TWI499071B - 太陽電池的製造裝置、太陽電池及太陽電池的製造方法 - Google Patents

太陽電池的製造裝置、太陽電池及太陽電池的製造方法 Download PDF

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TWI499071B
TWI499071B TW101139433A TW101139433A TWI499071B TW I499071 B TWI499071 B TW I499071B TW 101139433 A TW101139433 A TW 101139433A TW 101139433 A TW101139433 A TW 101139433A TW I499071 B TWI499071 B TW I499071B
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Keisuke Nakamura
Shinsaku Yamaguchi
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

太陽電池的製造裝置、太陽電池及太陽電池的製造方法
本發明係關於太陽電池的製造裝置、太陽電池、及太陽電池的製造方法。
化石能源燃燒會造成二氧化碳氣體增加，因此太陽能發電系統成為21世紀的保護地球環境的潔淨能源而備受期待，其生產量在世界中呈爆發性的增加。
現在的一般的結晶矽(crystalline silicon)太陽電池，係使用厚度在200 μm左右的p型結晶矽基板，且在此基板的表面側依序形成用來提高光吸收率的表面紋理(texture)、n型雜質擴散層、反射防止膜及表面電極(例如梳形銀(Ag)電極)，以及在該基板的背面側以網版印刷方式形成背面電極(例如鋁(Al)電極)後，進行鍛燒(firing)該等而製成。
該鍛燒係使表面電極及背面電極中的溶劑成分揮發掉，並在該基板的受光面側使梳形銀電極突破反射防止膜而與n型雜質擴散層連接，在該基板的背面側使鋁電極的 一部份的鋁擴散至該基板而形成背面電場(BSF：Back Surface Field)層。此BSF層具有：在與該矽基板的接合面形成內部電場而將在BSF層附近產生之少數載子(carrier)推回到矽基板內部，抑制在鋁電極附近的載子再結合之效果。然而，此藉由擴散而形成之接面或BSF層的膜厚，若係利用具有適度的摻雜物(dopant)濃度之熱處理來形成的話，會為數百nm到數μm厚之厚度，且會產生由於在層內之再結合而造成之開路電壓(open circuit voltage)降低及由於光吸收而造成之短路電流之降低。
因此，開發出一種在結晶矽基板的背面隔著薄薄的本質(intrinsic)半導體薄膜(i層)而形成由摻有雜質的矽層(impurity-doped silicon layer)所構成的接面或BSF層之異質接面(heterojunction)太陽電池。
異質接面太陽電池係利用薄膜來形成背面側的摻有雜質的矽層，因此可自由設定摻有雜質的矽層的雜質濃度分佈，而且由於雜質層很薄所以可抑制在膜中之載子的再結合及光吸收，可得到較大的短路電流。另外，隔在中間之本質半導體層會抑制接面間的雜質擴散，可形成具有急遽的雜質輪廓(profile)之接面，因此可透過良好的接合界面形成而得到較高的開路電壓。
再者，異質接面太陽電池中之背面側的本質半導體薄膜及摻有雜質的矽層可用200℃左右的低溫來形成，因此即使基板的厚度較薄也可減低由於熱而在基板產生之應力(stress)或基板的翹曲。而且，就算是容易因熱而劣化之結 晶矽基板也可期待能夠抑制基板品質之降低。
至於異質接面太陽電池的製造，就使用例如n型結晶矽基板的情況而言，係在表面側形成本質半導體薄膜(i層)及摻有p型雜質的矽層，在背面側形成本質半導體薄膜(i層)及摻有n型雜質的矽層。
另一方面，專利文獻1中記載有：在光伏打裝置(photovoltaic device)中之具備有PIN接面的半導體活性層(active layer)的製造中，在矽烷(silane)與甲烷(methane)的混合氣體中添加二硼烷(diborane)而形成P型雜質層，然後強制地使氮源氣體及氧源氣體混入矽化合物氣體中來形成本質層，再於矽烷添加膦(phosphine)來形成N型雜質層之技術。藉此，根據專利文獻1，強制地使本質層中同時含有氮及氧，就可壓抑由於強光的長時間照射所造成之光電轉換效率的劣化比率。
又，在進行層積形成複數種膜而成的半導體薄膜積層體之成膜的裝置方面，已知有將複數個反應室串聯連接起來之連續(in-line)式的CVD(化學氣相沉積)裝置。
專利文獻2中記載有：在用來形成pin構造之連續分離電漿裝置中，具備有串接的裝入室、第一反應室、第二反應室、第三反應室、及取出室，且在將玻璃基板依序搬送至各室的過程中依序進行p型、i型、n型非晶質半導體膜的成膜而形成光伏打裝置之技術。此連續分離電漿裝置的第二反應室中，上側放電電極與下側放電電極的間隔，係設定成沿著玻璃基板的行進方向先逐漸變寬然後逐漸變 窄之形態。藉此，根據專利文獻2，可使放電電力密度沿著基板的行進方向而正確地變化，因此可在移動經過反應室之複數個玻璃基板的一個個之上形成具有所希望的能隙(band gap)結構之i層。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
(專利文獻1)日本特開昭61-222277號公報
(專利文獻2)日本特開平6-151917號公報
專利文獻1及專利文獻2中記載的技術，皆是以只在玻璃基板(絕緣性基板)的兩個主面之中的一個主面形成膜層為前提。因此，關於如何進行在用來製造異質接面太陽電池之半導體基板(例如矽基板)的兩個主面形成不同的膜之處理才有效率，專利文獻1及專利文獻2中完全沒有記載。
假設，若為了製造異質接面太陽電池而使用專利文獻2中記載的連續分離電漿裝置，則為了在半導體基板的兩個主面(表面及背面)分別形成不同的半導體薄膜的積層體，就必須要有在半導體基板的一個主面形成半導體薄膜之後將半導體基板予以翻面之工序。因此，必須要有用來形成表面側、背面側的半導體薄膜層之複數個CVD裝置、及在各個CVD裝置之間用來使矽基板翻面之裝置。因而，會招致裝置成本之增大及製程之複雜化，而有使製造成本 居高不下的可能性。
本發明係鑑於上述的課題而完成者，其目的在提供可降低異質接面太陽電池的製造成本之太陽電池的製造裝置、太陽電池、及太陽電池的製造方法。
為了解決上述課題，達成本發明的目的，本發明的一個態樣之太陽電池的製造裝置，包括有：將複數個具有第一主面及與前述第一主面相反側的第二主面之基板以平鋪方式保持成各基板的前述第一主面及前述第二主面都露出之基板保持具(holder)；在前述基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第二主面與將會發生的放電相隔離，使前述第一主面曝露於前述將發生的放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使第一氣體放電，藉此在前述基板的前述第一主面形成第一膜之前成膜室；在前述基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第一主面與將會發生的放電相隔離，使前述第二主面曝露於前述放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使第二氣體放電，藉此在前述基板的前述第二主面形成第二膜之後成膜室；以及在從前述前成膜室到前述後成膜室均未開放至大氣的情況下在搬送路徑的大部份將前述基板保持具往沿著前述第一主面的方向搬送之搬送機構。
根據本發明，就不需要用來使基板保持具翻面之工序，且與進行翻面之情況相比較可使連接前成膜室及後成膜室之移動室的大小縮小。藉此，不僅可縮短製程而且可抑制製造裝置的大型化，所以可降低異質接面太陽電池的製造成本。
1,201-1,201-2‧‧‧裝載室
3,203‧‧‧移動室
4‧‧‧卸載室
5-1至5-6,5-11至5-16,5-21至5-26‧‧‧閘閥
6,6-1,6-2,306,306i,306j,306k,306p‧‧‧太陽電池基板保持具
6a至6d‧‧‧側面
7‧‧‧陰極電極
7a,8a,8b,8c,61a,62a,362a,362ai,362aj,362ak,362ap‧‧‧開口部
