(57)【要約】【課題】  透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層をスパッタ堆積させる方法を提供する。【解決手段】  透明導電性酸化物層は、光起電力デバイスにおいて背面反射体として用いることができる。一実施形態において、方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、第一スパッタ堆積ステップにより基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成するステップと、第二スパッタ堆積ステップにより透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップとを含む。【選択図】  図３
2010514920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
第一スパッタ堆積ステップにより該基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成するステップと；
第二スパッタ堆積ステップにより透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該透明導電性酸化物層の該第一部分を形成する該ステップが：
該処理チャンバに第一ガス混合物を供給する工程と；
該処理チャンバ内に配置されたターゲットからの原料物質をスパッタする工程と；
スパッタされた該物質と該第一ガス混合物とを反応させる工程と；
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該透明導電性酸化物層の該第二部分を形成する該ステップが：
該処理チャンバに第二ガス混合物を供給する工程と；
該ターゲットからの原料物質をスパッタする工程と；
スパッタした該物質と該第二ガス混合物とを反応させる工程と；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該第一ガス混合物を供給する該ステップが：
Ｏ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ及びＨ２Ｏからなる群より選ばれる該第一ガス混合物を供給する工程；
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
該第一ガス混合物が、Ｏ２とＡｒとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
該ターゲットが、Ｚｎ、Ｚｎ合金、ＺｎとＡｌの合金、ＺｎとＧａの合金及びセラミック酸化Ｚｎの少なくとも一つから製造される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
該第一ガス混合物を供給する該ステップが：
スパッタリング中、該第一ガス混合物の流量を調整する工程；
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
該ターゲットからの原料物質をスパッタする該ステップが：
該ターゲットに第一電力を印加する工程；
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
該電力を供給する該ステップが：
該第一スパッタ堆積ステップ中、該ターゲットに印加される該第一電力を調整する工程；
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
該透明導電性酸化物層の該第二部分を形成する該ステップが：
Ｏ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ及びＨ２Ｏからなる群より選ばれる該第二ガス混合物を供給する工程；
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
該第二ガス混合物が、Ｏ２とＡｒとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
該第二ガス混合物を供給する該ステップが：
スパッタリング中に、該第二ガス混合物の流量を調整する工程；
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
該ターゲットからの原料物質をスパッタする該ステップが：
該ターゲットに第二電力を印加する工程；
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
該第二電力を印加する該ステップが：
該第二スパッタ堆積ステップ中、該ターゲットに印加される該第二電力を調整する工程；
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
該透明導電性酸化物層が、光起電力デバイスにおいて背面反射体として用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
該処理チャンバにガス混合物を供給するステップと；
該処理チャンバ内に配置されたターゲットからの原料物質をスパッタして、透明導電性酸化物層の第一部分を堆積させるステップと；
スパッタリング中、該処理チャンバに供給される該ガス混合物の流量を調整するステップと；
該基板上に透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項１７】
該ターゲットから原料物質をスパッタする該ステップが：
スパッタリング中、該ターゲットに印加される電力を調整する工程；
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該透明導電性酸化物層が、ＺｎＯ層である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
該ガス混合物が、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ及びＨ２Ｏからなる群より選ばれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
該ターゲットが、Ｚｎ、Ｚｎ合金、ＺｎとＡｌの合金、ＺｎとＧａの合金、及びセラミック酸化Ｚｎの少なくとも一つから製造される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
該処理チャンバに第一ガス混合物を供給するステップと；
処理チャンバ内に配置されたＺｎ含有ターゲットからの原料物質をスパッタするステップと；
スパッタされた該原料物質と該第一ガス混合物とを反応させて、該基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成するステップと；
該処理チャンバに該第二ガス混合物を供給し、スパッタされた該原料物質と反応させるステップと；
該基板上に該透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２２】
スパッタリング中、該第一ガス混合物と該第二ガス混合物のガス流量を調整するステップ；
を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
該処理チャンバに酸素ガスを有する第一ガス混合物を供給するステップと；
該処理チャンバ内に配置されたＺｎ含有ターゲットから原料物質をスパッタするステップと；
スパッタされた該原料物質と該第一ガス混合物とを反応させて、該基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成させるステップと；
該処理チャンバに酸素ガスを有する第二ガス混合物を供給し、スパッタされた該原料物質と反応させるステップであって、該第二ガス混合物中の該酸素ガス流が該第一ガス混合物中の該酸素ガス流より多い、前記ステップと；
