(57)【要約】  少なくとも１つの基板を支持するための長手方向軸を持つコンベヤと、少なくとも１つの基板上に反応生成物の層を堆積するためのそれぞれ少なくとも１つのプラズマトーチを持つ少なくとも２つのモジュールと、前記コンベヤと前記少なくとも２つのモジュールとを含むチャンバと、排気システムとを備え、前記少なくとも１つのプラズマトーチは、少なくとも１つの基板から離れて置かれている、太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置。他の実施形態では、基板を支持する手段と、反応物を供給する手段と、前記基板上に生成物を堆積するためのプラズマトーチと、前記基板に対して前記プラズマトーチを振動させる手段とを備え、前記プラズマトーチは、前記基板から離れて置かれている、太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置であって、
基板を支持する手段と、
反応物を供給する手段と、
前記基板上に生成物を堆積するプラズマトーチ手段と、を備え、
前記プラズマトーチ手段が、前記基板からある距離に置かれていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２】
請求項１において、
堆積される前記太陽電池が、シリコン薄膜太陽電池であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３】
請求項１において、
堆積される前記太陽電池が、銅・インジウム・ガリウム・二セレン化（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記反応物が、ガス、蒸気、煙霧、微粒子、及び粉末からなる群から選ばれる形態であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記プラズマを形成するガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記生成物が、シラン、水素、メタン、ジボラン、トリメチルボロン、ホスフィン、及びこれらの混合から選ばれるガスによって生成されることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記生成物が、銅、インジウム、ガリウム、セレン、及びこれらの混合からなる群から選ばれる化学物質を含む反応物から生成されることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記基板が、酸化スズ被覆ガラス、及びモリブデン被覆ガラスからなる群から選ばれることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記距離は、前記プラズマトーチ手段と前記基板との間が約３０〜５５ｍｍであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１０】
太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置であって、
少なくとも１つの基板を支持するための長手方向軸を有するコンベヤと、
前記少なくとも１つの基板の上に反応生成物の層を堆積するための少なくとも１つのプラズマトーチをそれぞれ有する少なくとも２つのモジュールと、
前記コンベヤと、前記少なくとも２つのモジュールとを含むためのチャンバと、
排気システムと、を備え、
前記少なくとも１つのプラズマトーチは、前記少なくとも１つの基板からある距離に置かれていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記チャンバは、入口と、前記チャンバの外部環境から前記チャンバを切り離すための入口ガスカーテンと、出口と、前記チャンバの外部環境から前記チャンバを切り離すための出口ガスカーテンと、をさらに備えることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記入口ガスカーテン及び前記出口ガスカーテンは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、及びこれらの混合からなる群から選ばれる不活性ガスを含むことを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記排気システムは、副産ガス及び粒子を前記チャンバから取り除くための排気口をさらに備えることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記排気システムは、前記チャンバ内の部分圧を制御することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１５】
請求項１０において、
前記少なくとも１つのプラズマトーチは、前記少なくとも１つの基板の上に前記反応生成物を堆積するために、前記コンベヤの前記長手方向軸に対して直角の列に配置されていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１６】
請求項１０において、
前記コンベヤは、前記少なくとも１つの基板の上の前記反応生成物の最適な堆積温度を維持するように温度が制御されることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１７】
請求項１０において、
前記少なくとも１つのプラズマトーチは、誘導結合プラズマトーチであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１８】
請求項１０において、
前記少なくとも２つのモジュールは、前記チャンバ内の異なる場所にある複数の前記基板の上に前記反応生成物を堆積することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項１９】
請求項１０において、
前記コンベヤは、前記少なくとも１つの基板を前記入口から前記出口へ移動することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２０】
請求項１０において、
前記コンベヤは、連続的な堆積プロセスを提供するために、前記少なくとも２つのモジュールに対して前記少なくとも１つの基板を移動することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２１】
請求項１０において、
前記反応生成物は、前記少なくとも２つのモジュールの異なるモジュールから堆積されるｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを含むことを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２２】
請求項１０において、
前記反応生成物は、前記少なくとも２つのモジュールの異なるモジュールから堆積される少なくとも２つの異なる反応生成物を含むことを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２３】
請求項１０において、
前記少なくとも２つのモジュールは、前記コンベヤに沿って前記少なくとも１つの基板の上に連続して前記反応生成物を堆積することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２４】
請求項１０において、
前記太陽電池は、ｐ−ｉ−ｎ型及びｎ−ｉ−ｐ型の層構造からなる群から選ばれることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２５】
太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置であって、
少なくとも１つの基板を支持するための長手方向軸を有するコンベヤと、
前記少なくとも１つの基板の表面の少なくとも１つの軸の実質上すべての上に反応生成物の層を堆積するための前記長手方向軸と交差する少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチの第１の列を有するモジュールと、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチに接続されたプラズマガスソースと、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチに接続された前記反応生成物の層の前駆化学ソースと、
前記コンベヤ及び前記モジュールを含むためのチャンバと、
排気システムと、を備え、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチは、前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチのそれぞれを包囲する誘導コイルを備え、
前記誘導コイルは、前記少なくとも１つの基板からある距離に置かれていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記少なくとも１つの基板の表面の少なくとも１つの軸の実質上すべての上に反応生成物の層を堆積するための前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチの第１の列の隣に置かれた少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチの第２の列をさらに備えていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２７】
請求項２５において、