8‧‧‧陽極電極
9,9-1至9-16‧‧‧基板
9a‧‧‧表面
9b‧‧‧背面
9b1‧‧‧邊緣部
10‧‧‧高頻電源
11,211,412,413,415i‧‧‧製程氣體控制系統
14‧‧‧i型非晶矽層
15‧‧‧p型非晶矽層
16‧‧‧n型非晶矽層
17‧‧‧集電電極
18‧‧‧透明導電層
19‧‧‧非成膜區域
21,221-1,221-2‧‧‧第一成膜室
22,222-1,222-2‧‧‧第二成膜室
23,223-1,223-2‧‧‧第三成膜室
24,224-1,224-2‧‧‧第四成膜室
30,230‧‧‧搬送機構
31,231‧‧‧第一搬送機構
32,232‧‧‧第二搬送機構
33,233‧‧‧第三搬送機構
31a,32a,33a‧‧‧固定子
31b,32b,33b‧‧‧移動子
31c,32c,33c‧‧‧保持部
61,361p‧‧‧太陽電池基板托架
61a1‧‧‧周緣部
61b‧‧‧沉孔部
62,362,362i,362j,362k,362p‧‧‧太陽電池基板壓板
100,200‧‧‧製造裝置
234‧‧‧第四搬送機構
235‧‧‧第五搬送機構
361bp‧‧‧沉孔部
362ai1,362aj1,362ak1‧‧‧主要邊部
362ai2‧‧‧傾斜邊部
362aj2‧‧‧突起
362ak2‧‧‧梯階部
414‧‧‧切換部
415i1‧‧‧控制系統本體
415i2‧‧‧加熱機構
416j‧‧‧排氣系統
CH‧‧‧室壁
CHa‧‧‧排氣口
CHb‧‧‧供給口
L1,L2‧‧‧系列
PL‧‧‧電漿
SP‧‧‧空間
第1圖係顯示實施形態1之太陽電池的製造裝置的構成之圖。
第2圖係顯示實施形態1中之太陽電池基板保持具的構成之平面圖。
第3圖係顯示實施形態1中之太陽電池基板保持具的構成之剖面圖。
第4圖係顯示實施形態1中之成膜室的構成之圖。
第5圖(a)至(c)係顯示實施形態1中之搬送機構的構成及動作之圖。
第6圖係顯示實施形態2之太陽電池的製造裝置的構成及動作之圖。
第7圖係顯示實施形態2之太陽電池的製造裝置的構成及動作之圖。
第8圖係顯示實施形態2中之成膜室的構成之圖。
第9圖係局部地顯示實施形態3中之太陽電池基板托架的構成之俯視圖。
第10圖係局部地顯示實施形態3中之太陽電池基板托 架的構成之剖面圖。
第11圖係局部地顯示實施形態3中之載置有太陽電池基板托架、基板、及太陽電池基板壓板的狀態之俯視圖。
第12圖係第11圖中的C-C方向之局部剖面圖。
第13圖係第11圖中的D-D方向之局部剖面圖。
第14圖係顯示實施形態3中之形成有非晶質半導體層的基板之剖面圖。
第15圖係局部地顯示實施形態3中之載置有太陽電池基板托架、基板、及太陽電池基板壓板的狀態的一例之俯視圖。
第16圖係局部地顯示實施形態3中之載置有太陽電池基板托架、基板、及太陽電池基板壓板的狀態的一例之俯視圖。
第17圖係局部地顯示實施形態3中之載置有太陽電池基板托架、基板、及太陽電池基板壓板的狀態的一例之俯視圖。
第18圖係顯示實施形態3中之形成有集電電極的太陽電池基板之俯視圖。
第19圖係第18圖中的E-E方向斷面的局部剖面圖。
第20圖係局部地顯示實施形態3中之太陽電池基板托架的構成的一例之俯視圖。
第21圖係局部地顯示實施形態3中之載置有太陽電池基板托架、基板、及太陽電池基板壓板的狀態的一例之俯視圖。
第22圖係第21圖中的H-H方向之局部剖面圖。
第23圖係第21圖中的I-I方向之局部剖面圖。
第24圖係局部地顯示實施形態4中之成膜室內的構成的一例之剖面圖。
第25圖係局部地顯示實施形態4中之成膜室內的構成的一例之剖面圖。
第26圖係局部地顯示實施形態4中之成膜室內的構成的一例之剖面圖。
第27圖係局部地顯示實施形態4中之成膜室內的構成的一例之剖面圖。
以下，根據圖式來詳細說明本發明之太陽電池的製造裝置之實施形態。但本發明並不受此實施形態所限定。而且，在以下的實施形態中使用的太陽電池製造裝置圖只是示意圖，長度、深度、高度的關係及各者的比例等與真實的裝置並不相同。
實施形態1
以下，使用第1圖來說明實施形態1之太陽電池的製造裝置100。第1圖係以示意圖的方式顯示太陽電池的製造裝置100的構成的一例之上視圖。
太陽電池的製造裝置100，係為用來製造例如異質接面太陽電池之連續(in-line)式電漿CVD裝置，係透過複數個閘閥(gate valve)而將複數個成膜室串聯連接起來者。具體而言，太陽電池的製造裝置100具備有太陽電池基板保 持具6、裝載室(loading chamber)1、第一成膜室21、第二成膜室22、移動室3、第三成膜室23、第四成膜室24、卸載室(unloading chamber)4、複數個閘閥5-1至5-6、及搬送機構30。
太陽電池基板保持具6，係將複數個基板9-1至9-16(參照第2圖)以平鋪方式保持成各基板9的表面9a及背面9b(參照第3圖)都露出。各基板9係為由以例如半導體(例如矽)為主成分之材料所形成，且用來在表面9a及背面9b之雙方分別堆積形成不同的膜以形成異質接面太陽電池之基板。裝載室1、第一成膜室21、第二成膜室22、移動室3、第三成膜室23、第四成膜室24、卸載室4，係透過複數個閘閥5-1至5-6而連接成一直列。
設立(set)成例如大致鉛直之太陽電池基板保持具6，係在閘閥5-1關閉的狀態下，從大氣中移入到裝載室1。然後在將裝載室1予以抽真空後，使閘閥5-1開啟，由搬送機構30沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6從裝載室1搬送至第一成膜室21。然後使閘閥5-1、5-2關閉並將第一成膜室21予以抽真空後，將第一成膜氣體導入第一成膜室21，在由太陽電池基板保持具6保持著的各基板9的表面9a形成第一膜。同樣地，利用搬送機構30將太陽電池基板保持具6依序搬送到下一個成膜室。在各成膜室(第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、第四成膜室24)之成膜都結束後，利用搬送機構30將太陽電池基板保持具6搬送到卸載室4。然後在使卸載室4開放 至大氣後，將太陽電池基板保持具6移出到太陽電池的製造裝置100的外部。
在各成膜室(第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、第四成膜室24)中，設有陰極電極7及陽極電極8。陰極電極7與陽極電極8的位置關係，在位於移動室3的前側之第一成膜室21及第二成膜室22、與在位於移動室3的後側之第三成膜室23及第四成膜室24為相反。亦即，在第一成膜室21及第二成膜室22之各者中，陰極電極7位於第1圖中的下側，陽極電極8位於第1圖中的上側。相對於此，在第三成膜室23及第四成膜室24之各者中，陰極電極7位於第1圖中的上側，陽極電極8位於第1圖中的下側。太陽電池基板保持具6在移動室3內係沿著與基板9的表面9a(參照第3圖)相交的方向(例如大致呈垂直之方向)平行移動，藉此不管在哪個成膜室中都是在貼近到陽極電極8上之狀態進行成膜。
搬送機構30，係在從第一成膜室21到第四成膜室24都未開放至大氣的情況下在搬送路徑的大部份將太陽電池基板保持具6往沿著基板9的表面9a之方向搬送。具體而言，搬送機構30具有第一搬送機構31、第二搬送機構32、及第三搬送機構33。
第一搬送機構31係可沿著基板9的表面9a(參照第3圖)進行搬送之機構。舉例來說，第一搬送機構31係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6從裝載室1依序往第一成膜室21、第二成膜室22、及移動室3搬送。第一 搬送機構31係例如具有固定子31a、移動子31b、及保持部31c(參照第5圖(a))。固定子31a朝沿著基板9的表面9a之方向延伸。移動子31b係構成為可沿著固定子31a的長度方向移動。舉例來說，固定子31a及移動子31b可構成為一者具有永久磁鐵，另一者具有電磁鐵之形態的線性馬達(linear motor)。保持部31c係結合至移動子31b且一面保持著太陽電池基板保持具6一面與移動子31b一起移動。保持部31c所保持的部位，可為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中沿著製造裝置100的長度方向之側的側面6a,6b附近(參照第2圖、第5圖(a))。
