(57)【要約】【課題】形成される膜の膜質及び膜厚が均一となる太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法では、ガス供給口を有する導電性基板からなるシャワープレートと、第２の電極に対向する前記シャワープレートの面上にガス供給口を覆うように設けられた導電性多孔質材料からなる凸部を有する第１の電極を備え、この凸部より原料ガスを供給するプラズマ処理装置を用いる。そして、基板上に基板側電極を形成する工程と、基板側電極上にこのプラズマ処理装置を用いて光電変換ユニットを形成する工程と、光電変換ユニット上に裏面側電極を形成する工程と、を用いて太陽電池を製造する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に基板側電極を形成する工程と、
ガス供給口を有する導電性基板からなるシャワープレートと、第２の電極に対向する前記シャワープレートの面上に前記ガス供給口を覆うように設けられた凸部を有する第１の電極を備え、前記凸部より原料ガスを供給するプラズマ処理装置を用いて前記基板側電極上に光電変換ユニットを形成する工程と、
前記光電変換ユニット上に裏面側電極を形成する工程と、
を備えた太陽電池の製造方法であって、
前記凸部は導電性多孔質材料からなることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記光電変換ユニットとして、微結晶光電変換ユニットを含む複数の光電変換ユニットを用いたことを特徴とする請求項１に記載された太陽電池の製造方法。
【請求項３】
処理室内に配設された第１の電極と、
前記第１の電極に対向し、基板を保持できる第２の電極と、
前記処理室内から排気を行なう排気手段と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
前記第１の電極は、ガス供給口を有する導電性基板からなるシャワープレートと、第２の電極に対向する前記シャワープレートの面上に前記ガス供給口を覆うように設けられた導電性多孔質材料からなる凸部と、を有し、前記凸部から原料ガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記シャワープレートに接する面から前記凸部の先端部までの高さが前記シャワープレートの中央部に配置される凸部に比べ、外周部に配置される凸部の方が高いことを特徴とする請求項３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記凸部は、その気孔率が高い領域と低い領域を備えており、高い領域は前記ガス供給につながっていることを特徴とする請求項３又は４に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記シャワープレート及び前記凸部を導電性多孔質材料で一体形成したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極を備えたプラズマ処理装置及びそれを用いて製造される太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を保持することが可能な上部電極と、その上部電極と対向するように配置された下部電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置を用いた膜の製造方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、従来の平行平板型のプラズマ処理装置１０１を示した概略図である。図７は、図６に示したプラズマ処理装置１０１の下部電極１０４の拡大断面図である。プラズマ処理装置１０１では、図６に示すように、真空チャンバ２内に、上部電極１０３と下部電極１０４とが互いに対向するように設置される。
【０００４】
上部電極１０３には、下部電極１０４と対向する面に基板１０を保持するための基板保持部１０３ａが形成される。また、下部電極１０４の上部電極１０３と対向する面には、図６及び図７に示すように、原料ガスを供給するための複数のガス供給口１０４ａが設けられる。真空チャンバ２の一方の側面には、排気口２ａが設けられるとともに、その排気口２ａは、排気流量調整バルブ５を介して真空排気設備６に接続される。この真空排気設備６は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａ及び油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂによって構成される。また、下部電極１０４のガス供給口１０４ａは、原料ガス供給源７に接続される。
【０００５】
