プラズマ処理装置及び光起電力素子の製造方法
【課題】均一な膜厚、膜質の膜を形成できるプラズマ処理装置、及び均一な膜厚、膜質を有する光起電力素子を提供する。
【解決手段】基板を保持することが可能な第１電極３と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口４ａが形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極４とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置１を用いて、透明導電膜上に非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成する。
【解決手段】基板を保持することが可能な第１電極３と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口４ａが形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極４とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置１を用いて、透明導電膜上に非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力素子の製造方法及びプラズマ処理装置に関し、特に、互いに対向するように配置された第１電極および第２電極を備えたプラズマ処理装置及びそれを用いた光起電力素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を保持することが可能な第１電極と、その第１電極と対向するように配置された第２電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置を用いた膜の製造方法が知られている。
【０００３】
図７は、従来の平行平板型のプラズマ処理装置を示した概略図である。図８は、図７に示したプラズマ処理装置の第２電極１０４の平面図である。プラズマ処理装置１０１は、図７に示すように、真空チャンバ２内に、互いに対向するように設置された第１電極３と第２電極１０４とを備える。第１電極３には、第２電極１０４と対向する側に基板３１１を保持するための基板保持部３ａが設けられる。また、第２電極１０４の第１電極３と対向する表面には、図８に示すように、原料ガスを供給するための複数のガス供給口１０４ａが設けられる。ガス供給口１０４ａは、第２電極１０４の第１電極３に対向する面内において、マトリックス状に設けられる。真空チャンバ２の一方の側面には、排気口２ａが設けられるとともに、その排気口２ａは、排気流量調整バルブ５を介して真空排気設備６に接続される。この真空排気設備６は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａおよび油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂによって構成される。また、第２電極１０４のガス供給口１０４ａは、原料ガス供給源７に接続される。
【０００４】
上記したプラズマ処理装置１０１では、第２電極１０４の上面全体でプラズマが発生するとともに、そのプラズマにより原料ガスが分解される。第２電極１０４は、図８に示すように、第１電極３と対向する側に複数のガス供給口１０４ａがマトリックス状に設けられ、隣接するガス供給口１０４ａの距離は均等な間隔ｄ’である。
【０００５】
上記したプラズマ処理装置１０１の構成において、分解されなかった未反応ガス（原料ガス）や、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレーク（負イオンの重合反応により生成される微粒子）などの副生成物は、第２電極１０４の側方に設けられた排気口２ａにより排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３８２００号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置１０１では、成膜種を生成するために用いられる原料ガスが、第２電極１０４に設けられた複数のガス供給口１０４ａから第１電極３に保持された基板３１１へ向けて供給される。複数のガス供給口１０４ａはマトリックス状に設けられるため、第１電極３に保持された基板３１１に対して均一な割合で原料ガスを供給することができる。この理由は、基板３１１の面内で均一な膜厚及び膜質を有する膜を生成するためである。しかしながら、従来のプラズマ処理装置１０１を用いて得られた膜の膜厚及び膜質は基板３１１の面内で均一とはならない場合がある。
【０００８】
従来のプラズマ処理装置１０１を用いて製造されるものの例として、太陽電池などの光起電力素子が挙げられる。プラズマ処理装置１０１は、光起電力素子に含まれる微結晶シリコン半導体膜の生成に用いられる。プラズマ処理装置１０１を用いたこれまでの実験によれば、基板３１１の面内において中心から半径方向に沿って微結晶シリコン半導体膜の膜厚及び膜質が変化する傾向があることが確認された。つまり、基板３１１が方状の場合、中央付近では膜厚及び膜質が均一に形成されるが、外周付近、特に角部付近では膜厚及び膜質が不均一に形成される場合がある。このとき、外周付近に形成された微結晶Ｓｉ膜と中央付近のものとで光電変換効率に差が生じるため、基板３１１上に形成された光起電力素子全体の光電変換効率が、光電変換効率の低い微結晶Si膜に律速されてしまうという問題があった。この現象は、１ｍ×１ｍを超えるような大型の基板３１１を用いた場合により顕著となる。
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、生成される膜の膜厚および膜質が均一となるプラズマ処理装置を提供し、また、それを用いることによって膜の膜厚および膜質が均一となる光起電力素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
光起電力素子の製造方法に係る本願発明の特徴は、基板を保持することが可能な第１電極と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置を用いた光起電力素子の製造方法であって、基板上に導電性を有する透明電極を形成するステップと、透明導電膜上にプラズマ処理装置を用いて非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成するステップと、光電変換層上に導電性を有する裏面電極を形成するステップと、を備えることである。
【００１１】
また、プラズマ処理装置に係る本願発明の特徴は、基板を保持することが可能な第１電極と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なることである。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、プラズマ処理装置を用いて発生される活性化された原料ガスの密度を第２電極の平面内で変化させることが可能となる。これによって、プラズマ処理装置を用いて形成された膜の膜厚および膜質が不均一となることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【図６】本発明を用いて製造された光起電力素子の断面図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置について説明する