第二搬送機構32係可沿著與基板9的表面9a(參照第3圖)相交的方向(例如大致呈垂直的方向)進行搬送之機構。舉例來說，第二搬送機構32係在移動室3內使太陽電池基板保持具6從與第二成膜室22的陽極電極8對應之位置移動到與第三成膜室23的陽極電極8對應之位置。第二搬送機構32係例如具有固定子32a、移動子32b、及保持部32c(參照第5圖(b))。固定子32a朝與基板9的表面9a相交之方向(例如大致呈垂直的方向)延伸。固定子32a係例如配置在相對於太陽電池基板保持具6而言與固定子31a相反側。移動子32b係構成為可沿著固定子32a的長度方向移動。舉例來說，固定子32a及移動子32b可構成為一者具有永久磁鐵，另一者具有電磁鐵之形態的線性馬達。保持部32c係結合至移動子32b且一面保持著太陽電池基板保持具6一面與移動子32b一起移動。保持部32c 所保持的部位，可為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中與製造裝置100的長度方向相交之側的側面6c附近(參照第2圖、第5圖(b))。
第三搬送機構33係可沿著基板9的表面9a(參照第3圖)進行搬送之機構。舉例來說，第三搬送機構33係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6從移動室3依序往第三成膜室23、第四成膜室24、及卸載室4搬送。第三搬送機構33係例如具有固定子33a、移動子33b、及保持部33c(參照第5圖(c))。固定子33a朝沿著基板9的表面9a之方向延伸。移動子33b係構成為可沿著固定子33a的長度方向移動。舉例來說，固定子33a及移動子33b可構成為一者具有永久磁鐵，另一者具有電磁鐵之形態的線性馬達。保持部33c係結合至移動子33b且一面保持著太陽電池基板保持具6一面與移動子33b一起移動。保持部33c所保持的部位，可為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中沿著行進方向之側的側面6a,6b附近(參照第2圖、第5圖(c))。
以此方式，搬送機構30在從第一成膜室21到第四成膜室24都未開放至大氣的情況下在搬送路徑的大部份將太陽電池基板保持具6往沿著基板9的表面9a之方向搬送，因此不用大幅地使太陽電池基板保持具6翻面，就可在基板9的兩面(表面9a及背面9b)形成膜層。藉此，不需要用來使太陽電池基板保持具6翻面之工序(進行旋轉所需之開放至大氣及抽真空之工序等)，且與進行翻面之情況 相比較可使移動室3的大小縮小。例如，移動室3的大小可抑制在利用第二搬送機構32而進行的橫方向(與基板9的表面9a大致呈垂直的方向)的移動所需的最小限度。
接著，使用第2及3圖來說明太陽電池基板保持具6的構成。第2圖係顯示太陽電池基板保持具6的構成之平面圖，係顯示從例如第1圖中的下方觀看太陽電池基板保持具6時所見的構成之圖。第3圖係顯示太陽電池基板保持具6的構成之斷面圖，係顯示從第2圖中的A-A線切開時的斷面之圖。
如第2圖所示，太陽電池基板保持具6可載置複數片基板9-1至9-16，可同時對複數片基板9-1至9-16進行成膜。各基板9係為由以例如半導體(例如矽)為主成分之材料(例如結晶)所形成，且用來在表面9a及背面9b之雙方分別堆積形成不同的膜以形成異質接面太陽電池之基板。
如第3圖所示，太陽電池基板保持具6係具有太陽電池基板托架61及太陽電池基板壓板62。基板9係以其緣部夾在太陽電池基板托架61與太陽電池基板壓板62之間之方式加以固定。太陽電池基板托架61及太陽電池基板壓板62分別設有開口部61a,62a，以使基板9的表面9a及背面9b露出而可各自曝露於電漿中。亦即，太陽電池基板保持具6係將複數個基板9-1至9-16(參照第2圖)保持成各基板9的表面9a及背面9b之雙方(參照第3圖)都露出。藉此，可在各基板9的表面9a及背面9b兩面進行成膜。在太陽電池基板托架61及太陽電池基板壓板62方面，可 使用表面經氧化鋁膜(alumite)加工過之鋁、氧化鋁(alumina)等的陶瓷系材料、碳複合(carbon composite)材料等來作為其材料。
接著，使用第4圖來說明各成膜室(第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、第四成膜室24)的構成。第4圖係舉例顯示將第1圖所示的第一成膜室21向右旋轉90°時的上視圖。
第一成膜室21係由室壁CH包圍起來之可抽真空的空間。室壁CH形成有排氣口CHa及供給口CHb。第一成膜室21內配置有彼此相向的陽極電極8及陰極電極7。陰極電極7係例如蓮蓬頭(shower)狀地設有複數個開口部7a。陰極電極7電性連接至例如高頻電源10。陽極電極8電性連接至例如接地(ground)電位。
利用真空幫浦而經由排氣口CHa將第一成膜室21內抽真空後，如第4圖所示，利用第一搬送機構31將太陽電池基板保持具6搬入至陽極電極8側且配置在陽極電極8附近。太陽電池基板保持具6係配置成例如與陽極電極8接觸。此時，太陽電池基板保持具6所保持的各基板9的兩個主面(表面9a及背面9b)之中的例如表面9a係面向陰極電極7側。然後，從氣體供給源(未圖示)經由製程氣體(process gas)控制系統11再通過供給口CHb及陰極電極7的蓮蓬頭狀的開口部7a而將製程氣體供給至陽極電極8與陰極電極7之間的空間SP。另外，在陰極電極7施加從高頻電源10供給來的高頻電力(高頻偏壓)，使得電漿PL 在陰極電極7與陽極電極8之間的空間SP中產生。在電漿PL中產生的化學活性種成為成膜前驅物(precursor)，在基板9的主面(在此情況為表面9a)產生反應而形成希望的膜。在太陽電池基板保持具6係配置成例如與陽極電極8接觸之情況，只在基板9的兩個主面之中之曝露在電漿PL中之主面(在此情況為表面9a)進行成膜，並不在與陽極電極8接觸之相反側的主面(在此情況為背面9b)進行成膜。另外，圖中雖未顯示，但陽極電極8係由加熱器(heater)加以加熱以控制太陽電池基板保持具6及基板9的溫度。無助於反應之製程氣體及反應生成物係利用真空幫浦使之經由排氣口CHa而排出到成膜室外。
第二成膜室22也與上述一樣，係使太陽電池基板保持具6所保持的各基板9的兩個主面(表面9a及背面9b)之中的表面9a面向陰極電極7側，在各基板9的表面9a側進行成膜。相對於此，第三成膜室23及第四成膜室24則與上述不同，係使太陽電池基板保持具6所保持的各基板9的兩個主面(表面9a及背面9b)之中的背面9b面向陰極電極7側，在各基板9的背面9b側進行成膜。除了這點之外，其他的點都與上述一樣。
接著，使用第1及5圖來說明成膜工序。第5圖(a)、(b)、(c)分別為顯示從第1圖中的下方觀看第一搬送機構31、第二搬送機構32、及第三搬送機構33時所見的動作之圖。
使用n型單晶矽基板來作為基板9，且將此n型單晶 矽基板(基板9)在太陽電池基板保持具6設置成：使太陽電池基板壓板62的開口部62a側成為在要用作為太陽電池之情況之供太陽光入射的受光面(表面9a)，使太陽電池基板托架61的開口部61a側成為背面9b。在閘閥5-1關閉的狀態下將太陽電池基板保持具6移入到裝載室1，然後將裝載室1抽真空。然後，在將閘閥5-1打開的狀態下，由第一搬送機構31使太陽電池基板保持具6移動至第一成膜室21。而且，以太陽電池基板壓板62的開口部62a側曝露在電漿PL中之方式將太陽電池基板保持具6配置在陽極電極8附近。然後，使閘閥5-1、5-2關閉並將第一成膜室21內予以抽真空後，為了形成i型非晶矽層而將作為製程氣體之矽烷(silane)氣體及氫氣導入第一成膜室21內。此時，係藉由例如製程氣體控制系統11等將相對於矽烷氣體流量之氫氣的流量設定在0至20倍的範圍內，將壓力控制成在50至500 Pa的範圍內之一定的值，將基板溫度控制成在100至200℃的範圍內之一定的值。在陰極電極7與陽極電極8之間施加例如電力密度為每一平方公分10至100 mW的高頻電力(高頻偏壓)來使上述的製程氣體放電。藉此，在各基板9的表面9a側形成例如膜厚為2至10 nm的i型非晶矽層。
