(57)【要約】【課題】基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる、透明導電膜付き基板の製造装置を提供する。【解決手段】本発明の透明導電膜付き基板の製造装置７００は、成膜室ＳＰ１〜ＳＰ４内において、基体１０１の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２の近傍には、水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構Ｇ２１、Ｇ２２のガス導出部が、前記基体が移動する方向において、前記第一ターゲットのうち上手側に位置するターゲットに向けて前記第一プロセスガスを吹きつける位置に配設されている。前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２の近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構Ｇ４１、Ｇ４２のガス導出部が配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレイに載置された状態にある基体を熱処理する第三温調手段と共に、前記基体の表面側及び裏面側に各々、第一透明導電膜及び第二透明導電膜を形成する第一成膜手段及び第二成膜手段を備えた成膜室を含む透明導電膜付き基板の製造装置であって、
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットの近傍には、水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、前記基体が移動する方向において、前記第一ターゲットのうち上手側に位置するターゲットに向けて前記第一プロセスガスを吹きつける位置に配設されており、
前記成膜室内において、前記第二成膜手段をなす、前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットの近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されており、
前記基体が前記第一ターゲットの前を通過する際に、該基体の表面側に前記第一透明導電膜をスパッタ法により形成し、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過する際に、該基体の裏面側に前記第二透明導電膜をスパッタ法により形成するように、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットが前記成膜室内に配置されている、ことを特徴とする透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項２】
前記成膜室には、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットとの間に位置する内部空間に連通するように、吸気口を備えた排気手段が１つ以上配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項３】
前記トレイが前記基体の表面と裏面を露呈するための開口部、及び、該基体の側面を支持する部位を備え、前記成膜室内において、複数の該トレイがその進行方向に直線的に並んで配され、かつ、複数の該トレイのうち特定トレイは、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する際に、その進行方向で、前記特定トレイの前後に位置する先行トレイと後行トレイに各々重なる部位を有しており、前記第一ターゲット側または前記第二ターゲット側から前記特定トレイを見たとき、前記特定トレイはその前後に位置する先行トレイ及び後行トレイと一群をなし、かつ、特定トレイを挟んで先行トレイと後行トレイが一面をなすように、各トレイの移動を制御する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項４】
前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、各ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間には、各内部空間ごとに、前記第三温調手段が１つ以上配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項５】
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間に向けて、前記水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、該第一プロセスガスを吹きかける位置に配設されている、ことを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項６】
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間を包囲するようにチムニーが配設されている、ことを特徴とする請求項１又は５に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項７】
前記成膜室の前段には、大気雰囲気から導入した、トレイに載置された状態にある、表面及び裏面にａ−Ｓｉ膜が配された基体を、減圧雰囲気において熱処理する第一温調手段を備えた仕込室Ｌと、前記仕込室から移動されたトレイと基体を、熱処理する第二温調手段を備えた加熱室Ｈとを備え、
前記成膜室の後段には、前記成膜室から移動されたトレイと基体を冷却する搬送室と、前記搬送室から移動されたトレイと基体を、減圧雰囲気から大気雰囲気へ導出する取出室とを備える、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の透明導電膜付き基板の製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の仕込室、加熱室、成膜室、搬送室及び取出室を少なくとも備える透明導電膜付き基板の製造装置を用い、トレイに載置された基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に透明導電膜を形成する、透明導電膜付き基板の製造方法であって、
前記仕込室における熱処理温度の最大値をＴＬ［℃］、前記加熱室における熱処理温度の最大値をＴＨ［℃］、前記成膜室における熱処理温度の最大値をＴＳＰ［℃］と各々定義した場合、ＴＬ≧ＴＳＰまたはＴＨ≧ＴＳＰの関係式を満たす、ことを特徴とする透明導電膜付き基板の製造方法。
【請求項９】
前記仕込室の内部空間及び前記加熱室の内部空間にあっては、前記基体はその表面側と裏面側に各々配置された、第一温調手段及び第二温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項８に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
【請求項１０】
前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第一ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項８に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
【請求項１１】
前記成膜室内において、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第二ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする請求項８に記載の透明導電膜付き基板の製造方法。
【請求項１２】
基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板であって、
前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす、ことを特徴とする透明導電膜付き基板。
【請求項１３】
前記ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２１台であり、かつ、前記ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２０台である、ことを特徴とする請求項１２に記載の透明導電膜付き基板。
【請求項１４】
基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板を備えた太陽電池であって、
前記基体の表面側を光入射面として、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす透明導電膜付き基板を備えた、ことを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
