JP4683454B2

JP4683454B2 - 太陽電池セルの製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP4683454B2
Application number: JP2002334421A
Authority: JP
Inventors: 誠西田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP2004172241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池セルの製造方法及び製造装置に関し、特に、真空槽中に置かれたｐｎ接合形成済みのシリコン基板上に、プラズマＣＶＤ法にて反射防止膜等の成膜を行う太陽電池セルの製造方法及びこの製造方法を用いる太陽電池セルの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、太陽電池セルを製造するに際し、太陽電池セル用の基板（ウエハ）がセットされた基板ホルダーを製造装置内に配置し、基板上に、パターニングされたマスク板を介して金属や酸化物等の膜を真空蒸着し、裏面電極膜や表面反射防止膜を成膜する工程がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、アモルファスシリコン太陽電池のような薄膜の太陽電池セルを製造するに際しては、絶縁基板がセットされた基板ホルダーを製造装置内に配置し、基板上に、パターニングされた第１マスク板を介して透明電極膜を真空蒸着し、その後、更に別のパターニングされた第２マスク板を介してアモルファスシリコン薄膜をプラズマＣＶＤで成膜し、更にその上に別のパターニングされた第３マスク板を介して上部電極膜を成膜する工程がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
上述した従来の技術における成膜工程では、基板上に蒸着またはプラズマＣＶＤで成膜するが、均一な成膜を行うには装置内の成膜領域に高い寸法精度が要求されるのが通例である。このため、基板を基板ホルダーにセットする方法として、基板ホルダーに基板装着部となる穴部を設け、その中に基板をマスク板と共に嵌め込む嵌込み方式が一般に採られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３３５５８７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭５８−１０２５６８号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平９−２６６２４０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した嵌込み方式による場合は、以下の問題点があった。
【０００９】
▲１▼成膜工程後に、基板ホルダーから基板およびマスク板を取出す必要があり、また基板が太陽電池セルに用いられるという特質上非常に薄いものであるので、この基板取り出し作業には大変な慎重性を必要とし、加えて基板の割れ、欠け等の不良品の発生が免れ得ず、このために生産歩留りが著しく低下するという問題点があった。
【００１０】
▲２▼しかも、成膜工程中の成膜生成物は、基板表面のみならず、その周辺にある基板ホルダーの穴部側面や表面等にも生成付着（堆積）するのが当然であり、或る成膜工程を終えた後、該工程で基板ホルダー表面等に付着（堆積）した不必要な成膜生成物を洗浄除去せずに、次回の成膜工程を行った場合には、この成膜工程中における前回の不必要な成膜生成物からの剥がれやブリスター（毛羽立ち）発生による汚染が生じて均一な成膜に至らず、出来上がった太陽電池セルの特性が低下するという問題点があった。
【００１１】
▲３▼また、基板ホルダーへ基板を再セットする際の嵌込みおよび取出し作業も、前記成膜生成物により極めて困難になるという問題点があった。
【００１２】
▲４▼一方、洗浄を毎工程で入念に行うようにすると、製造装置のメンテナンスに時間と費用が懸かり過ぎるという問題点があった。
【００１３】
ところで、前記汚染と洗浄の問題を解決する方法として、汚染防止用治具を用いる方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１４】
