(57)【要約】  本発明は、一般的に、微結晶シリコン堆積中にソーラーセル基板の温度を動的に制御する方法を含む。アモルファスシリコン／微結晶シリコンのタンデム型ソーラーセルでは、高い電力密度を使用して微結晶シリコンを、アモルファスシリコンより大きな厚みに堆積することができる。印加する電力密度が高いほど、堆積がより速く生じるが、堆積の温度も上昇し得る。高い温度では、ドーパントがソーラーセルの真性層へ拡散してセルを損傷する見込みが高くなる。サセプタの温度を動的に制御することにより、基板、ひいては、ドーパントを、そのドーパントが真性層へ拡散し得る値より低い実質的に一定の温度に維持することができる。この動的な温度制御は、ソーラーセルを損傷することなく、微結晶シリコンを高い電力密度で堆積できるようにする。【選択図】      図５
2011502344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が配置されたサセプタの温度を動的に制御しながら、基板を実質的に一定の温度に維持するステップを備え、上記動的な制御は、順次に、
第１の期間中に上記サセプタを加熱する段階、
第２の期間中に上記サセプタの加熱及びサセプタの冷却を同時に行う段階、及び
第３の期間中に上記サセプタを冷却する段階、
より本質的に成るものである、ソーラーセル形成方法。
【請求項２】
上記温度の動的な制御は、微結晶シリコン層の堆積中に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記サセプタの加熱及びサセプタの冷却を同時に行う段階は、
上記サセプタへの加熱出力を減少すること、及び
上記サセプタへの冷却出力を増加すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
リアルタイム基板温度測定値をコントローラに与えるステップと、
上記測定値に応じて上記サセプタの温度を動的に制御するステップと、
を更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のｐドープ層、アモルファスシリコン層及び第１のｎドープ層を含む頂部ｐ−ｉ−ｎ接合を形成するステップと、
第２のｐドープ層、微結晶シリコン層及び第２のｎドープ層を含む底部ｐ−ｉ−ｎ接合を形成するステップであって、上記微結晶シリコン層の形成中に上記維持及び動的な制御を行うようなステップと、
を更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基板を実質的に一定の温度に維持し且つサセプタの温度を変化させながら、サセプタに配置された基板上にシリコン層を堆積するステップ、
を備えた、ソーラーセル形成方法。
【請求項７】
頂部ｐ−ｉ−ｎ接合を形成するステップであって、
基板上に第１のｐドープ層を堆積する段階、
上記第１のｐドープ層の上に第１の電力密度で第１の厚みまでアモルファスシリコン層を堆積する段階、及び
上記アモルファスシリコン層の上に第１のｎドープ層を堆積する段階、
を含むようなステップと、
底部ｐ−ｉ−ｎ接合を形成するステップであって、
上記第１のｎドープ層の上に第２のｐドープ層を堆積する段階、
基板を実質的に一定の温度に維持し且つサセプタの温度を変化させながら、上記第２のｐドープ層の上に第２の電力密度で第２の厚みまで微結晶シリコン層を堆積する段階、及び
上記微結晶シリコン層の上に第２のｎドープ層を堆積する段階、
を含むようなステップと、
を更に備えた請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記サセプタの温度を変化させることが、順次に、
第１の期間中に上記サセプタを加熱する段階、
第２の期間中に上記サセプタの加熱及びサセプタの冷却を同時に行う段階、及び
第３の期間中に上記サセプタを冷却する段階、
より本質的に成るものである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
上記加熱及び冷却を同時に行う段階が、
上記サセプタへの加熱出力を減少すること、及び
上記サセプタへの冷却出力を増加すること、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
リアルタイム基板温度測定値をコントローラに与えるステップと、
上記測定値に基づいて上記サセプタの温度を変化させるステップと、
を更に備えた、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
サセプタに熱出力を与えることによりサセプタを第１の温度へ加熱するステップと、
