｄ　ａ−シリコン層の形成
工程におりるグロー放電によル、前記真空槽内に付着し
たもののみならず既に形成されたａ−シリコン層に導入
されたドープ剤の一部までが、再放出されるようになシ
、当該後続の工程において形成されるａ−シリコン層内
に導入されるようＫなる。そしてこの結果、ｍｌｉ層ｘ
Ｆｉｐ型層の後にｉ型層を形成す（６） るとｉ型層がＩＩＰＪ化又はｐ型什してしま―、ｍ１１
触のＩＫｐｌｆ層を、或いＦｉｐ型層の後に１層壓層を
形成すると、後続の工程におけるａ−シリコン層のドー
ピング効率が減少し若しくは消失するようになる。

更にグロー放電法においては酸膜速度が数オンゲスＦロ
ーム／秒程度であって棲めて小さく一部かも大面積の薄
層の１−シリコンであって厚さが尤−で均質なものの！
！！造は、それらが同様に殆ど制表し得ないプラズマの
状態に依存するため、非常に困難であることも加わシ、
結局グロー放電法によって実用に供し得る太陽電池の製
造を工業規模で行なうためＫｉｉ大きな障害がある。

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたものであっ
て、複数９層の積層構成によるａ−シリコンの活性層を
貝え、従って実用に十分に供し得る太陽電池を容易に、
又短時間に製造することができ、更に活性層に係る積層
構成の複数を積重した構成を有し高い起電力電圧が得ら
れる太陽電池をも容易に製造することのできるａ−シリ
コン太陽（７） 電池の製造装置を提供することをｉ的とする。

本発明の特徴とするところは、真空槽と、この真空槽を
分割し互に区画して形成した第１の蒸着層間及び第２の
ｍ、１−空間と、前記第１の蒸着空間内に配設した、少
くともシリコンを蒸発源物質として含む第ｌの蒸発源と
、前記第１の蒸着層間に接続した水素ガス放電管と、前
記第２の蒸着空間内に配設し九＠２の蒸発源と、前記第
１の蒸着層間及び第２の蒸着空間を順次に通過するよう
、蒸着基板を相対的Ｋｌｌ動せしめる移動機構とを具え
てｔＬシ、前記第１の蒸発源によるａ−シリコン層とこ
れに積層された第２の蒸発源による蒸着層との積層体に
よル太陽電池要素が＊＃される点にあ以下本発明の実施
例を図面によって説明すると、第１図及び第２図に示す
実施例においでね、真空槽５０を構成するペルジャーを
、隔壁５０ム、５０Ｂ。

５０ＣＫよシ三等分に分割し互に円周方向に並ぶよう区
画して一型層影成用蒸着空閤ｌＯ及び１型層形威用蒸着
空＠２Ｇ並びＫ　ｐ　ｌｉ　Ｍ形成用蒸着空空閤１Ｇ内
Ｋｔｉ、リン等の胸期律表第■族元素からＩＩＩＦｉれ
る一蓋半導体用ドープ剤どシリコンとの混合物を蒸発源
物質とするｍ型層形成用蒸発源１を配設し、齢記ｉ酸ｊ
１杉医用蒸着空間２０Ｋｔｌｊ、シリコンのみを蒸発源
物質とす□るｉ型層形成用蒸発源２を配設し、齢記ｐ！
４ｉｌｌｌ形級用蒸着空関３０内ＫＦｉ、ホウ素略の第
一族元素から遁ばれるシ型半導体用ドープ剤とシリコン
との混合物を蒸発源物質としたｐ！！１層形成用蒸発源
３を配設する。又削記蒸着空関１０，２０．３０の排気
を行なう排気管１１．２１．３１を、罰記蒸珈空関１０
．２０．３０におけるペルジャーの底壁にそれぞれ接続
してこれら排気管１１，２１，３１には真空ポンプ（図
示せず）を接続すると共に、創記蒸着空関１０，２０．
３０に活性水素及び水素イオンを導入する水素ガス放電
管１２．２２．３２の出口を、前記蒸着層１１１１０．
２０％３０におけるペルジャーの底壁に接続し、更に前
記ペルジャーの天井部の中心には回転軸５１を設けてこ
れに前記ａ車空関１０．２０．３０の平面影伏（９） に適合する例えば扇形の支板５２を取り付けて前記回転
輪５１の回転によ〕、当該支板５２が前記ｌＫ着空間１
Ｇ、２０，３０の上方を請うようになって移動する円軌
道ｔＫ沿って回転されるようＫし、この支板５２ＫＦ！
ヒーター（ｖ！Ｊ示せず）を設けると共に当該型ｆ５２
の下面に蒸着基板４を装着せしめ、前記回転軸５１Ｋｔ
ｉ駆動用モータ５３を連結する。尚第１図＃−１丈板５
２が１型層形成用蒸着空＠　ＩＯＫ位置する状態を示す
。

