JP2013118351A - 太陽電池の製造装置、太陽電池、及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘテロ接合太陽電池の製造コストを低減すること。
【解決手段】太陽電池の製造装置は、基板の第１の主面及び第２の主面の両方が露出されるように複数の前記基板を平面的に保持する基板ホルダと、前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板の前記第１の主面に第１の膜を成膜する前成膜室と、前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板の前記第２の主面に第２の膜を成膜する後成膜室と、大気開放せずに前記基板ホルダを前記前成膜室から前記後成膜室へ搬送可能なように前記前成膜室と前記後成膜室とを連結する移動室と、前記前成膜室から前記後成膜室へ大気開放せずに前記基板ホルダを搬送経路の大部分において前記第１の主面に沿った方向に搬送する搬送機構とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の製造装置、太陽電池、及び太陽電池の製造方法に関する。

太陽光発電システムは、化石エネルギーの燃焼による二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの増加から２１世紀の地球環境を守るクリーンエネルギーとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。

現在の一般的な結晶シリコン太陽電池は、厚さが２００μｍ程度のｐ型結晶シリコン基板を用い、光吸収率を高める表面テクスチャ、ｎ型不純物拡散層、反射防止膜および表面電極（例えば、櫛型Ａｇ電極）を当該基板の表面側に順次形成し、また、裏面電極（例えば、Ａｌ電極）をスクリーン印刷によって当該基板の裏面側に形成した後、これらを焼成することによって製造されている。

かかる焼成では、表面電極および裏面電極の溶媒分が揮発すると共に、当該基板の受光面側において櫛型Ａｇ電極が反射防止膜を突き破ってｎ型不純物拡散層に接続され、また、当該基板の裏面側においてＡｌ電極の一部のＡｌが当該基板に拡散して裏面電界層（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）を形成する。このＢＳＦ層は、当該シリコン基板との接合面で内部電界を形成してＢＳＦ層近傍で発生した少数キャリアをシリコン基板内部へ押し戻し、Ａｌ電極近傍でのキャリア再結合を抑制する効果を有する。しかし、この拡散による接合やＢＳＦ層の膜厚は、適度なドーパント濃度を持つ熱プロセスを用いて形成すると数百ｎｍ〜数μｍの厚い膜厚となり、層内での再結合による開放電圧低下や光吸収よる短絡電流の低下を生じる。

そこで、結晶シリコン基板の裏面に薄い真性半導体薄膜（ｉ層）を介して不純物ドープシリコン層からなる接合或いはＢＳＦ層を形成するヘテロ接合太陽電池が開発されている。

ヘテロ接合太陽電池では、裏面側の不純物ドープシリコン層を薄膜で形成することにより不純物ドープシリコン層の不純物濃度分布を自由に設定でき、また不純物層が薄いため膜中でのキャリアの再結合や光吸収を抑制することができ、大きい短絡電流が得られる。また、間に挿入した真性半導体層は接合間の不純物拡散を抑制し、急峻な不純物プロファイルをもつ接合を形成することができるため、良好な接合界面形成により高い開放電圧を得ることができる。

さらに、ヘテロ接合太陽電池では、裏面側の真性半導体薄膜および不純物ドープシリコン層は２００℃程度の低温で形成できるため、基板の厚みが薄くても熱により基板に生じるストレスや、基板の反りを低減することができる。また、熱により劣化しやすい結晶シリコン基板に対しても基板品質の低下を抑制できることが期待できる。

ヘテロ接合太陽電池の製造に当たっては、例えばｎ型結晶シリコン基板を用いる場合は、表面側には、真性半導体薄膜（ｉ層）とｐ型不純物ドープシリコン層とが、裏面側には真性半導体薄膜（ｉ層）とｎ型不純物ドープシリコン層とが成膜される。

一方、特許文献１には、光起電力装置におけるＰＩＮ接合を備えた半導体活性層の製造において、シランとメタンの混合ガスにジボランを添加してＰ型の不純物層を形成し、シリコン化合物ガスに窒素源ガスと酸素源ガスを強制的に混入させて真性層を形成し、シランにホスフィンを添加してＮ型の不純物層を形成することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、真性層中に強制的に窒素及び酸素を同時に含有せしめることによって、強い光の長時間照射による光電変換効率の劣化割合を抑圧することができるとされている。

また、複数種の膜が積層された半導体薄膜の積層体を成膜する装置として、複数の反応室を直列に接続したインライン型のＣＶＤ装置が知られている。

特許文献２には、ｐｉｎ構造を形成するための連続分離プラズマ装置において、仕込み室、第１反応室、第２反応室、第３反応室、及び取出室を直列に備え、ガラス基板を各室に順次に搬送していく過程でｐ型、ｉ型、ｎ型非晶質半導体膜の成膜を順次に行って光起電力装置を形成することが記載されている。この連続分離プラズマ装置の第２反応室では、上側放電電極と下側放電電極との間隔が、ガラス基板の進行方向に沿って次第に広がった後に次第に狭まるように設定されるものとされている。これにより、特許文献２によれば、基板の進行方向に沿って放電電力密度を正確に変化させることができるので、反応室を移動していく複数のガラス基板の１つ１つに所望のバンドギャップ構造を持つｉ層を形成することができるとされている。

特開昭６１−２２２２７７号公報 特開平６−１５１９１７号公報

特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、いずれも、ガラス基板（絶縁性基板）における２つの主面のうち一方のみに成膜することを前提としている。そのため、特許文献１及び特許文献２には、ヘテロ接合太陽電池を製造するための半導体基板（例えば、シリコン基板）における２つの主面への異なる膜の成膜処理をどのようにして効率化するのかに関して一切記載がない。

仮に、ヘテロ接合太陽電池を製造するために特許文献２に記載の連続分離プラズマ装置を用いた場合、半導体基板の２つの主面（表面及び裏面）のそれぞれに異なる半導体薄膜の積層体を成膜するためには、半導体基板の一方の主面に半導体薄膜を成膜した後に、半導体基板を反転させる工程が必要になる。そのため、表面側、裏面側の半導体薄膜層を成膜する複数のＣＶＤ装置と、それぞれのＣＶＤ装置間にシリコン基板を反転させる装置が必要となる。これにより、装置コストの増大と製造工程の複雑化とを招き、製造コストの高騰をもたす可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヘテロ接合太陽電池の製造コストを低減できる太陽電池の製造装置、太陽電池、及び太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる太陽電池の製造装置は、第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する基板の前記第１の主面及び前記第２の主面の両方が露出されるように複数の前記基板を平面的に保持する基板ホルダと、前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第２の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第１の主面が前記発生されるべき放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して第１のガスを放電させることにより前記基板の前記第１の主面に第１の膜を成膜する前成膜室と、前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第１の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第２の主面が前記放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して第２のガスを放電させることにより前記基板の前記第２の主面に第２の膜を成膜する後成膜室と、前記前成膜室から前記後成膜室へ大気開放せずに前記基板ホルダを搬送経路の大部分において前記第１の主面に沿った方向に搬送する搬送機構とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、基板ホルダを反転させるための工程が不要であり、かつ反転を行う場合に比べて前成膜室及び後製膜室を接続する移動室の大きさを小さくすることができる。これにより、製造工程を短縮できるとともに製造装置の大型化を抑制できるので、ヘテロ接合太陽電池の製造コストを低減できる。