上記サセプタへの熱出力を減少して、上記サセプタの温度を第２の温度まで下げるステップと、
上記サセプタへの熱出力を減少しながら、上記サセプタへの冷却出力を増加して、上記サセプタの温度を第３の温度まで下げるステップと、
上記サセプタへ実質的に一定の冷却出力を与えて、上記サセプタを第３の温度に実質的に維持するステップと、
を備えたソーラーセル形成方法。
【請求項１２】
上記冷却出力は、上記第２の温度まで下げる間は実質的にゼロである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記サセプタに配置された基板は、上記加熱、上記減少、及び上記実質的に一定の冷却出力を与える間に、実質的に一定の温度を維持する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
上記サセプタに配置された基板の上に微結晶シリコン層を堆積するステップを更に備えた、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
上記微結晶シリコン層は、基板上に堆積されたアモルファスシリコン層の上に堆積される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、微結晶シリコン堆積中にソーラーセル基板の温度を動的に制御する方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]光電池デバイス（ＰＶ）又はソーラーセルは、日光を直流（ＤＣ）電力へ変換するデバイスである。ＰＶ又はソーラーセルは、単一接合又は複数接合であり、各接合は、ｐドープ領域、真性領域及びｎドープ領域を有し、ｐ−ｉ−ｎ構造を形成する。真性領域は、アモルファスシリコンによって形成できるが、アモルファスシリコンは、日光スペクトルを微結晶シリコンほど広く利用していない。
【０００３】
[0003]他方、微結晶シリコンは、アモルファスシリコンに比して広い日光スペクトルを利用するが、吸収係数がアモルファスシリコンより相当に低く、それ故、アモルファスシリコンほど速く堆積しない。微結晶シリコンの堆積速度は、電力密度を増加することにより増加できるが、高い電力密度は、通常、高い処理温度を招く。高い処理温度は、隣接層のドーパントが他の層へと拡散してソーラーセルを損傷し得るので、有利でないこともある。
【０００４】
[0004]微結晶シリコンは、広い日光スペクトルを利用できるので、ソーラーセルを損傷するおそれなく微結晶シリコンを速い速度で堆積できれば、有利であろう。それ故、この技術では、ソーラーセルを損傷せずに微結晶シリコンを速い速度で堆積する方法が要望される。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明は、一般的に、微結晶シリコン堆積中にソーラーセル基板の温度を動的に制御する方法を含む。アモルファスシリコン／微結晶シリコンのタンデム型ソーラーセルでは、高い電力密度を使用して微結晶シリコンを、アモルファスシリコンより大きな厚みに堆積することができる。印加する電力密度が高いほど、堆積がより速く生じるが、堆積の温度も上昇し得る。高い温度では、ドーパントがソーラーセルの真性層へ拡散してセルを損傷する見込みが高くなる。サセプタの温度を動的に制御することにより、基板、ひいては、ドーパントを、そのドーパントが真性層へ拡散し得る値より低い実質的に一定の温度に維持することができる。この動的な温度制御は、ソーラーセルを損傷することなく、微結晶シリコンを高い電力密度で堆積できるようにする。
【０００６】
[0006]一実施形態において、ソーラーセル形成方法が開示される。この方法は、基板が配置されたサセプタの温度を動的に制御しながら、基板を実質的に一定の温度に維持するステップを備えている。動的に制御することは、本質的に、順次に、第１の期間中にサセプタを加熱し、第２の期間中にサセプタの加熱及びサセプタの冷却を同時に行い、第３の期間中にサセプタを冷却することより成る。
【０００７】
[0007]別の実施形態において、ソーラーセル形成方法が開示される。この方法は、基板を実質的に一定の温度に維持し且つサセプタの温度を変化させながら、サセプタに配置された基板上にシリコン層を堆積するステップを備えている。
【０００８】