前記コイルと前記少なくとも１つの基板との間の前記距離は、約３０〜５５ｍｍの間であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２８】
請求項２６において、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチは、前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチに前記前駆ガスソースを注入するための前記前駆ガスソースに接続された少なくとも１つの注入口をさらに含むことを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項２９】
請求項２５において、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチは、外部の石英管と、内部の石英管と、前記外部の石英管及び前記内部の石英管に接続されたチャンバと、を備え、
前記プラズマガスソースは、前記プラズマガスソースを前記外部の石英管と前記内部の石英管との間に供給するために、前記チャンバに接続されていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３０】
請求項２９において、
前記外部の石英管は、約１８０〜４００ｍｍの長さを有することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３１】
請求項２９において、
前記外部の石英管は、約５０〜９０ｍｍの直径を有することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３２】
請求項２９において、
前記内部の石英管は、約１２０〜１８０ｍｍの長さを有することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３３】
請求項２９において、
前記内部の石英管は、約５０〜７０ｍｍの直径を有することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３４】
請求項２５において、
前記誘導コイルは、前記外部の石英管の直径より大きい直径を有し、それぞれ約２〜１０ｍｍの間隔が空いている複数の巻線を備えていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３５】
請求項２５において、
前記誘導コイルと前記少なくとも１つの基板との間の前記距離は、約３０〜５５ｍｍであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３６】
請求項２５において、
前記誘導コイルに接続された高周波数ジェネレータをさらに備えていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３７】
請求項２５において、
前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチの第１の列と、前記少なくとも１つの高周波数誘導結合プラズマトーチの第２の列とは、相対して振動することを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項３８】
デポジションチャンバ内で基板上に太陽電池の層を形成する方法であって、
前記基板を支持する工程と、
前記基板から３０〜５５ｍｍの距離離れているコイルを備え、かつ、前記基板の１つの側の表面領域に沿って配置可能に選択された高周波数誘導結合プラズマトーチを用意する工程と、
前記コイル内でプラズマを形成するために、前記高周波数誘導結合プラズマトーチに、本質的に不活性ガスからなるプラズマガスを導入する工程と、
前記高周波数誘導結合プラズマトーチ内に前駆化学ソースを注入する工程と、
前記基板と前記コイルとの間の間隔を維持しつつ、前記基板上に、前記高周波数誘導結合プラズマトーチと前駆ガスソースとで前記反応生成物を堆積する工程と、を有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項３９】
請求項３８において、
前記チャンバ内の部分圧力を調節する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４０】
請求項３８において、
前記チャンバ内の部分圧力を排気する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４１】
請求項３８において、
前記チャンバ内の部分圧力を制御する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４２】
請求項３８において、
前記基板上の前記反応生成物の最適な堆積温度を維持するために、前記基板の温度を制御する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４３】
請求項３８において、
前記反応生成物は、真性の及びドープされたシリコンの薄膜層、及び銅・インジウム・ガリウム・二シラン化合物（ＣＩＧＳ）からなる群から選ばれることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４４】
デポジションチャンバ内で少なくとも１つの基板上に太陽電池の層を形成する方法であって、
長手方向軸を有するコンベヤ上で前記少なくとも１つの基板を支持する工程と、
前記コンベヤの前記長手方向軸に沿って、お互いに離れて置かれた少なくとも２つのモジュールを用意する工程と、
前記コイル内でプラズマを形成するために、前記高周波数誘導結合プラズマトーチに、本質的に不活性ガスからなるプラズマガスを導入する工程と、
前記高周波数誘導結合プラズマトーチ内に前駆化学ソースを注入する工程と、
前記基板と前記コイルとの間の間隔を維持しつつ、前記基板上に、前記高周波数誘導結合プラズマトーチと前駆ガスソースとで前記反応生成物を堆積する工程と、
前記少なくとも１つの基板を前記長手方向軸に沿って移動する工程と、を有し、
前記少なくとも２つのモジュールのそれぞれは、前記少なくとも１つの基板上に反応生成物を堆積するための少なくとも１つのプラズマトーチを有し、
前記少なくとも１つのプラズマトーチは、前記少なくとも１つの基板からある距離に置かれており、
前記少なくとも１つのプラズマトーチはコイルを備え、
前記誘導結合プラズマトーチは、前記基板の１つの側の表面領域に沿って配置可能に選択され、
前記コイルは、前記基板から３０〜５５ｍｍの距離離れている、ことを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４５】
請求項４４において、
前記チャンバ内の部分圧力を調節する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４６】
請求項４４において、
前記チャンバ内の部分圧力を排気する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４７】
請求項４４において、
前記チャンバ内の部分圧力を制御する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４８】
請求項４４において、
前記基板上の前記反応生成物の最適な堆積温度を維持するために、前記基板の温度を制御する工程をさらに有することを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項４９】
請求項４４において、
前記反応生成物は、真性の及びドープされたシリコンの薄膜層、及び銅・インジウム・ガリウム・二シラン化合物（ＣＩＧＳ）からなる群から選ばれることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項５０】
太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置であって、
基板を支持する手段と、
反応物を供給する手段と、
前記基板上に生成物を堆積するプラズマトーチ手段と、
前記基板に対して前記プラズマトーチ手段を振動させる手段と、を備え、
前記プラズマトーチ手段が、前記基板からある距離に置かれていることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５１】
請求項５０において、
堆積される前記太陽電池が、シリコン薄膜太陽電池であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５２】
請求項５０において、
堆積される前記太陽電池が、銅・インジウム・ガリウム・二セレン化（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５３】
請求項５０において、
前記反応物が、ガス、蒸気、煙霧、微粒子、及び粉末からなる群から選ばれる形態であることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５４】
請求項５０において、
前記プラズマを形成するガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５５】
請求項５０において、
前記生成物が、シラン、水素、メタン、ジボラン、トリメチルボロン、ホスフィン、及びこれらの混合から選ばれるガスによって生成されることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５６】
請求項５０において、