該基板上に該透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２４】
該透明導電性酸化物層の該第二部分が、該透明導電性酸化物層の該第一部分より透過率が高い、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
原料物質をスパッタする該ステップが：
該ターゲットに供給される電力を調整する工程；
を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
該第一ガス混合物中の該ターゲットに供給される該電力が、該第二ガス混合物中に供給される該電力より小さい、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示内容の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明は、透明導電膜を堆積させる方法及び装置、より詳細には、光起電力デバイスのための透明導電膜を反応性スパッタリング堆積させる方法及び装置に関する。
【０００２】
背景技術の説明
[0002]光起電力（ＰＶ）デバイス或いは太陽電池セルは太陽光を直流（ＤＣ）電力に変換するデバイスである。ＰＶセル或いは太陽電池セルは、典型的には、一つ以上のｐ−n接合を持っている。各接合は半導体材料内における二つの異なる領域からなり、一方をp−型領域と言い、他方をn−型領域と言う。ＰＶセルのｐ−n接合が太陽光（光子からのエネルギからなる）に曝されると、太陽光は直接ＰＶ効果を通じて電気に変換される。ＰＶ太陽電池セルは、特定の量の電力を生成し、セルは所要量のシステム電力を分配する大きさのモジュールとなるようにタイル構成化される。ＰＶモジュールは、多数のＰＶ太陽電池セルを結合することによって作られ、次に特定のフレームとコネクタを用いてパネル状に接合される。
【０００３】
[0003]微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン膜(a−Ｓｉ)、多結晶シリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等を含む幾つかの種類のＰＶデバイスが用いられてＰＶデバイスを形成している。透明導電膜或いは透明導電性酸化物（ＴＣＯ）膜は、しばしばＰＶ太陽電池セルの最上部に配置される背面反射体（ｂａｃｋｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）としばしば呼ばれる上面電極として用いられる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）膜は光エネルギを不利な形で吸収したり反射したりすることなく太陽電池セルに太陽光を伝達するように可視或いはより高い波長域において高い光透過率を持っていなければならない。また、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）膜の低い接触抵抗と高い導電性は、高い光電交換効率と電力収集を与えるのに望ましい。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層のある程度のきめのある或いは粗い表面もまた、光散乱を促進することによって膜内に太陽光を捕捉することを援助するために望ましい。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）膜の過度の高不純物或いは汚染物質は、しばしばＴＣＯ膜と隣接する膜間の接合部において高い接触抵抗を生じ、それによりＰＶセル内のキャリアの移動性を低減させる。更に、ＴＣＯ膜の不充分な透明度は逆に外部環境に光を反射して戻すことになり、ＰＶセルに入る光を少なくしてしまい、光電変換効率を低減してしまう。
【０００４】
[0004]それ故、ＰＶセルに関して透明導電性酸化物膜を堆積させる改善された方法が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明においてＰＶセルに用いるのに適した透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層をスパッタ堆積させる方法を提供する。堆積方法は、全体のＴＣＯ層の導電性に不利な形での影響を与えることなく高い透明性を持つＴＣＯ層を与える。一実施形態において、スパッタ堆積させる方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、第一スパッタ堆積のステップにより基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成するステップと、第二スパッタ堆積のステップにより透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと、を含む。
【０００６】
[0006]他の実施形態において、透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、処理チャンバにガス混合物を供給するステップと、処理チャンバ内に配置されたターゲットからの原料物質をスパッタするステップと、スパッタリング中に処理チャンバに供給されるガス混合物の流量を調整するステップと、基板上に透明導電性酸化物層を形成するステップと、を含む。
【０００７】
[0007]更なる他の実施形態において、透明導電性酸化物層をスパッタ堆積させる方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、処理チャンバに第一ガス混合物を供給するステップと、処理チャンバに配置されたターゲットから原料物質をスパッタするステップと、スパッタした原料物質と第一ガス混合物とを反応させて、基板上に透明導電性酸化物層の第一部分を形成するステップと、処理チャンバに第二ガス混合物を供給し、スパッタした原料物質と反応させるステップと、基板上に透明導電性酸化物層の第二部分を形成するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
[0008]本発明の上記特徴が得られ、詳細に理解され得るように、上で簡単にまとめた、本発明のより具体的な説明は、添付の図面に示される実施形態によって参照されてもよい。
【図１】図１は、本発明のプロセスチャンバの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の結晶シリコンベースの薄膜ＰＶ太陽電池セルを示す例示的断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のＴＣＯ層を堆積させるプロセス流れ図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態のタンデム型ＰＶ太陽電池セルを示す例示的断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の三接合ＰＶ太陽電池セルを示す例示的断面図である。
【０００９】
[0014]理解を容易にするために、図に共通な同一の要素を示すのに、可能な範囲で同一の符号が用いられている。一実施形態の要素と特徴は、更に引用をすることなく他の実施形態に便宜的に取り込まれることがあり得ることは企図されている。
【００１０】
[0015]しかしながら、添付の図面は本発明の例示的実施形態のみを示しており、それ故、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきでなく、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容してもよいことは留意されるべきである。