[0008]別の実施形態において、ソーラーセル形成方法が開示される。この方法は、サセプタに熱出力を与えることによりサセプタを第１の温度へ加熱するステップと、サセプタへの熱出力を徐々に減少して、サセプタの温度を第２の温度へ徐々に下降するステップと、サセプタへの熱出力を徐々に減少しながら、サセプタへの冷却出力を徐々に増加して、サセプタの温度を第３の温度まで下げるステップと、サセプタへ実質的に一定の冷却出力を与えて、サセプタを第３の温度に実質的に維持するステップと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下により特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示したもので、従って、本発明の範囲は、それに限定されるものではなく、本発明は、同等の効果を発揮できる他の実施形態も包含できることに注意されたい。
【図１】本発明の一実施形態によるデュアルタンデムソーラーセルの概略図である。
【図２】複数のプロセスチャンバーを有する処理システムの一実施形態の概略上面図である。
【図３】ソーラーセルの１つ以上の膜を堆積できるプラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバーの一実施形態を示す概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による微結晶シリコン堆積中の基板及びサセプタの温度を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による微結晶シリコン堆積中の基板及びサセプタの温度を示すグラフである。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による微結晶シリコン堆積中の基板及びサセプタの温度を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による動的な温度制御プロセスのフローチャートである。
【００１０】
[0015]理解を容易にするため、複数の図面に共通の同一要素を示すのにできるだけ同一の参照番号が使用されている。ある実施形態に開示された要素は、特に記載がなくても、他の実施形態にも有益に利用できることが意図される。
【詳細な説明】
【００１１】
[0016]本発明は、一般的に、微結晶シリコン堆積中にソーラーセル基板の温度を動的に制御するための方法を包含する。アモルファスシリコン／微結晶シリコンのタンデム型ソーラーセルでは、高い電力密度を使用して微結晶シリコンを、アモルファスシリコンより大きな厚みに堆積することができる。印加する電力密度が高いほど、堆積がより速く生じるが、堆積の温度も上昇し得る。高い温度では、ドーパントがソーラーセルの真性層へ拡散してセルを損傷する見込みが高くなる。サセプタの温度を動的に制御することにより、基板、ひいては、ドーパントを、そのドーパントが真性層へ拡散し得る値より低い実質的に一定の温度に維持することができる。この動的な温度制御は、ソーラーセルを損傷することなく、微結晶シリコンを高い電力密度で堆積できるようにする。
【００１２】
[0017]本発明は、以下に述べるように、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＰＥＣＶＤシステムにおいて実施することができる。本発明は、他の製造社からのものを含む他のプラズマ処理チャンバーにおいて実施されてもよいことが意図される。
【００１３】
[0018]図１は、本発明の一実施形態によるデュアルタンデムソーラーセル１００の概略図である。デュアルタンデムソーラーセルは、真性微結晶シリコン層１１８のために広い日光スペクトルを使用できることから、単一接合アモルファスシリコンソーラーセルに勝る効果を発揮できる。加えて、単一接合真性アモルファスシリコン接合に比して、２つの異なるバンドギャップ構造を有する２つの接合の直列接続であるために、ソーラーセルのための改善された電流を生じさせることができる。
【００１４】
[0019]ソーラーセル１００は、基板１０４が太陽１０２に向くように示されている。ソーラーセル１００は、頂部セル１０６及び底部セル１０８を備えている。頂部セル１０６は、底部セル１０８の前に基板１０４に堆積することができる。頂部セル１０６は、基板１０４上に配置できる第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１０５の上に堆積することができる。頂部セル１０６と基板１０４との間には透明導電性酸化物層が存在してもよい。底部セル１０８の後にソーラーセル１００に裏側電極を堆積することができる。頂部セル１０６と底部セル１０８との間には任意の界面層が存在してもよい。底部セル１０８の上には、第２のＴＣＯ層１２５及び金属バッキング層１３０を堆積することができる。頂部セル１０６及び底部セル１０８の両方が基板１０４上に堆積されると、ソーラーセル１００をひっくり返し、基板１０４の方が頂部セル１０６及び底部セル１０８より太陽１０２に近づくようにすることができる。光の反射を減少することにより光の吸収を改善するために、基板及び／又はその上に形成された１つ以上の薄膜は、ウェット、プラズマ、イオン、及び／又は機械的プロセスにより、任意にテクスチャ化することができる。
