(57)【要約】【課題】形成される膜の膜質及び膜厚が均一となる太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法は、真空チャンバ２内に設けられた上部電極３と、この上部電極３の一方の面に対向し、基板１０を保持できる下部電極５と、この真空チャンバ２内にガスを供給するガス供給手段と、を備えたプラズマ処理装置を用いて基板１０上に光電変換層３０を形成するものであって、この上部電極３の他方の面には、底部が曲面状の凹部４ａが設けられ、更にこの凹部４ａの底部に複数の貫通孔４ｂが設けられる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極の一方の面に対向し、基板を保持できる第２の電極と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて基板上に光電変換層を形成する太陽電池の製造方法において、
前記第１の電極の他方の面には、底部が曲面状の凹部が設けられ、更にこの凹部の底部に複数の貫通孔が設けられたことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記光電変換層は、微結晶シリコン半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
処理室内に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極の一方の面に対向し、基板を保持できる第２の電極と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
前記第１の電極の他方の面には、底部が曲面状の凹部が設けられ、更にこの凹部の底部に複数の貫通孔が設けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記凹部の形状が円筒形であることを特徴とする請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記凹部の深さが前記第１電極の厚さの半分以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記凹部の広さが前記第１電極の中央領域に比べ周辺領域に位置するものが大きくなるよう形成したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を保持することが可能な上部電極と、その上部電極と対向するように配置された下部電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置を用いた膜の製造方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、従来の平行平板型のプラズマ処理装置１０１を示した概略図である。図７は、図６に示したプラズマ処理装置１０１の上部電極１０３の周辺領域における拡大断面図である。プラズマ処理装置１０１では、図６に示すように、真空チャンバ２内に、上部電極１０３と下部電極１０５とが互いに対向するように設置されている。
【０００４】
下部電極１０５には、上部電極１０３と対向する面に基板１０を保持するための基板保持部１０５ａが形成されている。上部電極１０３には、図７に示すように原料ガスが供給される入口部分とガスが噴出される出口部分の径が等しい円筒形のガス供給口１０３ｃと、入口部分の径を出口部分の径に対して大きくしたガス供給口１０３ａが形成されている。ガス供給口１０３ｃは上部電極１０３の中央領域に、ガス供給口１０３ａは上部電極１０３の周辺領域に配置されている。そして、上部電極１０３はガス供給源に接続されている。真空チャンバ２の一方の側面には、排気口２ａが設けられている。
【０００５】
プラズマ処理装置１０１では、上部電極１０３の下面全体でプラズマを発生させ、そのプラズマにより原料ガスが分解し、基板１０上に成膜が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２０８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置１０１ではガス供給口（１０３ａ、１０３ｃ）から原料ガスが直下に噴出される構造なので、ガス供給口の直下とその周囲（隣接するガス供給口間）との原料ガスの濃度が不均一となっていた。このため、ガス供給口１０３ａ及び１０３ｃ付近で生成される膜と隣接する複数のガス供給口間で生成される膜の膜質及び膜厚が不均一になる問題が発生していた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、生成される膜の膜質及び膜厚が均一となる太陽電池の製造方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の太陽電池の製造方法は、処理室内に設けられた第１の電極と、前記第１の電極の一方の面に対向し、基板を保持できる第２の電極と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、を備えたプラズマ処理装置を用いて基板上に光電変換層を形成するものであって、前記第１の電極の他方の面には、底部が曲面状の凹部が設けられ、更にこの凹部の底部に複数の貫通孔が設けられる。
【００１０】
また、本発明のプラズマ処理装置は、処理室内に設けられた第１の電極と、前記第１の電極の一方の面に対向し、基板を保持できる第２の電極と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記第１の電極の他方の面には、底部が曲面状の凹部が設けられ、更にこの凹部の底部に複数の貫通孔が設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の太陽電池の製造方法では、膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できるため、所望の良好な膜を形成することができる。このため、良好な性能の太陽電池を提供することができる。また、本発明のプラズマ処理装置によれば、生成される膜の膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図２】図１に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の拡大断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の一例の拡大断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の一例の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る太陽電池の拡大断面図である。