前記ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２１台であり、かつ、前記ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２０台である、ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる、透明導電膜付き基板の製造装置、透明導電膜付き基板の製造方法、透明導電膜付き基板、及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、結晶シリコンと非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）とのヘテロ接合を有する太陽電池（ヘテロ型結晶Ｓｉ太陽電池）が、従来の結晶系シリコン太陽電池に比較して高い変換効率をもつことから注目されている。ヘテロ型結晶Ｓｉ太陽電池には通常、結晶シリコンの両面に配された非晶質シリコン上にＴＣＯ（Transparent Conducting Oxide）が形成される。ここで、ＴＣＯとは、透明で電気を流す素材のことであり、たとえば、酸化インジウム、酸化すず、酸化亜鉛などが挙げられる。
【０００３】
太陽電池の受光面側に配されるＴＣＯには、特に、低い抵抗と高い透過率の両立が求めらる。この課題を解消する方策の一つとして、水素を含む透明導電膜を受光面側に設けた太陽電池が知られている（特許文献１）。
しかしながら、太陽電池デバイスの観点では、ＴＣＯの下地をなす非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）が、水素ガスを含むプラズマに接することによりＨ２Ｏが発生し、これが非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）に再付着するなどして、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）とその上に堆積するＴＣＯとの界面には絶縁層が生じる問題があった。このような絶縁層の存在は、積層方向における電気的な流れを阻害する要因となるため、その解決策の開発が期待されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６１６３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる、透明導電膜付き基板の製造装置、透明導電膜付き基板の製造方法、透明導電膜付き基板、及び太陽電池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】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、トレイに載置された状態にある基体を熱処理する第三温調手段と共に、前記基体の表面側及び裏面側に各々、第一透明導電膜及び第二透明導電膜を形成する第一成膜手段及び第二成膜手段を備えた成膜室を含む透明導電膜付き基板の製造装置であって、
前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットの近傍には、水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、前記基体が移動する方向において、前記第一ターゲットのうち上手側に位置するターゲットに対して前記第一プロセスガスを吹きかける位置に配設されており、
前記成膜室内において、前記第二成膜手段をなす、前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットの近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されており、
前記基体が前記第一ターゲットの前を通過することにより、該基体の表面側に前記第一透明導電膜をスパッタ法により形成し、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過することにより、該基体の裏面側に前記第二透明導電膜をスパッタ法により形成するように、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットが前記成膜室内に配置されている、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１において、前記成膜室には、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットとの間に位置する内部空間に連通するように、吸気口を備えた排気手段が１つ以上配置されている、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１において、前記トレイが前記基体の表面と裏面を露呈するための開口部、及び、該基体の側面を支持する部位を備え、前記成膜室内において、複数の該トレイがその進行方向に直線的に並んで配され、かつ、複数の該トレイのうち特定トレイは、前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する際に、その進行方向で、前記特定トレイの前後に位置する先行トレイと後行トレイに各々重なる部位を有しており、前記第一ターゲット側または前記第二ターゲット側から前記特定トレイを見たとき、前記特定トレイはその前後に位置する先行トレイ及び後行トレイと一群をなし、かつ、特定トレイを挟んで先行トレイと後行トレイが一面をなすように、各トレイの移動を制御する手段を備えている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１において、前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットと前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、各ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間には、各内部空間ごとに、前記第三温調手段が１つ以上配置されている、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１において、前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間に向けて、前記水素を含む第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、該第一プロセスガスを吹きかける位置に配設されている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１又は５において、前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットと、移動する前記基体との間に発生した放電空間を包囲するようにチムニーが配設されている、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の透明導電膜付き基板の製造装置は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記成膜室の前段には、大気雰囲気から導入した、トレイに載置された状態にある、表面及び裏面にａ−Ｓｉ膜が配された基体を、減圧雰囲気において熱処理する第一温調手段を備えた仕込室Ｌと、前記仕込室から移動されたトレイと基体を、熱処理する第二温調手段を備えた加熱室Ｈとを備え、前記成膜室の後段には、前記成膜室から移動されたトレイと基体を冷却する搬送室と、前記搬送室から移動されたトレイと基体を、減圧雰囲気から大気雰囲気へ導出する取出室とを備える、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項７に記載の仕込室、加熱室、成膜室、搬送室及び取出室を少なくとも備える透明導電膜付き基板の製造装置を用い、トレイに載置された基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に透明導電膜を形成する、透明導電膜付き基板の製造方法であって、前記仕込室における熱処理温度の最大値をＴＬ［℃］、前記加熱室における熱処理温度の最大値をＴＨ［℃］、前記成膜室における熱処理温度の最大値をＴＳＰ［℃］と各々定義した場合、ＴＬ≧ＴＳＰまたはＴＨ≧ＴＳＰの関係式を満たす、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項９に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項８において、前記仕込室の内部空間及び前記加熱室の内部空間にあっては、前記基体はその表面側と裏面側に各々配置された、第一温調手段及び第二温調手段により熱処理される、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１０に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項８において、前記成膜室内において、前記基体が前記第一ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第一ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１１に記載の透明導電膜付き基板の製造方法は、請求項８において、前記成膜室内において、前記基体が前記第二ターゲットの前を通過する手前の位置にある内部空間、及び、該基体が該第二ターゲットの前を通過して成膜が行われる位置にある内部空間にあっては、該基体はその非成膜面側に配置された第三温調手段により熱処理される、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１２に記載の透明導電膜付き基板は、基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