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    公开号:WO1983000950A1
    申请号:PCT/JP1982/000366
    申请日:1982-09-10
    公开日:1983-03-17
    发明作者:Ltd. Konishiroku Photo Industry Co.
    申请人:Sato, Shigeru；Shindo, Masanari；Ota, Tatsuo；Myokan, Isao；Shima, Tetsuo；
    IPC主号:H01L31-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 アモルファスシリ コン太陽電池の製造方法及び装置 技 術 分 野 - 本発明はア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン太陽電池の製造方法及 び装置に関する も のである 。
    [0002] 背 景 技 術
    [0003] 一般に太'陽電池は、 光の照射を受けてキャ リ アを発生 する活性層の受光面側に一方の電極と る透明電極層を 設け、 他面側に他^の電極層を設けて構成される。
    [0004] そして従来においては前記活性層は結晶シ リ コ ン を主と する結晶体半導体材料に よ 構成されていたが、 結晶体 半導体材料はその製造において結晶成長工程を必要とす るために製造に多 く の電力 と長い時間 と を必要 と し、 コ ス ト が高い欠点がある 。
    [0005] 斯かる情況下において、 最近では、 結晶シ リ コ ン に比 して比較的容易に大面積の薄層を安価に形成する こ とが でき る こ と、 及び大き ： ¾変換効率が得られる こ とから、 前記活性層を了 モ ル フ 了 ス シ リ コ ン （ 以下 「 a — シ リ コ ン 」 と記す。 ） に よ ] 構成する こ とが研究されている 。
    [0006] 而 して太陽電池の活性層 と して良好る機能を果すため には、 a — シ リ コ ンは、 その非晶質と い うその不規則な 原子配列構造に起因するダン グ リ ン グ ボン ドが水素原子 等に よ J9 封鎖された も のでぁ る と とが基本的に必要でぁ
    [0007] OMPI
    [0008] ？ NATIO 、 斯かる a —シ リ コ ンは、 従来においては主と してグ ロ ー放電法に よって得られる こ とが知られている。 この グロ 一放電法はシ ラ ン ガスを真空槽内においてグロ 一放 電のプラ ズマに よって分解し、 基板上に水素原子が導入 された a — シ リ コ ンを形成する も のである。
    [0009] こ の よ う に ダン グ リ ン グボン ドが封鎖された a —シ リ コ ンは、 ドーブ剤に よ ]3 ドー ピン グ効果を得る こ とが可 能であるため当該 a — シ リ コ ン の導電型及び電導度を制 - 御する こ とが可能であって、 太陽電池 と して好ま しい構 成の活性層を形成する こ とが可能である 。 即ち、 当該活 性層においては大き な空乏層が形成されている こ とが望 ま しいが、 適当な導電型の a — シ リ コ ン層を利用する こ とによってその よ う な空乏層が形成される活性層を得る こ とができ、 具体的には P 型層 と 11型層 との間に非 ドー プ層 （ 以下 「 i 型層」 と いう 。 ） を介在せしめたいわゆ る p — i — n構成、 p 型層と n 型層との積層体に よ る p — 11構成、 i 型層上に白金、 金、 パ ラ ジ ウ ム等の仕事関 数の大きい金属層を設けて成る シ ョ ツ ト キーパ リ ャ型の 構成等を挙げるこ とができ る 。 - しかしながら この よ う な好ま しい活性層の得られる搆 成の a — シ リ コ ンをグ ロ 一放電法に よって製造する こ と は、 理論上は と も角、 実際上は非常に多大の労力 と時間 とを必要とする 。
    [0010] 即ち、 グ ロ 一放電法においては、 ドー ピン グは、 シ ラ ン ガス と共に、 周期律表第 ΠΙ族若し く は第 V族元素 - 3 . . . ― —― 素化物である ガ ス 、 即ちジ ボ ラ ン 、 ホ ス フ ィ ン 、 ア ル シ ン等を前記真空槽内に導入する こ と に よって行われるが、 得られる a —シ リ コ ン の組織状態及び ドー ピン グする場 合における不純物元素の a — シ リ コ ン中への導入割合等 がグ ロ一放電によって生ずる ブラ ズマの状態に依存する に も かかわ らず、 こ の プ ラ ズマ の状態を制御する こ と は 非常に困難であって安定に維持する こ と も 困難であ 、 従って a — シ リ コ ン中に導入される水素の割合及び不純 物元素の濃度を十分に制御するこ とは困難であ ] 、 結局 所望の状態、 例え ば高濃度 に不純物元素 が導入 さ れ た導電型を有 し、 しかも 良好 ¾特性を有する a —シ リ コ ン を得る こ と は安定性、 再現性、 歩留 ] の点で問題があ る 0
