(57)【要約】      （修正有）【課題】非晶質層を有する基板を用いて、電極層を製膜して変換効率の高い太陽電池を作製するために必要な基板ホルダおよび製造方法を提供する。また、透明電極層の還元による吸収ロスを抑制した、変換効率の高い結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】結晶性半導体上に非晶質層を有する基板上に、ＰＶＤ法により電極層を形成するための基板ホルダであって、前記基板ホルダは、金属を主成分とし、かつ、前記基板が載置される第１の凹部を有する。前記第１の凹部において、前記基板と基板ホルダの載置面との接触する面積が、前記基板の面積の５分の１以下となるように基板が載置されることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性半導体上に非晶質層を有する基板上に、ＰＶＤ法により電極層を形成するための基板ホルダであって、
前記基板ホルダは、金属を主成分とし、かつ、前記基板が載置される第１の凹部を有し、
前記第１の凹部において、前記基板と基板ホルダの載置面との接触する面積が、前記基板の面積の５分の１以下となるように、前記基板が載置される、基板ホルダ。
【請求項２】
前記非晶質層が、非晶質半導体層である、請求項１に記載の基板ホルダ。
【請求項３】
前記第１の凹部には、前記基板の載置面よりも内部に、前記基板の中心部が接触しない高さＬの側面を有する第二の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板ホルダ。
【請求項４】
前記基板の厚みをｄとしたとき、３×ｄ≦Ｌを満たす、請求項３に記載の基板ホルダ。
【請求項５】
前記基板ホルダにおける第一の凹部は、表面に高さ５０〜５００μｍの凹凸形状を有し、前記凹凸形状の凸部が前記基板と接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板ホルダ。
【請求項６】
前記基板ホルダの第１の凹部は、少なくとも基板と接触する部分が絶縁性を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板ホルダ。
【請求項７】
前記基板ホルダは、金属を主成分とする導電性基材と、絶縁性を有する絶縁被膜と、を有し、
前記絶縁被膜は、導電性基材の表面を覆うように、前記第一の凹部のうち少なくとも基板と接触する部分に形成されており、前記絶縁被膜の厚みをｔとしたとき、ｄ／３≦ｔを満たす請求項６に記載の基板ホルダ。
【請求項８】
前記基板は、結晶性半導体としての結晶シリコン基板と、非晶質層としての非晶質シリコン系層とを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板ホルダ。
【請求項９】
結晶性半導体上に非晶質半導体を有する基板上に、ＰＶＤ法により電極層を形成するための基板ホルダであって、
前記基板ホルダは、前記基板が載置される第１の凹部を有し、
前記第１の凹部は、基板が載置される載置面と、前記載置面よりも内部に、第２の凹部と、を有する、基板ホルダ。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の基板ホルダを用い、結晶性半導体上に非晶質層としての非晶質半導体を有する基板上に、電極層を製膜する太陽電池の製造方法であって、
前記基板ホルダに基板が載置される基板載置工程と、
前記基板のうち、基板ホルダと反対面側の第一主面上にＰＶＤ法により電極層が形成される製膜工程と、を有する、太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記ＰＶＤ法がスパッタリング法である請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記製膜工程において、前記基板の最大到達温度が７０〜２００℃である請求項１０または１１に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板ホルダおよびそれを用いた太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー問題や地球環境問題が深刻化する中、化石燃料に代わる代替エネルギーとして、太陽電池が注目されている。太陽電池では、半導体接合等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（電子および正孔）を外周回路に取り出すことにより、発電が行われる。ヘテロ接合太陽電池は、単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン系薄膜層を有しており、受光面から入射する光をキャリアの発生に効率よく用いるため、受光面には透過率の高い透明電極層や、セルの裏面には透過した光を再度吸収するための反射層が形成される。また、発生したキャリアを効率的に外部回路へ取り出すために、透明電極層や裏面電極層には高い導電性が求められる。
【０００３】