。プラズマ処理装置１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２内に設けられた第１電極３及び第２電極４と、真空チャンバ２の側方に設けられた排気口２ａを介して接続された排気流量調整バルブ５及び真空排気設備６と、第２電極４に接続された原料ガス供給源７と、を含んで構成される。
【００１５】
第１電極３は、プラズマ処理を施す基板３１１を保持する基板保持部３ａを備える。基板３１１のうちプラズマ処理が施される表面と反対の面が第１電極３と接触する。第１電極３は、図示しない手段によって所定の電位に固定される。
【００１６】
第２電極４は、複数のガス供給口４ａを備える。ガス供給口４ａには、後述する原料ガス供給源７から原料ガスが供給される。第２電極４には高周波電力が印加され、第１電極３に印加される電位との作用によってプラズマを発生させ、ガス供給口４ａから供給される原料ガスを活性化する。活性化された原料ガスを第１電極３に保持された基板３１１に供給することによって、基板３１１の表面に原料ガスに応じた膜を生成することができる。
【００１７】
排気流量調整バルブ５は、排気口２ａと真空排気設備６との間に設けられ、真空チャンバ２から排気されるガスの流量を制御する。真空排気設備６は、例えばターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａと油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂとの組み合わせによって構成することができる。真空排気設備６によって、未反応ガス、負イオン、悪性ラジカルおよびフレークなどの副生成物が、真空チャンバ２内から排出される。
【００１８】
原料ガス供給源７は第２電極４に接続される。原料ガス供給源７から供給される原料ガスは、第２電極４に設けられた複数のガス供給口４ａから基板３１１に向けて供給される。
【００１９】
図２及び図３を参照して、第２電極４の構造について詳しく説明する。第１実施形態による第２電極４は、方形の平板に複数のガス供給口４ａが設けられる。第２電極４は、例えば１．５ｍ×１．５ｍのアルミニウム板を用いることができる。また、ガス供給口４ａは、例えば直径が０．５ｍｍの円とすることができる。
【００２０】
複数のガス供給口４ａは、同心円に沿って設けられる。図２に記載の第２電極４では、第２電極４の中心に設けられた１つのガス供給口４ａが同心円の中心となる。１つの同心円に沿って設けられる複数のガス供給口４ａについて、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しい。図２に記載のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さがｄとなるように設けられる。一方、隣接する同心円の半径方向の距離は、内周側に比べて外周側の方が狭くなるように設定される。同心円の中心から同心円Ｃ１（最内周の同心円）までの距離をｒ１、同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの距離をｒ２、同心円Ｃ２から同心円Ｃ３までの距離をｒ３、同心円Ｃ３から同心円Ｃ４までの距離をｒ４とする。このとき距離ｒ１〜ｒ４には、「ｒ１＞ｒ２＞ｒ３＞ｒ４」の関係が成立する。図２には図示されていないが、上記の規則に基づいて、第２電極４の一面にガス供給口４ａが設けられる。
【００２１】
図３は、図２のｙ−ｙ’に沿った第２電極４の断面図である。同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４に設けられた複数のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口間の距離の関係がｒ２＞ｒ３＞ｒ４となるように設けられる。活性化領域２０は、それぞれのガス供給口４ａから供給された原料ガスのうちプラズマによって活性化された原料ガスの様子を示している。同心円Ｃ１近傍に比べ、同心円Ｃ４近傍の方が活性化された原料ガスの密度は高くなる。
【００２２】
第１実施形態による第２電極４において、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しく、隣接する同心円の半径方向の距離が内周側に比べて外周側の方が狭くなるようにガス供給口４ａが設けられる。このため、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が原料ガスの供給量を多くすることができる。これによって、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。
【００２３】
図４には、第１実施形態による第２電極４の変形例が示されている。図４は、図２のｙ−ｙ‘に沿った変形例による第２電極４の断面図である。変形例による第２電極４は、平面図は図２に記載のものと同様であるが、断面図が図３に記載のものと異なる。図３では、方形の平板にガス供給口４ａを設けるのに対して、図４では、方形の平板に複数の凸部を設け、その凸部にガス供給口４ａを設ける。
【００２４】
ガス供給口４ａが設けられた凸部について、先端部から底面までの距離ｈは、約１０ｍｍである。また、凸部の先端部は、根元部から先端部に向かって幅が小さくなるように形成される。これにより、凸部の先端部に電界をより集中させることが可能となるので、より高密度なプラズマを発生させることが可能となる。また、凸部に設けられたガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａ間で、活性化領域２０がオーバラップするように配置されている。
【００２５】
変形例による第２電極４を用いる場合、隣接する凸部の間に形成される凹部にガス吸引口４ｂを設けることが好適である。ガス吸引口４ｂは、図示しない真空排気設備に接続され、第２電極４の近傍に存在する未反応ガス、および、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレークなどの副生成物を吸引する。ガス吸引口４ｂを設けることによって、プラズマ発生に寄与しない不要な副生成物を吸引することができる。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。第１実施形態と第２実施形態とでは、第２電極４の構造が異なるが、その他の構造は同じである。以下には、第２電極４の構造について詳しく説明する。第２実施形態による第２電極４は、第１実施形態と同様に、方形の平板に複数のガス供給口４ａが設けられるが、ガス供給口４ａの配置が異なる。
【００２７】
複数のガス供給口４ａは、同心円に沿って設けられる。図５に記載の第２電極４では、第２電極４の中心に設けられた１つのガス供給口４ａが同心円の中心となる。１つの同心円に沿って設けられる複数のガス供給口４ａについて、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しい。図２に記載のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さがｄとなるように設けられる。一方、隣接する同心円の半径方向の距離は、内周側に比べて外周側の方が広くなるように設定される。同心円の中心から同心円Ｃ１（最内周の同心円）までの距離をｒ１、同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの距離をｒ２、同心円Ｃ２から同心円Ｃ３までの距離をｒ３、同心円Ｃ３から同心円Ｃ４までの距離をｒ４とする。このとき距離ｒ１〜ｒ４には、「ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４」の関係が成立する。図５には図示されていないが、上記の規則に基づいて、第２電極４の一面にガス供給口４ａが設けられる。