【００１５】
[0020]第１のＴＣＯ層１０５及び第２のＴＣＯ層１２５は、各々、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、スズ酸カドミウム、その組合せ、又は他の適当な材料を含むことができる。また、ＴＣＯ材料は、付加的なドーパント及び成分を含んでもよいことを理解されたい。例えば、酸化亜鉛は、更に、アルミニウム、ガリウム、ボロンのようなドーパント、及び他の適当なドーパントを含むことができる。一実施形態において、酸化亜鉛は、５原子％以下のドーパントを含む。別の実施形態において、酸化亜鉛は、２．５原子％以下のアルミニウムを含む。ある場合に、基板１０４は、ガラス製造者により第１のＴＣＯ層１０５が既に設けられて、供給されてもよい。
【００１６】
[0021]頂部セル１０６は、ｐドープ層１１０、真性層１１２、及びｎドープ層１１４を含むことができる。ｐドープ層１１０は、元素の周期律表のIII族から選択された元素によりドープされたシリコン系材料を含むことができる。一実施形態において、ｐドープ層１１０は、ボロンドープのシリコンを含んでもよい。ｎドープ層１１４は、元素の周期律表のＶ族から選択された元素によりドープされたシリコン系材料を含むことができる。一実施形態において、ｎドープ層１１４は、燐ドープのシリコンを含むことができる。ドープされたシリコン膜１１０、１１４は、厚みが約５ｎｍから約５０ｎｍのアモルファスシリコン、多結晶シリコン、又は微結晶シリコンを含むことができる。一実施形態において、ｐドープ層１１０は、約６０Åから約３００Åの厚みに形成することができる。一実施形態において、ｎドープ層１１４は、約１００Åから約４００Åの厚みに形成することができる。頂部セル１０６は、その全体を同じ処理チャンバー内で堆積することができる。一実施形態において、ｐドープ層１１０、真性層１１２、及びｎドープ層１１４は、別々のチャンバーにおいて堆積することができる。別の実施形態では、ｐドープ層１１０を第１チャンバーにおいて堆積し、一方、真性層１１２及びｎドープ層１１４を第２チャンバーにおいて堆積することができる。頂部セル１０６の各層をＰＥＣＶＤプロセスにより堆積することができる。
【００１７】
[0022]真性層１１２は、真性アモルファスシリコンを含むことができる。真性層１１２は、約１０００Åから約４０００Åの厚みに堆積することができる。別の実施形態において、真性層１１２は、約１５００Åから約３５００Åの厚みに形成することができる。一実施形態において、真性層１１２は、約３０００Åの厚みに堆積することができる。真性層１１２は、約２００℃の温度において約０．１Ｗ／ｃｍ２の電力密度（即ち、基板の面積当たりの電力）を使用して堆積することができる。
【００１８】
[0023]底部セル１０８は、ｐドープ層１１６、真性層１１８、及びｎドープ層１２０を含むことができる。一実施形態において、ｐドープ層１１６、真性層１１８、及びｎドープ層１２０は、同じチャンバーにおいて堆積することができる。別の実施形態において、ｐドープ層１１６、真性層１１８、及びｎドープ層１２０は、個別のチャンバーにおいて堆積することができる。更に別の実施形態では、ｐドープ層１１６を第１チャンバーにおいて堆積し、一方、真性層１１８及びｎドープ層１２０を第２チャンバーにおいて堆積することができる。ｐドープ層１１６及びｎドープ層１２０は、頂部セル１０６に関して上述したものと同じでよい。ある実施形態において、ｐドープ層１１６は、約１００Åから約４００Åの厚みに形成することができる。ある実施形態において、ｎドープ層１２０は、約１００Åから約５００Åの厚みに形成することができる。
【００１９】
[0024]他方、真性層１１８は、真性微結晶シリコンを含むことができる。微結晶シリコンは、アモルファスシリコンより吸収係数が非常に低い。それ故、真性微結晶シリコン層１１８は、真性アモルファスシリコン層１１２より著しく厚くする必要がある。一実施形態において、真性微結晶シリコン層１１８は、約１００００Åから約３００００Åの厚みでよい。別の実施形態において、真性微結晶シリコン層１１８は、約１μｍから約２μｍの厚みでよい。真性微結晶シリコン層１１８は、真性アモルファスシリコン層１１２より著しく厚いので、真性微結晶シリコン層は、真性アモルファスシリコン層１１２に比して、堆積するのに著しく長い時間を要することがある。