一般的に、シリコン系薄膜層は化学蒸着（ＣＶＤ）法、また透明電極層は物理蒸着（ＰＶＤ）法により製膜され、各層を製膜する前の仕掛太陽電池基板（以下、基板ともいう）が基板ホルダに配置されて製膜が行われる。
【０００４】
例えば特許文献１には、ＭＯＣＶＤ法における化合物半導体の基板ホルダとして、ガラスやカーボンを使用する旨が記載されている。具体的にはホルダの形状を基板の反りに合わせることで基板とホルダの接触面積を増やし、より均一に基板の加熱を行うことができるとされている。
【０００５】
特許文献２には半導体ＩＣを製造するためのホルダに関するものであり、ＣＶＤ法によりシリコンウエハ上に酸化シリコンなどを製膜する基板ホルダとして、絶縁膜や導電性のものを用いる旨の記載がある。良質な半導体ＩＣ膜の形成には８００℃程度の高温にする必要があり、この際の破損を防止するために、ＣＶＤ製膜時のホルダを粗面にする場合にはウエハとホルダを接しないようにする必要がある一方、鏡面にする場合にはウエハとホルダとが接しても破損を防止できる旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８０６１４号公報
【特許文献２】特開平９−１１５８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、太陽電池として、非晶質半導体層を有するヘテロ接合太陽電池を用いて、ＰＶＤ法により電極層を製膜する際の基板ホルダの材質にガラスを用いたところ、繰り返しの使用でガラスの破損が生じた。そこで、ガラスの代わりに特許文献２に記載されているような基板ホルダの材質として鏡面をもつ金属を用いたところ、Ｖｏｃが低下し、太陽電池のセル特性が低下するという問題が生じた。
【０００８】
そこで、製膜時のウエハ温度の測定を行ったところ、ガラスの基板ホルダでは１６０℃程度であったウエハ温度が、金属の基板ホルダでは２１５℃以上であることが判明した。一般的に、非晶質シリコン系薄膜層の耐熱温度は２５０℃程度であり、このことから、製膜時に生じた二次電子がウエハ部分でジュール熱を発生させたことによる温度上昇が非晶質半導体層の劣化を引き起こしていると推測した。
【０００９】
本発明は、非晶質層を有する基板を用いて、電極層を製膜して変換効率の高い太陽電池を作製するために必要な基板ホルダおよび製造方法を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下に関する。
【００１１】
本発明の基板ホルダは、結晶性半導体上に非晶質層を有する基板上に、ＰＶＤ法により電極層を形成するための基板ホルダであって、前記基板ホルダは、金属を主成分とし、かつ、前記基板が載置される第１の凹部を有し、前記第１の凹部において、前記基板と基板ホルダの載置面との接触する面積が、前記基板の面積の５分の１以下となるように、前記基板が載置される。
【００１２】
前記非晶質層が、非晶質半導体層であることが好ましい。
【００１３】
前記第１の凹部には、前記基板の載置面よりも内部に、前記基板の中心部が接触しない高さＬの側面を有する第二の凹部が形成されていることが好ましい。
【００１４】
前記基板の厚みをｄとしたとき、３×ｄ≦Ｌを満たすことが好ましい。
【００１５】
前記基板ホルダにおける第一の凹部は、表面に高さ５０〜５００μｍの凹凸形状を有し、前記凹凸形状の凸部が前記基板と接していることが好ましい。
【００１６】
前記基板ホルダの第１の凹部は、少なくとも基板と接触する部分が絶縁性を有することが好ましい。
【００１７】
前記基板ホルダは、金属を主成分とする導電性基材と、絶縁性を有する絶縁被膜と、を有し、前記絶縁被膜は、導電性基材の表面を覆うように、前記第一の凹部のうち少なくとも基板と接触する部分に形成されており、前記絶縁被膜の厚みをｔとしたとき、ｄ／３≦ｔを満たすことが好ましい。
【００１８】
前記基板は、結晶性半導体としての結晶シリコン基板と、非晶質層としての非晶質シリコン系層とを有することが好ましい。
【００１９】
結晶性半導体上に非晶質半導体を有する基板上に、ＰＶＤ法により電極層を形成するための基板ホルダであって、前記基板ホルダは、前記基板が載置される第１の凹部を有し、
前記第１の凹部は、基板が載置される載置面と、前記載置面よりも内部に、第２の凹部と、を有することが好ましい。
【００２０】
また本発明の太陽電池の製造方法は、前記基板ホルダを用い、結晶性半導体上に非晶質層としての非晶質半導体を有する基板上に、電極層を製膜する太陽電池の製造方法であって、前記基板ホルダに基板が載置される基板載置工程と、前記基板のうち、基板ホルダと反対面側の第一主面上にＰＶＤ法により電極層が形成される製膜工程と、を有することが好ましい。
【００２１】
前記ＰＶＤ法がスパッタリング法であることが好ましい。
【００２２】
前記製膜工程において、前記基板の最大到達温度が７０〜２００℃であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による基板ホルダを用いることによって、基板として用いられる非晶質層を劣化させることなく、ＰＶＤ法により電極層を製膜することが可能となり、変換効率の高い太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の基板トレイの基板載置部分の模式的断面図である。