接著，在將閘閥5-2打開的狀態下，由第一搬送機構31使太陽電池基板保持具6移動至第二成膜室22。然後，使閘閥5-2、5-3關閉並將第二成膜室22予以抽真空後，為了形成p型非晶矽層而將作為製程氣體之矽烷氣體、乙 硼烷(diborane)氣體、及氫氣導入第二成膜室22內。此時，係藉由例如製程氣體控制系統11等將相對於矽烷氣體流量之乙硼烷氣體流量設定在0.4至5.0%的範圍內，將相對於矽烷氣體流量之氫氣的流量設定在0至20倍的範圍內，將壓力控制成在50至500 Pa的範圍內之一定的值，將基板溫度控制成在100至200℃的範圍內之一定的值。在陰極電極7與陽極電極8之間施加例如電力密度為每一平方公分10至100 mW的高頻電力(高頻偏壓)來使上述的製程氣體放電。藉此，在各基板9的表面9a側形成例如膜厚為2至10 nm的p型非晶矽層。
此外，為了形成能隙(band gap)比p型非晶矽層寬、光穿透率也較高之p型非晶質碳化矽層，亦可使用甲烷(methane)氣體或單甲基矽烷(monomethylsilane)氣體來作為製程氣體。
接著，在將閘閥5-3打開的狀態下，由第一搬送機構31使太陽電池基板保持具6移動至移動室3。具體而言，係如第5圖(a)所示，第一搬送機構31係沿著各基板9的表面9a使太陽電池基板保持具6移動。亦即，第一搬送機構31係使太陽電池基板保持具6從第二成膜室22中之陽極電極8附近的位置移動至移動室3中之與第二成膜室22的陽極電極8對應之位置。
然後，如第5圖(b)所示，第二搬送機構32保持住位於移動室3中之與第二成膜室22的陽極電極8對應的位置之太陽電池基板保持具6。然後，第一搬送機構31解除對 於太陽電池基板保持具6之保持。然後，第二搬送機構32使太陽電池基板保持具6在移動室3內橫向移動。具體而言，第二搬送機構32係使太陽電池基板保持具6在與各基板9的表面9a大致呈垂直之方向(例如從第5圖(b)的紙面穿出之方向)移動。亦即，第二搬送機構32係使太陽電池基板保持具6從移動室3中之與第二成膜室22的陽極電極8對應的位置移動到移動室3中之與第三成膜室23的陽極電極8對應的位置。此時，可將閘閥5-3,5-4都關閉。
再來，如第5圖(c)所示，第三搬送機構33保持住位於移動室3中之與第三成膜室23的陽極電極8對應的位置之太陽電池基板保持具6。然後，第二搬送機構32解除對於太陽電池基板保持具6之保持。然後，在使閘閥5-4打開的狀態下，第三搬送機構33使太陽電池基板保持具6移動至第三成膜室23。具體而言，係如第5圖(c)所示，第三搬送機構33沿著基板9的表面9a使太陽電池基板保持具6移動。亦即，第三搬送機構33係使太陽電池基板保持具6從移動室3中之與第三成膜室23的陽極電極8對應的位置移動到第三成膜室23中之陽極電極8附近的位置。
藉由使太陽電池基板保持具6在移動室3內橫向(與各基板9的表面9a大致呈垂直之方向)移動，而使太陽電池基板保持具6以其太陽電池基板托架61的開口部61a側曝露在電漿中之形態配置在陽極電極8附近。然後，使閘閥5-4、5-5關閉並將第三成膜室23予以抽真空後，為了形成i型非晶矽層而將作為製程氣體之矽烷氣體、及氫氣導入 第三成膜室23內。此時，係藉由例如製程氣體控制系統11等將相對於矽烷氣體流量之氫氣的流量設定在0至20倍的範圍內，將壓力控制成在50至500 Pa的範圍內之一定的值，將基板溫度控制成在100至200℃的範圍內之一定的值。在陰極電極7與陽極電極8之間施加例如電力密度為每一平方公分10至100 mW的高頻電力(高頻偏壓)來使上述的製程氣體放電。藉此，在各基板9的背面9b側形成例如膜厚為2至10 nm的i型非晶矽層。
接著，在將閘閥5-5打開的狀態下，由第三搬送機構33使太陽電池基板保持具6移動至第四成膜室24。然後，使閘閥5-5、5-6關閉並將第四成膜室24予以抽真空後，為了形成n型非晶矽層而將作為製程氣體之矽烷氣體、膦(phosphine)氣體、及氫氣導入第四成膜室24內。此時，係藉由例如製程氣體控制系統11等將相對於矽烷氣體流量之膦氣體流量設定在0.4至5.0%的範圍內，將相對於矽烷氣體流量之氫氣的流量設定在0至20倍的範圍內，將壓力控制成在50至500 Pa的範圍內之一定的值，將基板溫度控制成在100至200℃的範圍內之一定的值。在陰極電極7與陽極電極8之間施加例如電力密度為每一平方公分10至100 mW的高頻電力(高頻偏壓)來使上述的製程氣體放電。藉此，在各基板9的背面9b側形成例如膜厚為2至20 nm的n型非晶矽層。
第四成膜室24中的成膜結束後，在將閘閥5-6打開的狀態下，由第三搬送機構33使太陽電池基板保持具6移動 至卸載室4。然後，在使閘閥5-6關閉的狀態下使卸載室4開放到大氣後，將太陽電池基板保持具6取出。如此便在n型單晶矽基板的受光面側形成i型非晶矽層與p型非晶矽層之積層體，在背面側形成i型非晶矽層與n型非晶矽層之積層體。
如此，在使用藉由在相向的陰極電極7與陽極電極8之間施加的高頻電場而產生的電漿之電容耦合型電漿CVD形式的成膜裝置中，就無需將基板9或太陽電池基板保持具6取出到裝置外、或者使基板9或太陽電池基板保持具6翻面之機構，可連續地在基板9的兩面形成用來構成異質接面太陽電池之非晶矽層。
相較於感應耦合型電漿CVD法，電容耦合型電漿CVD法之電漿中的電離較穩定，較沒有使矽烷等的反應生成種過度分解的傾向，因此在形成適於異質接面型太陽電池之膜中缺陷較少之高品質的非晶質膜矽層之點較有利。
在本實施形態中雖然是在獨立的成膜室中進行各層的成膜，但亦可在同一成膜室內連續地進行膜層之形成，例如可在第一成膜室21中連續地進行i型非晶矽層與p型非晶矽層之形成，而將第二成膜室22予以省略。亦可將受光面側及背面側的成膜順序顛倒過來。此外，還可在裝載室1與第一成膜室21之間設置預備加熱室。
另外，亦可使用p型單晶矽基板、n型多晶矽基板、p型多晶矽基板來作為太陽電池用結晶基板。
如以上所述，在實施形態1中，太陽電池基板保持具 6係將複數個基板9-1至9-16(參照第2圖)以平鋪方式保持成各基板9的表面9a及背面9b(參照第3圖)都露出。而且，搬送機構30係在從第一成膜室21到第四成膜室24都未開放至大氣的情況下在搬送路徑的大部份將太陽電池基板保持具6往沿著基板9的表面9a之方向搬送。藉此，不用大幅地使太陽電池基板保持具6翻面，就可在基板9的兩面(表面9a及背面9b)形成膜層，所以不需要用來使太陽電池基板保持具6翻面之工序(進行旋轉所需之開放至大氣及抽真空之工序等)，且與進行翻面之情況相比較可使移動室3的大小縮小。因而，不僅可縮短製程而且可抑制製造裝置的大型化，所以可降低異質接面太陽電池的製造成本。
又，在實施形態1中，第一成膜室21及第二成膜室22各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係，係與第三成膜室23及第四成膜室24各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係相反。藉此，不用使基板9翻面，搬送機構30只要將太陽電池基板保持具6依序搬送至第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、及第四成膜室24，就可在基板9的表面9a及背面9b兩面形成膜層。藉此，不需要用來使太陽電池基板保持具6翻面之工序(進行旋轉所需之開放至大氣及抽真空之工序等)，且與進行翻面之情況相比較可使移動室3的大小縮小。例如，移動室3的大小可抑制在利用第二搬送機構32而進行的橫方向(與基板9的表面9a大致呈垂直的方向)的移動所需的最小限度。因而，不僅可縮短製程而且可抑制製造裝置的大型化， 所以可降低異質接面太陽電池的製造成本。
又，在實施形態1中，搬送機構30的第一搬送機構31係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6從裝載室1依序搬送至第一成膜室21、第二成膜室22、及移動室3，第二搬送機構32係在移動室3內使太陽電池基板保持具6從與第二成膜室22的陽極電極8對應之位置移動至與第三成膜室23的陽極電極8對應之位置，第三搬送機構33係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6從移動室3依序搬送至第三成膜室23、第四成膜室24、及卸載室4。藉此，可用簡易的構成來實現不用使基板9翻面就可進行在基板9的表面9a及背面9b兩面形成膜層之裝置。