【００２８】
第２実施形態による第２電極４は、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しく、隣接する同心円の半径方向の距離が内周側に比べて外周側の方が広くなるようにガス供給口４ａが設けられる。このため、第２電極４の外周付近に比べ中央付近の方が原料ガスの供給量を多くすることができる。これによって、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。
【００２９】
本発明の第１実施形態または第２実施形態によるプラズマ処理装置は、太陽電池に用いられる光起電力素子の製造に用いることが好適である。以下には、図６を参照して、本発明によって製造された太陽電池について説明する。
【００３０】
光起電力素子３１０は、基板３１１上に、透明電極３１２と第１の光電変換層３１３と第２の光電変換層３１４と裏面電極３１５と充填材層３１６と裏面フィルム３１７とが順に形成されたものから成る。
【００３１】
基板３１１は、太陽電池の単一基板であり、例えば、ガラス等の光透過性の部材により構成される。
【００３２】
透明電極３１２は、ＺｎＯ，ＳｎＯ２などの金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成される。なお、ＺｎＯは、高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため透明電極材料として好適である。
【００３３】
第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４は、それぞれ非晶質シリコン半導体及び微結晶シリコン半導体により構成される。尚、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。
【００３４】
ここで、第１の光電変換層３１３は、ｐ-ｉ-ｎ型の非晶質シリコン半導体を順次積層して形成され、第２の光電変換層３１４は、ｐ-ｉ-ｎ型の微結晶シリコン半導体を順次積層して形成される。このような非晶質シリコン半導体と微結晶シリコン半導体を用いたタンデム型太陽電池は、光吸収波長が異なる二種類の半導体を積層した構造を有し、太陽光スペクトルを有効に利用することができる。
【００３５】
なお、第１の光電変換層３１３と第２の光電変換層３１４との間には、図示しない透明導電膜を形成することが好適である。このとき、透明導電膜はＺｎＯなどの光透過性及び電気伝導性を有する金属酸化物を用いて形成する。
【００３６】
裏面電極３１５は、光反射性の高い材料で形成することが好適であり、Ａｇ等の光反射性が高く、かつ導電性を有する部材により構成される。このように、基板３１１上に、透明電極３１２と第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４と裏面電極３１５とを順次積層することにより、光起電力素子が形成される。
【００３７】
裏面フィルム３１７は、充填材層３１６を介して光起電力素子の上に配置される。裏面フィルム３１７は、ＰＥＴ等の樹脂フィルムにより構成される。その他、裏面フィルム３１７は、樹脂フィルムなどが金属箔を挟んだ構造及び単体やＳＵＳ、ガルバリウムなどの金属（鋼板）でもよい。裏面フィルム３１７は、外部からの水分の浸入を防止する機能を有している。充填材層３１６は、ＥＶＡ等の樹脂により構成される。充填材層３１６は、裏面フィルム３１７と光起電力素子との接着剤及び緩衝剤としての機能を有する。
【００３８】
上記の光起電力素子３１０は、基板３１１側から入射された光によって電力を発生する。入射した光によって、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４のそれぞれで電力が発生する。第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４は直列に接続されているため、透明電極３１２と裏面電極３１５との間に光起電力が発生する。基板３１１上に複数の光起電力素子を形成し、隣接する２つの光起電力素子のうち一方の透明電極３１２と他方の裏面電極３１５とを順次接続することによって、高電力の光起電力を発生させる太陽電池を製造することができる。
【００３９】
次に、図６に示す光起電力素子３１０の製造方法について説明する。約４ｍｍ厚のガラ
スを用いた基板３１１上に、スパッタリングにより６００ｎｍ厚のＺｎＯからなる透明電極３１２を形成する。この後、基板３１１の透明電極３１２側からＹＡＧレーザを照射して、透明電極３１２を短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いる。
【００４０】
次に、プラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３を形成する。具体的に、第１の光電変換層３１３は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ４とＣＨ４とＨ２とＢ２Ｈ６との混合ガスから膜厚１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ4とＨ2との混合ガスから膜厚３００ｎｍのi型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２とＰＨ４との混合ガスから膜厚２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン半導体層を形成し順次積層する。
【００４１】
次に、プラズマＣＶＤ法により、微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４を形成する。具体的には、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置を用いて、第２の光電変換層３１４は、ＳｉＨ４とＨ２とＢ２Ｈ６との混合ガスから膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスから膜厚２０００ｎｍのi型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２とＰＨ４との混合ガスから膜厚２０ｎｍのｎ型微結晶シリコン半導体層を形成し順次積層する。第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４を形成する際のプラズマＣＶＤ法の諸条件の詳細を表1に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４を、透明電極３１２側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。このとき、透明電極３１２のパターニング位置とＹＡＧレーザの照射位置との間は約５０μｍである。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用す
る。
【００４４】
次に、２００ｎｍ厚のＡｇを含む裏面電極３１５を、第２の光電変換層３１４上にスパッタリングにより形成する。裏面電極３１５は、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４がパターニングにより除去された領域にも形成する。
【００４５】