【詳細な説明】
【００１１】
[0016]本発明は、太陽電池セルの製造に用いるのに適したＴＣＯ層をスパッタ堆積させる方法を提供する。一実施形態において、ＴＣＯ層は、スパッタリング中に異なるガス混合物及び／又は異なるガス流量を供給することによりスパッタ堆積され、それにより異なる且つ個々のプロセス要求に適合するように膜特性を調整する。他の実施形態において、ＴＣＯ層は、スパッタリング中に異なる酸素ガスの流量を供給することによって太陽電池セルユニットの背面反射体としてスパッタ堆積され、それにより異なる且つ個々のプロセス要求に適合するように膜特性を調整する。また他の実施形態において、ＴＣＯ層は、所要の温度で第一スパッタリングと第二スパッタリング中、異なる酸素ガスの流量を供給することによって太陽電池セルユニットの背面反射体としてスパッタ堆積され、それにより異なる且つ個々のプロセス要求に適合するように膜特性を調整する。
【００１２】
[0017]図１は、本発明の一実施形態に従って材料をスパッタ堆積するのに適した例示的反応性スパッタプロセスチャンバ１００を示す図である。本発明から利益を得るように適合されるプロセスチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能であるＰＶＤ処理チャンバである。他の製造業者からのものを含む他のスパッタプロセスチャンバが本発明を実施するように適合されてもよいことは企図されることである。
【００１３】
[0018]プロセスチャンバ１００は、その中に画成される処理容積１１８を持つチャンバ本体１０８を含む。チャンバ本体１０８は、側壁１１０と底部１４６を有している。プロセスチャンバ１００のチャンバ本体１０８と関連する構成部品の寸法は制限されず、一般に処理される基板１１４の大きさより比例的に大きなものである。いかなる適切な大きさのものも処理可能である。適切な基板の大きさの例は、表面積が約２０００平方センチメートル以上、例えば、約４０００平方センチメートル以上、例えば、約１００００平方センチメートル以上である基板を含む。一実施形態において、表面積が約５００００平方センチメートル以上である基板が処理されてもよい。
【００１４】
[0019]チャンバリッドアセンブリ１０４は、チャンバ本体１０８の最上部に取り付けられている。チャンバ本体１０８は、アルミニウム或いは他の適切な材料から製造することができる。基板アクセスポート１３０は、チャンバ本体１０８の側壁１１０を通って形成され、プロセスチャンバ１００の内外に基板１１４(即ち、太陽電池パネル、フラットパネル表示基板、半導体ウエハ或いは他の工作物)の搬送を容易にする。アクセスポート１３０は、基板処理システムの搬送チャンバ及び／又は他のチャンバに結合されてもよい。
【００１５】
[0020]ガス源１２８は、処理容積１１８にプロセスガスを供給するようにチャンバ本体に結合される。一実施形態において、プロセスガスは、不活性ガス、非反応性ガス、反応性ガスが含まれてもよい。ガス源１２８から供給することができるプロセスガスの例としては、特に、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素ガス（Ｎ２）、酸素ガス（Ｏ２）、及びＨ２Ｏが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
[0021]ポンピングポート１５０は、チャンバ本体１０８の底部１４６を通って形成される。ポンピングデバイスを処理容積１１８に結合して、その中の圧力を排気し制御する。一実施形態において、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、１トール以下に保持されてもよい。他の実施形態においいて、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、１０−３トール以下に保持されてもよい。更に他の実施形態において、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、約１０−５トール〜１０−７トールに保持されてもよい。他の実施形態において、プロセスチャンバ１００の圧力レベルは、１０−７トール以下に保持されてもよい。
【００１７】
[0022]リッドアセンブリ１０４は、一般に、ターゲット１２０とそれに結合される接地シールドアセンブリ１２６とを含む。ターゲット１２０は、ＰＶＤプロセス中、基板１１４の表面にスパッタされ堆積され得る物質源を与える。ターゲット１２０或いはターゲットプレートは、堆積化学種に用いられる物質から製造されてもよい。電源１３２のような高電圧電源をターゲット１２０に接続して、ターゲット１２０からの物質をスパッタすることを容易にする。一実施形態において、ターゲット１２０は、亜鉛（Ｚｎ）金属を含有する材料から製造されてもよい。他の実施形態において、ターゲット１２０は、金属亜鉛（Ｚｎ）ターゲット、亜鉛合金、亜鉛とアルミニウムの合金、亜鉛とガリウムの合金、亜鉛含有セラミック酸化物ターゲット等を含む材料から製造されてもよい。
【００１８】
[0023]ターゲット１２０は、一般に、周辺部１２４と中央部１１６を含む。周辺部１２４は、チャンバの側壁１１０の上に配置される。ターゲット１２０の中央部は、基板支持体１３８上に配置される基板１１４の表面に向けてわずかに広がった曲面を持っている。ターゲット１２０と基板支持体１３８の間の間隔は、約５０ｍｍ〜１５０ｍｍに保持される。ターゲット１２０の寸法、形状、材料、構成、直径が個々のプロセス或いは基板の要求に対して変動してもよいことは留意されることである。一実施形態において、ターゲット１２０は、更に基板表面上にスパッタされるのに望ましい材料で結合され更に／又は製造される中央部を持つバッキングプレートを含むことができる。ターゲット１２０は、ターゲットを共に形成する隣接するタイル或いはセグメント材料を含んでもよい。
【００１９】
[0024]場合により、リッドアセンブリ１０４は、更に、処理中、ターゲット１２０からの効率的なスパッタ材料を増強するターゲット１２０の上に取り付けられたマグネトロンアセンブリ１０２を備えることができる。マグネトロンアセンブリの例としては、特に、線状マグネトロン、蛇行マグネトロン、らせん状マグネトロン、二本指状マグネトロン、矩形のらせん状マグネトロンが挙げられる。
【００２０】
[0025]リッドアセンブリ１０４の接地シールドアセンブリ１２６は、接地フレーム１０６と接地シールド１１２を含んでいる。接地シールドアセンブリ１２６は、また、他のチャンバシールド部材、ターゲットシールド部材、暗空間シールド、暗空間シールド枠を含んでもよい。接地シールド１１２は、プロセス容積１１８内のターゲット１２０の中央部の下に上部処理領域１５４を画成する接地フレーム１０６によって周辺部１２４に結合される。接地フレーム１０６は、側壁１１０を通って処理チャンバ１００のチャンバ本体１０８に接地通路を与えつつ、ターゲット１２０から接地シールド１１２を電気的に絶縁する。接地シールド１１２は、上部処理領域内で処理中に生成されるプラズマを抑制し、ターゲット１２０の区切られた中央部１１６からターゲットの原料物質を除去し、それにより除去されたターゲットソースがチャンバの側壁でなく基板表面に主に堆積されることを可能にする。一実施形態において、接地シールド１１２は、一つ以上の工作物及び／又は当該技術において既知のプロセス、例えば、溶接、接着、高圧による圧着等で結合する多くの部品で形成されてもよい。
【００２１】
[0026]チャンバ本体１０８の底部１４６を通じて伸びているシャフト１４０は、リフト機構に結合している。リフト機構１４４は、下方の搬送位置と上方の処理位置の間の基板支持体を移動させるように構成される。ベロー１４２は、シャフト１４０の周囲に取り付けられ、基板支持体１３８に結合して、その間の可撓性シール構造を与え、それによりチャンバ処理容積１１８の真空の完全性を保持する。
