JPWO2009148120A1 - 薄膜太陽電池製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年6月6日に、日本に出願された特願2008−149935号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この薄膜太陽電池の薄膜Si層(半導体層)の成膜には、プラズマCVD装置を用いることが多い。この種のプラズマCVD装置としては、枚葉式PE−CVD(プラズマCVD)装置、インライン型PE−CVD装置、バッチ式PE−CVD装置などが存在する。
基板の成膜面に膜を成形する際、成膜室には基板と共にキャリアも出し入れされることになる。このため、キャリア全体が成膜室内で露呈した状態となるので、基板の成膜面に加え、キャリアにも膜が形成されてしまう。
(1)本発明の薄膜太陽電池製造装置は、基板の成膜面にCVD法により膜を形成する成膜室と;電圧が印加されるカソードが両側に配置されたカソードユニットと、前記各カソードのそれぞれに対向かつ離間距離を置いて配置された一対のアノードと、を有する電極ユニットと;前記基板の周縁部を覆うマスクと;前記カソードユニットの周囲に設置された排気ダクトと;を備え、前記カソードユニットと、前記アノード側に設置された前記基板との間に成膜空間が形成され;前記マスクと前記カソードユニットとの間に排気通路が形成され;前記排気ダクトと前記成膜空間とが前記排気通路を介して接続され;前記成膜空間に導入された成膜ガスが、前記排気通路を通って前記排気ダクトから排気される。
また、カソードユニットの周囲に排気ダクトを設置するので、基板の周囲から成膜ガス(排ガス)を排気することができる。このため、排気効率を向上させることが可能になる。
さらに、排気ダクトを用いて排気させることで、例えば、基板の被成膜面に膜を形成する際に発生した反応副生成物(パウダー)なども容易に回収することができる。この場合、排気ダクトの内壁に反応副生成物(パウダー)を付着・堆積させることで、反応副生成物(パウダー)を含まない比較的クリーンな成膜ガスを排気させることが可能になる。また、排気ダクトをクリーニングする時に、反応副生成物(パウダー)をまとめてクリーニングすることができる。そして、排気ダクトはマスクとカソードユニットとの間に形成された排気通路で成膜空間と接続され、この排気通路を通って成膜ガスが排気ダクトから排気される。カソードユニットと基板により成膜空間が形成され、反応副生成物(パウダー)および成膜ガスが、成膜空間から排気通路を介して排気ダクトにより排気されるので、他の領域への成膜ガスや反応副生成物(パウダー)の拡散を制限でき、成膜室内の成膜空間以外での汚れを低減できる。
上記(2)の場合、カソードとシャワープレートとを別個に設ける必要がなくなり、薄膜太陽電池製造装置の簡素化、低コスト化を図ることが可能になる。また、カソードをシャワープレートとすることにより、成膜ガスが成膜領域(成膜空間)に均一に導入されると共に、成膜領域に高周波電圧を均一に印加することができる。そのため、プラズマがより均一になり、形成される膜の品質の向上が図れる。
さらに、アノードを、カソード方向に移動することにより、マスクが基板の周縁部を覆い、これにより、基板の周縁部に膜が形成されるのを防止している。このため、マスクを大掛かりな構成とすることなく、低コストで確実に基板の周縁部の膜の形成を防止できる。
また、マスクが基板の周縁部を覆うことにより、後述する基板の搬送部(キャリア)やアノードが存在する領域に成膜ガスが広がることを制限することができる。
また、基板の成膜面に膜を形成する際、マスクが第一挟持片を被覆し、かつ搬送部側に成膜ガスが広がるのを制限するので、搬送部に膜や反応副生成物が付着することを低減することができる。このため、搬送部のクリーニング頻度を減少させることができる。また、例えば、搬送部に形成される膜が剥がれ落ちて基板の成膜面に付着するのを防止できる。このため、基板の成膜面に形成される膜の品質を向上させることができる。