板であって、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす、ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１３に記載の透明導電膜付き基板は、請求項１２において、前記ＣＨ１が１０２１台であり、かつ、前記ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２０台である、ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１４に記載の太陽電池は、基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板を備えた太陽電池であって、前記基体の表面側を光入射面として、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす透明導電膜付き基板を備えた、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１５に記載の太陽電池は、請求項１４において、前記ＣＨ１が１０２１台であり、かつ、前記ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２０台である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る透明導電膜（以下ではＴＣＯとも呼ぶ）付き基板の製造装置によれば、第一成膜手段は第一ターゲットと水素を含むプロセスガスを用い、成膜室内において前段に位置する特定の内部空間においてスパッタ法によって基体の表面側に第一透明導電膜を形成する。次いで、第二成膜手段は第二ターゲットと水素を含まないプロセスガスを用い、成膜室内において後段に位置する特定の内部空間においてスパッタ法によって基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する。換言すると、本発明の製造装置は、同じ成膜室内には存在するが、基体の進行方向において、前段に位置する特定の成膜空間で水素を含む第一透明導電膜を基体の表面側に成膜した後に、後段に位置する特定の成膜空間で水素を含まない第二透明導電膜を基体の裏面側に成膜できる。
ゆえに、本発明の製造装置は、基体の表裏両面にＴＣＯの下地をなす非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）が予め設けてある基板に対して、基板の表面側に水素を含むプロセスガスを用いて第一透明導電膜を形成した際に、水素ガスを含むプラズマに接することによりＨ２Ｏが発生したとしても、これが基体の裏面側に回り込むことによって、基体の裏面側の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）に再付着するなどして、基体の裏面側の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）とその上に堆積するＴＣＯとの界面に絶縁層が生じるという問題が解消される。
したがって、本発明は、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の形成に寄与する製造装置をもたらす。
【００２２】
本発明に係る透明導電膜付き基板の製造方法は、仕込室、加熱室、成膜室、搬送室及び取出室を少なくとも備える透明導電膜付き基板の製造装置を用い、トレイに載置された基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に透明導電膜を、前記成膜室内で熱処理しながら成膜する前に、前もって前記仕込室と前記加熱室において熱処理を行う。
その際の熱処理条件を、前記仕込室における熱処理温度の最大値をＴＬ［℃］、前記加熱室における熱処理温度の最大値をＴＨ［℃］、前記成膜室における熱処理温度の最大値をＴＳＰ［℃］と各々定義した場合、ＴＬ≧ＴＳＰまたはＴＨ≧ＴＳＰの関係式を満たすものとする。
この関係式を満たすように、仕込室と加熱室と成膜室における各熱処理温度の最大値を制御することより、成膜室の前段に位置する仕込室と加熱室において、トレイに載置された基体はピーク温度を迎える。成膜室へ移動したトレイに載置された基体は、このピーク温度より低温状態とされる。これにより、トレイに載置された基体による、成膜室内における水の放出や持ち込みが低減される。
したがって、本発明に係る透明導電膜付き基板の製造方法によれば、成膜室内における水の放出や持ち込みが低減されるので、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板を安定に形成することが可能となる。
【００２３】
上述した本発明の製造装置や製造方法により、基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板が形成するならば、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす、透明導電膜付き基板が得られる。これにより、本発明の透明導電膜付き基板は、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる構成を備え、基体の表面側を光入射面として活用できることから、太陽電池用途に好適である。
【００２４】
上述した本発明の製造装置や製造方法により、基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板が得られる。この透明導電膜付き基板を用いることにより、前記基体の表面側を光入射面として、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす太陽電池が得られる。この構成を有する太陽電池は、曲線因子（Ｆ．Ｆ．：Fill Factor）や発電効率（Ｅｆｆ）の向上が図れる。なお、曲線因子は「最大出力（Ｐｍａｘ）を開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｉｓｃ）との積で除した値」であり、発電効率は「開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の積」である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】透明導電膜付き基板の製造装置の一例を示す断面図。
【図２】トレイに載置された状態にある基体の一例を示す断面図。
【図３】ターゲットが２本の構成例におけるガス導出部を示す拡大断面図。
【図４】ターゲットが３本の構成例におけるガス導出部を示す拡大断面図。
【図５】透明導電膜付き基板及びこれを含む太陽電池の一例を示す断面図。
【図６】従来の透明導電膜付き基板の製造方法を示すフローチャート。
【図７】本発明の実施形態に係る透明導電膜付き基板の製造方法を示すフローチャート。
【図８】本発明の実験例１〜４におけるトレイ温度を示す一覧表。
【図９】本発明の実験例１〜４におけるトレイ温度を示すグラフ。
【図１０】透明導電膜の水素含有量のプロファイルを示す図（Ｈ２Ｏ／Ａｒ＝０％の場合）。
【図１１】透明導電膜の水素含有量のプロファイルを示す図（Ｈ２Ｏ／Ａｒ＝６％の場合）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る透明導電膜付き基板の製造装置及び製造方法の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２７】
＜第一実施形態＞
以下では、表面及び裏面の両面がａ−Ｓｉ膜により被覆された基体上に、前記ａ−Ｓｉ膜を覆うように透明導電膜が配されてなる透明導電膜付き基板の製造方法について、図５を参照して説明する。
図５は、透明導電膜付き基板及びこれを含む太陽電池の一例を示す断面図である。
図５において、透明導電膜付き基板１０A（１０）を構成する基体１０１（基板）は平板状の結晶系シリコン基材であり、基体１０１の表面１０１ａと裏面１０１ｂは両面とも、ａ−Ｓｉ膜により被覆されている。図５において、基体１０１の表面１０１ａに向けた（下向きの）矢印は、光入射方向を表している。
【００２８】
光入射側となる表面１０１ａに設けられたａ−Ｓｉ膜（図５ではαと表記）は、表面１０１ａに接して設けられたｉ型のａ−Ｓｉ膜１０２と、該ｉ型のａ−Ｓｉ膜１０２の上に設けられたｐ型のａ−Ｓｉ膜１０３と、から構成されている。また、ａ−Ｓｉ膜（α）の外面をなすｐ型のａ−Ｓｉ膜１０３を覆うように、第一透明導電膜１０４が設けられている。さらに、第一透明導電膜１０４の外面には、金属膜からなる電極１０５が配されている。
【００２９】
これに対して、非光入射側となる裏面１０１ｂに配置されたａ−Ｓｉ膜（図５ではβと表示）は、裏面１０１ｂに接して設けられたｉ型のａ−Ｓｉ膜１１２と、該ｉ型のａ−Ｓｉ膜１１２の上に設けられたｎ型のａ−Ｓｉ膜１１３と、から構成されている。また、ａ−Ｓｉ膜（β）の外面をなすｎ型のａ−Ｓｉ膜１１３を覆うように、第二透明導電膜１１４が設けられている。さらに、第二透明導電膜１１４の外面には、金属膜からなる電極１１５が配されている。
【００３０】
本発明では、後述する透明導電膜付き基板の製造装置及び製造方法によって、第一透明導電膜１０４と第二透明導電膜１１４に含まれる水素含有量が制御される。すなわち、第一透明導電膜１０４に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たすように、制御される。これにより、本発明の透明導電膜付き基板は、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる構成を備え、基体の表面側を光入射面として活用できることから、太陽電池用途に好適である。