前記生成物が、銅、インジウム、ガリウム、セレン、及びこれらの混合からなる群から選ばれる化学物質を含む反応物から生成されることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５７】
請求項５０において、
前記基板が、酸化スズ被覆ガラス、及びモリブデン被覆ガラスからなる群から選ばれることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５８】
請求項５０において、
前記距離は、前記プラズマトーチ手段と前記基板との間が約３０〜５５ｍｍであることを特徴とするプラズマデポジション装置。
【請求項５９】
デポジションチャンバ内で少なくとも１つの基板上に太陽電池の層を形成する方法であって、
基板を支持する工程と、
反応物を供給する工程と、
プラズマトーチ手段で前記基板上に生成物を堆積する工程と、
前記基板に対して前記プラズマトーチ手段を振動させる工程と、を有し、
前記プラズマトーチ手段が、前記基板からある距離に置かれていることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６０】
請求項５９において、
堆積される前記太陽電池が、シリコン薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６１】
請求項５９において、
堆積される前記太陽電池が、銅・インジウム・ガリウム・二セレン化（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６２】
請求項５９において、
前記反応物が、ガス、蒸気、煙霧、微粒子、及び粉末からなる群から選ばれる形態であることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６３】
請求項５９において、
前記プラズマを形成するガスがアルゴンガスであることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６４】
請求項５９において、
前記生成物が、シラン、水素、メタン、ジボラン、トリメチルボロン、ホスフィン、及びこれらの混合から選ばれるガスによって生成されることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６５】
請求項５９において、
前記生成物が、銅、インジウム、ガリウム、セレン、及びこれらの混合からなる群から選ばれる化学物質を含む反応物から生成されることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６６】
請求項５９において、
前記基板が、酸化スズ被覆ガラス、及びモリブデン被覆ガラスからなる群から選ばれることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【請求項６７】
請求項５９において、
前記距離は、前記プラズマトーチ手段と前記基板との間が約３０〜５５ｍｍであることを特徴とする太陽電池の層を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電性モジュール又は太陽電池を製作するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
オイル価格が上昇し続け、他のエネルギー源にも限界があり、化石燃料の燃焼による排出物質からの世界的な警告に対する圧力が増加している。自由に利用できて二酸化炭素ガスを発生しない太陽エネルギーのような代替エネルギー源を探して使用する必要がある。これを受けて、多くの国では、安全かつ信頼できる長期間のパワー源、特に“グリーン”又は“クリーン”なエネルギー源に対する投資を増やしている。それにもかかわらず、太陽電池（光起電性セル又はモジュールとしてよく知られている）は、何年も開発されてきたが、これらのセル又はモジュールの製造コストが高いため使用がかなり限定され、化石燃料により生成されるエネルギーと競争することを困難にしている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，６４６，０５０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９４２，０４９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１００，４６６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２１４，７０６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２８１，０９８号明細書
【特許文献６】米国特許第５，１４１，５６４号明細書
【特許文献７】米国特許第４，７９８，６６０号明細書
【特許文献８】米国特許第４，９１５，７４５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０４８，４４２号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，２５８，６２０号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，５１８，０８６号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，０４５，４０９号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，３５６，８３９号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，４４１，８９７号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，４３６，２０４号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，７３０，８５２号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，８０４，０５４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，９７６，６１４号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，１２１，５４１号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，３６８，８９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、単結晶シリコン太陽電池は、最も良いエネルギー変換効率を有しているが、最も高い製造コストもまた有している。代わりに、薄膜シリコンは、単結晶セルと同じ高効率を有していないが、製造するのはより安い。したがって、低コストの光起電性電力生成の可能性を有している。銅・インジウム・ガリウム・二セレン化合物（ＣＩＧＳ）などの他の種類の薄膜材料もまた、より低コストで、単結晶シリコンに近い効率の有望な結果を示したが、まだ、化石燃料と効果的に競争するのに充分な低さではない。
【０００５】
製造費用の理由の一部は、これらのプロセスの堆積速度が遅く、時間がかかることである。例えば、所望のシリコン層を形成するための高濃度水素ガス雰囲気中におけるシランのプラズマグロー放電の典型的なプロセスの堆積速度は、約２０Ａ／ｓ又は０．１２ミクロン／分である。他の例として、高品質のｉ型シリコン層を形成する典型的なプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法の報告された堆積速度は、約１５Ａ／ｓ又は０．０９ミクロン／分である。さらに他の例では、多結晶シリコンを蒸着するのに輸送媒体としてヨウ素蒸気を使用する典型的な化学気相輸送（ＣＶＴ）法の膜成長速度は、最大で約３ミクロン／分である。
【０００６】
シリコン太陽電池の技術と同様に、異なる技術を使用するＣＩＧＳ型の太陽電池を製造する取り組みがなされてきた。１つの試みでは、ＣＩＧＳ型の太陽電池は、セレン化技術として知られる、種々の先駆的構造を使用する２段階のプロセスで製造される。セレン化技術を改良する試みが行われている。このような１つの試みでは、薄膜を形成するために、コンベヤシステムを有するマグネトロン（磁電管）スパッタリング技術を使用する２段階のプロセスが知られている。他の試みでは、ＣＩＧＳ膜を形成するのに気相再結晶プロセスが使用される。再結晶プロセスは、そのプロセスの第２ステップとして使用され、従来技術として示されているようにセレン化プロセスに取って代わる。さらに他の試みでは、ＣＩＧＳ膜は、物理気相成長による補助を受けて溶液内の電気化学析出を使用して製造される。この技術は、全体の変換効率が１３．６％のＣＩＧＳ型の太陽電池を生み出した。
【０００７】
前述のこの種の太陽電池の効率的な製造の取り組みに加えて、多重接合太陽電池のような他の種類の太陽電池の効率的な製造の追加的な取り組みがなされてきた。これらの種類の太陽電池は、異なる材料の多層の構造を有する。異なる材料は、異なるバンドギャップを持ち、それらは、光エネルギーの種々の波長を吸収するであろう。したがって、これらの種類の太陽電池は、より広い光スペクトルをカバーし、太陽電池の効率を改善する。これらの種類の太陽電池を効率的に製造するためのいくつかの取り組みがなされてきている。このような１つの取り組みでは、多重接合太陽電池は、アモルファスシリコンと銅・インジウム・二セレン化合物（ＣＩＳ）とそれらの合金とで製造される。しかし、この製造プロセスは、非常に複雑であり、異なる種類の製造装置を必要とし、これにより、これらの種類の太陽電池を製造するのに多くの費用がかかる。ＣＩＳ又はＣＩＧＳの層を製造するいくつかの例は、溶液成長、スパッタリング、又は蒸発の手段によるこれらの層の堆積を含む。また、シリコンの層は、助長されたプラズマ化学気相成長法により堆積される。
