JPS59100516A - 光電池素子の製造装置及びアセンブリ - Google Patents

光電池素子の製造装置及びアセンブリ

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JPS59100516A
JPS59100516A JP58212316A JP21231683A JPS59100516A JP S59100516 A JPS59100516 A JP S59100516A JP 58212316 A JP58212316 A JP 58212316A JP 21231683 A JP21231683 A JP 21231683A JP S59100516 A JPS59100516 A JP S59100516A
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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、大面精のアモルファス半導体光電池素子を製
造するための多重堆積チャンバ装置に係る。より詳しく
いうと本発明は、グロー放電堆積プラズマを形成すべ(
堆積チャンバの少なくとも1個でマイクロ波エネルギー
を使用する前記装置に係る。
本発明は光電池乃至光起電力素子を製造するための改良
屋多重堆積チャンバ装置に係り、前記装ぽに於いて連続
アモルファスシリコン合金半導体層は堆積チャンバ中を
移動する基板上に連続的に堆積される。
近年、それぞれ比較的大きい面積をカバーし得るアモル
ファス半導体合金の堆積システムを開発するために多大
な努力が払われている。前記合金は、光起電力及び他の
適用に於いて結晶質の場合と実質的に同様に作動するよ
うなp−1−n型及び他の型の素子を作製するためにp
型及びnuの材料を形成すべくドープされ得る。
今日では+II禁止帯幅内で許容できる密度の局在状態
が得られ、(2)高品質の電子特性が得られるグロー放
電技術を用いてアモルファスシリコン合金を生成するこ
とができる。前記技術は、米国特許第4,226,89
8号「結晶半導体と等価なアモルファス半導体(Ano
rphous Sem1conductorsEqui
valent To Crystalline Sem
1conductors)etanford R,0v
skinsky and Arun Madan。
1980年10月7日発行、及び蒸着技術の観点から米
国特許第4,217,374号(前者と同一名称)、5
tanford R,0vskinsky and M
asatsugu Izu。
1980年8月12日発行、中に詳しく開示されている
。前記両特許中に開示されたように、アモルファスシリ
コン半導体中に導入されたフッ素は前記半導体中の局在
欠陥状態の密度を実質的に減少させるべ(機能し一他の
合金形成材料、例えばゲルマニウムの添加を助長する。
光起電力素子効率を高めるために複数セルを使用すると
いう構想は、米国特許第2,949,498号、196
0年8月16日発行、中でE、D、Ja、cksonに
より少なくとも1955年以前に論じられている。前記
文献中で論じられた複数セル構造はp−n’JJ合結晶
半結晶半導体素子している。本質的に前記構想は、太陽
スペクトルの各部分をより有効1 に収集し開放電圧(
Voc)を増加させるべく異なるバンドギャップ素子を
使用することにある。タンデム形電池素子は2個以上の
セルから構成され、光は各電池を直列に通過する。各セ
ルは、先行する電池または層を通過した光を吸収するた
めに。
1個の広いバンドギャップ材料とそれに続く1個以上ノ
狭イバンドギャップ材料とを有する。
光起電力素子の大量生産を可能にすることは函渠的に非
常に重要である。太陽・電池製造用としてはバッチ式処
理に限られている結晶シリコンと異なり、アモルファス
シリコン合金は現在大面私基板上に多層に堆積され得、
大規模な連続処理システム中で太陽電池を作製すること
が可能である。
このクイズの連続処理システムは例えば以下に挙げる米
国特許出願:第151301号(出願日:1980年5
月19日1発明の名称= 「P−ドープされたシリコン
薄膜形成方法及び前記方法により形成されるデバイス(
A Method Of Mal<ingP−Dope
d 5ilicon Films And Devic
es MadeTherefrom )J 、第244
386号(出願日:1981年3月16日、発明の名称
: 「アモルファス半導体材料堆積用連続システム(C
ontinuous8ystems For Depo
sitng’Amorphous Sem1−cond
uctor Materials ) J ) 、第2
40493号(出願日:19B1年3月16日1発明の
名称=[連続アモルファス太陽電池製造システム(Co
ntinuous Amorphous 5olar 
Ce1l ProductionSystem ) J
 s第306146号(出願日:1981年9月28日
、発明の名称: [多重チャンバ堆積分離システム及び
方法(Multiple ChamberDeposi
tion And l5olation System
 AndMethod ) j、及び第359825号
(出願日:1982年3月19日、発明の名称: 「タ
ンデムアモルファス光電池の連続製造方法及び装置(M
ethod And Apparatus For C
ontinuouslyProducing Tand