又，在實施形態1中，第一搬送機構31所保持的部位係為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中沿著製造裝置100的長度方向之側的側面6a,6b附近，第二搬送機構32所保持的部位係為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中與製造裝置100的長度方向相交之側的側面6c附近，第三搬送機構33所保持的部位係為例如太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中沿著行進方向之側的側面6a,6b附近。亦即，第一搬送機構31及第二搬送機構32所保持的部位係為太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中的不同的側面附近，第二搬送機構32及第三搬送機構33所保持的部位係為太陽電池基板保持具6的四個側面6a至6d之中的不同的側面。藉此，可平順地進行第一搬送機構31與第二搬送機構 32間之太陽電池基板保持具6的交接而且可將交接所需的空間抑制到較為小型(compact)。以及，可平順地進行第二搬送機構32與第三搬送機構33間之太陽電池基板保持具6的交接而且可將交接所需的空間抑制到較為小型。
又，在實施形態1中，移動室3係在沿著基板9的表面9a之方向連結第一成膜室21及第二成膜室22與第三成膜室23及第四成膜室24。藉此，搬送機構30的第二搬送機構32係容易將在移動室3內使太陽電池基板保持具6從與第二成膜室22的陽極電極8對應之位置移動至與第三成膜室23的陽極電極8對應之位置之際之行程(stroke)抑制在較短的長度。
實施形態2
接著，使用第6及7圖來說明實施形態2之太陽電池的製造裝置200。第6及7圖係以示意圖的方式顯示太陽電池的製造裝置200的構成及動作的一例之上視圖。以下，以與實施形態1不同的部份為中心進行說明。
實施形態2之太陽電池的製造裝置200，係為例如將兩列分別透過複數個閘閥(gate valve)將複數個成膜室串聯連接起來而成的系列L1,L2予以並排而成之連續(in-line)式電漿CVD裝置。系列L1係透過複數個閘閥5-11至5-16將裝載室201-1、第一成膜室221-1、第二成膜室222-1、第三成膜室223-1、第四成膜室224-1、卸載室204-1串聯連接起來者。同樣地，系列L2係透過複數個閘閥5-21至5-26將裝載室201-2、第一成膜室221-2、第二成膜室 222-2、第三成膜室223-2、第四成膜室224-2、卸載室204-2串聯連接起來者。
在第二成膜室222-1,222-2與第三成膜室223-1,223-2之間透過閘閥5-13,5-23,5-14,5-24而連接有兩列共通之移動室203。移動室203在與基板9的表面9a相交的方向連結系列L1的第二成膜室222-1及系列L2的第三成膜室223-2。另外，移動室203在與基板9的表面9a的相反側相交的方向連結系列L2的第二成膜室222-2及系列L1的第三成膜室223-1。
搬送機構230具有第一搬送機構231、第二搬送機構232、第三搬送機構233、第四搬送機構234、及第五搬送機構235。
如第6圖所示，第一搬送機構231係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6-1從系列L1中的裝載室201-1依序往第一成膜室221-1、第二成膜室222-1、及移動室203搬送。第二搬送機構232係在移動室203內使太陽電池基板保持具6-1從與系列L1的第二成膜室222-1的陽極電極8對應之位置平行移動到與系列L2的第三成膜室223-2的陽極電極8對應之位置。第三搬送機構233係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6-1從移動室203依序往系列L2的第三成膜室223-2、第四成膜室224-2、及卸載室204-2搬送。
此時，系列L1的第一成膜室221-1及第二成膜室222-1各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係，係與系列 L2的第三成膜室223-2及第四成膜室224-2各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係相反。
如第7圖所示，第四搬送機構234係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6-2從系列L2中的裝載室201-2依序往第一成膜室221-2、第二成膜室222-2、及移動室203搬送。第二搬送機構232係在移動室203內使太陽電池基板保持具6-2從與系列L2的第二成膜室222-2的陽極電極8對應之位置平行移動到與系列L1的第三成膜室223-1的陽極電極8對應之位置。第五搬送機構235係沿著基板9的表面9a將太陽電池基板保持具6-2從移動室203依序往系列L1的第三成膜室223-1、第四成膜室224-1、及卸載室204-1搬送。
此時，系列L2的第一成膜室221-2及第二成膜室222-2各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係，係與系列L1的第三成膜室223-1及第四成膜室224-1各者中之陰極電極7與陽極電極8的位置關係相反。
因此，與實施形態1不同，即使在各系列L1,L2中，成膜室內之陰極電極7與陽極電極8的位置關係並未在移動室203的兩邊為相反的，也可在基板9的兩面分別形成膜層，因此可在所有的成膜室都將陰極電極7配置在製造裝置200的內側，將陽極電極8配置在相較於陰極電極7而言之製造裝置200的外側。亦即，系列L1中的各成膜室的陰極電極7都配置在系列L2側，系列L2中的各成膜室的陰極電極7都配置在系列L1側。
此時，如第8圖所示，將系列L1及系列L2中之對應的成膜室(例如第一成膜室221-1及第一成膜室221-2)中的陰極電極7都配置在製造裝置200的內側，就可將製程氣體控制系統211等及高頻電源10等之設備集中配置在製造裝置200的內側，而可使製造裝置200小型化。此外，可將不與高頻電源及製程氣體控制系統連接且其構造較單純之陽極電極8配置在陰極電極7的外側，來使得要使成膜室開放至大氣以進行清掃等之際之維護(maintenance)作業變容易。
如此，在實施形態2中，可用單純的構造實現無需使基板翻面的工序就可連續地在基板兩面形成膜層，而且因為將成膜室並列配置而使處理能力增大，可減低製造成本。
實施形態3
接著，說明實施形態3之太陽電池的製造裝置。以下，以與實施形態1及實施形態2不同的部份為中心進行說明。
在實施形態1及實施形態2中，並未具體地限定太陽電池基板保持具6中的開口部61a,62a的形狀，但在實施形態3中，太陽電池基板保持具306係在開口部61a,62a的形狀方面下了如以下所述的工夫。
太陽電池基板保持具306係例如具有如第9至13圖所示的構成。
第9圖係顯示在具有太陽電池基板托架61，但尚未將基板9及太陽電池基板壓板362載置於其上的狀態下之太陽電池基板保持具306的構成之平面圖。太陽電池基板托 架61上，係如第2圖所示可呈矩陣狀配置複數個基板9-1至9-16，但在此第9圖中顯示與一個基板9對應的部份。第10圖係顯示將第9圖所示的太陽電池基板托架61沿著B-B線切開時的斷面之圖。如第10圖所示，在太陽電池基板托架61中之開口部61a的周緣部61a1附近，形成有呈框架狀之沉孔(counter boring)部61b。
第11圖係顯示在太陽電池基板托架61上載置基板9，再載置太陽電池基板壓板362而固定住基板9的狀態下之太陽電池基板保持具306的構成之平面圖。第11圖係對應於第9圖之平面圖，係顯示與一個基板9對應的部份。第12圖係顯示將第11圖所示的太陽電池基板壓板362及太陽電池基板托架61沿著C-C線切開時的斷面之圖，第13圖係顯示將第11圖所示的太陽電池基板壓板362及太陽電池基板托架61沿著D-D線切開時的斷面之圖。
如第12圖所示，太陽電池基板壓板362的開口部362a之沿著C-C線的方向的寬度係比基板9窄，所以基板9之與沿著C-C線的方向正交之一對邊緣部會為太陽電池基板托架61及太陽電池基板壓板362所夾住而受到固定。另一方面，如第13圖所示，沿著D-D線的方向之太陽電池基板壓板362的開口部362a的寬度係與基板9相同或寬0.5至2.0 mm左右，所以基板9的表面9a的整個寬度都會曝露在電漿中。