【０００８】
前述のように、薄膜太陽電池を製作するには、必要な層を堆積する堆積技術を必要とし、製造コストを低くする最も効果的な方法は、堆積速度を増加させることである。報告された最良のプラズマ助長化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）の堆積速度は約５Ａ／秒であり、シランのプラズマグロー放電の堆積速度は２０Ａ／秒である。
【０００９】
さらに、遅い堆積速度に加えて、太陽電池の製造で一般に見られる他の遅いプロセスステップは、半導体材料のｐ−ｎ接合を形成するためにｐ型及びｎ型ドーパントの導入を含む。このステップは、通常、薄膜層がすでに堆積された後、極めて遅い拡散炉で行われ、したがって、太陽電池を効率的に製造するプロセス全体をさらに遅くする。
【００１０】
さらに、ＣＩＧＳ薄膜を形成するプロセスに関して、そのプロセスは通常、２つ以上の段階を使用する。プロセスの追加のステップの目的は、所望の又は最適な構成比とＣＩＧＳ薄膜の相構成とを達成するために、これらの要素を堆積又は調整することである。第１段階では、要求値に比較的近い濃度比を有する必要な厚さの膜を形成するのに種々の技術が使用されてきた。これらのステップの組み合わせは、ＣＩＧＳ薄膜を形成するための効率的な製造プロセスを妨げている。
【００１１】
これらの問題を示す試みに関する情報は、１９９７年７月８日、リ、その他に付与された米国特許第５，６４６，０５０号明細書（特許文献１）；１９９９年８月２４日、リ、その他に付与された米国特許第５，９４２，０４９号明細書（特許文献２）；２０００年８月８日、ニシモトに付与された米国特許第６，１００，４６６号明細書（特許文献３）；２００１年４月１０日、マダン、その他に付与された米国特許第６，２１４，７０６号明細書（特許文献４）；２００１年８月２８日、ワン、その他に付与された米国特許第６，２８１，０９８号明細書（特許文献５）；１９９２年８月２５日、チェン、その他に付与された米国特許第５，１４１，５６４号明細書（特許文献６）；１９８９年１月１７日、エルマ、その他に付与された米国特許第４，７９８，６６０号明細書（特許文献７）；１９９０年４月１０日、ポロック、その他に付与された米国特許第４，９１５，７４５号明細書（特許文献８）；２０００年４月１１日、クシヤ、その他に付与された米国特許第６，０４８，４４２号明細書（特許文献９）；２００１年７月１０日、モレル、その他に付与された米国特許第６，２５８，６２０号明細書（特許文献１０）；２００３年２月１１日、ベック、その他に付与された米国特許第６，５１８，０８６号明細書（特許文献１１）；１９９１年９月３日、エバースパッカ、その他に付与された米国特許第５，０４５，４０９号明細書（特許文献１２）；１９９４年１０月１８日、タテュル、その他に付与された米国特許第５，３５６，８３９号明細書（特許文献１３）；１９９５年８月１５日、ノウフィ、その他に付与された米国特許第５，４４１，８９７号明細書（特許文献１４）；１９９５年７月２５日、アルビン、その他に付与された米国特許第５，４３６，２０４号明細書（特許文献１５）；１９９８年３月２４日、ブハッタチャーヤ、その他に付与された米国特許第５，７３０，８５２号明細書（特許文献１６）；１９９８年９月８日、ブハッタチャーヤ、その他に付与された米国特許第５，８０４，０５４号明細書（特許文献１７）；１９９９年１１月２日、ブハッタチャーヤ、その他に付与された米国特許第５，９７６，６１４号明細書（特許文献１８）；２０００年９月１９日、アーヤに付与された米国特許第６，１２１，５４１号明細書（特許文献１９）；及び２００２年４月９日アーヤに付与された米国特許第６，３６８，８９２号明細書（特許文献２０）に見出すことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の問題は、本出願に開示される太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置及び方法により、解決され、技術的進歩が達成される。新規なプロセスは、薄膜太陽電池を製作するために誘導結合パラズマトーチを使用する。これは、より高い堆積速度を有し、薄膜の製造コストを劇的に低くすることができるような連続フロープロセスとして設計することができる。連続インラインプロセスのためのコンベヤシステムを使用することにより、このプロセスは、ガラス、フレキシブル金属、又は高温ポリマー材料などの基板上に必要な薄膜を堆積することができる。
【００１３】
この新規な誘導結合プラズマデポジションプロセスは、適度に高い堆積速度を提供し、より低い製造コストに導く。太陽電池を製作するための新規なプラズマデポジション装置及び方法の他の主な特徴は、ポジティブ及び／又はネガティブなドーパント材料を薄膜の堆積中に同時に取り込むことにより、製造段階でとても遅く費用のかかる他のプロセスを排除することである。
【００１４】
誘導結合プラズマトーチの１つの利点は、堆積速度（ＤＲ）が非常に高いことである。追加的な効率性及び製造コストの節約では、１つ以上の誘導結合プラズマトーチは、コンベヤシステムで集積されたデポジションモジュールを形成するために一組の誘導結合プラズマトーチを設けるために一緒にまとめることが可能である。それは容易であり、しかも堆積速度とスループットの高い汎用製造システムである。
【００１５】
さらに、太陽電池を製作するための新規なプラズマデポジション装置及び方法は、あるデポジションモジュール又はデポジションチャンバから他のデポジションモジュール又はデポジションチャンバへ基板が動くようなコンベヤシステム上で望みの材料を適当なデポジションモジュールに容易に注入し、望みの層を堆積することができる。代わりに、太陽電池を製作するための新規なプラズマデポジション装置及び方法は、それぞれのサイクルで異なる化学物質が導入されるごとに同じデポジションモジュールに太陽電池が入場又は再入場することを可能にする。
【００１６】
さらに、太陽電池を製作するためにこの新規なプラズマデポジション装置及び方法により薄膜をドーピングする時、ドーパント分布と、一般的な拡散プロセスよりも良い濃度プロファイルの直接的な制御が達成される。また、この装置及び方法は、エネルギー保存効率と化学・物理特性に大きく影響を及ぼす可能性がある。しかも、ｐ型又はｎ型にドーピングされた薄膜を製作するのに、拡散プロセスの代わりにデポジションプロセスを使用することは、より良い制御と均一なドーパント分布を提供するばかりでなく、２ステッププロセスも排除し、高い生産性をもたらす。
【００１７】
また、太陽電池を製作するための新規なプラズマデポジション装置及び方法は、ｉ型層の品質の最適化を含む高品質な太陽電池を製造する取り組みに合致する。低コンタクト抵抗のためにｐ型及びｎ型にドーピングされた層、高いビルトインポテンシャル、及び不必要な光学的損失を減らす高い透明度と、太陽電子を製作するためのこの新規なプラズマデポジション装置及び方法は、そのような要求に適合する。
【００１８】
１つの特徴では、太陽電池を製作するための新規なプラズマデポジション装置及び方法は、ＣＩＧＳの薄い層を形成するためにプラズマフレームの中に注入される銅、インジウム、ガリウム、及びセレンの構成要素を含む材料を使用することができる。他の特徴では、太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置及び方法は、プラズマフレームの中に注入してＣＩＧＳ薄膜を形成するために銅、インジウム、ガリウム、及びセレンの相応に設計された比率を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、コンベヤ１０６上で支持された基板１０４の上方に配置された誘導結合プラズマトーチ１０２を含むプラズマデポジション装置の一実施形態１００を示す。この実施形態では、誘導結合プラズマトーチ１０２が、基板１０４上に反応生成物を堆積するために下方に向けられている。他の実施形態では、誘導結合プラズマトーチ１０２が、基板１０４に対して他の方法で又は他の方向に向けられていてもよい。誘導結合プラズマトーチ１０２は、ステンレススチールチャンバ１１２に取り付けられたように見える外部石英管１０８と短い内部石英管１１０の２つの石英管から構成される。
【００２０】
コンベヤ１０６は、図３で示された矢印の方向と一致するように定められた長手方向軸を有している。コンベヤ１０６は、動かない台又は動くコンベヤであってもよい。好ましくは、それが、１つ又はいくつかの基板１０４の支持を提供し、誘導結合プラズマトーチ１０２が使用されるのに望ましい距離に、誘導結合プラズマトーチ１０２が置かれる。詳細は後述するが、さらに、コンベヤ１０６は、反応生成物の堆積のために基板の動きを止める前に、コンベヤの長手方向軸に沿った距離に基板１０４を動かしてもよい。
【００２１】
一般的に、外部石英管１０８と内部石英管１１０との直径及び高さ又は長さは、外部石英管１０８及び内部石英管１１０の所望の用途に合った寸法でよい。好ましくは、内部石英管１１０は、外部石英管１０８より短い長さを有している。また、外部石英管１０８は、好ましくは、約５０ミリメートル（ｍｍ）から約９０ｍｍの範囲の直径と、１８０ｍｍから約４００ｍｍの範囲の高さとを有する。より好ましくは、外部石英管１０８の直径が約７０ｍｍ、高さ又は長さが約２００ｍｍである。好ましくは、内部石英管１１０は、約５０ｍｍから約７０ｍｍの範囲の直径と、約１２０ｍｍから約１８０ｍｍの範囲の高さとを有する。より好ましくは、内部石英管１１０の直径が約６０ｍｍ、高さが約１５０ｍｍである。