em Amorphous Ph0tovoltati
ccellS ) J中に開示されている。これらの出
願中に開示されているように、例えばステンレス鋼から
形成される基板は堆積チャンバ列中を連続的に進行させ
られ、各チャンバは特定の材料の堆積に使用される。
p−1−n型構造の太陽電池を形成する場合、第1番目
のチャンバはp型アモルファスシリコン合金の堆積用、
第2番目のチャンバは真性アモルファスシリコン合金の
堆積用、更に第3番目のチャンバはn型アモルファスシ
リコン合金の堆積用に使用される。各堆積された合金、
及び特に真性合金は高純度でなければならないので、真
性堆積チャンバ内の堆積環境は、ドーピング成分が真性
チャンバ内に拡散するのを妨げるために、他のチャンバ
内のドーピング成分から分離される。上記に挙げた特許
出願の場合システムは主に光電池の製造に関わっている
が、これらのシステムではチャンバ間の分離は気相ゲー
トにより形成され、該ゲートを通って一方向のガス流が
形成され不活性ガスは該ゲートを通りロール状の基板材
料に対して「掃引」され得る。
上記特許出願に於いて、大面積の連続基板に対するアモ
ルファスシリコン合金材料の堆積は、プロセスガスのグ
ロー放電分解により行われる。これらのプロセスのうち
、光電池の連続作製に好適なものとして一般に高周波エ
ネルギーグロー放電プロセスが提案されている。しかし
乍ら、高周波グロー放電プロセスには堆積速度が比較的
遅く供給反応ヲjスの利用率が低いという欠点があり、
上記材料から商業ベースで光起電力素子を作製しようと
すると非常に問題がある。更に、前記プロセスは高い電
子温度のプラズマを生成し、従って堆積中に高密度のイ
オンが生成される。このようなイオンが形成されると堆
積に伴い材料のイオンボンバードが生じ、その結果材料
が破損される。
最近、上記の問題を回避するような新規で改良された型
のアモルファス半導体合金及び素子の製法が発見された
。この方法は米国特許出顧第423424号(出願臼:
1982年9月24日、発明の名称: 「アモルファス
半導体合金の製法及びマイクロ波エネルギーを使用する
デバイス(Method of Making Amo
rphous Sem1conduct。
A11oys And Devices Using 
MicrovraveEnergy )J、 )中に開
示されている。前記方法は反応ガスな分解して改良され
たアモルファス半導体材料を堆積するためにマイクロ波
エネルギーを使用している。前記方法により実質的に高
い堆積速度と供給反応ガスの利用率とが得られる。更に
前記方法によって得られるプラズマからの堆積は。
電子温度が低(、イオン密度が実質的に低(、従ってイ
オンボンバード及び堆積された材料の破損が実質的に減
少する。マイクロ波グロー放電プロセスは同様に積層構
造を形成するために使用され得、このような技術は米国
特許出願第435068号(出願臼:19B2年10月
1゛8日、発明の名称: 「マイクロ波エネルギーを使
用する積層アモルファス半導体合金の製造方法及び装f
t(Met、hodAnd Apparatus Fo
r MakingLayered Amorphous
Semiconductor A11oys Usin
g Microwavel  Energ7 ) J 
 中に開示されている。
前記プロセスは実絵室中では成功しているが、光起電力
素子の大規模大量生産には容易に適用し得ない。上記の
特許出願中に開示されたシステムはアモルファス半導体
材料を大面濱の基板上に堆積する場合には適当でない。
更に、これらのシステムは複数の堆積チャンバ中を連続
的に移動する基板上に光起電力素子を作製する場合には
適用されない。本発明の最も主要な目的は上記の問題を
解決しアモルファス半導体大面積光起電力素子の連続式
またはバッチ式製造を可能にすることである。
本発明は、基板上に堆積される複数の半導体材料層を含
むタイプの光起電力素子の製造用装置を提供するもので
ある。前記装置はそれぞれ基板の通過時に半導体材料層
の各々を基板上に堆積すべく構成された複数の堆積チャ
ンバを含む。前記装置は更にマイクロ波エネルギー源、
前記マイクロ波エネルギー源を堆積チャンバの少なくと
も1個に連結するための連結手段、及び少なくとも1個
の堆積チャンバ内にマイクロ波励起グロー放電プラズマ
を形成し、少なくとも1個の堆積チャンバ内のマイクロ
波励起グロー放電プラズマから基板上に半導体材料層を
堆積すべく、この半導体を含む少なくとも1個の化合物
を含む反応ガスを少なくとも1個の堆積チャンバに導入
するための手段とを含む。
更に本発明は、−?イクロ波エネルギー励起プラズマか
ら基板に材料を堆積するためのアセンブリを提供する。
前記アセンブリは、堆積チャンバと、マイクロ波エネル
ギー源と、前記チャンバ内に伸延し前記マイクロ波エネ
ルギー源に連結されたアンテナとを含む。前記アンテナ
は導体材料から形成された外被と、前記外被内を伸延し
前記外被から電気的に絶縁された内部導体と、前記外被
に形成されたスロットとを含む。前記アセンブリは、更
に、チャンバとアンテナとの間に真空シールを保ちなが
ら前記アンテナをチャンバ内に伸延させ得る新規で改良
された型のアンテナ用フィードスルーを含み得る。
本発明は添付図面及び以下の好ましい具体例に関する記
載によりよ(理解されよう。
■、光電池 第1図には各々アモルファス半導体合金を含む複数の連
続的p−1−n層から形成される光電池10の概要が示
