太陽電池モジュールの製造方法及び成膜装置
【課題】安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法、及び、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜装置を提供すること。
【解決手段】本太陽電池モジュールの製造方法は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備える。
【解決手段】本太陽電池モジュールの製造方法は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛膜の成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法、及び酸化亜鉛膜の成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料が不要であり温室効果ガスを排出しない太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールとしては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含む化合物からなるＣＩＳ系光吸収層を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールが開示されている。
【０００３】
ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールは、例えば、ガラス基板上に、金属裏面電極層、ＣＩＳ系光吸収層、第１バッファ層、第２バッファ層、及び透明電極層が順次積層された層構成を有する。ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールにおいて、第２バッファ層の材料としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられている。酸化亜鉛からなる第２バッファ層は、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等により成膜される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０９／１１００９２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法により酸化亜鉛からなる第２バッファ層を成膜すると、成膜速度が遅いため生産性が低いという問題がある。又、ＭＯＣＶＤ法では有毒なガスを取り扱う場合もあり、安全上の問題を十分に考慮しなければならない。そこで、ＭＯＣＶＤ法に代わる生産性が高く安全性に優れた酸化亜鉛膜の成膜技術としてイオンプレーティング法が検討されている。しかし、イオンプレーティング法では安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法、及び、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本太陽電池モジュールの製造方法は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えることを要件とする。
【０００８】
本成膜装置は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板の前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜室を有する成膜装置であって、前記成膜室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧に制御する水蒸気分圧制御手段と、を備えることを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術によれば、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法、及び、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。
【図４】本実施の形態に係る成膜装置の概略構成を例示する模式図である。
【図５】図４のマスフローコントローラ近傍の拡大図である。
【図６】成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係を例示する図である。
【図７】成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１２】
まず、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構造及び製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。各図は、太陽電池モジュールの平面形状が矩形状である場合の例を示し、太陽電池モジュールを平面視した場合（受光面側から視た場合）の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向としている。なお、説明の便宜上、平面図においても断面図に対応するハッチングを施している。
【００１４】
図１〜図３を参照するに、太陽電池モジュール１０は、基板１１と、第１電極層１２と、発電層１７とを有するＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである。以下、太陽電池モジュール１０を構成する各要素について説明する。
【００１５】
基板１１は、第１電極層１２及び発電層１７を形成する基体となる部分であり、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等のガラス基板、ステンレス板等の金属板、またはポリミイド等の樹脂基板を用いることができる。基板１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。
【００１６】