【００２２】
さらに、誘導結合パラズマトーチ１０２は、外部石英管１０８の低い部分の周辺に配置された銅誘導コイル１１４を備えている。コイル１１４は、約５６ｍｍから約９６ｍｍの範囲の直径を有する複数の巻線１１６を備えている。好ましくは、複数の巻線１１６は約８２ｍｍの直径を有する。一般的に、複数の巻線１１６は、誘導結合プラズマトーチ１０２の動作をするのに充分な距離でお互いに間隔を空けている。好ましくは、複数の巻線１１６は、お互いに約６ｍｍの間隔を空けている。加えて、外部石英管１０８とコイル１１４との間のギャップは、約２ｍｍから約１０ｍｍになり得る。また、コイル１１４の最も低い部分と基板１０４との間の距離は、“Ｌ”で示されているが、約３０ｍｍから約５５ｍｍの範囲である。
【００２３】
さらに、誘導結合プラズマトーチ１０２は、前駆ソースケミカルを誘導結合プラズマトーチ１０２に運ぶ前駆ソースケミカルライン（precursor source chemical line、図示せず）に接続される１対の注入口１１８を含んでいる。内部石英管１１０を使用することにより、プラズマ形成ガスは、渦流パターンを有するであろう。シリコンなどの半導体薄膜材料の堆積（デポジション）のためのソースケミカルは、注入口１１８を通して注入される。両方ともここに参照として取り込まれる、ゴウスゴ、その他に付与された米国特許第６，２５３，５８０号明細書、及びゴウスゴ、その他に付与された米国特許第６，５３６，２４０号明細書で開示されたのと同じ理由のため、注入口１１８は、好ましくは、誘導結合プラズマトーチ１０２の側面の低い位置近くに配置され、Ｖ＝０の位置に向けて配置される。一実施形態では、注入口１１８は、誘導結合プラズマトーチ１０２に接続される。他の実施形態では、注入口１１８は、誘導結合プラズマトーチに接続されず、ここで記載された本発明の他の構成要素に接続される。一実施形態では、誘導結合プラズマトーチ１０２は、誘導的に結合されたプラズマトーチである。注入口１１８は、好ましくは約３ｍｍから約１０ｍｍの範囲の直径、より好ましくは約５ｍｍの直径を有する石英管材で構成されるが、他の寸法である管材の直径が誘導結合プラズマトーチ１０２に使用されてもよい。この実施形態では、一対の注入口１１８がお互いに正反対の位置に置かれている。本発明の他の実施形態では、対照的に配置された３つ以上の注入口が利用されてもよい。
【００２４】
さらに、誘導結合プラズマトーチ１０２は、誘導結合プラズマトーチ１０２へプラズマガスを運ぶプラズマガス供給ライン（図示せず）に接続される１対のプラズマガス入口１２０を含んでいる。プラズマガス入口１２０は、誘導結合プラズマトーチ１０２に実質的に同じ高さで入力している。好ましくは、これらのプラズマガス入口１２０は、５ｍｍの直径を有するステンレススチールの管材で構成されるが、直径の範囲は、この目的のために充分であろう。
【００２５】
また、誘導結合プラズマトーチ１０２には、冷却材入口１２２と冷却材出口１２４とが設けられている。使用の間、水などの冷却材が冷却材入口１２２を通って、ステンレススチールチャンバ１１２内を循環して、冷却材出口１２４を通って排出される。冷却材入口１２２と冷却材出口１２４は、好ましくは、ステンレススチールで形成され、例えば５ｍｍの直径を有する。
【００２６】
プラズマガス入口１２０、冷却材入口１２２、及び冷却材出口１２４は、すべて好ましくは、ステンレススチールチャンバ１１２内に形成される。チャンバ１１２は、好ましくは、一辺が８０ｍｍのステンレススチールの四角ブロックであり、例えば約４０ｍｍの高さを有する。チャンバ１１２は、支持スタンド（図示せず）の上に置かれる。
【００２７】
高周波数ジェネレータ（図示せず）が、コイル１１４に電気的に接続され、最大６０ｋＷの可変の電力出力で５．２８＋／−０．１３ＭＨｚの周波数に電力供給される。一実施形態では、そのジェネレータは、ドイツのフリッツヒューティンガエレクトロニック（Ｆｒｉｔｚ  Ｈｕｅｔｔｉｎｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＧｍｂＨ）から利用可能な型番ＩＧ６０／５０００である。このジェネレータは、誘導結合プラズマトーチ１０２に電圧を加える５０Ｈｚ、３相、３８０Ｖの電源で駆動される。
【００２８】
より広いデポジション（堆積）幅を確保するために、デポジションモジュール２００を形成するのに誘導結合プラズマトーチ１０２の集団が一緒に置かれる。図２は、１組の誘導結合プラズマトーチ１０２から構成されるデポジションモジュールの一実施形態２００を示す。高い堆積速度に加えて、デポジションモジュール２００は、均一なデポジション（堆積）厚さを提供する。一例として、デポジションモジュール２００は、７０ｍｍの直径を有する誘導結合プラズマトーチ１０２と、３５ｍｍの直径を有する２つのより小さい誘導結合プラズマトーチ１０２’とから構成される。この実施形態では、デポジションモジュール２００は、均一な厚さを有する２４０ｍｍのデポジション幅を形成するであろう。特定用途の所望のデポジション幅を実現するために、誘導結合プラズマトーチ１０２の他の配列と寸法が、デポジションモジュール内に使用されてもよい。
【００２９】
一実施形態では、誘導結合プラズマトーチ１０２が１列で構成される。他の実施形態では、図２に示すように、オーバーラップ又は基板１０４上の反応生成物の平均的な堆積を実現するため、誘導結合プラズマトーチ１０２が２列以上で構成され、千鳥状配列に置かれている。図に示すように、これらの列は、好ましくは、コンベヤ１０６の長手方向軸に対して直角である。本発明の他の実施形態では、基板１０４上の反応生成物の平均的な堆積を実現するために、列は、他の構成で配列される。
【００３０】
デポジションモジュール２００は、さらに図３に示すようにある距離の間隔が空けられ、所望の用途に応じて隣接するようにしてもよい。さらに、各デポジションモジュール２００は、同一の又は異なる反応生成物を堆積するために、後のデポジションモジュール２００へ基板１０４が動く前に、特定の基板１０４上に特定の反応生成物を堆積するようにしてもよい。一実施形態では、１つのデポジションモジュール２００は、１種類の材料又は反応生成物を堆積し、他のデポジションモジュール２００は、他の種類の材料又は反応生成物を堆積するようにしてもよい。層の厚さを積み重ねるため、同じ材料を堆積するのに複数のデポジションモジュール２００を使用することができる。設計に応じて、コンベヤ１０６の真上に配置されている異なるデポジションモジュール２００から、真性又はドープした材料を堆積することができる。
【００３１】
図３は、複数のデポジションモジュール２００を囲むデポジションチャンバ３０２を含むプラズマデポジション装置の一実施形態３００を示している。この実施形態は、コンベヤ１０６に沿って配置された多くのデポジションモジュール２００による連続デポジションプロセスを提供する。矢印は、コンベヤ３０６の動き３１４の長手方向を示す。連続デポジションプロセスを提供するために、４つのデポジションモジュール２００が、デポジションチャンバの内部に並んでいる。デポジションチャンバ３０２は、入口３０４と出口３０６とを含んでいる。デポジションチャンバ３０２の内部から外部環境を切り離すため、入口３０４に入口ガスカーテン３０８が設けられ、出口３０６に出口ガスカーテン３１０が設けられている。入口３０４と出口３０６は、所望の用途に合わせてどんな形状又は設計であってもよい。ガスカーテン３０８及び３１０は、好ましくはアルゴンなどの不活性ガスで構成される。いくつかの追加的な例のガスは、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、及び窒素を含む。
【００３２】
デポジションチャンバ３０２は、さらに、副産ガス、フリューム、及び粒子をデポジションチャンバ３０２から取り除くために、排気口（図示せず）を有する排気システム３１２を含んでいる。排気システム３１２は、最適な堆積状態を維持するために、デポジションチャンバ３０２内の部分的な圧力を制御する。デポジションチャンバ３０２内の部分的な圧力の制御は、さらに、真空などの負圧の供給も含んでいる。他の実施形態では、部分的な圧力は、大気圧で又はそれに近く制御される。排気口の数は、特定の用途で要求されるように決められる。好ましくは、デポジションチャンバ３０２は、作業者を保護するため、爆発耐性の材料、及びＲＦシールド材料で作られる。
【００３３】
図４及び図５は、１組の誘導結合プラズマトーチ１０２から構成されるデポジションモジュールの一実施形態４００及び一実施形態５００を示す。図に示すように、デポジションモジュール４００は、７０ｍｍの直径を有する５つの誘導結合プラズマトーチ１０２から構成される。特定用途の所望のデポジション幅を提供するために、誘導結合プラズマトーチ１０２の他の配列及び寸法がデポジションモジュール内で使用されてもよい。例えば、デポジションモジュール５００は、７０ｍｍの直径を有する３つの誘導結合プラズマトーチ１０２から構成される。これらの実施形態では、デポジションモジュール４００及び５００は、約２４０ｍｍのデポジション幅を均一な厚さで生成するであろう。
【００３４】
一実施形態では、デポジションモジュールが、１列の誘導結合プラズマトーチ１０２を含んでもよい。他の実施形態では、デポジションモジュールが、いくつかの列の誘導結合プラズマトーチ１０２を含んでもよい。デポジションモジュール４００及び５００は、オーバーラップのために図４及び図５に示すように千鳥状に配列された２列の誘導結合プラズマトーチ１０２を含んでおり、これにより、基板１０４上の反応生成物の平均的な堆積を可能にする。図に示すように、これらの誘導結合プラズマトーチ１０２の列は、コンベヤ１０６の長手方向軸に対して実質的に直角である。本発明の他の実施形態では、基板１０４上の反応生成物の所望の堆積結果を実現するために、誘導結合プラズマトーチ１０２の列は、別の構成で配列されてもよい。