【００３１】
以下では、基体１０１に対してａ−Ｓｉ膜（α）とａ−Ｓｉ（β）を配した構造体を中間構造体１Ａ（１）と呼ぶ。この中間構造体１Ａ（１）に対して第一透明導電膜１０４及び第二透明導電膜１１４を配した構造体が、透明導電膜付き基板１０Ａ（１０）である。また、基体１０１として結晶系シリコン基材を用い、透明導電膜付き基板１０Ａ（１０）に対して電極１０５と電極１１５を配した構造体が、太陽電池１００Ａ（１００）である。
【００３２】
後に詳述する本発明の製造装置と製造方法により作製された、上記構成（図５）とした第一透明導電膜１０４及び第二透明導電膜１１４を有する透明導電膜付き基板１０Ａ（１０）は、後述する表２から、基体の表面側と裏面側に、水素の含有量が異なる透明導電膜が配されてなる構成を備えていることが確認された。この構成とした透明導電膜付き基板は、基体の表面側を光入射面として活用できることから、太陽電池用途に好適である。
また、上記構成からなる透明導電膜付き基板を用いた太陽電池は、曲線因子（Ｆ．Ｆ．：Fill Factor）や発電効率（Ｅｆｆ）の向上が図れることが分かった。
【００３３】
なお、図５には明示していないが、基体１０１の表面１０１ａ側には、必要に応じて反射防止層（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ：ＡＲ層）が配される構成としてもよい。反射防止層としては、たとえば、絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜などが好適に用いられる。
【００３４】
図６及び図７は、透明導電膜付き基板の製造方法を示すフローチャートであり、図６は従来例を示しており、図７は本発明の実施形態を示している。従来例に対して本発明の実施形態は、以下に詳述する「Ｓ１６、Ｓ１７」の工程で相違する。
【００３５】
従来の透明導電膜付き基板は、図６に示すＳ５１〜Ｓ５８の工程フローを経て形成される。すなわち、「ｃ−Ｓｉ（ｎ）準備、テクスチャー形成（両面）、ｉ型ａ−Ｓｉ形成（両面）、ｐ型ａ−Ｓｉ形成（表面）、ｎ型ａ−Ｓｉ形成（裏面）、水なしＴＣＯ形成（表面）、水あり（又は水なし）ＴＣＯ形成（裏面）、電極形成（両面）」からなる８つの工程処理を順に行うことにより製造される。
【００３６】
特に、従来の透明導電膜付き基板の製造方法においては、受光面となる表面側のＴＣＯ膜を成膜する際には「水を含まないプロセスガス」を用い、非受光面となる裏面側のＴＣＯ膜を成膜する際には「水を含むプロセスガス」を用いて、この順番で成膜した場合には、裏面側のＴＣＯ膜を形成する際に用いた「水を含むプロセスガス」が、前もって成膜済である表面側のＴＣＯ膜面に回り込み、水が付着した状態にあるＴＣＯ膜面上に、電極が形成されることになる。そのため、表面側のＴＣＯと電極との間で電気的な不具合が生じる虞があった。
【００３７】
これに対し、本発明の透明導電膜付き基板は、図７５に示すＳ１１〜Ｓ１８の工程フローを経て形成される。すなわち、「ｃ−Ｓｉ（ｎ）準備、テクスチャー形成（両面）、ｉ型ａ−Ｓｉ形成（両面）、ｐ型ａ−Ｓｉ形成（表面）、ｎ型ａ−Ｓｉ形成（裏面）、水ありＴＣＯ形成（表面）、水なしＴＣＯ形成（裏面）、電極形成（両面）」からなる８つの工程処理を順に行うことにより製造される。この順番で成膜した場合、裏面側のＴＣＯ膜は「水を含まないプロセスガス」を用いるため、前もって成膜済である表面側のＴＣＯ膜面に回り込んだとしても、表面側のＴＣＯ膜面上に水が付着した状態になる虞はない。これにより、水の影響を受けることなく、表面側のＴＣＯ膜面上に電極が形成される。そのため、表面側のＴＣＯと電極との間で電気的な不具合が発生する問題が解消される。
【００３８】
上述した本発明の透明導電膜付き基板を製造するためには、たとえば、図１に示すような透明導電膜付き基板の製造装置が好適である。図２は、図１の製造装置において、トレイに載置された状態にある基体の一例を示す断面図である。以下では、図１及び図２を参照して、本発明に係る透明導電膜付き基板の製造装置を詳述する。
【００３９】
＜スパッタ装置＞
本発明における透明導電膜付き基板の製造方法では、透明導電膜の下地に相当するａ−Ｓｉ膜（α、β）は、公知のＣＶＤ装置によって基体１０１の上に予め形成されたものを用いる。ここで、２つの透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）、１１４（ＴＣＯ２）は、図１に示すような、スパッタ法を用いて成膜する製造装置（以下、スパッタ装置と呼ぶ）７００により形成できる。製造装置７００は、インライン式スパッタリング装置であり、基体１０１を水平に保持して搬送する搬送機構を備えた、水平搬送型のスパッタリング装置である。スパッタ装置７００における放電形式は、ＤＣに限定されず、ＲＦや（ＤＣ＋ＲＦ）重畳であってもよい。
【００４０】
図１に示すスパッタ装置においては、複数のプロセス室［仕込室Ｌ、加熱室Ｈ、成膜入口室ＥＮＴ、第１成膜室ＳＰ１、第２成膜室ＳＰ２、第３成膜室ＳＰ３、第４成膜室ＳＰ４、成膜出口室ＥＸＴ、搬送室Ｂ、取出室ＵＬ］が直列に接続して配置されている。ａ−Ｓｉ膜（α、β）が形成された基体１０１［中間構造体１Ａ（１）］を搭載したトレイ４００は、各プロセス室を順に通過することにより、本発明の実施形態に係る透明導電膜を中間構造体１Ａ（１）上に作製する。
【００４１】
すなわち、後述するように、本発明では、所望の温度に熱処理された基体１０１が、４つ成膜室（ＳＰ１→ＳＰ２→ＳＰ３→ＳＰ４）内を通過することにより、基体１０１の表面側［光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（α）の上］には「水素含有量の多い第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）」を形成し、基体１０１の裏面側［非光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（β）の上］には、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成する。
【００４２】
第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）をスパッタ法により形成する際に、図２に示すような構成のトレイ４００が好適に用いられる。すなわち、トレイ４００は、被処理体である基体１０１の表面αと裏面βを露呈するための第一開口部４００ａと第二開口部４００ｂを備えた本体４０１と、本体４０１の内側に位置する第一突出部４０２と、本体４０１の外側に位置する第二突出部４０３ａ、４０３ｂとから構成されている。
【００４３】
第一突出部４０２は、第一開口部４００ａが第二開口部４００ｂより大きく設定されるように、本体４０１の内側において基体１０１を載置する。これにより、第一開口部４００ａは本体４０１の内側面４０１ｓにより規定され、第二開口部４００ｂは突出部４０２の内側面４０２ｓにより規定される。これは光入射側となる第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を、非光入射側となる第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）に比べて、より大面積で形成するためである。
【００４４】
本体４０１の外側には、第二突出部４０３ａ、４０３ｂを備える。トレイ（特定トレイとも呼ぶ）４００の進行方向（図２の矢印方向）において、先進するトレイ（先行トレイとも呼ぶ）４１０の方向に延設された第二突出部４０３ａと、後進するトレイ（後行トレイとも呼ぶ）４２０の方向に延設された第二突出部４０３ｂとは、本体４０１との接続位置が上下逆転して設けられている。すなわち、トレイ４００の第二突出部４０３ａと重なるように、先進するトレイ４１０には第二突出部４１３ｂが配置される。同様に、トレイ４００の第二突出部４０３ｂと重なるように、後進するトレイ４２０には第二突出部４２３ａが配置される。
【００４５】
これにより、トレイ４００の第二突出部４０３ａと先進するトレイ４１０の第二突出部４１３ｂが重なり状態を保つと共に、トレイ４００の第二突出部４０３ｂと後進するトレイ４２０の第二突出部４２３ａが重なり状態を保ちながら、３つのトレイ４００、４１０、４２０が連結されて、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）のスパッタ成膜が行われる。
【００４６】
本発明の製造装置においては、トレイの進行方向において、基体１０１を載置するトレイ４００、４１０、４２０が連結されており、トレイ同士の間に空隙が存在しない。ゆえに、トレイ間の空隙を通じて、スパッタ粒子が基体１０１の非成膜面（たとえば、表面が成膜面の場合は裏面が非成膜面である）に到達する可能性が大幅に低減される。同様に、スパッタに供するプロセスガスの回り込みも抑制される。
【００４７】