図１は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における太陽電池基板ホルダの構成を示す平面図である。 図３は、実施の形態１における太陽電池基板ホルダの構成を示す断面図である。 図４は、実施の形態１における成膜室の構成を示す図である。 図５は、実施の形態１における搬送機構の構成及び動作を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造装置の構成及び動作を示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造装置の構成及び動作を示す図である。 図８は、実施の形態２における成膜室の構成を示す図である。 図９は、実施の形態３における太陽電池基板トレーの構成を示す一部上面図である。 図１０は、実施の形態３における太陽電池基板トレーの構成を示す一部断面図である。 図１１は、実施の形態３における太陽電池基板トレー、基板、および太陽電池基板押さえを載置した状態を示す一部上面図である。 図１２は、図１１におけるＣ−Ｃ方向の一部断面図である。 図１３は、図１１におけるＤ−Ｄ方向の一部断面図である。 図１４は、実施の形態３における非晶質半導体層が成膜された基板の示す断面図である。 図１５は、実施の形態３における太陽電池基板トレー、基板、および太陽電池基板押さえを載置した状態の一例を示す一部上面図である。 図１６は、実施の形態３における太陽電池基板トレー、基板、および太陽電池基板押さえを載置した状態の一例を示す一部上面図である。 図１７は、実施の形態３における太陽電池基板トレー、基板、および太陽電池基板押さえを載置した状態の一例を示す一部上面図である。 図１８は、実施の形態３における集電電極が形成された太陽電池基板を示す上面図である。 図１９は、図１８におけるＥ−Ｅ方向の一部断面図である。 図２０は、実施の形態３における太陽電池基板トレーの構成の一例を示す一部上面図である。 図２１は、実施の形態３における太陽電池基板トレー、基板、および太陽電池基板押さえを載置した状態の一例を示す一部上面図である。 図２２は、図２１におけるＨ−Ｈ方向の一部断面図である。 図２３は、図２１におけるＩ−Ｉ方向の一部断面図である。 図２４は、実施の形態４における成膜室内の構成の一例を示す一部断面図である。 図２５は、実施の形態４における成膜室内の構成の一例を示す一部断面図である。 図２６は、実施の形態４における成膜室内の構成の一例を示す一部断面図である。 図２７は、実施の形態４における成膜室内の構成の一例を示す一部断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池製造装置図は模式的なものであり、長さ、奥行き、高さの関係やそれぞれの比率などは現実のものとは異なる。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる太陽電池の製造装置１００について図１を用いて説明する。図１は、太陽電池の製造装置１００の構成の一例を模式的に示す上面図である。

太陽電池の製造装置１００は、例えば、ヘテロ接合太陽電池を製造するためのインライン型プラズマＣＶＤ装置であり、複数の成膜室が複数のゲートバルブを介して直列に接続されている。具体的には、太陽電池の製造装置１００は、太陽電池基板ホルダ６、ロード室１、第１成膜室２１、第２成膜室２２、移動室３、第３成膜室２３、第４成膜室２４、アンロード室４、複数のゲートバルブ５−１〜５−６、及び搬送機構３０を備える。

太陽電池基板ホルダ６は、複数の基板９−１〜９−１６（図２参照）を各基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両方（図３参照）が露出されるように平面的に保持する。各基板９は、例えば、半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料で形成されており、ヘテロ接合太陽電池が形成されるように表面９ａ及び裏面９ｂの両方に互いに異なる膜が堆積されるべき基板である。ロード室１、第１成膜室２１、第２成膜室２２、移動室３、第３成膜室２３、第４成膜室２４、アンロード室４は、複数のゲートバルブ５−１〜５−６を介して直列に接続されている。

例えば略鉛直にセットされた太陽電池基板ホルダ６は、ゲートバルブ５−１が閉じた状態で、大気中からロード室１に投入される。ロード室１の真空引きが行われた後、ゲートバルブ５−１が開かれ、搬送機構３０は、基板９の表面９ａに沿って、太陽電池基板ホルダ６をロード室１から第１成膜室２１へ搬送する。ゲートバルブ５−１，５−２が閉じられ、第１成膜室２１の真空引きが行われた後、第１の成膜ガスが第１成膜室２１に導入され、太陽電池基板ホルダ６に保持された各基板９の表面９ａに第１の膜が成膜される。同様にして、太陽電池基板ホルダ６が搬送機構３０により順次次の成膜室へと移動されていく。各成膜室（第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、第４成膜室２４）における成膜が終了した後に、太陽電池基板ホルダ６が搬送機構３０によりアンロード室４へと導かれる。アンロード室４が大気解放された後に、太陽電池基板ホルダ６は、太陽電池の製造装置１００の外部へと取り出される。

各成膜室（第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、第４成膜室２４）には、カソード電極７とアノード電極８とが設置されている。カソード電極７とアノード電極８との位置関係は、移動室３をはさんだ、第１成膜室２１および第２成膜室２２と、第３成膜室２３および第４成膜室２４とでは逆転している。すなわち、第１成膜室２１及び第２成膜室２２のそれぞれでは、カソード電極７が図１中下側に位置し、アノード電極８が図１中上側に位置する。それに対して、第３成膜室２３及び第４成膜室２４のそれぞれでは、カソード電極７が図１中上側に位置し、アノード電極８が図１中下側に位置する。太陽電池基板ホルダ６は、移動室３内で基板９の表面９ａ（図３参照）に対して交差する方向（例えば、略垂直な方向）に沿って平行に移動することで、どの成膜室においてもアノード電極８上に近接された状態で成膜が行われる。

搬送機構３０は、第１成膜室２１から第４成膜室２４へ大気開放せずに太陽電池基板ホルダ６を搬送経路の大部分において基板９の表面９ａに沿った方向に搬送する。具体的には、搬送機構３０は、第１搬送機構３１、第２搬送機構３２、及び第３搬送機構３３を有する。

第１搬送機構３１は、基板９の表面９ａ（図３参照）に沿って搬送可能な機構である。例えば、第１搬送機構３１は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６をロード室１から、第１成膜室２１、第２成膜室２２、及び移動室３へ順次に搬送していく。例えば、第１搬送機構３１は、固定子３１ａ、移動子３１ｂ、及び保持部３１ｃを有する（図５（ａ）参照）。固定子３１ａは、基板９の表面９ａに沿った方向に延びている。移動子３１ｂは、固定子３１ａの長手方向に沿って移動可能に構成されている。例えば、固定子３１ａ及び移動子３１ｂは、一方が永久磁石を有し他方が電磁石を有するようなリニアモータを構成していてもよい。保持部３１ｃは、移動子３１ｂに結合されており太陽電池基板ホルダ６を保持しながら移動子３１ｂとともに移動する。保持部３１ｃは、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち製造装置１００の長手方向に沿った側の側面６ａ，６ｂ近傍を保持しても良い（図２、図５（ａ）参照）。

第２搬送機構３２は、基板９の表面９ａ（図３参照）に交差する方向（例えば、略垂直な方向）に沿って搬送可能な機構である。例えば、第２搬送機構３２は、移動室３内で太陽電池基板ホルダ６を第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置から第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置へ移動させる。例えば、第２搬送機構３２は、固定子３２ａ、移動子３２ｂ、及び保持部３２ｃを有する（図５（ｂ）参照）。固定子３２ａは、基板９の表面９ａに交差する方向（例えば、略垂直な方向）に延びている。固定子３２ａは、例えば、太陽電池基板ホルダ６に関して固定子３１ａの反対側に配されている。移動子３２ｂは、固定子３２ａの長手方向に沿って移動可能に構成されている。例えば、固定子３２ａ及び移動子３２ｂは、一方が永久磁石を有し他方が電磁石を有するようなリニアモータを構成していてもよい。保持部３２ｃは、移動子３２ｂに結合されており太陽電池基板ホルダ６を保持しながら移動子３２ｂとともに移動する。保持部３２ｃは、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち製造装置１００の長手方向に交差する側の側面６ｃ近傍を保持しても良い（図２、図５（ｂ）参照）。

第３搬送機構３３は、基板９の表面９ａ（図３参照）に沿って搬送可能な機構である。例えば、第３搬送機構３３は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６を移動室３から、第３成膜室２３、第４成膜室２４、アンロード室４へ順次に搬送していく。例えば、第３搬送機構３３は、固定子３３ａ、移動子３３ｂ、及び保持部３３ｃを有する（図５（ｃ）参照）。固定子３３ａは、基板９の表面９ａに沿った方向に延びている。移動子３３ｂは、固定子３３ａの長手方向に沿って移動可能に構成されている。例えば、固定子３３ａ及び移動子３３ｂは、一方が永久磁石を有し他方が電磁石を有するようなリニアモータを構成していてもよい。保持部３３ｃは、移動子３３ｂに結合されており太陽電池基板ホルダ６を保持しながら移動子３３ｂとともに移動する。保持部３３ｃは、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち進行方向に沿った側の側面６ａ，６ｂ近傍を保持しても良い（図２、図５（ｃ）参照）。

このように、搬送機構３０は、第１成膜室２１から第４成膜室２４へ大気開放せずに太陽電池基板ホルダ６を搬送経路の大部分において基板９の表面９ａに沿った方向に搬送するので、太陽電池基板ホルダ６を大きく反転させることなく、基板９の両面（表面９ａ及び裏面９ｂ）に成膜することが可能になる。これにより、太陽電池基板ホルダ６を反転させるための工程（回転させるための大気開放や真空引きの工程など）が不要であり、かつ反転を行う場合に比べて移動室３の大きさを小さくすることができる。例えば、移動室３の大きさは、第２搬送機構３２による横方向（基板９の表面９ａに略垂直な方向）の移動に対して最小限にとどめることができる。