裏面電極３１５及び第２の光電変換層３１４の一部を、裏面電極３１５側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。このとき、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４のパターニング位置とＹＡＧレーザの照射位置との間は約５０μｍである。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４６】
次に、裏面電極３１５上に充填材層３１６と裏面フィルム３１７とを順次配置する。充填材層３１６としてＥＶＡを用い、裏面フィルム３１７としてＰＥＴフィルムを用いることが好適である。充填材層３１６と裏面フィルム３１７とを配置した後、ラミネート装置を用いて、１５０℃で３０分加熱処理することで、ＥＶＡからなる充填材層３１６を架橋、安定化して真空圧着する。裏面フィルム３１７が配置された後、基板３１１上に形成された太陽電池は、アルミニウム等の金属で形成された図示しないフレームに取り付けられる。
【００４７】
本発明によって製造された太陽電池では、微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４を、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置によって形成することにより、微結晶シリコン半導体膜の膜厚および膜質が不均一となることを抑制できる。従来のプラズマ処理装置を用いた場合、基板３１１の面内において中心から半径方向に沿って微結晶シリコン半導体膜の膜厚及び膜質が変化する傾向があることが確認されている。本発明の第１実施形態による第２電極４を用いることによって、基板３１１の面内において中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。これを利用することによって、基板３１１の面内おける微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４の膜厚及び膜質の不均一となることを抑制することができる。
【００４８】
微結晶シリコン半導体膜を形成する際、基板３１１付近には、成膜に寄与しない不要な副生成物が少ない方が良いと考えられている。不要な副生成物は、基板３１１の中央付近に比べ外周付近の方が多くなる。これは、基板３１１の外周付近には中央付近でプラズマを発生させたことにより生じた不要な副生成物が流入してくるためである。よって、不要な副生成物の割合が多くなる基板３１１の外周付近には、原料ガスの供給割合を大きくし、活性化された原料ガスの密度を高くすることが好適である。
【００４９】
更に、本発明の第１実施形態の変形例によるプラズマ処理装置によって第２の光電変換層３１４を形成することが好適である。第２電極４に凸部を設けたため、凸部の先端に電界が集中しプラズマ密度が高くなる。この結果、基板３１１に供給される活性化された原料ガスを多くすることができ、第２の光電変換層３１４の成膜速度を大きくすることができる。第２の光電変換層３１４は微結晶シリコン半導体で形成されるが、微結晶シリコン半導体は成膜速度を大きくすることが難しい。しかし、本発明の第１実施形態の変形例を用いることによって、第２の光電変換層３１４を高速に成膜し太陽電池の製造コストを低減することが可能となる。
【００５０】
一方、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置は、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３の形成に用いられることが好適である。非晶質シリコン半導体膜を形成する際、ガス供給口４ａから供給される原料ガスだけでなく、プラズマ発生後の副生成物も成膜に寄与すると考えられている。よって、基板３１１の中央部分への原料ガ
スの供給量を多くすることによって、そこで生成される副生成物を基板３１１の中央付近から外周付近へ拡散させることができる。これによって、基板３１１の表面全体に副生成物を供給することができ、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３の膜厚及び膜質の不均一となることを抑制することができる。
【００５１】
なお、本発明の第１実施形態は微結晶シリコン半導体の成膜に限られるものではなく、また、本発明の第２実施形態は非晶質シリコン半導体の成膜に限られるものではない。プラズマ処理装置を用いた成膜であって、第２電極の外周付近に原料ガスの供給量を多くしたい場合には、本発明の第１実施形態を適用することが好適である。また、第２電極の中央付近に原料ガスの供給量を多くしたい場合には、本発明の第２実施形態を適用することが好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１０１ プラズマ処理装置、２ 真空チャンバ、３ 第１電極、３ａ 基板保持部、４，１０４ 第２電極、４ａ，１０４ａ ガス供給口、４ｂ ガス吸引口、５ 排気流量調整バルブ、６ 真空排気設備、６ａ ターボ分子ポンプ、６ｂ 油回転ポンプ、７ 原料ガス供給源、３１０ 光起電力素子、３１１ 基板、３１２ 透明電極、３１３ 第１の光電変換層、３１４ 第２の光電変換層、３１５ 裏面電極、３１６ 充填材層、３１７ 裏面フィルム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力素子の製造方法及びプラズマ処理装置に関し、特に、互いに対向するように配置された第１電極および第２電極を備えたプラズマ処理装置及びそれを用いた光起電力素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を保持することが可能な第１電極と、その第１電極と対向するように配置された第２電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置を用いた膜の製造方法が知られている。
【０００３】
図７は、従来の平行平板型のプラズマ処理装置を示した概略図である。図８は、図７に示したプラズマ処理装置の第２電極１０４の平面図である。プラズマ処理装置１０１は、図７に示すように、真空チャンバ２内に、互いに対向するように設置された第１電極３と第２電極１０４とを備える。第１電極３には、第２電極１０４と対向する側に基板３１１を保持するための基板保持部３ａが設けられる。また、第２電極１０４の第１電極３と対向する表面には、図８に示すように、原料ガスを供給するための複数のガス供給口１０４ａが設けられる。ガス供給口１０４ａは、第２電極１０４の第１電極３に対向する面内において、マトリックス状に設けられる。真空チャンバ２の一方の側面には、排気口２ａが設けられるとともに、その排気口２ａは、排気流量調整バルブ５を介して真空排気設備６に接続される。この真空排気設備６は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａおよび油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂによって構成される。また、第２電極１０４のガス供給口１０４ａは、原料ガス供給源７に接続される。
【０００４】
上記したプラズマ処理装置１０１では、第２電極１０４の上面全体でプラズマが発生するとともに、そのプラズマにより原料ガスが分解される。第２電極１０４は、図８に示すように、第１電極３と対向する側に複数のガス供給口１０４ａがマトリックス状に設けられ、隣接するガス供給口１０４ａの距離は均等な間隔ｄ’である。
【０００５】
