JPS62145882A - 光起電力素子の連続製造装置 - Google Patents

光起電力素子の連続製造装置

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JPS62145882A
JPS62145882A JP60287347A JP28734785A JPS62145882A JP S62145882 A JPS62145882 A JP S62145882A JP 60287347 A JP60287347 A JP 60287347A JP 28734785 A JP28734785 A JP 28734785A JP S62145882 A JPS62145882 A JP S62145882A
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、太陽電池等の光起電力素子の連続製造装置に
関する。
〔従来技術の説明〕
従来、光起電力素子として、基体上にシリコン原子を母
体とする非晶質材料、いわゆるアモルファスシリコン(
以Wt、r m−81J トfNefる。)で構成され
た光電変換層を有するものが知られている。こうした光
起電力素子の光電変換層を構成するa−8[の形成方法
についてもいくつか提案されておシ、真空蒸着法、イオ
ンブレーティング法、反応性スパッタリング法、熱CV
D法、プラズマCVD法、光CVD法等があり、中でも
プラズマCVD法は至適なものとして実用に付され、一
般に広く知られている。
ところで、従来のa−81で構成される光電変換層は、
例えばプラズマCVD法によシ得られるものは特性発現
性に富み一応満足のゆくものとされてはいるものの、そ
れであっても、確固たる肖該製品の成立に要求される、
電気的、光学的、光導電特性、繰返し使用についての耐
疲労特性、使用環境特性の点、経時的安定性および耐久
性の点、そして更に均質性の点の全ての点を総じて満足
せしめる、という課題を解決するには未だ問題のある状
態のものである。その原因は、目的とする光電変換層が
、使用する材料もさることながら、単純な層堆積操作で
得られるという類のものではなく、就中の工程操作に熟
練的工夫が必要とされるところが大きい。
因みに、例えば、いわゆる熱CVD法の場合、硅素系気
体材料を希釈した後いわゆる不純物を混入し、ついで5
00〜650℃といった高温で熱分解することから、所
望のa−8iJ[を形成するについては緻密な工程操作
と制御が要求され、ために装置も複雑となって可成シコ
スト高のものとなるが、そうしたところで均質にして前
述したような所望の特性を具有するa−8+で構成され
る光電変換層を定常的に得ることは極めてむずかしく、
シたがって工業的規模には採用し難いものである。
また、前述したところの、至適な方法として一般に広く
用いられているプラズマCVD法であっても、工程操作
上のいくつかの問題、そしてまた設備投資上の問題が存
在する。工程操作については、その条件は前述の熱CV
D法よりも更に複雑であシ、−膜化するには至難のもの
である。即ち、例えば、基体温度、導入ガスの流量並び
に流量比、層形成時の圧力、高周波電力、電極構造、反
応容器の構造、排気速度、プラズマ発生方式の相互関係
のパラメーターをとってみても既に多くのパラメーター
が存在し、この他にもパラメーターが存在するわ番すで
あって、所望の製品を得るについては厳密なパラメータ
ーの選択が必要とされ、そして厳密に選択されたパラメ
ーターでおるが故に、その中の1つの構成因子、とシわ
けそれがプラズマであって、不安定な状態になった〕で
もすると形成される膜は著しい悪影響を受けて製品とし
て成立し得ないものとなる。そして装置については、上
述したように厳密なパラメーターの選択が必要とされる
ことから、構造はおのずと複雑なものとなシ、装置規模
、種類が変れば個々に厳選されたパラメーターに対応し
得るように設計しなければならな一〇こうしたことから
、プラズマCVD法については、それが今のところ至適
な方法とされてはいるものの、上述したことから、所望
のa−8i膜を量産するとなれば装置に多大の設備投資
が必要とな)、そうしたところで尚量産のための工程管
理項目は多く且つ複雑であ)、工程管理許容幅は狭く、
そしてまた装置調整が微妙であることから、結局は製品
をかなルコスト高のものにしてしまう等の問題がある。
また一方には、光起電力素子は多様化してきておシ、前
述の各種4!性等の要件を総じて満足するとともに、適
用対象、用途に相応し、そして場合によってはそれが大
面積化されたものである、安定なl −81NXで構成
され九光電変換層を有する光起電力素子を、低コストで
定常的に供給されることが社会的要求としてあシ、この
要求を満たす方法、装置の開発が切望されている状況が
ある。
更にまた、光起電力素子の光電変換層は、多数のa−8
i膜で構成されている場合が多いが、こうした多層構成
の光電変換層を形成する場合には、堆積される層ごとに
、前述したところの種々のパラメーターを決定する必要
°があるため、多層構成の光電変換層を有する光起電力
素子を効率的に量産することは困難であるという問題が
ある。
〔発明の目的〕
本発明は、上述した従来の熱CVD法及びプラズマCV
D法による光電変換層の問題点を排除した新規な光起電
力素子を連続的に製造する装置を提供することを主要る
目的とする。
即ち、本発明の主たる目的は、プラズマ反応を介するこ
となく、成膜空間において連続的に光電変換層を形成し