【００２０】
[0025]金属バッキング層１３０は、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、その合金、又はその組合せより成るグループから選択された材料を含むが、それらに限定されない。レーザースクライビングプロセスのような他のプロセスを遂行して、ソーラーセル１００を形成することもできる。金属バッキング層１３０の上に他の膜、材料、基板、及び／又はパッケージングを設けて、ソーラーセルを完成することができる。ソーラーセルを相互接続してモジュールを形成し、それらを接続してアレイを形成することができる。
【００２１】
[0026]図２は、複数のプロセスチャンバー２３１−２３７、例えば、図３のＰＥＣＶＤチャンバー３００、又はシリコン膜を堆積できる他の適当なチャンバーを有する処理システム２００の一実施形態を示す概略上面図である。処理システム２００は、ロードロックチャンバー２１０及びプロセスチャンバー２３１−２３７に結合された移送チャンバー２２０を備えている。ロードロックチャンバー２１０は、基板を、システム外部の周囲環境と、移送チャンバー２２０及びプロセスチャンバー２３１−２３７内の真空環境との間で移送できるようにする。ロードロックチャンバー２１０は、１つ以上の基板を保持する１つ以上の排気可能な領域を備えている。排気可能な領域は、基板をシステム２００へ入力する間にポンプダウンされ、基板をシステム２００から出力する間に通気される。移送チャンバー２２０には、ロードロックチャンバー２１０とプロセスチャンバー２３１−２３７との間で基板を移送するように適応される少なくとも１つの真空ロボット２２２が配置されている。図２には７つのプロセスチャンバーが示されているが、システムは、適当な数のプロセスチャンバーを有してもよい。
【００２２】
[0027]図３は、図１のソーラーセル１００のようなソーラーセルの１つ以上の膜を堆積できるＰＥＣＶＤチャンバー３００の一実施形態の概略断面図である。１つの適当なＰＥＣＶＤチャンバーが、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から入手できる。他の製造社からのものを含む他の堆積チャンバーを使用して、本発明を実施できることが意図される。
【００２３】
[0028]チャンバー３００は、一般に、壁３０２と、底部３０４と、シャワーヘッド３１０と、基板支持体３３０とを備え、これらは、処理容積部３０６を画成する。処理容積部は、チャンバー３００へ基板３０１を移送及びチャンバー３００から基板３０１を移送できるようにバルブ３０８を通してアクセスされる。基板支持体３３０は、基板を支持するための基板受け入れ面３３２と、基板支持体３３０を上下動するためにリフトシステム３３６に結合されたステム３３４とを備えている。基板３０１の周囲にシャドーフレーム３３３を置くのも任意である。基板受け入れ面３３２へ基板３０１を移動及び基板受け入れ面３３２から基板３０１を移動するために基板支持体３３０を通してリフトピン３３８が可動に配置される。また、基板支持体３３０は、基板支持体３３０を所望の温度に維持するために加熱素子３４０及び／又は冷却素子３３９を含むこともできる。また、基板支持体３３０は、基板支持体３３０の周囲にＲＦ接地を与えるために接地ストラップ３３１を含むこともできる。
【００２４】
[0029]シャワーヘッド３１０は、その周囲においてサスペンション３１４によりバッキングプレート３１２に結合される。また、シャワーヘッド３１０は、そのたるみを防止し、及び／又はシャワーヘッド３１０の直線性／湾曲性を制御する上で助けとなるように、１つ以上の中央支持体３１６によりバッキングプレートに結合することもできる。ガス源３２０がバッキングプレート３１２に結合され、バッキングプレート３１２及びシャワーヘッド３１０を通して基板受け入れ面３３２へガスを供給する。真空ポンプ３０９がチャンバー３００に結合され、処理容積部３０６を所望の圧力に制御する。ＲＦ電源３２２がバッキングプレート３１２及び／又はシャワーヘッド３１０に結合されて、シャワーヘッド３１０にＲＦ電力を供給し、シャワーヘッド３１０と基板支持体３３０との間に電界を生成して、シャワーヘッド３１０と基板支持体３３０との間でガスからプラズマを発生できるようにする。約０．３ＭＨｚから約２００ＭＨｚの周波数のような種々のＲＦ周波数を使用することができる。一実施形態では、１３．５６ＭＨｚの周波数のＲＦ電源が設けられる。
【００２５】