又前記水素ガス放電管の一例においては、第３図に示す
ように、ガス人口６１を有する筒状の一方の電極部材６
２と、この一方の電［１部材６２を一端に設けた、放電
空間６３を囲繞する例えば筒状ガラスｌｌｌ０鼓電空聞
部材６４と、この紋型空間部材６４の他端に設けた、出
口６５を有するリング状の他方ＱＩＫ極部材６６とよ口
０、前記一方の電極部材６２と他方の電極部材６６２の
閤に直流又は交流の電圧が印加されることによ〕、ガス
人口６１を介して供給され九木葉ガスが放電空間６３に
おいてグリ−放電を生じ、これによ〕電子エネルギ（１
０） 一的に賦活された水素原子若しくは分子よ！ｌｌ成る活
性水素及びイオン化された水素イオンが出口６５より排
出される。この図示の例の放電空間部材６４は二重管構
造であって冷却水を流過せしめ得る構成を有し、６７．
６８が冷却水入口及び出口を本丸６９は一方の電極部材
６２の冷却用フィンである。

上記の水素ガス放電管にお妙る電診関距■ｔｊｌＯ〜１
５ｆｆｉであシ、印加電圧は５００〜５ｏｏｖ、放電空
間２３の圧力Ｉｆ　１０−”　Ｔ＠ｒｒ　ｉ！’度とさ
れる。

以上の如き構成の本発明装置にお−て、蒸着層間１０，
２０．３０を例えば１〇−鵞〜ｌｏ″″７丁ｅｒｒ　の
高真空状態に保った状態で、水素ガス放電管１２．２２
．３２よシの活性水素及び水素イオンを蒸着層間１０．
２０．３０内に導入しなから前記蒸発ｊｌｉｌ、２．３
を加熱してこれらよシ蒸発源物質を蒸発せしめ、この状
Ｍにおいて、先ず支板５２をＩｌｌ型層形成用蒸着層間
１０位置せしめて蒸着基板４上Ｋ　＊　ｊｌｉ層形層形
成用蒸発上１の蒸発源螢雪を蒸着して鳳型層を形成し、
次にモータ５３を駆動して前記支板５２を量刑層形成用
蒸着空＠２０に移動せしめてここで前記１型層の表面に
１Ｗ１層形成用蒸発１２よシの蒸発源物質を蒸着して１
型層を形成し、然る後に更にモータ５３を駆動して前記
支板５２ｔＰ型層形成用蒸着空間３０に移動せしｔてこ
こで前記１型層の表面ＫｐｌＪ層形成用蒸発源３よ〕の
蒸発源物質を蒸着してｐ型層を形成し、再びモータ５！
Ｉを駆動して前記支板５２を、上記と同１１Ｋして鳳型
層形成用蒸着空間１０、ｉ型層形成用蒸着空間２０、ｐ
型層形成用蒸着空間３０を円軌道ｔＫ沿ってこの順に通
過せしめ、以って第４ＷＪＫ示すように、蒸着基板４上
にｎ型層Ｎ１め、その後表面上に透明ｌｌｓ層丁を設け
てａ−シリコン太陽電池を得る。

而して上記蒸着空間１０．２０．３０の各々において形
成される１−シリコン層は、活性水素及び水素イオンに
よ〕ダングリングボンドが封鎖されたものとなると共に
、各蒸着空ｊｌｌＦｉ互に区画されているため、先行す
る畠−シリコン層の形成、工程ににおいて形成されるａ
−シリコン層に混入することがなくて良好な特性を有す
るａ−シリコン層が得られ、しかもドープ剤及びシリコ
ンの蒸発速度の独立した制御が可能であシ、更ＫＦｉ水
素ガス放電管における供給水素ガス量、放電電圧等の制
御によシ真空槽内に導入される活性水素の活性の程度と
！及び水素イオンの量の制御を各々独立に行なう　こと
ができるから、ｐ型層、＆型層、ｎ型層を所望の特性と
することがてきる。