次に、太陽電池基板ホルダ６の構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、太陽電池基板ホルダ６の構成を示す平面図であり、例えば図１中下方から太陽電池基板ホルダ６を見た場合の構成を示す図である。図３は、太陽電池基板ホルダ６の構成を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線で切った場合の断面を示す図である。

図２に示すように、太陽電池基板ホルダ６には、複数枚の基板９−１〜９−１６が載置され、複数枚の基板９−１〜９−１６へ同時に成膜することが可能である。各基板９は、例えば、半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料（例えば、結晶）で形成されており、ヘテロ接合太陽電池が形成されるように表面９ａ及び裏面９ｂの両方に互いに異なる膜が堆積されるべき基板である。

太陽電池基板ホルダ６は、図３に示すように、太陽電池基板トレー６１及び太陽電池基板押さえ６２を有する。基板９は、その縁部が太陽電池基板トレー６１と太陽電池基板押さえ６２とに挟み込まれるように固定される。また、太陽電池基板トレー６１及び太陽電池基板押さえ６２は、ともに開口部６１ａ，６２ａが設けられており、基板９は表面９ａ及び裏面９ｂがそれぞれプラズマに暴露可能なように露出されている。すなわち、太陽電池基板ホルダ６は、複数の基板９−１〜９−１６（図２参照）を各基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両方（図３参照）が露出されるように保持する。これにより、各基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両面に成膜を行うことが可能である。太陽電池基板トレー６１、および太陽電池基板押さえ６２には、その材料としては表面をアルマイト加工したアルミニウム、アルミナ等のセラミックス系材料、カーボンコンポジット材料等を使用することができる。

次に、各成膜室（第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、第４成膜室２４）の構成について図４を用いて説明する。図４は、図１に示す第１成膜室２１を右回りに９０°回転させた場合の上面図を例示的に示すものである。

第１成膜室２１は、チャンバー壁ＣＨにより囲まれた真空引き可能な空間である。チャンバー壁ＣＨには、排気口ＣＨａ及び供給口ＣＨｂが形成されている。第１成膜室２１内には、アノード電極８とカソード電極７とが、互いに対向するように配置されている。カソード電極７には、例えばシャワー状に複数の開口部７ａが設けられている。カソード電極７は、例えば、高周波電源１０に電気的に接続されている。アノード電極８は、例えば、グランド電位に電気的に接続されている。

排気口ＣＨａを介して真空ポンプにより第１成膜室２１内が真空引きされたあと、図４に示すように、太陽電池基板ホルダ６が第１搬送機構３１によりアノード電極８側へ搬入されアノード電極８近傍に配置される。太陽電池基板ホルダ６は、例えば、アノード電極８に接触するように載置される。このとき、太陽電池基板ホルダ６に保持された各基板９における２つの主面（表面９ａ及び裏面９ｂ）のうち例えば表面９ａがカソード電極７側に向いている。そして、アノード電極８とカソード電極７との間の空間ＳＰに、ガス供給源（図示せず）からプロセスガス制御系１１を経て供給口ＣＨｂ及びカソード電極７のシャワー状の開口部７ａを介してプロセスガスが供給される。また、高周波電源１０より供給される高周波電力（高周波バイアス）がカソード電極７に印加され、カソード電極７とアノード電極８との間の空間ＳＰにプラズマＰＬが生成される。プラズマＰＬ中で生成される化学活性種が成膜前駆体となり、基板９の主面（この場合は表面９ａ）で反応し所望の膜が成膜される。なお、太陽電池基板ホルダ６は例えばアノード電極８に接触するように載置された場合、基板９の２つの主面のうちプラズマＰＬに暴露される主面（この場合は表面９ａ）にのみ成膜が行われ、アノード電極８と接触する反対側の主面（この場合は裏面９ｂ）には成膜は行われない。また、図示はされないが、アノード電極８はヒータにより加熱され太陽電池基板ホルダ６および基板９の温度を制御する。反応に寄与しないプロセスガスや反応生成物は真空ポンプにより排気口ＣＨａを介して成膜室外へと排出される。

なお、第２成膜室２２についても太陽電池基板ホルダ６に保持された各基板９における２つの主面（表面９ａ及び裏面９ｂ）のうち表面９ａがカソード電極７側に向いており、各基板９の表面９ａ側に成膜が行われる点は上記と同様である。それに対して、第３成膜室２３及び第４成膜室２４については、太陽電池基板ホルダ６に保持された各基板９における２つの主面（表面９ａ及び裏面９ｂ）のうち裏面９ｂがカソード電極７側に向いており、各基板９の裏面９ｂ側に成膜が行われる点が上記と異なる。その他の点は、上記と同様である。

次に、成膜工程について図１及び図５を用いて説明する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１中下方から第１搬送機構３１、第２搬送機構３２、及び第３搬送機構３３を見た場合の動作を示す図である。

基板９としてはｎ型単結晶シリコン基板を用いて、太陽電池基板押さえ６２の開口部６２ａ側を太陽電池として作用させる場合に太陽光が入射する側となる受光面（表面９ａ）とし、太陽電池基板トレー６１の開口部６１ａ側を裏面９ｂとするように、ｎ型単結晶シリコン基板（基板９）を太陽電池基板ホルダ６に設置する。ゲートバルブ５−１を閉じた状態でロード室１へ太陽電池基板ホルダ６を投入し、ロード室１を真空引きする。その後、ゲートバルブ５−１を開いた状態で第１搬送機構３１は、太陽電池基板ホルダ６を第１成膜室２１へと移動させる。太陽電池基板押さえ６２の開口部６２ａ側がプラズマＰＬに暴露するように太陽電池基板ホルダ６をアノード電極８近傍に配置する。そして、ゲートバルブ５−１，５−２を閉じて第１成膜室２１内を真空引きした後、ｉ型非晶質シリコン層を成膜するためプロセスガスとしてシランガスと水素ガスとが第１成膜室２１内に導入される。このとき、例えば、プロセスガス制御系１１等により、シランガス流量に対する水素ガスの流量を０〜２０倍の範囲になるように設定し、圧力が５０〜５００Ｐａの範囲の一定の値となるように制御し、基板温度は１００〜２００℃の一定の値となるように制御する。例えば、電力密度１平方ｃｍ当たり１０〜１００ｍＷの高周波電力（高周波バイアス）をカソード電極７及びアノード電極８の間に印加して上記のプロセスガスを放電させる。これにより、例えば膜厚２〜１０ｎｍのｉ型非晶質シリコン層を各基板９の表面９ａ側に成膜する。

次に、ゲートバルブ５−２を開いた状態で、第１搬送機構３１は、太陽電池基板ホルダ６を第２成膜室２２へと移動させる。そして、ゲートバルブ５−２，５−３を閉じて第２成膜室２２内を真空引きした後、ｐ型非晶質シリコン層を成膜するためプロセスガスとしてシランガス、ジボランガスおよび水素ガスとが第２成膜室２２内に導入される。このとき、例えば、プロセスガス制御系１１等により、シランガス流量に対するジボランガス流量が０．４〜５．０％になるように、シランガス流量に対する水素ガスの流量を０〜２０倍の範囲になるようにそれぞれ設定し、５０〜５００Ｐａの範囲の一定の値となるように制御し、基板温度は１００〜２００℃の一定の値となるように制御する。例えば、電力密度１平方ｃｍ当たり１０〜１００ｍＷの高周波電力（高周波バイアス）をカソード電極７及びアノード電極８の間に印加して上記のプロセスガスを放電させる。これにより、例えば膜厚２〜１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン層を各基板９の表面９ａ側に成膜する。

なお、ｐ型非晶質シリコン層よりもバンドギャップが広く光透過率の高いｐ型非晶質炭化シリコン層を成膜するためにメタンガスやモノメチルシランガスをプロセスガスとして用いてもよい。

次に、ゲートバルブ５−３を開いた状態で、第１搬送機構３１は、太陽電池基板ホルダ６を移動室３へと移動させる。具体的には、図５（ａ）に示すように、第１搬送機構３１は、各基板９の表面９ａに沿って、太陽電池基板ホルダ６を移動させる。すなわち、第１搬送機構３１は、太陽電池基板ホルダ６を、第２成膜室２２におけるアノード電極８近傍の位置から、移動室３における第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置へ移動させる。