うる装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、成膜空間においてプラズマ反応を
介することなく、形成される膜の特性を保持し、堆積速
度の向上を図シながら、膜形成条件の管理の簡素化、膜
の量産化を容易に達成できるようにした、多層構成の光
電変換層を有する光起電力素子を連続的に製造しうる装
置を提供することにある。
〔発明の構成〕
本発明者らは、従来の光起電力素子についての諸問題を
克服して上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果
、光起電力素子の光電変換層の形成に寄与する物質であ
って、そのitのエネルギー状態ではほとんど乃至全く
堆積膜形成するところとはならない物質と、該物質と反
応してそれを電子論的に酸化(w、子の酸化数を増加す
る)する物質を選んで、両者を200〜300℃程度の
品温Kl持されてbる基体の存在する単純反応域に気体
状で各別の径路で導入し、基体面の上部空間で接触せし
めたところ、両者間に化学的相互作用が生起して基体表
面に堆積膜が何らの固形粒子の形成をみることなく、極
めて効率的に形成され、その堆積膜は均質なものであっ
て優れた電気的、光学的特赫鳴して優れた光電変換効率
のものであることを確認し、ついで上記手法を用いて光
起電力素子の製造を試みたところ、電気的、光学的特性
、耐疲労特性、使用環境特性等の緒特性に優れ、且つ優
れた光電変換効率を有する光起電力素子が得られ、この
方法は再現性を有するものであることを確認した。
本発明者らは、これらの確認した事実関係に基づいて更
なる研究を行い、多層構成の光電変換層を有する光起電
力素子を連続的に製造しうる装置を完成するに至った。
本発明は、基体上に多層構成の光電変換層を有する光起
電力素子を連続して製造する装置を提供するものであ夛
、その骨子とするところは、前記光電変換層を構成する
層の数に応じた複数の成膜室を内部に連続して有する反
応容器と、前記成膜室の夫々の上壁に設けられたガス導
入用の配管と、前記成膜室の夫々の側壁下部に設けられ
たガス排気手段と、前記複数の成膜室に前記基体を順次
搬送する手段とから構成されていて、前記成膜室内に導
入される光電変換層形成用の気体状原料物質と該気体状
原料物質に酸化作用する性質を有する気体状酸化剤とが
、各各別の経路よシ前記成膜室に導入されると同時にプ
ラズマ反応を介することなくして化学的に接触するよう
にされているところにある。
ところで本発明の装置によシ製造される光起電力素子は
、第2図の(A)乃至(C)に図示の典型例によシ代表
されるものである。
即ち第2(A)図に図示の例は、光照射を支持体側から
行う形式の光起電力素子であって、太陽電池に適用する
ことのできるものである。
第2(A)図において、201は支持体、202は半導
体層(p型またはn ’Ill ) 、203はi型半
導体層、204は半導体層(n量またはp型)、205
は導電層をそれぞれ示す。
第2(B)図に図示の例は、第2(A)図に図示の例と
構成は同様であるが、光照射を導電層側から行う形式の
光起電力素子であって、これもまた太陽電池に適用する
仁とのできる?IJものである。
第2(C)図に図示の例は、支持体上に光導電層(1型
半導体層)、絶縁層そして金属層を有していて、光照射
を金属層側から行う形式の光起電力素子であシ、これも
太陽電池に適用することのできるものである。第2(C
)図において、201は支持体、203はi型半導体層
、206は絶縁層、207は金属層をそれぞれ示す。
第2(A)図乃至(C)図に図示のいずれの形式につい
ても、支持体201の形状は、作成する光起電力素子を
如何なる形状のものにするかによって適宜決定され、そ
れら形状には例えば円筒状、ベルト状、板状等のものが
ある。また支持体201は、光学的に透明であっても或
いは不透明であってもよいが、@2(A)図に図示の光
照射を支持体側から行う形式のものの場合、支持体20
1は光学的に透明なものKされる。
支持体201の材質は、導電性であっても或いは電気絶
縁性であってもよい。導電性材質のものkついては、例
えば、′Aj、 (:y 、M6. Au。
Ir 、 Nb 、 Tm 、 V 、 町、 Pt 
、 Pd等の金属、X線これらのNl −C* 、ステ
ンレスといった合金が挙げられる。また、電気絶縁性の
ものくついては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルローズ、アセテート、ポリプロピレン
、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン。
ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルム又は
シート、ガラス、セラミック、等が通常使用される。こ
れ等の電気絶縁性支持体は、好適には少なくともその一
方の表面が導電63!され、該導電処理された表面側に
他の層が設けられるのが望ましい。
例えばガラスであれば、その表面がNlCr 。
^1 、 Cr 、 Mo 、 Au、 Ir 、 N
b 、 Ta 、 V 、 TI 。
Pt 、 Pd 、In103 、8110! 、 I
TO(In2O3+8nO,)等の薄膜を設けることに
よって導電処理され、或はポリエステルフィルム等の合
成樹脂フィルムであれば、NlCr 、 AJ 、 A
g 、 Pb 。
Zn 、 Nl 、 Au 、 Cr 、 Mo 、 