【００２２】
[0027]シャドウフレーム１２２は、基板支持体の周囲領域に配置され、ターゲット１２０から基板表面の望ましい部分にスパッタされる原料物質の堆積を限定するように構成される。チャンバシールド１３６は、チャンバ本体１０８の内壁に配置され、基板支持体１３８の周りに配置されたシャドウフレーム１２２を支持するように構成される処理容積１１８の内側に伸びたリップ１５６を有してもよい。基板支持体１３８が処理のために上方の位置に持ち上げられるので、基板支持体１３８上に配置された基板１１４の外縁はシャドウフレーム１２２によって係合され、シャドウフレーム１２２が持ち上げられ、チャンバシールド１３６から隔置される。基板支持体１３８が基板搬送ポート１３０に隣接する搬送位置まで下げられると、シャドウフレーム１１２はチャンバシールド１３６の上に再設置される。リフトピン(図示せず)が基板支持体１３８を通って選択的に移動して、基板支持体１３８の上の基板１１４を持ち上げて、搬送ロボット或いは他の適当な搬送機構によって基板１１４への接近を容易にする。
【００２３】
[0028]コントローラ１４８は、プロセスチャンバ１００に結合される。コントローラ１４８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１６０と、メモリ１５８と、支援回路１６２を含んでいる。コントローラ１４８を用いて、プロセスシーケンスを制御し、チャンバ１００内にガス源１２８からのガス流を調整するとともにターゲット１２０のイオン衝撃を制御する。ＣＰＵ１６０は、工業環境内で使用し得る汎用計算機のいずれの形式のものであってもよい。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピ或いはハードディスク駆動のもの或いは他の形式のディジタル記憶のような記憶装置１５８に記憶することができる。支援回路１６２は、ＣＰＵ１６０に従来の方法で結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を備えてもよい。ＣＰＵ１６０によって実行されるとき、ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵをプロセスが本発明に従って行われるようにプロセスチャンバ１００を制御する特定の目的の計算機（コントローラ）１４８に変換する。ソフトウェアルーチンは、また、チャンバ１００から離れて位置する第二コントローラ(図示せず)によって記憶され更に／又は実行されることもある。
【００２４】
[0029]処理中、材料がターゲット１２０からスパッタされ、基板１１４の表面に堆積される。ターゲット１２０と基板支持体１３８は、電源１３２によって相互に対してバイアスの電圧がかけられて、ガス源１２８によって供給されるプロセスガスから形成されるプラズマを維持する。プラズマからのイオンは、ターゲット１２０に向かって加速されて衝突し、ターゲット材料をターゲット１２０から除去させる。除去されたターゲット材料とプロセスガスが基板上に所要の組成を持った層を形成する。
【００２５】
[0030]図２は、本発明の一実施形態のアモルファスシリコンベースの薄膜ＰＶ太陽電池セル２００を示す例示的断面図である。アモルファスシリコンベースの薄膜ＰＶ太陽電池セル２００は、基板１１４を含んでいる。基板１１４は、金属、プラスチック、有機材料、シリコン、ガラス、石英、又はポリマー、又は他の適切な材料の薄いシートであってもよい。基板１１４の表面積は、約１平方メートルを超え、例えば、約２平方メートルを超えてもよい。或いはまた、薄膜ＰＶ太陽電池セル２００は、必要に応じて結晶、微結晶又は他の種類のシリコンベースの薄膜として製造されてもよい。
【００２６】
[0031]光電変換ユニット２１４は、基板１１４上に配置されたＴＣＯ層２０２上に形成される。光電変換ユニット２１４は、ｐ型半導体層２０４と、ｎ型半導体層２０８と、光電変換層としてそれらの間に挟みこまれた真性型(ｉ型)半導体層２０６を含んでいる。選択的誘電体層(図示せず)が基板１１４とＴＣＯ層２０２の間に配置されることもある。一実施形態において、選択的誘電体層は、ＳｉＯＮ或いは酸化シリコン（ＳｉＯ２）層であってもよい。
【００２７】
[0032]ｐ型とｎ型の半導体層２０４、２０８は、III族或いはＶ族のいずれかから選ばれる元素によってドープされたシリコンベースの材料であってもよい。III族元素でドープされたシリコンの薄膜は、ｐ型シリコン膜と呼ばれ、Ｖ族の元素でドープされたシリコンの薄膜はｎ型シリコン膜と呼ばれる。一実施形態において、ｎ型半導体層２０８は、リンドープリコン膜であってもよく、ｐ型半導体層２０４は、ホウ素ドープシリコン膜であってもよい。ドープされたシリコン膜２０４、２０８は、厚さが約５ｎｍ〜５０ｎｍのアモルファスシリコン膜(ａ−Ｓｉ)と、多結晶膜(ｐｏｌｙ−Ｓｉ)と、微結晶膜（μｃ−Ｓｉ）とを含む。或いはまた、半導体層２０４、２０８においてドープされる元素は、ＰＶ太陽電池セル２００のデバイス要求に適合するように選択されてもよい。ｎ型とｐ型との半導体層２０４、２０８は、ＣＶＤプロセス或いは他の適切な堆積プロセスによって堆積されてもよい。
【００２８】
[0033]ｉ型半導体層２０６は、非ドープ型のシリコンベース膜である。ｉ型半導体層２０６は、光電変換効率が改良された膜特性を与えるように制御されたプロセス条件下で堆積させてもよい。一実施形態において、ｉ型半導体層２０６は、ｉ型多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)、又は水素化アモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)によって製造されてもよい。
【００２９】
[0034]光電変換ユニット２１４がＴＣＯ層２０２上に形成された後、背面反射体２１６が光電変換ユニット２１４上に配置される。一実施形態において、背面反射体２１６は、透過導電性酸化物（ＴＣＯ）層２１０と導電層２１２を含む積層膜によって形成されてもよい。導電層２１２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、又はこれらの合金の少なくとも一つであってもよい。透過（transmitting）導電性酸化物（ＴＣＯ）層２１０は、基板１１４上に形成されるＴＣＯ層２０２と同様の材料から製造されてもよい。透過導電性酸化物（ＴＣＯ）層２０２、２１０は、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はこれらの組み合わせからなる選ばれた群より製造されてもよい。
【００３０】
[0035]図２に示される実施形態において、透過導電性酸化物（ＴＣＯ）層２０２、２１０の少なくとも一つは、本発明の反応性スパッタ堆積によって製造される。ＴＣＯ層２０２、２１０のスパッタ堆積プロセスは、図１に記載されるように、処理チャンバ１００内で行われてもよい。
【００３１】
[0036]図３は、基板１１４上に或いは光電変換ユニット２１４上にＴＣＯ層２０２、２１０のようなＴＣＯ層を堆積させるためのスパッタリング堆積プロセス３００の一実施形態の流れ図である。プロセス３００は、コントローラ１４８によって実行される場合に、プロセス３００をプロセスチャンバ１００内で行わせる命令としてメモリ１５８に記憶されてもよい。図３に示される実施形態において、プロセス３００は、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社からの薄膜太陽電池ＰＥＣＶＥシステム内で行われる。
【００３２】