そして、第２搬送機構３２は、図５（ｂ）に示すように、移動室３における第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置にある太陽電池基板ホルダ６を保持する。その後、第１搬送機構３１は、太陽電池基板ホルダ６の保持を解除する。第２搬送機構３２は、太陽電池基板ホルダ６を移動室３内で横方向に移動させる。具体的には、第２搬送機構３２は、各基板９の表面９ａに略垂直な方向に（例えば、図５（ｂ）紙面に対して手前に近づく方向に）太陽電池基板ホルダ６を移動させる。すなわち、第２搬送機構３２は、太陽電池基板ホルダ６を、移動室３における第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置から、移動室３における第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置へ移動させる。なお、このとき、ゲートバルブ５−３，５−４は、閉じていても良い。

さらに、第３搬送機構３３は、図５（ｃ）に示すように、移動室３における第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置にある太陽電池基板ホルダ６を保持する。その後、第２搬送機構３２は、太陽電池基板ホルダ６の保持を解除する。ゲートバルブ５−４を開いた状態で、第３搬送機構３３は、太陽電池基板ホルダ６を第２成膜室２３へと移動させる。具体的には、図５（ｃ）に示すように、第３搬送機構３３は、各基板９の表面９ａに沿って、太陽電池基板ホルダ６を移動させる。すなわち、第３搬送機構３３は、太陽電池基板ホルダ６を、移動室３における第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置から、第３成膜室２３におけるアノード電極８近傍の位置へ移動させる。

太陽電池基板ホルダ６は、移動室３内で横方向（各基板９の表面９ａに略垂直な方向）に移動したことにより、太陽電池基板トレー６１の開口部６１ａ側がプラズマに暴露するように、太陽電池基板ホルダ６はアノード電極８近傍に配置される。そして、ゲートバルブ５−４，５−５を閉じて第３成膜室２３内を真空引きした後、ｉ型非晶質シリコン層を成膜するためプロセスガスとしてシランガスと水素ガスとが第３成膜室２３内に導入される。このとき、例えば、プロセスガス制御系１１等により、シランガス流量に対する水素ガスの流量を０〜２０倍の範囲になるように設定し、圧力が５０〜５００Ｐａの範囲の一定の値となるように制御し、基板温度は１００〜２００℃の一定の値となるように制御する。例えば、電力密度１平方ｃｍ当たり１０〜１００ｍＷの高周波電力（高周波バイアス）をカソード電極７及びアノード電極８の間に印加して上記のプロセスガスを放電させる。これにより、例えば膜厚２〜１０ｎｍのｉ型非晶質シリコン層を各基板９の裏面９ｂ側に成膜する。

次に、ゲートバルブ５−５を開いた状態で、第３搬送機構３３は、太陽電池基板ホルダ６を第４成膜室２４へと移動させる。そして、ゲートバルブ５−５，５−６を閉じて第４成膜室２４内を真空引きした後、ｎ型非晶質シリコン層を成膜するためプロセスガスとしてシランガス、ホスフィンガスおよび水素ガスとが第４成膜室２４内に導入される。このとき、例えば、プロセスガス制御系１１等により、シランガス流量に対するホスフィンガス流量が０．４〜５．０％になるように、シランガス流量に対する水素ガスの流量を０〜２０倍の範囲になるようにそれぞれ設定し、圧力が５０〜５００Ｐａの範囲の一定の値となるように制御し、基板温度は１００〜２００℃の一定の値となるように制御する。例えば、電力密度１平方ｃｍ当たり１０〜１００ｍＷの高周波電力（高周波バイアス）をカソード電極７及びアノード電極８の間に印加して上記のプロセスガスを放電させる。これにより、例えば膜厚２〜２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層を各基板９の裏面９ｂ側に成膜する。

第４成膜室２４での成膜が終了した後、ゲートバルブ５−６を開いた状態で、第３搬送機構３３は、太陽電池基板ホルダ６をアンロード室４へ移動させる。そして、ゲートバルブ５−６を閉じた状態で、アンロード室４が大気解放された後に、太陽電池基板ホルダ６は取り出される。このようしてｎ型単結晶シリコン基板の受光面側にはｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との積層体が裏面側にはｉ型非晶質シリコン層とｎ型非晶質シリコン層との積層体がそれぞれ形成される。

以上により対向するカソード電極７とアノード電極８との間に印加される高周波電界により生成されたプラズマを用いた容量結合型プラズマＣＶＤ方式の成膜装置において、基板９あるいは太陽電池基板ホルダ６を装置外に取り出したり、あるいは基板９あるいは太陽電池基板ホルダ６を反転させる機構を必要とせず、連続的に基板９両面にヘテロ接合太陽電池を構成する非晶質シリコン層を成膜することができる。

容量結合型プラズマＣＶＤ法は、誘導結合型プラズマＣＶＤ法に比べて、プラズマ中での電離が穏やかなため、シランガス等の反応生成種を過剰に分解する傾向が弱いので、ヘテロ接合型太陽電池に適した、膜中欠陥が少ない高品質の非晶質膜シリコン層を成膜する点で有利である。

なお、本実施の形態においては各層を独立した成膜室にて成膜を行っているが、同一成膜室内で連続する膜の成膜を行ってもよく、例えば第１成膜室２１においてｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層とを連続して成膜を行うことで、第２成膜室２２を省略してもよい。また受光面側と裏面側の成膜順序を逆にしてもよい。さらにロード室１と第１成膜室２１との間に予備加熱室を設けてもよい。

また、太陽電池用結晶基板としてｐ型単結晶シリコン基板、ｎ型多結晶シリコン基板、ｐ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。

以上のように、実施の形態１では、太陽電池基板ホルダ６が、複数の基板９−１〜９−１６（図２参照）を各基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両方（図３参照）が露出されるように平面的に保持する。そして、搬送機構３０は、第１成膜室２１から第４成膜室２４へ大気開放せずに太陽電池基板ホルダ６を搬送経路の大部分において基板９の表面９ａに沿った方向に搬送する。これにより、太陽電池基板ホルダ６を大きく反転させることなく、基板９の両面（表面９ａ及び裏面９ｂ）に成膜することが可能になるので、太陽電池基板ホルダ６を反転させるための工程（回転させるための大気開放や真空引きの工程など）が不要であり、かつ反転を行う場合に比べて移動室３の大きさを小さくすることができる。したがって、製造工程を短縮できるとともに製造装置の大型化を抑制できるので、ヘテロ接合太陽電池の製造コストを低減できる。

また、実施の形態１では、第１成膜室２１及び第２成膜室２２のそれぞれにおけるカソード電極７とアノード電極８との位置関係は、第３成膜室２３及び第４成膜室２４のそれぞれにおけるカソード電極７とアノード電極８との位置関係と逆になっている。これにより、基板９を反転させること無く、搬送機構３０が太陽電池基板ホルダ６を第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、及び第４成膜室２４へ順次に搬送することにより、各基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両面への成膜が可能になる。これにより、太陽電池基板ホルダ６を反転させるための工程（回転させるための大気開放や真空引きの工程など）が不要であり、かつ反転を行う場合に比べて移動室３の大きさを小さくすることができる。例えば、移動室３の大きさは、第２搬送機構３２による横方向（基板９の表面９ａに略垂直な方向）の移動に対して最小限にとどめることができる。したがって、製造工程を短縮できるとともに製造装置の大型化を抑制できるので、ヘテロ接合結晶太陽電池の製造コストを低減することができる。

また、実施の形態１では、搬送機構３０において、第１搬送機構３１が、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６をロード室１から、第１成膜室２１、第２成膜室２２、及び移動室３へ順次に搬送していく。第２搬送機構３２は、移動室３内で太陽電池基板ホルダ６を第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置から第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置へ移動させる。第３搬送機構３３は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６を移動室３から、第３成膜室２３、第４成膜室２４、アンロード室４へ順次に搬送していく。これにより、基板９を反転させること無く基板９における表面９ａ及び裏面９ｂの両面への成膜を行うことのできる装置を簡易な構成で実現できる。

また、実施の形態１では、第１搬送機構３１が、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち製造装置１００の長手方向に沿った側の側面６ａ，６ｂ近傍を保持し、第２搬送機構３２が、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち製造装置１００の長手方向に交差する側の側面６ｃ近傍を保持し、第３搬送機構３３が、例えば、太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち進行方向に沿った側の側面６ａ，６ｂ近傍を保持する。すなわち、第１搬送機構３１と第２搬送機構３２とが太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち異なる側面近傍を保持するとともに、第２搬送機構３２と第３搬送機構３３とが太陽電池基板ホルダ６の４側面６ａ〜６ｄのうち異なる側面近傍を保持する。これにより、第１搬送機構３１と第２搬送機構３２との太陽電池基板ホルダ６の受け渡しをスムーズに行うことができるとともに受け渡しのためのスペースをコンパクトなものに抑えることができる。また、第２搬送機構３２と第３搬送機構３３との太陽電池基板ホルダ６の受け渡しをスムーズに行うことができるとともに受け渡しのためのスペースをコンパクトなものに抑えることができる。