ゆえに、本発明は、基体１０１の非成膜面にスパッタ粒子が付着したり、基体１０１の非成膜面がスパッタに供するプロセスガスに曝される、という不具合が回避できる、透明導電膜付き基板の製造装置をもたらす。この作用・効果は、「所望の温度に熱処理された基体１０１が、４つ成膜室（ＳＰ１→ＳＰ２→ＳＰ３→ＳＰ４）内を通過することにより、基体１０１の表面側［光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（α）の上］には「水素含有量の多い第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）」を形成し、基体１０１の裏面側［非光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（β）の上］には、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成する」という本発明においては、極めて有効にはたらく。
【００４８】
図１のスパッタ装置は、複数のプロセス室［仕込室Ｌ、加熱室Ｈ、成膜入口室ＥＮＴ、第１成膜室ＳＰ１、第２成膜室ＳＰ２、第３成膜室ＳＰ３、第４成膜室ＳＰ４、成膜出口室ＥＸＴ、搬送室Ｂ、取出室ＵＬ］が直列に接続して配置されている。図１のスパッタ装置では、仕込室Ｌから取出室ＵＬまで、基体１０１［中間構造体１Ａ（１）］を載置し、基体１０１を水平に保ちながら搬送する機構（不図示）を備えている。
【００４９】
図１のスパッタ装置において、符号ＤＶ１〜ＤＶ６は何れもドアバルブを表している。第一ドアバルブＤＶ１は、装置外部の大気空間と仕込室Ｌの内部空間との間を遮断する。第二ドアバルブＤＶ２は、仕込室Ｌの内部空間と加熱室Ｈの内部空間との間を遮断する。第三ドアバルブＤＶ３は、加熱室Ｈの内部空間と成膜入口室ＥＮＴの内部空間との間を遮断する。第四ドアバルブＤＶ４は、成膜出口室ＥＸＴの内部空間と搬送室Ｂの内部空間との間を遮断する。第五ドアバルブＤＶ５は、搬送室Ｂの内部空間と取出室ＵＬの内部空間との間を遮断する。第六ドアバルブＤＶ６は、取出室ＵＬの内部空間と装置外部の大気空間との間を遮断する。
【００５０】
図１のスパッタ装置においては、６つのチャンバ（成膜入口室ＥＮＴ、第１成膜室ＳＰ１、第２成膜室ＳＰ２、第３成膜室ＳＰ３、第４成膜室ＳＰ４、及び、成膜出口室ＥＸＴ）の内部空間が全て連通しており、１つの真空槽を構成している。６つのチャンバにおいて、隣接する位置にあるチャンバどうしの仕切りを示す「一点鎖線」は、隣接する位置にあるチャンバの内部空間が連通していることを意味する。
【００５１】
スパッタ装置の外部空間から仕込室Ｌの内部空間へ搬入された、トレイ４００に搭載された基体１０１［中間構造体１Ａ（１）］の表面及び裏面の両面には、予め、公知のＣＶＤ装置によりａ−Ｓｉ膜が形成されている。基体１０１は、トレイ４００に搭載された状態で、仕込室Ｌから取出室ＵＬへ向けて、順方向にのみ移動することができる。つまり、図１に示す製造装置においては、トレイ４００に搭載された基体１０１は、逆方向［取出室ＵＬから仕込室Ｌの方向］へ戻る必要がない。ゆえに、図１のスパッタ装置は、量産性に優れている。
【００５２】
第一ドアバルブＤＶ１の開閉動作を行い、基体１０１は大気空間（スパッタ装置外部）から仕込室Ｌの内部空間へ搬入される。第一排気手段Ｐ１１を用い、仕込室Ｌの内部空間を所望の減圧雰囲気とする。必要に応じて、仕込室Ｌの温調手段Ｈ１１、Ｈ１２を用い、仕込室Ｌにおいて基体１０１の両面から加熱処理が施される。熱処理なしの基体１０１、あるいは加熱処理により所望の温度になった基体１０１は、第二ドアバルブＤＶ２の開閉動作を行い、仕込室Ｌから加熱室Ｈへ移動される。
【００５３】
次に、仕込室Ｌから加熱室Ｈへ移動された基体１０１は、地点Ａにおいて、温調手段Ｈ２１、Ｈ２２により基体１０１の両面から加熱処理が施される。その際、加熱室Ｈの内部空間は第二排気手段Ｐ２１を用い、所望の減圧雰囲気が保持される。加熱室Ｈにおいて所望の温度になった基体１０１は、第三ドアバルブＤＶ３の開閉動作を行い、加熱室Ｈから成膜入口室ＥＮＴへ移動される。
【００５４】
次に、加熱室Ｈから成膜入口室ＥＮＴへ移動された基体１０１は、地点Ｂにおいて、温調手段Ｈ３１１、Ｈ３１２により基体１０１の両面から加熱処理が施される。成膜入口室ＥＮＴにおいて所望の温度になった基体１０１は、成膜入口室ＥＮＴから、４つ成膜室（ＳＰ１→ＳＰ２→ＳＰ３→ＳＰ４）の内部空間を通過させることにより所望の成膜を行った後、成膜出口室ＥＸＴまで移動される。
【００５５】
基体１０１が収容された成膜入口室ＥＮＴの雰囲気は、後段に位置する第一成膜室ＳＰ１、第二成膜室ＳＰ２、第三成膜室ＳＰ３、第四成膜室ＳＰ４における、基体１０１の表裏に形成される第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成される際の雰囲気条件（スパッタ成膜条件など）に合わせて調整される。
【００５６】
成膜入口室ＥＮＴの次に位置する第一成膜室ＳＰ１には、基体１０１が地点Ｃを通過する際に、基体１０１の裏面を熱処理する温調手段Ｈ３２２が配置されている。これにより、次の第二成膜室ＳＰ２で行われる第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）の形成直前にある基体１０１の温度を調整可能とされている。
【００５７】
第一成膜室ＳＰ１の次に位置する第二成膜室ＳＰ２には、基体１０１が地点Ｄを通過する際に、基体１０１の裏面を熱処理する温調手段Ｈ３３２と、基体１０１の表面側に第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成するための１対の回転ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２からなる第一成膜手段と、が配置されている。これにより、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）の形成時にある基体１０１は、非成膜面である裏面（図１では下面）から、成膜温度が調整可能とされている。１対の回転ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２に対して、基体１０１の進行方向において上手側の位置に、２つのプロセスガス供給手段Ｇ２１、Ｇ２２の導出口が配置されている。
【００５８】
このように温度調整された基体１０１は第二成膜室ＳＰ２の地点Ｄを通過する。このとき、トレイ４００は、第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２に基体１０１の表面が対向するように、基体１０１を水平に維持する。トレイ４００によって基体１０１が地点Ｄを通過することにより、第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２を用いた、たとえばＤＣスパッタ法によって、基体１０１の表面側にのみ、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）が形成される。これにより、基体１０１の表面（１０１ｂ）側のａ−Ｓｉ膜（α）上に、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）が形成される。なお、上述した通り、本発明におけるスパッタ法の放電形式は、ＤＣに限定されず、ＲＦや（ＤＣ＋ＲＦ）重畳であってもよい。
【００５９】
その際、プラズマを形成する第一プロセスガスとして、不活性ガス（たとえばＡｒ）Ｇ２１と反応性ガス（たとえばＯ２ガス）や水素を含むガス（たとえばＨ２Ｏ）Ｇ２２が、基体の進行方向において上手側のターゲットＴＧ２１に向けて吹きつけるように供給される。第二成膜室ＳＰ２においては、第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２が基体１０１に対して上方に配置されており、デポダウンのスパッタリングが行われる。
【００６０】
図３は、ターゲットが２本の構成例におけるガス導出部を示す拡大断面図である。図３に示す１対のターゲットは、図１の第二成膜室ＳＰ２に配置された１対の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２を表している。図３において、符号４００が基体を搭載したトレイであり、白抜きの太い矢印（紙面右向き）がトレイ（すなわち基体）の移動する方向を表している。
【００６１】
図３に示すように、前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２の近傍には、第一プロセスガスのうち、反応性ガスや水素を含むガスＧ２２を供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部（矢印）が、前記基体が移動する方向［（図３においてはトレイ４００の右端から右側へ延びる）白抜きの太い矢印の方向］において、第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２のうち上手側に位置するターゲットＴＧ２１に向けて第一プロセスガスＧ２２を吹きつける位置に配設される構成が好ましい。この構成によれば、上手側のカソードで水素を消費させ、下手側のカソードでは水素の少ない成膜を行うことができる。これにより、基体の表面側に形成された第一透明導電膜は、初期成長部が水素濃度の高いものとなり、膜厚が厚くなるに連れて水素濃度の低いものとすることができる。
【００６２】
なお、図３において、第一プロセスガスのうち、不活性ガスＧ２１を供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部については図示を省略しているが、反応性ガスや水素を含むガスＧ２２と同様に上手側に必ず配設する必要はなく、たとえば下手側などに配設する構成としても構わない。
