(57)【要約】【課題】短絡による光電変換部の特性低下がない太陽電池を効率よく提供する。【解決手段】太陽電池１００は、半導体積層体１０と、第１透明電極層２０ａと、第２透明電極層２０ｂとを備え、半導体積層体１０は、第１透明電極層非製膜領域と、第１透明電極層製膜領域と、第１透明電極層製膜遷移領域とを備え、前記第１透明電極層製膜遷移領域は、前記第１透明電極層非製膜領域と前記第１透明電極層製膜領域との間に配置され、前記第１透明電極層製膜領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ１とし、前記第１透明電極層製膜遷移領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ２とすると、ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化していることをと特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体積層体と、第１透明電極層と、第２透明電極層とを含む太陽電池であって、
前記第１透明電極層は、前記半導体積層体の第１主面の上に配置され、
前記第２透明電極層は、前記半導体積層体の第２主面の上に配置され、
前記半導体積層体は、第１透明電極層非製膜領域と、第１透明電極層製膜領域と、第１透明電極層製膜遷移領域とを備え、
前記第１透明電極層製膜遷移領域は、前記第１透明電極層非製膜領域と前記第１透明電極層製膜領域との間に配置され、
前記第１透明電極層製膜領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ１とし、前記第１透明電極層製膜遷移領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ２とすると、
ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化していることをと特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第１透明電極層非製膜領域の、前記半導体積層体の側辺に対する垂直方向の幅が、０．７５ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
複数の座繰り部を備えたトレイを準備する工程と、
前記座繰り部に半導体積層体を載置する工程と、
前記半導体積層体を前記座繰り部に載置した前記トレイの上に、前記半導体積層体の周辺部を覆うマスクを載置する工程と、
前記マスクを載置した前記半導体積層体の上に製膜部材を付与して製膜する工程とを含み、
前記マスクは、前記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、
前記半導体積層体の厚さをＨ０とし、前記座繰り部の深さをＨ１とし、前記座繰り部の深さ方向に対応する、前記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立し、
前記座繰り部の開口部の横寸法をＺ１、縦寸法をＺ２とし、前記半導体積層体のＺ１に対応する横寸法をＳ１、Ｚ２に対応する縦寸法をＳ２とすると、０＜Ｚ１−Ｓ１＜１ｍｍ、０＜Ｚ２−Ｓ２＜１ｍｍの関係が成立することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記座繰り部は、傾斜側壁部を更に備える請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記傾斜側壁部の深さ方向の高さをＨ２とすると、Ｈ２≦Ｈ１の関係が成立する請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記切り欠き部の、前記マスクの側辺に対する垂直方向の幅をＤ１とすると、Ｈ３＜Ｄ１の関係が成立する請求項３〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
トレイと、マスクと、製膜部とを備えた製膜装置であって、
前記トレイは、複数の座繰り部を備え、
前記マスクは、前記座繰り部の周辺部を覆う遮蔽部を備え、
前記マスクは、前記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、
前記座繰り部の深さをＨ１とし、前記座繰り部の深さ方向に対応する、前記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立し、
前記座繰り部に挿入されて前記マスクで覆われた部材の表面に、前記製膜部から製膜材料を付与することを特徴とする製膜装置。
【請求項８】
前記座繰り部は、傾斜側壁部を更に備える請求項７に記載の製膜装置。
【請求項９】
前記傾斜側壁部の深さ方向の高さをＨ２とすると、Ｈ２≦Ｈ１の関係が成立する請求項８に記載の製膜装置。
【請求項１０】
前記切り欠き部の、前記マスクの側辺に対する垂直方向の幅をＤ１とすると、Ｈ３＜Ｄ１の関係が成立する請求項７〜９のいずれか１項に記載の製膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法、並びにその太陽電池を製造できる製膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板を用いた太陽電池は、半導体積層体からなる光電変換部への光照射により発生したキャリア（電子及び正孔）を外部回路に取り出すことにより、発電が行われる。このため、太陽電池の光電変換部をいかに特性低下なく形成するかが太陽電池の製造工程において重要となる。
【０００３】
一般に、太陽電池の光電変換部を構成する半導体積層体と、その両面に形成される透明電極層とは、半導体基板上に、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により製膜することにより形成される。その際、各半導体層及び透明電極層は、半導体基板の表面だけでなく、半導体基板の側面や裏面にも回り込んで製膜されるため、半導体基板の表面と裏面との間に短絡（電気的接触）が発生する場合があり、光電変換部の特性低下の要因となる。