この方法は、基板ホルダーに基板装着用の穴部を設けず、基板ホルダーは単なる板状として、その上に内側形状を基板の外形形状と相似形にしたリング形態の汚染防止用治具を置き、基板はこの治具と共に基板ホルダー上に正確な位置決めを考慮せず一枚だけ搭載して成膜を行う方法である。しかしながら、この方法による場合には、成膜後の毎回の洗浄は前記治具のみを入念に行うことにして、製造装置のメンテナンス時間と費用を節約することができるものの、太陽電池セルのように大型の基板を一度に多数セットして成膜しなければならないという成膜工程での量産性については全く考慮されていない。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、基板ホルダーへの基板の取付け／取出し作業を簡単にすることができるとともに生産歩留りの向上および太陽電池セルの特性低下防止を図れ、しかも製造装置のメンテナンスに時間と費用が懸かるのを防止することができる太陽電池セルの製造方法およびこの製造方法を用いる太陽電池セルの製造装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池セルの製造装置は、基板ホルダーに保持された基板上に、プラズマＣＶＤ法により成膜を行う太陽電池セルの製造装置において、該基板ホルダーの上面側には、該基板の成膜面を上方に向けて複数配置する複数の基板搭載部が設けられ、該基板搭載部には、該基板ホルダー上で該太陽電池セルが形成される該基板を位置決め支持する、酸性の化学洗浄剤に溶解しない支持部材が設けられており、該支持部材は、該基板の該基板ホルダーに対する取り付けおよび取り出し作業が簡単になるように該基板ホルダーより突出した部分を先細りテーパーとしたピン状に形成され、隣り合う基板搭載部間に配設される該支持部材は、該基板搭載部間で共用され、該基板ホルダーは、該プラズマＣＶＤ法の片方の電極として兼用され、該基板ホルダーはカーボン製とし、該支持部材はセラミックス製とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
この製造装置によれば、基板位置決め手段が化学洗浄剤に溶解しないので、成膜工程後において化学洗浄を毎回行っても製造装置のメンテナンスに時間と費用が懸からないようにすることができ、加えて、剥がれやブリスター等による汚染が発生し難くなり、これにより均一な成膜が行われて生産された太陽電池セルの品質低下を防止できるとともに基板ホルダーへの基板の取付け／取出し作業を簡単にすることができる。また、基板の取付け／取出し作業が簡単になることに伴って不良品発生を抑制して生産歩留りを向上させ得る。
【００１８】
本発明の太陽電池セルの製造装置において、前記支持部材が、基板ホルダー上に所定間隔をおいて設けられた複数個の支持部材を有し、該支持部材が基板を位置決め支持するように基板の周縁に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、複数個の支持部材に対し、基板の周縁を合わせて挿入すると簡単に基板位置決め手段にて基板が位置決めされ、また基板の側面が基板ホルダー上に露出しているので、支持部材の無い部分を利用して簡単に取出すことができるので、基板ホルダーへの基板の取付け／取出し作業が簡単になる。これにより、成膜工程の回数増加により量産性を向上させ得る。
【００２０】
本発明の太陽電池セルの製造装置において、前記基板ホルダーは、各基板を均一成膜することが可能な熱伝導性材料からなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、成膜時における基板ホルダーへの多数枚の基板のセットが整然とできるとともに、各基板へ均一な成膜を施せるので、太陽電池セルの製造効率が向上し、量産性を向上させ得る。ここで、熱伝導性の良い材料としては、カーボン或いは耐蝕金属などが該当する。
【００２２】
本発明の太陽電池セルの製造装置において、前記基板ホルダーは、導電性材料からなることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、支持部材の基板ホルダー側が狭く、その反対側である基板挿入側が広いので、基板ホルダーへの基板の取付け／取出し作業が非常に簡単になる。
【００２４】
本発明の太陽電池セルの製造装置において、前記支持部材は、セラミックスで形成されていることを特徴とする。ここで、セラミックスとしては、アルミナ或いは窒化珪素などが該当する。
【００２５】
この発明によれば、セラミックスからなる支持部材が、化学洗浄剤に溶解しないため、成膜工程後において毎回化学洗浄を行っても、製膜装置のメンテナンスに時間と費用が懸からずに、生産された太陽電池セルの品質の低下をもたらさない量産性に富む成膜工程を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、本発明の上記太陽電池セルの製造装置を用いる太陽電池セルの製造方法であって、ｐｎ接合形成済みのシリコン基板が前記支持部材を介してセットされている前記基板ホルダーを、製造装置の真空槽内に置き、該真空槽内に所定のガスを導入してプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を成膜する工程と、該成膜工程が１回または２回以上終わった後に、該基板ホルダーに成膜した堆積膜を化学洗浄する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００２７】