Ir 、 Nb 、Tta 、 V 。
Ti 、 Pi等の金属で真空蒸着、電子ビーム蒸着、
スパッタリング等で処理し、又は前記金属でラミネート
処理して、その表面が導電処理される。
そして基体の厚さは、所望する光起電力素子が得られる
ように適宜決定されるが、基体の製造上、取シフ扱い上
、そして機械的強度等の点から通常は10μ以上とされ
る。
第2 (A)図または第2(同図に図示の形式の光起電
力素子における半導体層202は、シリコン原子(si
)と、水si子(H)及びへロゲン原子内のいずれか一
方を含むアモルファスシリ;ン〔以下、m −81(H
,X)という。〕を主体材料として構成される。そして
、骸半導体層がpal伝導性を与えるp型のものである
場合、半導体分野に於ていうplt不純物(以下単Ks
rp!!l[不純物」という。)を就中に含有する。さ
らに、第1(A)図に図示されるように、光照射を支持
体側から行う形式の光起電力素子である場合、半導体層
102は、いわゆる窓効果をもたらすものであることが
望ましく、そのためにa−81(H,X)中に炭素(C
)、酸素(O)、窒素(N)等のバンドギャップ調整元
素の一種ま九はそれ以上を含んでワイド・バンドギャッ
プ化されたアモルファスシリコン〔以下、a−81(H
,X)(C,O,N)という。)を主体材料として構成
されていてp型不純物を含有するものである。
一方、光起電力素子が、第2(B)図に図示されるよう
に、光照射が導電層側から行われる形式のものである場
合、半導体層202はnfi伝導性を与えるn型のもの
であシ、シたがって該半導体層は、半導体分野に於てい
うn蛮不純a#(以下単に、「n型不純物」という。)
を就中に含有する。
上述のいずれの場合にあっても半導体層102の層厚は
、一般には30〜5X10’A%好ましくは50〜5X
10’A、セしてより好ましくは50〜I X 10”
Aである。
また、上述したように半導体層202がphiOもので
ある場合に含有するpWi不純物は、好適な例として周
期律表第■族Aの元素(以下単に1「第1族元素」とい
う。)のB 、 AJ 、 G麿。
In 、 TJ等であシ、中でもB 、 Gmが至適で
ある。
半導体層202がnilのものである場合に含有するn
型不純物は、好適な例として周期律表V族Aの元素(以
下単に、「第V族元素」とbう。)ON 、 P 、 
As 、 8b 、 B1等であ夛、中でもムS。
P 、 8bが至適で#石。
これらplI不純物、i九はnfi不純物は、半導体層
102中に、皺層の作成過程でドーピングされて含有す
るものであ夛、その量は所望される電気的特性、光学的
I!#性等の要因を考慮して適宜決定されるものである
が、phi不純物については一般には3 X 10−”
 atomlc !X以下であシ、ngl不純物にっ−
ては一般には5×10″″″atomic%以下である
第2(A)乃至(同図に図示の形式の光起電力素子にお
Cする1撤半導体層203及び第2 (C)図に図示の
形式の光起電力素子における光導電層203は、光起電
力素子機能を十分に発揮する光導電特性を奏するマルチ
・バンドギャップ化され九多層構成のものであシ、シリ
コン原子及びバンドギャップ11整元素としての窒素(
N)と、水素原子(H)及びへロゲン原子(X)のいず
れか一方を含むアモルファスシリコン窒素c以下、a−
81N(H,X)という。)の層領域と、1−1(H。
X)の層領域及び/又はシリコン原子及びゲルマニウム
原子(Ge)と、水素原子(H)及びへロゲン原子(X
)のいずれか一方を含むアモルファスシリコンゲルマニ
ウム(以下、a −S!Go (H。
X)という。〕の層領域からなるものである。
こうしたI警手導体層203の層厚は、該1童半導体層
の機能及びp型半導体層及びnrIl牛導体層の機能が
それぞれ十分且つ有効に発揮されるべく、p型半導体層
及びn11半導体層の相互の層厚関係、前記両層におけ
るドーピング量の関係等からして適宜決められるもので
あるが、通常の場合、p型半導体層、fi[半導体層の
層厚に対して数倍乃至数十倍にされる。
このところの具体的な値としては、好ましくは100λ
〜10μ、より好適には0.1〜1μの範囲である。
半導体層204は、第2(A)図に図示の光起電力素子
Kl)つてはy−fjl半導体層であ)、第2(B)図
に図示の光起電力素子にあってはphi半導体層である
。いずれの場合もそ、の層構成主体はl−8j(H,X
)であるが、第2(B)図に図示の形式にあっては、い
わゆる窓効果をもたらすものであることからワイド・バ
ンドギャップ化された層−5t(H,x)(c、o、N
)で構成されている。
そして前述と同様で、前者の場合n!!!不純吻不純後
者の場合p711不純物が、それぞれ層中にその作成過
程でドーピングされて含有している。
なお、半導体層の層構成のワイド・バンドギャップ化に
ついては、通常にはp型半導体層をワイド・バンドギャ
ップ化したものにするが、pfl!でなくn型の半導体
lをそのようKしたものにすることも勿論可能である。
そしてそのワイド・バンドギャップ度合は、前述したl
型半導体層のそれよシ大であることが望ましい。
第2(A)乃至(B1図に図示の光起電力素子にあって
、導電層205は、透明あるいは不透明の導電材料よシ
形成されて−る。特に支持体201が不透明のときは一
般には第2(B)図に示すように導電層205側よシ光
照射を行なうため、該導電層は光学的に透明、あるいは
それに近いことが十分な光電変換効率を得るために必要