在此狀態下與實施形態1一樣，在第一成膜室21、第二成膜室22中在基板9的表面9a形成膜層，然後在第三 成膜室23、第四成膜室24中在基板9的背面9b形成膜層(參照第1圖)。第14圖顯示形成膜後的基板9的D-D斷面。在基板9的表面9a依序堆疊形成i型非晶矽層14及p型非晶矽層15，在基板9的背面9b依序堆疊形成i型非晶矽層14及n型非晶矽層16。
如第14圖所示，雖然在表面9a係在基板9的大致整個寬度都形成膜層，但在背面9b的邊緣部9b1卻形成有因為被太陽電池基板壓板362蓋住所以未形成膜層之區域。因此，在表面9a形成之一直到達基板9的端面附近之p型非晶矽層15、與在背面9b形成之n型非晶矽層16並不會接觸，因而可抑制在此端面部之漏電流。又，因為在基板9的表面9a之大致整個寬度堆疊形成i型非晶矽層14及p型非晶矽層15，而與n型的矽基板共同形成p-i-n型的二極體構造，所以即使是並未於背面9b形成i型非晶矽層14及n型非晶矽層16之邊緣部也會發揮太陽電池之機能，可確保較寬的太陽電池的有效面積，因此可提高電池轉換效率(cell conversion efficiency)。舉例來說，背面9b的邊緣部9b1的未成膜區域的寬度最好在0.5至5 mm之間。
如以上所述，在實施形態3中，在基板9的表面9a(受光面)的成膜之際，使太陽電池基板保持具306的開口部362a之沿著基板9的表面9a之第一方向(沿著C-C線之方向)的寬度比基板9寬度窄，使沿著基板9的表面9a之第二方向(沿著D-D線之方向)之太陽電池基板保持具306的 開口部362a的寬度與基板9的寬度相同或比基板9寬。藉此，太陽電池基板保持具306不僅可保持基板9而且可確保較寬的成膜面積。結果，就可確保較寬的太陽電池的有效面積，而可提高電池轉換效率(cell conversion efficiency)。
另外，亦可將太陽電池基板保持具306i中之太陽電池基板壓板362i的開口部362ai的形狀形成為如第15圖所示，而只固定基板9的角部。亦即，開口部362ai具有與基板9的輪廓邊緣對應而延伸之主要邊部362ai1、以及連接鄰接的兩個主要邊部362ai1且在基板9的角部附近與基板9的輪廓邊緣相交並延伸之傾斜邊部362ai2。如此，就可使被太陽電池基板壓板362i蓋住之表面9a的非成膜區域的面積更小，可更加提高電池轉換效率(cell conversion efficiency)。
或者，可如第16圖所示將太陽電池基板保持具306j中之太陽電池基板壓板362j的開口部362aj的形狀形成為設有爪(claw)狀的突起之形狀。亦即，開口部362aj具有與基板9的輪廓邊緣對應而延伸之主要邊部362aj1、以及從主要邊部362aj1向開口部362aj的內側突出之突起362aj2。如此，就可使被太陽電池基板壓板362j蓋住之表面9a的非成膜區域的面積更小，可更加提高電池轉換效率(cell conversion efficiency)。
或者，可如第17圖所示將太陽電池基板保持具306k中之太陽電池基板壓板362k的開口部362ak的形狀形成為 梯子狀的形狀來固定基板9。亦即，開口部362ak具有與基板9的輪廓邊緣對應而延伸之主要邊部362ak1、以及連結相向的兩個主要邊部362ak1之梯階部362ak2。在此情況，可將梯階部362ak2設成與將在基板9上形成的集電電極17相對應。舉例來說，可如第18及19圖所示在基板9的表面9a上之被梯階部362ak2(參照第17圖)蓋住之區域(非成膜區域19)形成集電電極17。第18圖係從表面9a側觀看形成有集電電極17的狀態之基板9所見之平面圖，第19圖係顯示將第18圖的基板9沿著E-E線切開時的斷面之圖。如19圖所示，在基板9的表面9a側之未形成i型非晶矽層14及p型非晶矽層15之非成膜區域19的上方形成集電電極17。亦即，幾乎不具有太陽電池的機能之非成膜區域19下的基板部成為集電電極17的影部，太陽光幾乎不會射入該區域所以太陽電池的有效面積不會減少。換言之，可確保作為太陽電池的有效面積，而且可節省i型非晶矽層14及p型非晶矽層15之成膜所用的材料。
又，在i型非晶矽層14及p型非晶矽層15之上形成由氧化銦錫(tin-doped indium oxide)(ITO)或氧化鋅(ZnO2 )等的氧化物導電體所構成之透明導電層18，所以在基板9產生的電荷會經由透明導電層18而輸送至集電電極17，所以即使非成膜區域19與集電電極17相接，也不會有因為連接電阻增大而使得太陽電池的轉換效率降低之情形。
又，在基板9的端面部只要p型非晶矽層15與n型非晶矽層16未接觸就不會發生漏電流，因此並非一定要在基 板9的背面9b的全周都設置非成膜區域不可。舉例來說，可如第20圖所示構成為將太陽電池基板保持具306p中之太陽電池基板托架361p的沉孔部361bp設於與G-G線正交的一對邊緣部，但不設於與F-F線正交的一對邊緣部之構成，亦可如第21圖所示將太陽電池基板保持具306p中之太陽電池基板壓板362p的開口部362ap構成為其H-H方向的寬度比基板9窄，其I-I方向的寬度與基板9一樣或比基板9寬之構成。第20圖係顯示在具有太陽電池基板托架361p，但尚未將基板9及太陽電池基板壓板362p載置於其上的狀態下之太陽電池基板保持具306p的構成之平面圖。第21圖係顯示在太陽電池基板托架361p上載置基板9，再載置太陽電池基板壓板362p而固定住基板9的狀態下之太陽電池基板保持具306p的構成之平面圖。
在此情況，將第21圖所示之太陽電池基板壓板362p及太陽電池基板托架361p沿著H-H線切開時的斷面，係如第22圖所示，將第21圖所示之太陽電池基板壓板362p及太陽電池基板托架361p沿著I-I線切開時的斷面，係如第23圖所示。如第22及23圖所示，以基板9的表面9a其與H-H線正交的一對邊緣部與太陽電池基板壓板362p相接，基板9的背面9b其與I-I線正交的一對邊緣部與太陽電池基板托架361p相接之形態將基板9固定住，因此在從與基板9的表面9a垂直之方向透視之情況，基板9的表面9a中之非成膜區域與基板9的背面9b中之非成膜區域會互補地包圍基板9的周緣而延伸。因此，p型非晶矽層 15與n型非晶矽層16將難以在端面部相接觸。
實施形態4
接著，使用第24圖來說明實施形態4之太陽電池的製造裝置。第24圖係構成實施形態4之太陽電池的製造裝置之成膜室的一部份之斷面圖。以下，以與實施形態1及實施形態2不同之點為中心進行說明。
在實施形態1及實施形態2中，係利用加熱器加熱陽極電極8來控制基板9的溫度，但在實施形態4中，則是藉由將具有預定的溫度之製程氣體供給至基板9的非成膜面側來控制基板9的溫度。
具體而言，各成膜室(第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、第四成膜室24)，係除了製程氣體控制系統(第一製程氣體控制系統)11之外，還具有製程氣體控制系統(第二製程氣體控制系統)412、製程氣體控制系統(第三製程氣體控制系統)413及切換部414。製程氣體控制系統11係與實施形態1一樣，使得製程氣體(第一氣體或第二氣體)通過陰極電極7的開口部7a而供給至成膜室。
另一方面，製程氣體控制系統412係使得製程氣體(第三氣體)通過陽極電極8的開口部8a而供給。製程氣體控制系統413係使得製程氣體(第四氣體)通過陽極電極8的開口部8b而供給。從製程氣體控制系統412及413供給來的製程氣體，並不包含例如矽烷等之含有矽的氣體或PH3 、B2 H6 氣體等之含有磷(P)、硼(B)等作為摻雜物(dopant)的元素之氣體，而是使用氫氣、二氧化碳氣體、稀有氣體 等之單獨的氣體或由該等氣體的組合所構成之氣體。亦即，從製程氣體控制系統412及413供給來的製程氣體，係使用無法形成膜層之各種氣體的任一種單獨的氣體、或該等氣體的混合氣體。該等製程氣體係從基板9的非成膜面側通過太陽電池基板托架61、太陽電池基板壓板62、基板9的空隙部而供給至成膜室內部，藉此可抑制在成膜室產生之SiHx 自由基(radical)等的成膜反應種及PH3 、B2 H6 等的摻雜物氣體之流到非成膜面側。
另外，從製程氣體控制系統412及413供給來的製程氣體可使用溫度互不相同之氣體。例如，從製程氣體控制系統412供給來的製程氣體的溫度，係比從製程氣體控制系統413供給來的製程氣體的溫度低。