    [0011] 又同一の真空槽を甩 てグロ —放電法に よって導電型 の異なる 2 以上の a —シ リ コ ン層を共通の基极上に連続. して形成する場合には、 先行する工程において ドー プ剤 ガ スを導入 したと きは後続の工程を開始するに際 して真 空橹内のガスの全部を完全に置換する こ とが必要である 上、 先行する a —シ リ コ ン層の形成工程において用いら れた ドー ブ剤の一部が真空槽内に付着してしま い、. 後続 の別異の導電型の a シ リ コ ン層の形成工程における グ 口 —放電に よ ] 、 前記真空槽内に付着 した も ののみな ら ず既に形成された a —シ リ コ ン層に導入された ド ー プ剤 の一部ま でが再放出される よ う にる ]3 、 当該後続の工程 において形成される a — シ リ コ ン層内に導入される よ う になる。 そして この結果、 IX型層又は p 型層の後に i 型 層を形成する と i 型層が n型化又は p 型化して しま い、
    [0012] n型層の後に p 型層を、 或いは p 型層の後に n型層を形 成する と、 後続の工程における a —シ リ コ ン層の ドー ピ ン グ効率が減少し若 し く は消失する よ う にな る 。
    [0013] 更にグ ロ 一放電法においては成膜速度が数オ ン グ ス ト ロ ー ム 秒程度であって極めて小さ く 、 しかも大面積の 薄層の a — シ リ コ ンであって厚さが均一で均質 ¾ も のの 製造は、 それらが同様に殆ど制御し得ない プ ラ ズマの状 態に依存するため、 非常に困難である こ と も 加わ ] 、 結 局グ ロ一放電法に よって実用に供し得る太陽電池の製造 を工業規模で行う ためには大き な障害がある 。
    [0014] この a —シ リ コ ンは堆積 （ d e p o s i t i o n ) 手段に よって 形成する こ とができ るので、 長尺 ¾支持体上に太陽電池 . と しての機能を有するために必要と される a — シ リ コ ン 層を連続的に形成し得る可能性を有す'る も のであ ]) 、 そ の よ う にする こ と に よ ] 、 非常に低廉な コ ス ト で太陽電 池を製造する こ とが可能と る。 '
    [0015] 然るに、 長尺な支持体上に形成された太陽電池はその ま ま使用に供される も のではな く 、 通常小'さ ¾面積の単 位毎に切断されて使用され、 これは支持体上に形成され た太陽電池のすべての部分が有効ではな く 局部的に欠陥 がある と き にはこれを除去する こ とができ る点において も意味力 ある 。
    [0016] しかしながら、 太陽電池においては、 例えば第 7 図に一
    [0017] O FI
    [0018] ？ O 示す よ う に活性層 7 1 の両側に直接又は間接に、 例えば 金属よ ] 成] 支持体を兼ねる こ と も ある下部導電層 7 2 及び上部導電層 7 3 が形成される こ とが必要である 。 しかし ¾がら この よ う 構成の も のを切断線 C に って 切断する と、 その切断面上に上部導電層 7 3又は下部導 電層 7 2 を構 ·成する金属等の一部が位置される よ う にな つていわばバ リ が発生 し、 こ の結果下部導電層 7 2 と上 部導電層， 7 3 とが鼋気的に接続される よ う にるつて短絡 し、 この結果太陽電池 と しての機能が損われるおそれが 大き 。 勿論切断された個々 の太陽電池毎にこのバ リ を 除去する こ.とは可能であるが、 こ の作業は極めて煩瑣で る■ o
    [0019] 発 明 の 開 示
    [0020] 本発明は以上の如き事情に基づ てる されたも のであ つて、 複数の層の積層構成によ る a — シ リ コ ン の活性層 を具え、 従って実用に十分に供し得る太陽.電池を容易に 又短時間に製造する こ とができ、 更に活性層に係る積層 構成の複数を積重 した構成を有 し高い起電力電圧が得ら れる太陽電池を も容易に製造する こ と ので き る a — シ リ コ 太陽電池の製造装置を提供する こ と を'目的とする 。
    [0021] さ らに本発明は確実に且つ容易に大量の太陽電池を製 造する こ と のでき る方法を提供する こ と を 目的 とする 。
    [0022] 本発明の特徵と する と こ ろは、 （ 真空槽と、 （b)こ の真 空槽を分割し互いに区画 して形成した少 く と も 1 つの 蒸着空間から る第 1 の蒸着空間及び少な く と も 1 蒸着空間から る第 2 の蒸着空間 と、 （ 前記第 1 の蒸着 空間内に配設 した、 少な く と も シ リ コ ンを蒸発源物質と して含む少な く と も 1 つの第 1 の蒸発源、 （d)前記第 1 の 蒸着空間に接続 した水素ガス放電管と、 （e)前記少な く と も 1つの蒸着空間から る第 2 の蒸着空間内に配設 した 少な く と も 1 つの第 2 の蒸発源 と、 （f)前記第 1 の蒸着空 間及び第 2 の蒸着空間を順次に通過する よ う 、 蒸着基板 を相対的に移動せしめる移動機構と を具えて成！？ 、 前記 第 1 の蒸発源に よ る少な く と も 1 つの a —シ リ コ ン層 と これに積層された少な く と も 1 つの第 2 の蒸発源に よ る 少¾ く と も 1 つの蒸着層 との積層体に よ ！） 太陽電池要素 が構成される点にある 。