である。
そうした透明な導電材料としては、”宜01 t8rL
O1、ITO(In10g +8n02 ) Toるい
はPd 。
Pt 、 Cu 、 Ag 、 Au 、 AJ等の薄
い金属膜が挙げられる。不透明な導電材料としては、は
とんどの金属層例えばNlCr 、 AI、 Cr 、
 Mo 、 Au。
Ir 、 Nb 、 Tm 、 V 、 TI 、 r
e 、 Pd 、 Zn 、 Ag等が挙げられる。
第2 (C)図に図示の光起電力素子にあって、支持体
201と光導電層203は前述したとおシのものである
ところ、金属層207は、光導電層203とショトキ−
接合を形成するためAu 、 Pt 、Pd等の仕事関
数の大きい金属が用いられる。この様な金fi/112
07は真空抵抗加熱蒸着あるいは電子ビーム加熱蒸着に
よシ、光導電層203の上に形成される。金属層207
を通して光導電層203に光を照射するため、蚊金属層
207の膜厚は500^以下であることが好ましい。
206は絶縁層で光導電層203と金属層207との障
壁を補強するために極めて薄く(通常は2000 A以
下)形成される。絶縁層206は必ずしも必要ではない
。絶縁層206はN、 、 NH,、NO。
NO,等ONを含んだガス、あるいはO,、CO。
等00を含んだガス、CF4 s cape l CF
4等のCを含んだガスを前駆体生成用のガスあるいは気
体状へロゲン酸化剤に添加することKより形成されるワ
イド・バンドギャップ化された層として形成される。
以上の例示で説明した本発明の光起電力素子は、優れた
電気的及び光学的特性を有すると共に優れた疲労特性及
び使用環境特性を有してbて、光電変換効率が従来のも
のよシかな夛高すものであシ、特に太陽電池への使用釦
適するものである。
次に本発明の、前述した特定の光電変換層を有すること
で特徴づけられる光起電力素子を製造する製置は、前記
光電変換層の形成に寄与する物質であって、そのttの
エネルギー状態では、はとんど乃至全く堆積膜形成する
ところとはならないが、励起状態にされると堆積膜の形
成をもたらす所謂前駆体を生成する物質(以下、「原料
物質(A)」という。〕と、#鳳料唆質(旬と相互作用
してそれ全電子論的に酸化(原子の酸化数を増加する)
する物質(以下、「酸化剤」という。)とを、光起電力
素子用基体の設置されている無電界状態の反応域にそれ
ぞれ気体状態で各別の経路で導入し、前記基体表面の上
部空間で両者を接触せしめて両者間に化学的相互作用を
生起せしめ、それKよシ前記基体*面上に所望の光電変
換層たる堆積膜を形成せしめるようにしたことを特徴と
するものである@然るに本発明の光起電力素子の製造装
置においては、プラズマ等の放電エネルギーを作用させ
ることはしなく、シたがってプラズマ反応を介さないこ
とから、形成される堆積膜即ち光電変換層は、成膜操作
中にエツチング或いはその他の例えば異常放電作用など
による悪影響を受けることがないので構造緻密にして高
品質であシ、優れた該特性を有すると共に光電変換効率
の高いものとなシ、それにより製造される光起電力素子
は高品質のものとなる。そしてまた本発明の光起電力素
子の製造装置においては、原料物質(A)と酸化剤を反
応域に導入して両物質を接触せしめるだけで膜厚が均一
であって全体が均質の所望の堆積膜(光St変換層)の
形成を可能にするものであることから、操作1租管理が
容易であることに加えて使用エネルギー量は少くてすみ
、使用装置への設備投資は従来のものよりはるかに少く
てすみ、そして量産化を可能にするものである。
本発明にお(する気体状の原料物質(A)は、気体状の
酸化剤と化学接触してそれによる酸化作用を受けて活性
化し、堆積膜(光電変換層)構成要素の供給源たる励起
状態物質即ち前駆体を生成するものであるところ、それ
らは気体状の酸化剤と接触する際に気体状に保たれてい
ればよい。し九がってそれらは施用前に気体状のもので
ある必要は必ずしもなく液体であっても或いは固体であ
ってもよい。原料物質(A)が施用前に液体又は固体で
ある場合、Ar Ha 、 N、 、 H。
等のキャリアーガスを用い、必要に応じて熱を加えなが
らバブリングを行って系中に気体状にして導入する。
一方酸化剤は、前記の気体状の原料物質(〜と接触する
だけでそれによる酸化作用で、咳原料物質(、A)を活
性化して励起f状態瞼質即ち成膜前駆体にする性質を有
するものであシ、それらの具体例として、空気、酸素、
オゾン等の酸素類、NRO4# N10# e NRO
等の酸素又は窒素の化合物、H,0,等の過酸化物、F
! l C1* e BrI t ”を等のへロゲンガ
ス、発生期状態の弗素、塩素、臭素等を挙げることがで
きる。
この酸化剤についても、気体状の前駆体原料物質と接触
する際に気体状に保たれていればよい。したがってそれ
らは施用前に気体状のものである必要は必ずしもなく、
液体であっても或いは固体であってもよい。酸化剤が施
用前に液体又は固体である場合、前駆体原料物質と同様
で、Ar 、 He 、 N2 、 H,等のキャリア
ーガスを用い、必l!に応じて熱を加えながらバブリン
グを行って系中に気体状にして導入する。
前述の原料物質(A)(気体状)と前述の酸化剤(気体
状)とは、それぞれ各別の流路を介し、両者が基体の設
置されている反応域であって基体表面の上部の成膜空間
に流入して混合・衝突することで接触し、そこにあって
原料物質(^)が酸化剤による酸化作用を受けて活性化
して励起状態の前駆体が生成されて基体表面上に堆積膜