上記のプラズマ処理装置１０１では、下部電極１０４の上面全体でプラズマを発生させ、そのプラズマにより原料ガスが分解し、基板１０上に成膜を行う。下部電極１０４は、図７に示すように、上部電極１０３と対向する面に複数の凸部１０４ｂが形成される。これにより、成膜時に凸部１０４ｂの先端部付近に電界が集中し、凸部１０４ｂを中心としたプラズマ発生領域１０８に高密度なプラズマを発生させることが可能となる。その結果、より多くの成膜種を生成することが可能となるので、成膜速度をより大きくすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置では、成膜種を生成するために用いられる原料ガスが、下部電極１０４に設けられた複数の凸部１０４ｂから上部電極１０３に保持された基板１０へ向けて供給される。したがって、下部電極１０４に設けられた複数の凸部１０４ｂの先端付近では原料ガスの密度を高くすることができ、プラズマの作用によって多くの成膜種を生成することができ、成膜速度を大きくすることができる。一方、隣接する複数の凸部１０４ｂ間では、原料ガスが十分に供給されていなかった。そのため、凸部１０４ｂの先端付近で生成される膜と隣接する複数の凸部１０４ｂ間で生成される膜の膜質及び膜厚が不均一になる問題が発生していた。そして、従来のプラズマ処理装置で形成された太陽電池の製造方法では、成膜速度を大きくすると膜の膜質及び膜厚が不均一になり、所望の膜を形成することが難しかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、生成される膜の膜質及び膜厚が均一となるプラズマ処理装置及びそれよって製造される太陽電池の製造方法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】
【０００９】
本発明の太陽電池の製造方法では、基板上に基板側電極を形成する工程と、ガス供給口を有する導電性基板からなるシャワープレートと、第２の電極に対向するシャワープレートの面上にガス供給口を覆うように設けられた凸部を有する第１の電極を備え、この凸部より原料ガスを供給するプラズマ処理装置を用いて基板側電極上に光電変換ユニットを形成する工程と、光電変換ユニット上に裏面側電極を形成する工程と、を備えた太陽電池の製造方法であって、凸部は導電性多孔質材料からなるプラズマ処理装置を用いて太陽電池を製造する。
【００１０】
また、本発明のプラズマ処理装置は、処理室内に配設された第１の電極と、この第１の電極に対向し、基板を保持できる第２の電極と、処理室内から排気を行なう排気手段と、処理室内にガスを供給するガス供給手段と、を備える。そして、第１の電極は、ガス供給口を有する導電性基板からなるシャワープレートと、第２の電極に対向する前記シャワープレートの面上に前記ガス供給口を覆うように設けられた導電性多孔質材料からなる凸部と、を有し、この凸部から原料ガスを供給する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置によれば、成膜速度を大きくした場合においても、凸部の先端付近において生成される膜と複数の凸部間において生成される膜の膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できる。また、本発明のプラズマ処理装置で形成された太陽電池の製造方法では、成膜速度を大きくしても膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できるため、所望の良好な膜を形成することができる。このため、太陽電池の出力特性の低下を防止しつつ、成膜速度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図２】図１に示した第１実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の拡大断面図である。
【図３】第１実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の一例の拡大断面図である。
【図４】第２実施形態に係るプラズマ処理装置の上部電極の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る太陽電池の拡大断面図である。
【図６】従来技術に係るプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図７】従来技術に係るプラズマ処理装置における下部電極周辺の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置について、プラズマ処理装置を示した概略図である図１、及びこのプラズマ処理装置の上部電極の拡大断面図である図２を用いて説明する。
【００１４】
図１に示すように、真空チャンバ２内には、平行型構造を有する上部電極４と下部電極３とが互いに対向するように設置される。真空チャンバ２、上部電極４及び下部電極３は、それぞれ、本発明の「処理室」、「第１電極」及び「第２電極」の一例である。なお、第１実施形態によるプラズマ処理装置１は、上部電極４より原料ガスを供給するとともに電圧を印加し、下部電極３を所定の電圧とする点で背景技術と異なる。