[0037]プロセス３００は、基板上にＴＣＯ層を堆積させるスパッタプロセスチャンバ内に基板を準備することによるステップ３０２で始まる。一実施形態において、ＴＣＯ層は、基板１１４上にＴＣＯ層２０２として堆積されてもよい。他の実施形態において、ＴＣＯ層は、背面反射体２１６としての光電変換ユニット２１４上にＴＣＯ層として堆積されてもよい。
【００３３】
[0038]ステップ３０４において、第一ステップのスパッタ堆積プロセスがＴＣＯ層の一部をスパッタ堆積するように行われる。第一ステップのスパッタ堆積プロセスは、更に以下に記載される第二スパッタリング堆積プロセスを用いて堆積されるＴＣＯ層の第二部分と異なる膜特性を持つＴＣＯ層の一部を堆積するように構成されてもよい。ＴＣＯ層が太陽電池セル２００に形成される異なる層に基づいて異なる膜特性要求を必要とする場合があるので、スパッタ堆積パラメータは、異なる化合物膜の構成と品質を生じるように変更されてもよい。例えば、底部ＴＣＯ層２０２は、上部ＴＣＯ層に比べて相対的に高いテクスチャ処理表面、高い透明性、高い導電性のような膜特性を必要とすることになる。高いテクスチャ処理表面は、基板１１４を通して伝達する入射光を促進して、底部ＴＣＯ層２０２に捕捉されることになり、それにより光伝達効率を最大にする。上部ＴＣＯ層２０２は同様に高い透明性を要求する場合があるが、しかしながら表面テクスチャに対する要求は底部ＴＣＯ層２０２のそれよりもずっと少ない。プロセス３００に記載されるスパッタ堆積プロセスが背面反射体として上部ＴＣＯ層２１０を形成するように用いられる実施形態において、光電変換ユニット２１４に接触する接合部において相対的に低いテクスチャ処理表面と高い透明性と高い導電性が望まれる。
【００３４】
[0039]第一ステップのスパッタリング中、ガス混合物が処理チャンバ１００に供給されて、ターゲット１２０からスパッタされる原料物質と反応させることができる。一実施形態において、ガス混合物は、反応性ガス、非反応性ガス、不活性ガス等を含んでもよい。反応性ガスと非反応性ガスの例としては、特に、Ｏ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、また、ＮＨ３、Ｈ２Ｏが挙げられるが、これらに限定されない。不活性ガスの例は、特に、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、及びＫｒが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３５】
[0040]図２に示される実施形態において、亜鉛（Ｚｎ）とアルミニウム（Ａｌ）の金属合金で作られる金属合金ターゲットは、スパッタプロセスのためのターゲット１２０の原料物質として用いられる。ＺｎとＡｌの金属合金ターゲット１２０に含まれるＡｌ金属の比率は、約０.５質量パーセント〜約５質量パーセントに制御される。高圧の電力が金属Ｚｎターゲット１２０に供給されるので、金属亜鉛の原料物質はＺｎ＋又はＺｎ２＋のような亜鉛イオンの形でターゲット１２０からスパッタされる。ターゲット１２０と基板支持体１３８の間のバイアス電力は、プロセスチャンバ１００内のガス混合物から形成されるプラズマを維持する。プラズマ中の不活性ガス或いはガス混合物から主として生成されるイオンは、ターゲット１２０からの物質を衝突させスパッタする。反応性ガスは成長するスパッタ膜と反応して、基板１１４上に所要の組成を持った層を形成する。ガス混合物及び／又は他のプロセスパラメータは、スパッタリング堆積プロセス中に変更されてもよく、それにより異なる膜品質要求に対する所要の膜特性を持つ勾配が生じる。
【００３６】
[0041]一実施形態において、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物はＯ２、Ａｒガス、又はこれらの組み合わせを含んでいる。Ｏ２ガスは、約０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、例えば、約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば、約１５ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの流量で供給することができる。或いはまた、Ｏ２のガス流は、チャンバ容積(リットル)あたり約０ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約２９ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり０.２８ｓｃｃｍ〜チャンバ容積あたり６ｓｃｃｍ、例えばチャンバ容積(リットル)あたり０.４３ｓｃｃｍ〜チャンバ容積あたり２.８９ｓｃｃｍのチャンバ容積あたりの流量で制御することができる。Ａｒガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば、約１００ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に供給することができる。或いはまた、Ａｒガス流は、チャンバ容積(リットル)あたり約２.８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約１４.４６ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり２.８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり７.２３ｓｃｃｍの流量で制御することができる。
【００３７】
[0042]Ｏ２ガス混合物から解離される酸素イオンは、ターゲットからスパッタされた亜鉛イオンと反応し、基板上のＴＣＯ層２０２或いは２１０の第一部分として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を形成する。ＲＦ電力が処理中ターゲット１２０に印加される。一実施形態において、ＲＦ電力密度は、平方センチメートルあたり約１００ミリワット〜平方センチメートルあたり約１００００ミリワット、例えば、平方センチメートルあたり約５００ミリワット〜平方センチメートルあたり約５０００ミリワット、例えば平方センチメートルあたり約１０００ミリワット〜平方センチメートルあたり約４５００ミリワットを供給することができる。或いはまた、ＤＣ電力は、平方センチメートルあたり約１０００ミリワット〜平方センチメートルあたり約３００００ミリワット、例えば、平方センチメートルあたり約５００ミリワット〜平方センチメートルあたり約１５００ミリワット、例えば、平方センチメートルあたり約１０００ミリワット〜平方センチメートルあたり約４５００ミリワットを供給することができる。
【００３８】
[0043]幾つかのプロセスパラメータは、ステップ３０４で調節されてもよい。一実施形態において、プロセスチャンバ１００内のガス混合物の圧力は、約０ミリトール〜約１００ミリトール、例えば、約１ミリトール〜約１０ミリトールに調節される。基板の温度は、摂氏約２５度〜摂氏約４００度、例えば、摂氏約１５０度〜摂氏約２５０度に保持される。処理時間は、所定の処理時間で処理されてもよく、層の所要の厚さが基板上に堆積された後に処理されてもよい。一実施形態において、プロセス時間は、約１５秒〜約１２００秒、例えば、約１２０秒〜約４００秒で処理されてもよい。他の実施形態において、処理時間は、処理され、ＴＣＯ層の第一部分の厚さが到達した場合に終了されてもよい。一実施形態において、ＴＣＯ層の第一部分の厚さは、約５０オングストローム〜約８０００オングストロームである。第一スパッタリングステップ３０４が最上部ＴＣＯ層２１０の第一部分を堆積するのに用いられる実施形態において、最上部ＴＣＯ層２１０の第一部分の厚さは１００オングストローム〜８００オングストロームに堆積される。第一スパッタリングステップ３０４が底部ＴＣＯ層２０２の第一部分を堆積するのに用いられる実施形態において、底部ＴＣＯ層２０２の第一部分の厚さは、１０００オングストローム〜８０００オングストロームに堆積される。異なる寸法の基板が処理されるのが望まれる実施形態において、異なる寸法を持つプロセスチャンバ内で構成される処理温度、圧力、間隔は、基板及び／又はチャンバの大きさの変更に応じて変更されることはない。