しである。本発明は特に前記型の光起電力素子の製造に
適用され、該製造プロセスに於いてアモルファス合金層
は、連続絶縁堆積チャンバ中を移動するロール状の基板
材料に連続的に堆梼される。
更に詳しくいうと第1図はp−1−n型光起電力素子、
例えば各p−1−n型セルエ2a、12b及び12cか
ら構成される太陽電池を示す。最下層のセル12aの下
側には基板11が配置され、該基板は好ましくは導体金
属材料、例えばステンレス鋼、アルミニウム、タンタル
、モリブデンまたはクロムから形成され得る。前記基板
はまた基板上に堆積された1または複数の導体材料層を
有する非導体ベースを含み得る。ここで「基板」なる語
は剛性及び可撓性基板のいずれにも適用され、更に予処
理により前記基板に付加された導体層をも含む。
セル12a、12b及び12cの各々は、少な(とも1
個のシリコン合金を含むアモルファス合金半導体領域ま
たは部分を用いて形成される。合金部分の各々はnfi
伝導領域または層20a。
201)及び20C1真性領域または層18a。
isb及び18C1並びにP型伝導領域または層16a
、16b及び16cを含む。図示したようにセル12b
は中間セルであり、第1図に示すように本発明の精神ま
たは範囲から逸脱せずにセルの上部に付加的中間セルを
債重ねることも可能である。更に、図示したのはp−1
−n型セルであるが、本発明の短絡検出排除システムを
使用して同様に単一または複数のn−1−pセルを作製
し得る。
半導体合金層の堆積に続き、別個の環境中または連続プ
ロセスの一部として次の堆積プロセスが実施され得る。
この段階では、導体光透過材料、例えばインジウム、錫
及び酸素の合4(ITO)から成るTCO(透明導体酸
化物)のような透明または半透明層20が付加される。
セル面積が十分大きい場合、またはTCO層22の導電
率が不十分な場合、電極グリッド24をデバイスに付加
してもよい。前記グリッド24はキャリアーパスを短縮
し収集効率を高める。
■、多重グロー放電堆櫃チャンバ 次に第2図は、本発明の一具体例として光電池を連続形
成するための多重グロー放電チャンバ堆積装置26の概
要を示している。連続堆積装置26は本発明の好ましい
一具体例にすぎない。本発明は同様に本発明から逸脱す
ることなくバッチ処理式堆積装置に適用或いは導入され
得る。装置26は複数の分離された専用堆積チャンバを
含み。
各チャンバは掃引ガス及びロール状の基板材料が一方向
に通過するように構成された気相ゲートにより相互に接
続される。
装置26は、該装置中に連続的に供給される基板材料1
1の堆積表面に、p−1−n構造を有する大面積アモル
ファス光電池を大規模に作製するために適用される。多
重p−1−n型層セルを作製するのに必要なアモルファ
ス合金層を堆積するために、装置26は少なくとも1組
の3個組堆積チャンバを含む。各3個組は、基板110
通過時にP型伝導アモルファス合金層が基板11の堆積
表面に堆積される第1番目の堆積チャンバ28と。
基板11の通過時に真性アモルファス合金層が基板11
の堆積表面上のP型合金層の上に堆積される第2番目の
堆積チャンバ30と、基板110通過時にn型伝導合金
層が基板11の堆積表面上の真性層の上に堆積される第
3番目の堆積チャンバ32とを含む。上記出願第359
825号は3個組堆積チャンバを1組のみ示t6ている
が、任意の数のアモルファスp−1−n型層を有する光
電池を作製する能力のある機械を提供するために、3個
組雀たは独立した付加チャンバを装置に加えてもよい。
基板供給ローラlla及び基板巻取ローラiibを単に
例示として堆積チャンバ中に示す。
実際には前記ローラは堆積チャンバに操作可能に接続さ
れた別個のチャンバ内に収納され得る。
3個組の各堆積チャンバ28.30及び32は。
導体基板11上にマイクロ波グロー放電堆積を形成する
ことにより単一のアモルファスシリコン合金を堆積する
ように構成される。このために、堆積チャンバ28.3
0及び32の各々は、シールド35、ガス供給管36、
真性堆積チャンバの対向する側に配置された不活性掃引
ガス管、マイクロ波エネルギー源または発生器38.横
方向に伸延する複数の磁性要素50.排気管41、概略
的に示した複数の輻射加熱要素40、及び真性堆積チャ
ンバをドーパントチャンバの各々に操作可能に接続する
気相ゲート42を含む。
供給管36は、シールド35と基板11との間の各堆積
チャンバ内に形成されたプラズマ領域にプロセヌガヌ混
合物を送るべく各シールド35に操作可能に接続されて
いる。以下により詳細に記載するが、シールド35は実
質的にシールド35と基板11との間にプラズマを閉じ
こめるべくロール状の基板材料11及び排気管41と協
働するように構成される。
マイクロ波エネルギー発生器38は、堆積チャンバに堆
積動作を行わせる反応ガス成分を解離させることにより
プラズマ領域を形成すべく、シールド35と基板11と
の間の堆積チャンバ内に伸延するアンテナ、輻射ヒータ
40及び研磨された基板11と協働する。こうして堆積
材料はアモルファス半導体層として基板110表面に堆
積される。
マイクロ波エネルギー発生器38は例えば2.45ギガ
ヘルツのマイクロ波周波数で作動すえ。堆積中、ヒータ
40は基板を約350℃まで加熱し、チャンバは約Q、
ITor+−の圧力に保たれる。ガス供給管に供給され
た反応ガスは、シラン(8iH)または4フツ化シリコ
ン(SiF )のような化合物を含有する少な(とも1
個の半導体を含む。前記ガ、スは別々に使用され得、或