【００１５】
また、真空チャンバ２は、側方に排気口２ａを有するとともに、その排気口２ａは、排気流量調整バルブ５を介して真空排気設備６に接続される。本実施形態では、真空排気設備６は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａ及び油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂによって構成される。
【００１６】
下部電極３は、上部電極４と対向する側に基板１０を保持するための基板保持部３ａが形成される。この下部電極３は、基板１０を所定の温度に保持するための図示しない加熱冷却機構部を含む。上部電極４及び下部電極３のそれぞれが対向する表面は、約１５００ｍｍ×１５００ｍｍの面積を有する。また、基板１０は、約１４００ｍｍ×１１００ｍｍの面積を有する。
【００１７】
また、上部電極４は、凸部４ｂ及びシャワープレート４ｃを含む。シャワープレート４ｃには、ガス供給口４ａが設けられ、このガス供給口４ａは原料ガス供給源７に接続される。
【００１８】
シャワープレート４ｃは、Ａｌ板を用いる。このシャワープレート４ｃは導電性部材であればよく、本実施形態で用いたＡｌの代わりに、Ｃｕ，ＳＵＳなどを用いても良い。また、このガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａ間の距離を約１０ｍｍとして設ける。
【００１９】
そして、このシャワープレート４ｃの下部電極３と対向する面上に、ガス供給口４ａを覆うポーラスカーボンからなる複数の凸部４ｂを設ける。この凸部４ｂに用いられる材料は、電極としての導電性に加え、ガス透過率が良く、原料ガスを所定の範囲に拡散させることができる気孔を含む導電性多孔質材料であることが必要とされる。このため、導電性多孔質材料は、気孔率を３０〜７０％とするのが好ましい。なお、この気孔率は、ひとまとまりの物体に含まれる微小な空洞である気孔の体積含有率によって定義される。
【００２０】
また、凸部４ｂは高さ約３ｍｍであり、先端部は図２に示すように根元部から先端部に向かって断面積が小さくなるように形成される。この凸部４ｂの先端部は、シャワープレート４ｃに設けられたガス供給口４ａの穿孔方向に延長してできる直線上に位置するように設けられる。さらに、隣接する凸部４ｂ間で、プラズマ発生領域８がオーバラップするように配置される。
【００２１】
本実施形態では、上記のように、下部電極３と対向する部分に複数の凸部４ｂが形成される上部電極４を設けることによって、凸部４ｂに電界を集中させることが可能となり、凸部４ｂ付近に高密度なプラズマを発生させることができる。これにより、原料ガスの分解効率を向上させることができ、成膜速度を向上させることができる。
【００２２】
また、第１実施形態では、凸部４ｂは導電性多孔質材料で形成されるため、凸部４ｂの先端部など特定の部分にのみならず、凸部４ｂ側壁部にも原料ガスを供給することができる。これにより、凸部４ｂを中心とするプラズマ発生領域８と、隣接する凸部４ｂを中心とするプラズマ発生領域８とがオーバラップし易くなる。つまり、隣接する凸部４ｂ間の領域にも、プラズマ発生領域８を配置することができ、プラズマ発生領域８を上部電極４の全面に配置することができる。下部電極３の全面で成膜種を生成することができるので、膜質及び膜厚が不均一になるのを有効に抑制することができる。
【００２３】
また、第１実施形態のプラズマ処理装置においては、上部電極の拡大断面図である図３に示すように凸部４ｂの先端部に対応させてこの凸部４ｂに高気孔率部４ｄを設けても良い。高気孔率部４ｄは、凸部４ｂにおいてガス供給口４ａにつながる中空の凹部で構成されている。これにより、高気孔率部４ｄの気孔率はその周囲の部分の気孔率よりも高くなる。このため、凹部の開口の大きさ及び凹部の深さを調整することにより、原料ガスのコンダクタンスを変えることができ、供給量の調整を行なうことができる。なお、高気孔率部４ｄは中空の凹部でなくても凸部４ｂの周囲よりも高い気孔率を有する導電性多孔質材料で構成してもよい。この場合、高気孔率部４ｄの体積、位置、気孔率を調整することにより、原料ガスのコンダクタンスを変えることができ、供給量の調整を行なうことができる。
【００２４】
また、上部電極４の凸部４ｂは、導電性多孔質材料であればよく、第１実施形態で用いたポーラスカーボンの代わりに、ポーラスアルミ、ポーラスチタンを用いても良い。
【００２５】
次に、第２実施形態のプラズマ処理装置について説明する。第１実施形態によるプラズマ処理装置１は、上部電極４を除いて第１実施形態に記載のプラズマ処理装置１と同じである。
【００２６】