【００６３】
また、上述した構成（ターゲットＴＧ２１に向けて第一プロセスガスＧ２２を吹きつける構成）に代えて、前記成膜室内において、前記第一成膜手段をなす、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成する第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２と、移動する前記基体との間に発生した放電空間（プラズマ）に向けて、前記水素を含む第一プロセスガスＧ２２を供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が、第一プロセスガスＧ２２を吹きかける位置に配設される構成としてもよい。これにより、放電空間（プラズマ）内において水素が均等に含まれる状態が実現できるので、基体上に形成される第一透明導電膜はその膜内において水素含有量の均一化が図れる。
【００６４】
図３の構成、すなわち、第一ターゲットが２本の円筒形ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２からなる構成において、チムニーの配設は有効である。図３の構成においてチムニーを配設する場合は、２つの第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２を囲むようにチムニーＣ２１、Ｃ２２を設ける構成が好ましい。チムニーを設けることにより、前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成するために用いる、前記水素を含む第一プロセスガスＧ２２が、前記基体の裏面側の成膜（第二透明導電膜の形成）に及ぼす影響を抑制することが可能となる。
【００６５】
図４は、ターゲットが３本の構成例におけるガス導出部を示す拡大断面図である。
図３には、第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２が一対からなる構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、図４に示すように、第一ターゲットが３本の円筒形ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２、ＴＧ２３からなり、前記基体が移動する方向［（図４においてはトレイ４００の右端から右側へ延びる）白抜きの太い矢印の方向］において上手側から下手側へ順に、ＴＧ２３、ＴＧ２１、ＴＧ２２と並べて配設される構成にも、本発明は適用できる。図４におけるＴＧ２１、ＴＧ２２は、図３と同様の１対の第一ターゲットである。
【００６６】
前記基体が移動する方向において、１つ目の第一ターゲットＴＧ２３が単独で前段に位置し、２つ目と３つ目の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２が１対をなして後段に位置する場合は、単独で前段に位置する第一ターゲットＴＧ２３に対してのみ、第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されていればよい。その際、第一ターゲットＴＧ２３に対する第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部は、前記基体が移動する方向において、上手側に限定されるものではなく、たとえば、下手側などに配設されてもよい。
【００６７】
前段に位置する第一ターゲットＴＧ２３に対して供給された第一プロセスガスは、後段の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２の方向へ流れることにより、後段の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２にも供給可能である。これにより、必ずしも、後段の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２に対して第一プロセスガスを供給する第一プロセスガス導入機構のガス導出部（図３に示すようなガス導出部）を、図４の構成において配設する必要はない。
【００６８】
図４の構成、すなわち、第一ターゲットが３本の円筒形ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２、ＴＧ２３からなる構成においても、チムニーの配設は有効である。、図４の構成においてチムニーを配設する場合は、１つ目の第一ターゲットＴＧ２３を囲むように第一のチムニーＣ２３、Ｃ２４を設けるとともに、２つ目と３つ目の第一ターゲットＴＧ２１、ＴＧ２２を囲むように第二のチムニーＣ２１、Ｃ２２を設ける構成が好ましい。これにより、図４の構成においても、前述した図３の構成と同様に、チムニーを設ける効果［前記基体の表面側に第一透明導電膜を形成するために用いる、前記水素を含む第一プロセスガスＧ２２が、前記基体の裏面側の成膜（第二透明導電膜の形成）に及ぼす影響を抑制する効果］が安定して得られる。
【００６９】
なお、第一ターゲットは４本以上の円筒形ターゲットから構成されてもよい。第一ターゲットが４本の場合、すなわち、上述した１対のターゲット配置を２回繰り返せばよい。同様に、第一ターゲットが５本の場合、１つの第一ターゲットと１対のターゲット配置を２回繰り返せばよい。つまり、本発明は、第一ターゲットが偶数本の円筒形ターゲットからなる場合にも、第一ターゲットが奇数本の円筒形ターゲットからなる場合にも適用することが可能である。
【００７０】
第二成膜室ＳＰ２の次に位置する第三成膜室ＳＰ３には、基体１０１が地点Ｅを通過する際に、基体１０１の表面を熱処理する温調手段Ｈ３３１が配置されている。
【００７１】
第三成膜室ＳＰ３の次に位置する第四成膜室ＳＰ４には、基体１０１が地点Ｆを通過する際に、基体１０１の表面を熱処理する温調手段Ｈ３４１と、基体１０１の裏面側に第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成するための１対の回転ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２からなる第二成膜手段と、が配置されている。これにより、第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）の形成時にある基体１０１は、非成膜面である表面（図１では上面）から、成膜温度が調整可能とされている。２対の回転ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２に対して、基体１０１の進行方向において上手側の位置に、２つのプロセスガス供給手段Ｇ４１、Ｇ４２の導出口が配置されている。
【００７２】
このように温度調整された基体１０１は第四成膜室ＳＰ４の地点Ｆを通過する。このとき、トレイ４００は、第二ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２に基体１０１の裏面が対向するように、基体１０１を水平に維持する。トレイ４００によって基体１０１が地点Ｆを通過することにより、第二ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２を用いた、たとえばＤＣスパッタ法によって、基体１０１の裏面側にのみ、第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成される。これにより、基体１０１の裏面（１０１ｂ）側のａ−Ｓｉ膜（β）上に、第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成される。なお、上述した通り、本発明におけるスパッタ法の放電形式は、ＤＣに限定されず、ＲＦや（ＤＣ＋ＲＦ）重畳であってもよい。
【００７３】
その際、プラズマを形成するプロセスガスとして、不活性ガス（たとえばＡｒガス）Ｇ４１や反応性ガス（たとえばＯ２ガス）Ｇ４２が、基体の進行方向において上手側のターゲットＴＧ４１または下手側のターゲットＴＧ４２に向けて吹きつけるように供給される。第四成膜室ＳＰ４においては、ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２が基体１０１に対して下方に配置されており、デポアップのスパッタリングが行われる。
【００７４】
換言すると、前記成膜室内において、前記第二成膜手段をなす、前記基体の裏面側に第二透明導電膜を形成する第二ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２の近傍には、水素を含まない第二プロセスガスを供給する第二プロセスガス導入機構のガス導出部が配設されている。たとえば、第二プロセスガス導入機構のガス導出部は、前記基体が移動する方向において、前記第二ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２のうち、上手側に位置するターゲットＴＧ４１や下手側に位置するターゲットＴＧ４２に向けて、前記第二プロセスガスを吹きつける位置に配置される構成が好適であるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００７５】
第二ターゲットについても、上述した１対の構成に限定されるものではない。前述した第一ターゲットと同様に、第二ターゲットは３本の円筒形ターゲットを並べて配置してもよいし、第二ターゲットとして４本以上の円筒形ターゲットを並べて配置しても構わない。つまり、本発明は、第二ターゲットが偶数本の円筒形ターゲットからなる場合にも、第二ターゲットが奇数本の円筒形ターゲットからなる場合にも適用することが可能である。