【０００４】
上記回り込みを防止するために、例えば、特許文献１では、半導体基板の一方の表面を製膜用マスクで覆いながら、半導体層、透明電極層等を製膜することにより、半導体基板の一方の表面に非製膜領域を形成している。上記非製膜領域を形成することにより、半導体基板の表面と裏面との間の短絡が防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、マスクを用いた半導体層等の製膜は、複数の座繰り部（窪み）を有するトレイと、そのトレイの上に載置するマスクとを備えた製膜装置を用いて行われる。即ち、トレイの座繰り部に基板を載置し、そのトレイの上に基板の外周部を覆う格子状のマスクを載置した後、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により半導体層等の製膜が行われる。この場合、半導体基板の非製膜領域を精度よく形成するために、座繰り部の横寸法、縦寸法と、半導体基板の横寸法、縦寸法とが、近接した寸法に設定されている。このため、トレイの座繰り部に基板を載置する際に、基板の載置位置が少しでもずれると、基板が座繰り部の端部に乗り上げてしまうこととなる。この状態でトレイにマスクを載置すると、基板が損傷するので、基板の載置位置を精度よく行うために、従来から基板の載置に時間を要し、太陽電池の生産性が低下する場合があった。
【０００７】
一方、基板が座繰り部に乗り上げた場合、矯正操作により基板を座繰り部へ導入することは可能であるが、その矯正操作により半導体基板を損傷するおそれがある。また、上記矯正操作により、基板の載置に更に時間を要することになる。
【０００８】
また、トレイの座繰り部の寸法と、半導体基板の寸法とを余裕を持って設定し、基板の載置位置が少しずれても、基板が座繰り部に乗り上げないようにすることは可能であるが、その場合でも、常に基板の載置位置を座繰り部の中央部に載置することは困難であり、基板の載置位置が座繰り部の一方に偏った場合には、半導体基板の外周部に設ける非製膜領域の大きさに偏りが生じ、最悪の場合には半導体基板の一部に非製膜領域を形成できない場合もあり得る。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決したもので、短絡による光電変換部の特性低下がない太陽電池及びその製造方法、並びにその太陽電池を製造できる製膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の太陽電池は、半導体積層体と、第１透明電極層と、第２透明電極層とを含む太陽電池であって、前記第１透明電極層は、前記半導体積層体の第１主面の上に配置され、前記第２透明電極層は、前記半導体積層体の第２主面の上に配置され、前記半導体積層体は、第１透明電極層非製膜領域と、第１透明電極層製膜領域と、第１透明電極層製膜遷移領域とを備え、前記第１透明電極層製膜遷移領域は、前記第１透明電極層非製膜領域と前記第１透明電極層製膜領域との間に配置され、前記第１透明電極層製膜領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ１とし、前記第１透明電極層製膜遷移領域における前記第１透明電極層の厚さをＥＨ２とすると、ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池の製造方法は、複数の座繰り部を備えたトレイを準備する工程と、前記座繰り部に半導体積層体を載置する工程と、前記半導体積層体を前記座繰り部に載置した前記トレイの上に、前記半導体積層体の周辺部を覆うマスクを載置する工程と、前記マスクを載置した前記半導体積層体の上に製膜部材を付与して製膜する工程とを含み、前記マスクは、前記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、前記半導体積層体の厚さをＨ０とし、前記座繰り部の深さをＨ１とし、前記座繰り部の深さ方向に対応する、前記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立し、前記座繰り部の開口部の横寸法をＺ１、縦寸法をＺ２とし、前記半導体積層体のＺ１に対応する横寸法をＳ１、Ｚ２に対応する縦寸法をＳ２とすると、０＜Ｚ１−Ｓ１＜１ｍｍ、０＜Ｚ２−Ｓ２＜１ｍｍの関係が成立することを特徴とする。
【００１２】
本発明の製膜装置は、トレイと、マスクと、製膜部とを備えた製膜装置であって、前記トレイは、複数の座繰り部を備え、前記マスクは、前記座繰り部の周辺部を覆う遮蔽部を備え、前記マスクは、前記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、前記座繰り部の深さをＨ１とし、前記座繰り部の深さ方向に対応する、前記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立し、前記座繰り部に挿入されて前記マスクで覆われた部材の表面に、前記製膜部から製膜材料を付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短絡による光電変換部の特性低下がない太陽電池を効率よく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態の太陽電池の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、実施形態の太陽電池の半導体積層体の第１主面側の要部模式図である。