【００３９】
[0044]或いはまた、第一ステップのスパッタリング中、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物をＴＣＯ層の堆積中に変えて、層内に特性の勾配層を生成させてもよい。ターゲット１２０から原料物質をスパッタするのに印加される電力は同様に変えてもよい。一実施形態において、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物は、所要のガス流量に達するまで毎秒約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍに増減されてもよい。同様に、ターゲット１２０に印加される電力は、所要の処理電力が得られるまで、毎秒１０００ワット〜１００００ワットに増減されてもよい。
【００４０】
[0045]スパッタリングプロセスが太陽電池セル２００の背面反射体として上部ＴＣＯ層２１０を堆積させるのに用いられる実施形態において、堆積の第一ステップは、高い導電性と透明性とより少ないテクスチャ処理表面を持つＴＣＯ層２１０の第一部分を堆積させるように構成される。例えば、ＴＣＯ層２１０の第一部分は光電変換ユニット２１４と直接接触するので、ＴＣＯ層２１０の接合層は、高い導電性を持つ、例えば、金属元素のより高い比率を持ち、接触抵抗を低減し、それにより高い電気変換効率にすることが望まれる。一実施形態において、ＴＣＯ層２１０の第一接合部分の接触抵抗は、約１×Ｅ−２オーム−ｃｍ未満で、例えば、約１×Ｅ−２オーム−ｃｍ〜約１×Ｅ−４オーム−ｃｍである。接合層の高い導電性が望まれる実施形態において、Ｏ２ガス混合物は、相対的に少量で供給され、例えば、より少ないガス流量で供給されて、酸素に相対する金属Ｚｎの高い比率を持つスパッタ堆積された膜を生成する。或いはまた、電力の高い電圧がターゲット１２０に印加されて、Ｚｎの相対的に高い量をスパッタして、酸素元素に相対してＺｎ元素の高い比率を持つ望ましい膜を生成させる。上部ＴＣＯ層２１０は光電変換ユニット２１４上に形成されるので、上部ＴＣＯ層をスパッタ堆積させる処理温度は、比較的低い温度、例えば、摂氏３００度未満に制御されて、光電変換ユニットのシリコン膜の粒状組織損傷又は他の関連の熱損傷を防止することができる。一実施形態において、上部ＴＣＯ層をスパッタ堆積させるプロセス温度は、摂氏約１００度〜摂氏約３００度、例えば、摂氏約２５０度未満に制御することができる。
【００４１】
[0046]対照的に、底部ＴＣＯ層２０２として堆積されるＴＣＯ層に関しては、相対的に高いテクスチャ処理表面、高い膜導電性、高い膜透明性が望まれる。底部ＴＣＯ層２０２は基板１１４上に直接堆積されるので、底部ＴＣＯ層２０２をスパッタ堆積するための相対的により高いプロセス温度を、基板１１４が熱的に損傷されない限り用いることができる。例えば、基板１１４の材料が摂氏約４５０度より高い融点を持つガラス或いはセラミック材料である場合、より高いプロセス温度範囲、例えば、摂氏約３００度より高く摂氏約４５０度より低い温度範囲を用いて、高い透明性の膜を得ることができる。相対的により高い温度で堆積されるＴＣＯ層がより高いバルク膜導電性を持つので、上部ＴＣＯ層２１０のプロセス温度よりむしろより高い温度で堆積させてもよい底部ＴＣＯ層２０２は、上部バルクＴＣＯ層２１０のそれよりより高いバルク膜導電性を持つことになる。一実施形態において、底部ＴＣＯ層２０２は、上部ＴＣＯ層２１０の導電性より高い約１Ｅ−４オーム−ｃｍの電導度を持つ。
【００４２】
[0047]ステップ３０６において、第二ステップのスパッタ堆積プロセスは、ＴＣＯ層の第二部分の望ましい厚さ或いはＴＣＯ層の全体の厚さに到達するまでＴＣＯ層をスパッタ堆積するように行われる。第二ステップ３０６で処理チャンバ１００に供給されるプロセスパラメータとガス混合物は、堆積されたＴＣＯ層の第二部分が第一部分と異なる膜特性を持つように第一ステップとは異なってもよい。
【００４３】
[0048]ステップ３０６において第二ステップのスパッタリング堆積中、ステップ３０４で供給される第一ガス混合物と第一ガス混合物の流量は、第二ガス混合物とガス流量にスムーズに移行することができる。ガス混合物及び／又はガス流量の変化は、反応中金属と酸素の異なる比率を与え、それにより第一部分のそれに相対する亜鉛金属と酸素の異なる比率を持つＴＣＯ膜の第二部分を生じさせる。更に、ステップ３０４で印加された電力は、処理中スパッタされる金属の量を調整するようにステップ３０６で印加された電力とは異なってもよい。
【００４４】
[0049]第二スパッタリング堆積プロセスが背面反射体として用いられる最上部ＴＣＯ層２１０の上部第二部分を堆積させるのに用いられる実施形態において、ガス混合物の多量の量及び／又は流量が処理チャンバに供給されて、ＴＣＯ層２１０の第二部分に膜内の金属Ｚｎに相対する酸素のより高い比率を持たせる。例えば、ステップ３０４における第一スパッタリング堆積プロセスでのより低い酸素ガス流に相対する第二スパッタリング堆積プロセスでのより高い酸素ガス流を持つガス混合物を用いて、二つの異なる膜層が二つの異なる膜特性を有する所要の上部ＴＣＯ層２１０を生成することができる。酸素と金属亜鉛とのより高い比率がＴＣＯ層の上部にＴＣＯ層２１０の全体の電導度と接触抵抗に逆の影響を与えることなく高い伝達性を持たせることができる。第二スパッタ堆積プロセスが底部ＴＣＯ層２０２の上部第二部分を堆積させるのに用いられる実施形態において、一貫した高い膜透明性が光の伝達効率を最大にするために望まれる。従って、高いガス流量が用いられ、金属亜鉛に相対して酸素の高い比率を持つ底部ＴＣＯ層の第二上部を生成させることが望まれる。一実施形態において、底部ＴＣＯ層２０２及び／又は上部ＴＣＯ層２１０の第二部分は、第一部分のＴＣＯ層２０２及び／又は上部ＴＣＯ層２１０より高い作業機能を有している。例えば、底部ＴＣＯ層２０２及び／又は上部ＴＣＯ層２１０の第二部分が底部ＴＣＯ層２０２及び／又は上部ＴＣＯ層２１０の第二部分より約０.３eＶ高い作業機能を有している。
【００４５】
[0050]一実施形態において、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物は、Ｏ２、Ａｒガス、又はこれらの組み合わせを含んでいる。Ｏ２ガスは、約０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、例えば、約１０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ、例えば、約３０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ、例えば、２５ｓｃｃｍを超える流量で供給することができる。或いはまた、Ｏ２ガスは、チャンバ容積(リットル)あたり約０ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約２８.９ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.２８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約８.６８ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.８６ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約５.７８ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.７２３ｓｃｃｍを超えるチャンバ容積あたりの流量で制御することができる。Ａｒガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば、約１００ｓｃｃｍ〜２５０ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に供給することができる。或いはまた、Ａｒガスは、チャンバ容積(リットル)あたり約２.８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約１４.４７ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約２.８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約７.２３ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ１００に供給することができる。