【図２】従来技術の基板トレイの基板載置部分の模式的断面図である。
【図３】一実施形態にかかるヘテロ接合太陽電池を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の基板トレイに基板を載置してＰＶＤ製膜を行った後の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１（ａ）に示すように本発明における基板ホルダ１は、金属を主成分としており、結晶性半導体上に非晶質層を有する基板を載置する第１の凹部１０を有する。この際、非晶質層としては、非晶質半導体層を用いることが好ましく、非晶質シリコン系薄膜層を用いることがより好ましい。前記第１の凹部の底部１１が前記基板と接する面積は、基板の面積の５分の１以下である。
【００２６】
以下に、本発明における基板ホルダおよびそれを用いた太陽電池の製造方法について詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための基板ホルダ、および、それを用いた太陽電池を例示するものであって、本発明をこの基板ホルダ、および、それを用いた太陽電池に特定することを意図するつもりはなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
【００２７】
[基板ホルダ]
まず、図１（ａ）から図１（ｆ）を参照して、本発明の実施形態に係る基板ホルダを説明する。ここで、図１（ａ）から図１（ｆ）は本発明の実施形態に係る基板ホルダの一部を示す模式的断面図である。基板ホルダは金属を主成分とし、図１（ａ）〜（ｆ）に示すように基板を載置することのできる第1の凹部１０を有している。第１の凹部１０は、側面１２と、載置面１１により形成されている。
【００２８】
本発明において「金属を主成分とする」とは、基板ホルダとして金属を５０重量％より多く含むことを示す。中でも好ましくは金属を７５重量％以上含み、より好ましくは９０重量％以上含むことにより、繰り返し基板ホルダを使用した場合の破損等を抑制することができる。本発明における基板は、後述のように、非晶質層を有する。このような基板を図１に示すように基板ホルダ１に配置して、ＰＶＤ法により、基板上に電極層を形成する。
【００２９】
電極層を製膜する際、基板と基板ホルダの接触面積３１が少ないほど基板と基板ホルダの界面の抵抗が大きくなり、ＰＶＤ法により導電層の製膜時に生じる二次電子が基板ホルダから基板へと流れにくくなる。これによって、基板内部で抵抗を受ける二次電子の持つエネルギーが熱エネルギーを発生させる、ジュール熱の発生が抑えられる。その結果、基板の温度上昇が小さくなるため、後述する基板への熱的なダメージを抑制する観点から、接触面積３１は基板の面積の５分の１以下とする必要があり、より温度上昇を低下させるには１０分の１以下が好ましい。
【００３０】
基板と基板ホルダの接触面積は、平均高さＲｃ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１；ＩＳＯ  ４２８７：１９９７に対応）における負荷長さ率Ｒｍｒと基板と基板ホルダの見かけの接触面積により求めることができる。
【００３１】
非晶質層が非晶質シリコン系薄膜層である場合の基板の耐熱温度は２００℃程度である。そのため、光電変換部が非晶質シリコン系薄膜層を備えるヘテロ接合太陽電池や、シリコン系薄膜太陽電池の場合、非晶質シリコン系薄膜層およびその界面での熱ダメージ抑制の観点から、導電層製膜時の基板到達温度は２００℃以下であることが好ましい。より高性能の太陽電池を実現するためには基板到達温度は１９０℃以下にすることがより好ましく、１８０℃以下にすることがさらに好ましい。また基板到達温度は、生産性の観点から７０℃以上が好ましい。即ち基板到達温度は、７０〜２００℃が好ましい。
【００３２】
ここで、「基板の耐熱温度」とは、当該基板を備える太陽電池（「太陽電池セル」または「セル」ともいう）あるいは太陽電池セルを用いて作製した太陽電池モジュールの特性が不可逆的に低下する温度である。
【００３３】
例えば、図１（ａ）に示すように、基板を載置する第１の凹部１０は、側面１２と載置面１１を有する。第１の凹部の内側には、第２の凹部２０を有する。第２の凹部を設けることで、基板１０１と基板ホルダ１の接触面積３１を小さくすることが出来る。この際、図１（ｂ）では基板の撓みによって第２の凹部に接触している形態を示しており、図１（ａ）では基板が第２の凹部に接触していない形態を示している。
【００３４】
図１（ａ）に示すように基板が第２の凹部に接触しないように、基板の撓みよりも第２の凹部の側面２２の高さＬを大きくすることが好ましい。中でもＬは基板の厚みｄの３倍以上であることがより好ましく、８倍以上であることがさらに好ましい。このようにすることで、基板上に電極層を製膜する際などに基板が撓むことにより生じうる、基板の中心部と基板ホルダの接触を抑制でき、温度上昇をより抑制することができる。
【００３５】