【００７６】
図１には、第一成膜室ＳＰ１と第三成膜室ＳＰ３において、成膜は行わない仕様構成の製造装置を開示したが、本発明はこの構成に限定されない。たとえば、第一成膜室ＳＰ１には、第二成膜室ＳＰ２と同様の成膜手段を設けてもよい。第三成膜室ＳＰ３には、第四成膜室ＳＰ４と同様の成膜手段を設けても構わない。
【００７７】
図１のスパッタ装置においては、６つのチャンバ（成膜入口室ＥＮＴ、第１成膜室ＳＰ１、第２成膜室ＳＰ２、第３成膜室ＳＰ３、第４成膜室ＳＰ４、及び、成膜出口室ＥＸＴ）には、連通した内部空間を減圧雰囲気とするため、複数の排気手段（Ｐ３１、Ｐ３３２、Ｐ３３１、Ｐ３５２）が配置されている。すなわち、前記６つのチャンバ間には、たとえば、仕切りバルブ、ドアバルブ、差圧バルブなどが、隣接する位置にある成膜室どうしの間に一切設けられていない。これにより、上述した「複数のトレイ（たとえば、トレイ４００、４１０、４２０）が連結して進行方向へ移動する構成」が実現できる。
【００７８】
第三排気手段Ｐ３１は、成膜入口室ＥＮＴの内部空間を主に排気する位置に接続されている。第四排気手段Ｐ３３２は、第二成膜室ＳＰ２の内部空間を主に排気する位置に接続されている。第五排気手段Ｐ３３１は、第三成膜室ＳＰ３の内部空間を主に排気する位置に接続されている。第六排気手段Ｐ３５２は、成膜出口室ＥＸＴの内部空間を主に排気する位置に接続されている。
【００７９】
中でも、第四排気手段Ｐ３３２と第五排気手段Ｐ３３１は重要である。第四排気手段Ｐ３３２は、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成するための１対の回転ターゲットＴＧ１１、ＴＧ２２からなる成膜手段が配置された第二成膜室ＳＰ２の内部空間を主に排気する。第五排気手段Ｐ３３１は、第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成するための２対の回転ターゲットＴＧ４１、ＴＧ４２からなる成膜手段が配置された第四成膜室ＳＰ４の内部空間に手前に位置する、第三成膜室ＳＰ３の内部空間を主に排気する。
【００８０】
これにより、第四排気手段Ｐ３３２と第五排気手段Ｐ３３１は、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成するための２つのプロセスガス供給手段Ｇ２１、Ｇ２２から導入されたプロセスガス［水素含有量の多い第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成するためのガス］が、後工程に位置する、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）の成膜に影響を及ぼすことがないように機能する。
【００８１】
この後工程に位置する、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）の成膜に影響を及ぼすことがないように機能を助ける工夫が、上述した「３つのトレイ４００、４１０、４２０が連結されて、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）のスパッタ成膜が行われる仕組み」である。  本発明の製造装置においては、複数のトレイ（たとえば、トレイ４００、４１０、４２０）が連結して進行方向へ移動することにより、トレイ同士の間に空隙が存在しないので、トレイ間の空隙を通じて、スパッタ粒子が基体１０１の非成膜面（たとえば、表面が成膜面の場合は裏面が非成膜面である）に到達する可能性が大幅に低減される。同様に、スパッタに供するプロセスガスの回り込みも抑制される。したがって、本発明によれば、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成した後に作製される、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が安定に成膜可能とされている。
【００８２】
このように、４つ成膜室（ＳＰ１→ＳＰ２→ＳＰ３→ＳＰ４）内を通過することにより、基体１０１の表面側［光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（α）の上］には「水素含有量の多い第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）」が形成され、基体１０１の裏面側［非光入射面として用いられるａ−Ｓｉ膜（β）の上］には、水素含有量の少ない第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成された基体１０１が得られる。４つ成膜室（ＳＰ１→ＳＰ２→ＳＰ３→ＳＰ４）内を通過した基体１０１は、成膜出口室ＥＸＴの内部空間にある地点Ｇまでトレイ４００によって移動される。
【００８３】
第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成された基体１０１は、成膜出口室ＥＸＴに移動された後（地点Ｇ）、第四ドアバルブＤＶ４の開閉動作を行い、成膜出口室ＥＸＴから搬送室Ｂへ移動される。
【００８４】
搬送室Ｂへ移動された後（地点Ｈ）、第五ドアバルブＤＶ５の開閉動作を行い、搬送室Ｂから取出室ＵＬ（地点Ｉ）へ移動される。その後、取出室ＵＬの内部の圧力を大気圧としてから、第六ドアバルブＤＶ６の開閉動作を行うことにより、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が形成された基体１０１は、スパッタ装置の外部へ搬出される。
【００８５】
上述したように、図１のスパッタ装置においては、前段に位置する第二成膜室ＳＰ２の内部空間に導入された水素を含むガスが、後段に位置する第四成膜室の内部空間へ流出することを防ぐために、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を形成するための１対の回転ターゲットＴＧ１１、ＴＧ２２に対して、第四排気手段Ｐ３３２と第五排気手段Ｐ３３１を設ける配置を工夫した。
【００８６】
また、図１のスパッタ装置においては、前段に位置する第二成膜室ＳＰ２の内部空間に導入された水素を含むガスが、後段に位置する第四成膜室の内部空間へ流出することを防ぐために、基体１０１を載置して移動するトレイ４０１についても工夫した。すなわち、トレイの進行方向において、基体１０１を載置するトレイ４００、４１０、４２０が連結されており、トレイ同士の間に空隙が存在しないようにトレイ４００、４１０、４２０が連結された状態で移動可能とした。
【００８７】
本発明は、このような排気手段とトレイに関する工夫により、基体の一方の面側から他方の面側（たとえば表面側から裏面側）へスパッタに供するプロセスガスの回り込みが大幅に抑制できるスパッタ装置をもたらす。
【００８８】
また、図１のスパッタ装置は、インライン式スパッタリング装置であるため、透明導電膜付き基板（および太陽電池）を高い生産性で製造することが可能であり、装置のフットプリントを小さくすることができるという利点を有する。さらに、インライン式スパッタリング装置の場合、同じ成膜条件で、均一な膜を製造するには適している。
【００８９】
一方、一般的な枚葉式製造装置を用いる場合では、一枚の基板を処理する毎に、先に成膜された基板（成膜後基板）を成膜室から移動室（トランスファチャンバ）に取り出し、次に成膜される基板（成膜前基板）を移動室から成膜室に搬送する必要がある。また、成膜後基板を取り出した後に、成膜室内の残存ガスを除去することによって、成膜室内を清浄な状態にし、その後、成膜前基板を成膜室内に搬送する必要もある。しかしながら、この場合、残存ガスの残存成分が成膜室の壁部等に付着すること等に起因して、残存成分が成膜室から完全に除去されず、残存成分が後に成膜される膜の特性に影響を与える恐れがある。また、基板に膜を形成する際には、成膜室内においてプロセスガスの導入とプロセスガス導入の停止を行い、放電のＯＮ／ＯＦＦを行っている。この場合、一枚の基板を処理する毎に、下地膜に対する水の吸着量を制御する必要があり、プロセスが困難となり易い。
【００９０】
これに対し、インライン式スパッタリング装置を用いる場合、基体１０１が仕込室Ｌから取出室ＵＬへ向けて順方向にのみ移動しながら、連通する内部空間内を通過して、基体１０１の両面のａ−Ｓｉ膜（α、β）上に、それぞれ第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が成膜されるため、下地膜であるａ−Ｓｉ膜に対する水の吸着量の制御がシンプルになるという利点がある。また、常に電源がＯＮされているため、成膜に寄与する時間は１００［％］であり、高い生産性と低いランニングコストを両立することができる。
【００９１】
また、図１のスパッタ装置においては、連続した閉空間を構成する成膜室（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４）において、基体１０１の両面のａ−Ｓｉ膜（α、β）に、それぞれ第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）が成膜されるため、基体１０１が大気雰囲気に曝されることなく、真空状態を維持したまま、基体１０１の両面のａ−Ｓｉ膜（α、β）に、それぞれ第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成することができる（真空一貫表裏成膜）。