【００４６】
[0051]或いはまた、ステップ３０６でＴＣＯ層の第二部分をスパッタ堆積させるのに用いられるＯ２ガスは、ステップ３０４でＴＣＯ層の第一部分の流量より高い流量で供給し調節することができる。一実施形態において、ＴＣＯ層の第二部分をスパッタ堆積させるために供給されるＯ２ガスの流量は、ＴＣＯ層の第一部分の流量より多い、約１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.２８９ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約１.４５ｓｃｃｍの流量を有することができる。他の実施形態において、ＴＣＯ層の第二部分でスパッタ堆積するために供給されるＯ２ガス流量は、約３０ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.８６８ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約４.３４ｓｃｃｍのより多いガス流量で制御することができ、ステップ３０４における上部ＴＣＯ層２１０の第一部分のＯ２ガスの流量は、約５ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.１４５ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり約２.３１４ｓｃｃｍのより少ない流量で制御することができる。Ｏ２ガス混合物から解離される酸素イオンは、ターゲットからスパッタされる亜鉛イオンと反応し、基板１１４上にＴＣＯ層２０２或いは２１０として酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を形成する。ＲＦ電力をターゲット１２０に印加して、プロセスガスを励起させる。一実施形態において、ＲＦ電力密度は、平方センチメートルあたり約１００ミリワット〜平方センチメートルあたり約１００００ミリワット、例えば、平方センチメートルあたり約５００ミリワット〜平方センチメートルあたり約５０００ミリワットで、例えば、平方センチメートルあたり約１０００ミリワット〜平方センチメートルあたり約  ミリワットを供給することができる。或いはまた、ＤＣ電力は、約１０００ワット〜約３００００ワット、例えば、平方センチメートルあたり約５００ミリワット〜平方センチメートルあたり約１５００ミリワット、例えば、平方センチメートルあたり約１０００ミリワット〜平方センチメートルあたり約４５００ミリワットを供給することができる。
【００４７】
[0052]幾つかのプロセスパラメータがステップ３０４で調節されてもよい。一実施形態において、プロセスチャンバ１００内のガス混合物の圧力は、約０ミリトール〜約１００ミリトール、即ち、約１ミリトール〜約１０ミリトールで調整される。基板温度は、摂氏約２５度〜摂氏約４００度、例えば、摂氏約１５０度〜摂氏約２５０度に保持する場合がある。処理時間は、所定の処理時間或いは層の所要の厚さが基板上に堆積された後に処理されてもよい。一実施形態において、処理時間は、約１５秒〜約１２００秒、例えば、約１２０秒〜約３００秒で処理されてもよい。他の実施形態において、プロセス時間は、処理され、ＴＣＯ層の厚さが約５０オングストローム〜約４０００オングストロームに到達した場合に終了されてもよい。第二スパッタリングステップ３０６が最上部ＴＣＯ層２１０の第二部分を堆積するのに用いられる実施形態において、最上部ＴＣＯ層２１０の第二部分の厚さは、約１００オングストローム〜約５００オングストロームに堆積される。第二スパッタリングステップ３０６が底部ＴＣＯ層２０２の第二部分を堆積するのに用いられる実施形態において、底部ＴＣＯ層２０２の第二部分の厚さは、約２５０オングストローム〜約５０００オングストロームに堆積される。ステップ３０４で堆積される第一部分とステップ３０６で堆積される第二部分を含むような全体の厚さは、最上部ＴＣＯ層２１０に対して約４００オングストローム〜約１５００オングストロームに、底部ＴＣＯ層２０２に対して約６０００オングストローム〜約１.３μｍに制御されてもよい。
【００４８】
[0053]或いはまた、第二スパッタリングステップ３０６中に、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物は、特性の傾斜を持ったＴＣＯ層の第二部分をスパッタ堆積するために変えてもよい。ターゲット１２０から原料物質をスパッタするのに印加される電力も同様に変えてもよい。一実施形態において、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物は、所要のガス流量に達するまで、毎秒１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍに増減されてもよい。同様に、ターゲット１２０に印加される電力は、所要の既定の処理電力が達成されるまで毎秒１０００ワット〜約１００００ワットに増減されてもよい。
【００４９】
[0054]一実施形態において、本発明に従って示されるＴＣＯ層２０２、２１０は、平方あたり約１５００オーム〜平方あたり約２５００オーム、例えば、平方あたり約２０００オームのシート抵抗を持っている。ＴＣＯ層は、約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍの波長を持つ光で測定される約８５％以上の透過率と約１００オングストローム未満の膜粗さを持っている。
【００５０】
[0055]例示的実施形態において、第一ステップ３０４で供給されるＯ２ガス流量は、約１８ｓｃｃｍ〜２２ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約０.５２ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり０.６３６ｓｃｃｍに制御され、第二ステップ３０６で供給されるＯ２ガス流量は、約２５ｓｃｃｍを超え、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり０.７２３ｓｃｃｍに制御される。ＲＦ電力密度は、平方センチメートルあたり１０００ミリワットが供給され、チャンバ圧力は、約４ミリトールに保持される。
【００５１】