第１電極層１２は基板１１上に形成されており、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１２ｘにより分割されている。第１電極層１２の材料としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等の高耐蝕性かつ高融点の金属を用いることができる。第１電極層１２の厚さは、例えば、数１０ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。第１電極層１２は、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属をターゲットとしてＤＣスパッタ法により基板１１上に成膜できる。溝部１２ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００ｎｍ程度とすることができる。溝部１２ｘは、例えば、レーザスクライブ法等により形成できる。
【００１７】
発電層１７は、第１電極層１２上に形成されている。発電層１７は、ＣＩＳ系光吸収層１３と、第１バッファ層１４と、第２バッファ層１５と、第２電極層１６とを有し、照射された太陽光等を光電変換する部分である。発電層１７が光電変換することにより生じた起電力は、第１電極層１２及び／又は第２電極層１６にそれぞれはんだ等で取り付けられた図示しない電極リボン（銅箔リボン）から外部に電流として取り出すことができる。以下、発電層１７を構成する各要素について説明する。
【００１８】
ＣＩＳ系光吸収層１３は、ｐ型半導体からなる層であり、第１電極層１２上及び溝部１２ｘ内に形成されている。ＣＩＳ系光吸収層１３としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物等を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）２等である。ＣＩＳ系光吸収層１３の厚さは、例えば、０．５μｍ〜１０μｍ程度とすることができる。
【００１９】
ＣＩＳ系光吸収層１３の代表的な製法には、セレン化及び／又は硫化法と多源同時蒸着法との２種類がある。本実施の形態においては、何れの製造方法を採用してもよい。セレン化及び／又は硫化法では、まず、第１電極層１２上に銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及びガリウム（Ｇａ）を含む積層構造又は混晶の金属プリカーサー膜（Ｃｕ／Ｉｎ、Ｃｕ／Ｇａ、Ｃｕ−Ｇａ合金／Ｉｎ、Ｃｕ−Ｇａ−Ｉｎ合金等）をスパッタ法或いは蒸着法により形成する。その後、セレン（Ｓｅ）及び硫黄（Ｓ）の何れか一方又は双方を含有する雰囲気中で４００℃程度以上の熱処理を行うことにより、セレン化又は硫化されたＣＩＳ系光吸収層１３を形成することができる。又、多源同時蒸着法では、第１電極層１２が形成された基板１１を５００℃程度以上に加熱し、第１電極層１２上に銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含む原料を適当な組合せで同時に蒸着することによって、ＣＩＳ系光吸収層１３を形成することができる。
【００２０】
第１バッファ層１４は、ＣＩＳ系光吸収層１３上に形成されている。第１バッファ層１４の材料としては、例えば、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はインジウム（Ｉｎ）を含む化合物を用いることができる。第１バッファ層１４の厚さは、例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ程度とすることができる。第１バッファ層１４は、例えば、溶液成長法（ＣＢＤ法）によりＣＩＳ系光吸収層１３上に成膜できる。溶液成長法（ＣＢＤ法）とは、前駆体となる化学種を含む溶液に基材を浸し、溶液と基材表面との間で不均一反応を進行させることによって薄膜を基材上に析出させる方法である。
【００２１】
具体的には、例えば、ＣＩＳ系光吸収層１３上に、酢酸亜鉛を液温８０℃の水酸化アンモニウムに溶解して亜鉛アンモニウム錯塩を形成させ、その溶液中に硫黄含有塩であるチオリアを溶解し、この溶液をＣＩＳ系光吸収層１３に１０分間接触させて、ＣＩＳ系光吸収層１３上に当該溶液から硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を化学的に成長させる。更に、成長した硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を大気中において設定温度２００℃で１５分間アニールして乾燥し、かつ膜中の水酸化亜鉛の一部を酸化亜鉛に転化すると同時に硫黄により改質を促進することにより、硫黄含有亜鉛混晶化合物を高品質化させることができる。なお、第１バッファ層１４は、溶液を調整することにより、ＣｄｘＳｙ、ＺｎｘＳｙ、ＺｎｘＯｙ、Ｚｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＳｙ、ＩｎｘＯｙ、Ｉｎｘ（ＯＨ）ｙ（ここで、ｘ、ｙは自然数）が含まれてもよい。
【００２２】
第２バッファ層１５は、第１バッファ層１４上に形成されている。第２バッファ層１５の材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であり、第２のバッファ層１５における、アルミニウム・ガリウム・ホウ素等のドーピング不純物元素の濃度が１×１０１９atoms／cm３以下である。また、第２バッファ層１５の材料として、ＺｎＯの代わりに、ＺｎＭｇＯを適用することも可能である。第２バッファ層１５の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすることができる。第２バッファ層１５の成膜方法については、後述する。
【００２３】