[0030]また、ガス源とバッキングプレートとの間には誘導性結合のリモートプラズマ源のようなリモートプラズマ源３２４を結合することもできる。基板処理と基板処理との間に、リモートプラズマ源３２４へ洗浄ガスを供給し、チャンバーコンポーネントの洗浄のためにリモートプラズマを発生して与えることができる。洗浄ガスは、シャワーヘッドに与えられるＲＦ電源３２２によって更に励起することができる。適当な洗浄ガスは、ＮＦ３、Ｆ２、及びＳＦ６を含むが、これに限定されない。
【００２６】
[0031]微結晶シリコンの堆積速度は、電力密度を高めることにより増加できる。一実施形態では、真性微結晶シリコン層１１８を堆積するのに約１Ｗ／ｃｍ２の電力密度を使用することができる。電力密度が高いほど、処理温度が高い。処理温度が約２４０℃以上になると、ｐドープ層１１０のボロンドーパントが、真性アモルファスシリコン層１１２へ拡散して、ソーラーセルの性能を低下させることがある。それ故、基板を２４０℃より低い温度に維持するのが効果的である。ここに述べる動的な温度制御を与えることにより、基板温度を、２４０℃より低い所定の実質的に一定の温度に維持することができる。
【００２７】
[0032]図４Ａ−４Ｃは、本発明の実施形態による微結晶シリコン堆積中の基板及びサセプタの温度を示すグラフである。各々の図４Ａ−図４Ｃにおいて、微結晶シリコンは、１．２Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度を適用しながら約７００Å／分の堆積速度で堆積され、約２８分で約２μｍの微結晶シリコンを堆積した。図４Ａにおいて、基板又はサセプタの能動的な加熱も冷却も行わず、サセプタは、曲線４０２で示すように、約１８０℃の初期値からプラズマのために約２２０℃まで温度が上昇する。他方、基板は、曲線４０４で示すように、堆積開始の約１８０℃の温度からプラズマのために約２４０℃まで上昇する。基板は、頂部セルのｐドープシリコン層のボロンが頂部セルの真性アモルファスシリコン層へ拡散してソーラーセルの性能を低下させ得る温度に到達する。
【００２８】
[0033]図４Ｂは、真性微結晶シリコン層堆積プロセス中の基板及びサセプタの温度を示すもので、ここでは、サセプタの温度は、サセプタに加熱及び／又は冷却を与えることにより、曲線４０８で示すように、１８０℃の温度に一定に保持される。サセプタを約１８０℃の一定温度に制御することにより、基板の温度は、曲線４０６で示すように、１８０℃のその初期温度から約２２０℃に上昇し得る。従って、サセプタの温度を一定の温度に維持することにより、基板の温度を、ボロンが頂部セルのアモルファスシリコン層へ拡散するスレッシュホールド温度未満に留めるように制御することができる。
【００２９】
[0034]堆積中の基板の温度が高いほど、真性微結晶膜の品質が良好である。従って、図４Ｂに示す実施形態では、基板の温度が変化すると、微結晶シリコンは、真性微結晶シリコン層全体にわたり品質を変化又は低下させることになる。図４Ｃは、真性微結晶シリコン層を堆積するための最適な堆積条件を示す。図４Ｃに示すように、基板の温度は、曲線４１０で示すように、２２０℃に一定に保持される。他方、サセプタは、２２０℃の温度でスタートするが、曲線４１２でしめすように、約１８０℃の温度まで徐々に下降する。２２０℃の一定基板温度は、ボロンが頂部セルのアモルファスシリコン層へ拡散するスレッシュホールドより低く、高品質の真性微結晶膜を形成できるに充分な高さであり、且つ底部セル全体にわたり実質的に同じ品質の真性微結晶シリコンが存在するように一定である。
【００３０】
[0035]一定の基板温度は、サセプタの温度を制御することにより達成される。図５は、動的な温度制御プロセスのフローチャート５００である。図４Ｃに示す領域Ａにおいて、サセプタは、微結晶シリコン堆積を開始するために最初に２２０℃の温度に加熱される（項目５０２）。例示的な目的で２２０℃の温度が選択されているが、ユーザにより温度を選択できることを理解されたい。選択される温度は、隣接層の汚染及びソーラーセルデバイスの潜在的な故障を回避できるように、ドーパントが隣接層へ拡散し得る温度より低くなければならない。一実施形態において、この温度は、約１８０℃から約２３５℃でよい。別の実施形態において、この温度は、約１９５℃から約２０５℃でよい。
【００３１】
[0036]堆積プロセスがスタートすると、処理チャンバーにプラズマが形成され、温度の補償を行わないと、堆積プロセスが進行するにつれて、基板の温度を上昇させることになる。プラズマにより生じる加熱を補償するために、サセプタへ送られる加熱出力の量を下げることにより、サセプタの温度を下降することができる。従って、プラズマから供給される熱の増加及びサセプタから供給される熱の減少を同時に生じさせることで、基板は実質的に一定の温度を維持する（項目５０４）。