いは所望により組合わされ得る。前記混合ガスに水素及
び/又はアルゴンガスな加えることもできる。ドープ層
を堆積するだめに、適当なドーパントガス、例えばn型
材料にはジボランガス(BH)、或いはn型材料にはフ
ォスフインガス(PR)が付加され得ろ、第1図に示す
ような光電池10を形成するために、p型アモルファス
シリコン層が堆積チャンバ28内で基板11上に堆積さ
れ、真性アモ/l/7アスシリコン合金層が堆積チャン
バ30内でp型層の上に堆積され、r]型アモルファス
シリコン合金層が堆積チャンバ32内の真性層の上に堆
積される。その結果、装置26は基板11上に少なくと
も3個のアモルファスシリコン合金層を堆積させ。
前記層中、堆積チャンバ30内で堆積された真性層の組
成は、文中以下ドーパントまたはドーピング剤と称する
少なくとも1個の元素が欠如するという点に於いて、堆
積チャンバ28及び32内で堆積された層と異なる。
効率の葛い光起電力素子10を作製するためにば、基板
110表面に堆積される合金層(及び特に真性層)の各
々を高純度にすることが肝要である。気相ゲート42は
プロセスガスがドーパントチャンバから真性堆積チャン
バに逆拡散するのを実質的に妨げる。
■、マイクロ波ダグロー放電堆積チャンバ第3図マイク
ロ波グロー放電により材料を基板11上に堆積するのに
適用されるアセンブリ50を示している。アモルファス
半導体光起電力素子の製造に関する好ましい具体例を構
成するために、アセンブリ50は第2図の真性堆積チャ
ンバ30である。チャンバ28及び32は実質的にほぼ
等しい構成であり得る。また、磁性要素50及び加熱要
素40は明瞭化のために第3図では図示しなかった。
チャンバ30は一般に対向する側壁52及び54、背壁
56及び前壁58を含む。側壁52及び54はそれぞれ
スロット60及び62を含んでおり、該スロットはロー
ル状基板11が図のようにチャンバ28を通過できるよ
うに寸法決定される。スロット60及び62はまた第2
図に関連して上記に記載したような気相ゲートに連結さ
れるように寸法決定される。
基板11の下側には、シールド35が側壁52及び54
の間でチャンバを横切るように配置される。前壁58を
通ってチャンバ30内にアンテナアセンブリ64が伸延
している。アンテナアセンブリ64は基板11とシール
ド35との間に配置され、基板11から約1.5インチ
の耐熱に離間される。
第4図はシールド35をより詳細に示している。
第4図かられかるように、シールド35は矢印66で示
すような反応ガスの流路を形成する。ガス供給管は入口
ボート6Bでシールドに連結される。反応ガスは混合チ
ャンバまたはマニホルド70内で混合され、その後混合
されたガスは基板11とシールドの頂部平板部材72と
の間を流れる。前記ガスは基板11及び平板部材72を
通ってマイクロ波エネルギー輻射領域74にはいる。
該領域はアンテナアセンブリ64を介してマイクロ波エ
ネルギー源、例えば第2図のソース38から連結されて
いる。前記領域74ではマイクロ波エネルギーによりプ
ラズマが形成され、従って基板11上に半導体層が堆積
される。プラズマ領域74を離れた後未使用または消費
ガスは川口通路76、複数のスロット78を通って頂部
平板部材72と底籠82との間の通路80に導かれ、次
いで排気管41がら排出される。前記流路は排気管41
に連結されたポンプにより維持され、前記排気管は堆積
に適当な内部圧力を保持する。
シールド35は明瞭化のため第3図には示していないが
、同様に1対の延設部84及び86を含んでおり、基板
11は前記延設部から僅かな距離を隔てて配置される。
その結果、シールド35は、反応ガス及びマイクロ波エ
ネルギーにより形成されたプラズマを基板11とシール
ド35との間の領域に局限する。また第3図中に示すよ
うに、シールドは基板11を通る反応ガス流部分をも保
持し、次にスロット78から未使用ガスを導き、チャン
バ30にはいる新鮮な反応ガス混合物と不注意に混合す
ることなく排気管41から排出させる。
第5図は本発明に従うアンテナアセンブリ90の斜視図
である。アンテナアセンブリは剛性または半剛性導電材
料、例えばアニールされた鋼管から形成される外被92
を含む。外被内にはその全長にわたって中心導体94が
伸延し、前記導体は銀メッキされた銅から形成され得る
。外被92の内側は絶縁材料96、例えばテフロンを高
密度に充填されており、前記絶縁材料は中心導体を外被
に対して正しい絶縁位置に保持する。テフロンは。
内部中心導体94及び反応ガスがアンテナの一端から他
端に拡散するのを妨げる外被の内側表面の双方と緊密に
接触している。従って以下に詳述するように、前記アン
テナの措造により、アンテナアセンブリを堆積チャンバ
内の使用位置に取付ける時効果的なシール技術を使用す
ることができる・外被は半剛性材料から形成され得るの
で、必要に応じてまた損失なしに所望の動作位置に配置
すべく屈曲させ得る。
アンテナアセンブリ90は更に端部部品98を含み、前
記部品はアセンブリの端部で外被92と中心導体94と
の間に短絡接続を形成する。更に、スロット100が外
被92に形成される。従って非短路端部で外被92と中
心導体94との間に連結されたマイクロ波エネルギーを
所望の面積に輻射し得る。好ましくはスロット100の
長さは。
所望の動作マイクロ波周波数の約4分の1波長に等しく
1幅は4分の1波長よりも狭い(約0.01乃至0.1
インチ)。スロワ)100の中心は好ましくは波長の4