切換部414係進行按照所要控制之基板9的溫度，而使第二製程氣體控制系統412及第三製程氣體控制系統413的任一方動作之切換。舉例來說，切換部414係在所要控制之基板9的溫度接近從製程氣體控制系統412供給來的製程氣體的溫度之情況，進行切換而使第二製程氣體控制系統412動作，在所要控制之基板9的溫度接近從製程氣體控制系統413供給來的製程氣體的溫度之情況，進行切換而使第三製程氣體控制系統413動作。
接著，針對成膜步驟進行說明。首先，從製程氣體控制系統412供給低溫的氫氣，將基板9的溫度控制成在100至150℃的範圍內。在此狀態下，從製程氣體控制系統11使得矽烷與氫氣的混合氣體通過陰極電極7而供入。從製 程氣體控制系統11及412供入的氫氣的總量係設定成在矽烷氣體流量的1至20倍的範圍內。然後，將高頻電力供給至陰極電極7而使製程氣體放電，開始i型非晶矽層之成膜。然後，在成膜途中將製程氣體控制系統從412切換到413，使較高溫的氫氣供給至基板9的非成膜面側，藉此將基板9的溫度加熱至150至200℃的範圍內然後繼續進行i型非晶矽層之成膜，以形成總膜厚2至10 nm之i型非晶矽層。
如此，就可連續地進行先在磊晶(epitaxial)成長的傾向較強之矽基板界面部以較低溫進行成膜，來形成磊晶成長受到了充分的抑制之i型非晶矽層，隨後再提高成膜溫度來形成膜中缺陷較少之較高品質的i型非晶矽層之成膜。此處，所謂的高品質的i型非晶矽層係定義為：從傅立葉(Fourier)轉換紅外吸收光譜(FTIR)法算出之膜中的氫原子密度在10至20%的範圍內，相對於SiH鍵結之SiH2 鍵結的比在1/10以下。
此外，第24圖中雖未顯示，但亦可藉由使陽極電極8內具備有加熱電極等而使陽極電極8本身也設有溫度控制機構。
又，關於供給至成膜中的基板9的非成膜面側之製程氣體溫度的控制方法，亦可不藉由切換溫度不同之製程氣體的供給，而改藉由如第25圖所示之設置用來加熱製程氣體之加熱機構並使其加熱溫度變化之方式來進行。亦即，各成膜室(第一成膜室21、第二成膜室22、第三成膜室23、 第四成膜室24)，可具有製程氣體控制系統415i來替代製程氣體控制系統412、製程氣體控制系統413及切換部414。製程氣體控制系統415i具有控制系統本體415i1及加熱機構415i2。製程氣體控制系統415i係使製程氣體從控制系統本體415i1供給至加熱機構415i2，由加熱機構415i2將之加熱至預定的溫度，然後使加熱後的製程氣體通過陽極電極8的開口部8a而從基板9的非成膜面側供給至成膜室。舉例來說，可在矽基板界面部之成膜時，使加熱機構415i2停止而供給未經加熱之較低溫的製程氣體，然後在形成了磊晶成長受到充分的抑制之i型非晶矽層後，使加熱機構415i2動作而進行加熱來供給高溫的製程氣體而提高矽基板的溫度。
又，如第26圖所示，可相對於第24圖所示之構成而形成為：具備有使製程氣體通過陽極電極8的開口部8c而從基板9的非成膜面側排出之製程氣體排氣系統416j，藉此而使供給至基板9的非成膜面側之製程氣體循環之構造。採用此構造，就可為了控制基板9的溫度而供給比成膜需要的量多的大流量的氣體至非成膜面側，而可更容易地進行基板9的溫度控制。
或者，如第27圖所示，可相對於第25圖所示之構成而形成為：具備有使製程氣體通過陽極電極8的開口部8c而從基板9的非成膜面側排出之製程氣體排氣系統416j，藉此而使供給至基板9的非成膜面側之製程氣體循環之構造。採用此構造，就可為了控制基板9的溫度而供給比成 膜需要的量多的大流量的氣體至非成膜面側，而可更容易地進行基板9的溫度控制。
在上述的實施形態4中，雖然是針對i型非晶矽層之成膜進行說明，但也適用於p型及n型非晶矽層或p型及n型微結晶矽層之成膜，亦可在例如成膜中從製程氣體控制系統412將低溫的氣體供給至基板9的背面9b使基板9的溫度降低，來提高膜中的氫原子密度，藉此而控制能隙(band gap)而用於與電極材料等的接面特性之改善。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之太陽電池的製造裝置、及太陽電池的製造方法可利用於異質接面太陽電池之製造。
1‧‧‧裝載室
3‧‧‧移動室
4‧‧‧卸載室
5-1至5-6‧‧‧閘閥
6‧‧‧太陽電池基板保持具
7‧‧‧陰極電極
8‧‧‧陽極電極
21‧‧‧第一成膜室
22‧‧‧第二成膜室
23‧‧‧第三成膜室
24‧‧‧第四成膜室
30‧‧‧搬送機構
31‧‧‧第一搬送機構
32‧‧‧第二搬送機構
33‧‧‧第三搬送機構
100‧‧‧製造裝置

Claims (18)

  1. 一種太陽電池的製造裝置，具備有：將複數個具有第一主面及與前述第一主面相反側的第二主面之基板以平鋪方式保持成各基板的前述第一主面及前述第二主面雙方都露出之基板保持具；在前述基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第二主面與將會發生的放電相隔離，使前述第一主面曝露於前述將會發生的放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使第一氣體放電，藉此在前述基板的前述第一主面形成第一膜之前成膜室；在前述基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第一主面與將會發生的放電相隔離，使前述第二主面曝露於前述放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使第二氣體放電，藉此在前述基板的前述第二主面形成第二膜之後成膜室；連接前述前成膜室及前述後成膜室之移動室；以及在從前述前成膜室到前述後成膜室均未開放至大氣的情況下搬送前述基板保持具之搬送機構，前述搬送機構係於搬送路徑之第1區間及第2區 間往沿著前述第一主面的方向搬送前述基板保持具，前述第1區間係從前述前成膜室到移動室內之與前述前成膜室之陽極電極對應的位置為止之間的區間，前述第2區間係從前述移動室內之與前述後成膜室之陽極電極對應的位置到前述後成膜室為止之間的區間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池的製造裝置，其中，前述前成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係，係與前述後成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係相反。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽電池的製造裝置，其中，前述搬送機構，係沿著前述基板的前述第一主面而將前述基板保持具從前述前成膜室往沿著前述第一主面之方向搬送至連接前述前成膜室及前述後成膜室之移動室，在前述移動室內使前述基板保持具在與前述第一主面相交之方向從與前述前成膜室的前述陽極電極對應的位置移動至與前述後成膜室的前述陽極電極對應的位置，然後沿著前述基板的前述第一主面而將前述基板保持具從前述前移動室往沿著前述第一主面之方向搬送至前述後成膜室。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽電池的製造裝置，其中， 前述移動室，係在沿著前述基板的前述第一主面之方向連結前述前成膜室及前述後成膜室。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之太陽電池的製造裝置，其中，前述移動室，係在與前述基板的前述第一主面相交之方向連結前述前成膜室及前述後成膜室。