【図６】従来技術に係るプラズマ処理装置の処理室を示した概略図である。
【図７】従来技術に係るプラズマ処理装置における下部電極周辺の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置を図面に基づいて説明する。図１はプラズマ処理装置を示した概略図であり、図２はこのプラズマ処理装置の上部電極の拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、真空チャンバ２内には、平行型構造を有する上部電極３と下部電極５とが互いに対向するように設置されている。真空チャンバ２、上部電極３及び下部電極５は、それぞれ、本発明の「処理室」、「第１電極」及び「第２電極」の一例である。
【００１５】
真空チャンバ２は、側方に排気口２ａを有するとともに、その排気口２ａは、排気流量調整バルブ６を介して真空排気設備７に接続されている。真空排気設備７は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）７ａ及び油回転ポンプ（ＲＰ）７ｂによって構成されている。
【００１６】
下部電極５は、上部電極３と対向する側に基板１０を保持するための基板保持部５ａが形成されている。この上部電極３より原料ガスを供給するとともに、例えば１００Ｗの高周波電力を印加する。下部電極５は、所定の電位（例えば接地）に保持する。なお、下部電極５は、基板１０を所定の温度に保持するための図示しない加熱冷却機構部を含む。上部電極３及び下部電極５のそれぞれが対向する表面は、約１５００ｍｍ×１５００ｍｍの面積を有する。また、基板１０は、約１４００ｍｍ×１１００ｍｍの面積を有する。
【００１７】
上部電極３は、凹部４ａ及び複数の貫通孔４ｂからなるガス供給部４を含む。ガス供給部４は上部電極３の全面に亘って同心円状に設けられている。このガス供給部４を介して原料ガス供給源８から供給された原料ガスが供給される。
【００１８】
上部電極３は厚さ１ｃｍ〜２ｃｍのＡｌ板を用いて構成されている。ガス供給口４の凹部４ａは上部電極３の厚さの半分以上且つ貫通しない程度の深さを有する円筒形になるよう設けられている。凹部４ａは、底部が深さ方向に球面状に湾曲しており、この凹部４ａの底部に複数の貫通孔４ｂが形成されている。なお、本実施形態では、底部を球面状に湾曲した形状としているが、底部は曲面状に湾曲していれば良い。
【００１９】
供給された原料ガスから凹部４ａの内壁にかかる圧力は一様にかかるため、原料ガスは貫通孔４ｂから凹部４ａの曲面の法線方向に放出され、基板１０に供給される。このため、原料ガスは、図２の矢印のように、ガス供給部４より放射状に噴出する。
【００２０】
ガス供給部４は、約１０ｍｍ間隔となるように設けられ、それぞれのガス供給部４の下部に発生するプラズマがオーバラップするように構成されている。なお、上部電極３は導電性部材であればよく、本実施形態で用いたＡｌの代わりに、Ｃｕ，ＳＵＳなどを用いても良い。
【００２１】
本実施形態では、上記のように、複数のガス供給部４より放射状に原料ガスを供給することができため、ガス供給口４の直下と隣接するガス供給口４間との濃度差を縮めることができ、その結果、下部電極５上に均一な濃度の原料ガスを供給することができる。このため、基板１０上に形成される膜質及び膜厚を均一にすることができる。また、原料ガスの供給の不均一性がなくなるため、原料ガスの供給量を多くして成膜速度を向上させたときにおいても均一成膜が可能となる。
【００２２】
加えて第１実施形態のプラズマ処理装置においては、図３に記載された上部電極３の拡大断面図のように凹部４ａの底部に設ける貫通孔４ｂの数を調整することにより、原料ガスのコンダクタンスを変えることができる。これにより、プラズマを均一に発生させることが困難な場合、原料ガスの供給量の調整を行なうことにより、成膜種の供給量の調整を行うことも可能となる。
【００２３】
また、図４に記載された上部電極３の拡大断面図のように凹部４ａの開口面積を上部電極３の中央領域に比べ、周辺領域において広くしても良い。これにより、原料ガスの圧力が低下しガス供給量が減少する上部電極３の周辺領域において原料ガスの供給量を多くすることができ、より原料ガスを上部電極３上に一様に供給できる。
【００２４】
次に、プラズマ処理装置１を用いて太陽電池を製造する方法について説明する。
【００２５】
本実施形態で製造される太陽電池２０は、図５に示す拡大断面図のように、基板１０上に複数の光起電力素子３０（３０ａ、３０ｂ、・・・）が配置されている。光起電力素子３０は、基板１０上に透明導電膜１１と光電変換ユニット１２及び１３と裏面電極１４とが順次積層されている。
【００２６】
基板１０は、ガラス等の光透過性の部材により構成され、太陽電池の単一基板である。この基板１０の光入射側と反対の裏面側に複数の光起電力素子が形成されている。
【００２７】
透明導電膜１１（基板側電極）は、基板１０上を平面視したときに短冊状に形成されている。透明導電膜１１として、本実施形態では高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため好適なＺｎＯを用いる。
【００２８】
光電変換ユニット１２及び１３は、透明導電膜１１上に短冊状に形成されている。光電変換ユニット１２及び１３は、それぞれ非晶質シリコン半導体及び微結晶シリコン半導体により構成されている。なお、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。
【００２９】