また、例えば図１（ｃ）のように基板を載置する第１の凹部の底面１１に凹凸形状を設けることで基板と基板ホルダの接触面積３１を小さくすることが出来る。特許文献２では基板と接触する面の形状として鏡面が好ましい旨を規定しているが、本発明では、非晶質層への熱的ダメージをより抑制するためには鏡面よりも凹凸面が有利に働く。
【００３６】
基板彫るだの第一の凹部は、表面に高さ５０〜５００μｍの凹凸形状を有することが好ましい。これにより、接触面積の低下による基板ホルダから基板への二次電子の流入防止や、二次粒子の流入に起因する基板温度上昇の抑制が期待できる。凹凸形状は、隣り合う凹凸の凸部同士を結んだ線から、該凸部同士の間の凹部間での距離を意味する。
【００３７】
特に、基板の温度上昇を低下させるためには、凹凸面の荒さパラメータとしてＪＩＳ  Ｂ０６０１に示される負荷長さ率Ｒｍｒ（１０μｍ）が２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。なお、凹凸面の粗さはキーエンス社製のレーザー顕微鏡ＶＫ−８５１０を用いて、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８７：１９９７に対応）に基づいて、測定することができる。
【００３８】
上記第２の凹部２０を設けた場合に、設計上基板が撓んだ際に基板が第２の凹部の底面２１に接触しうる場合でも、図１（ｄ）に示すように第２の凹部の底面２１が凹凸形状であれば接触面積３１を小さくすることが可能となり、基板の温度上昇をより抑制することができる。またこの場合、Ｌを小さくすることができ、基板ホルダの加工の際の歪みを小さくするという点から好ましい。
【００３９】
基板ホルダの表面へ凹凸形状を持たせるための具体的な処理方法としては、例えば、電解エッチング、化学的エッチング、ドライエッチング、やすりがけ、サンドブラストなどによる方法が挙げられる。
【００４０】
上述した基板と基板ホルダ間の二次電子の移動をより抑制するために、基板ホルダが基板と接触する部分に絶縁性を持たせるという手法が挙げられる。本発明において、「絶縁性を持たせる」とは体積抵抗率が１０４Ω・ｃｍ以上にすることを示す。基板ホルダの表面が絶縁性を持つことによって、二次電子が金属と絶縁性をもつ部分の界面でジュール熱を発し、基板上での熱の発生が抑制される。
【００４１】
絶縁性をもつ材料は一般的に熱伝導性が低いことが知られており、薄い膜厚であっても基板への温度の影響は小さいと考えられるが、絶縁性部分で発生した熱が基板へと伝導することをより抑えるためには、絶縁性を持つ部分の厚みｔが基板の厚みｄの３分の１以上（ｄ／３≦ｔ）であることが好ましく、３分の２以上（２ｄ／３≦ｔ）であることがより好ましい。なお、体積抵抗率は、四端子抵抗測定装置（三菱化学アナリテック社製  ロレスタＡＸ  ＭＣＰ−Ｔ３７０型）を用いてＪＩＳ  Ｋ  ６９１１：２００６（ＩＳＯ２９５１：２０１２）に基づいて測定することができる。
【００４２】
基板ホルダの表面における基板と接する部分に絶縁性を持たせる具体的な手法として、例えば基板ホルダの一部である金属材料（導電性基材）の表面に絶縁加工を施す手法が挙げられる。具体的には、表面へのセラミック溶射、樹脂コーティング、絶縁被膜加工が挙げられる。溶射されるセラミックの種類としては絶縁性を持つものであれば好適に用いることができ、電気絶縁性という観点からはＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３が好ましい。コーティングに用いられる樹脂としては絶縁性を有し、常温から１８０℃まで加熱されたときに状態が変化しないものが好ましく、より好ましくは２５０℃まで加熱されたときに状態の変化しないものであれば好適に用いることが出来る。
【００４３】
このような樹脂の一例として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルサルフォンまたはシリコン樹脂などが挙げられる。このように、基板ホルダとして、金属材料を用い、当該金属材料の表面に絶縁層を形成して、絶縁性を持たせてもよい。この際、基板本体の耐久性を高くする、自重による撓みや歪みを防止する、耐食性が高いという観点から、基板ホルダを構成する金属材料は、ハステロイ、オーステナイト系ステンレス、クロムモリブデン鋼などが挙げられる。特に、製膜面以外では、耐摩耗性の高いこれらの金属材料を用いることによって基板トレイの耐久性を高く保つことが可能となる。
【００４４】
［基板］
本発明の基板は、結晶質半導体上に非晶質層を有する。非晶質層としては、好ましくは非晶質半導体層を有するものである。より好ましくは、非晶質半導体層として、非晶質シリコン系薄膜層を有するものである。また好ましくは、基板の第一主面上に非晶質シリコン系薄膜層を有するものであり、より好ましくは、基板の第一主面上に導電型非晶質シリコン系薄膜層を有するものである。通常、電極層を製膜する面側（この場合、基板の第一主面側）の方が、プラズマに曝され易く、より温度上昇が起こり易く特性低下が生じやすいが、本発明の基板ホルダを用いることにより、電極層を製膜する側に非晶質層を有していても、温度上昇を防ぐことができるため、特性低下を抑制することができる。