【図３】図３は、実施形態の太陽電池の製造工程の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、実施形態の太陽電池の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、実施形態の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図６】図６は、実施形態の製膜装置においてトレイの座繰り部の端部に半導体積層体が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図７】図７は、実施形態の製膜装置においてトレイに乗り上げた半導体積層体が、座繰り部内に導入された状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図８】図８は、他の実施形態の製膜装置においてトレイの座繰り部の傾斜側壁部に半導体積層体が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図９】図９は、従来の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図１０】図１０は、従来の製膜装置においてトレイの座繰り部の端部に半導体積層体が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図１１】図１１は、従来の他の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。
【図１２】図１２は、実施例１で用いた製膜装置の要部模式断面図である。
【図１３】図１３は、比較例２で用いた製膜装置の要部模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
（太陽電池）
先ず、太陽電池の実施形態について説明する。本実施形態の太陽電池は、半導体積層体と、第１透明電極層と、第２透明電極層とを備えている。上記第１透明電極層は、上記半導体積層体の第１主面の上に配置され、上記第２透明電極層は、上記半導体積層体の第２主面の上に配置されている。また、上記半導体積層体は、第１透明電極層非製膜領域と、第１透明電極層製膜領域と、第１透明電極層製膜遷移領域とを備え、上記第１透明電極層製膜遷移領域は、上記第１透明電極層非製膜領域と上記第１透明電極層製膜領域との間に配置され、上記第１透明電極層製膜領域における上記第１透明電極層の厚さをＥＨ１とし、上記第１透明電極層製膜遷移領域における上記第１透明電極層の厚さをＥＨ２とすると、ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化している。
【００１７】
上記半導体積層体は、第１透明電極層非製膜領域を備えているため、上記第２透明電極層を形成した際に、上記第２透明電極層が半導体積層体の側面や裏面にも回り込んで製膜されても、半導体積層体の表面と裏面との間の短絡を防止でき、光電変換部の特性低下がない太陽電池とすることができる。また、上記第１透明電極層製膜遷移領域における上記第１透明電極層の厚さＥＨ２が、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化しているため、上記第１透明電極層製膜遷移領域における上記第１透明電極層の光透過率が、上記第１透明電極層製膜領域における上記第１透明電極層の光透過率より大きくなり、上記第１透明電極層製膜遷移領域における光吸収率が高くなり、光電変換部の光電変換効率が向上する。即ち、光電変換に重要な影響を与える光電変換部の端部における光吸収率が高くなるため、太陽電池の光電変換効率が向上する。
【００１８】
また、上記太陽電池では、上記第１透明電極層非製膜領域の、上記半導体積層体の側辺に対する垂直方向の幅を、０．７５ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下に設定することが好ましい。上記幅が大きくなりすぎると、上記第１透明電極層の集電特性が低下し、太陽電池の特性が低下する場合があるからであり、上記幅が小さすぎると、半導体積層体の表面と裏面との間の短絡が発生する場合があるからである。
【００１９】
次に、本実施形態の太陽電池を図面に基づき説明する。本実施形態の太陽電池としては、光電変換効率が高いヘテロ接合型太陽電池が好ましく、以下の実施形態ではヘテロ接合型太陽電池について説明する。ヘテロ接合型太陽電池は、一導電型の単結晶シリコン基板の表面に、単結晶シリコンとはバンドギャップの異なるシリコン系薄膜を有することで、拡散電位が形成された結晶シリコン系太陽電池である。上記シリコン系薄膜としては非晶質シリコン系薄膜が好ましい。中でも、拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と単結晶シリコン基板との間に、薄い真性の非晶質シリコン層を介在させたものは、光電変換効率の最も高い結晶シリコン系太陽電池の形態の一つとして知られている。但し、上記太陽電池は、上記ヘテロ接合型太陽電池に限定されず、例えば、ホモ接合型太陽電池であってもよい。
【００２０】
図１は、本実施形態の太陽電池の一例を示す模式断面図である。図１において、太陽電池１００は、半導体積層体１０と、半導体積層体１０の第１主面に形成された第１透明電極層２０ａと、半導体積層体１０の第２主面に形成された第２透明電極層２０ｂとを備えている。第２透明電極層２０ｂは、半導体積層体１０の側面側にも回り込んで形成されている。また、半導体積層体１０は、第１透明電極層非製膜領域１０ａを有している。半導体積層体１０は、第１透明電極層非製膜領域１０ａを有することにより、第２透明電極層２０ｂとの短絡が防止されている。
【００２１】
また、第１透明電極層２０ａの上には、第１集電極３０が配置され、第２透明電極層２０ｂの上には、第２集電極４０が配置されている。
【００２２】