上記したプラズマ処理装置１０１の構成において、分解されなかった未反応ガス（原料ガス）や、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレーク（負イオンの重合反応により生成される微粒子）などの副生成物は、第２電極１０４の側方に設けられた排気口２ａにより排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３８２００号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置１０１では、成膜種を生成するために用いられる原料ガスが、第２電極１０４に設けられた複数のガス供給口１０４ａから第１電極３に保持された基板３１１へ向けて供給される。複数のガス供給口１０４ａはマトリックス状に設けられるため、第１電極３に保持された基板３１１に対して均一な割合で原料ガスを供給することができる。この理由は、基板３１１の面内で均一な膜厚及び膜質を有する膜を生成するためである。しかしながら、従来のプラズマ処理装置１０１を用いて得られた膜の膜厚及び膜質は基板３１１の面内で均一とはならない場合がある。
【０００８】
従来のプラズマ処理装置１０１を用いて製造されるものの例として、太陽電池などの光起電力素子が挙げられる。プラズマ処理装置１０１は、光起電力素子に含まれる微結晶シリコン半導体膜の生成に用いられる。プラズマ処理装置１０１を用いたこれまでの実験によれば、基板３１１の面内において中心から半径方向に沿って微結晶シリコン半導体膜の膜厚及び膜質が変化する傾向があることが確認された。つまり、基板３１１が方状の場合、中央付近では膜厚及び膜質が均一に形成されるが、外周付近、特に角部付近では膜厚及び膜質が不均一に形成される場合がある。このとき、外周付近に形成された微結晶Ｓｉ膜と中央付近のものとで光電変換効率に差が生じるため、基板３１１上に形成された光起電力素子全体の光電変換効率が、光電変換効率の低い微結晶Si膜に律速されてしまうという問題があった。この現象は、１ｍ×１ｍを超えるような大型の基板３１１を用いた場合により顕著となる。
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、生成される膜の膜厚および膜質が均一となるプラズマ処理装置を提供し、また、それを用いることによって膜の膜厚および膜質が均一となる光起電力素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
光起電力素子の製造方法に係る本願発明の特徴は、基板を保持することが可能な第１電極と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置を用いた光起電力素子の製造方法であって、基板上に導電性を有する透明電極を形成するステップと、透明導電膜上にプラズマ処理装置を用いて非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成するステップと、光電変換層上に導電性を有する裏面電極を形成するステップと、を備えることである。
【００１１】
また、プラズマ処理装置に係る本願発明の特徴は、基板を保持することが可能な第１電極と、第１電極と対向するように設置され、第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、第２電極は、複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なることである。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、プラズマ処理装置を用いて発生される活性化された原料ガスの密度を第２電極の平面内で変化させることが可能となる。これによって、プラズマ処理装置を用いて形成された膜の膜厚および膜質が不均一となることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【図６】本発明を用いて製造された光起電力素子の断面図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置を示した概略図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の第２電極の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置について説明する
。プラズマ処理装置１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２内に設けられた第１電極３及び第２電極４と、真空チャンバ２の側方に設けられた排気口２ａを介して接続された排気流量調整バルブ５及び真空排気設備６と、第２電極４に接続された原料ガス供給源７と、を含んで構成される。
【００１５】
第１電極３は、プラズマ処理を施す基板３１１を保持する基板保持部３ａを備える。基板３１１のうちプラズマ処理が施される表面と反対の面が第１電極３と接触する。第１電極３は、図示しない手段によって所定の電位に固定される。
【００１６】
第２電極４は、複数のガス供給口４ａを備える。ガス供給口４ａには、後述する原料ガス供給源７から原料ガスが供給される。第２電極４には高周波電力が印加され、第１電極３に印加される電位との作用によってプラズマを発生させ、ガス供給口４ａから供給される原料ガスを活性化する。活性化された原料ガスを第１電極３に保持された基板３１１に供給することによって、基板３１１の表面に原料ガスに応じた膜を生成することができる。
【００１７】
排気流量調整バルブ５は、排気口２ａと真空排気設備６との間に設けられ、真空チャンバ２から排気されるガスの流量を制御する。真空排気設備６は、例えばターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）６ａと油回転ポンプ（ＲＰ）６ｂとの組み合わせによって構成することができる。真空排気設備６によって、未反応ガス、負イオン、悪性ラジカルおよびフレークなどの副生成物が、真空チャンバ２内から排出される。
【００１８】
原料ガス供給源７は第２電極４に接続される。原料ガス供給源７から供給される原料ガスは、第２電極４に設けられた複数のガス供給口４ａから基板３１１に向けて供給される。
【００１９】
図２及び図３を参照して、第２電極４の構造について詳しく説明する。第１実施形態による第２電極４は、方形の平板に複数のガス供給口４ａが設けられる。第２電極４は、例えば１．５ｍ×１．５ｍのアルミニウム板を用いることができる。また、ガス供給口４ａは、例えば直径が０．５ｍｍの円とすることができる。
【００２０】
複数のガス供給口４ａは、同心円に沿って設けられる。図２に記載の第２電極４では、第２電極４の中心に設けられた１つのガス供給口４ａが同心円の中心となる。１つの同心円に沿って設けられる複数のガス供給口４ａについて、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しい。図２に記載のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さがｄとなるように設けられる。一方、隣接する同心円の半径方向の距離は、内周側に比べて外周側の方が狭くなるように設定される。同心円の中心から同心円Ｃ１（最内周の同心円）までの距離をｒ１、同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの距離をｒ２、同心円Ｃ２から同心円Ｃ３までの距離をｒ３、同心円Ｃ３から同心円Ｃ４までの距離をｒ４とする。このとき距離ｒ１〜ｒ４には、「ｒ１＞ｒ２＞ｒ３＞ｒ４」の関係が成立する。図２には図示されていないが、上記の規則に基づいて、第２電極４の一面にガス供給口４ａが設けられる。
【００２１】