【００３５】
図４に示されたデポジションモジュール４００では、２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が、コンベヤ１０６の動き３１４の長手方向に関して３つの誘導結合プラズマトーチ１０２の後部に示されている。後部の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２の間の中心間距離は、距離４０２として示され、３つの誘導結合プラズマトーチ１０２の間の中心間距離は、距離４０４として示されている。さらに、２列の誘導結合プラズマトーチ１０２の間の中心間距離は、距離４０６として示されている。一実施形態では、距離４０２及び４０４は約８０ｍｍであり、距離４０６は約１００ｍｍである。さらに、約８０ｍｍの振幅又は距離４０８（さらに後述する）で、３２０ｍｍの均一なトータルデポジション幅を得ることができる。これは、以前のより少ない誘導結合プラズマトーチ１０２で達成されるよりも３０％大きい幅である。
【００３６】
同様に、図５に示すデポジションモジュール５００では、１つの誘導結合プラズマトーチ１０２が、コンベヤ１０６の動き３１４の長手方向に関して２つの誘導結合プラズマトーチ１０２の後部に示されている。前部の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２の間の中心間距離は、距離５０２として示されている。さらに、２列の誘導結合プラズマトーチ１０２の間の中心間距離は、距離５０４として示されている。一実施形態では、距離５０２は約８０ｍｍ、距離５０４は約１００ｍｍである。注意すべき点は、デポジションモジュール２００及び４００と比較して、より少ない誘導結合プラズマトーチ１０２がデポジションモジュール５００内で使用されているので、誘導結合プラズマトーチ１０２間の間隔はより大きい。さらに、約８０ｍｍの振幅又は距離５０８（さらに後述する）で、２４０ｍｍの均一なトータルデポジション幅を得ることができる。この実施形態は、より少ない数の誘導結合プラズマトーチ１０２であるのにもかかわらず、実施形態２００におけるのとほぼ同じデポジション幅を提供する。
【００３７】
基板１０４の均一なデポジションカバレイジを提供するために、デポジションモジュール４００及び５００は、コンベヤ１０６の動き３１４の長手方向と実質的に直角な方向４０８で振動する。したがって、デポジションモジュール４００及び５００の誘導結合プラズマトーチ１０２は、コンベヤ１０６の動き３１４の長手方向に沿って支持されて動くように、基板１０４を横切って後と前に振動する。一形態では、デポジションモジュール４００及び５００は、振動動作の間、基板１０４から一定の距離で留まる。他の形態では、デポジションモジュール４００及び５００と基板１０４との間の距離は、可変としてもよい。この振動デポジションカバレイジは、デポジション（堆積）動作中に使用される誘導結合プラズマトーチ１０２をより少なくすることが可能である。より少ない誘導結合プラズマトーチ１０２を利用することにより、誘導結合プラズマトーチ１０２は、デポジションモジュール２００の誘導結合プラズマトーチ１０２の間隔と比較してより大きい距離でお互いに間隔を空けることができる。
【００３８】
振動又は往復動作は、基板１０４上の反応生成物の最適な堆積を提供するように設定される。この振動又は往復動作は、所望のデポジション結果を得るために、可変又は固定の振幅及び速度を有する。デポジションモジュール４００及び５００の振動動作の振幅は、一般に、コンベヤ１０６又は基板１０４に対して横方向４０８での端から端までに振動又は往復する距離として定義される。好ましくは、デポジションモジュール４００は、距離４０２又は４０４（より大きい方により）と等しい振幅で振動又は往復する。デポジションモジュール５００については、距離５０２と等しい振幅で振動又は往復する。これらは振幅の一例であり、所望のデポジション結果を得るために他の振幅が使用されてもよい。
【００３９】
さらに、デポジションモジュール４００及び５００は、所望の周波数で振動又は往復する。この周波数は、通常、デポジションモジュール４００及び５００が、基板１０４又はコンベヤ１０６を横切って後方及び前方に所定時間に振動する回数として定義される。さらに、振動又は往復動作の結果、デポジションモジュール４００及び５００は、基板１０４又はコンベヤ１０６を横切って後方及び前方に所望の速度で移動するであろう。
【００４０】
さらに、振動動作の速度及び周波数は、さらにコンベヤ１０６の速度によって決定してもよい。例えば、コンベヤ１０６の速度が遅い場合は、振動動作の速度及び周波数もまた遅くなるであろう。逆に、コンベヤ１０６の速度が速い場合は、振動動作の速度及び周波数もまた速くなるであろう。さらにまた、振動動作の速度及び周波数が固定の間にコンベヤ１０６の速度が変化する場合は、厚さの異なる反応生成物が基板１０４上で得られるであろう。また、特定のデポジションモジュール上で、より少ない誘導結合プラズマトーチ１０２が採用された場合は、横方向４０８の振幅はより大きくなるであろう。反対に、特定のデポジションモジュール上で、より多くの誘導結合プラズマトーチ１０２が採用された場合は、横方向４０８の振幅はより小さくなるであろう。
【００４１】
組み合わせて、横方向４０８に沿った振動動作のこれらの特徴は、基板１０４上の反応生成物の望ましいデポジション結果を提供する。これらの特徴は、所望のデポジション結果を得るために、デポジションプロセスに先立って又はその間に設定され又は調整される。例えば、デポジションモジュール４００は、デポジションモジュール５００より少ない誘導結合プラズマトーチ１０２を含み、距離５０２及び５０４の間隔は、デポジションモジュール４００の距離４０２，４０４，４０６より大きい。これらのより大きい距離及びより少ない誘導結合プラズマトーチ１０２のため、デポジションモジュール５００の振動動作は、デポジションモジュール４００より大きい速度及び周波数を有するであろう。振動動作のこれらの特徴のすべては、基板１０４上の反応生成物の最適なデポジション厚さを提供する特定用途のために最適化される。一般に、振幅は、ここで述べたように、デポジションモジュール４００及び５００が移動する距離に等しく、周波数時間は、完全な振動サイクルの時間に等しい。したがって、振動速度は、振幅を周波数時間で割ることによって計算される。
【００４２】
距離４０２，４０４，及び４０６は、所望の堆積速度、及びカバレイジ、デポジション厚さ、デポジションの均一性、コンベヤ１０６の速度、誘導結合プラズマトーチ１０２の数、誘導結合プラズマトーチ１０２の向きなどを含むいくつかの要因に応じて同じか又は異なる。同様に、距離５０２及び５０４は、これらの要因に応じて同じか又は異なる。
【００４３】
デポジションモジュール４００及び５００は、図３に示すようにデポジションモジュール２００と同様に間隔を空けて置かれ、必要な用途に応じて、それらはお互いに隣接している。さらに、各デポジションモジュール２００，４００，５００は、同一又は異なる反応生成物の堆積のために、基板１０４が後のデポジションモジュール２００へ移動する前に、特定の基板１０４上に特定の反応生成物を堆積する。一実施形態では、１つのデポジションモジュール２００，４００，５００が、１種類の材料又は反応生成物を堆積し、他のデポジションモジュール２００，４００，５００が、他の種類の材料又は反応生成物を堆積する。層の厚さを積み重ねるため、複数のデポジションモジュール２００，４００，５００を同じ材料を堆積するのに使用することも可能である。設計に応じて、コンベヤ１０６の真上に配置されている異なるデポジションモジュール２００，４００，５００から、真性又はドープされた材料が堆積されることが可能である。
【００４４】
本発明のさらに他の実施形態では、各デポジションモジュールの列は、お互いに関して振動又は往復してもよい。例えば、図４に示すように、前列で構成される３つの前方の誘導結合プラズマトーチ１０２は、デポジションモジュール４００の後列の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２に対して振動又は往復してもよい。一形態では、後方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅４０２で振動又は往復している間に、前方の３つの誘導結合プラズマトーチ１０２が定常に留まる。別の形態では、後方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が定常に留まっている間に、前方の３つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅４０４で振動又は往復してもよい。さらに別の形態では、所望のデポジションカバレイジを提供するために、後方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅４０２の半分で振動又は往復している間に、前方の３つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅４０４の半分で振動又は往復してもよい。
【００４５】