分の3にほぼ等しい距離だけ短絡端部から離間される。
スロワ)100の幅が4分の1波長よりも狭(、また輻
射エネルギーが波長より著しく小さい領域のアンテナ面
積に発散されるので、チャンバ内のプラズマは不定形で
ある。
この結果システムの幾何学的制限がなくなり、プラズマ
の領域で基板に均一なガB積を行うことができる。
第6図は本発明に従うアンテナアセンブリの別の具体例
110を示す。前記アセンブリは、外被112、中心導
体114、結θパツキン116、短絡結合部118及び
スロワ)120を有するという点に於いて第5図のアン
テナアセンブリ9゜と実質的に類似する。もつともアー
゛′ンブリ110ば上記部材に加えて第2番目のスロッ
ト122を含んでいる。前記第2番目のスロット122
により、アンテナアセンブリは第5図のアセンブリ90
よりも広い面積にマイクロ波エネルギーを輻射し得る。
実際に使用する場合、必要な広さの領域にマイクロ波エ
ネルギーを輻射すべく任意の数ノスロットを使用し得る
。但し、これらのスロットの長さは第1番目のスロワ)
120に大体等しく(4分の1波長)、その中心は約2
分の1波長の距離で相互に離間されることが好ましい。
再び第3図に戻ると、アンテナアセンブリ64はフィー
ドスルー130を介してチャンバ3oの前壁58に取付
げられていることが認められよう。
フィードスルーはアンテナのスロットの位置調節を行う
のみならず、アンテナ外被と前壁58の開口部(図示せ
ず。該開口部を通ってアンテナアセンブリが伸延してい
る。)との間に効果的な真空シールを行わなければなら
ない。第7図は前記フ−1’ −ト、にルー130の拡
大図である。
フィードスルー130はおもに取付具132を含み、該
取付具は一体的に拡大された取付プレート134と前記
プレートから伸延する延設部136とを有する。延設部
136は、アンテナアセンブリが通過できるように寸法
決定された開口部または通路138と大径孔部140と
を有する。通路138と孔部140とは環状フランジま
たはシート表面142を形成する。フィードスルー13
0は同様に可撓性リング部材144を含んでおり、該部
材は孔部140内でフランジ142に受容されるように
寸法決定される。リング144は、アンテナアセンブリ
の外被を通過させるに十分な大きさの直径を有する中央
開口部146を有する。
環状表面150を有する第1番目の円筒形またはスプー
ル形部材148は、環状表面150がリング部材144
に係合するように孔部140に受容されるべく寸法決定
された端部152を有する。
部材148はアンテナアセンブリを受容すべ(寸法決定
された軸方向通路154を有する。更に。
第2番目の円筒形部材156の内側寸法は部材148を
受容するように構成される。部材156の内壁は、延設
部136の外側螺溝160に榔合すべく構成された螺溝
158と、アンテナアセンブリを通過させるための開口
部162とを有する。
作動時には、アンテナアセンブリ、例えばアセンブリ9
0は短絡結合部98を取付けるより前に、フィードスル
ー素子の各々の開口部または通路に導入される。次にリ
ング144を孔部140に挿入し7ランジまたはシート
142に当接させる。
次いで環状表面150がリング144に接触するように
、部材148を孔部140に挿入する。次に部材156
を延設部136に咄合させ回転する。
部材156を回転すると該部材は部材148を押圧し、
その結果環状表面150とシート142との間のリング
144に圧縮力が加えられる。部材156は、リング1
44に加えられる圧縮力がリングを半径方向、内側方向
及び外側方向に変形させるように十分回転させられる。
その結果、リングを孔部140の内壁及びアンテナアセ
ンブリの外被92の双方にシール係合させ、効果的な真
空シールが形成される。取付後にアンテナアセンブリの
位置を調節したい場合は、単に部材156を緩めて調節
を加えた後再び締着すればよい。アンテナアセンブリ9
0の外被92が剛性または半剛性材料から形成されるの
で、このような効果的な真空シールフィードスルー構成
が可能になる。
既に述べたように、光起電力素子の作製のためにアモル
ファス半導体を堆積する間、基板は約350℃に加熱さ
れる。このような加熱及びアンテナに発生する熱は非常
に高温になり得る。従って動作中にアンテナアセンブリ
を冷却するために第8図のアンテナ冷却アセンブリ17
0が使用され得る口冷却アセンブリ170は熱伝導率の
良好な材料1例えばアルミニウムから形成されるブロッ
クまたはベース172を含む。前記ブロックは。
アンテナアセンブリの外被92を受容すべく寸法決定さ
れた中央大径スロット174、及び鋼管178を受容す
べく寸法決定された1対の小径スロット178を有する
。複数の相互に離間された固定用クランプ180は、該
クランプと協働してアセンブリを固着するために、対応
するスロット182及び184を備える。クランプ18
0はねじ等により任意の適尚な方法でブロック172に
固定され得る。クランプはクランプのいずれもが外被9
2のスロット100に重ならないように相互に離間され
る。動作中の鋼管178はブロック172を冷却する冷
水流を収容する。こうしてブロック72はアンテナアセ
ンブリ90を冷却する。
このように、本発明によりマイクロ波グロー放電を大面
積光起電力素子の製造に使用することができる。この製
造は好ましい具体例として開示したようなバッチ処理ま
たは連続処理のいずれかで実施され得る。このために装