図３は、図２のｙ−ｙ’に沿った第２電極４の断面図である。同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４に設けられた複数のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口間の距離の関係がｒ２＞ｒ３＞ｒ４となるように設けられる。活性化領域２０は、それぞれのガス供給口４ａから供給された原料ガスのうちプラズマによって活性化された原料ガスの様子を示している。同心円Ｃ１近傍に比べ、同心円Ｃ４近傍の方が活性化された原料ガスの密度は高くなる。
【００２２】
第１実施形態による第２電極４において、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しく、隣接する同心円の半径方向の距離が内周側に比べて外周側の方が狭くなるようにガス供給口４ａが設けられる。このため、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が原料ガスの供給量を多くすることができる。これによって、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。
【００２３】
図４には、第１実施形態による第２電極４の変形例が示されている。図４は、図２のｙ−ｙ‘に沿った変形例による第２電極４の断面図である。変形例による第２電極４は、平面図は図２に記載のものと同様であるが、断面図が図３に記載のものと異なる。図３では、方形の平板にガス供給口４ａを設けるのに対して、図４では、方形の平板に複数の凸部を設け、その凸部にガス供給口４ａを設ける。
【００２４】
ガス供給口４ａが設けられた凸部について、先端部から底面までの距離ｈは、約１０ｍｍである。また、凸部の先端部は、根元部から先端部に向かって幅が小さくなるように形成される。これにより、凸部の先端部に電界をより集中させることが可能となるので、より高密度なプラズマを発生させることが可能となる。また、凸部に設けられたガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａ間で、活性化領域２０がオーバラップするように配置されている。
【００２５】
変形例による第２電極４を用いる場合、隣接する凸部の間に形成される凹部にガス吸引口４ｂを設けることが好適である。ガス吸引口４ｂは、図示しない真空排気設備に接続され、第２電極４の近傍に存在する未反応ガス、および、原料ガスが分解されることにより生成される負イオン、悪性ラジカルおよびフレークなどの副生成物を吸引する。ガス吸引口４ｂを設けることによって、プラズマ発生に寄与しない不要な副生成物を吸引することができる。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置について説明する。第１実施形態と第２実施形態とでは、第２電極４の構造が異なるが、その他の構造は同じである。以下には、第２電極４の構造について詳しく説明する。第２実施形態による第２電極４は、第１実施形態と同様に、方形の平板に複数のガス供給口４ａが設けられるが、ガス供給口４ａの配置が異なる。
【００２７】
複数のガス供給口４ａは、同心円に沿って設けられる。図５に記載の第２電極４では、第２電極４の中心に設けられた１つのガス供給口４ａが同心円の中心となる。１つの同心円に沿って設けられる複数のガス供給口４ａについて、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しい。図２に記載のガス供給口４ａは、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さがｄとなるように設けられる。一方、隣接する同心円の半径方向の距離は、内周側に比べて外周側の方が広くなるように設定される。同心円の中心から同心円Ｃ１（最内周の同心円）までの距離をｒ１、同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの距離をｒ２、同心円Ｃ２から同心円Ｃ３までの距離をｒ３、同心円Ｃ３から同心円Ｃ４までの距離をｒ４とする。このとき距離ｒ１〜ｒ４には、「ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４」の関係が成立する。図５には図示されていないが、上記の規則に基づいて、第２電極４の一面にガス供給口４ａが設けられる。
【００２８】
第２実施形態による第２電極４は、隣接するガス供給口４ａを結んだ弧の長さはほぼ等しく、隣接する同心円の半径方向の距離が内周側に比べて外周側の方が広くなるようにガス供給口４ａが設けられる。このため、第２電極４の外周付近に比べ中央付近の方が原料ガスの供給量を多くすることができる。これによって、第２電極４の中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。
【００２９】
本発明の第１実施形態または第２実施形態によるプラズマ処理装置は、太陽電池に用いられる光起電力素子の製造に用いることが好適である。以下には、図６を参照して、本発明によって製造された太陽電池について説明する。
【００３０】
光起電力素子３１０は、基板３１１上に、透明電極３１２と第１の光電変換層３１３と第２の光電変換層３１４と裏面電極３１５と充填材層３１６と裏面フィルム３１７とが順に形成されたものから成る。
【００３１】
基板３１１は、太陽電池の単一基板であり、例えば、ガラス等の光透過性の部材により構成される。
【００３２】
透明電極３１２は、ＺｎＯ，ＳｎＯ２などの金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成される。なお、ＺｎＯは、高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため透明電極材料として好適である。
【００３３】
第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４は、それぞれ非晶質シリコン半導体及び微結晶シリコン半導体により構成される。尚、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。
【００３４】
ここで、第１の光電変換層３１３は、ｐ-ｉ-ｎ型の非晶質シリコン半導体を順次積層して形成され、第２の光電変換層３１４は、ｐ-ｉ-ｎ型の微結晶シリコン半導体を順次積層して形成される。このような非晶質シリコン半導体と微結晶シリコン半導体を用いたタンデム型太陽電池は、光吸収波長が異なる二種類の半導体を積層した構造を有し、太陽光スペクトルを有効に利用することができる。
【００３５】
なお、第１の光電変換層３１３と第２の光電変換層３１４との間には、図示しない透明導電膜を形成することが好適である。このとき、透明導電膜はＺｎＯなどの光透過性及び電気伝導性を有する金属酸化物を用いて形成する。
【００３６】
裏面電極３１５は、光反射性の高い材料で形成することが好適であり、Ａｇ等の光反射性が高く、かつ導電性を有する部材により構成される。このように、基板３１１上に、透明電極３１２と第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４と裏面電極３１５とを順次積層することにより、光起電力素子が形成される。
【００３７】
裏面フィルム３１７は、充填材層３１６を介して光起電力素子の上に配置される。裏面フィルム３１７は、ＰＥＴ等の樹脂フィルムにより構成される。その他、裏面フィルム３１７は、樹脂フィルムなどが金属箔を挟んだ構造及び単体やＳＵＳ、ガルバリウムなどの金属（鋼板）でもよい。裏面フィルム３１７は、外部からの水分の浸入を防止する機能を有している。充填材層３１６は、ＥＶＡ等の樹脂により構成される。充填材層３１６は、裏面フィルム３１７と光起電力素子との接着剤及び緩衝剤としての機能を有する。