そして単に蒸着基板４を、互に区画された蒸着空間１０
．２０．３０を廟次通過させることによって蒸着基１４
上に１１、ｉ型層、ｐＨ層を順次積層することかできる
ため、グロー放電法のように新たなａ−シリコン層を形
成する度毎に真空槽内のガスを取替えるといった面倒な
手間を必要とすることなく、極めて、容易に良好な活性
層を形成するｐ−１−ｓｅｌｌ威、更にはその積重構成
を形成することができる。

更Ｋｍ−シリコンの成膜沖度をグロー放電法に（１３） 比してそＯ′＃十倍以上とすることが客謳であると共に
、ｌ＆が大ＷＩＩｌｌのものである場合にも、その表面
方向のみ表らず厚さ方向にも均質であってドープ剤の濃
度分布も均一であり、膜厚も均一なａ−シリコン層を短
時間のうちに形成、することができ、この結果、大きな
変換効率を有するａ−シリコン太陽電池、更にはこれが
積重された高−起電力電圧を有するａ−シリコン太陽電
池を工業規模で容１ｔＫ短時間のうちに製造することが
できる。

以上に加えて上述の実施例においては、蒸着基板４を無
端の円軌道ｔＫ沿って移動せしめるようにしているため
、ｐ−１−＊構成の積重構成を連続して形成することが
できるので好ましい。そして３つの蒸着基板を用−てそ
れらの各々が各蒸着空間１Ｇ、２０．３０上に位置する
状態で上述の蒸着を行なうととによって同時に３つの太
ａｉｉ池の製造を遂行することもできる。

以上の実施例では、例えば第１の蒸着空間は前記＊ｉ！
！層形成用蒸着空蒸着０と飯型層形成用蒸着空関２０と
Ｋよ）構成され、又第２の蒸着空間は、（１４） 前記ｐ型層形成用蒸着空間３０により構成され、第１の
蒸発源は、前記塾型層形成用蒸発源１と魚型層形成用蒸
発ｓ２とにより構成され、１１２の蒸発ｊＩＩｉＦｉ、
前記ｐ型層形成用蒸発ｉ１３によ）構成された状態であ
る。

以上本発明の好適な一実施例について説明したが、本発
明においては第５図に示すようｒＣ１真空槽５０を隔１
１５０Ｄ、５０Ｅによ多分割して互に一直線に沿って並
ぶよう区画しｈ型層形成用蒸着空間１０及び１型層形成
用蒸着空間２０並びＫｐｍ！層形成用蒸着空間３０を形
成し、各蒸着空間１０．２０．３０内に夫々論型層形成
用蒸発＃１、ｉ型層形成用蒸発源２、ｐ型層形成用蒸発
源ａｔｋ！、設すると共に、前記蒸着空間１０．２０，
３０に亘る移動８ｗ上を、蒸着基板４が移動機構（図示
せず）によシ往復移動するようにｗ４成してもよい・斯
かる構成におφては、蒸着は蒸着基板４が往路を移動す
るときＫのみ行なわれ、蒸着基板４が復路を移動すると
きには、各蒸発Ｗｉ、１．２．３に係るシャッター８１
．８２、Ｓ３を各々閉じるようにすればよ（１５） いＯ 尚＠５図の実施例及び前述の実施例にお−ては、移動機
構を、蒸発源物質を蒸着基板に対して移動せしめる構成
としてもよい・ 又本発明にお−ては、餉６図に示すように、垂直な軸７
００屑シに回転されるドラム７０周面に柔Ｔｌｋ１に蒸
着基板４を貼着し、移動機構（図示せず）Ｋよシ前記ド
ラム７を回転せしめることによって、前記蒸着基板４を
、互に円周方向に並ぶよう空間によって区画されたｍ型
層形成用蒸着空間１０゜ｉ型層形成用蒸着空間２０．ｐ
Ｈｊｌ形成、用蒸着空ｆＲＩ３０に順次位置されるよう
移動せしめる構成とすることもできる。この場合にお−
て各蒸発＊ａ斜上方を向くよう配設される・ そして本発明においては、真空槽を分割して蒸着空間を
形成するについて、必ずしもＦＭＩｌを必！とするもの
ではなく、例えＦ！第５図に示した実紬例Ｑように＃を
蒸発源に係る蒸着空間が互に重な）合わないよう蒸発源
同士を互に空間を介し°Ｃ離間するようにしてもよい。