図２は、本実施形態の太陽電池の半導体積層体１０の第１主面側の要部模式図である。図２では、後述するテクスチャ構造及び第１集電極の表示を省略している。図２において、半導体積層体１０は、第１透明電極層非製膜領域１０ａと、第１透明電極層製膜領域１０ｃと、第１透明電極層製膜遷移領域１０ｂとを備えている。また、第１透明電極層製膜遷移領域１０ｂは、第１透明電極層非製膜領域１０ａと第１透明電極層製膜領域１０ｃとの間に配置され、第１透明電極層製膜領域１０ｃにおける第１透明電極層２０ａの厚さをＥＨ１とし、第１透明電極層製膜遷移領域１０ｂにおける第１透明電極層２０ａの厚さをＥＨ２とすると、ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化している。
【００２３】
＜半導体積層体＞
半導体積層体１０は、半導体基板１１（以下、単に基板１１ともいう。）の光入射面側となる第１主面（以下、表面ともいう。）の上に、真性シリコン系薄膜１２ａ、導電型シリコン系薄膜１３ａがこの順に積層されて配置されている。また、基板１１の第１主面の反対側となる第２主面（以下、裏面ともいう。）の上に、真性シリコン系薄膜１２ｂ、導電型シリコン系薄膜１３ｂがこの順に積層されて配置されている。上記構成の半導体積層体１０は、太陽電池１００の光電変換部を構成する。
【００２４】
基板１１は、一導電型単結晶シリコン基板によって形成されている。ここで、一般的に単結晶シリコン基板には、シリコン原子に電子を導入するための原子（例えばリン）を含有させたｎ型と、シリコン原子に正孔を導入するための原子（例えばホウ素）を含有させたｐ型とがある。ここでいう「一導電型」とは、ｎ型又はｐ型のどちらか一方であることをいう。即ち、基板１１は、ｎ型又はｐ型のどちらか一方の単結晶シリコン基板である。基板１１は、ｎ型単結晶シリコン基板であることが好ましく、本実施形態でもｎ型単結晶シリコン基板を用いた。
【００２５】
基板１１は、表面及び裏面にテクスチャ構造を有している。このため、基板１１を基体として形成される半導体積層体１０もテクスチャ構造を備える。これにより、太陽電池１００は、入射した光を半導体積層体１０（光電変換部）内に閉じ込めることができ、発電効率を向上できる。
【００２６】
シリコン系薄膜１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂの製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。導電型シリコン系薄膜１３ａ、１３ｂは、一導電型又は逆導電型のシリコン系薄膜である。ここでいう「逆導電型」とは、「一導電型」と異なる導電型であることをいう。例えば、「一導電型」がｎ型である場合には、「逆導電型」はｐ型である。本実施形態では、導電型シリコン系薄膜１３ａは、逆導電型シリコン系薄膜であり、導電型シリコン系薄膜１３ｂは、一導電型シリコン系薄膜である。シリコン系薄膜１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂは、通常、非晶質シリコン系薄膜として形成される。
【００２７】
本実施形態では、導電型シリコン系薄膜１３ａは、ｐ型非晶質シリコン系薄膜であり、導電型シリコン系薄膜１３ｂは、ｎ型非晶質シリコン系薄膜を採用している。真性シリコン系薄膜１２ａ、１２ｂとしては、シリコンと水素で構成されるｉ型水素化非晶質シリコンが好ましい。
【００２８】
＜透明電極層＞
第１透明電極層２０ａ及び第２透明電極層２０ｂは、導電性酸化物を主成分として形成されることが好ましい。上記導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等を単独又は混合して用いることができる。導電性、光学特性、及び長期信頼性の観点から、酸化インジウムを主成分として含んだインジウム系酸化物が好ましい。ここで「主成分」とは、その含有割合が５０質量％より多いことを意味し、７０質量％以上が好ましく、８５質量％以上がより好ましい。また、透明電極層の主成分として用いられる上記導電性酸化物は、利用状況に応じて、Ｓｎ、Ｗ、Ａｓ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ等の少なくとも一種の元素をドーパントとして含むことが好ましい。中でもドーパントとしてＳｎを用いた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が特に好ましく用いられる。
【００２９】
図１において、第１透明電極層２０ａ及び第２透明電極層２０ｂは、単層構造で形成されているが、複数の層からなる積層構造で形成してもよい。第１透明電極層２０ａ及び第２透明電極層２０ｂの形成方法は特に限定されないが、例えばスパッタリング法等により形成することができる。
【００３０】
＜集電極＞
ヘテロ接合型太陽電池では、透明電極層のみでは電流取り出し効率が悪く、曲線因子が低下する。これは透明電極層が導電性酸化物を主成分として形成されているとはいえ、導電性酸化物は金属に比べると抵抗率が数桁大きく、透明電極層のみではシリーズ抵抗（Ｒｓ）が大きくなりすぎるためである。そこで、Ｒｓの増大を抑制し、高い曲線因子を維持するため、ヘテロ接合型太陽電池では集電極が利用されている。
【００３１】
光入射面側の第１集電極３０は、櫛形状等の透光部を有するパターンに形成されていることが好ましい。光入射面側の第１集電極３０が透光部を有さないと、遮光損が大きくなり、光取りこみ量が低減するため、曲線因子が低下するからである。第１集電極３０は、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタリング法、めっき法等の公知技術によって作製できる。中でも、より細線化が可能であることからめっき法により形成することが好ましい。
【００３２】
裏面側の第２集電極４０は、第２透明電極層２０ｂの全面を覆って形成されていることが好ましい。光反射効率を高めるためである。第２集電極４０としては、近赤外から赤外域の反射率が高く、且つ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム等が挙げられる。第２集電極４０の形成方法は特に限定されないが、スパッタリング法や真空蒸着法等の物理気相堆積法、スクリーン印刷等の印刷法、めっき法等が適用可能である。第２集電極４０は、裏面側の電極として用いられるため、グリッド電極として形成してもよい。
