JPS6396266A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽電池素子の製造装置に係り、特に、アモル
ファス・シリコン太陽電池素子の効率向上に好適な製造
装置に関する。

〔従来の技術〕

太陽電池製造装置に関しては、その素子を形成するため
の材料によっても種々の方法が採用されている。特に、
アモルファス・シリコン太陽電池素子は、グロー放電法
、スパッタ法、気相成長法（以下ＣＶＤ法と略す）、蒸
気法などで形成する方法が良く採用されている。

アモルファスは、非晶質と呼ばれるように、その結晶構
造に規則性がないため、結晶格子構造に寄与しない殻外
電子を特徴として持つことが知られている。この電子は
キャリアとなる他の電子を捉えることになり、ｐ型やｎ
型を生じさせるための不純物を添加してもその効果を殺
してしまうため、電気伝導度等の制御が出来なくなると
いう欠点があり、アモルファス・シリコン太陽電池素子
の作成及び効率向上を阻止するのに大きなネックとなっ
ていた。しかし、近年、５ｉＨａをグロー放電により分
解して析出させたアモルファス・シｂン膜では、殻外電
子と水素原子が結合して他”　Ｊ′ の電子を捉える作用をなくすることが判った。結果とし
て、アモルファス・シリコン膜でも、太陽電池素子に不
可欠なｐｎ接合を形成することが出来、太陽電池として
使われるようになってきている。

ところで、結合に寄与する水素原子を生成する方法に於
いて、先に述べた製造方法は、それぞれ特徴をもってい
る。第２図に概略構成を示すが、（ａ）のグロー放電法
では反応ガスに水素、又は、フッ素を含む５ｉＨａ、Ｓ
ｉＦ＋などを用いている。２７より真空容器内に導入さ
れた反応ガスは、基板ホルダ１１とカソード５間に印加
されたＤＣ電源または高周波電源により両電極間でグロ
ー放電を生成し、分解され、高エネルギなラジカルとな
って、基板面に飛来し堆積し、非晶質膜を形成するもの
であり、このとき放電分解と同時に水素イオンを生成さ
せるものである。

（ｂ）のスパッタ法では１反応用のＳｉＦ４の他に、ス
パッタ放電用のアルゴンガスと水素ガス等を真空容器内
に混入させ、前記と同様二極間にグロー放電を生じさせ
、高周波電場の力をかりて、ターゲット表面に衝突させ
たイオンによるスパッタ粒子を基板面に堆積させながら
成膜していくものであり、このときのイオン粒子、電子
等との衝突により、水素イオンを生成させる。

ＣＶＤ法では５ｉＨａガスの熱分解により発生する水素
を用いている。

（ｃ）の蒸着法では、真空容器内に導入した水素ガスを
、ＲＦコイルによりＲＦ放電プラズマを形成して水素イ
オン、原子を生成する方法が採られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

アモルファス・シリコン薄膜を用いた太陽電池素子を形
成する場合、水素原子（イオン）との反応が重要である
ことがわかったが。

（１）ＳｉＨａ　、５ｉＦａなどの反応ガスは有毒であ
り、ガスの取扱いや、装置のシステムにより安全性が求
められていること。

（２）アモルファス・シリコンの成膜条件と水素との結
合条件とが一致しにくいため、より素子の効率を上げよ
うとすると、更に水素を打込む後処理が必要なこと。

（３）反応室内に水素ガスを導入して生成した水素プラ
ズマとの反応でも、成膜条件と水素結合条件とは独自に
制御できにくいこと。

（４）アルゴンガスを用いた場合は、生成薄膜にアルゴ
ン粒子の混入が避けられないこと。

などの点については充分考慮がされておらず、太陽電池
効率向上のためには是非とも解決すべき問題となってい
た。

本発明は、アモルファス・シリコン太陽電池素子の効率
向上に好適な製造装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、 （１）毒性のあるＳｉＨ４，５ｉＦａなどの化合ガスを
用いず、シリコンと水素原子の供給源を別個に設けるこ
と、 （２）プロセス条件に応じて、供給源を独自に制御出来
るようにすること。

（３）アルゴンなどの不純物となる反応ガスを用いない
こと。

（４）水素原子（又はイオン）の供給源として、水素イ
オンガンを別途設け、イオンビームのみ太陽電池生成室
に導入させること などにより達成される。

〔作用〕

太陽電池素子を形成するシリコンｇ膜は、真空容器内に
設けた基板上に成膜される。基板のほぼ真下には蒸発源
を置く、このとき基板面に成膜されるアモルファス内に
は、前述の非結合外殻電子があるため、同じく基板の下
方に水素イオンガンを設け、これより引出されるイオン
ビームを基板面に適応量照射することにより外殻電子と
結合させ電気的に中性化させる。