    [0023] さ らに本発明の別の特徴とする と ころは、 導電層を有 する長尺な支持体上に a — シ リ コ ン よ ]) 成る活性層を形 成し、 この活性層上に長さ方向に互いに切断用領域を介 して順次に並ぶよ う複数の金属層を形成 して前記支持体 上に複数の太陽電池を形成する工程と、 前記切断用領域 において前記支持体を切断 して個々 の太陽電池を分難す る工程と を含むこ と を特徵とする点にある 。
    [0024] 図 面 の 簡 単 -説 明 '
    [0025] 第 1 図は本発明に係る製造装置の実施例を示す横断平 面図、 第 2 図は第 1 図の矢印方向からみた一部切欠正面 図、 第 3 図は第 2 図に示した水素放電管を示す断面図、 第 4 図は第 1 図の装置に よ って製造される太陽電池の例 を示す説明図、 第 5 図及び第 6 図は本発明の他の実施伊」^
    [0026] - ( ΟΜΡΙ ■
    [0027] W WIPO— ^" ATiC を示す説明図、 第 7 図は多数の太陽電池を製造する場合 における問題点についての説明図、 第 8 図は本発明太陽 電池の製造方法の実施に用いる装置の構成を示す説明用 断面図、 第 9 図は本発明において用いられ得る マス ク べ ル ト の説明図、 第 1 0 図は本発明方法の一実施例につい ての説明図、 第 1 1 図〜第 1 3 図はそれぞれ本発明の他 の実施例についての説明図である 。
    [0028] 発明を実施す.るための最良の形態 下本発明の実施例を図面に よって説明する と、 第 1 図及び第 2 図に示す実施例においては、 真空槽 5 0 を構 成するベ ルジ ャーを、 隔壁 5. O A , 5 0 B ， 5 0 C に よ D三等分に分割 し互いに円周方向に並ぶよ う 区画して II 型層形成用蒸着空間 1 0 及び i 型層形成用蒸着空間 2 0 並びに P 型層形成用蒸着空間 3 0 を形成する と共に、 前 記 II型層形成用蒸着空'間 1 0 内には、 リ ン等の周期律表 第 V族元素から選ばれる η·型半導体用 ド ープ剤と シ リ コ ン と の混合物を蒸発源物質とする η型層形成用蒸発源 1 を配設 し、 前記 i 型層形成用蒸着空間 2 0 には、 シ リ コ ンのみを蒸発源物質と .する i 型層形成用蒸発源 2 を配設 し、 前記 p 型層形成用蒸着空間 3 0 内には、 ホ ウ素等の 第 ] 1族元素か ら選ばれる P 型半導体用 ド ープ剤 と シ リ コ ン と の混-合物を蒸発源物質 と した p 型層形成用蒸発源 3 を配設する。 又前記蒸着空間 1 0 ， ' 2 0 ， 3 0 の排気を 行う 排気管 1 1 , 2 1 , 3 1 を、 前記蒸着空間 1 0 ， 2 0 , 3 0 におけるベ ルジャーの底壁にそれぞれ接 てこれら排気管 1 1 ， 2 1 y 3 1 には真空ボン ブ （ 図示 せず ） を接続する と共に、 前記蒸着空間 1 0 , 2 0 ，
    [0029] 3 0 に活性水素及び水素ィ オ ン を導入する水素ガス放電 管 1 2 ， 2 2 , 3 2 の出 口を、 前記蒸着空間 1 0 ， 2 0 ， 3 0 におけるベ ルジ ャ ーの底壁に接続し、 更に前記ベ ル
    [0030] ジャーの天井部の中心には回転軸 5 1 を設けてこれに前 記蒸着空間 1 0 , 2 0 ， 3 0 の平面形状に適合する例え ば扇形の支板 5 2 を取 ]) 付けて前記回転軸 5 1 の回転に
    [0031] ] 3 、·当該支板 5 2が前記蒸着空間 1 0 ， 2 0 ， 3 0 の 上方を覆う よ う になって移動する円軌道 に fB、つて回転 される よ う に し、 この支板 5 2 には ヒ ータ ー （ 図示せず） を設ける と共に当該支板 5 2 の下面に蒸着基板 4 を装着 せしめ、 前記回転軸 5 1 には駆動用モータ 5 3 を連結す る。 尚、 第 1 図は支板 5 2 が n 型層形成用蒸着空間 1 0 に位置する状態を' す。
    [0032] 又前記水素 ガス放電管の一例においては、 第 3 図に示 すよ う に、 ガス入 口 6 1 を有する筒状の一方の電極部材
    [0033] 6 2 と、 こ の一方の電極部材 6 2 を一端に設けた、 放電 空間 6 3 を囲繞する例えば筒状ガ ラ ス製の放電空間部材
    [0034] 6 4 と、 こ の放電空間部材 6 4 の他端に設'けた、 出口 65 を有する リ ング状の他方の電極部材 6 6 と よ 成 ] 、 前 記一方の電極部材 6 2 と他方の電極部材 6 6 と の間に直 流又は交流の電圧が印加される こ と に よ ] 、 ガ ス入口
    [0035] 6 1 を介して供給された水素ガスが放電空間 6 3 におい てグ'ロ ー放電を生じ、 これに よ 1) 電子エ ネ ル ギ ー的に賦 一
    [0036] ¾ , WIPC5~" 活された水素原子若 し く は分子よ 成る活性水素及びィ オ ンィヒされた水素ィ オ ン が出 口 6 5 よ 排出される 。
    [0037] この図示の例の放電空間部材 6 4 は二重管構造であって 冷却水を流過せ しめ得る構成を有し、 6 7 , 6 8 が^却 水入口及び出 口を示す。 6 9 は一方の電極部材 6 2 の冷 却用 フ ィ ン であ る 。