また、実施の形態１では、移動室３は、基板９の表面９ａに沿った方向に、第１成膜室２１及び第２成膜室２２と第３成膜室２３及び第４成膜室２４とを連結する。これにより、搬送機構３０の第２搬送機構３２が、移動室３内で太陽電池基板ホルダ６を第２成膜室２２のアノード電極８に対応した位置から第３成膜室２３のアノード電極８に対応した位置へ移動させる際のストロークを短く抑えることが容易である。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる太陽電池の製造装置２００について図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７は、太陽電池の製造装置２００の構成及び動作の一例を模式的に示す上面図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態２にかかる太陽電池の製造装置２００は、例えば、複数の成膜室が複数のゲートバルブを介して直列に接続された系列Ｌ１，Ｌ２が２列並列に並べられたインライン型ＣＶＤ装置である。系列Ｌ１では、ロード室２０１−１、第１成膜室２２１−１、第２成膜室２２２−１、第３成膜室２２３−１、第４成膜室２２４−１、アンロード室２０４−１が複数のゲートバルブ５−１１〜５−１６を介して直列に接続されている。同様に、系列Ｌ２では、ロード室２０１−２、第１成膜室２２１−２、第２成膜室２２２−２、第３成膜室２２３−２、第４成膜室２２４−２、アンロード室２０４−２が複数のゲートバルブ５−２１〜５−２６を介して直列に接続されている。

第２成膜室２２２−１，２２２−２と第３成膜室２２３−１，２２３−２との間に両列共通の移動室２０３がゲートバルブ５−１３，５−２３，５−１４，５−２４を介して接続されている。移動室２０３は、基板９の表面９ａと交差する方向に、系列Ｌ１の第２成膜室２２２−１と系列Ｌ２の第３成膜室２２３−２とを連結している。また、移動室２０３は、基板９の表面９ａと反対側に交差する方向に、系列Ｌ２の第２成膜室２２２−２と系列Ｌ１の第３成膜室２２３−１とを連結している。

搬送機構２３０は、第１搬送機構２３１、第２搬送機構２３２、第３搬送機構２３３、第４搬送機構２３４、及び第５搬送機構２３５を有する。

図６に示すように、第１搬送機構２３１は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６−１を系列Ｌ１におけるロード室２０１−１から、第１成膜室２２１−１、第２成膜室２２２−１、及び移動室２０３へ順次に搬送していく。第２搬送機構２３２は、移動室２０３内で太陽電池基板ホルダ６−１を系列Ｌ１の第２成膜室２２２−１のアノード電極８に対応した位置から系列Ｌ２の第３成膜室２２３−２のアノード電極８に対応した位置へ平行に移動させる。第３搬送機構２３３は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６−１を移動室２０３から、系列Ｌ２における第３成膜室２２３−２、第４成膜室２２４−２、アンロード室２０４−２へ順次に搬送していく。

このとき、系列Ｌ１の第１成膜室２２１−１及び第２成膜室２２２−１のそれぞれにおけるカソード電極７及びアノード電極８の位置関係は、系列Ｌ２の第３成膜室２２３−２、第４成膜室２２４−２のそれぞれにおけるカソード電極７及びアノード電極８の位置関係と逆になっている。

また、図７に示すように、第４搬送機構２３４は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６−２を系列Ｌ２におけるロード室２０１−２から、第１成膜室２２１−２、第２成膜室２２２−２、及び移動室２０３へ順次に搬送していく。第２搬送機構２３２は、移動室２０３内で太陽電池基板ホルダ６−２を系列Ｌ２の第２成膜室２２２−２のアノード電極８に対応した位置から系列Ｌ１の第３成膜室２２３−１のアノード電極８に対応した位置へ平行に移動させる。第５搬送機構２３５は、基板９の表面９ａに沿って太陽電池基板ホルダ６−２を移動室２０３から、系列Ｌ１における第３成膜室２２３−１、第４成膜室２２４−１、アンロード室２０４−１へ順次に搬送していく。

このとき、系列Ｌ２の第１成膜室２２１−２及び第２成膜室２２２−２のそれぞれにおけるカソード電極７及びアノード電極８の位置関係は、系列Ｌ１の第３成膜室２２３−１、第４成膜室２２４−１のそれぞれにおけるカソード電極７及びアノード電極８の位置関係と逆になっている。

これにより、実施の形態１とは異なり、各系列Ｌ１，Ｌ２において、成膜室内のカソード電極７とアノード電極８との位置関係は移動室２０３を挟んで反転させなくとも、基板９の両面それぞれに成膜することが可能となるので、全ての成膜室においてカソード電極７を製造装置２００の内側に、アノード電極８をカソード電極７より製造装置２００の外側になるように配置している。すなわち、系列Ｌ１における各成膜室のカソード電極７が系列Ｌ２側に配され、系列Ｌ２における各成膜室のカソード電極７が系列Ｌ１側に配されている。

このとき、図８に示すように、系列Ｌ１と系列Ｌ２とで対応する成膜室（例えば、第１成膜室２２１−１及び第１成膜室２２１−２）におけるカソード電極７を製造装置２００の内側にしたことでプロセスガス制御系２１１等や高周波電源等の設備を製造装置２００の内側に集約して配置することができ、製造装置２００を小型化させることができる。また、高周波電源やプロセスガス系統が接続されておらず、その構造が単純なアノード電極８をカソード電極７より外側に配置できたことで、成膜室を大気開放し清掃等する際のメンテナンス作業が容易となる。

このように、実施の形態２では、単純な構造で基板を反転させる工程なしに基板両面への連続的な成膜が可能で、かつ成膜室を並列に配置することにより処理能力が増大し、製造コストを低減することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる太陽電池の製造装置について説明する。以下では、実施の形態１及び実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１及び実施の形態２では、太陽電池基板ホルダ６における開口部６１ａ，６２ａの形状について具体的に限定していないが、実施の形態３では、太陽電池基板ホルダ３０６が開口部６１ａ，６２ａの形状に以下のような工夫を加える。

太陽電池基板ホルダ３０６は、例えば、図９〜図１３に示すような構成を有する。

図９は、太陽電池基板トレー６１が準備され、基板９及び太陽電池基板押さえ３６２がまだ載置されていない状態における太陽電池基板ホルダ３０６の構成を示す平面図である。太陽電池基板トレー６１上には、図２のように、複数の基板９−１〜９−１６がマトリクス状に配置されるが、そのうち図９は、１つの基板９に対応した部分を示している。図１０は、図９に示す太陽電池基板トレー６１をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面を示す図である。図１０に示すように、太陽電池基板トレー６１における開口部６１ａの周縁部６１ａ１近傍には、額縁状にザグリ部６１ｂが形成されている。

図１１は、太陽電池基板トレー６１上に基板９を載置し、さらに太陽電池基板押さえ３６２を載置して基板９を固定した状態における太陽電池基板ホルダ３０６の構成を示す平面図である。図１１は、図９に対応した平面図であり、１つの基板９に対応した部分を示している。図１２は、図９に示す太陽電池基板押さえ３６２及び太陽電池基板トレー６１をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面を示す図であり、図１３は、図９に示す太陽電池基板押さえ３６２及び太陽電池基板トレー６１をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面を示す図である。

図１２に示されるように、太陽電池基板押さえ３６２の開口部３６２ａのＣ−Ｃ線に沿った方向の幅は基板９よりも狭くなっているため、基板９はＣ−Ｃ線に沿った方向と直交する一対の辺縁部で太陽電池基板トレー６１と太陽電池基板押さえ３６２に挟まれて固定されている。一方、図１３に示されるように、Ｄ−Ｄ線に沿った方向の太陽電池基板押さえ３６２の開口部３６２ａの幅は基板９と同じか０．５〜２．０ｍｍ程度広くなっているため、基板９の表面９ａは全幅にわたってプラズマに暴露されるようになっている。

この状態で実施の形態１と同じく、第１成膜室２１、第２成膜室２２において基板９の表面９ａに成膜がなされ、次に第３成膜室２３、第４成膜室２４において基板９の裏面９ｂに成膜がなされる（図１参照）。図１４に成膜後の基板９のＤ−Ｄ断面を示す。基板９の表面９ａにはｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とが順に積層されて成膜されており、基板９の裏面９ｂにはｉ型非晶質シリコン層１４とｎ型非晶質シリコン層１６とが順に積層されて成膜されている。