同様に、図５を参照して、前列を構成する前方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が、デポジションモジュール５００の後列の誘導結合プラズマトーチ１０２に対して振動又は往復してもよい。したがって、特定のデポジションモジュール内で、誘導結合プラズマトーチ１０２の列は、他の誘導結合プラズマトーチ１０２の列に関連して振動又は往復する。一形態では、前列を構成する前方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２は、デポジションモジュール４００の後列の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２に関連して振動又は往復する。一形態では、後方の誘導結合プラズマトーチ１０２がある距離又は振幅で振動又は往復している間に、前方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２は定常に留まる。別の形態では、後方の誘導結合プラズマトーチ１０２が定常に留まっている間に、前方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅５０２で振動又は往復する。さらに別の形態では、所望のデポジションカバレイジを提供するために後方の誘導結合プラズマトーチ１０２がある距離又は振幅の半分で振動又は往復している間に、前方の２つの誘導結合プラズマトーチ１０２が距離又は振幅５０８の半分で振動又は往復する。
【００４６】
本発明のさらに別の実施形態では、１つの誘導結合プラズマトーチ１０２が上述のように振動する。この実施形態では、コンベヤ１０６は、連続的な動きではなく、ステップ単位で動く。例えば、コンベヤ１０６は、デポジションモジュールに関連する距離で基板１０４を動かし、デポジションモジュールは、基板１０４の一方側で始まり他方側へ横断して、基板１０４の全域を振動又は往復する。そして、コンベヤ１０６は、デポジションモジュールにより、基板１０４を別の距離で動かし、基板表面の別の横断のために止める。各ステップの距離は、誘導結合プラズマトーチ１０２の直径に依存する。本発明の別の形態では、コンベヤが連続的に又はステップ単位で動いている間に各パス上で特定の反応生成物を堆積している間に、単一又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が基板１０４全域でいくつかの振動又は往復を行う。
【００４７】
反応生成物は、誘導結合プラズマトーチ１０２の存在下で、前駆ガスソースの反応によって生成される。誘導結合プラズマトーチ１０２は、好ましくは、プラズマを形成するのに不活性プラズマソースガスを使用する。ここで、基板１０４上に反応生成物を堆積するために、反応は前駆ガスソースと誘導結合プラズマトーチ１０２との間で起こる。いくつかの例示的なプラズマソースガスとしては、シラン、水素、メタン、ジボラン、トリメチルボロン、ホスフィン、及びそれらの混合物を含む。前駆ガスソースは、ガス、蒸気、煙霧剤、微粒子、又は粉末等を含み、または追加的に形成される。例えば、所望のデポジション長を達成するために、１メートル幅又はそれ以上の幅をカバーして連続的にコンベヤを動かして誘導結合プラズマトーチ１０２を振動又は往復することにより、厚さ数ミクロンの薄膜を堆積することが可能である。
【００４８】
反応生成物は、好ましくは、単一元素、化合物、又は元素又は化合物の混合物であり、銅、インジウム、ガリウム、セレン、シリコン、真性Ｉ型層、ｐ型ドープシリコン層、及びｎ型ドープシリコンなどの元素及び化合物を含む。一実施形態では、反応生成物は、太陽電池に見出せる銅・インジウム・ガリウム・二セレン化物（ＣＩＧＳ）層である。
【００４９】
一般的な太陽電池は、ｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐ層構造を有する。さらに、シリコン太陽電池の個々の層は、以下の化学物質で形成される。
【００５０】
真性シリコン（ｉ型層）のために、シラン（ＳｉＨ4）は、これらのシリコン層に使用される最も一般的な材料である。さらに、水素（Ｈ2）もまた、所望のＳｉ：Ｈｉ型層を形成するガス流に付加される。ｐ型ドープシリコンのために、例えば、ＳｉＨ4、ＣＨ4、及びＢ2Ｈ6ガス混合物、又はＳｉＨ4、Ｈ2、及びトリメチルボロンＢ（ＣＨ3）3ガス混合物が使用される。ｎ型ドープシリコンのために、例えば、ＳｉＨ4、及びＰＨ3ガス混合物、又はＳｉＨ4、Ｈ2、及びＰＨ3ガス混合物が使用される。
【００５１】
基板１０４は、太陽電池の分野で広く知られている寸法を含んだいかなる必要な寸法でもよい。好ましくは、基板は、例えばアサヒなどの酸化スズ被覆ガラス、又はコーニング１７３７などのモリブデン被覆ガラスから作られる。
【００５２】
このプラズマデポジション装置の上記の形態及び実施形態に加えて、本発明は、さらに、これらの太陽電池を製造する方法を含んでいる。図６は、このようなプロセスの一実施形態６００のフロー図を示す。ステップ６０２で、１つの基板１０４又は複数の基板１０４が、コンベヤ１０６上に置かれる。ステップ６０４で、基板１０４上への反応生成物の最適なデポジションのためにコンベヤ１０６の温度が適当な温度に制御される。ステップ６０６で、基板１０４上へ反応生成物を堆積するための最適な圧力を得られるように、デポジションチャンバ３０２内の部分圧が制御される。
【００５３】
ステップ６０８で、誘導結合プラズマトーチ１０２が初期化される。このステップは、プラズマガス入口１２０へのプラズマガス供給のフローの初期化と、誘導コイル１１４へ電気を供給することによりプラズマ点火することを含んでもよい。さらに、ステップ６０８は、基板１０４又は複数の基板１０４上のデポジション中に所望の反応生成物を生成するのに使用される前駆ガスソースの選択を含んでもよい。また、ステップ６０８は、複数の誘導結合プラズマトーチがデポジションモジュール２００内などに使用される場合、他のすべての誘導結合プラズマトーチ１０２を初期化することを含んでもよい。
【００５４】
ステップ６１０で、誘導結合プラズマトーチ１０２が基板１０４上に反応生成物を堆積する。ステップ６１２で、誘導結合プラズマトーチ１０２によって反応生成物の他の層が堆積されるべきか否かという問い合わせがなされる。ステップ６１２の回答が“ｎｏ”の場合は、処理は終了する。この問い合わせの回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ６１３の他の問い合わせがなされる。ステップ６１３の問い合わせの回答が“ｎｏ”の場合は、プロセスはステップ６１６へ進み、反応生成物の他の薄膜層を堆積する前に誘導結合プラズマトーチ１０２と基板１０４との間の距離が調節される。好ましくは、このステップは、ステップ６１０に戻って次に続く。上述のように、ステップ６１０は、同時に、１つ以上の誘導結合プラズマトーチ１０２で薄膜反応生成物層を均一に堆積することを含んでいる。ステップ６１３の問い合わせの回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ６１４へ進み、コンベヤ１０６は、隣の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール２００の複数の誘導結合プラズマトーチ１０２の方へ、その基板１０４又は複数の基板１０４を移動し、基板１０４又は複数の基板１０４上に反応生成物の次の層が堆積される。好ましくは、そしてプロセスがステップ６１２に戻り、その基板１０４又は複数の基板１０４上に反応生成物の他の層が堆積されるべきか否かという他の問い合わせがなされる。所望の数、種類及び厚さの反応生成物が、その基板１０４又は複数の基板１０４上に堆積されるまで、このプロセスが繰り返される。
【００５５】
図７は、他のプロセスの実施形態７００のフロー図を示す。ステップ７０２でコンベヤ１０６が起動し、ステップ７０４で、基板１０４上の反応生成物の最適なデポジションのための適当な温度になるようにコンベヤ１０６の温度が制御される。ステップ７０６で、基板１０４上の反応生成物のデポジションのための最適な圧力を供給するように、デポジションチャンバ３０２内の圧力が制御される。
【００５６】
ステップ７０８で、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が初期化される。このステップは、プラズマガス入口１２０へのプラズマガス供給のフローの初期化と、誘導コイル１１４へ電気を供給することによりプラズマ点火することを含んでもよい。さらに、ステップ７０８は、基板１０４又は複数の基板１０４上のデポジション中に所望の反応生成物を生成するのに使用される前駆ガスソースの選択を含んでもよい。
【００５７】
ステップ７１０で、前駆ガスソースが、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２に注入される。一実施形態では、反応生成物層がすでに堆積された基板１０４の厚さ、組成、及び／又は特性をオフラインで測定することにより、前駆ガスソースのフローが設定され又は最適化されるようにしてもよい。厚さ、組成、及び／又は特性が設計標準内でない場合は、前駆ガスソース及び／又は前駆ガスソースのフロー速度が調節される。ステップ７１２で、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２のプラズマ炎が安定化される。
【００５８】
ステップ７１４で、追加の誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が初期化されて安定化されるべきかという問い合わせがなされる。もしそうであるならば、プロセスは好ましくは、ステップ７０８へ戻って、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール２００が初期化される。ステップ７１４の問い合わせの回答が“ｎｏ”の場合は、ステップ７１６の他の問い合わせがなされる。この問い合わせでは、追加のデポジションモジュール２００が初期化されて安定化される。この問い合わせに対する回答が“ｎｏ”の場合は、プロセスは、好ましくは、ステップ７１８へ進み、コンベヤ１０６上に基板１０４が載せられる。この後、ステップ７２０に進み、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２と基板１０４との間の距離が調節される。