ＣＩＳ系光吸収層１３、第１バッファ層１４、及び第２バッファ層１５は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１７ｘにより分割されている。溝部１７ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。溝部１７ｘは、例えば、メカニカルスクライブ法等により形成できる。なお、本実施の形態においては、溝部１７ｘの形成を、第２バッファ層１５の成膜後に行ったが、ＣＩＳ系光吸収層１３の成膜後、又は、第１バッファ層１４の成膜後に行ってもよい。
【００２４】
第２電極層１６は、ｎ型半導体からなる透明な層であり、第２バッファ層１５上及び溝部１７ｘ内に形成されている。第２電極層１６としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。酸化亜鉛系薄膜を用いる場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。第２電極層１６の厚さは、例えば、０．１μｍ〜数μｍ程度とすることができる。第２電極層１６は、例えば、スパッタ法（ＤＣ、ＲＦ）やＭＯＣＶＤ法等により形成できる。
【００２５】
発電層１７は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１７ｙにより分割されている。溝部１７ｙの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。溝部１７ｙは、例えば、メカニカルスクライブ法等により形成できる。溝部１７ｙにより分割された各部分は複数のセル１９を構成している。所定のセル１９の溝部１７ｘ内に形成されている第２電極層１６は、溝部１７ｙを介して隣接するセル１９の第１電極層１２と電気的に接続されている。つまり、溝部１７ｙにより分割された複数のセル１９は、直列に接続されている。
【００２６】
基板１１のＸ方向の両外縁部には、発電層１７が形成されてなく第１電極層１２の表面が露出しているエッジスペース１１ｘが形成されている。エッジスペース１１ｘは、前述の電極リボン（銅箔リボン）を第１電極層１２に取り付けるために設けられている。エッジスペース１１ｘの幅は１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２７】
以上が、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構造及び製造方法についての概要である。なお、本実施の形態においては、溝部１２ｘ、溝部１７ｘ、溝部１７ｙによってセル１９が直列に接続された、言い換えれば、集積化された太陽電池モジュールを例にとって説明したが、本発明はこれに限るものではなく、集積化されない太陽電池モジュールにも適用できる。さらに、発電層１７が発電した電力を取り出す取出方法として、本実施の形態では、電極リボンをエッジスペース１１ｘに取り付けたが、本発明においては、第２電極層１６に電極リボンを取り付ける等の他の取出方法を適用可能であり、上述の取出方法に限定されるものではない。
【００２８】
次に、第２バッファ層１５の成膜に用いるイオンプレーティング装置２０について説明し、その後、イオンプレーティング装置２０を用いた第２バッファ層１５の成膜方法について説明する。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る成膜装置の概略構成を例示する模式図である。図５は、図４のマスフローコントローラ近傍の拡大図である。図４及び図５を参照するに、イオンプレーティング装置２０は、成膜室である真空容器２１と、真空容器２１中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン（プラズマビーム発生器）２２と、真空容器２１内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材２３と、成膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材２３の上方で適宜移動させる搬送機構２４とを備える。基板Ｗは、例えば、図２や図３に示す基板１１そのものや、基板１１に既に所定の層が形成されたもの等である。なお、上記の反応性プラズマ蒸着法（ＲＰＤ）を用いたイオンプレーティング装置２０は、本発明に係る成膜装置の代表的な一例である。
【００３０】
プラズマガン２２は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器２１の側壁に備えられる。プラズマガン２２の陰極２２ａ、中間電極２２ｂ及び２２ｃ、電磁石コイル２２ｄ、並びにステアリングコイル２２ｅへの給電を調整することにより、真空容器２１中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態が制御される。
【００３１】
なお、参照符号２６ａは、プラズマビームＰＢのもととなるＡｒ等の不活性ガスを含むキャリアガスの供給路を示す。又、参照符号２６ｂ及び２６ｃは酸素等の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、参照符号２６ｄは排気系を示す。
【００３２】
陽極部材２３は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース２３ａと、その周囲に配置された環状の補助陽極２３ｂとを有する。ハース２３ａは、適当な正電位に制御されており、プラズマガン２２から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。ハース２３ａは、プラズマビームＰＢが入射する中央部に貫通孔ＴＨが形成されており、貫通孔ＴＨに蒸着材料２７が装填されている。蒸着材料２７は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース２３ａは蒸着材料２７を徐々に上昇させる構造を有しており、蒸着材料２７の上端は常にハース２３ａの貫通孔ＴＨの上端から貫通孔ＴＨの内部側に一定の深さで入り込んでいる。
【００３３】