図１４に示されるように、表面９ａには基板９の略全幅にわたって成膜がなされているが、裏面９ｂの辺縁部９ｂ１には、太陽電池基板押さえ３６２によって被覆されて成膜されない領域が存在する。このため、基板９の端面近傍に至るまで表面９ａに成膜されたｐ型非晶質シリコン層１５と、裏面９ｂに成膜されたｎ型非晶質シリコン層１６とが接触することはなく、これにより端面部での漏れ電流を抑制することができる。また基板９の表面９ａにおける略全幅にｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とが積層されており、ｎ型のシリコン基板とでｐ−ｉ−ｎ型のダイオード構造が形成されているため、裏面９ｂにｉ型非晶質シリコン層１４とｎ型非晶質シリコン層１６とが成膜されていない辺縁部も太陽電池として機能し、太陽電池としての有効面積を広く確保できるので、セル変換効率を向上させることができる。例えば、裏面９ｂの辺縁部９ｂ１の非成膜領域の幅は０．５〜５ｍｍとすることが望ましい。

以上のように、実施の形態３では、基板９の表面９ａ（受光面）の成膜の際に、基板９の表面９ａに沿った第１の方向（Ｃ−Ｃ線に沿った方向）における太陽電池基板ホルダ３０６の開口部３６２ａの幅を基板９の幅より狭くし、基板９の表面９ａに沿った第２の方向（Ｄ−Ｄ線に沿った方向）における太陽電池基板ホルダ３０６の開口部３６２ａの幅を基板９の幅と同等もしくは基板９より広くする。これにより、太陽電池基板ホルダ３０６が基板９を保持しながら、成膜面積を広く確保できる。その結果、太陽電池としての有効面積を広く確保できるので、セル変換効率を向上させることができる。

なお、太陽電池基板ホルダ３０６ｉにおける太陽電池基板押さえ３６２ｉの開口部３６２ａｉの形状を図１５に示すようにして、基板９の角部のみで固定するようにしてもよい。すなわち、開口部３６２ａｉは、基板９の輪郭辺に対応して延びた主要辺部３６２ａｉ１と、隣接する２つの主要辺部３６２ａｉ１をつなぐとともに基板９の角部近傍で基板９の輪郭辺に交差するように延びた傾斜辺部３６２ａｉ２とを有する。この場合、太陽電池基板押さえ３６２ｉに被覆される表面９ａの非成膜領域の面積をさらに小さくすることができ、セル変換効率をさらに向上させることができる。

あるいは、図１６に示すように太陽電池基板ホルダ３０６ｊにおける太陽電池基板押さえ３６２ｊの開口部３６２ａｊをツメ状の突起を設けた形状としてもよい。すなわち、開口部３６２ａｊは、基板９の輪郭辺に対応して延びた主要辺部３６２ａｊ１と、主要辺部３６２ａｊ１から開口部３６２ａｊの内側へ突出した突起３６２ａｊ２とを有する。この場合、太陽電池基板押さえ３６２ｉに被覆される表面９ａの非成膜領域の面積をさらに小さくすることができ、セル変換効率をさらに向上させることができる。

あるいは、図１７に示すように太陽電池基板ホルダ３０６ｋにおける太陽電池基板押さえ３６２ｋの開口部３６２ａｋをはしご状の形状として、基板９を固定してもよい。すなわち、開口部３６２ａｋは、基板９の輪郭辺に対応して延びた主要辺部３６２ａｋ１と、対向する２つの主要辺部３６２ａｋ１をつなぐはしご部３６ａｋ２とを有する。この場合、はしご部３６ａｋ２を基板９に形成されるべき集電電極１７に対応するように設けてもよい。例えば、図１８及び図１９に示すように基板９の表面９ａにおけるはしご部３６ａｋ２（図１７参照）に被覆される領域（非成膜領域１９）に集電電極１７を形成する。図１８は、集電電極１７が形成された状態の基板９を表面９ａ側から見た平面図であり、図１９は、図１８の基板９をＥ−Ｅ線に沿って切った場合の断面を示す図である。図１９に示すように、基板９の表面９ａ側のｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とが成膜されない非成膜領域１９の上方に集電電極１７が形成される。すなわち、太陽電池としてほとんど機能しない非成膜領域１９下の基板部は集電電極１７の影部となるため、太陽光がほとんど入射しないため太陽電池としての有効面積が減少することがない。言い換えると、太陽電池としての有効面積を確保できるとともに、ｉ型非晶質シリコン層１４及びｐ型非晶質シリコン層１５の成膜に用いる材料を節約することができる。

なお、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５の上には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）等の酸化物導電体からなる透明導電層１８が形成されるため、基板９で生成された電荷は透明導電層１８を介して集電電極１７へと輸送されるため、非成膜領域１９と集電電極１７とが接していても、接続抵抗の増大により太陽電池の変換効率は低下することはない。

また、基板９の端面部でｐ型非晶質シリコン層１５とｎ型非晶質シリコン層１６とが接触しなければ漏れ電流は発生しないので、基板９の裏面９ｂの全周に非成膜領域を設ける必要は必ずしもない。例えば、図２０に示すように太陽電池基板ホルダ３０６ｐにおける太陽電池基板トレー３６１ｐのザグリ部３６１ｂｐを、Ｇ−Ｇ線と直交する一対の辺縁部に設け、Ｆ−Ｆ線と直交する一対の辺縁部に設けないように構成し、図２１に示すように太陽電池基板ホルダ３０６ｐにおける太陽電池基板押さえ３６２の開口部３６２ａｐを、Ｈ−Ｈ方向の幅が基板９よりも狭くなりＩ−Ｉ方向の幅が基板９と同様もしくは基板９より広くなるように構成してもよい。図２０は、太陽電池基板トレー３６１ｐが準備され、基板９及び太陽電池基板押さえ３６２ｐがまだ載置されていない状態における太陽電池基板ホルダ３０６ｐの構成を示す平面図である。図２１は、太陽電池基板トレー６１上に基板９を載置し、さらに太陽電池基板押さえ３６２ｐを載置して基板９を固定した状態における太陽電池基板ホルダ３０６ｐの構成を示す平面図である。

この場合、図２１に示す太陽電池基板押さえ３６２ｐ及び太陽電池基板トレー３６１ｐをＨ−Ｈ線に沿って切った場合の断面を示す図は、図２２のようになり、図２１に示す太陽電池基板押さえ３６２ｐ及び太陽電池基板トレー３６１ｐをＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面を示す図は、図２３のようになる。図２２及び図２３に示されるように、基板９の表面９ａはＨ−Ｈ線と直交する一対の辺縁部で太陽電池基板押さえ３６２ｐと接し、基板９の裏面９ｂはＩ−Ｉ線と直交する一対の辺縁部で太陽電池基板トレー３６１ｐと接するかたちで基板９が固定されるので、基板９の表面９ａに垂直な方向から透視した場合に、基板９の表面９ａにおける非成膜領域と基板９の裏面９ｂにおける非成膜領域とが互いに相補的に基板９の周縁を囲むように延びている。これにより、端面部でｐ型非晶質シリコン層１５とｎ型非晶質シリコン層１６とが接触しにくくなっている。

実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる太陽電池の製造装置について図２４を用いて説明する。図２４は、実施の形態４にかかる太陽電池の製造装置を構成する成膜室の一部断面図である。以下では、実施の形態１及び実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

実施の形態１及び実施の形態２では、アノード電極８がヒータにより加熱されることで基板９の温度を制御するが、実施の形態４では、所定の温度を有するプロセスガスを基板９の非成膜面側へ供給することで基板９の温度を制御する。

具体的には、各成膜室（第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、第４成膜室２４）は、プロセスガス制御系（第１のプロセスガス制御系）１１に加えて、プロセス制御系（第２のプロセスガス制御系）４１２、プロセス制御系（第３のプロセスガス制御系）４１３及び切り替え部４１４を有する。プロセスガス制御系１１は、実施の形態１と同様に、カソード電極７の開口部７ａを介して成膜室にプロセスガス（第１のガス又は第２のガス）を供給する。