【００５９】
ステップ７２２で、誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール２００の複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が、基板１０４上に反応生成物を堆積する。ステップ７２４で、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２によって反応生成物の他の層が堆積されるべきか否かという問い合わせがなされる。ステップ７２４の回答が“ｎｏ”の場合は、プロセスは、好ましくは終了する。ステップ７２４の回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ７２６の他の問い合わせがなされる。ステップ７２６では、基板１０４上に異なる反応生成物の薄膜層が堆積されるべきかという問い合わせがなされる。問い合わせに対する回答が“ｎｏ”の場合は、好ましくは、プロセスはステップ７２０に戻り、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２と基板１０４又は複数の基板１０４との間の距離が調節され、ステップ７２２の他の反応生成物層のデポジションに続く。ステップ７２６の問い合わせに対する回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ７２８でコンベヤ１０６は、好ましくは、基板１０４又は複数の基板１０４を、隣の誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール２００の方へ移動する。そして、ステップ７３０で、基板１０４又は複数の基板１０４上に反応生成物の次の層を、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が堆積し、またはデポジションモジュール２００が堆積する。
【００６０】
ステップ７３２で、反応生成物の他の薄膜層が堆積されるべきかという他の問い合わせがなされる。この問い合わせに対する回答が“ｙｅｓ”の場合は、プロセスは好ましくはステップ７２６に戻る。この問い合わせに対する回答が“ｎｏ”の場合は、好ましくは、プロセスは終了し、基板１０４又は複数の基板１０４がコンベヤ１０６から取り除かれる。
【００６１】
太陽電池を製造するこの方法の他の形態では、コンベヤ温度、デポジションチャンバ圧力、前駆ガスソースの組成、及び／又は１つ以上の誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール２００への前駆ガスソースのフロー速度などの上記のプロセスパラメータのいずれかを調整することを決定するために、基板１０４は、デポジションプロセスの厚さ、組成、及び／又は特性を測定するために上記の時間以外にプロセスから取り除かれる。
【００６２】
図８は、他のプロセスの実施形態８００のフロー図を示す。ステップ８０２で、コンベヤ１０６が起動し、ステップ８０４で、基板１０４上の反応生成物の最適なデポジションのためにコンベヤ１０６の速度と温度が制御される。ステップ８０６で、基板１０４上の反応生成物のデポジションのために最適な圧力を供給するように、デポジションチャンバ３０２内の圧力が制御される。
【００６３】
ステップ８０８で、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が初期化される。このステップは、プラズマガス入口１２０へのプラズマガスの供給のフローを初期化することと、誘導コイル１１４への電気の供給によるプラズマ点火とを含む。さらに、ステップ８０８はまた、基板１０４又は複数の基板１０４上のデポジション中に所望の反応生成物を生成するのに使用される前駆ガスソースの選択を含んでもよい。
【００６４】
ステップ８１０で、基板１０４又は複数の基板１０４全域の所望のデポジションカバレイジを得るのに充分な振幅、速度、及び周波数を提供するために、１つ以上のデポジションモジュール４００及び５００が横方向に振動又は往復する。ステップ８１２で、前駆ガスソースが、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２に注入される。一実施形態では、反応生成物層がすでに堆積された基板１０４の厚さ、組成、及び／又は特性をオフラインで測定することにより、前駆ガスソースのフローが設定され又は最適化されるようにしてもよい。厚さ、組成、及び／又は特性が設計標準内でない場合は、前駆ガスソース及び／又は前駆ガスソースのフロー速度が調節される。誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２のプラズマ炎が安定化される。
【００６５】
ステップ８１４で、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２によって反応生成物の他の層が堆積されるべきか否かという問い合わせがなされる。ステップ８１４の回答が“ｎｏ”の場合は、好ましくは、処理が終了する。ステップ８１４の回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ８１５の他の問い合わせがなされる。ステップ８１５で、反応生成物の異なる薄膜層が基板１０４上に堆積されるべきか否かという問い合わせがなされる。この問い合わせに対する回答が“ｎｏ”の場合は、好ましくは、プロセスはステップ８１８へ戻り、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２と基板１０４又は複数の基板１０４との間の距離が調節され、ステップ８１２の他の反応生成物層のデポジションに続く。ステップ８１５の問い合わせに対する回答が“ｙｅｓ”の場合は、ステップ８１６で、好ましくは、コンベヤ１０６が、基板１０４又は複数の基板１０４を隣の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール４００及び５００の複数の誘導結合プラズマトーチ１０２の方へ移動する。そして、ステップ８１４、８１５、８１８、及び８１２で、基板１０４又は複数の基板１０４上に次の反応生成物の層を、誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２が堆積し、又はデポジションモジュール４００及び５００が堆積する。
【００６６】
太陽電池を製造するこの方法の他の形態では、コンベヤ温度、デポジションチャンバ圧力、前駆ガスソースの組成、及び／又は１つ以上の誘導結合プラズマトーチ１０２又は複数の誘導結合プラズマトーチ１０２又はデポジションモジュール４００及び５００への前駆ガスソースのフロー速度などの上記のプロセスパラメータのいずれかを調整することを決定するために、基板１０４は、デポジションプロセスの厚さ、組成、及び／又は特性を測定するために上記の時間以外にプロセスから取り除かれる。
【００６７】
太陽電池を製作するプラズマデポジション装置及び方法の好適な実施形態であると現在考えられるものを説明してきたが、本プラズマデポジション装置は、その精神又は本質的特徴から逸脱することなしに、他の特定の形態で具体化することができることが理解されるであろう。例えば、太陽電池を製作する本プラズマデポジション装置及び方法の精神又は本質的特徴から逸脱することなしに、追加のプラズマトーチ又はデポジションモジュールの異なる構成、ここで説明したそれら以外が使用されることが可能である。したがって、本実施形態は、あらゆる面で、実例であり限定的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の説明よりもむしろ添付されたクレームによって示される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池を製作するためのプラズマデポジション装置の破断側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による基板に相対するプラズマデポジショントーチの近接する並びを示すプラズマデポジション装置の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるデポジションチャンバを含むプラズマデポジション装置の上面図である。
【図４】本発明の他の一実施形態による基板に相対するプラズマデポジショントーチの近接する並びを示すプラズマデポジション装置の上面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態による基板に相対するプラズマデポジショントーチの近接する並びを示すプラズマデポジション装置の上面図である。
【図６】本発明の一実施形態による太陽電池を製作するためのプロセスのフロー図である。
【図７】本発明の一実施形態による太陽電池を製作するための他のプロセスのフロー図である。
【図８】本発明の一実施形態による太陽電池を製作するための他のプロセスのフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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