上記(5)の場合、必要以上に成膜空間が拡大してしまうのを防止できる。この結果、無駄に成膜ガスを排出する必要が無くなり、製造コストの低減化を図ることが可能になる。
また、成膜ガスが広がる範囲が制限され、不要な範囲、つまり、基板の外縁部やアノードへの膜の形成を防止できる。さらに、マスクが電極ユニットと一体で成膜室から分離できるので、マスクのクリーニングが容易になる。その結果、薄膜太陽電池製造装置の稼働率を向上させることが可能になる。
上記(6)の場合、基板の温度を効率よく制御することが可能になる。また、温度制御部をアノードとは別に設ける必要がなくなるので、薄膜太陽電池製造装置の小型化を図ることができる。
また、排気ダクトを用いて排気させることで、例えば、基板の成膜面に膜を形成する際に発生した反応副生成物(パウダー)なども、容易に回収することができる。この場合、排気ダクトの内壁に反応副生成物(パウダー)を付着・堆積させることで、反応副生成物(パウダー)を含まない比較的クリーンな成膜ガスを排気させることが可能になる。さらに、基板の成膜面に膜を形成する際、マスクが第一挟持片を被覆し、かつ搬送部側に成膜ガスが広がるのを制限するので、搬送部に膜や反応副生成物が付着することを低減できる。このため、搬送部のクリーニング頻度を減少させることができる。また、搬送部に形成される膜が剥がれ落ちて基板の成膜面に付着するのを防止できる。このため、基板の成膜面に形成される膜の品質を向上させることができる。
(薄膜太陽電池)
図1は、本発明の薄膜太陽電池製造装置で製造される薄膜太陽電池100の一例を、模式的に示した断面図である。図1に示すように、薄膜太陽電池100は、その表面を構成する基板W(例えばガラス基板など)と;この基板W上に設けられた透明導電膜からなる上部電極101と;アモルファスシリコンからなるトップセル102と;このトップセル102と後述するボトムセル104との間に設けられた透明導電膜からなる中間電極103と;マイクロクリスタルシリコンからなるボトムセル104と;透明導電膜からなるバッファ層105と;金属膜からなる裏面電極106と;が積層して構成されている。つまり、薄膜太陽電池100は、アモルファスシリコン/マイクロクリスタルシリコンタンデム型太陽電池である。このようなタンデム構造の薄膜太陽電池100では、短波長光をトップセル102で吸収するとともに、長波長光をボトムセル104で吸収することで、発電効率の向上を図ることができる。
図2は、本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池製造装置の概略平面図である。図2に示すように、この薄膜太陽電池製造装置10は、複数の基板Wに対してマイクロクリスタルシリコンで構成されたボトムセル104(半導体層)を同時に成膜可能な成膜室11と;この成膜室11に搬入される成膜処理前基板W1(基板W)、及び成膜室11から搬出された成膜処理後基板W2(基板W)を同時に収容可能な仕込・取出室13と;成膜処理前基板W1および成膜処理後基板W2をキャリア(搬送部)21(図9参照)に脱着する基板脱着室15と;基板Wをキャリア21から脱着するための基板脱着ロボット17と;基板Wを別の処理室との搬送のために収容する基板収容カセット19と;を備えている。本実施形態では、成膜室11、仕込・取出室13および基板脱着室15で構成される基板成膜ライン16が、4つ設けられている。基板脱着ロボット17は、床面に敷設されたレール18上を移動できるようになっている。これにより、全ての基板成膜ライン16への基板Wの受け渡しを、1台の基板脱着ロボット17で行えるようになっている。さらに、成膜室11と仕込・取出室13とが一体化して基板成膜モジュール14を構成しており、トラックに積載可能な大きさを有している。
これら図3Aに〜図3C示すように、成膜室11は、箱型に形成されている。成膜室11の、仕込・取出室13と接続される第一側面23には、基板Wが搭載されたキャリア21が通過可能なキャリア搬出入口24が、3箇所形成されている。これらキャリア搬出入口24には、これらキャリア搬出入口24を開閉するシャッタ25がそれぞれ設けられている。シャッタ25を閉じた場合、キャリア搬出入口24は気密性を確保して封止される。第一側面23と対向する第二側面27には、基板Wに成膜を施すための電極ユニット31が3基取り付けられている。これら電極ユニット31は、成膜室11から着脱可能である。成膜室11の第三側面下部28には、成膜室11内の空間を真空排気するための真空ポンプ30が、排気管29を介して接続されている(図3C参照。図3A及び図3Bでは図示略)。