一方、プロセス制御系４１２は、アノード電極８の開口部８ａを介してプロセスガス（第３のガス）を供給する。プロセス制御系４１３は、アノード電極８の開口部８ｂを介してプロセスガス（第４のガス）を供給する。プロセスガス制御系４１２および４１３から供給されるプロセスガスには、例えば、シランガス等のシリコンを含有するガスやＰＨ_３、Ｂ_２Ｈ_６ガス等のリン（Ｐ）ホウ素（Ｂ）といったドーパントとなる元素を含有するガスは含まず、水素、二酸化炭素、希ガス等の単独、あるいはそれらの組み合わせからなるガスを用いる。すなわち、プロセスガス制御系４１２および４１３から供給されるプロセスガスには、膜を形成することができないガス種のいずれかの単独ガス、あるいはそれらの混合ガスが用いられる。これらプロセスガスは、基板９の非成膜面側から、太陽電池基板トレー６１、太陽電池基板押さえ６２、基板９の空隙部を通して成膜室内部へ供給されるため、これにより成膜室で生成されるＳｉＨ_ｘラジカル等の成膜反応種やＰＨ_３やＢ_２Ｈ_６といったドーパントガスの非成膜面側への回り込みを抑制することができる。

また、プロセスガス制御系４１２および４１３から供給されるプロセスガスは、互いに温度が異なるものが用いられる。例えば、プロセスガス制御系４１２から供給されるプロセスガスの温度は、プロセスガス制御系４１３から供給されるプロセスガスの温度より低い。

そして、切り替え部４１４は、制御すべき基板９の温度に応じて、第２のプロセスガス制御系４１２及び第３のプロセスガス制御系４１３のいずれか一方が動作するよう切り替える。例えば、切り替え部４１４は、制御すべき基板９の温度がプロセスガス制御系４１２から供給されるプロセスガスの温度に近い場合、第２のプロセスガス制御系４１２が動作するよう切り替え、制御すべき基板９の温度がプロセスガス制御系４１３から供給されるプロセスガスの温度に近い場合、第３のプロセスガス制御系４１３が動作するよう切り替える。

次に、成膜手順について説明する。まず、プロセスガス制御系４１２より低温の水素ガスを供給し、基板９の温度を１００〜１５０℃の範囲になるように制御する。この状態で、カソード電極７を介してプロセスガス制御系１１からシランと水素の混合ガスを供給する。プロセスガス制御系１１および４１２から供給される水素ガスの総量はシランガス流量の１〜２０倍の範囲となるように設定する。そして、カソード電極７に高周波電力を供給することでプロセスガスを放電させ、i型非晶質シリコン層の成膜を開始する。そして、成膜途中にプロセスガス制御系を４１２から４１３に切り替えて、基板９の非成膜面側により高温の水素ガスを供給することで、基板９の温度を１５０〜２００℃の範囲に加熱してi型非晶質シリコン層の成膜を継続して行い、総膜厚２〜１０ｎｍのi型非晶質シリコン層を成膜する。

これによりエピタキシャル成長する傾向の強いシリコン基板界面部では比較的低温で成膜を行うことにより、エピタキシャル成長が十分に抑制されたi型非晶質シリコン層を成膜し、直後に成膜温度を高めることでより膜中欠陥の少ない、より高品質のi型非晶質シリコン層の成膜を連続的に行うことができる。なお、ここで高品質のi型非晶質シリコン層とはフーリエ変換赤外線吸収分光（ＦＴＩＲ）法から算出される、膜中の水素原子密度が１０〜２０％の範囲にあり、ＳｉＨ結合に対するＳｉＨ２結合の比１／１０以下であることと定義する。

なお、図２４には記載されていないが、アノード電極８内にヒータ電極等を備えることにより、アノード電極８自体にも温度制御機構を設けてもよい。

また、成膜中の基板９の非成膜面側に供給されるプロセスガス温度の制御方法については、温度の異なるプロセスガスの供給を切り替える代わりに、図２５に示すように、プロセスガスを加熱する加熱機構を設けてその加熱温度を変えることで行ってもよい。すなわち、各成膜室（第１成膜室２１、第２成膜室２２、第３成膜室２３、第４成膜室２４）は、プロセスガス制御系４１２、プロセスガス制御系４１３、及び切り替え部４１４に代えて、プロセスガス制御系４１５ｉを有していてもよい。プロセスガス制御系４１５ｉは、制御系本体４１５ｉ１及び加熱機構４１５ｉ２を有する。プロセスガス制御系４１５ｉは、制御系本体４１５ｉ１から加熱機構４１５ｉ２へプロセスガスを供給させ加熱機構４１５ｉ２で所定の温度に加熱して、加熱されたプロセスガスを、アノード電極８の開口部８ａを介して基板９の非成膜面側から成膜室に供給する。例えば、シリコン基板界面部の成膜時には、加熱機構４１５ｉ２を停止することで加熱されていない比較的低温のプロセスガスを供給し、エピタキシャル成長が十分に抑制されたi型非晶質シリコン層を成膜した後では、加熱機構４１５ｉ２を動作させ加熱を行わせることで高温のプロセスガスを供給してシリコン基板の温度を高めることができる。

また、図２６に示すように、図２４に示す構成に対して、アノード電極８の開口部８ｃを介して基板９の非成膜面側からプロセスガスを排気させるプロセスガス排気系４１６ｊを備えることにより、基板９の非成膜面側に供給されるプロセスガスを循環させる構造としてもよい。この構造を適用することで、基板９の温度を制御するため、非成膜面側に成膜に必要とする以上の大流量のガスを供給することが可能となるので、基板９の温度制御をより容易に行うことができる。

あるいは、図２７に示すように、図２５に示す構成に対して、アノード電極８の開口部８ｃを介して基板９の非成膜面側からプロセスガスを排気させるプロセスガス排気系４１６ｊを備えることにより、基板９の非成膜面側に供給されるプロセスガスを循環させる構造としてもよい。この構造を適用することで、基板９の温度を制御するため、非成膜面側に成膜に必要とする以上の大流量のガスを供給することが可能となるので、基板９の温度制御をより容易に行うことができる。

なお、上記の実施の形態４では、ｉ型非晶質シリコン層の成膜について説明したが、ｐ型およびｎ型の非晶質シリコン層やｐ型およびｎ型の微結晶シリコン層に適用してもよく、例えば成膜中にプロセスガス制御系４１２から基板９の裏面９ｂに低温のガスを供給して基板９の温度を低下させ、膜中の水素原子密度を高めることでバンドギャップを制御して電極材料等との接合特性の改善に用いてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造装置、及び太陽電池の製造方法は、ヘテロ接合太陽電池の製造に有用である。

１，２０１−１，２０１−２ ロード室、 ３，２０３ 移動室、 ４ アンロード室、 ５−１〜５−６，５−１１〜５−１６，５−２１〜５−２６ ゲートバルブ、 ６，６−１，６−２ 太陽電池基板ホルダ、 ７ カソード電極、 ８ アノード電極、 ９ 基板、 １０ 高周波電源、 １１，４１２，４１３，４１５ｉ プロセスガス制御系、 １４ ｉ型非晶質シリコン層、 １５ ｐ型非晶質シリコン層、 １６ ｎ型非晶質シリコン層、 １７ 集電電極、 １８ 透明導電層、 １９ 非成膜領域、 ２１，２２１−１，２２１−２ 第１成膜室、 ２２，２２２−１，２２２−２ 第２成膜室、 ２３，２２３−１，２２３−２ 第３成膜室、 ２４，２２４−１，２２４−２ 第４成膜室、 ３０，２３０ 搬送機構、 ３１，２３１ 第１搬送機構、 ３２，２３２ 第２搬送機構、 ３３，２３３ 第３搬送機構、 ６１ 太陽電池基板トレー、 ６２ 太陽電池基板押さえ、 １００，２００ 製造装置、 ２３４ 第４搬送機構、 ２３５ 第５搬送機構、 ４１４ 切り替え部、 ４１５ｉ１ 制御系本体、 ４１５ｉ２ 加熱機構、 ４１６ｊ 排気系。

Claims (18)