【００３３】
（太陽電池の製造方法）
次に、本実施形態の太陽電池の製造方法について説明する。本実施形態の太陽電池の製造方法は、複数の座繰り部を備えたトレイを準備する工程と、上記座繰り部に半導体積層体を載置する工程と、上記半導体積層体を上記座繰り部に載置した上記トレイの上に、上記半導体積層体の周辺部を覆うマスクを載置する工程と、上記マスクを載置した上記半導体積層体の上に製膜部材を付与して製膜する工程とを備えている。また、上記マスクは、上記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、上記半導体積層体の厚さをＨ０とし、上記座繰り部の深さをＨ１とし、上記座繰り部の深さ方向に対応する、上記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立している。更に、上記座繰り部の開口部の横寸法をＺ１、縦寸法をＺ２とし、上記半導体積層体のＺ１に対応する横寸法をＳ１、Ｚ２に対応する縦寸法をＳ２とすると、０＜Ｚ１−Ｓ１＜１ｍｍ、０＜Ｚ２−Ｓ２＜１ｍｍの関係が成立している。
【００３４】
上記太陽電池の製造方法では、トレイの座繰り部に基板を載置する際に、基板の載置位置が少しずれて、基板が座繰り部の端部に乗り上げても、エッジ部に切り欠き部を備えたマスクを用いているため、この状態でトレイにマスクを載置しても、乗り上げた基板の端部はマスクの切り欠き部によりマスクとの接触が防止され、基板が損傷することがない。これにより、乗り上げた基板を座繰り部へ導入する操作が不要となるため、基板の載置時間を短縮でき、太陽電池を効率よく製造することができる。
【００３５】
また、太陽電池の製造工程では、半導体積層体の移動を非接触で行う必要があるため、半導体積層体の移動装置として、載置位置精度の低いベルヌイハンドが用いられるが、ベルヌイハンドにより基板の載置位置が少しずれても、上記太陽電池の製造方法では、上記のとおり基板が損傷することがない。
【００３６】
また、基板が座繰り部の端部に乗り上げても、トレイは通常連続的に移動しながら製膜工程を行うため、トレイの移動時の振動により、乗り上げた基板は損傷することなく座繰り部の内部に自然に導入されることになる。
【００３７】
また、製膜工程には、トレイを水平にして製膜する水平設置方式と、トレイを垂直にして製膜する垂直設置方式とがあるが、水平設置方式では本実施形態の上記効果が確実に発揮される。一方、垂直設置方式であっても、製膜前の段階においてトレイの座繰り部に基板を載置してマスクを載置する工程は、トレイが水平に設置された状態で行われるので、垂直設置方式であっても本実施形態の上記効果は発揮される。
【００３８】
また、上記太陽電池の製造方法では、上記半導体基板の厚さＨ０、上記座繰り部の深さＨ１、上記切り欠き部の深さＨ３の間に、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立しているため、太陽電池の特性低下を抑制できる。従来、トレイとマスクとの間に隙間があると、その隙間から製膜部材が回り込んで、非製膜領域を精度よく形成できないと考えられていたため、これまでは非製膜領域を大きく取る必要があったが、透明電極層非製膜領域を大きく取ると、光電変換部の集電特性が低下し、太陽電池の特性低下につながることになる。一方、上記太陽電池の製造方法では、上記のとおり、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係を成立させ、トレイとマスクとの間の隙間を実質的に３ｍｍ未満に設定したところ、従来の予想に反して、非製膜領域を大きく取らなくても、太陽電池の特性低下を抑制できたものである。
【００３９】
また、上記太陽電池の製造方法では、上記座繰り部の開口部の横寸法Ｚ１、縦寸法Ｚ２、及び、上記半導体積層体のＺ１に対応する横寸法Ｓ１、Ｚ２に対応する縦寸法Ｓ２の間に、０＜Ｚ１−Ｓ１＜１ｍｍ、０＜Ｚ２−Ｓ２＜１ｍｍの関係が成立しているため、基板の載置位置が座繰り部の一方に大きく偏ることがなく、ほぼ当初の設計どおりに半導体積層体の外周部に非製膜領域を形成することができる。
【００４０】
上記座繰り部は、傾斜側壁部を更に備えることが好ましい。上記座繰り部が傾斜側壁部を備えることにより、座繰り部の端部に基板が乗り上げても、乗り上げた基板が損傷することなく座繰り部の内部に自然に導入されやすくなる。
【００４１】
上記傾斜側壁部の深さ方向の高さをＨ２とすると、Ｈ２≦Ｈ１の関係が成立し、また、上記切り欠き部の、上記マスクの側辺に対する垂直方向の幅をＤ１とすると、Ｈ３＜Ｄ１の関係が成立し、更に、上記傾斜側壁部の水平方向の幅をＤ２とすると、Ｄ２＜Ｄ１の関係が成立することが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の太陽電池の製造方法の一例を図面に基づき説明する。図３及び図４は、本実施形態の太陽電池の製造工程の一例を示す模式図である。
【００４３】
先ず、図３Ａに示すように、複数の矩形状の座繰り部５１を備えたトレイ５０を準備する。次に、図３Ｂに示すように、座繰り部５１に半導体積層体１０を載置する。この状態で、半導体積層体１０が座繰り部５１の端部に乗り上げても、後の工程においてトレイの移動時の振動により、半導体積層体１０は座繰り部５１内に自然に導入される。次に、図３Ｃ及びＤに示すように、半導体積層体１０を座繰り部５１に載置したトレイ５０の上に、半導体積層体１０の周辺部を覆う格子状のマスク６０を載置する。この時点で半導体積層体１０が座繰り部５１の端部に乗り上げていても、マスク６０は、トレイ５０に接する面側のエッジ部に切り欠き部（図示せず。）を備えているため、マスク６０が半導体積層体１０を損傷することはない。
【００４４】