電極ユニット31は、成膜室11の第二側面27に形成された3箇所の開口部26に着脱可能である(図3B参照)。電極ユニット31は、下部(底板部62)の四隅に車輪61が1つずつ設けられており、床面上を移動可能である。車輪61が取り付けられた底板部62上には、側板部63が鉛直方向に沿って立設されている。この側板部63は、成膜室11の第二側面27の開口部26を閉塞できる大きさを有している。
図4Cの変形例に示すように、車輪61付きの底板部62は、カソードユニット68やアノードユニット90等が取り付けられた側板部63と分離・接続可能な台車62Aとしてもよい。この場合、電極ユニット31を成膜室11に接続した後に、カソードユニット68やアノードユニット90等が取り付けられた側板部63から台車62Aを分離し、共通の台車62Aとして、他の電極ユニット31の移動に使用できる。
さらに、アノード67は、駆動機構71にヒンジ(不図示)を介して取りつけられている。これにより、電極ユニット31を成膜室11から引き抜いた状態で、アノード67のカソードユニット68側を向いた面67Aが、側板部63の一方の面65と略平行になるまで開閉するように回動できる。つまり、アノード67は平面視において略90°回動できるようになっている(図4A参照)。
カソードユニット68には、各アノード67と対向する面にそれぞれ小孔(不図示)が複数形成された一対のシャワープレート75が配置されており、この小孔から成膜ガスが基板Wに向かって噴出される。このシャワープレート75,75は、前記マッチングボックス72と電気的に接続されたカソード(高周波電極)をなしている。2枚のシャワープレート75,75の間には、マッチングボックス72と電気的に接続されたカソード中間部材76が設けられている。すなわち、シャワープレート75は、カソード中間部材76の両側面に、このカソード中間部材76と電気的に接続された状態で配置されている。
カソード中間部材76は、図示しない配線によって前記マッチングボックス72と電気的に接続されている。カソード中間部材76とシャワープレート75との間には、空間部77が形成されている。そして、ガス供給装置(不図示)より、この空間部77に成膜ガスが導入されるようになっている。一対の空間部77は、これらの間に介在するカソード中間部材76で分離され、それぞれのシャワープレート75、75毎に対応して別々に形成されている。そのため、各シャワープレート75、75から放出されるガスの種類や放出量を独立して制御できる。すなわち、空間部77は、ガス供給路の役割を有している。本実施形態にあっては、各空間部77のそれぞれが、シャワープレート75、75毎に対応して別々に形成されているので、カソードユニット68は、2系統のガス供給路を有している。
カソードユニット68の下部に配された排気ダクト79には、成膜室11へ向いた面に開口部α(不図示)が形成されている。この開口部αによって、成膜空間81から排気された成膜ガスなどが、成膜室11内へ排出される。成膜室11内へ排出されたガスは、成膜室11の側面下部28に設けられた排気管29より外部へ排気される(図3C参照)。
排気ダクト79とカソード中間部材76の間には、誘電体および/もしくはこの誘電体の積層空間を有する浮遊容量体82が設けられている。
排気ダクト79は、接地電位に接続されている。排気ダクト79は、カソード75およびカソード中間部材76からの異常放電を防止するためのシールド枠としても機能する。
仕込・取出室13の第三側面下部41には、仕込・取出室13内を真空排気するための真空ポンプ43が、排気管42を介して接続されている(図5B参照)。
次に、本実施形態の薄膜太陽電池製造装置10を用いて、基板Wに成膜する方法を説明する。この説明においては、一組の基板成膜ライン16の図面を用いるが、他の三組の基板成膜ライン16も略同一の流れで基板Wを成膜する。