    [0038] 上記の水素 ガス放電管における電極間距離は 1 0〜1 5 cmであ 、 印加電圧は 5 0 0 〜 8 0 0 V、 放電空間 6 3 の圧力は l O^ Torr 程度と される 。
    [0039] 以上の如き構成の本発明装置において、 蒸着空間 1 0 ,
    [0040] 2 0 ， 3 0 を例えば 1 0 -2 〜 1 0 -" 7 Torrの高真空状態に保 つた状態で、 水素ガ ス放電管 1 2 ， 2 2 , 3 2 よ ] の活 性水素及び水素イ オ ン を蒸着空間 1 0 - 2 0 , 3 0 内に 導入 しながら前記蒸発源 1 、 . 2 、 3 を加熱 して これら よ
    [0041] ] 蒸発源物質を蒸発せしめ、 こ の状態において、 先づ支 板 5 2 を n 型層形成用蒸着空間 1 0 に位置せ しめて蒸着 基板 4上に ！！ 型層形成用蒸発'源 1 よ の蒸発源物質を蒸 着 して n 型層を形成し、 次にモ ータ 5 3 を駆動 して前記 · 支板 5 2 を i 型層形成用蒸着空間 2 0 に移動せしめて こ ' こで前記 ϋ型層の表面に i 型層形成用蒸.発源 2 よ の蒸 発源物質を蒸着 して i 型層を形成し、 然る後に更にモ ー タ 5 3 を驟動して前記支.板 5 2 を p 型層形成用蒸着空間
    [0042] 3 0 に移動せしめて こ こ で前記 i 型層の表面に p 型層形 成用蒸発源 3- よ の蒸発源物質を蒸着 して p 型層を形成 し、 再びモータ 5 3 を駆動して前記支板 5 2 を、 上記と
    [0043] Ό ΡΙ WIPO 同様に して II型層形成用蒸着空間 1 0 、 i 型層形成用蒸
    [0044] 着空間 2 0 、 p 型層形成用蒸着空間 3 0 を円軌道 に 、 つて こ の順に通過せ しめ、 以つて第 4 図に示す よ う に、
    [0045] 蒸着基板 4上に n型層 N 、 i 型層 I 及び p 型層 Pがこの
    [0046] 順に積層された P — i — n構成の a シ リ コ ン層よ 成
    [0047] る太陽電池要素を複数積重せしめ、 その後表面上に透明
    [0048] 電極層 T を設けて a — シ リ コ ン太陽電池を得る 。
    [0049] 而して上記蒸着空間 1 0 ， 2 0 , 3 0 の各々 において
    [0050] 形成される a —シ リ コ ン層は、 活性水素及び水素イ オ ン
    [0051] によ ] ダ ン グ リ ン グ ボ ン ドが封鎖されたも の と る る と共
    [0052] に、 各蒸着空間は互いに区画されているため、 先行する
    [0053] a —シ リ コ ン層の形成工程におい て用いられた ド ープ剤
    [0054] の一部が後続する工程において形成される a — シ リ コ ン 層に混入する こ とがな く て良好 特性を有する a — シ リ コ ン層が得られ、 しかも ド一ブ剤'及びシ リ コ ン の蒸発速
    [0055] 度の独立 した制御が可能であ ] 、 更には水素ガ ス放電管
    [0056] における供給水素 ガス量、 放電電圧等の制御に よ 真空
    [0057] 橹内に導入される活性水素の活性の程度と量及び水素ィ オン の量の制御を各々独立に行う こ とができ るから、 p
    [0058] 型層、 i 型層、 n 型層を所望の特性とする'こ とができ る。
    [0059] そ して単に蒸着基板 4 を、 互いに区画された蒸着空間
    [0060] 1 0 ， 2 0 ， 3 0 を順次通過させる こ と によって蒸着基
    [0061] 板 4上に n型層、 i 型層、 p 型層を順次積層する ことが
    [0062] でき るため、 グロ 一放電法のよ う に新たな a —シ リ コ
    [0063] 層を形成する度毎に真空槽内のガ スを取替える と いった
    [0064] Οί.ίΡΙ >、 、 面倒な手間を必要とする こ と な く 、 極めて容易に良好
    [0065] 活性層を形成する P 一 i 一 n構成、 更にはその積重構成 を形成する こ とがで き る 。
    [0066] 更に a —シ リ コ ン Q成膜速度をグ ロ 一放電法に比 して その数十倍以上とする こ とが容易であ る と共に、 基板が 大面積の も のであ る場合に も、 その表面方向のみな らず 厚さ方向に も 均質であって ド― ブ剤の濃度分布も 均一で あ ] 、 腠厚も 均一 a シ リ コ ン層を短時間の う ちに形 成する こ とができ、 この結果、 大き る変換効率を有する a — シ リ コ ン太陽電池、 更にはこれが積重された高い起 電力電圧を有する a —シ リ コ ン太陽電池を工業規模で容 易に短時間の う ちに製造する こ とができ る 。
    [0067] 以上に加えて上述の実施例においては、 蒸着基板 4 を 無端の円軌道 に 、つて移動せしめる よ う に しているた め、 p — i — IX 構成の積重構成を連続 して形成する こ と ができ るので好ま しい。 そして 3 つの蒸着基板を用いて それらの各々 が各蒸着空間 1 0 ， 2 0 ， 3 0上に位置す る状態で上述の蒸着を行う こ と に よ って同時に 3 つの太 陽電池の製造を遂行する こ と も でき る。