置の各要素が加えられる。例えば本発明のアンテナアセ
ンブリは廉価で形成され得、高価な導波管技術を必要と
しない。
アンテナアセンブリは所望の構成で容易に作製すること
ができ、出力損失を伴わない。熱抵抗材料のみが使用さ
れ、従ってアンテナは高温に耐え得る。冷却が必要であ
れば1本発明はアンテナを冷却するための効果的で効率
的な手段を提供する。
グロー放電の近傍の銅の存在が有害であると認められた
場合、アンテナアセンブリ及び冷却アセンブリを使用す
るなら該冷却アセンブリの鋼管は、ニッケルで例えば直
接に電気メッキされ得る。更に、マイクロ波エネルギー
は小さいスロットから輻射されるので、所定の場所の出
力密度が非常に高くアンテナアセンブリの自浄が可能で
ある。最後に、マイクロ波エネルギーは比較的狭いスロ
ットを通って輻射され、輻射されたエネルギーは波長よ
りも非常に小さい領域のアンテナ面積に発散されるので
、チャンバ内のプラズマは不定形である。その結果シス
テムの幾何学的制限が克服される。
本発明はまた効果的なフィードスルー構成を提供する。
この構成はアンテナ位暇調節を容易にするのみならず、
効果的で効率的な真空シールを助長する。
最後に最も重要な点として1本発明装置は大面積基板に
アモルファス半導体材料を堆積することができる。従っ
て、連続またはバッチ処理式による光起電力素子の製造
に、マイクロ波エネルギーを効果的に使用することがで
き、堆積速度の増加及び堆積材料の品質向上をはじめマ
イクロ波グロー放電堆積プロセスのあらゆる利点が得ら
れる8真性合金領域以外の合金領域はアモルファス領域
以外の領域、例えば多結晶領域であり得る。
(「アモルファス」なる用語は長距離秩序のない合金ま
たは材料の意であるが、短距離秩序または中間的鉄片を
有し、場合によっては一定の結晶な含み得る。) 上記開示に鑑みて本発明を変更及び変形することが可能
である、特にバッチ式に素子を製造する場合、電極66
及びビード68は所望の結果な得るべく素子表面を横切
るように配置または揚引され得る。同様にして絶縁材料
87は必ずしも必要ではなく、例えばグリッド電極がエ
ッチ領域まで伸延せず短絡電流路に接触するような場合
、前記絶縁材料を使用する必要はない。従って1本発明
は具体的な記載以外の方法で実施され得ると理解されよ
う。
上記記載の装置及びアセンブリ50は、マイクロ波エネ
ルギー励起プラズマから基板11上に半導体材料を堆積
することにより、複数の半導体材料層を含む型の光起電
力素子を製造するために使用される。上記アセンブリは
、堆積チャンバ30と、マイクロ波エネルギー源と、前
記チャンバ30内に伸延し前記マイクロ波エネルギー源
に連結されたアンテナ64とを含む。前記アンテナ64
は、導体材料から形成された外被と、前記外被内を伸延
し前記外被から電気的に絶縁された内部導体と、前記外
被に形成されたスロットとを含む。前記アセンブリは更
に、チャンバとアンテナとの間に真空シールを形成しな
がらアンテナをチャンバ内に伸延させ得る新規で改良さ
れたフィードスルー130を含む。
上記記載の装置は複数の堆積チャンバを含んでおり、各
チャンバは基板の通過進行に伴い半導体材料層のそれぞ
れ1個を基板上に堆積すべく構成されている。堆積チャ
ンバの少なくとも1個は上述のように構成されている。
【図面の簡単な説明】
第1図はアモ/I/ファス半導体合金から形成された各
層を有する複数のp−1−n型セルを含む処理完了後の
タンデムまたはカスケード型光起電力素子の部分横断面
説明図、第2図は本発明に従い第1図の光起電力素子の
連続製造に適用される、多重グロー放電チャンバ堆積シ
ステムの概略説明図、第3図は第2図の本発明に従う一
具体例のマイクロ波グロー放電堆積アセンブリの一部破
断斜視説明図、第4図は第2図の4−4線断面説明図、
第5図は本発明に従いマイクロ波エネルギーを堆積チャ
ンバに連結するために使用され得るアンテナの斜視説明
図、第6図は本発明のアンテナの別の具体例乞示す斜視
説明図、第7図は本発明に従いアンテナとチャンバとの
間に真空シールを形成しながら第5図または第6図のア
ンテナを堆積チャンバ内に伸延させるためのフィードス
ルー構成を示す拡大斜視説明図、第8図は本発明に従い
動作中にアンテナを冷却するために使用され得る冷却プ
ロ“ツクアセンブリの斜視図である。 11・・・基板。 12a、12b、12c・−セル。 16a、16b、16c・・・p型領域、18a、、1
8b、18cm真性領域、20a、20b、20cm−
−n型領域、22・・・700層、     24・・
・電極ブリッド。 28.30.32・・・チャンバ、 35・・・シールド、     36・・・ガス供給管
。 38・・・マイクロ波エネルギー 源。 40・・・ヒータ、 64.90,110・・・アンテナ、 92.112・・・外被、  94,114・・・内部
導体。 100.120.122・・・スロット、130・・・
フィードスル一手段、 132・・・取付具、     140・・・通路。 142・・・7ランジ、    144・・・リング部
材、148.156・・・圧縮力付加手段、170・・
・冷却手段、    172・・・水冷ブロック。 178・・・熱伝導管。 手続補正口 昭和58年12月2T目 特許庁長官  若 杉 和 夫 殿 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称   エナージー・コンバージョン・デバイセス