【００４５】
また結晶質半導体として単結晶シリコン基板を用い、非晶質層として導電型非晶質シリコン系薄膜層を有するものを用いることがより好ましい。なお、本発明において「非晶質」とは、Ｘ線回折では結晶由来のピークが観測されないものを指す。なお、ＴＥＭ等の高分解能観察によって結晶粒を観察できるものであっても、結晶子サイズが小さいためにＸ線結晶回折ピークが観察されないものは非晶質に包含される。
【００４６】
本発明においては、非晶質層を有する基板を用いて、太陽電池が作製される。このような太陽電池としては、例えば、ＧａＡｓ等の半導体基板が用いられる太陽電池、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜のｐｉｎ接合あるいはｐｎ接合上に透明電極層が形成されたシリコン系薄膜太陽電池や、ＣＩＳ，ＣＩＧＳ等の化合物半導体太陽電池などが挙げられる。中でも非晶質層として、非晶質半導体層を用いることが好ましく、非晶質半導体層として非晶質シリコン系薄膜層を用いることがより好ましく、このような太陽電池として、アモルファスシリコン薄膜太陽電池、アモルファスシリコン薄膜層と微結晶シリコン薄膜層のタンデム構造からなるハイブリットシリコン薄膜太陽電池などが挙げられる。
【００４７】
中でも、本発明においては、太陽電池として単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン系薄膜層を有するヘテロ接合結晶シリコン系太陽電池（以下、ヘテロ接合太陽電池ともいう）を用いることが好ましい。特に、ヘテロ接合太陽電池の場合、基板として、単結晶シリコン基板上に非晶質層を有するために、ガラス上に非晶質層を有する薄膜シリコン太陽電池等に比べて非晶質層への温度の影響を受けやすい。しかしながら本発明の基板ホルダを用いることにより、非晶質層への影響をより抑制することができる。
【００４８】
図３は、本発明によるヘテロ接合太陽電池の一実施形態を示す模式的断面図である。なお、本発明においては、以下の実施形態に限定されない。本実施形態の太陽電池は、ヘテロ接合太陽電池を採用している。
【００４９】
具体的には、太陽電池１０１は、図３のように、基板として、単結晶シリコン基板１１１の第一主面（表面）上に、導電型非晶質シリコン系薄膜層１１３ａが形成されている。この際、単結晶シリコン基板１１１と導電型非晶質シリコン系薄膜層１１３ａの間に、真性シリコン系薄膜層１１２ａを有することが好ましい。また単結晶シリコン基板１１１の第二主面（裏面）上に真性シリコン系薄膜層１１２ｂ、導電型シリコン系薄膜層１１３ｂが形成されることが好ましい。
【００５０】
また、太陽電池１０１は、上記基板の第一主面上に透明電極層１１４ａおよび集電極１１８が設けられている。一方、基板の第二主面（裏面）上に透明電極層１１４ｂが形成される。さらに、透明電極層１１４ｂ上に、裏面金属電極層１１５が積層されていることが好ましい。
【００５１】
結晶質半導体としては、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原子（例えばホウ素）を含有させたｐ型がある。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言う。つまり、単結晶シリコン基板１１１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。本実施形態の単結晶シリコン基板１１１は、ｎ型単結晶シリコン基板であることが好ましい。
【００５２】
単結晶シリコン基板１１１は、表面及び裏面にテクスチャ構造を有している。すなわち、単結晶シリコン基板１１１を基体として形成される光電変換部２０１もテクスチャ構造を備える。そのため、太陽電池１０１は、入射した光を光電変換部２０１に閉じ込めることができ、発電効率が高い。
【００５３】
また単結晶シリコン基板１１１は、厚みが１０〜２００μｍのものが好ましく用いられており、中でも５０〜１７０μｍのものがより好ましく、６０〜１００μｍのものがさらに好ましい。しかしながら単結晶シリコン基板１１１が薄くなるにつれて、熱による影響を受けやすく、また撓みやすくなる。一方、本発明の基板ホルダを用いることで、このような熱による影響を受けにくくなり、膜厚の薄いシリコン基板を用いた場合であっても特性低下を抑制できる。
【００５４】
テクスチャが形成された一導電型単結晶シリコン基板の表面に、非晶質シリコン系薄膜層が製膜される。シリコン系薄膜層の製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。プラズマＣＶＤ法によるシリコン系薄膜層の製膜条件としては、基板温度１００〜３００℃、圧力２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００４〜０．８Ｗ／ｃｍ２が好ましく用いられる。シリコン系薄膜層の形成に使用される原料ガスとしては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等のシリコン含有ガス、またはシリコン系ガスとＨ２との混合ガスが好ましく用いられる。