1. 第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する基板の前記第１の主面及び前記第２の主面の両方が露出されるように複数の前記基板を平面的に保持する基板ホルダと、
   前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第２の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第１の主面が前記発生されるべき放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して第１のガスを放電させることにより前記基板の前記第１の主面に第１の膜を成膜する前成膜室と、
   前記基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第１の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第２の主面が前記放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して第２のガスを放電させることにより前記基板の前記第２の主面に第２の膜を成膜する後成膜室と、
   前記前成膜室から前記後成膜室へ大気開放せずに前記基板ホルダを搬送経路の大部分において前記第１の主面に沿った方向に搬送する搬送機構と、
   を備えたことを特徴とする太陽電池の製造装置。
2. 前記前成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係は、前記後成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係と逆になっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造装置。
3. 前記搬送機構は、前記基板の前記第１の主面に沿って前記基板ホルダを前記前成膜室から前記前成膜室及び前記後製膜室を接続する移動室へ前記第１の主面に沿った方向に搬送し、前記移動室内で前記前成膜室の前記アノード電極に対応した位置から前記後成膜室の前記アノード電極に対応した位置まで前記基板ホルダを前記第１の主面に交差する方向に移動させ、前記基板の前記第１の主面に沿って前記基板ホルダを前記移動室から前記後成膜室へ前記第１の主面に沿った方向に搬送する
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造装置。
4. 前記移動室は、前記基板の前記第１の主面に沿った方向に前記前成膜室と前記後成膜室とを連結する
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造装置。
5. 前記移動室は、前記基板の前記第１の主面と交差する方向に前記前成膜室と前記後成膜室とを連結する
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造装置。
6. 第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する第２の基板の前記第１の主面及び前記第２の主面の両方が露出されるように前記第２の基板を保持する第２の基板ホルダと、
   前記第２の基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第２の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第１の主面が前記発生されるべき放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して前記第１のガスを放電させることにより前記第２の基板の前記第１の主面に第１の膜を成膜する第２の前成膜室と、
   前記第２の基板ホルダがアノード電極側に搬入された際に、前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第１の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第２の主面が前記放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、カソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して前記第２のガスを放電させることにより前記第２の基板の前記第２の主面に第２の膜を成膜する第２の後成膜室と、
   前記第２の前成膜室から前記第２の後成膜室へ大気開放せずに前記第２の基板ホルダを搬送経路の大部分において前記第１の主面に沿った方向に搬送する第２の搬送機構と、
   をさらに備え、
   前記第２の前成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係は、前記第２の後成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係と逆になっており、
   前記移動室は、前記基板の前記第１の主面と交差する方向に前記前成膜室と前記後成膜室とを連結するとともに、前記基板の前記第１の主面と反対側に交差する方向に前記第２の前成膜室と前記第２の後成膜室とを連結する
   ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造装置。
7. 前記第２の搬送機構は、前記基板の前記第１の主面に沿って前記第２の基板ホルダを前記第２の前成膜室から前記移動室へ前記第１の主面に沿った方向に搬送し、前記移動室内で前記第２の前成膜室の前記アノード電極に対応した位置から前記第２の後成膜室の前記アノード電極に対応した位置まで前記第２の基板ホルダを前記第１の主面に交差する方向に移動させ、前記基板の前記第１の主面に沿って前記第２の基板ホルダを前記移動室から前記第２の後成膜室へ前記第１の主面に沿った方向に搬送する
   ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造装置。
8. 前記基板ホルダは、基板トレーと基板押さえとを有し、
   前記基板トレーと前記基板押さえとは、それぞれ基板と接触して挟み込むことによって基板を保持しており、
   前記基板と前記基板トレー又は前記基板押さえとの接触部は、前記基板の両面に成膜される半導体層が端面部で前記基板トレー及び前記基板押さえに接触せず、且つ、前記半導体層が選択的にマスクされ形成されない領域が設けられるように、配置される
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造装置。
9. 前記前成膜室及び前記後成膜室のそれぞれに対して、前記カソード電極を介して前記第１のガス又は前記第２のガスを供給する第１のプロセスガス制御系と、
   前記前成膜室及び前記後成膜室のそれぞれに対して、前記アノード電極を介して第３のガスを前記基板の非成膜面側から供給する第２のプロセスガス制御系と、
   前記前成膜室及び前記後成膜室のそれぞれに対して、前記アノード電極を介して前記第３のガスと温度の異なる第４のガスを前記基板の非成膜面側から供給する第３のプロセスガス制御系と、
   制御すべき前記基板の温度に応じて、前記第２のプロセスガス制御系及び前記第３のプロセスガス制御系のいずれか一方が動作するよう切り替える切り替え部と、
   をさらに備えた、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造装置。
10. 前記アノード電極を介して前記第３のガス及び前記第４のガスを排気する排気系をさらに備えた、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造装置。
11. 前記カソード電極を介して前記前成膜室に前記第１のガスを供給するとともに前記カソード電極を介して前記後成膜室に前記第２のガスを供給する第１のプロセスガス制御系と、
    加熱機構を有し、前記前成膜室及び前記後成膜室のそれぞれに対して、前記加熱機構により加熱した第３のガスを、前記アノード電極を介して前記基板の非成膜面側から供給する第４のプロセスガス制御系と、
    をさらに備えた、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造装置。
12. 前記アノード電極を介して前記第３のガス及び前記第４のガスを排気する排気系をさらに備えた、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造装置。
13. 請求項８に記載の太陽電池の製造装置を用いて製造された太陽電池であって、
    前記基板と前記基板トレー又は前記基板押さえとの接触部に対応した第１の領域に配された集電電極と、
    表面における前記第１の領域を除いて残る第２の領域に配された半導体層と、
    を備えたことを特徴とする太陽電池。
14. 第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する基板の前記第１の主面及び前記第２の主面の両方が露出されるように複数の前記基板を平面的に保持する基板ホルダを用いて前記基板を含む太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
    前記基板ホルダを前成膜室におけるアノード電極側に搬入する搬入工程と、
    前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第２の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第１の主面が前記発生されるべき放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、前記前成膜室内でカソード電極及び前記アノード電極の間に高周波電力を印加して第１のガスを放電させることにより前記搬入された基板の前記第１の主面に第１の膜を成膜する第１の成膜工程と、
    大気開放せずに前記基板ホルダを前記前成膜室における前記アノード電極側から後成膜室におけるアノード電極側へ搬送する搬送工程と、
    前記基板ホルダが前記アノード電極上に接触して、前記第１の主面が発生されるべき放電から隔離され前記第２の主面が前記放電に対して露出するように前記基板ホルダが載置されて、前記後成膜室内でカソード電極及び前記アノード電極の間にバイアスを印加して第２のガスを放電させることにより前記基板の前記第２の主面に第２の膜を成膜する第２の成膜工程と、
    を備え、
    前記前成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係は、前記後成膜室における前記カソード電極及び前記アノード電極の位置関係と逆になっている
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
15. 前記搬送工程は、
    前記基板の前記第１の主面に沿って前記基板ホルダを前記前成膜室から前記第１の主面に沿った方向に搬出する搬出工程と、
    前記搬出工程の後に、前記基板の前記第１の主面に略垂直な方向に沿って前記前成膜室の前記アノード電極に対応した位置から前記後成膜室の前記アノード電極に対応した位置まで前記基板ホルダを移動させる移動工程と、
    前記移動工程の後に、前記基板の第１の主面に沿って前記基板ホルダを前記後成膜室へ前記第１の主面に沿った方向に搬入する搬入工程と、
    を含む
    ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
16. 前記基板ホルダは、基板トレーと基板押さえとを有し、
    前記基板トレーと前記基板押さえとは、それぞれ基板と接触して挟み込むことによって基板を保持しており、
    前記第１の成膜工程又は前記第２の成膜工程は、前記基板と前記基板トレー又は前記基板押さえとの接触部が、前記基板の両面に成膜される半導体層が端面部で前記基板トレー及び前記基板押さえに接触せず、且つ、前記半導体層が選択的にマスクされ形成されない領域が設けられるように、配置された状態で行われる
    ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の太陽電池の製造方法。
17. 前記第１の成膜工程では、前記カソード電極を介して前記前成膜室に前記第１のガスを供給し、
    前記第２の成膜工程では、前記カソード電極を介して前記後成膜室に前記第２のガスを供給し、
    前記第１の成膜工程及び前記第２の成膜工程のそれぞれでは、
    前記アノード電極を介して第３のガスを前記基板の非成膜面側から供給する第１の動作と前記アノード電極を介して前記第３のガスと温度の異なる第４のガスを前記基板の非成膜面側から供給する第２の動作とのいずれか一方を、制御すべき前記基板の温度に応じて切り替えて行う
    ことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
18. 前記第１の成膜工程では、前記カソード電極を介して前記前成膜室に前記第１のガスを供給し、
    前記第２の成膜工程では、前記カソード電極を介して前記後成膜室に前記第２のガスを供給し、
    前記第１の成膜工程及び前記第２の成膜工程のそれぞれでは、
    前記アノード電極を介して第３のガスを加熱機構により加熱して前記基板の非成膜面側から供給する
    ことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
    

Images