【００３２】
[0037]熱電対を使用して基板温度を測定することができる。熱電対からコントローラへのリアルタイムフィードバックは、サセプタによる基板の加熱及び／又は冷却の実質的に瞬時の温度調整を許容する。それ故、選択された堆積温度からのずれが熱電対により検出されると、加熱又は冷却の量に関してサセプタからの応答を開始することができる。
【００３３】
[0038]結局、単にサセプタの加熱出力を少なくすることにより、サセプタから供給される熱が減少される速度よりも速い速度でプラズマの熱は基板を加熱し始める。プラズマの加熱速度がサセプタからの減少速度より高いところの遷移点は、領域Ａと領域Ｂとの間の境界を定める。
【００３４】
[0039]領域Ｂ内では、サセプタへ送られる加熱出力が徐々に減少され、一方、サセプタへの冷却出力が開始されて徐々に増加される（項目５０６）。サセプタへの冷却の増加と加熱の減少が結び付いて、プラズマにより与えられる基板への加熱と実質的にバランスし、サセプタの温度を下げるように貢献する。結局、サセプタに与えられる加熱出力がゼロに達し、サセプタは、基板へ熱を加えることがない。むしろ、サセプタに与えられる冷却出力は、サセプタがプラズマ及び基板から熱を引き出して、基板が実質的に一定の温度を維持できるようにする。サセプタへの加熱出力がゼロに等しくなる遷移点は、領域Ｂと領域Ｃとの間の境界を定める。一実施形態において、サセプタへ送られる加熱出力は領域Ｂにおいて完全に排除される一方、サセプタへの冷却出力は、基板を実質的に一定の温度に維持するために、それに応じて調整することができる。
【００３５】
[0040]領域Ｃ内では、微結晶シリコン堆積中にサセプタへ冷却出力を与え続けることができる（項目５０８）。領域Ｃの始めに、プラズマが処理チャンバーの温度を上昇し続けるので、サセプタへの冷却出力に僅かな増加が生じるが、プラズマが定常温度に到達すると、サセプタへの冷却出力は、実質的に一定に留まり、基板を実質的に一定の温度に且つサセプタを実質的に一定の温度に維持することができる。領域Ｃにおける堆積時間は、領域Ａにおける堆積時間より長くてよい。
【００３６】
[0041]基板のリアルタイム温度測定を行ってコントローラがサセプタへの加熱出力及び冷却出力を制御できるように、１つ以上の熱電対が処理チャンバーに存在し及び／又はサセプタ内に埋め込まれてもよい。リアルタイムフィードバックは、基板を実質的に一定の温度に維持するためにサセプタの動的な温度制御を行えるようにする。
【００３７】
[0042]サセプタの動的な温度制御は、真性微結晶シリコン堆積中に基板を実質的に一定の温度に保持できるようにする。堆積温度は、ソーラーセルを性能低下せずに膜の品質及び微結晶シリコンの堆積速度を最大にするように予め選択することができる。サセプタの動的温度制御は、ソーラーセルにおいてアモルファスシリコンに対して真性微結晶シリコンを使用する利点を、スループットの欠点に勝るようにするに充分なものである。
【００３８】
[0043]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の実施形態及び更に別の実施形態を案出することができ、それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１００…デュアルタンデムソーラーセル、１０２…太陽、１０４…基板、１０５…第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層、１０６…頂部セル、１０８…底部セル、１１０…ｐドープ層、１１２…第２のＴＣＯ層（真性層）、１１４…ｎドープ層、１１６…ｐドープ層、１１８…真性微結晶シリコン層、１２０…ｎドープ層、１２５…第２のＴＣＯ層、１３０…金属バッキング層、２００…処理システム、２１０…ロードロックチャンバー、２２０…移送チャンバー、２３１〜２３７…プロセスチャンバー、３００…ＰＥＣＶＤチャンバー、３０１…基板、３０２…壁、３０４…底部、３０６…プロセス容積部、３０８…バルブ、３０９…ポンプ、３１０…シャワーヘッド、３１２…バッキングプレート、３１４…サスペンション、３２０…ガス源、３２２…ＲＦ電源、３２４…リモートプラズマ源、３３０…基板支持体、３３１…接地ストラップ、３３２…基板受け入れ面、３３３…シャドーフレーム、３３４…ステム、３３６…リフトシステム、３３８…リフトピン、３３９…冷却素子、３４０…加熱素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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