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽電池的製造裝置，還具備有：將具有第一主面及與前述第一主面相反側的第二主面之第二基板保持成前述第二基板的前述第一主面及前述第二主面之雙方都露出之第二基板保持具；在前述第二基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述第二基板保持具載置成前述第二基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第二主面與將會發生的放電相隔離，使前述第一主面曝露於前述將會發生的放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使前述第一氣體放電，藉此在前述第二基板的前述第一主面形成第一膜之第二前成膜室；在前述第二基板保持具被搬入至陽極電極側之際，將前述第二基板保持具載置成前述第二基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第一主面與將會發生的放電相隔離，使前述第二主面曝露於前述放電中，然後在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力而使前述第二氣體放電，藉此在前述第二基板的前 述第二主面形成第二膜之第二後成膜室；以及在從前述第二前成膜室到前述第二後成膜室均未開放至大氣的情況下在搬送路徑的前述第一區間內與前述第二區間內將前述第二基板保持具往沿著前述第一主面的方向搬送之第二搬送機構，且前述第二前成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係，係與前述第二後成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係相反，前述移動室，係在與前述第二基板的前述第一主面相交之方向連結前述前成膜室及前述後成膜室，且在與前述第二基板的前述第一主面的相反側相交之方向連結前述第二前成膜室及前述第二後成膜室。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽電池的製造裝置，其中，前述第二搬送機構，係沿著前述基板的前述第一主面而將前述第二基板保持具從前述第二前成膜室往沿著前述第一主面之方向搬送至前述移動室，在前述移動室內使前述第二基板保持具在與前述第一主面相交之方向從與前述第二前成膜室的前述陽極電極對應的位置移動至與前述第二後成膜室的前述陽極電極對應的位置，然後沿著前述基板的前述第一主面而將前述第二基板保持具從前述前移動室往沿著前述第一主面之方向搬送至前述第二後成膜室。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之太陽電池 的製造裝置，其中，前述基板保持具具有基板托架及基板壓板，前述基板托架及前述基板壓板，係分別與基板接觸而將基板夾在其間而保持基板，前述基板和前述基板托架或前述基板壓板之接觸部，係配置成：使得在前述基板的兩面形成之半導體層並不會在端面部與前述基板托架及前述基板壓板接觸，而且前述半導體層設有被選擇性地蓋住而未形成之區域。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之太陽電池的製造裝置，還具備有：使得前述第一氣體或前述第二氣體通過前述陰極電極而供給至前述前成膜室及前述後成膜室之各者的第一製程氣體控制系統；使得第三氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給至前述前成膜室及前述後成膜室之各者的第二製程氣體控制系統；使得與前述第三氣體不同溫度之第四氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給至前述前成膜室及前述後成膜室之各者的第三製程氣體控制系統；以及按照所要控制之前述基板的溫度，而切換成使前述第二製程氣體控制系統及前述第三製程氣體控制系統的任一方動作之切換部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽電池的製造裝置，還具備有使前述第三氣體及前述第四氣體通過前述陽極電極而排出之排氣系統。
  11. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之太陽電池的製造裝置，還具備有：使得前述第一氣體通過前述陰極電極而供給至前述前成膜室，並使得前述第二氣體通過前述陰極電極而供給至前述後成膜室之第一製程氣體控制系統；以及具有加熱機構，且使得經前述加熱機構加熱過之第三氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給至前述前成膜室及前述後成膜室之各者的第四製程氣體控制系統。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽電池的製造裝置，還具備有使前述第三氣體通過前述陽極電極而排出之排氣系統。
  13. 一種太陽電池，係使用申請專利範圍第8項記載之太陽電池的製造裝置而製造出之太陽電池，具備有：配置於與前述基板和前述基板托架或前述基板壓板之接觸部對應的第一區域之集電電極；以及配置於表面之除了前述第一區域之外的第二區域之半導體層。
  14. 一種太陽電池的製造方法，係使用將複數個具有第一主面及與前述第一主面相反側的第二主面之基板以平 鋪方式保持成各基板的前述第一主面及前述第二主面之雙方都露出之基板保持具而製造包含前述基板的太陽電池之太陽電池的製造方法，包括：將前述基板保持具搬入至前成膜室中的陽極電極側之搬入工序；將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第二主面與將會發生的放電相隔離，使前述第一主面曝露於前述將會發生的放電中，而在前述前成膜室內在陰極電極與前述陽極電極之間施加高頻電力來使第一氣體放電，藉此在前述搬入的基板的前述第一主面形成第一膜之第一成膜工序；在未開放至大氣的情況下將前述基板保持具從前述前成膜室中的前述陽極電極側搬送到後成膜室中的陽極電極側之搬送工序；以及將前述基板保持具載置成前述基板保持具接觸到前述陽極電極上，且使前述第一主面與將會發生的放電相隔離，使前述第二主面曝露於前述放電中，而在前述後成膜室內在陰極電極與前述陽極電極之間施加偏壓來使第二氣體放電，藉此在前述基板的前述第二主面形成第二膜之第二成膜工序，且其中，前述前成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係，係與前述後成膜室中之前述陰極電極與前述陽極電極的位置關係相反。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之太陽電池的製造方法，其中，前述搬送工序包含：沿著前述基板的前述第一主面而將前述基板保持具往沿著前述第一主面的方向從前述前成膜室搬出之搬出工序；在前述搬出工序之後，使前述基板保持具沿著與前述基板的前述第一主面大致呈垂直之方向從與前述前成膜室的前述陽極電極對應的位置移動至與前述後成膜室的前述陽極電極對應的位置之移動工序；以及在前述移動工序之後，沿著前述基板的第一主面而將前述基板保持具往沿著前述第一主面的方向搬入至前述後成膜室之搬入工序。
  16. 如申請專利範圍第14或15項所述之太陽電池的製造方法，其中，前述基板保持具具有基板托架及基板壓板，前述基板托架及前述基板壓板，係分別與基板接觸而將基板夾在其間而保持基板，前述第一成膜工序或前述第二成膜工序，係在將前述基板和前述基板托架或前述基板壓板之接觸部配置成如下的狀態下進行：使得在前述基板的兩面形成之半導體層並不會在端面部與前述基板托架及前述基板壓板接觸，而且使得前述半導體層設有被選擇性地蓋住而未形成之區域。
  17. 如申請專利範圍第14或15項所述之太陽電池的製造方法，其中，前述第一成膜工序中，係使得前述第一氣體通過前述陰極電極而供給至前述前成膜室，前述第二成膜工序中，係使得前述第二氣體通過前述陰極電極而供給至前述後成膜室，前述第一成膜工序及前述第二成膜工序之各者中，係按照所要控制之前述基板的溫度，而切換進行使得第三氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給之第一動作、及使得與前述第三氣體不同溫度之第四氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給之第二動作的任一動作。
  18. 如申請專利範圍第14或15項所述之太陽電池的製造方法，其中，前述第一成膜工序中，係使得前述第一氣體通過前述陰極電極而供給至前述前成膜室，前述第二成膜工序中，係使得前述第二氣體通過前述陰極電極而供給至前述後成膜室，前述第一成膜工序及前述第二成膜工序之各者中，利用加熱機構來加熱第三氣體然後使得第三氣體通過前述陽極電極而從前述基板的非成膜面側供給。
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