次に、図４Ｅに示すように、マスク６０を載置した半導体積層体１０の上に、導電性酸化物を主成分とする製膜部材をスパッタリング法により付与して第１透明電極層を製膜する。次に、図４Ｆに示すように、トレイ５０からマスク６０を離脱させ、第１透明電極層非製膜領域１０ａを形成した半導体積層体１０の表面を露出させる。次に、図４Ｇに示すように、半導体積層体１０を反転してトレイ５０の座繰り部５１に再度載置する。次に、図４Ｈに示すように、マスクを載置せずに半導体積層体１０の裏面上に、導電性酸化物を主成分とする製膜部材をスパッタリング法により付与して第２透明電極層を製膜する。この様にして、両面に透明電極層を形成した半導体積層体１０を得る。
【００４５】
（製膜装置）
次に、本実施形態の製膜装置について説明する。本実施形態の製膜装置は、トレイと、マスクと、製膜部とを備えている。また、上記トレイは、複数の座繰り部を備え、上記マスクは、上記座繰り部の周辺部を覆う遮蔽部を備え、上記マスクは、上記トレイに接する面側のエッジ部に切り欠き部を備え、上記座繰り部の深さをＨ１とし、上記座繰り部の深さ方向に対応する、上記切り欠き部の深さをＨ３とすると、Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立し、上記座繰り部に挿入されて上記マスクで覆われた部材の表面に、上記製膜部から製膜材料を付与するものである。
【００４６】
上記座繰り部は、傾斜側壁部を更に備えることが好ましく、上記傾斜側壁部の深さ方向の高さをＨ２とすると、Ｈ２≦Ｈ１の関係が成立し、上記切り欠き部の、上記マスクの側辺に対する垂直方向の幅をＤ１とすると、Ｈ３＜Ｄ１の関係が成立し、上記傾斜側壁部の水平方向の幅をＤ２とすると、Ｄ２＜Ｄ１の関係が成立することが好ましい。
【００４７】
以上のように、本実施形態の製膜装置は、前述の実施形態の太陽電池の製造方法に用いることができ、同様の作用効果を奏することができるが、上記製膜装置は、太陽電池の製膜工程以外の製膜工程にも用いることができる。即ち、上記製膜装置は、半導体基板以外の脆弱材料基板等の上に製膜する場合にも用いることができ、基板に損傷を与えることなく、効率的に基板の上に製膜することができる。
【００４８】
次に、本実施形態の製膜装置の一例を図面に基づき説明する。図５は、本実施形態の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。図５は断面図であるが、図面を簡潔に示すため、断面部にハッチングを付与せず、断面部以外の背景部の図示を省略している。後述する図６〜図１３も同様である。
【００４９】
図５において、製膜装置２００は、トレイ５０と、マスク６０と、スパッタリング装置等の製膜部（図示せず。）とを備えている。トレイ５０は、複数の矩形状の座繰り部５１を備え、マスク６０は、座繰り部５１の周辺部を覆う格子状の遮蔽部を備え、マスク６０は、トレイ５０に接する面側のエッジ部に切り欠き部６１を備えている。図５では、座繰り部５１には、半導体積層体１０が正常に載置されている。
【００５０】
また、半導体積層体１０の厚さをＨ０とし、座繰り部５１の深さをＨ１とし、座繰り部５１の深さ方向に対応する、切り欠き部６１の深さをＨ３とすると、Ｈ０＜Ｈ１≦Ｈ３＜３ｍｍの関係が成立している。また、座繰り部５１の開口部の横寸法をＺ１、縦寸法をＺ２（図示せず。）とし、半導体積層体１０のＺ１に対応する横寸法をＳ１、Ｚ２に対応する縦寸法をＳ２（図示せず。）とすると、０＜Ｚ１−Ｓ１＜１ｍｍ、０＜Ｚ２−Ｓ２＜１ｍｍの関係が成立している。更に、切り欠き部６１の、マスク６０の側辺に対する垂直方向の幅をＤ１とすると、Ｈ３＜Ｄ１の関係が成立している。
【００５１】
図６は、製膜装置２００において、トレイ５０の座繰り部５１の端部に半導体積層体１０が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。図６において、半導体積層体１０は座繰り部５１の端部に乗り上げているが、マスク６０のエッジ部には切り欠き部６１が設けられているため、マスク６０が半導体積層体１０を損傷することはない。また、その後、図７に示すようにトレイ５０が進行方法に移動する際の振動により、座繰り部５１の端部に乗り上げていた半導体積層体１０は、自然に座繰り部５１内に載置される。
【００５２】
図８は、他の実施形態の製膜装置３００において、トレイ５０の座繰り部５１の傾斜側壁部５２に半導体積層体１０が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。図８において、半導体積層体１０は座繰り部５１の傾斜側壁部５２に乗り上げているが、マスク６０のエッジ部には切り欠き部６１が設けられているため、マスク６０が半導体積層体１０を損傷することはない。また、マスク６０の座繰り部５１には傾斜側壁部５２が設けられているため、その後、トレイ５０が移動する際の振動により、座繰り部５１の傾斜側壁部５２に乗り上げていた半導体積層体１０は、より小さな振動により自然に座繰り部５１内に載置される。また、傾斜側壁部５２の表面の摩擦低減のために、傾斜側壁部５２の表面にフッ層樹脂等を塗布しておけば、半導体積層体１０の座繰り部５１への導入がより容易となる。更に、図８において、傾斜側壁部５２の深さ方向の高さをＨ２とすると、Ｈ２≦Ｈ１の関係が成立し、傾斜側壁部５２の水平方向の幅をＤ２とすると、Ｄ２＜Ｄ１の関係が成立している。
【００５３】
続いて、本実施形態の製膜装置との比較のため、従来の製膜装置の一例を図面に基づき説明する。図９は、従来の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。図９において、従来の製膜装置４００は、トレイ５０と、マスク７０と、スパッタリング装置等の製膜部（図示せず。）とを備えている。トレイ５０は、複数の矩形状の座繰り部５１を備え、マスク７０は、座繰り部５１の周辺部を覆う格子状の遮蔽部を備えている。但し、マスク７０は、トレイ５０に接する面側のエッジ部に切り欠き部を備えていない。図９では、座繰り部５１には、半導体積層体１０が正常に載置されている。