【００５５】
導電型シリコン系薄膜層は、一導電型または逆導電型のシリコン系薄膜層である。例えば、一導電型単結晶シリコン基板としてｎ型が用いられる場合、一導電型シリコン系薄膜層、および逆導電型シリコン系薄膜層は、各々ｎ型、およびｐ型となる。ｐ型またはｎ型シリコン系薄膜層を形成するためのドーパントガスとしては、Ｂ２Ｈ６またはＰＨ３等が好ましく用いられる。また、ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ４やＨ２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。導電型シリコン系薄膜層の製膜時に、ＣＨ４、ＣＯ２、ＮＨ３、ＧｅＨ４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜層を合金化することにより、シリコン系薄膜層のエネルギーギャップを変更することもできる。
【００５６】
基板として、結晶質半導体上に非晶質層を有するものを用い、非晶質層として、非晶質半導体であるシリコン系薄膜層を用いる場合、シリコン系薄膜層としては、非晶質シリコン系薄膜層を用いる。例えば、図３に示すように、シリコン系薄膜層を複数層有する場合、少なくとも１層が非晶質シリコン系薄膜層であればよい。例えば、一導電型単結晶シリコン基板としてｎ型単結晶シリコン基板を用いた場合の光電変換部の好適な構成としては、透明電極層／ｐ型非晶質シリコン系薄膜層／ｉ型非晶質シリコン系薄膜層／ｎ型単結晶シリコン基板／ｉ型非晶質シリコン系薄膜層／ｎ型非晶質シリコン系薄膜層／透明電極層の順の積層構成が挙げられる。この場合、前述の理由から、ｐ層側を光入射面とすることが好ましい。
【００５７】
真性シリコン系薄膜層としては、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系薄膜層が好ましい。単結晶シリコン基板上に、ＣＶＤ法によってｉ型水素化非晶質シリコン系薄膜層が製膜されると、単結晶シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。
【００５８】
太陽電池１０１の光電変換部２０１は、図３のように導電型シリコン系薄膜層１１３ａ，１１３ｂ上の外側に、透明電極層１１４ａ，１１４ｂを備えている。本実施形態においては、基板を基板ホルダにセットした後、該基板上に電極層として、透明電極層が製膜されて光電変換部が形成される。
【００５９】
透明電極層１１４ａ，１１４ｂは、導電性酸化物を主成分としていることが好ましい。導電性酸化物の中でも酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を主成分とするものがより好ましい。透明電極層１１４ａ，１１４ｂは、単層でもよく、複数の層からなる積層構造でもよい。透明電極層１１４ａ，１１４ｂには、ドーピング剤を添加することもできる。光入射側の透明電極層１１４ａの膜厚は、透明性、導電性、及び光反射低減の観点から、１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
透明電極層１１４ａの役割は、集電極１１８へのキャリアの輸送であるから、膜厚を１０ｎｍ以上にすることによって、必要な導電性を備えることができる。膜厚を１４０ｎｍ以下にすることにより、透明電極層１１４ａでの吸収ロスが小さく、透過率の低下に伴う光電変換効率の低下を抑制することができる。また、透明電極層１１４ａの膜厚が上記範囲内であれば、透明電極層１１４ａ内のキャリア濃度上昇も防ぐことができる。そのため、赤外域の透過率低下に伴う光電変換効率の低下も抑制される。透明電極層１１４ａ，１１４ｂの製膜方法は、ＰＶＤ法であれば特に限定されないが、例えばスパッタ法やイオンプレーティング法が挙げられる。中でもスパッタ法などにより好ましく形成することができる。
【００６１】
透明電極層１１４ａ上には、集電極が形成され、また透明電極層１１４ｂ上には、裏面電極層が形成される。集電極や裏面電極層をＰＶＤ法により製膜する場合、上記基板ホルダに配置して、透明電極層と同様に製膜することができる。この際、透明電極層１１４ｂを製膜した直後に裏面電極層１１５を製膜することになるため、透明電極層と裏面電極層との双方をＰＶＤ法で製膜する場合には、長時間プラズマに曝されることとなり、二次電子による熱の発生も多くなる。これに伴って基板の温度上昇も促進されてしまう。従って、このような場合、基板への熱的ダメージを抑制するために本発明の基板ホルダを用いることが好ましい。
【００６２】
透明電極層として非晶質透明電極層を用いる場合、非晶質層として当該非晶質透明電極層を有する基板を用い、当該基板上に別の導電層を製膜してもよく、一方の主面に非晶質透明電極層が形成された基板の他方の面に、導電層として他の透明電極層を製膜しても良いし、両面に透明電極層を有する基板を用い、導電層として金属等による裏面電極層等を製膜してもよい。
【００６３】