本方式では、プロセスガスは水素ガスのみで毒性のある
反応性ガス又は不要となり、又、イオン源は蒸発源とは
独自に制御が出来る。更に、用いた水素ガスをビーム引
出部で排気することにより他の装置以上に高真空状態で
成膜可能となる。

これらによって、成膜されたアモルファス・シリコン薄
膜の効率を下げる要因が低減され、効率向上が期待でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によれ説明する。真空
容器１内には、アモルファス・シリコンを成膜させるべ
き基板２と、シリコン粒子を蒸発飛散させるための蒸発
源となるスパッタ用カソード５．基板に水素イオンを打
込むためのイオンガン７、及び、真空排気装置９などが
取付けられている。

カソード５には成膜母材となるべきシリコン材ターゲッ
ト板３が取付けられ、このターゲツト板上に生成した高
周波カソードプラズマ６中のイオンが高周波電界により
励振しターゲツト板３に衝突することにより、ターゲッ
トを構成するシリコン粒子がスパッタされ４のように飛
散していく。

この蒸発線上に、基板２を置くと、基板表面にスパッタ
粒子が付着ｉ固しながら、基板２面上にアモルファス状
のシリコン薄膜を形成していく。

この成膜と同時に基板下方に設けられたイオン源７内に
ガス導入孔１３より水素ガスを導入し水素ガスプラズマ
２０を生成する。できたプラズマは引出電極２１．２２
により、高電圧に加速されたイオンビーム束８となって
イオン源より引出され、基板２に照射される。このイオ
ンビーム中の水素イオン、又は１粒子とアモルファス薄
膜上に形成されつつある非結合外殻電子とが結合してぃ
く、このイオンビームは、イオン源電源１５によりその
エネルギが供給されるがイオン源制御ユニット１６によ
りイオンビーム量、照射エネルギ強度が独自に制御され
る。従って、スパッタ制御ユニット１４により制御され
るスパッタ成膜量及び成膜速度に応じて、成膜中の非結
合電子と結合するイオンビーム量、ビーム強度を制御す
ることができる。

一方、スパッタ粒子引出部に主排気装置９、もしくは、
図、にある様にイオン源排気装置１０を設けることによ
り、従来、他方式が成膜基板面直下にアモルファス・シ
リコンを成膜するためのプロセスガスプラズマを生成さ
せねばならなかったものと比較して、極めて高真空の領
域での成膜が可能となる。これにより、不純物等の影響
が少なくなり、成膜の質を著しく良くすることができる
。

基板は基板ホルダ１１に取付けられ、必要に応じ基板ホ
ルダ内に設けられた加熱ヒータ２３で加温されたり成膜
分布改善のために回転モータ１２などにより回転されな
がら使用されても良い。

本実施例によれば、水素イオン、粒子を供給するのにＳ
ｉＨ４（シラン）などの有毒ガスをプロセスガスに用い
る必要もなく、非結合外殻子を結合させるに必要なイオ
ンビームを独自に制御しながら照射注入を行なわせるこ
とができる。

なお１図中、１７は整合箱、１８はＲＦ電源、２４は電
子線、２５はＲＦコイル、２６はＤＣ電源、２８は蒸着
材である。

【発明の効果〕

本発明によれば、 （１）有毒ガスを用いないで成膜が行なえる。

（２）アモルファス・シリコンの成膜条件に合った必要
量の水素イオンビームを同時に、制御しながら注入照射
できるため、素子の生成効率が向上する。

（３）より高真空中での成膜が可能なため、プロセスガ
スの混入度合を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置構成図、第２図は従来
の製造方法の説明図である。 １・・・真空容器、２・・・基板。 第１　固

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器中で、基板表面にアモルファス・シリコン
   薄膜を形成してアモルファス・太陽電池素子を製造する
   アモルファス・シリコン太陽電池素子の製造装置であつ
   て、前記基板を保持するホルダと、前記真空容器内を減
   圧する減圧手段と、前記真空容器中に少なくともＳｉを
   含むガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器中の
   Ｓｉを含むガスをラジカル化させる放電手段とを設けた
   ものに於いて、 前記真空容器内、若しくは前記真空容器と連接する真空
   容器内に、前記アモルファス・シリコン薄膜に水素イオ
   ン、又は、中性水素粒子を打込むイオンガンを設けたこ
   とを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、特許請求の範囲第１項に於いて、 Ｓｉを含むガスの供給源と、水素イオン又は原子を供給
   する供給源とを、独立に制御することを特徴とするアモ
   ルファス・シリコン太陽電池の製造装置。 ３、特許請求の範囲第１項に於いて、 水素イオン供給源に導入した水素ガスを前記水素イオン
   供給源と、前記真空容器との間に設けた排気装置で排気
   することを特徴とするアモルファス・シリコン太陽電池
   の製造装置。