が形成されるように1供給圧と流量を調節して系中に導
入される。
また、前述の原料物質(A)と前述の酸化剤の種類と組
み合わせは、光起電力素子用の基体上に形成される光電
変換層を構成する層の種類に応じて適宜選択して用いら
れる。
即ち、例えばp型易−8i(0,C,N)(HIX)層
を形成するKついては、前述の原料物質(A)として、
81H4,81,H,、81,)1.、8i、Hl。等
のシランや81H3C1、SiH,F 、 81H,B
r等のハロゲン化シラン等のケイ素を構成成分とする化
合物に加えて、N、 、 NH,、H,NNH,、HN
、 、 NH,N、等の窒素化合物あるいはCH4,C
,H@、 C,H8,C!H4゜C5Ha 、 CIH
I等の炭化水素化合物を用い、さらにp型不純物導入用
原料物質であるB、H,。
B、H,。、 B、H,、B、H,、、B、H□。、 
B、H□、 AI(Cル)、。
AA!(CtHg)s e ”(CHs)s 、 Iy
(CHs)s等のgl族原子を構成要素として含む化合
瞼を用いればよい。
また、前述の酸化剤としては、ハロゲン化ガス、発生期
等のハロゲン(以上を「ハロゲン系酸化剤」と称す。)
及び、O2+ 01 s N2O2e N!OA *N
、0(以上を「酸素系、窒素系酸化剤」と称す。)等の
中から選ばれる少なくとも一種を用いればよい。
また、a−81(0,C,N)(H,X)で構成される
1型半導体層を形成せしめるについては、前述の原料物
質体)として、シラン、ハロゲン化シラン等のケイ素を
構成成分とする化合物、前述の窒素化合物、及び前述の
炭素化合物の中から選ばれる少なくとも一種を用い、前
述の酸化剤として、ハロゲン系酸化剤及び/又は酸素系
、窒素系酸化剤を用いればよい。
さらに、n型a−8i(H,X)層を形成するKついて
は、前述の原料物質(A)としてシラン、ハロゲン化シ
ラン等のケイ素化合物を用い、これにn型不純物導入用
原料物質であるPH3、P*Ha #AaH,、SbH
,、BiH,等のgv*原子を構成要素として含む化合
物を含有せしめればよh0又、前述の酸化剤としては、
ハロゲンガス、発生期のハロゲン等のハロゲン系酸化剤
を用いればよい。
また更に1p型、i型あるいはn型の半導体層をa−8
IGeで構成される膜で構成する場合であれば、各々の
半導体層を形成するのに用いる原料物質囚に加えて、ゲ
ルマニウム原子導入用の原料物質(A)を用いればよく
、このような原料物質(A)としては、GeH4、Ge
H,、Ge3Hg 、 Ge4H16。
Ge、HB等の直鎖状ゲルマニウム化合物を用いること
ができる。
ところで、本発明の光起電力素子の製造装置においては
、成膜工程が円滑に進行し、高品質で、所望の電気的、
光学的特性を有し、かつ、光電変換効率の高いものを得
るべく、気体状原料物質(A)と気体状酸化剤の種類と
組み合わせ、これ等の混合比、混合時の圧力、流量、成
膜空間内の圧力、キャリアーガスの流量、成膜温度、ガ
スのi型環を所望に応じて適宜選択する必要がある。そ
して、これらの成膜における種々の因子は、有機的に関
連するものであって、単独で決定されるものではなく、
相互関係を考慮して決定される必要があるが、例えば、
気体状原料物質(A)と気体状酸化剤の割合は、導入流
量比で、好ましくは1/100−100/1、より好ま
しくは115o〜5o/1とするのが望ましい。又、p
H1不純物又はnfi不純物導入用気体状原料物質と気
体状原料物質(A)の量の割合は、導入流量比で、好ま
しくは”/M〜”/10%より好ましくは1/101〜
1/2o1最適には1/1o1〜115oとするのが望
ましい。更に気体状原料物質(Alと気体状酸化剤の混
合時の圧力は、化学的接触の確率を高めるためにはよシ
高くする方が好ましいが、反応性を考慮して決定するの
が好ましく、好ましくはI X 10−7〜10気圧、
よシ好ましくはlXl0−’〜3気圧とするのが望まし
い。
成膜空間内の圧力、即ち、その表面に成膜される基体が
配設されている空間内の圧力は、反応空間に於いて生成
される励起状7[!IO前駆体及び場合によって該前駆
体よシ派生的に生ずる前駆体が成膜プロセスに効果的に
寄与する様に適宜所望に応じて設定される。
成膜空間の内圧力は、成膜空間が反応空間と開放的に連
続している場合には、気体状原料物質(A)とp型不純
物又はn型不純物導入用気体状物質と気体状酸化剤との
反応空間での導入圧及び流量との関連に於いて、例えば
差動排気或いは、大型の排気装置の使用等の工夫を加え
て調整することができる。
或いは、反応空間とKM室空間連結部のコンダクタンス
が小さい場合には、成膜空間に適当な排気装置を設け、
該装置の排気量を制御することで成膜空間の圧力を調整
することができる。
又、反応空間と成膜空間が一体的になっていて、反応位
置と成膜位置が空間的に異なるだけの場合には、前述の
様に差動排気するか或いは、排気能力の充分ある大厘の
排気装置を設けてやればよい。
上記のようにして成膜空間内の圧力は、反応空間に導入
される気体状原料物質(A)とp型不純物又はnfj1
不純物導入用気体状物質と気体状酸化剤の導入圧力との
関係に於いて決められるが、好ましくは、0.001 
Torr 〜Zoo Torr 、よシ好ましくは、0
.01 Torr 〜30 Torr 、最適には、0
、Q5 Torr 〜10 Torrとするのが望まし
い。
ガスの波型に就いては、反応空間への気体状原料物質(
A)、P型不純物又はn型不純物導入用気体状物質及び
気体状酸化剤の導入の際にこれ等が均一に効率良く混合