・インコーホレーテッド 4、代 理 人   東京都新宿区新宿1丁目1番14
号 山田ビル委任状 8、補正の内容 (1)願書中、出願人の代表者を別紙の通り補充する。 ■正式図面を別紙の通り補充する。 (内容に変更なし) (3)委任状及び同訳文を別紙の通り補充する。 尚、同日付にて本願に関する優先権主張証明書差出書を
提出致しました。 手続補正口 昭和58年12月ZT日 特許庁長官  若 杉 和 夫 殿 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称   エナージー・コンバージョン・デバイセス
・インコーホレーテッド 4、代 理 人   東京都新宿区新宿1丁目1番14
号 山田ピル8、補正の内容   明細書中、特許請求
の範囲を別紙の通り補正する。 2、特許請求の範囲 fil  基板に堆積された複数の半導体材料層を含む
型の光電池素子の製造装置であp、前記装置は、 それぞれ前記基板の進行通過時に、前記半導体材料層の
それぞれ1個を前記基板に堆積するように構成された複
数の堆積チャンバと、マイクロ波エネルギーの供給源と
、 前記マイクロ波エネルギーを前記堆積チャンバの少なく
とも1個と連結する連結手段と、少なくともisの堆積
チャンバ内にマイクロ波エネルギー励起グロー放電プラ
ズマを形成し、前記少なくとも1個の堆積チャンバ内の
マイクロ波エネルギー励起グロー放電プラズマから前記
基板上に半導体材料層を形成すべく、この半導体を含む
少なくとも1つの化、金物を含む反応ガスを前記少なく
とも1個の堆積チャンバに導入するための手段 とを含む光電池素子の製造装置。 (2)  基板材料ソースと、前記堆積チャンノ々を通
って前記基板材料を連続的に進行させるための手法とを
更に含む、特許請求の範囲第1項に記載の装置。 (3)  前記連結手段が、前記少なくとも1個の堆積
チャンバ内に含まれるアンテナを特徴する特許請求の範
囲M1項に記載の装置。 (4)前記アンテナは、前記少なくとも1個の堆積チャ
ンバ内に無モードのマイクロ波エネルギー励起グロー放
電プラズマを形成するための手段を含む、特許請求の範
囲第3項に記載の装置。 (5)  前記アンテナは、導体材料から形成された外
被と、前記外被中に配置され前記外被から電気的に絶縁
された内部導体と、前記外被に形成されたスロットとを
含む、特許請求の範囲第4項に記載の装置。 (6)フィクロ波エネルギーを前記堆積チャンバの各々
に連結するための手段と、各前記堆積チャンバ内のマイ
クロ波エネルギー励起グロー放電プラズマから前記基板
上に半導体材料層を堆積すべくこの半導体を含む少なく
とも1つの化合物を含む反応ガスを各前記堆積チャンバ
に導入するための手段とを更に含む、特許請求の範囲第
1項に記載の装置。 (7)  マイクロ波エネルギー励起プラズマから基板
に材料を堆積するためのアセンブリであ)、前記アセン
ブリは、堆積チャンバと、マイクロ波エネルギー源と、
前記チャンバ内に伸延し前記マイクロ波エネルギ源に連
結されたアンテナとを含み、前記アンテナは、導体材料
から形成された外被と、前記外被内を伸延し前記外被か
ら電気的に絶縁された内部導体と、前記外被に形成され
たスロットとを含む、マイクロ波エネルギー励起プラズ
マから基板に材料を堆積するためのアセンブリ。 (8)前記外被の前記スロットが前記外被に溢って長手
方向に伸延する特許請求の範囲第1項または第7項に記
載のアセンブリ。 (9)前記スロットの幅寸法は、前記マイクロ波エネル
ギーの波長に較べて狭い特許請求の範囲第1項または第
7項に記載のアセンブリ。 (10)前記スロットは、前記マイクロ波源のマイクロ
波周波数の約4分の1波長の長さ寸法を有する特許請求
の範囲第1項または第7項に記載のアセンブリ。 (Ill  前記外被の内部に充填され前記内部導体及
び前記外被の内側表面と緊密に接触する絶縁材料を更に
含む、特許請求の範囲M1項または第7項に記載のアセ
ンブリ。 (121更に前記アンテナを冷却するための冷却手段を
含む特許請求の範囲第1項または第7項に記載のアセン
ブリ。 (13+  前記冷却手段は、前記アンテナ外被に接触
する熱伝導材料の水冷ブロックを含む、特許請求の範囲
第12項に記載のアセンブリ。 ■ 前記ブロックに接触し、前記ブロックと前記外被と
を水冷すべく水を案内するように構成された熱伝導管を
更に含む、特許請求の範囲第13項に記載のアセンブリ
。 09  前記堆積チャンバは、前記アンテナが挿通でき
るように寸法決定された開口部を有する少なくとも1個
の壁を含み、前記アセンブリハ更にアンテナフィーrス
ル一手段を含んでおり、前記手段は、前記チャンバ壁に
固定されるように構成され、前記チャンバ壁開口部に整
合する軸方向通路と環状フランジと内側表面とを有する
取付具と、前記通路内で前記7ランジに受容されるよう
に寸法決定され前記アンテナが通過できるように寸法決
定された可撓性リング状部材と、前記リングを半径方向
、内側方向及び外側方向に変形させ、前記アンテナ外被
の外側表面と前記通路の前記内側表面とにシール係合さ
せることによシ前記アンテナに真空シールフィーrスル
ーを提供すべく、前記可撓性リングに圧縮力を加えるた
めの圧縮力付加手段とを含む、特許請求の範囲第7項に
記載のアセンブリ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  基板に堆積された複数の半導体材料層を含む