まず、図10に示すように、成膜処理前基板W1を複数枚収容した基板収容カセット19を所定の位置に配置する。
さらにこの動作を繰り返して、基板脱着室15内の残り二つのキャリア21にも、成膜処理前基板W1をそれぞれ取り付ける。つまり、この段階で成膜処理前基板W1を6枚取り付ける。
図15Aに示すように、プッシュ−プル機構38の係止部48に対し、成膜処理後基板W2が取り付けられたキャリア21Aを係止させる。そして、係止部48に取り付けられている移動装置50の移動アーム58を揺動させる。この時、移動アーム58の長さは可変する。すると、キャリア21Aを係止した係止部48が、ガイド部材49に案内されながら移動し、図15Bに示すように、キャリア21Aが成膜室11から仕込・取出室13内へと移動する。このように構成することで、キャリア21Aを駆動させるための駆動源を成膜室11内に設けることが不要になる。
図21に示すように、マスク78は、基板Wの外縁部を覆うと共に、基板Wの外縁部と密接するよう形成されている。成膜空間81は、マスク78と、カソードユニット68のシャワープレート75と、成膜処理前基板W1(基板W)とにより形成される。
すなわち、マスク78と基板Wとが当接することで、成膜空間81とキャリア21や搬送装置が存在するチャンバ内の空間とが分離される。さらに、マスク78と基板Wとの合わせ面(当接面)はシール部86として構成され、これらマスク78と基板Wとの間から成膜ガスが漏れないようになっている。これにより、成膜ガスが広がる範囲が制限され、不要な範囲が成膜されることを抑制できる。その結果、クリーニング範囲を狭くすること、およびクリーニング頻度を減らすことができるので、この薄膜太陽電池製造装置10の稼働率が向上する。
別の形態として、マスク78を排気ダクト79に対して弾性体を介して取り付けることによって、基板Wとシャワープレート(カソード)75の距離を、駆動機構71のストロークによって任意に変更することもできる。上記の実施形態では、マスク78と基板Wとが当接するものとしたが、成膜ガスの通過を制限するような微少な間隔を空けるように、マスク78と基板Wとを配置させても良い。
一度の成膜処理工程で複数の層を成膜する際には、供給する成膜ガス材料を所定時間毎に切り替えることで実施できる。
成膜室11内の全ての電極ユニット31において、上述した処理と同じ処理を実行するので、6枚の基板全てに対して同時に成膜処理を施すことができる。
さらにアノード67を互いに離間する方向に移動させることで、成膜処理後基板W2とアノード67とが離間する(図18参照)。
また、基板Wの成膜面である表面WOに膜を形成する際、カソードユニット68と、基板Wと、スク78とで成膜空間81が形成されるので、アノード67やキャリア21が成膜空間81に露呈されるのを防止できる。
さらに、マスク78は、キャリア21のうちの挟持片59Aを被覆可能な形状に形成すればよいので、マスク78をさらに小型化、単純化することができる。
また、排気ダクト79を用いて排気させることで、例えば、成膜を施す際に発生した反応副生成物(パウダー)なども容易に回収できる。この反応副生成物(パウダー)は、排気ダクト79の内壁面に付着させることで回収・処分できる。このため、成膜室11の側面下部28に設けられた排気管29から外部へと排気される成膜ガスを、反応副生成物(パウダー)を含まない比較的クリーンな状態にすることが可能になる。さらに、排気ダクト79をクリーニングするときに、反応副生成物(パウダー)をまとめてクリーニングすることができる。
さらに、マスク78と基板Wとが当接することで、成膜空間81とキャリアや搬送装置が存在するチャンバ内の空間とが分離される。さらに、マスク78と基板Wとの合わせ面(当接面)はシール部86として構成され、これらマスク78と基板Wとの間から成膜ガスが漏れないようになっている。これにより成膜ガスが広がる範囲が制限され、不要な範囲、つまりアノード67や基板Wの外縁部への膜の形成を防止できる。さらに、マスク78が電極ユニット31と一体で成膜室11から分離できるので、マスク78のクリーニングが容易となる。この結果、薄膜太陽電池製造装置10の稼働率を向上させることが可能になる。