    [0068] 以上の実施例では、 例えば第 1 の蒸着空'間は前記 n 型 層形成用蒸着空間 1 0 と i 型層形成用蒸着空間 2 0 と に よ ]9構成され、 又第 2 の蒸着空間は、 前記 P 型層形成用 蒸着空間 3 0 に よ D構成され、 第 1 の蒸発源は、 前記 n 型層形成用蒸発源 1 と i 型層形成用蒸発源 2 と に よ ] 構成 され、 第 2 の蒸発源は、 前記 p 型層形成用蒸発源 3 によ
    [0069] ΟΜΡΙ _ 小 1 構成された状態である 。
    [0070] 以上本発明の好適な一実施例について説明 したが、 本 発明においては第 5 図に示すよ う に、 真空槽 5 0 を隔壁 5 0 D 、 5 0 E に よ ])分割 して互いに一直線に ¾つて並 ぶよ う 区画して n 型層形成用蒸着空間 1 0 及び i 型層形 成用蒸着空間 2 0 並びに p 型層形成用蒸着空間 3 0 を形 成し、 各蒸着空間 1 0 "， 2 0 , 3 0 内に夫々 II型層形成 用蒸発源 1 、 i 型層形成用蒸発源 2 、 p 型層形成用蒸発 源 3 を配設する と共に、 前記蒸着空間 1 0 ， 2 0 ， 3 0 に亘る移動路 W上を、 蒸着基板 4 が移動機構 （ 図示せず） によ 1 往復移動する よ う に構成して も よい。 斯かる構成 にお ては、 蒸着は蒸着基板 4 が往路を移動する と きに のみ行われ、 蒸着基板 4が復路を移動する と き には、 各 蒸発源 1 , 2 , 3 に係るシ ャ ッ タ ー S I , . S 2 ， S 3 を 各々閉 じる よ う にすればよ い。
    [0071] 尚第 5 図の実施例及び前述の実施例においては、 移動 機檁を、 蒸発源物質を蒸着基板に対 して移動せしめる構 成と して も よい。
    [0072] 又本発明においては、 第 6 図に示すよ う に、 垂直な軸 7 0 の周 ] に回転される ド ラ ム 7 の周面に柔軟る蒸着基 板 4 を貼着し、 移動機構 （ 図示せず ） に よ ] 前記 ド ラ ム 7 を回転せしめる こ と に よって、 前記蒸着基板 4 を、 互 いに円周方向に並ぶよ う 空間に よって区画された n型層 形成用蒸着空間 1 0 、 i 型層形成用蒸着空間 2 0 、 p 型 層形成用蒸着空間 3 0 に順次位置される よ う移動せしめ
    [0073] C PI ル る構成とする こ と も でき る 。 こ の場合において各蒸発源 は斜上方を向 く よ う配設される 。
    [0074] そして本発明においては、 真空槽を分割 して蒸着空間 を形成するについて、 必ずし も 隔壁を必要とする も ので はな く 、 例えば第 5 図に示 した実施例の よ う に各蒸発源 に係る蒸着空間が互いに重 ] 合わるい よ う蒸発源同士 を互いに空間を介 して離間する よ う に して も よ い。
    [0075] 更に本発明においては、 n型半導体用 ドープ剤を収容 した蒸発源と シ リ コ ンのみを収容 した蒸発源と を別個に 設けて これら蒸発源に よ ]) II 型層形成用蒸発源を構成 し、 或いは p 型半導体用 ド ープ剤を収容 した蒸発源と シ リ コ ンのみを収容 した蒸発源と を別個に設けて これら蒸発源 によ ] p 型層形成用蒸発源を構成する よ う に して も よい。
    [0076] そ して又本発明においては、 p — n構成の太陽電池を 製造する も のとする こ とができ、 こ の場合には、 真空槽 を 2 つに分割 して 2 つの蒸着空間、 例えば p 型層形成用 蒸着空間、 II 型層形成用蒸着空間を形成 して p 型層形成 用蒸着空間内には P 型層形成用蒸発源を、 n 型層形成用 蒸着空間内には n 型層形成用蒸発源を夫 々配設した構成 とすれば よい。 或いは、 シ ョ ッ ト キーバ リ ヤ型の構成の 太陽電池を製造する も のとする こ と も でき、 こ の場合に は第 1 の蒸着空間内にシ リ コ ンを含む蒸発源物質を.収容 した蒸発源を配設 し、 第 2 の蒸着空間内に白金、 金、 パ ラ ジ ウ ム等の仕事関数の大き い金属を蒸発源物質 と して 収容 した金属蒸発源を配設する よ う に構成 して も よ ^
    [0077] こ の よ う に本発明に係る製造装置は、 いわゆる P - i 一 n構成、 p — ϋ構成、 シ ョ ッ ト キーバ リ ヤ型の構成等 種々の構成の太陽電池を製造する こ とがで き るが、 いず れの場合において も、 例えば蒸発源の蒸発速度を制御す る こ と、 或いは蒸着空間における蒸着基板の滞在時間を 変える こ と等に よって、 光を完全に吸収 して最大の変換 効率が得られる よ う 、 a —シ リ コ ン よ 成る各層の厚さ 及び全体の構成を考慮すべきであ る。
    [0078] さ ら に本発明を利用 して、 導電層を有する長尺な支持 体上に複数の a — シ リ コ ン太陽電池を形成する こ と もで き る。 例えば、 第 8 図に示すよ う に、 真空橹 7 5 内を、 排気路 7 6 に接続 した真空ポン プ （ 図示せず ） に よ ]