この製造方法によれば、表面に薄膜が成膜された比較的大面積の太陽電池セルを、生産歩留まり良く極めて効率的に量産することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池セルの製造装置の要部である基板ホルダーの平面図、図１（ｂ）は、基板ホルダー上の基板搭載部（セット部）の概略を示す平面図、図１（ｃ）は、基板ホルダーに基板位置決め手段（支持部材）を一体化している部分を示す側面断面図である。また、図２は、基板ホルダーに多数の基板をセットした状態を示す、基板ホルダーの部分的な斜視図である。
【００３０】
この太陽電池セルの製造装置は、図１に示す基板ホルダー１を備え、この基板ホルダー１は、三分割形のカーボン製または耐蝕金属製のものである。この基板ホルダー１の上面側には、基板搭載部（セット部）２が、例えば横１０個、縦７個、合計７０個設けられている。各基板搭載部２には、図１（ｂ）に示すように、一辺が１２５ｍｍの方形状をした基板４の周縁、詳細には各辺の２箇所を支持するように８個の支持部材３を有する基板位置決め手段が設けられている。なお、各辺の２箇所に支持部材３を配したのは、必要最小限の本数（８本）で基板４を所定位置に所定姿勢でセットできるようにするためである。また、３分割部分を除き、隣り合う基板搭載部２同士の間に配する支持部材３は、共用するようにしている。
【００３１】
支持部材３は、図１（ｃ）に示すように、基板ホルダー１より突出した部分を先細りテーパーとしたピン状に形成されており、支持部材３の基端側は円柱状となっていて、基板ホルダー１に一体化するように植え込み固定されている。支持部材３の材質は、アルミナ或いは窒化珪素などのセラミックスが使用されている。なお、図１では、三分割形の基板ホルダー１を使用しているが、本発明はこれに限らず、多数に分割されたもの或いは一体型のものなどを使用することができる。
【００３２】
かかる基板ホルダー１は、図２に示すように用いられる。
【００３３】
即ち、基板ホルダー１の支持部材３側を上にして、各基板搭載部２に基板４を挿入することにより載置する。このとき、支持部材３が、基板ホルダー１より突出した部分を先細りテーパーとしたピン状に形成されているので、基板４を挟む支持部材３の基板ホルダー１側（下側）が狭く、その反対側である基板挿入側（上側）が広いので、基板ホルダー１への基板４の取付け／取出し作業が非常に簡単になる。加えて、８個の支持部材３が基板４を位置決め支持するように基板４の周縁に沿って配置されているので、これらの支持部材３に対し、基板４の周縁を合わせて挿入すると簡単に基板４を位置決めした状態に取付けできる。また、セットされた基板４の側面が基板ホルダー１上に露出するので、支持部材３の無い部分を利用して簡単に取出すことができるので、基板ホルダー１への基板４の取付け／取出し作業が簡単になる。これにより、成膜工程の回数増加により量産性を向上させ得る。
【００３４】
なお、図２には図示していないが、マスクを必要とするような成膜を行う場合にも、マスクの外形寸法を基板４の外形寸法と全く同じ大きさに作製することで、基板４の上に重ね合わせて基板４とそのマスクとを同時に位置決め支持することができる。
【００３５】
次に、基板ホルダー１にセットされた基板４への成膜工程は、以下のように行われる。
【００３６】
すなわち、図２のように基板４がセットされた基板ホルダー１を、超大型の製造装置（不図示）の真空槽内に挿入し、基板４の表面にプラズマＣＶＤ法による成膜を行う。
【００３７】
したがって、本実施形態の成膜工程において、基板ホルダー１はカーボン製または耐蝕金属製で、熱伝導性が良いので一度に多数枚の基板４に均一な成膜を行うことができる。例えば、１２５ｍｍ角の基板４を一度に７０枚も均一に成膜することができる。このように、基板ホルダー１を、多数の基板がセットされる大きさをにし、多数の基板４を均一成膜することが可能な熱伝導性の良い材料からなるようにした場合には、成膜時における基板ホルダー１への多数枚の基板４のセットが整然とできるとともに、各基板４へ均一な成膜を施せるので、太陽電池セルの製造効率が向上し、量産性を向上させ得る。
【００３８】
