JP6279176B1 - 成膜装置及び成膜方法並びに太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図19は、一般的なヘテロ接合型太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
また、ヘテロ接合型太陽電池は、n型結晶シリコン基板を挟んで両面側で発電が可能であるため、高い発電効率を達成することができるという利点もある。
また、ヘテロ接合型太陽電池は、n型結晶シリコン基板の両面側に透明導電酸化物層が存在することに起因する問題もある。
本発明は成膜装置であって、前記基板保持器は、当該搬送方向に対して直交する方向に複数の成膜対象基板を並べて保持するように構成されている成膜装置である。
本発明は前記いずれかに記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って所定方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第1面上にスパッタリングによって成膜を行う工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第2面上に成膜を行う工程とを有する成膜方法である。
本発明は前記いずれかに記載の成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、前記成膜対象基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って所定方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第1面上にスパッタリングによって第1の透明導電酸化物層を形成する工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第2面上にスパッタリングによって第2の透明導電酸化物層を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法である。
図1は、本発明に係る成膜装置の実施の形態の全体を示す概略構成図である。
また、図2は、本実施の形態における基板保持器搬送機構の概略構成を示す平面図、図3は、同基板保持器搬送機構の要部を示す正面図である。
さらにまた、図5(a)(b)は、本実施の形態の基板保持器搬送機構の搬送折り返し部の構成を示すもので、図5(a)は平面図、図5(b)は、図5(a)のB−B線断面図である。
真空槽2の内部には、後述する基板保持器11を搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構3が設けられている。
ここで、基板保持器搬送機構3は、その詳細な構成は後述するが、例えばスプロケット等からなる同一径の円形の第1及び第2の駆動輪31、32を有し、これら第1及び第2の駆動輪31、32が、それぞれの回転軸線を平行(水平)にした状態で所定距離をおいて配置されている。
そして、搬送経路を構成する搬送駆動部材33のうち上側の部分に、第1の駆動輪31から第2の駆動輪32に向って移動して基板保持器11を搬送する往路側搬送部(第1の搬送部)33aが形成されるとともに、第2の駆動輪32の周囲の部分の搬送駆動部材33によって基板保持器11の搬送方向を折り返して反対方向に転換する折り返し部33bが形成され、さらに、搬送駆動部材33のうち下側の部分に、第2の駆動輪32から第1の駆動輪31に向って移動する復路側搬送部(第2の搬送部)33cが形成されている。
このガイド部材38は、一連のレール状に形成され、図3に示すように、第1の駆動輪31の上部の基板保持器導入部30Aから搬送折り返し部30Bを経て第1の駆動輪31の下部の基板保持器排出部30Cに渡って、搬送駆動部材33と平行に設けられている。
なお、ガイド部材38は、第1の駆動輪31に対し、後述する基板搬入搬出機構6側の領域には設けられていない。
本実施の形態では、基板保持器搬送機構3を挟んで真空槽2内の上部に第1のスパッタ源4Tを有する第1の成膜領域4が設けられ、真空槽2の下部に第2のスパッタ源5Tを有する第2の成膜領域5が設けられている。
これら第1及び第2の成膜領域4、5には、所定のスパッタガスを導入するガス導入機構(図示せず)がそれぞれ設けられている。
本実施の形態の基板搬入搬出機構6は、昇降機構60によって例えば鉛直上下方向に駆動される駆動ロッド61の先(上)端部に設けられた支持部62を有している。
この基板搬入搬出室2Aは、例えば上述した基板搬入搬出機構6の支持部62の上方の位置に連通口2Bを介して設けられており、例えば基板搬入搬出室2Aの上部には、開閉可能な蓋部2aが設けられている。
基板保持器搬送機構3には、上述した第1及び第2の駆動輪31、32が一対の側部フレーム26にそれぞれ設けられている。
一方、第2の駆動輪32は、搬送方向に対して直交する同一の回転軸線を中心として回転駆動される駆動軸35をそれぞれ有し、各駆動軸35は連結部材34を介して第2の駆動輪32にそれぞれ連結されている(図2、図5(a)(b)参照)。
これら保持駆動部36は、基板保持器11を保持して搬送駆動するためのもので、搬送駆動部材33の外方側に突出するように搬送駆動部材33に取り付けられ、その先端部には、例えば搬送方向下流側に向けて形成された例えばJフック形状(搬送方向下流側の突部の高さが搬送方向上流側の突部の高さより低い形状)の保持凹部37が設けられている。
基板保持器支持機構18は、例えば複数のローラ等の回転可能な部材からなるもので、それぞれ搬送駆動部材33の近傍に設けられている。