第２実施形態のプラズマ処理装置では、第１実施形態同様、ポーラスカーボン等の導電性多孔質材料からなる複数の凸部４ｂを用いる。しかし、図４に示すように第２実施形態の凸部４ｂは、シャワープレート４ｃに接する面から凸部４ｂの先端部までの高さを図４の左方に対応する上部電極４の中央部側の凸部４ｂに比べ、図４の右方に対応する上部電極４の外周部側の高くなるように構成する点で異なる。凸部４ｂの高さは、上部電極４の中央部より同心円に位置するものが同程度の高さとなるようにし、上部電極４中央部から外周部に向かって段階的に高くなるように形成される。なお、図４では左方は上部電極４の中央部に対応し、右方は上部電極４の外周部に対応する。
【００２７】
基板１０の中央部に供給された原料ガスの一部は、成膜に寄与しない不活性ガスやフレーク等の副生成物となる。この副生成物により基板１０の外周部においては原料ガスが希釈化され、成膜速度が低下する問題が発生していた。この問題は基板を大型化したとき、または原料ガスを大量に供給して高速成膜するときに顕著となる。そこで従来では、均一成膜を図るために原料ガスの供給量を基板１０の中央部に比べ、外周部での供給流量を多くするなどの制御が必要であった。
【００２８】
しかし、第２の実施形態では基板１０の中央部に比べ外周部の方が凸部４ｂの先端部が下部電極３に接近するため、中央部に比べ外周部に電界が集中させることができる。その結果、基板１０の外周部において、原料ガスの分解効率をより向上させることができるとともにより高濃度のプラズマを発生することができ、より多くの成膜種を生成することが可能となり、成膜速度をより大きくすることが可能となる。このため、原料ガスの供給量をシャワープレート４ｃのガス供給口４ａの位置に依らず一定に供給しても、排気により基板の外周部の成膜速度が基板中央部に比べ低下することを防止し、膜質及び膜厚が不均一となることを防止することができる。
【００２９】
なお、このシャワープレート４ｃに接する面から凸部４ｂの先端部までの高さを上部電極４の中央部に比べ、外周部を高くなるようにする構成に、原料ガスの供給量を基板１０の中央部に比べ、外周部での供給流量を多くする制御を組み合わせても良い。これにより、より容易にきめ細かな制御できるため、より膜質及び膜厚が不均一となることを防止することができる。
【００３０】
また、第１実施形態及び第２実施形態に記載のプラズマ処理装置１では、上部電極４として導電性多孔質材料からなる複数の凸部を有するシャワープレートを用いても良い。つまり、第１実施形態及び第２実施形態における凸部４ｂ及びシャワープレート４ｃを一体としても良い。
【００３１】
次に、プラズマ処理装置１を用いて本発明の太陽電池を製造する方法について説明する。
【００３２】
本実施形態で製造される太陽電池２０は、図５に示すように、基板１０上に複数の光起電力素子が配置される。複数の光起電力素子は、基板１０上に透明導電膜１１と光電変換ユニット１２及び１３と裏面電極１４とを順次積層される。
【００３３】
基板１０は、ガラス等の光透過性の部材により構成され、太陽電池の単一基板である。この基板１０の光入射側と反対の裏面側に複数の光起電力素子が形成される。
【００３４】
透明導電膜１１（基板側電極）は、基板１０上を平面視したときに短冊状に形成される。透明導電膜１１として、本実施形態では高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため好適なＺｎＯを用いる。
【００３５】
光電変換ユニット１２及び１３は、透明導電膜１１上に短冊状に形成される。光電変換ユニット１２及び１３は、それぞれ非晶質シリコン半導体及び微結晶シリコン半導体により構成される。なお、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。
【００３６】
裏面電極１４（裏面側電極）は、Ａｇ等の導電性部材により構成され、光電変換ユニット１２及び１３上に短冊状に形成される。なお、裏面電極１４と光電変換ユニット１３の間に透明導電材料からなる層を介在させても良い。
【００３７】
上記の実施形態では、非晶質シリコン半導体と微結晶シリコン半導体とが順次積層された光電変換ユニット１２及び１３を用いたが、微結晶又は非晶質光電変換ユニットの単層又は３層以上の積層体を用いても同様の効果を得ることができる。また、第１光起電力素子と第２光起電力素子の間にＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＳｉＯ２，ＭｇＺｎＯからなる中間層を設け、光学的特性を向上させた構造としても良い。さらに、透明導電膜１１は、本実施形態で用いたＺｎＯの他、Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｚｎ２ＳｎＯ４の金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成しても良い。
【００３８】
以下に、プラズマ処理装置１を用いた上述の太陽電池の製造方法について説明する。
【００３９】
初めに、４ｍｍ厚のガラス基板１０上に、スパッタにより６００ｎｍ厚のＺｎＯ電極１１を形成する。
【００４０】