補助陽極２３ｂは、ハース２３ａの周囲に同心に配置された環状の容器であり、容器内には永久磁石２８ａとコイル２８ｂとが収容されている。これら永久磁石２８ａ及びコイル２８ｂは、磁場制御部材であり、ハース２３ａの直上にカスプ状磁場を形成し、これにより、ハース２３ａに入射するプラズマビームＰＢの向きが制御され、修正される。
【００３４】
搬送機構２４は、搬送路２４ａ内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨを支持する多数のコロ２４ｂと、コロ２４ｂを回転させて基板保持部材ＷＨを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材ＷＨに基板Ｗが保持される。この場合、基板Ｗを搬送する搬送機構２４を設けることなく、真空容器２１の内部の上方に基板Ｗを固定して配置してもよい。
【００３５】
真空容器２１には、外部にヒータ３０ａが設けられた容器３０から導入管３１を経由して水蒸気を導入することができる。導入管３１には、水蒸気の導入量を制御するマスフローコントローラ３２及び開閉弁３３が設けられている。容器３０には水が貯留されており、貯留されている水はヒータ３０ａにより加熱されて水蒸気となり、開閉弁３３が開いている場合には導入管３１を経由して真空容器２１に導入される。この際、マスフローコントローラ３２によって真空容器２１への水蒸気導入量が所望の値に制御される。容器３０、ヒータ３０ａ、及び導入管３１は、本発明に係る水蒸気供給手段の代表的な一例である。なお、水蒸気の液化を防止するため、導入管３１の周囲にヒータを設け、導入管３１を加熱すると好適である。
【００３６】
マスフローコントローラ３２について更に詳しく説明する。マスフローコントローラ３２は、設定部３２ａ、制御部３２ｂ、流量制御バルブ３２ｃ、流量センサ３２ｄ等を有する。マスフローコントローラ３２の設定部３２ａに所望の水蒸気導入量を設定すると、制御部３２ｂは流量センサ３２ｄの値を監視し、流量センサ３２ｄの値が所望の水蒸気導入量と一致するように流量制御バルブ３２ｃの開度を調整する。その結果、真空容器２１への水蒸気導入量が所望の値に制御される。
【００３７】
制御部３２ｂは、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、制御部３２ｂの機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。但し、制御部３２ｂの一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部３２ｂは、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
【００３８】
流量制御バルブ３２ｃは、例えば、ソレノイドやピエゾアクチュエータを含み、制御部３２ｂの指令に従って開度を調整する。より詳しくは、流量制御バルブ３２ｃは、真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧が成膜後の酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、容器３０、ヒータ３０ａ、及び導入管３１から真空容器２１（成膜室）内へ供給する水蒸気導入量を調整する機能を有する。
【００３９】
なお、真空容器２１への水蒸気導入量が決まると、それに対応して真空容器２１内の水蒸気分圧が決まる。つまり、マスフローコントローラ３２によって導入量を制御して水蒸気を真空容器２１に供給することにより、真空容器２１内の水蒸気分圧を所望の値に制御することができる。マスフローコントローラ３２は、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．１Ｐａ以下の所望の値に制御可能である。
【００４０】
後述のように、真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜される酸化亜鉛膜の抵抗値とは所定の関係があるため（後述の図６参照）、真空容器２１内の水蒸気分圧を制御することにより、成膜される酸化亜鉛膜を所望の抵抗値に調整することが可能である。なお、マスフローコントローラ３２は、本発明に係る水蒸気分圧制御手段の代表的な一例である。また、流量制御バルブ３２ｃは、本発明に係る流量制御部の代表的な一例である。
【００４１】
なお、真空容器２１内の水蒸気分圧を直接測定する圧力センサ（図示せず）を設け、マスフローコントローラ３２の制御部３２ｂが圧力センサの値を監視し、圧力センサの値が所望の水蒸気分圧と一致するように流量制御バルブ３２ｃの開度を調整するようにしてもよい。このようにしても、真空容器２１内の水蒸気分圧を所望の値に制御することができる。
【００４２】
次に、上記のように構成したイオンプレーティング装置２０を用いて酸化亜鉛膜を成膜する成膜工程について説明する。
【００４３】
まず、真空容器２１（成膜室）の下部に配置されたハース２３ａの貫通孔ＴＨに、酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料２７を装着する。一方、ハース２３ａの上方の対向する位置に、例えばガラス製の基板Ｗを配置する。次に、基板Ｗに酸化亜鉛を付着形成（成膜）させるに際して、予め真空容器２１にアルゴンガス及び酸素ガスを導入する。又、マスフローコントローラ３２によって、真空容器２１内の水蒸気分圧を、予め把握した酸化亜鉛膜の抵抗率と真空容器２１内の水蒸気分圧との関係に基づいて、成膜後の酸化亜鉛膜の所望の抵抗値に対応する水蒸気分圧に制御する。
【００４４】
そして、アース電位にある真空容器２１を挟んで、負電圧をプラズマガン２２の陰極２２ａに、正電圧をハース２３ａに印加して放電を生じさせ、これにより、プラズマビームＰＢを生成する。プラズマビームＰＢは、ステアリングコイル２２ｅと補助陽極２３ｂ内の永久磁石２８ａ等とによって決定される磁界に案内されてハース２３ａに到達する。
【００４５】