【００５４】
従来、トレイとマスクとの間に隙間があると、その隙間から製膜部材が回り込んで、非製膜領域を精度よく形成できないと考えられていたため、従来の製膜装置４００では、マスク７０と半導体積層体１０との間に隙間がほぼない状態に設定されている。しかし、この状態では、マスク７０と半導体積層体１０とが接触する場合もあり、その場合には半導体積層体１０の表面が損傷を受けて特性が低下するおそれがある。
【００５５】
また、図１０は、従来の製膜装置４００において、トレイ５０の座繰り部５１の端部に半導体積層体１０が乗り上げた状態の一例を示す要部模式断面図である。図１０において、一部の半導体積層体１０は座繰り部５１の端部に乗り上げており、その上にマスク７０が接触している。この状態でマスク７０をトレイ５０に接触させると、半導体積層体１０が破損する。また、座繰り部５１の端部に乗り上げた半導体積層体１０を座繰り部５１内に導入するには、半導体積層体１０に冶具を接触させる必要があり、その場合には半導体積層体１０の特性が低下するおそれがある。
【００５６】
一方、図１１は、従来の他の製膜装置に基板を載置した状態の一例を示す要部模式断面図である。図１１において、従来の他の製膜装置５００では、矩形状の座繰り部５１の横寸法Ｚ１を半導体積層体１０の横寸法Ｓ１より約３０％大きく設定している。これにより、半導体積層体１０がトレイ５０に乗り上がりにくくなる。しかし、この場合、トレイ５０の移動による振動のため、半導体積層体１０が座繰り部５１内でトレイ５０の進行方向とは逆方向に移動し、半導体積層体１０の一部がマスク７０で覆われない状態となり、マスク不良が発生するおそれがある。
【００５７】
以上のように、従来の製膜装置では、効率よく製膜工程を実施することは困難である。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
【００５９】
（実施例１）
一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が（１００）で、厚みが２００μｍのｎ型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを２質量％のＨＦ水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した後、超純水によるリンスを２回行った。このシリコンウェハを、７０℃に保持された５質量％ＫＯＨ／１５質量％イソプロピルアルコールの混合水溶液に１５分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャ構造を形成した。その後、超純水によるリンスを２回行った。ここで、原子間力顕微鏡（パシフィックナノテクノロジー社製）により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが最も進行しており、（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャ構造が形成されていることを確認した。
【００６０】
次に、エッチング後のウェハをＣＶＤ装置へ導入し、その光入射面側に、真性シリコン系薄膜として第１のｉ型非晶質シリコン層を５ｎｍの膜厚で製膜した。第１のｉ型非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比：３／１０、投入パワー密度：０．０１１Ｗ／ｃｍ2とした。
【００６１】
次に、ＣＶＤ装置を用いて、第１のｉ型非晶質シリコン層の上に、逆導電型シリコン系薄膜としてｐ型非晶質シリコン層を７ｎｍの膜厚で製膜した。上記ｐ型非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｂ2Ｈ6流量比：１／３、投入パワー密度：０．０１Ｗ／ｃｍ2とした。上記でいうＢ2Ｈ6ガス流量は、Ｈ2によりＢ2Ｈ6濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。
【００６２】
次に、ＣＶＤ装置を用いて、ウェハの裏面側に、真性シリコン系薄膜として第２のｉ型非晶質シリコン層を６ｎｍの膜厚で製膜した。第２のｉ型非晶質シリコン層の製膜条件は、前述の第１のｉ型非晶質シリコン層の製膜条件と同様とした。次に、第２のｉ型非晶質シリコン層の上に、一導電型シリコン系薄膜としてｎ型非晶質シリコン層を４ｎｍの膜厚で製膜した。上記ｎ型非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＰＨ3流量比：１／２、投入パワー密度：０．０１Ｗ／ｃｍ2とした。上記でいうＰＨ3ガス流量は、Ｈ2によりＰＨ3濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。
【００６３】
以上のようにして作製した半導体積層体１０を、図１２に示す製膜装置のトレイ５０の矩形状の座繰り部５１に載置し、切り欠き部６１を備えたマスク６０で覆い、スパッタリング法により、半導体積層体１０のｐ型非晶質シリコン層の上に、第１透明電極層としてＩＴＯを２０ｎｍの膜厚で製膜した。上記ＩＴＯは、ターゲットとして酸化インジウム錫を用い、基板温度：室温、圧力：０．２Ｐａのアルゴン雰囲気中で、０．５Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を印加して製膜した。また、本実施例では、マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を０．５ｍｍとした。更に、本実施例では、トレイ５０の座繰り部５１に半導体積層体１０が乗り上げないように載置したものであり、以下の実施例２〜５及び比較例１〜２も同様である。
【００６４】
また、本実施例では、矩形状の座繰り部５１の開口部の横寸法Ｚ１、縦寸法Ｚ２、及び、半導体積層体１０のＺ１に対応する横寸法Ｓ１、Ｚ２に対応する縦寸法Ｓ２を、それぞれＺ１−Ｓ１＝０．２ｍｍ、Ｚ２−Ｓ２＝０．２ｍｍに設定した。即ち、本実施例では、座繰り部５１と半導体積層体１０との平均間隔を０．１ｍｍに設定した。