図4(a)〜(c)に示すように、この基板保持器11は、例えば長尺枠状の本体部11Aに、その長手方向即ち搬送方向に対して直交する方向に例えば矩形状の複数の成膜対象基板50を一列に並べてそれぞれ保持する複数の保持部13が設けられている。
これら各遮蔽部16は、凹部の底面が例えば本体部11Aの表面及び裏面と平行な平面状に形成され、成膜の際に各成膜対象基板50を水平に載置して保持するように構成されている。
これらの支持軸12は、本体部11Aの長手方向に延びる回転軸線を中心として断面円形状に形成され、それぞれの基部12aが両側に向って細くなるような円錐台形状に形成され、それぞれの先端部12bが基部12aより小径の円柱形状に形成されている。
まず、図3及び図5(a)(b)に示すように、基板保持器搬送機構3における第2の駆動輪32に対して第1の駆動輪31側の隣接する位置には、成膜対象基板50を折り返して搬送する際に基板保持器11を支持してその姿勢を制御する姿勢制御機構20が設けられている。
そして、この駆動軸21に、一対の基板保持器支持機構18の間隔より小さい間隔をおいて、一対の支持アーム22が取り付けられている(図5(a)参照)。
これらの支持アーム22は、直線棒状の部材からなり、その両端部にそれぞれ支持ローラ23が設けられている。
また、基板保持器11の支持軸12が設けられた側を前方にして基板保持器11を基板保持器導入部30Aに対して導入するものとする(図9(a)参照)。
これにより、図9(a)に示すように、基板保持器11の下面11bが往路側基板保持器支持機構18aによって支持される。
本実施の形態では、上述したように、搬送駆動部材33の保持駆動部36によって基板保持器11の支持軸12が保持されるとともに、基板保持器11の下面11bが往路側基板保持器支持機構18aによって支持された状態で搬送折り返し部30Bに向って搬送される(図9(a)(b)参照)。
この姿勢制御機構20の一対の支持アーム22は、上述したように、第2の駆動輪32と同期して第2の駆動輪32と同一方向に回転するように構成されている。
その結果、本実施の形態では、搬送折り返し部30Bを通過する際に、基板保持器11が搬送駆動部材33の保持駆動部36から脱落することはない。
具体的には、図16(b)に示す成膜対象基板50のp型アモルファスシリコン層57の表面に、スパッタリングによって以下に説明する透明導電酸化物層58を形成する。
これにより、本実施の形態における成膜工程が終了する。
例えば上記実施の形態では、基板保持器11として、長尺枠状の本体部11Aの長手方向に複数の成膜対象基板50を一列に並べて保持するものを例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、例えば本体部11Aの長手方向に複数の成膜対象基板50を複数列(二〜三列)に並べて保持するように構成することもできる。
ただし、本発明は、ヘテロ接合型太陽電池の成膜対象基板の両面に透明導電酸化物層を形成する場合に特に有効となるものである。
また、上記実施の形態では、基板保持器搬送機構3について、一対のスプロケットと、これら一対のスプロケットに架け渡されたチェーンから構成するようにしたが、例えばベルトやレールを用いた環状形状の搬送駆動機構を用いることもできる。
さらに、基板保持器支持機構18については、ローラではなくベルトやレールを用いて構成することもできる。
さらに、上述した動作及び工程を繰り返すことにより、当該成膜対象基板59に対して3回以上の成膜を行うことも可能である。
さらに、本発明は、上記実施の形態のように、成膜前の処理対象基板50を真空槽2内に搬入し、成膜済の成膜対象基板59を真空槽2から搬出する場合のみならず、成膜前の処理対象基板50を基板保持基11と共に真空槽2内に搬入し、成膜済の成膜対象基板59を基板保持器11と共に真空槽2から搬出する場合にも適用することができる。
2…真空槽
3…基板保持器搬送機構
4…第1の成膜領域
4T…第1のスパッタ源
5…第2の成膜領域
5T…第2のスパッタ源
6…基板搬入搬出機構
11…基板保持器
13…保持部
14…開口部
15…開口部
16…遮蔽部
30A…基板保持器導入部
30B…搬送折り返し部
30C…基板保持器排出部
33…搬送駆動部材
33a…往路側搬送部(第1の搬送部)
33b…折り返し部
33c…復路側搬送部(第2の搬送部)
50…成膜対象基板
51…n型結晶シリコン基板
52…i型アモルファスシリコン層
53…p型アモルファスシリコン層
54…第1の透明導電酸化物層
56…i型アモルファスシリコン層
57…n型アモルファスシリコン層
58…第2の透明導電酸化物層
59…成膜済の成膜対象基板
Claims (4)
- 単一の真空雰囲気が形成される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、成膜対象基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、
前記真空槽内に設けられ、前記成膜対象基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、
鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成され、前記第1及び第2の成膜領域を通過するように設けられた搬送経路と、
前記成膜対象基板を水平状態に保持する基板保持器を、前記搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構とを備え、