プラズマに曝された蒸着材料２７は、徐々に加熱される。蒸着材料２７が十分に加熱されると、蒸着材料２７が昇華し、酸化亜鉛等の蒸着物質が蒸発（出射）する。蒸着物質は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基板Ｗに付着（入射）し酸化亜鉛膜が成膜される。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る酸化亜鉛膜の成膜工程は、予め把握した酸化亜鉛膜の抵抗率と真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧との関係に基づいて、真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧を制御して成膜後の酸化亜鉛膜の抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えている。
【００４７】
なお、永久磁石２８ａ及びコイル２８ｂによってハース２３ａの上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができる。そのため、ハース２３ａの上方におけるプラズマの活性度分布や基板Ｗの反応性分布に合わせて基板Ｗの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることが可能となる。
【００４８】
〈実施例〉
イオンプレーティング装置２０を用いて、ガラス基板上に膜厚約２００ｎｍの酸化亜鉛膜を成膜した。そして、真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係、及び真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係について検討を行った。なお、ガラス基板の温度は約１１５℃、アルゴンガスの導入量は約６５ｓｃｃｍ、酸素の導入量は約５ｓｃｃｍとした。
【００４９】
図６は、成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係を例示する図である。図６に示すように、真空容器２１内（成膜室内）の水蒸気分圧が高くなるに従って、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は低下し、透過率は上昇することが確認された。但し、真空容器２１内の水蒸気分圧が高くなるに従って、抵抗率及び透過率の変化する割合は小さくなる。図６からわかるように、真空容器２１内の水蒸気分圧を所定値に制御することにより、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率を任意の値近傍に調整できる。
【００５０】
図７は、成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係を例示する図である。ここでは、イオンプレーティング装置２０の開閉弁３３を閉じて真空容器２１内の水蒸気分圧を未調整とした状態で酸化亜鉛膜を５回成膜し、それぞれの回数毎に成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率（μΩ・ｍ）を測定した。又、イオンプレーティング装置２０の開閉弁３３を開いてマスフローコントローラ３２によって真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した状態で酸化亜鉛膜を５回成膜し、それぞれの回数毎に成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率（μΩ・ｍ）を測定した。
【００５１】
なお、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合でも、成膜の対象である基板等に含まれる水分のため真空容器２１内の水蒸気分圧は完全にゼロにはならない。発明者らの検討によれば、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、真空容器２１内の水蒸気分圧は０．０００５Ｐａ未満の範囲内でばらつくことが確認されている。
【００５２】
図７に示すように、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は安定せず、成膜する毎に大きくばらついている。これは、前述のように、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響により、真空容器２１内の水蒸気分圧が０．０００５Ｐａ未満の範囲内でばらついていることに起因すると考えられる。つまり、テスト回数１〜５回の各回の水蒸気分圧がそれぞれ０．０００５Ｐａ未満の範囲内の異なる値であったため、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率が一定の値にならなかったと考えられる。
【００５３】
一方、真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した場合には、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は、何れも約４５（μΩ・ｍ）程度となり極めて安定している。これは、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合（水蒸気分圧は０．０００５Ｐａ未満）に比べて水蒸気分圧を高くしているため、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減できるためと考えられる。
【００５４】
なお、図７では、真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した場合の酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきのみを示したが、発明者らの検討により、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．００１Ｐａ以上の値に制御することで、酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきを図７と同程度にできることが確認されている。つまり、真空容器２１内の水蒸気分圧を、０．００１Ｐａ以上の値に制御することにより、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減することが可能となり、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜できる。ここで、安定的とは、図７に示すように、常に抵抗率のばらつきの少ない酸化亜鉛膜を成膜できることを意味している。