され、前記前駆体が効率的に生成され且つ成膜が支障な
く適切罠なされる様に1ガス導入口と基体とガス排気口
との幾何学的配置を考慮して設計される必要がある。
成膜時の基体温度としては、使用されるガス種及び形成
される堆積膜の種類と要求される特性に応じて、個々に
適宜所望に従って設定されるが、非晶質の膜を得る場合
には好ましくは室温から450℃、よシ好ましくは50
〜400℃、最適には70〜350℃とするのが望まし
い。
次に、本発明の光起電力素子の連続製造装置について、
図面によりより詳しく説明するが、本発明はこれによっ
て限定されるものではない。
#g1図は、本発明の光起電力素子の連続製造装置の典
型的な例を模式的に示す断面略図である。
第1図に示す装置は、それぞれが成膜空間(a)。
(b) t (e)を有する反応容器(成膜室)^、 
B 、 C。
核反応容器A乃至Cへ供給される原料ガス供給系(1)
乃至(lil)とに大別されて構成される。
図中、101〜108は原料ガスが充填されているボン
ベ、10111〜108aは夫々のガス供給パイプ、1
01b〜108bは夫々、各ボンベからのガスの流量藺
整用のマスプローコントローラー、101C〜108C
は夫々のガス圧力計、101d〜108d及び101e
 〜108eはパルプ、101f 〜108fは夫夫の
ボンベ内の圧力を示す圧力針を夫々示しておシ、ガスボ
ンベ101 、102を備えた原料ガス供給系(1)は
、前記気体状原料物質(A)(例えば81H,ガス、C
H4ガス等)を供給するためのものであ)、ガスボンベ
103〜105を備えた原料ガス供給系(It)は、p
型不純物導入用原料物質(例えばB、H,ガス等)又は
n型不純物導入用原料物質(例えばPH,ガス等)を供
給するためのものであシ、ガスボンベ106〜108を
備えた原料ガス供給系(lit)は、気体状酸化剤(例
えばF!ガスや0、ガス等)及び不活性ガス(例えばH
eガス等)を供給するためのものである。
成膜空間(8) t (b) 、 (C)を備えた反応
容器^、B。
Cは、それぞれ上壁、側壁、底壁によシ密封されてお)
、各反応容器は隔壁(側壁)によシ隔絶されて連結され
ている。
反応容器A乃至CのそれぞれKはそれぞれの上壁を貫通
する所定数のガス導入管が配管されておシ、該原料ガス
導入管の反応容器内での配管構造は、該複数の原料ガス
導入管の配管の下流に反応空間が形成されるように構成
されている。即ち、夫々の原料ガス導入管の系内配管は
、同心円の三重管構造となっておシ、内側から順に、前
記原料ガス供給系(1)からのガスを導入する第1のガ
ス導入管109、原料ガス供給系(II)からのガスを
導入する第2のガス導入管110、そして原料ガス供給
系(…)からのガスを導入する第3のガス導入管111
が一束゛を形成するようにされている。これらのガス導
入管109〜111の一端は原料ガス供給系(1)〜佃
)に、パイプライン及びパルプを介して連通ずるととも
に、所定のパルプを操作することによシ、各原料ガス供
給系(1)〜(Il+1から反応室A−Cに供給される
原料ガスの供給量が調節できるように構成されてbる。
また夫々のガス導入管109〜111の他端は、各反応
容器内に配置されている光起電力素子用の基体118 
、118’ 、 118#に対向したガス排出口となっ
てお)、各ガス導入管109〜211のガス排出口の位
置は、内側のガス導入管になるほど基体118 、11
8’ 、 118#の表面位置から遠くなるようKされ
ている。
反応容器A乃至Cの内部には、夫々基体ホルダー112
 、112’ 、 112’が設けられてお勺、基体ホ
ルダー112 、112’ 、 112#の内部には、
加熱用ヒーター113 、113’、 113”が設け
られている。該加熱用ヒーターは、基体118 、11
8’ 。
118〃を成膜前に所定温度に加熱した夛、成膜中所定
温度に保持した夛、あるいは成膜後に7エール処理する
ためのものである。該加熱用ヒーター113 、113
’ 、 113’は、夫々導@114゜114’ 、 
114”を介して電源115 、115’ 、 115
#に接続されている。
119 、119’ 、 119’はそれぞれ反応容器
A。
B、Cの底側部に設けられた排気口であ)、骸排気口は
それぞれバルブ手段を備えた排気管を介して排気装置に
連通している(このところ図示せず〕。
112は、基体118 、118’ 、 118#を反
応容器内に搬入し、モして成膜終了後系外に搬出するた
めの搬送ベルトである。
123は、搬送ベルト122の供給ローラであシ、12
4は蚊搬送ベルトの巻取ルローラである。
搬送ベル) 112は、供給ローラ123に始端し、巻
取)ローラ124で終端する一体のものであ)、各反応
容器A、B、Cでは基体ホールダー112゜112’ 
、 112〃の表面に面接して移動する。そして、反応
容器の側壁の搬送ベルト112の通過部分には、上下に
開閉すると共に内部を密封する形式の扉125 、12
6 、127そして128が設けられている。
前記のそれぞれの扉は、搬送ベルト112のみの移動の
際には所定位置にあって反応容器内部を密封してその部
分を摺移動できるよう釦なっておシ、ベルト上に載置し
た基体が反応容器に搬入された)、そこから搬出された
シする際には開いて基体がそこを支障なく通過できる空
間をもたらし、基体の通過後は所定の位置に戻るように
されている。
即ち、成膜操作を開始するに先立って、基体118を反
応容器人の直前に位置するベル) 122上K11l!