【００９２】
以下では、図１のスパッタ装置を構成する、複数のプロセス室［仕込室Ｌ、加熱室Ｈ、成膜入口室ＥＮＴ、第１成膜室ＳＰ１、第２成膜室ＳＰ２、第３成膜室ＳＰ３、第４成膜室ＳＰ４、成膜出口室ＥＸＴ、搬送室Ｂ、取出室ＵＬ］におけるトレイ温度について検証した結果について説明する。
【００９３】
図８は、実験例１〜実験例４におけるトレイ温度［℃］を表す一覧表であり、図８において、「Ｐｏｓ．」はプロセス室の名称であり、「Ｔｉｍｅ」はトレイが移動を開始してからの時間であり、たとえば、「２４０」は「トレイの移動開始から２４０秒後」を表している。実験例１〜４の欄に記載した数字は、その時間（Ｔｉｍｅ）における（各プロセス室に配置された温調手段によって熱処理された）トレイの温度［℃］である。
図９は、図８のトレイ温度［℃］を示すグラフである。図９において、実線は実験例１を、短い点線は実験例２を、長い点線は実験例３を、一点鎖線は実験例４を、それぞれ示している。
【００９４】
＜実験例１＞
実験例１の設定条件では、仕込室Ｌと加熱室Ｈで徐々に温度を加え、４つの成膜室（ＳＰ１〜ＳＰ４、特にＳＰ３、ＳＰ４）で温度ピークをもたせる。このため、成膜室の内部空間へトレイ表面から水の放出が増大し、スパッタ時のプロセスガスへ悪影響を及ぼす虞がある。
【００９５】
＜実験例２＞
実験例２の設定条件では、仕込室Ｌで加熱して温度ピークをもたせて、トレイ表面から水を脱気する。仕込室Ｌより後段に位置するプロセス室では、トレイ温度が単調減少させる。これにより、４つの成膜室（ＳＰ１〜ＳＰ４）では、温度ピーク時よりも低温状態をつくることができるので、水の放出や持ち込みを低減できる。
【００９６】
＜実験例３＞
実験例３の設定条件では、仕込室Ｌと加熱室Ｈで加熱してトレイ表面から水を十分に脱気する。その後、成膜入口室ＥＮＴと４つの成膜室（ＳＰ１〜ＳＰ４）においても、高温保持時間を設けることにより、脱気効果を高める。
【００９７】
＜実験例４＞
実験例４の設定条件では、仕込室Ｌは真空排気のみ行い、加熱室Ｈで加熱してトレイ表面から水を脱気する。その後、実験例３と同様に、成膜入口室ＥＮＴと４つの成膜室（ＳＰ１〜ＳＰ４）においても、高温保持時間を設けることにより、脱気効果を高める。裏面成膜時の温度調整で若干温度を上昇させているが、事前に加熱脱気できているため、放出ガスの影響は軽微である。
【００９８】
図１０は、透明導電膜の水素含有量のプロファイルを示す図（Ｈ２Ｏ／Ａｒ＝０％の場合）である。図１１は、透明導電膜の水素含有量のプロファイルを示す図（Ｈ２Ｏ／Ａｒ＝６％の場合）である。図１０及び図１１は、ＳＩＭＳ分析によって得られた結果である。ＳＩＭＳ分析に用いた測定器は、アルバックファイ製のＳＩＭＳ６６５０である。測定条件として、１次イオン種はＣｓ＋であり、加速電圧は５ｋＶとした。
図１０及び図１１において、横軸は透明導電膜の深さ（透明導電膜の表面から裏面の方向に透明導電膜を掘った時間）であり、左の縦軸は水素の含有量［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］を、右の縦軸は２次イオン強度（１６Ｏ、１１５Ｉｎ、２８Ｓｉ）を示している。
【００９９】
図１０及び図１１から、以下の点が明らかとなった。
図１０の透明導電膜は、上述した第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）に相当し、その水素含有量が１０２０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］台であった。
図１１の透明導電膜は、上述した第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）に相当し、その水素含有量が１０２１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］台であった。
【０１００】
表１は、第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）と第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を形成する際の代表的な成膜条件である。表１の項目欄において、「Ｆｒｏｎｔ」は基体の表面側に成膜した第一透明導電膜１０４（ＴＣＯ１）を、「Ｒｅａｒ」は基体の裏面側に成膜した第二透明導電膜１１４（ＴＣＯ２）を、それぞれ意味する。
【０１０１】
【表１】
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【０１０２】
以上の結果より、本発明の透明導電膜付き基板は、基体の表面及び裏面に配されたａ−Ｓｉ膜上に、それぞれ第一透明導電膜及び第二透明導電膜を配してなる透明導電膜付き基板であって、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たすことにより形成できる。その際に、前記ＣＨ１が１０２１台であり、かつ、前記ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］が１０２０台である。
【０１０３】
表１のＦｒｏｎｔ条件において、「水（Ｈ２Ｏ）／Ａｒ」の比率を変更し、第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］を評価した結果を表２に示す。
【０１０４】
【表２】
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【０１０５】
図３に示した構成からなる４種類の太陽電池を作製した。４種類の太陽電池は、基体の表面側（受光面側）に設ける透明導電膜［Front side TCO］と基体の裏面側に設ける透明導電膜［Rear side TCO］、の水素含有量が異なる組み合わせとした。その他の構成は同一とした。表３に示す実験例１１〜実験例１４が、４種類の太陽電池である。太陽電池の評価結果としては、曲線因子ＦＦと発電効率Ｅｆｆとを評価した。
【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
曲線因子ＦＦは、実験例１４の数値で規格化すると、実験例１１の場合が１．０１９、実験例１２の場合が０．９９８、実験例１３の場合が１．００７であった。
発電効率Ｅｆｆは、実験例１４の数値で規格化すると、実験例１１の場合が１．０４４、実験例１２の場合が１．０３２、実験例１３の場合が１．０１０であった。
【０１０８】
以上の結果から、基体の表面側を光入射面として、前記第一透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］、前記第二透明導電膜に含まれる水素含有量ＣＨ２［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］と定義した場合、ＣＨ１＞ＣＨ２の関係式を満たす太陽電池（実験例１１）は、曲線因子（Ｆ．Ｆ．：Fill Factor）や発電効率（Ｅｆｆ）の向上が図れることが分かった。なお、曲線因子は「最大出力（Ｐｍａｘ）を開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｉｓｃ）との積で除した値」であり、発電効率は「開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の積」である。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、透明導電膜付き基板の製造装置、透明導電膜付き基板の製造方法、透明導電膜付き基板、及び太陽電池に広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｌ  仕込室、Ｈ  加熱室、ＥＮＴ  成膜入口室、ＳＰ１  第１成膜室、ＳＰ２  第２成膜室、ＳＰ３  第３成膜室、ＳＰ４  第４成膜室、ＥＸＴ  成膜出口室、Ｂ  搬送室、ＵＬ  取出室、ＤＶ１、ＤＶ２、ＤＶ３、ＤＶ４、ＤＶ５、ＤＶ６  ドアバルブ、Ｇ２１、Ｇ２２  第一プロセスガス導入機構（第一透明導電膜用のプロセスガス供給手段）、Ｇ４１、Ｇ４２  第二プロセスガス導入機構（第二透明導電膜用のプロセスガス供給手段）、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ３１１、Ｈ３１２、Ｈ３２２、Ｈ３３２、Ｈ３３１、Ｈ３４１  温調手段、Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ３３１、Ｐ３３２、Ｐ３５２、Ｐ４１、Ｐ５２  排気手段、ＴＧ２１、ＴＧ２２  第一透明導電膜用の回転ターゲット（第一成膜手段）、ＴＧ４１、ＴＧ４２  第二透明導電膜用の回転ターゲット（第二成膜手段）、α、β  ａ−Ｓｉ膜、１０１  基体、１０４  第一透明導電膜（ＴＣＯ１）、１１４  第二透明導電膜（ＴＣＯ２）、４００  トレイ、  ７００  スパッタ装置。
【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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【図９】
2019189931.tif 000014
【図１０】
2019189931.tif 000015
【図１１】
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