[0056]例示的実施形態において、第一ステップ３０４で供給されるＯ２ガス流量は、約３５ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約１.０１２ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり１.１５７ｓｃｃｍで制御され、第二ステップ３０６で供給されるＯ２ガス流量は、約５０ｓｃｃｍを超え、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり１.４４６ｓｃｃｍに制御される。ＲＦ電力密度は、平方センチメートルあたり２０００ミリワットが供給され、チャンバ圧力は、約６ミリトールに保持される。
【００５２】
[0057]また他の例示的実施形態において、第一ステップ３０４で供給されるＯ２ガス流量は、約８０ｓｃｃｍ〜９０ｓｃｃｍ、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり約２.３１５ｓｃｃｍ〜チャンバ容積(リットル)あたり２.６ｓｃｃｍで制御され、第二ステップ３０６で供給されるＯ２ガス流量は、約１００ｓｃｃｍを超え、例えば、チャンバ容積(リットル)あたり２.８９ｓｃｃｍで制御される。ＲＦ電力密度は、平方センチメートルあたり４０００ミリワットが供給され、チャンバ圧力は、約７ミリトールに保持される。
【００５３】
[0058]操作中、環境によって与えられる入射光２２２がＰＶ太陽電池セル２００に供給される。ＰＶ太陽電池セル２００における光電変換ユニット２１４は、光エネルギを吸収し、光電変換ユニットにおいて形成されるｐ−ｉ−ｎ接合の動作により光エネルギを電気エネルギに変換し、それにより電気或いはエネルギを生成する。或いはまた、ＰＶ太陽電池セル２００は、逆の順序で製造されても堆積されてもよい。例えば、基板１１４が背面反射体２１６の上に配置される。
【００５４】
[0059]図４は、本発明の他の実施形態に従って製造されるタンデム型ＰＶ太陽電池セル４００を示す例示的横方向断面図である。タンデム型ＰＶ太陽電池セル４００は、基板１１４上に形成される底部ＴＣＯ層４０２とＴＣＯ層４０２上に形成される第一光電変換ユニット４２２を含むＰＶ太陽電池セル２００の構造と同じ構造を有している。第一光電変換ユニット４２２は、図２に記載される光電変換ユニット２１４としてのμｃ−Ｓｉベース、ポリシリコン又はアモルファスベースの光電変換ユニットであってもよい。中間層４１０は、第一光電変換ユニット４２２と第二光電変換ユニット４２４の間に形成されてもよい。中間層４１０は、上記プロセス３００によってスパッタ堆積されるＴＣＯ層であってもよい。図４に示される下に横たわる第一変換ユニット４２２と第二光電変換ユニット４２４の組み合わせが全体の光電変換効率を増大させる。
【００５５】
[0060]第二光電変換ユニット４２４は、μｃ−Ｓｉベース、ポリシリコン又はアモルファスベースであってもよく、ｐ型半導体層４１４とｎ型半導体層４１６の間に挟みこまれたｉ型半導体層４１４としてのμｃ−Ｓｉ膜を有してもよい。背面反射体４２６は、第二光電変換ユニット４２４の上に配置される。背面反射体４２６は、図２によって記載される背面反射体２１６と同様のものであってもよい。背面反射体４２６は、最上部ＴＣＯ層４１８上に形成される導電層４２０を備えてもよい。導電層４２０とＴＣＯ層４１８の材料は、図２によって記載される導電層２１２とＴＣＯ層２１０と同様のものであってもよい。
【００５６】
[0061]中間のＴＣＯ層４１０は、所定の膜特性を持つ方法で堆積されてもよい。例えば、中間のＴＣＯ層４１０は、第二光電変換ユニット４２４に対する上部接触面と第一光電変換ユニット４２２に対する下部接触面のいずれにおいても、相対的に平らな表面、高い透過性、高い導電性、低い接触抵抗を持つことを必要とする場合がある。一実施形態において、中間のＴＣＯ層４１０は、上記二つのステップのスパッタ堆積プロセスによって堆積されてもよい。ＴＣＯ層４１０は、スパッタ堆積中、ガス混合物の流量とガス成分を調整して、膜中の金属と酸素の間に望ましい比率を生じることによって形成されてもよい。
【００５７】
[0062]或いはまた、上に横たわる第三光電変換ユニット５１０は、図５に示されるように、第二光電変換ユニット４２４の上に形成されてもよい。中間層５０２は、第二光電変換ユニット４２４と第三光電変換ユニット５１０の間に配置されてもよい。中間層５０２は、図４によって記載される中間のＴＣＯ層４１０と同様のＴＣＯ層であってもよい。第三光電変換ユニット５１０は、ｐ型半導体層５０４とｎ型層５０８の間に配置されるｉ型半導体層５０６を有する第二光電変換ユニット４２４と実質的に同じであってもよい。第三光電変換ユニット５１０は、μｃ−Ｓｉ膜によって形成されるｉ型半導体層５０６を有するμｃ−Ｓｉ型光電変換ユニットであってもよい。或いはまた、ｉ型半導体層５０６は、ポリＳｉ或いはアモルファスシリコン層によって形成されてもよい。ｐ型５０４とｎ型半導体層５０８は、ａ−Ｓｉ層である。一つ以上の光電変換ユニットが、場合により、光電子変換効率を上げるために用いられる第三光電変換ユニット上に堆積されてもよいことは留意されるべきである。
【００５８】
[0063]プロセス方法３００は、二ステップスパッタ堆積プロセスとして記載されているが、複数のスパッタ堆積ステップも本発明を実施するのに用いることができることは留意される。堆積された膜が一体且つ一貫した単一膜構造を持つことを必要とする一部の実施形態において、第二スパッタ堆積ステップにおけるプロセス条件及び／又はパラメータは、第一スパッタ堆積ステップに用いられるプロセス条件及び／又はパラメータと実質的に同じであってもよく、単一ステップスパッタプロセスを用いて得られるものと同様の全体の膜特性を与える。
【００５９】
[0064]このようにして、ＴＣＯ層をスパッタリング堆積する方法を提供する。方法は、その厚さ全体に異なる膜特性を持つＴＣＯ層を有利に生成する。このようにして、ＴＣＯ層は、従来の方法に比べてＰＶ太陽電池セルの光電変換効率とデバイス性能を効率的に増加させる。
【００６０】
[0065]上記は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の多くの実施形態も本発明の基本的範囲から逸脱することなく構成され、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００６１】
１００…プロセスチャンバ、１０２…マグネトロンアセンブリ、１０４…リッドアセンブリ、１０６…接地フレーム、１０８…チャンバ本体、１１０…側壁、１１２…接地シールド、１１４…基板、１１６…中央部、１１８…処理容積、１２０…ターゲット、１２２…シャドウフレーム、１２４…周辺部、１２６…接地シールドアセンブリ、１２８…ガス源、１３０…アクセスポート、１３２…電源、１３６…チャンバシールド、１３８…基板支持体、１４０…シャフト、１４２…ベロー、１４４…リフト機構、１４６…底部、１４８…コントローラ、１５０…ポンピングポート、１５２…ポンピングデバイス、１５４…上部処理領域、１５８…メモリ、１６０…ＣＰＵ、１６２…支援回路、２００…ＰＶ太陽電池セル、２０２…ＴＣＯ層、２０４…ｐ型半導体層、２０６…ｉ型半導体層、２０８…ｎ型半導体層、２１０…透過導電性酸化物層、２１２…導電層、２１４…光電変換ユニット、２１６…背面反射体、２２２…入射光、４００…ＰＶ太陽電池セル、４０２…底部ＴＣＯ層、４１０…中間層、４１２…ｐ型半導体層、４１４…ｉ型半導体層、４１６…ｎ型半導体層、４１８…ＴＣＯ層、４２０…導電層、４２２…第一光電変換ユニット、４２４…第二光電変換ユニット、４２６…背面反射体、５０２…中間層、５０４…ｐ型半導体層、５０６…ｉ型半導体層、５０８…ｎ型半導体層、５１０…光電変換ユニット。
【図１】
2010514920.tif 000003
【図２】
2010514920.tif 000004
【図３】
2010514920.tif 000005
【図４】
2010514920.tif 000006
【図５】
2010514920.tif 000007
【国際調査報告】
2010514920.tif 000008