置し、扉125を開くと同時に巻取シローラを駆動させ
て基体118を反応容器A内に搬入し、同時に扉125
を閉じる。基体118が基体ホルダー112上の所定位
置に来たところで巻取りローラ124の駆動を停止し、
該基体表面上に第一の堆積膜形成操作を開始する。前記
第一の堆積膜形成が終了したところで、前述と同様はし
てJ%126、そして巻取90−ラを操作して基体11
8を反応容器B内の基体ホルダー112′上の所定の位
置に移動させ、そこで基体118上に第二の堆積膜を形
成させる(基体118’)。前記第二の堆積膜形成が終
了したところで、前述と同様にしてJ%127、そして
巻取シローラを操作して基体118′を反応容器C内の
基体ホルダー112〃上の所定の位置に移動させ、そこ
で第三の堆積膜を形成させる(基体118#)。第三の
堆積膜形成を終了した後は、前述と同様にして扉128
、そして巻取シローラ124を操作し、基体118〃を
系外に搬出する。
上記成膜操作はいずれも前述の排気装置を操作して真空
条件下で行われる。そして基体の、反応容器への搬入、
反応容器から他の反応容器への移動、最終の成膜終了時
最終反応容器から系外への搬出の際は、関係する反応容
器内雰囲気を阻害しないようにすることが必要であシ、
そのために関係する雰囲気を等圧にすることが通常には
行われる。また、関係する雰囲気が反応容器間である場
合には、系内を同種の不活性ガスで等圧状態にさせても
よい。
上述の装置操作説明では、1個の基体の場合について述
べたが、本発明の装置においては複数個の基体について
同時に所定の成膜を行うことができ、その場合成膜製品
を連続して得ることができる。
−34= その場合、図示の基体118について、反応容器Aにお
いて第一の成膜の終了したところで、咳基体を反応容器
B4C移すと同時に新たな別の基体(図示せず)f、反
応室Bに搬入し、そうしたところで後者については第二
の成膜を行い、前者については第一の成膜を行う。それ
らの成膜が終了したところで、後者の基体は反応容器C
に移し、前者の基体は反応容器Bに移し、更に新たな別
の基体を反応容器Aに搬入し、反応容器C内の基体には
第三の膜を、反応容器B内の基体には第二の膜を、そし
て反応容器A内の基体には第一の膜をそれぞれ成膜する
。モして三者の成膜が終了したところで、反応容器Cか
らは成wI製品を搬出し、一方反応容器Aには新たな別
の基体を搬入して、上述と同様にして王者の基体のそれ
ぞれについて所定の膜を成膜する0 かくなる構成の本発明の装置は、基体上に形成される堆
積膜の数に応じた数の反応容器を設けるとともに1各反
応容器に基体を順次搬送する手段を設け、更に!!*搬
送手段を通過させるための上下開閉自在な扉を反応容器
の側壁に備えることKより、多層構造を有する光起電力
素子を連続して製造することができるものである。
そして、成膜室が1つで′あった従来の装置の場合のご
とく、形成される堆積膜の種類に応じて九えず原料ガス
供給系を制御する必要はなくな夛、各々の反応容器に供
給する原料ガスの流量、ガス圧等の諸条件を一度決定す
るだけで連続して製造することができるので、1lfr
特性および膜厚、膜質等の安定した光起電力素子を効率
的に量産することができるものである。
次に1本発明の装置の異体的操作について実施例を用い
てよシ詳しく説明するが、本発明の装置の操作はこれに
よシ限定されるものではない。
実施例1 第1図に示した装置を用いて、第2(A)図に示すp 
−1−n型太陽電池用光起電力素子を作製した。なお、
本例において唸、反応容器A乃至C内に配置される基体
の表面と原料ガス導入用の配管の先端位置とは3(1m
となるようにした。
まず、1000λのS nOt膜を熱CVD法によシ形
成したガラス板を基体として用い、誼基体を反応容器直
前で搬送ベルト122上に載置した。ゲート125を開
いて搬送ベルトを駆動し、該基体を基体ホルダー112
上の所定位置まで搬送したところで搬送ベルトの駆動を
中止し、扉125゜126を完全に閉じるとともに、反
応容器A内を排気バルブ(図示せず)を開いて十分に真
望排気した。これと同時に加熱ヒーターにより基体温度
が250℃となるまで加熱し、該温度に保持した。
こうしたところで、まずボンベ101に充填されている
81H,ガス208CCMとボyへ102に充填されて
いるCH,ガス38ccMt−原料ガス導入管109を
介して反応容器Aに導入した。また、ボンベ103 K
充填されているHeガスで3000ppm K希釈され
ているB、H6ガス(以後、l”B、H。
/Heガス」と表記する。) 1080CMを原料ガス
導入管110を介して反応容器Aに導入した。更に1こ
れと同時にボンベ107に充填されているHeガス30
8CCMをガス導入管111を介して反応容器Aに導入
した。夫々のガス流量が安定したところで反応容器A内
の圧力を排気バルブ(図示せず)を調整して、Qlg 
Torr IIC設定した。
この状態で、ボンベ106に充填されているF!ガス2
8CCMをガス導入管111を介して反応容器A内に導
入した。この時、81H,ガスとF!ガスの混合域で青
白い強い発光が観察された。このままの状態で4分間保
持しその後、すべての原料ガスの導入を中止した。その
結果、8nO1膜上に約30OAの膜厚を有するp型m
−8IC:H:F:B半導体層を形成した。
次に排気バルブを開いて反応容器Aを排気し10″” 
Torrの真空度とするとともに、反応容器Bも真空排
気して10”” Torrの真空度とした0反応容器A
及びBのガス圧が同じになったところで扉126t−開
くとともに、搬送ベルトを駆動し、p型a−81C:H
:F:B半導体層が形成されている基体118′を基体
ホルダー112′上の所定位置に搬送した。この際反応
容器A及びBのガス圧が同じであるため、反応容器A内