を収容した蒸発源とシリコンのみを収容した蒸発”源と
を別個Ｋｔ＆けてこれら蒸発ｌＩＫよ〕麿型層形成用蒸
発源を構成［、或いｕｐ型半導体用ドープ剤を収容した
蒸発源とシリコンのみを収容した蒸発源と輯個に設けて
これら蒸発源によＦ）ｐｆＪ層形成用蒸発源を構成する
ようにしてもよい。

そして又本発明においては、ｐ−ｍ構成の太陽電池を製
造するものとすることｔ二でき、この場合には、真空槽
を２つに分割して２つの蒸着空間、例えばｐｌＩ層形成
用蒸着空間、ｎ型層形成用蒸着空間を形成してｐ型層形
成用蒸着空間内ＫＦｉｐＷｉ層形成用蒸発源を、ｎ型層
形成用蒸着空間内ＫＦｉ聰型層形成用蒸発源を夫々配設
した構成とすればよい。或いはショットキーバリヤ蓋の
構成の太陽電池を製造するもの２することもでき、この
場合にＩＩ′ｉ第１の蒸着空間内にシリコンを含む蒸発
Ｉ１１物質を収容した蒸発源を配設し、第２の蒸着空間
内に白金、金、パラジウム等の仕事関数の大き一金属を
蒸発源物質として収容した金属蒸発源を配設す（１７） るように構成してもよい〇 このように本発明に係る製造装ｗＩＦｉ％−わゆるｐ−
１−ｍ構成、ｐ−■＠鱗、シ目ツシキーパリャ型の構成
等−々の１１Ｉ成の太陽電池をｗ造すること−Ｉｔでき
るが、−ずれの場合にお−ても、例えば蒸発源の蒸発速
度を制葺すること、或φはＩ１着空閤における蒸着１板
の滞在時間を変えること等によって、光を完全に吸収し
て最大の変換効率が得られるよう、１−シリコンよ）成
る６屡の厚さ及び全体の構成を考慮すべきである。

以上のように本発明によれば、ＩＩ数の屡の積層１１１
１ＥＫよるａ−シリコンの活性層を具え、従って集用に
十分に供し得る太陽電池を容Ｊ）に又短時間ＫＩＩＭす
ることができ、更に活性層に係る積層構成の＊ｍを積重
り九構成を有し、高−起電力電圧か得られる太ｍ’ｓ池
をも容易に＊１１１することのできるａ−シリコン太陽
電池ＣＩｌ！′Ｉｋ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造装置の実施例を示す（１８） 横断平面図、第２図ｔｉ第１図の矢印方向からみた一部
切欠正面図、第３図は第２図に示した水素放電管を示す
断面図、第４図は第１ｖ！Ｊの装置によって製造される
太陽電池の飼を示す説明図、第５図及び第６図は本発明
の他の実施例を示す説明図である。 １・・・騰型層形成用蒸発源 ｌＯ・・・ｍＭＮｊ形成用蒸着空間 ２・・・ｉｌ１層形成用蒸発源 ２０・・・１１形医用蒸着空間 ３・・・ｐＨｊｌ形成用蒸発源 ３０・・・ｐｌＩ層形成用蒸着空間 １１．２１，３１・・・排気管 １２．２２．３２・・・水素ガス放電管４・・・蒸着基
板　　　　　５０・・・真空槽５０ム〜５０ＩＣ・・・
隔壁　　５２・・・支板７・・・ドラム 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空槽と、この真空槽を分割し互に区画して形成し
   た第ｔＣＺ蒸着空聞及び第２の蒸着空間と、前記Ｉｌ！
   　１０１１層着空間内に配設した、少なくともシリコン
   を蒸発源物質として含む第１の蒸発源と、前記第１の蒸
   着空間に接続した水素ガス放電管と、前記＄ＩＩ２の蒸
   着空間内に配設し九第２の蒸発源と、−記ＩＩＩの蒸着
   空間及び第２の蒸着空間を順次に通過するよう、蒸着基
   板を相対的Ｋｌｌ動せしめる移動機構とを具えてｔ？、
   シ、前記第１の蒸発源によるアモルファスシリコン層と
   これＫｍ層された第２０蒸発１１による蒸着層との積層
   体により太陽電池要嵩が構成されることｔ特徴とするア
   モルファスシリコン太陽電池の製造装置。 ２）前記移動機構は、蒸着基板を無端軌道に沿って移動
   せしめるものであることを特徴とする特許−求の範−第
   １項記載の了モル７アスシリコン（２） 太陽電池の製造装置。