    [0079] 1 0 -3 〜 1 0 -7 To r rの真空度に排気し、 真空槽 7 5内には、 隔壁 9 2 に よって各々 の蒸着領域を区画せしめたシ リ コ ン蒸発源 9 0 と金属蒸発源 9 1 と をこの順に設け、 これ - ら蒸発源の上方に位置する支持体通路に fp、つて、 支持体 ロ ー ル 7 7 よ の長尺な導電性支持体 7 8 が移送される よ う ガイ ドロ ーラ 7 9 , 7 9 に よ 案内せしめる と共に こ の支持体 7 8 を巻き 取 ] ロ ール 8 0 に巻き取る よ う に し、 又前記支持体通路における支持体 7 8 .の シ リ コ ン蒸 発源 9 0 と対向する表面上を当該支持体 7 8 と一致 して 移送される よ う 無端のマ ス ク ベ ル ト 8 1 を設け、 こ の マ ス ク ベル ト 8 1 には例えば第 9 図に示すよ う に、 前記支 持体 7 8 の幅 よ ] 小さい幅 d の矩形の窓 8 2 , 8 2 を互 いに長さ方向に分難して形成してお く 。 又前記支持体逼
    [0080] ] °- 路と対向する よ う 水素ガ ス放電管 8 3 の出 口 を真空槽 75 に接続 して設け、 ヒ ータ ー 8 4 に よって支持体 7 8 を温 度 1 5 0 〜 5 0 0 Ό、 好ま しく は 2 5 0 〜 4 5 0 1C に加 熱する と共に、 例えば前記巻き 取 ] ロ ー ル 8 0 を介 して 直流電源 8 5 に よ ]) 0 〜一 1 0 kV、 好ま し く は一 1 〜
    [0081] - 6 kV の直流負電圧を印加した状態で支持体 7 8 を移送 し がら、 前記水素ガ ス放電管 8 3 よ 活性水素及び水 素ィ オ ン を真空槽 7 5 内に導入 しながら シ リ コ ン蒸発源
    [0082] 9 0 を加熱 してシ リ コ ンを蒸発せしめる と共に金属蒸発 源 9 1 を加熱 して金属を蒸発せ しめ、 これに よ ] 、 先づ 前記支持体 7 8 の表面上にマ ス ク ベ ル ト 8 1 の窓 8 2 を 介して a —シ リ コ ンを蒸着せ しめ、 以つて第 1 0 図に示 すよ う に、 互いに切断用領域 を介 して離間 した状態で 順次に並ぶ a —シ リ コ ン よ ]) 成る多数の活性層 1 0 0 ， i 0 0 を形成し、 次いで こ の活性層 1 ό 0 ， 1 0 0 の各 各の上に前記金属を蒸着せ しめて金属導電層 1 0 1 を形 成し、 以つて前記支持体 7 8 ·と、 この上の前記活性層 ' '
    [0083] 1 0 0及び金属導電層 1 0 1 と によ る多数の太陽電池を 形成せしめる。 そ してその後、前記切断用領域 P'において 前記支持体 7 8 を切断 して個々 の太陽電池-を分離せ しめ て太陽電池を製造する。
    [0084] 以上に いて、 シ リ コ ン蒸発源 9 0 等の加熱のために は、 抵抗加熱、 電子銃加熱、 誘導加熱等の任意の加熱手 段を利用する こ と ができ る 。 そ して蒸発源において突沸 に よ ] 蒸発源物質の粗大粒塊が飛翔 して支持体 7 8 付着する こ と を避ける必要があ 、 そのためには、 屈曲 した蒸気路を形成する粗大粒塊飛散防止部材を利用する こ とができ る。
    [0085] 又前記水素ガス放電管 8 3 の一例においては、 第 3 図 に示すよ—う に、 ガス入口 6 1 を有する筒状の一方の電極 部材 6 2 と、 こ の一方の電極部材 6 2 を一端に設けた、 放電空間 6 3 を囲繞する例えば筒状ガ ラ ス製の放電空間 部材 6 4 と、 こ の放電空間部材 6 4 の他端に設けた、 出 口 6 5 を有する リ ン グ状の他方の電極部材 6 6 と よ 成 } ¾ 前記一方の電極部材 6 2 と他方の電極部材 6 6 と の 間に直流又は交流の電圧が印加される こ と に よ ] 、 ガス 入口 6 1 を介して供給された水素ガ スが放電空間 6 3 に おいてグロ 一放電を生じ、 これに よ ] 電子エ ネ ルギ ー的 に賦活された水素原子若し く は分子よ 成る活性水素及 びイ オン 化された水素イ オン が出 口 6 5 よ 排出される。 この図示の例の放電空間部材 6 4 は二重管構造であって 冷却水を流過せしめ得る構成を有し、 6 7 , 6 8 が冷却 水入 口及び出 口を示す。 6 9 は.一方の電極部称 6 2 の冷 却用 フ ィ ン である 。
    [0086] 上記の水素 ガス放電管 8 3 における電極.間距離は 1 0 〜 1 5 OTであ ] 、 印加電圧は 5 0 0 〜 8 0 0 V ， 放電空 間 6 3 の圧力は 1 0一2 To r r程度とされる 。
    [0087] 本発明は以上の よ う ¾方法であって、 下部導電層を構 成する導電性支持体 7 8 は共通であるが、 上部導電層を 構成する金属導電層 1 0 1 は切断用領域 ^を介して互い θλίρι に離間 しているため、 切断用領域 P'における切断に い て当該金属導電層 1 0 1 を切断する こ とが ¾ く 、 従って バ リ が生ずる こ とがないために金属導電層 1 0 1 と支持 体 7 8 とが接触短絡する こ とがな く 、 この結果個々 の太 陽電池においてはその機能が損われる こ とが く 、 高い 信頼性を得る こ とができ る 。 そ して a — シ リ コ ン よ 成 る活性層 1 0 0 及び金属導電層 1 ひ 1 は違続的に形成さ れる の で太陽電池を極めて高い生産性で製造する こ と が で き る 。