のガスと反応容器B内のガスとが混合してしまりことは
ない。(なお、本実施例においては反応容器A及びBの
真空度が同じになる様に真空排気したが、真空排気は必
ずしも必要ではなく、反応容器Aと反応容器Bのガス圧
が同じであればよい。例えば原料ガスや不活性ガスを導
入したままで、ガス圧さえ同じにしておけば、反応容器
Aのガスと反応容器Bのガスが互層に混じ夛合うことは
ない。) 基体ホルダー112′上の所定位置く達したところで扉
126を閉じ、加熱ヒーター113’により基体118
′を250℃に加熱保持した。
こうしたところで、ガスボンベ101に充11れている
81H,ガス20 SCCMをガス導入管109を介し
て反応容器Bに導入し、同時にガスボンベ107に充填
されているHeガス308CCMをガス導入管111を
介して反応容器Bに導入した。
夫々のガスの流量が安定したところで排気パルプ(図示
せず)を調整して、反応容器B内の圧力を0.8Tor
r K設定した。こうしたところへ、ボンベ106に充
填されてbるF!ガスをガス導入管111を介して反応
容器B内に導入した。その11の状態で1時間保持し、
その後すべての原料ガスの導入を中止したところ、すで
に形成されているp型tr−8IC:H:F:B半導体
層上に、l型ロ−81:H:P半導体層が約5000^
の膜厚に成膜された。
次に1反応容器B及びCf、真空排気し、夫々10”T
orrの真空度とした。反応容器B及び反応容器Cのガ
ス圧が同じKなったところで扉127を開き、搬送ベル
トを駆動して、lff1a−8i:H:F半導体層の形
成された基体118’を基体ホルダー112#上の所定
位置まで搬送し、搬送ベルトの駆動を中止した。扉12
7を閉じた後、ボンベ101 K充填されている81H
,ガス208CCMをガス導入管109を介して反応容
器Cに導入し、またボンベ104に充填されているHe
ガスで5000 ppmに希釈されたPH8ガス(以後
、「PHs / Heガス」と表記する。) 1080
CMをガス導入管110 ’を介して反応容器C内に導
入し、さらにボンベ107に充填されているHeガス3
08CCMをガス導入管111を介して反応容器C内に
導入した。反応容器C内のガス圧を0.8Torrに設
定したのち、ボンベ106に充填されているFtガス2
8CCMをガス導入管111′を介して反応容器CK導
入し、そのままの状態で6分間保持し、その後、すべて
の原料ガスの導入を中止した。その結果、前記l型a−
8i:H:F半導体l上に、約500Aの膜厚を有する
nfia−81:H:F:P半導体層を形成した。
最後にJjl128を開くとともに、搬送ベルトを駆動
して、3NIの半導体層が形成された基体を反応容器外
へ搬出した。搬送ベルト上の基体をとシ出し、これを更
に別の反応容器に入れ、n量履−81:H:F:P半導
体海上に膜厚500人のAJ電極を真空蒸着法によシ形
成し、第2(〜図に示す層構成のp −i −n型太陽
電池を得九。
こうして得られた太陽電池につ−て検討したところ、基
体上に形成された各層はいずれも膜厚、婁質ともに均一
で、すぐれた品質を有するものであった。
次にこの太陽電池に、ガラス板側よl) AM−IZo
o m W/、Iの光を照射したところ、開放電圧o、
so v、短絡電流18mヤ一、変換効率8%の太陽電
池特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の光起電力素子の連続製造装置の典型
例を模式的に示す図であシ、第2(A)乃至(C)図は
、本発明の連続製造装置を用いて製造される光起電力素
子の構成の典型例を示す模式図である。 第1図について、 101〜108・・・ガスボンベ、101a〜108J
l・・・ガス供給パイフ、1O1b〜108b・・・マ
ス70−コントローラー、101C〜108C・・・ガ
ス圧力針、10111〜108d 、 1o1e 〜1
08e ・・−バルブ、1o1f〜tosf・・・ガス
圧力計、109〜109’ 、 110〜110’。 −42= 111〜111N・・・原料ガス導入管、112〜11
21・・・基体ホルダー、113〜113’・・・加熱
ヒーター、114〜1141・・・導線、115〜11
51中電源、118〜118#・・・基体、119〜1
19#・・・排気口、122・・・搬送ベル)、123
・・・搬送ベルト供給ローラー、124・・・搬送ベル
ト巻取)ローラー、125〜128・・・上下開閉自在
扉、A、B、C・・・反応容器、(旬。 (b) t (C)・・・反応空間 第2図について1 101・・・基体、102〜104・・・光電変換層を
構成する半導体層、105・・・導電層、106・・・
絶縁層、107・・・金属層 特許出願人   キャノン株式会社 (A) CB) 第2図 (C) Qn

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基体上に多層構成の光電変換層を有する光起電力素子を
    連続して製造する装置であつて、前記光電変換層を構成
    する層の数に応じた複数の成膜室を内部に連続して有す
    る反応容器と、前記成膜室の夫々の上壁に設けられたガ
    ス導入用の配管と、前記成膜室の夫々の側壁下部に設け
    られたガス排気手段と、前記複数の成膜室に前記基体を
    順次搬送する手段とから構成されていて、前記成膜室内
    に導入される光電変換層形成用の気体状原料物質と該気
    体状原料物質に酸化作用する性質を有する気体状酸化剤
    とが、各々別の経路より前記成膜室に導入されると同時
    にプラズマ反応を介することなくして化学的に接触する
    ようにされていることを特徴とする光起電力素子の連続
    製造装置。
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