【００３８】
上記の光起電力素子３１０は、基板３１１側から入射された光によって電力を発生する。入射した光によって、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４のそれぞれで電力が発生する。第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４は直列に接続されているため、透明電極３１２と裏面電極３１５との間に光起電力が発生する。基板３１１上に複数の光起電力素子を形成し、隣接する２つの光起電力素子のうち一方の透明電極３１２と他方の裏面電極３１５とを順次接続することによって、高電力の光起電力を発生させる太陽電池を製造することができる。
【００３９】
次に、図６に示す光起電力素子３１０の製造方法について説明する。約４ｍｍ厚のガラ
スを用いた基板３１１上に、スパッタリングにより６００ｎｍ厚のＺｎＯからなる透明電極３１２を形成する。この後、基板３１１の透明電極３１２側からＹＡＧレーザを照射して、透明電極３１２を短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いる。
【００４０】
次に、プラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３を形成する。具体的に、第１の光電変換層３１３は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ４とＣＨ４とＨ２とＢ２Ｈ６との混合ガスから膜厚１０ｎｍのｐ型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ4とＨ2との混合ガスから膜厚３００ｎｍのi型非晶質シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２とＰＨ４との混合ガスから膜厚２０ｎｍのｎ型非晶質シリコン半導体層を形成し順次積層する。
【００４１】
次に、プラズマＣＶＤ法により、微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４を形成する。具体的には、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置を用いて、第２の光電変換層３１４は、ＳｉＨ４とＨ２とＢ２Ｈ６との混合ガスから膜厚１０ｎｍのｐ型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスから膜厚２０００ｎｍのi型微結晶シリコン半導体層を、ＳｉＨ４とＨ２とＰＨ４との混合ガスから膜厚２０ｎｍのｎ型微結晶シリコン半導体層を形成し順次積層する。第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４を形成する際のプラズマＣＶＤ法の諸条件の詳細を表1に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４を、透明電極３１２側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。このとき、透明電極３１２のパターニング位置とＹＡＧレーザの照射位置との間は約５０μｍである。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用す
る。
【００４４】
次に、２００ｎｍ厚のＡｇを含む裏面電極３１５を、第２の光電変換層３１４上にスパッタリングにより形成する。裏面電極３１５は、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４がパターニングにより除去された領域にも形成する。
【００４５】
裏面電極３１５及び第２の光電変換層３１４の一部を、裏面電極３１５側からＹＡＧレーザを照射することにより短冊状にパターニングする。このとき、第１及び第２の光電変換層３１３及び３１４のパターニング位置とＹＡＧレーザの照射位置との間は約５０μｍである。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００４６】
次に、裏面電極３１５上に充填材層３１６と裏面フィルム３１７とを順次配置する。充填材層３１６としてＥＶＡを用い、裏面フィルム３１７としてＰＥＴフィルムを用いることが好適である。充填材層３１６と裏面フィルム３１７とを配置した後、ラミネート装置を用いて、１５０℃で３０分加熱処理することで、ＥＶＡからなる充填材層３１６を架橋、安定化して真空圧着する。裏面フィルム３１７が配置された後、基板３１１上に形成された太陽電池は、アルミニウム等の金属で形成された図示しないフレームに取り付けられる。
【００４７】
本発明によって製造された太陽電池では、微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４を、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置によって形成することにより、微結晶シリコン半導体膜の膜厚および膜質が不均一となることを抑制できる。従来のプラズマ処理装置を用いた場合、基板３１１の面内において中心から半径方向に沿って微結晶シリコン半導体膜の膜厚及び膜質が変化する傾向があることが確認されている。本発明の第１実施形態による第２電極４を用いることによって、基板３１１の面内において中央付近に比べ外周付近の方が活性化された原料ガスの密度を高くすることができる。これを利用することによって、基板３１１の面内おける微結晶シリコン半導体からなる第２の光電変換層３１４の膜厚及び膜質の不均一となることを抑制することができる。
【００４８】
微結晶シリコン半導体膜を形成する際、基板３１１付近には、成膜に寄与しない不要な副生成物が少ない方が良いと考えられている。不要な副生成物は、基板３１１の中央付近に比べ外周付近の方が多くなる。これは、基板３１１の外周付近には中央付近でプラズマを発生させたことにより生じた不要な副生成物が流入してくるためである。よって、不要な副生成物の割合が多くなる基板３１１の外周付近には、原料ガスの供給割合を大きくし、活性化された原料ガスの密度を高くすることが好適である。
【００４９】
更に、本発明の第１実施形態の変形例によるプラズマ処理装置によって第２の光電変換層３１４を形成することが好適である。第２電極４に凸部を設けたため、凸部の先端に電界が集中しプラズマ密度が高くなる。この結果、基板３１１に供給される活性化された原料ガスを多くすることができ、第２の光電変換層３１４の成膜速度を大きくすることができる。第２の光電変換層３１４は微結晶シリコン半導体で形成されるが、微結晶シリコン半導体は成膜速度を大きくすることが難しい。しかし、本発明の第１実施形態の変形例を用いることによって、第２の光電変換層３１４を高速に成膜し太陽電池の製造コストを低減することが可能となる。
【００５０】
一方、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置は、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３の形成に用いられることが好適である。非晶質シリコン半導体膜を形成する際、ガス供給口４ａから供給される原料ガスだけでなく、プラズマ発生後の副生成物も成膜に寄与すると考えられている。よって、基板３１１の中央部分への原料ガ