前記基板保持器搬送機構は、前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように所定方向に搬送する第1の搬送部と、前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送する第2の搬送部と、前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する搬送折り返し部とを有し、
前記基板保持器は、前記成膜対象基板の第1及び第2面が露出する開口部を有するとともに、前記成膜対象基板の縁部に対する、前記第1及び第2のスパッタ源の少なくとも一方からの成膜材料を遮蔽する遮蔽部が設けられている成膜装置。 - 前記基板保持器は、当該搬送方向に対して直交する方向に複数の成膜対象基板を並べて保持するように構成されている請求項1記載の成膜装置。
- 単一の真空雰囲気が形成される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、成膜対象基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、前記真空槽内に設けられ、前記成膜対象基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成され、前記第1及び第2の成膜領域を通過するように設けられた搬送経路と、前記成膜対象基板を水平状態に保持する基板保持器を、前記搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構とを備え、前記基板保持器搬送機構は、前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように所定方向に搬送する第1の搬送部と、前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送する第2の搬送部と、前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する搬送折り返し部とを有し、前記基板保持器は、前記成膜対象基板の第1及び第2面が露出する開口部を有するとともに、前記成膜対象基板の縁部に対する、前記第1及び第2のスパッタ源の少なくとも一方からの成膜材料を遮蔽する遮蔽部が設けられている成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って所定方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第1面上にスパッタリングによって成膜を行う工程と、
前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第2面上に成膜を行う工程とを有する成膜方法。 - 単一の真空雰囲気が形成される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、成膜対象基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、前記真空槽内に設けられ、前記成膜対象基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成され、前記第1及び第2の成膜領域を通過するように設けられた搬送経路と、前記成膜対象基板を水平状態に保持する基板保持器を、前記搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構とを備え、前記基板保持器搬送機構は、前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように所定方向に搬送する第1の搬送部と、前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送する第2の搬送部と、前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する搬送折り返し部とを有し、前記基板保持器は、前記成膜対象基板の第1及び第2面が露出する開口部を有するとともに、前記成膜対象基板の縁部に対する、前記第1及び第2のスパッタ源の少なくとも一方からの成膜材料を遮蔽する遮蔽部が設けられている成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
前記成膜対象基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、
前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って所定方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第1面上にスパッタリングによって第1の透明導電酸化物層を形成する工程と、
前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部の搬送方向と反対方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記成膜対象基板の第2面上にスパッタリングによって第2の透明導電酸化物層を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法。
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