この後、ガラス基板１０のＺｎＯ電極１１側からＹＡＧレーザを照射して、ＺｎＯ電極１１を短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４１】
次に、第１実施形態及び第２実施形態のプラズマ処理装置により、光電変換ユニット１２及び１３を形成する。
【００４２】
詳述すると図１に示すように、プラズマ処理装置１の下部電極３の上部電極４と対向する面に形成された基板保持部３ａに基板１０を固定した後、真空排気設備６により真空チャンバ２内を真空排気する。
【００４３】
そして、上部電極４と下部電極３との間に、図２に示すように、原料ガス供給源７（図１参照）に接続された上部電極４の凸部４ｂから原料ガスを供給する。この後、上部電極４に高周波電力を供給することにより、上部電極４の凸部４ｂを中心としてプラズマを発生させる。これにより、原料ガスがプラズマにより分解されて成膜種が生成される。原料ガスがプラズマにより分解されて生成された成膜種が基板１０上に堆積することによって、基板１０上に所定の膜（図示せず）が形成される。
【００４４】
光電変換ユニット１２は、プラズマ処理装置１により、ＳｉＨ４、ＣＨ４、Ｈ２及びＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして膜厚１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして膜厚３００ｎｍのi型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＰＨ４との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン半導体層を形成し順次積層する。又、光電変換ユニット１３は、プラズマ処理装置１により、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０００ｎｍのi型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４、Ｈ２及びＰＨ４との混合ガスを原料ガスとして膜厚２０ｎｍのｎ型微結晶シリコン半導体層を形成し順次積層する。以下にプラズマ処理装置の諸条件の詳細を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2012124186.tif 000003
【００４６】
積層された光電変換ユニット１２及び１３を、ＺｎＯ電極１１のパターニング位置の横にＺｎＯ電極１１側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４７】
次に、２００ｎｍ厚のＡｇ電極１４を、光電変換ユニット１３上にスパッタにより形成する。Ａｇ電極１４は、光電変換ユニット１２及び１３がパターニングにより除去された領域にも形成する。
【００４８】
そして、光電変換ユニット１２及び１３のパターニング位置の横の部分に、裏面側からＹＡＧレーザを照射することによりＡｇ電極１４及び光電変換ユニット１２、１３を分離し、短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４９】
以上により、ガラス基板１０上に複数の光起電力素子を直列接続した太陽電池２０を形成する。そして、この太陽電池２０の裏面電極１４上には、図５で示すようにＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）等からなる充填剤１５、及びＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ等からなるバックシート１６を設け、太陽電池モジュールとする。
【００５０】
本発明の太陽電池の製造方法では、成膜速度を大きくしても膜質及び膜厚が不均一になることを抑制できるため、所望の良好な膜を形成することができる。この結果、膜質及び膜厚の不均一に起因する変換効率の低下を防止することができ、より大きな電力を取り出すことができる。即ち、本発明の太陽電池の製造方法では、成膜速度の向上と太陽電池の変換効率の低下防止を両立することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    プラズマ処理装置
３    下部電極
４    上部電極
４ａ  ガス供給口
４ｂ  凸部
４ｃ  シャワープレート
１０    基板
１１    透明導電膜
１２、１３    光電変換ユニット
１４    裏面電極
２０    太陽電池
【図１】
2012124186.tif 000004
【図２】
2012124186.tif 000005
【図３】
2012124186.tif 000006
【図４】
2012124186.tif 000007
【図５】
2012124186.tif 000008
【図６】
2012124186.tif 000009
【図７】
2012124186.tif 000010