    [0088] 本発明において活性層 1 0 0 の形成のためには、 連続 的に a —シ リ コ ンを形成する こ とができ てこれによ る活 性層が形成される も のであれば任意の方法を利用する こ とができ る 。 しか し、 以上の実施例に示した方法におい ては、 活性層 1 0 0 の形成を、 水素ガ スを放電せしめる こ と によ って得られる活性水素及び水素ィ オ ン の存在下 においてシ リ コ ン の蒸着に よって行う ため、 確実にその ダ ン グ リ ン グ ボ ン ドが水素原子に よ って封鎖された a — シ リ コ ン よ 成る活性層 1 0 0 が形成される。 しかも支 持体 7 8 の加熱温度及び印加電圧の制御、 シ リ コ ン の蒸 発速度の制御、 並びに水素ガ ス放電管 8 3 .における供給 水素ガ ス量、 放電電圧の制御に よ る、 真空槽 7 5 内に導 入される活性水素の活性の程度と量及び水素ィ オ ン の量 の制御を各々 独立に行 う こ とができ るので、 所望の良好 ¾特性を有する a — シ リ コ ンが得ら れる 。 前記活性層 1 0 0 は単一の層では く て複数の層の積層体に よ って 構成して も よ く 、 この場合に P 型又は n型の a —シ リ コ ン層を形成するためにはホ ウ素、 ア ル ミ ニ ウ ム 、 イ ン ジ ゥ ム 、 ガ リ ウ ム等の周期律表第 DI族元素又はア ン チ モ ン 、 リ ン、 ヒ素等の第 V族元素を蒸発源物質とする蒸発源を 更に用いて ド ープ剤を共蒸着する こ とによって容易に行 う こ とができ る 。 その上、 その蒸発速度を制御するこ と に よ ] a — シ リ コ ン中の ド ープ剤の含有割合を制御する こ とに よ ] 、 所期の p型又は n 型の a — シ リ コ ンを得る こ とができ る。
    [0089] 以上に加え、 本発明方法においては成膜速度を大き く する こ とが容易であって厚さの大き い a —シ リ コン半導 体層を短時間の う ちに形成する こ とが可能である上、 長 尺 ¾支持体 7 8 上にその面方向に均一 組成で厚さ も均 一 a — シ リ コ ン半導体層を形成する こ と ができ る 。
    [0090] そして前記水素ガ ス放電管 8 3 は真空槽 7 5 外に接続 されているため、 仮に真空槽 7 5 内において支持体 7 8 からの脱ガスが生 じたと して も これに よつて水素ガ ス放 電管 8 3 に ける放電が不安定と な る こ と はな く 、 シ リ コ ン或 は更に ド ープ剤の蒸発は極めて安定に行う こ と ができ、 良好な特性を有する a — シ リ コ ン半導体層を安 定に、 しかも長尺な支持体 7 8 に連続 して形成する と と ができ、 結局 a —シ リ'コ ン太陽電池を極めて安価に製造 する こ とができ る。
    [0091] 又以上の よ う に して形成された支持体 7 8 上の a — シ リ コ ンは、 卷き取 ロ ー ル 8 0 上に卷き取られるが 持体 7 8 のすべてに a — シ リ コ が形成される間、 当該 a ー シ リ コ ンは、 活性水素及び水素ィ オ ン が存在する雰 囲気中に加熱された状態で保持される と と ¾ るので、 当該 a — シ リ コ ン のァニ ー ル効果を得る こ とができ 、 こ れによ ] a —シ リ コ ンは安定な品質の も の と ¾る。
    [0092] 以上導電性支持体を用いる場合について説明 したが、 こ こに導電性支持体と しては、 ス テ ン レ ス 鋼、 ア ル ミ - ゥ ム等を挙げる こ と ができ る 。 しか し本発明においては ボ リ イ ミ ドフ ィ ル ム 、 ポ リ ア ミ ドフ ィ ル ム等の絶緣性支 持体を用いる こ と も で き、 こ の場.合には支持体の表面に は予め金属導電層を形成せしめる こ とが必要であ 、 こ れは、 例えばク ロ ム の蒸着を行う こ と に よって達成され る。 そして直流電圧の印加はこ の金属導電層に接触する 導電性口 一 ラ等を利用すればよ い。