【００６５】
次に、マスクを用いずに、半導体積層体１０のｎ型非晶質シリコン層の上に、第２透明電極層としてＩＴＯを上記と同様の条件で８０ｎｍの膜厚で製膜し、両面に透明電極層を形成した半導体積層体を得た。
【００６６】
次に、作製した光電変換部の第１透明電極層の上に、スクリーン印刷法を用いて銀ペーストにて櫛形状の第１集電極を形成した。続いて、上記半導体積層体の第２透明電極層の上に、スパッタリング法を用いて銀を５００ｎｍの膜厚で製膜し、第２透明電極層の全面を覆う第２集電極を形成した。
【００６７】
最後に、上記のように作製した電極付き半導体積層体を１９０℃で１時間アニール処理を行い、実施例１の太陽電池を得た。
【００６８】
（実施例２）
マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例２の太陽電池を作製した。
【００６９】
（実施例３）
マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を１．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例３の太陽電池を作製した。
【００７０】
（実施例４）
マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を２．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例４の太陽電池を作製した。
【００７１】
（実施例５）
マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を２．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例５の太陽電池を作製した。
【００７２】
（比較例１）
マスク６０の切り欠き部６１の深さＨ３を３．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして比較例１の太陽電池を作製した。
【００７３】
（比較例２）
図１３に示す製膜装置を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例２の太陽電池を作製した。図１３に示した製膜装置では、マスク７０は切り欠き部を備えていない。
【００７４】
以上のように作製した実施例１〜５及び比較例１〜２の太陽電池の表面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、比較例１及び２を除き、第１透明電極層製膜遷移領域は、第１透明電極層非製膜領域と第１透明電極層製膜領域との間に配置されていることを確認した。上記太陽電池の第１透明電極層非製膜領域と、第１透明電極層製膜領域と、第１透明電極層製膜遷移領域とは、表面の色調の相違で区別した。
【００７５】
また、実施例１〜５では、各太陽電池の断面を走査型電子顕微鏡により観察することにより、第１透明電極層製膜領域における第１透明電極層の厚さＥＨ１と、第１透明電極層製膜遷移領域における第１透明電極層の厚さＥＨ２とにおいて、ＥＨ２は、０＜ＥＨ２＜ＥＨ１の範囲で連続的に変化していることを確認した。
【００７６】
また、上記太陽電池の第１透明電極層製膜遷移領域及び第１透明電極層非製膜領域の、上記半導体積層体の側辺に対する垂直方向の幅を走査型電子顕微鏡により測定した。
【００７７】
続いて、実施例１〜５及び比較例１〜２の太陽電池の光電変換特性として、短絡電流（Ｉｓｃ）を測定した。
【００７８】
以上の結果を表１に示す。表１では、短絡電流は比較例２の短絡電流を１００とした場合の相対値として示した。
【００７９】
【表１】
2018046143.tif 000003
【００８０】
表１から、切り欠き部の深さＨ３が増加するに従い、第１透明電極層製膜遷移領域の幅が大きくなり、第１透明電極層非製膜領域の幅が減少することが分かるが、Ｈ３を３ｍｍ未満とした実施例１〜５では、短絡電流が許容可能範囲にあると考えられる。また、第１透明電極層非製膜領域の幅が０．７５ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下の範囲にある実施例１〜３では、短絡電流がより好ましい範囲にあることが分かる。一方、Ｈ３を３ｍｍとした比較例１では、短絡電流が許容可能範囲から外れると考えられる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  半導体積層体
１０ａ  第１透明電極層非製膜領域
１０ｂ  第１透明電極層製膜遷移領域
１０ｃ  第１透明電極層製膜領域
１１  半導体基板
１２ａ、１２ｂ  真性シリコン系薄膜
１３ａ、１３ｂ  導電型シリコン系薄膜
２０ａ  第１透明電極層
２０ｂ  第２透明電極層
３０  第１集電極
４０  第２集電極
５０  トレイ
５１  座繰り部
５２  傾斜側壁部
６０、７０  マスク
６１  切り欠き部
１００  太陽電池
２００、３００、４００、５００  製膜装置
【図１】
2018046143.tif 000004
【図２】
2018046143.tif 000005
【図３】
2018046143.tif 000006
【図４】
2018046143.tif 000007
【図５】
2018046143.tif 000008
【図６】
2018046143.tif 000009
【図７】
2018046143.tif 000010
【図８】
2018046143.tif 000011
【図９】
2018046143.tif 000012
【図１０】
2018046143.tif 000013
【図１１】
2018046143.tif 000014
【図１２】
2018046143.tif 000015
【図１３】
2018046143.tif 000016