スの供給量を多くすることによって、そこで生成される副生成物を基板３１１の中央付近から外周付近へ拡散させることができる。これによって、基板３１１の表面全体に副生成物を供給することができ、非晶質シリコン半導体からなる第１の光電変換層３１３の膜厚及び膜質の不均一となることを抑制することができる。
【００５１】
なお、本発明の第１実施形態は微結晶シリコン半導体の成膜に限られるものではなく、また、本発明の第２実施形態は非晶質シリコン半導体の成膜に限られるものではない。プラズマ処理装置を用いた成膜であって、第２電極の外周付近に原料ガスの供給量を多くしたい場合には、本発明の第１実施形態を適用することが好適である。また、第２電極の中央付近に原料ガスの供給量を多くしたい場合には、本発明の第２実施形態を適用することが好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１０１ プラズマ処理装置、２ 真空チャンバ、３ 第１電極、３ａ 基板保持部、４，１０４ 第２電極、４ａ，１０４ａ ガス供給口、４ｂ ガス吸引口、５ 排気流量調整バルブ、６ 真空排気設備、６ａ ターボ分子ポンプ、６ｂ 油回転ポンプ、７ 原料ガス供給源、３１０ 光起電力素子、３１１ 基板、３１２ 透明電極、３１３ 第１の光電変換層、３１４ 第２の光電変換層、３１５ 裏面電極、３１６ 充填材層、３１７ 裏面フィルム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持することが可能な第１電極と、前記第１電極と対向するように設置され、前記第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、前記第２電極は、前記複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置を用いた光起電力素子の製造方法であって、
基板上に導電性を有する透明電極を形成するステップと、
前記透明導電膜上に前記プラズマ処理装置を用いて非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成するステップと、
前記光電変換層上に導電性を有する裏面電極を形成するステップと、
を備えることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】
前記光電変換層を形成するステップは、
非晶質シリコン半導体を含む第１の光電変換層を形成するステップと、
前記プラズマ処理装置を用いて微結晶シリコン半導体を含む第２の光電変換層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の光電変換層を形成するステップは、隣接する同心円間の距離が内周側に比べて外周側の方が狭くなるように設けられた複数の前記ガス供給口を有する前記第２電極を用いることを特徴とする、請求項２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の光電変換層を形成するステップは、前記第１電極と対向する部分に同心円に沿って複数の凸部が設けられ、前記凸部には少なくとも１つの前記ガス供給口が設けられた前記第２電極を用いることを特徴とする、請求項２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項５】
基板を保持することが可能な第１電極と、
前記第１電極と対向するように設置され、前記第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、
前記第２電極は、前記複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数のガス供給口は、同心円に沿って等しい間隔で設けられることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記同心円は、隣接する同心円間の距離が内周側に比べて外周側の方が狭いことを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第２電極は、前記第１電極と対向する部分に同心円に沿って複数の凸部が設けられ、前記凸部には少なくとも１つの前記ガス供給口が設けられることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
基板を保持することが可能な第１電極と、前記第１電極と対向するように設置され、前記第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、前記第２電極は、前記複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なるプラズマ処理装置を用いた光起電力素子の製造方法であって、
基板上に導電性を有する透明電極を形成するステップと、
前記透明導電膜上に前記プラズマ処理装置を用いて非晶質シリコン半導体または微結晶シリコン半導体を含む光電変換層を形成するステップと、
前記光電変換層上に導電性を有する裏面電極を形成するステップと、
を備えることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】
前記光電変換層を形成するステップは、
非晶質シリコン半導体を含む第１の光電変換層を形成するステップと、
前記プラズマ処理装置を用いて微結晶シリコン半導体を含む第２の光電変換層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の光電変換層を形成するステップは、隣接する同心円間の距離が内周側に比べて外周側の方が狭くなるように設けられた複数の前記ガス供給口を有する前記第２電極を用いることを特徴とする、請求項２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の光電変換層を形成するステップは、前記第１電極と対向する部分に同心円に沿って複数の凸部が設けられ、前記凸部には少なくとも１つの前記ガス供給口が設けられた前記第２電極を用いることを特徴とする、請求項２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項５】
基板を保持することが可能な第１電極と、
前記第１電極と対向するように設置され、前記第１電極と対向する部分に複数のガス供給口が形成されるとともに高周波電力が印加される第２電極とを備え、
前記第２電極は、前記複数のガス供給口が同心円に沿って設けられると共に、隣接する同心円間の距離が内周側と外周側とで異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数のガス供給口は、同心円に沿って等しい間隔で設けられることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記同心円は、隣接する同心円間の距離が内周側に比べて外周側の方が狭いことを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第２電極は、前記第１電極と対向する部分に同心円に沿って複数の凸部が設けられ、前記凸部には少なくとも１つの前記ガス供給口が設けられることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１９３４１（Ｐ２０１２−１１９３４１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７６７６０（Ｐ２００９−７６７６０）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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