また一方の面側に電極層が形成された基板を用い、他面に別の電極層を形成してもよい。この場合、基板の一方の面側に形成された電極層と基板ホルダが接触した状態で、他面に別の電極層が形成されるため、基板と基板ホルダの接触面積はより小さい方が好ましく、図１（ｆ）のような基板ホルダを用いることが好ましい。
【００６４】
以上のように、本発明においては、ヘテロ接合太陽電池を用いた場合、基板として、単結晶シリコン基板１１１の第一主面上に導電型非晶質シリコン薄膜層を有するものを用いることができる。この際、後述のように、基板は、透明電極層上に、集電極を形成するための下地となる導電性シード等を有していてもよいし、集電極を有していてもよい。
【実施例】
【００６５】
［実施例１］
一導電型単結晶系半導体として、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、ウェハの表面をエッチングすることで凹凸構造のテクスチャを形成した。エッチング工程完了後、シリコンウェハをプラズマＣＶＤ装置内へ導入し、その光入射面側に、非晶質層として、以下の非晶質半導体層を製膜した。真性非晶質シリコン系薄膜層１１２ａとして、ｉ型非晶質シリコン系薄膜層を５ｎｍ程度の膜厚で製膜した。なお、本実施例におけるＣＶＤによって製膜された薄膜層の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜した薄膜層の膜厚を、ジェー・エー・ウーラム社製分光エリプソメトリーにて測定し、製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出された値である。
【００６６】
ｉ型非晶質シリコン系薄膜層１１２ａ上に、逆導電型非晶質シリコン系薄膜層１１３ａとして、ｐ型非晶質シリコン系薄膜層を７ｎｍ程度の膜厚で製膜した。  次に、ウェハの裏面側に、真性非晶質シリコン系薄膜層１１２ｂとして、ｉ型非晶質シリコン系薄膜層を６ｎｍ程度の膜厚で製膜した。ｉ型非晶質シリコン系薄膜層の製膜条件は、前述の光入射面側ｉ型非晶質シリコン系薄膜層１１２ａの製膜条件と同条件である。
ｉ型非晶質シリコン系薄膜層１１２ｂ上に、一導電型シリコン系薄膜層１１３ｂとして、ｎ型非晶質シリコン系薄膜層を１０ｎｍ程度の膜厚で製膜した。以上のようにして、本発明の基板１００を作製した。
【００６７】
１４００（ｍｍ）×１１００（ｍｍ）×３（ｍｍ）の寸法を持つＳＵＳ３０４の板の片面に１５７（ｍｍ）×１５７（ｍｍ）×１．２（ｍｍ）の凹部（第一の凹部）１０を掘り、＃１００のホワイトアルミナを用いて表面に凹凸形状を形成し、８００℃にて焼鈍して形状を安定させ図１（ｃ）のような基板ホルダを得た。この基板ホルダの上に、液状のフッ素樹脂の塗布および乾燥を繰り返して０．１０（ｍｍ）の厚みを有するフッ素樹脂を絶縁層としてコーティングすることで図１（ｅ）に示すような基板ホルダを得た。
【００６８】
この際、絶縁性を示すシート抵抗を簡易型四端子抵抗測定装置（三菱化学アナリテック社製  ロレスタＡＸ  ＭＣＰ−Ｔ３７０型）により測定したところ、測定レンジである１０６Ω/□以上のシート抵抗を示した。この基板ホルダの凹部に、表裏面に各種シリコン系薄膜が製膜されたシリコンウエハを載置し、シリコンウエハをスパッタリング装置内へ導入した。
【００６９】
シリコンウエハの基板ホルダの載置面とは反対側に、透明導電膜層１１４ａとして、酸化インジウム錫（ＩＴＯ、屈折率１．９）層を１００ｎｍ程度の膜厚で製膜した。酸化インジウム錫層の製膜条件は、ターゲットとして酸化インジウムと酸化錫の焼結体を用い、基板表面の設定温度室温、製膜室内圧力０．２Ｐａのアルゴンガス雰囲気、ＤＣ電源パワー密度０．８８Ｗ／ｃｍ２である。なお、本実施例におけるスパッタリングによって製膜された薄膜層の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜した薄膜層の膜厚を、段差計にて測定し、製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出した値である。
【００７０】
次に、ウェハの裏面側に、透明導電膜層１１４ｂとして、酸化インジウム錫層を８０ｎｍ程度の膜厚で製膜した。酸化インジウム錫層の製膜条件は、前述の光入射面側酸化インジウム錫層の製膜条件と同条件である。
【００７１】
引き続き、裏面側透明導電膜層１１４ｂ上に、裏面金属電極層１１５として、スパッタリング法により銀を８０ｎｍ程度、銅を３５０ｎｍ程度、チタンを５０ｎｍ程度の膜厚で製膜した。本実施例におけるスパッタリングにより得られた薄膜の膜厚はガラス基板上に同条件にて製膜した薄膜層の膜厚を段差測定器にて測定し製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出された膜厚である。
【００７２】
ウエハの裏面側に酸化インジウム錫、銀、銅およびチタンを製膜した際に、ウエハの裏面側にＷａｈｌ社製カプトンカバー付きテンププレート(温度レンジ65〜215℃)を貼付して、黒色に変化した感熱素子の規定の温度をウエハの最大到達温度として記録したところ、ウエハの最大到達温度は１３２℃であった。
【００７３】