裏面電極１４（裏面側電極）は、Ａｇ等の導電性部材により構成され、光電変換ユニット１２及び１３上に短冊状に形成されている。なお、裏面電極１４と光電変換ユニット１３の間に透明導電材料からなる層を介在させても良い。
【００３０】
上記の実施形態では、非晶質シリコン半導体と微結晶シリコン半導体とが順次積層された光電変換ユニット１２及び１３を用いたが、微結晶又は非晶質光電変換ユニットの単層又は３層以上の積層体を用いても同様の効果を得ることができる。また、第１光起電力素子と第２光起電力素子の間にＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＳｉＯ２，ＭｇＺｎＯからなる中間層を設け、光学的特性を向上させた構造としても良い。さらに、透明導電膜１１は、本実施形態で用いたＺｎＯの他、Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｚｎ２ＳｎＯ４の金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成しても良い。
【００３１】
以下に、プラズマ処理装置１を用いた上述の太陽電池の製造方法について説明する。
【００３２】
初めに、４ｍｍ厚のガラス基板１０上に、スパッタにより６００ｎｍ厚のＺｎＯ電極１１を形成する。
【００３３】
この後、ガラス基板１０のＺｎＯ電極１１側からＹＡＧレーザを照射して、ＺｎＯ電極１１を短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００３４】
次に、第１実施形態のプラズマ処理装置により、光電変換ユニット１２及び１３を形成する。
【００３５】
詳述すると図１に示すように、プラズマ処理装置１の下部電極５の上部電極３と対向する面に形成された基板保持部５ａに基板１０を固定した後、真空排気設備７により真空チャンバ２内を真空排気する。
【００３６】
そして、上部電極３と下部電極５との間に、原料ガス供給源８（図１参照）に接続された上部電極３の貫通孔４ｂから原料ガスを供給する。この後、上部電極３に高周波電力を供給することにより、ガス供給部４を中心としてプラズマを発生させる。これにより、原料ガスがプラズマにより分解されて成膜種が生成される。原料ガスがプラズマにより分解されて生成された成膜種が基板１０上に堆積することによって、基板１０上に所定の膜（図示せず）が形成されている。
【００３７】
光電変換ユニット１２は、プラズマ処理装置１により、ＳｉＨ４、ＣＨ４、Ｈ２及びＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして膜厚１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして膜厚３００ｎｍのi型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＰＨ４との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン半導体層を形成し順次積層する。又、光電変換ユニット１３は、プラズマ処理装置１により、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０００ｎｍのi型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＰＨ４との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０ｎｍのｎ型微結晶シリコン半導体層を形成し順次積層する。以下にプラズマ処理装置の諸条件の詳細を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
積層された光電変換ユニット１２及び１３を、ＺｎＯ電極１１のパターニング位置の横にＺｎＯ電極１１側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４０】
次に、２００ｎｍ厚のＡｇ電極１４を、光電変換ユニット１３上にスパッタにより形成する。Ａｇ電極１４は、光電変換ユニット１２及び１３がパターニングにより除去された領域にも形成する。
【００４１】
そして、光電変換ユニット１２及び１３のパターニング位置の横の部分に、裏面側からＹＡＧレーザを照射することによりＡｇ電極１４及び光電変換ユニット１２、１３を分離し、短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４２】
以上により、ガラス基板１０上に複数の光起電力素子を直列接続した太陽電池２０を形成する。そして、この太陽電池２０の裏面電極１４上には、図５で示すようにＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）等からなる充填剤１５、及びＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ等からなるバックシート１６を設け、太陽電池モジュールとする。
【００４３】
本実施形態の太陽電池の製造方法では、膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できるため、所望の良好な膜を形成することができる。この結果、膜質及び膜厚の不均一に起因する変換効率の低下を防止することができ、より大きな電力を取り出すことができる。即ち、本発明の太陽電池の製造方法では、成膜速度の向上と太陽電池の変換効率の低下防止を両立することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１    プラズマ処理装置
３    上部電極
４    ガス供給部
４ａ  凹部
４ｂ  貫通孔
５    下部電極
１０    基板
１１    透明導電膜
１２、１３    光電変換ユニット
１４    裏面電極
２０    太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010238871.tif 000007
【図５】
2010238871.tif 000008
【図６】
2010238871.tif 000009
【図７】
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