    [0093] 又本発明においては、 前記 マス ク ベ ル ト 8 1 を用いる 代 ] に、 前記金属蒸発源 9 1 にシ ャ ッ タ ーを設け、 こ の シ ャ ッ タ ーを周期的に一定時間閉 じる こ と によ ] 、 第 1 1 図に示すよ う に、 支持体 7 8 上に連続 して形成 した活性 層 1 0 0 上に、 前記シ ャ ッ タ ーを閉 じている間に形成.さ れる切断用領域 を介して互いに離間 して'順次に並ぶ金 属導電層 1 0 1 を形成せ しめ、 こ の切断用領域 P'に い て切断 して太陽電池を製造 して も よい。 この場合におい ては、 活性層 1 0 0 の全幅に亘る よ う金属導電層 1 0 1 を形成する と 、 両側緣部において金属導電層 1 0 1 と支 持体 7 8 とが接触 して短絡するおそれがあるため、 蒸発源 9 1 に よる蒸着領域の活性層 1 0 0の両側椽部を 覆う遮蔽部材を設け、 第 1 2 図に示すよ う に、 金属導電 層 1 0 1 が活性層 1 0 0 の全幅に亘らぬ よ う にするのが 好ま しい。 更にシ リ コ ン蒸発源 9 0 にも シ ャ ッ タ ーを設 け、 これを前記金属蒸発源 9 1 に係るシ ャ ッ タ ーと同期 して周期的に一定時間閉 じる こ と に よ ] 、 第 1 3 図に示 すよ う に、 支持体 7 8 上に互いに切断用領域 を介して 離間 した活性層 1 0 0 を形成 し、 こ の活性層 1 0 0 の各 各の上に金属導電層 1 0 1 を形成し、 これを切断する よ う に して も よい。
    [0094] 産 業 上 の 利 用 可 能 性
    [0095] 以上の よ う に本発明に よれば、 確実に且つ容易に大量 の太陽電池を製造する こ とのでき る方法を提供する こ と ができ ¾ o
    [0096] 又本発明によれば、 複数の層の積層構成に よ る a シ リ コ ンの活性層を具え、 従って実用に十分に供し得る太 陽電池を容易に又短時間に製造する こ とができ、 更に活 性層に係る積層構成の複数を積重した構成を有し、 高い 起電力電圧が得られる太陽電池を も容易に製造する こ と の で き る a — シ リ コ ン太陽電池の製造装置'を提供する こ とができ る。
    [0097] Ο ΡΙ
    权利要求:
    Claims ννυ Β¾/υυνου 21 請 求 の 範 囲
    (1) (a)真空槽、 （b)こ の真空槽を複数に分割 し互いに区画
    して形成 した少 く と も 1 つの蒸着空間から るる第 1 の蒸着空間及び少な く と も 1 つの蒸着空間から ¾る第 2 の蒸着空間と （c)前記少 く と も 1 つの蒸着空間か ら ¾る第 1 の蒸着空間内に配設 した、 少る く と も シ リ コ ンを蒸発源物質 と して含む少 ¾ く と も 1 つの第 1 の 蒸発源 と、 （d)前記第 1 の蒸着空間に接続 した水素ガス 放電管と、 （e)前記少な く と も 1 つの蒸着空間から る 第 2 の蒸着空間内に配設 した少 く と も 1 つの第 2.の 蒸発源、 及び )前記第 1 の蒸着空間及び第 2 の蒸着空 間を順次に通過する よ う 、 蒸着基板を相対的に移動せ しめる移動機構と を有する こ と を特徵と するァモ ル フ ァ ス シ リ コ ン太陽電池の製造装置。
    (2) 前記移動機構は 蒸着基板を無端軌道に ¾ て移動
    せしめる も のである こ と を特徵 とする請求の範囲第 1 項記載のア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン太陽電池の製造装置。
    (3) 導電層を有する長尺 支持体上にア モ ル フ ァ ス シ リ
    コ ンよ ]) 成る活性層を形成し、 こ の活性層上に長さ方 向に互いに切断用領域を介して順次に並ぶよ う複数の 金属層を形成 して前記支持体上に複数の太陽電池を形 成する工程 と、 前記切断用領域において前記支持体を 切断 して個 々 の太陽電池を分離する工程 と を含むこ と を特徵 とするア モ ル フ ァ ス シ リ コ ン太陽電池の製造方 ii 0
    ΟΜΡΙ WIPO (4) 前記活性層を形成する工程が、 真空橹内において、 活性水素及び水素ィ オンの存在下において シ リ コ ン を 前記支持体上に蒸着せしめる こ と に よ 行われる請求 の範西第 3 項記載の了モ ル フ了ス シ リ コ ン太陽電池の 製造方法。
    、 W.-IPO一 T
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0087479A4|1985-04-24|
    EP0087479A1|1983-09-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1983-03-17| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1983-03-17| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1983-05-06| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1982902697 Country of ref document: EP |
    1983-09-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1982902697 Country of ref document: EP |
    1987-03-16| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1982902697 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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