最後に、光入射面側の透明導電膜層１１４ａ上に銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、櫛型電極を形成し、集電極１１８とした。
【００７４】
上記工程を経て作製されたウェハをプラズマＣＶＤ装置内へ導入し、その光入射面側に、絶縁層１１７として酸化シリコン薄膜を８０ｎｍ程度の膜厚で製膜した。
【００７５】
［実施例２］
１４００×１１００×３ｍｍのＳＵＳ３０４の板に１５７×１５７×０．５ｍｍの第１の凹部を掘り、＃100のホワイトアルミナを用いて表面に凹凸形状を形成し、８００℃で焼鈍して形状を安定させ、図１（ｃ）に示すような基板ホルダを得た。実施例１と同様にしてＣＶＤプロセスを経て各種シリコン系薄膜が製膜されたシリコンウエハを、得られた基板ホルダに載置してスパッタリング装置内に導入した。その裏面側に酸化インジウム錫、銀、銅およびチタンを製膜した際に、ウエハの裏面側にＷａｈｌ社製カプトンカバー付きテンププレート(温度レンジ６５℃〜２１５℃)を貼付して、黒色に変化した感熱素子の規定の温度をウエハの最大到達温度として記録したところ、ウエハの最大到達温度は１５４℃であった。
【００７６】
[実施例３]
１４００×１１００×３ｍｍのＳＵＳ３０４の板に１５７×１５７×２．０ｍｍの第１の凹部を掘り、第１の凹部の内側にスライドガラスを並べて１４５×１４５×１．０の第２の凹部を作成し、図１（ａ）に示すような基板ホルダを得た。実施例１と同様にしてＣＶＤプロセスを経て各種シリコン系薄膜が製膜されたシリコンウエハを、得られた基板ホルダに載置してスパッタリング装置内に導入した。ウエハの裏面側に酸化インジウム錫、銀、銅およびチタンを製膜した際に、ウエハの裏面側にＷａｈｌ社製カプトンカバー付きテンププレート(温度レンジ６５℃〜２１５℃)を貼付して、黒色に変化した感熱素子の規定の温度をウエハの最大到達温度として記録したところ、ウエハの最大到達温度は１５４℃であった。
【００７７】
上記実施例１〜３における基板と基板ホルダの接触面積は、平均高さRc（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１；ＩＳＯ  ４２８７：１９９７に対応）における負荷長さ率Ｒｍｒと基板と基板ホルダの見かけの接触面積により求めたところ、いずれも基板の面積の１０分の1以下であった。
【００７８】
［比較例１］
実施例１と同様にしてＣＶＤプロセスを経て各種シリコン系薄膜が製膜されたシリコンウエハを、１４００×１１００×３ｍｍのＳＵＳ３０４の板に１５７×１５７×１．２ｍｍの凹部を掘り、８００℃で焼鈍して形状を安定させた、表面に凹凸形状および絶縁層を有しない図２に示すような基板ホルダに載置してスパッタリング装置内に導入した。その裏面側に酸化インジウム錫、銀、銅およびチタンを製膜した際に、ウエハの裏面側にＷａｈｌ社製カプトンカバー付きテンププレート(温度レンジ６５℃〜２１５℃)を貼付して、黒色に変化した感熱素子の規定の温度をウエハの最大到達温度として記録したところ、ウエハの最大到達温度は２１５℃であった。比較例１における基板は、基板ホルダの全面に接触していた。すなわち接触面積は５分の１よりも大きかった。
【００７９】
【表１】
2016192453.tif 000003
【００８０】
表１の結果より、比較例１と実施例２を比較すると、比較例１ではウェハ最大到達温度が２１５℃であったのに対し、実施例２では１５４℃と大きく低下した。これにより底面の凹凸形状の有無により、基板ホルダと基板の接触面積の減少がウエハの最大到達温度がヘテロ接合太陽電池の耐熱温度である２００℃程度よりも低くなり、それに伴いＶｏｃが向上したと考えられる。
【００８１】
また、実施例１と実施例２の比較から、実施例１のほうが到達温度は低くなった。これはウエハと接触する部分に絶縁被膜を形成することによってスパッタ時の温度上昇をより防ぐことが出来たためと考えられる。
【００８２】
また実施例２と実施例３を比較すると、ウェハの最大到達温度はいずれも１５４℃と同程度となり、Ｖｏｃも同程度となった。これは、実施例２と実施例３では、基板ホルダとの接触面積が同程度になったためと考えられる。
【００８３】
比較例１の場合は、実施例１および実施例２と比較してＶｏｃの低下による太陽電池セルの性能低下が確認された。以上より、本発明の要件を満たす基板ホルダをもちいて、変換効率の高い太陽電池を作成できると考えられる。
【符号の説明】
【００８４】
１．   基板ホルダ
１０． 第１の凹部
１１． 第１の凹部の底面
１２． 第１の凹部の側面
２０． 第２の凹部
２１． 第２の凹部の底面
２２． 第２の凹部の側面
３１．  基板と基板トレイの接触面積
１０１．ヘテロ接合太陽電池
１１１．一導電型単結晶シリコン基板
１１２ａ、１１２ｂ．真性非晶質シリコン系薄膜層
１１３ａ、１１３ｂ．導電型シリコン系薄膜層
１１４ａ、１１４ｂ．透明導電膜層
１１５．裏面金属電極層
１１６．第一導電層
１１７．絶縁層
１１８．第二導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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