    型の光電池素子の製造装置であり、前記装置は、 それぞれ前記基板の進行通過時に、前記半導体材料層の
    それぞれ1個を前記基板に堆積するように構成された複
    数の堆積チャンバと、マイクロ波エネルギーの供給源と
    。 前記マイクロ波エネルギーを前記堆積チャンバの少なく
    とも1個と連結する連結手段と、少な(とも1個の堆積
    チャンバ内にマイクロ波エネルギー励起グロー放電プラ
    ズマを形成し、前記少なくとも1個の堆積チャンバ内の
    マイクロ波エネルギー励起グロー放電プラズマから前記
    基板上に半導体材料層を形成すべ(、この半導体を含む
    少な(とも1つの化合物を前記少な(とも1個の堆積チ
    ャンバに導入するための手段 とを含む光電池素子の製造装置。
  2. (2)基板材料ソースと、前記堆積チャンバを通って前
    記基板材料を連続的に進行させるための手段とを更に含
    む、特許請求の範囲第1項に記載の装置。
  3. (3)前記連結手段が、前記少なくとも1個の堆積チャ
    ンバ内に含まれるアンテナを特徴する特許請求の範囲第
    1項に記載の装置。
  4. (4)  前記アンテナは、前記少な(とも1個の堆積
    チャンバ内に無モードのマイクロ波エネルギー励起グロ
    ー放電プラズマを形成するための手段を含む、特許請求
    の範囲第3項に記載の装置。
  5. (5)前記アンテナは、導体材料から形成された外被と
    、前記外被中に配置され前記外被から電気的に絶縁され
    た内部導体と、前記外被に形成されたスロットとを含む
    、特許請求の範囲第4項に記載の装置。
  6. (6)マイクロ波エネルギーを前記堆積チャンバの各々
    に連結するための手段と、各前記堆積チャンバ内のマイ
    クロ波エネルギー励起グロー放電プラズマから前記基板
    上に半導体材料層を堆積すべくこの半導体を含む少なく
    とも1つの化合物を各前記堆積チャンバに導入するため
    の手段とを更に含む、特許請求の範囲第1項に記載の装
    置。
  7. (7)  マイクロ波エネルギー励起プラズマから基板
    に材料を堆積するためのアセンブリであり、前記アセン
    ブリは、堆積チャンバと、マイクロ波エネルギー源と、
    前記チャンバ内に伸延し前記マイクロ波エネルギ源に連
    結されたアンテナとを含み、前記アンテナは、導体材料
    から形成された外被と、前記外被内を伸延し前記外被か
    ら電気的に絶縁された内部導体と、前記外被に形成され
    たスロットとを含む、マイクロ波エネルギー励起プラズ
    マから基板に材料を堆積するためのアセンブリ。
  8. (8)  前記外被の前記スロットが前記外被に沿って
    長手方向に伸延する特許請求の範囲第1項または第7項
    に記載のアセンブリ。
  9. (9)前記スロットの幅寸法は、前記マイクロ波エネル
    ギーの波長に較べて狭い特許請求の範囲第1項または第
    7項に記載のアセンブリ。 aω 前記スロットは、前記マイクロ波源のマイクロ波
    周波数の約4分の1波長の長さ寸法を有する特許請求の
    範囲第1項または第7項に記載のアセンブリ。 住υ 前記外被の内部に充填され前記内部導体及び前記
    外被の内側表面と緊密に接触する絶縁材料を更に含む、
    特許請求の範囲第1項または第7項に記載のアセンブリ
    。 α2 更に前記アンテナを冷却するための冷却手段を含
    む特許請求の範囲第1項または第7項に記載のアセンブ
    リ。 03)前記冷却手段は、前記アンテナ外被に接触する熱
    伝導材料の水冷ブロックを含む、特許請求の範囲第12
    項に記載のアセンブリ。 α乃 前記ブロックに接触し、前記ブロックと前記外被
    とを水冷すべく水を案内するように構成された熱伝導管
    を更に含む、特許請求の範囲第13項に記載のアセンブ
    リ。 (l!19  前記堆積チャンバは、前記アンテナが挿
    通できるように寸法決定された開口部を有する少な(と
    も1個の壁を含み、前記アセンブリは更にアンテナフィ
    ードスル一手段を含んでおり、前記手段は、前記チャン
    バ壁に固定されるように構成され、前記チャンバ壁開口
    部に整合する軸方向通路と環状7ランジと内側表面とを
    有する取付具と、前記通路内で前記7ランジに受容され
    るように寸法決定され前記アンテナが通過できるように
    寸法決定された可撓性リング状部材と、前記リングを半
    径方向、内側方向及び外側方向に変形させ、前記アンテ
    ナ外被の外側表面と前記通路の前記内側表面とにシール
    係合させることにより前記アンテナに真空シールフィー
    ドスルーを提供すべ(、@記可撓性リングに圧縮力を加
    えるための圧縮力付加手段とを含む、特許請求の範囲第
    7項に記載のアセンブリ。
JP58212316A 1982-11-12 1983-11-11 光電池素子の製造装置 Expired - Lifetime JPH0614513B2 (ja)

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JPS59100516A true JPS59100516A (ja) 1984-06-09
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