また、本実施形態の製造装置による場合には、基板位置決め手段としての支持部材３が化学洗浄剤に溶解しないので、成膜工程後において化学洗浄を毎回行っても製造装置のメンテナンスに時間と費用が懸からないようにすることができる。また、成膜工程後に毎回洗浄するようにした場合には、各基板４の隙間や支持部材３の表面などに成膜した不必要な堆積膜を除去することができるので、次回の成膜工程中における前回の不必要な成膜生成物からの汚染も無くなり、出来上がった太陽電池セルの品質低下を防止できて特性を向上させ得るとともに、基板ホルダー１への基板４の取付け／取出し作業を簡単にすることができる。また、基板４の取付け／取出し作業が簡単になることに伴って不良品発生を抑制して生産歩留りを向上させ得る。また、プラズマＣＶＤ法は放電現象を利用するので、基板ホルダー１が導電性のカーボン製または導電性の耐蝕金属製であると、片方の電極として兼用することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、支持部材３を、化学洗浄剤に溶解しない材質のセラミックス製とし、これに伴い基板ホルダー１も、セラミックス製の支持部材３を一体化するように取付けし易いカーボン製とした。その理由は、テーパーピン状の支持部材３の材質を、耐蝕金属製の基板ホルダー１と一体化して製作し易い同等材質の耐蝕金属、例えばステンレスとすると、不必要な堆積膜の毎回の洗浄除去処理での酸性の洗浄溶液または洗浄ガスにより、基板ホルダー１からの突起部となっている支持部材３が次第に溶解して行く虞があるからである。
【００４０】
なお、上述した実施形態においては、表面に反射防止膜をプラズマＣＶＤ法等で成膜する工程がある多結晶または単結晶シリコン太陽電池セルの製造工程を例にして説明したが、本発明はこれに限らず、ｐｉｎ構造等のアモルファスシリコン層または微結晶シリコン層をプラズマＣＶＤ法等で成膜する工程がある薄膜太陽電池セルの製造工程にも提供できるのは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池セルの製造装置によれば、基板位置決め手段が化学洗浄剤に溶解しないので、成膜工程後において化学洗浄を毎回行っても製造装置のメンテナンスに時間と費用が懸からないようにすることができ、加えて、剥がれやブリスター等による汚染が発生し難くなり、これにより均一な成膜が行われて生産された太陽電池セルの品質低下を防止できるとともに基板ホルダーへの基板の取付け／取出し作業を簡単にすることができる。また、基板の取付け／取出し作業が簡単になることに伴って不良品発生を抑制して生産歩留りを向上させ得る。
【００４２】
また、太陽電池セルの製造方法による場合には、表面に薄膜が成膜された比較的大面積の太陽電池セルを、生産歩留まり良く極めて効率的に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池セルの製造装置の要部である基板ホルダーの平面図、（ｂ）は、基板ホルダー上の基板搭載部（セット部）の概略を示す平面図、（ｃ）は、基板ホルダーに基板位置決め手段（支持部材）を一体化している部分を示す側面断面図である。
【図２】基板ホルダーに多数の基板をセットした状態を示す、基板ホルダーの部分的な斜視図である。
【符号の説明】
１基板ホルダー
２基板搭載部
３基板位置決め手段（支持部材）
４基板

Claims

基板ホルダーに保持された基板上に、プラズマＣＶＤ法により成膜を行う太陽電池セルの製造装置において、
該基板ホルダーの上面側には、該基板の成膜面を上方に向けて複数配置する複数の基板搭載部が設けられ、
該基板搭載部には、該基板ホルダー上で該太陽電池セルが形成される該基板を位置決め支持する、酸性の化学洗浄剤に溶解しない支持部材が設けられており、
該支持部材は、該基板の該基板ホルダーに対する取り付けおよび取り出し作業が簡単になるように該基板ホルダーより突出した部分を先細りテーパーとしたピン状に形成され、隣り合う基板搭載部間に配設される該支持部材は、該基板搭載部間で共用され、該基板ホルダーは、該プラズマＣＶＤ法の片方の電極として兼用され、該基板ホルダーはカーボン製とし、該支持部材はセラミックス製とする太陽電池セルの製造装置。
前記支持部材が、基板ホルダー上に所定間隔をおいて設けられた複数個の支持部材を有し、該支持部材が基板を位置決め支持するように基板の周縁に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造装置。
前記基板ホルダーは、各基板を均一成膜することが可能な熱伝導性材料からなることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造装置。
前記基板ホルダーは、導電性材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池セルの製造装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池セルの製造装置を用いる太陽電池セルの製造方法であって、
ｐｎ接合形成済みのシリコン基板が前記支持部材を介してセットされている前記基板ホルダーを、製造装置の真空槽内に置き、該真空槽内に所定のガスを導入してプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を成膜する工程と、
該成膜工程が１回または２回以上終わった後に、該基板ホルダーに成膜した堆積膜を化学洗浄する工程とを少なくとも含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。