さらに、上述の実施形態では、基板Wは、鉛直方向と略並行を成すような状態でカソードユニット68の両面側にそれぞれ対向配置され、2枚のアノード67は、各基板Wの厚さ方向外側に各基板Wとそれぞれ対向して配置され、カソードユニット68にマスク78を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、アノード67を有するアノードユニット90の両面側に基板Wをそれぞれ配置し、これら基板Wの外側に一対のカソードユニット68を配設し、それぞれカソード76にマスク78を設けてもよい。
11 成膜室
21 キャリア(搬送部)
59 挟持部
59A 挟持片(第一挟持片)
59B 挟持片(第二挟持片)
67 アノード
68 カソードユニット
71 駆動機構(駆動部)
75 シャワープレート兼カソード
76 カソード中間部材
78 マスク
79 排気ダクト
80 排気口
81 成膜空間
82 浮遊容量体
85 露出面(露呈する部位)
86 シール部
102 トップセル(膜)
104 ボトムセル(膜)
H ヒータ(温度制御部)
R ガス流路(排気通路)
W 基板
W1 成膜処理前基板
W2 成膜処理後基板
WO 表面(被成膜面)
WU 裏面(背面)
Claims (6)
- 基板の成膜面にCVD法により膜を形成する成膜室と;
電圧が印加されるカソードが両側に配置されたカソードユニットと、前記各カソードのそれぞれに対向かつ離間距離を置いて配置された一対のアノードと、を有する電極ユニットと;
前記基板の周縁部を覆うマスクと;
前記カソードユニットの周囲に設置された排気ダクトと;を備え、
前記カソードユニットと、前記アノード側に設置された前記基板との間に成膜空間が形成され;
前記マスクと前記カソードユニットとの間に排気通路が形成され;
前記排気ダクトと前記成膜空間とが前記排気通路を介して接続され;
前記成膜空間に導入された成膜ガスが、前記排気通路を通って前記排気ダクトから排気される;
ことを特徴とする薄膜太陽電池製造装置。 - 前記カソードは、前記基板の前記成膜面に対して前記成膜ガスを供給するシャワープレートであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池製造装置。
- 前記電極ユニットが、前記アノードを前記カソードに対して接近・離間させる駆動部をさらに有し;
前記駆動部により、前記基板を保持した前記アノードを、前記カソードに向かって移動させることにより、前記マスク部が前記基板の前記周縁部を覆う;
ことを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜太陽電池製造装置。 - 前記アノードと前記カソードユニットの間に前記基板を搬送する搬送部をさらに備え、
前記搬送部が、前記基板の前記成膜面に当接する第一挟持片と、前記基板の背面に当接する第二挟持片とを有し;
これら第一挟持片と第二挟持片とにより前記基板が挟持され;
前記アノードが前記カソードユニットに対して接近する際に、前記第一挟持片が前記第二挟持片から離間し;
前記アノードが前記カソードユニットに対して離間する際に、前記第一挟持片が前記第二挟持片に接近し;
前記基板の前記成膜面に前記膜を形成する際に、前記搬送部の前記第一挟持片よりも内周側で、前記基板の周縁部が前記マスクにより覆われる;
ことを特徴とする請求項3に記載の薄膜太陽電池製造装置。 - 前記マスク部が前記基板の前記周縁部を覆うことで、前記成膜空間が存在する空間と、前記搬送部が存在する空間とが分離される
ことを特徴とする請求項3または4に記載の薄膜太陽電池製造装置。 - 前記アノードに、前記基板の温度を調整するための温度制御部が内蔵されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の薄膜太陽電池製造装置。
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