【００５５】
なお、マスフローコントローラ３２の性能上、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．１Ｐａよりも大きな値に制御することは困難である。この点を考慮すれば、真空容器２１内の水蒸気分圧は、０．００１Ｐａ以上０．１Ｐａ以下に制御することが好ましいといえる。
【００５６】
このように、成膜される酸化亜鉛膜の抵抗値及びそのばらつき並びに透過率は、真空容器２１内の水蒸気分圧に大きく影響される。そして、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．００１Ｐａ以上０．１Ｐａ以下の所定値に制御することにより、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減することが可能となり、安定的に所望の抵抗率及び透過率の酸化亜鉛膜を成膜できる。
【００５７】
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、上記の実施の形態においては、イオンプレーティング装置２０は反応性プラズマ蒸着法（ＲＰＤ）を用いて第２バッファ層１５を成膜しているが、電子ビームを利用した他のイオンプレーティング式の成膜方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 太陽電池モジュール
１１ 基板
１１ｘ エッジスペース
１２ 第１電極層
１２ｘ、１７ｘ、１７ｙ 溝部
１３ ＣＩＳ系光吸収層
１４ 第１バッファ層
１５ 第２バッファ層
１６ 第２電極層
１７ 発電層
１９ セル
２０ イオンプレーティング装置
２１ 真空容器
２２ プラズマガン
２２ａ 陰極
２２ｂ、２２ｃ 中間電極
２２ｄ 電磁石コイル
２２ｅ ステアリングコイル
２３ 陽極部材
２３ａ ハース
２３ｂ 補助陽極
２４ 搬送機構
２４ａ 搬送路
２４ｂ コロ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 供給路
２６ｄ 排気系
２７ 蒸着材料
２８ａ 永久磁石
２８ｂ コイル
３０ 容器
３０ａ ヒータ
３１ 導入管
３２ マスフローコントローラ
３２ａ 設定部
３２ｂ 制御部
３２ｃ 流量制御バルブ
３２ｄ 流量センサ
３３ 開閉弁
ＰＢ プラズマビーム
ＴＨ 貫通孔
Ｗ 基板
ＷＨ 基板保持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛膜の成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法、及び酸化亜鉛膜の成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料が不要であり温室効果ガスを排出しない太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールとしては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含む化合物からなるＣＩＳ系光吸収層を有するＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールが開示されている。
【０００３】
ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールは、例えば、ガラス基板上に、金属裏面電極層、ＣＩＳ系光吸収層、第１バッファ層、第２バッファ層、及び透明電極層が順次積層された層構成を有する。ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールにおいて、第２バッファ層の材料としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられている。酸化亜鉛からなる第２バッファ層は、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等により成膜される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０９／１１００９２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法により酸化亜鉛からなる第２バッファ層を成膜すると、成膜速度が遅いため生産性が低いという問題がある。又、ＭＯＣＶＤ法では有毒なガスを取り扱う場合もあり、安全上の問題を十分に考慮しなければならない。そこで、ＭＯＣＶＤ法に代わる生産性が高く安全性に優れた酸化亜鉛膜の成膜技術としてイオンプレーティング法が検討されている。しかし、イオンプレーティング法では安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法、及び、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本太陽電池モジュールの製造方法は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えることを要件とする。
【０００８】
本成膜装置は、ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板の前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜室を有する成膜装置であって、前記成膜室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧に制御する水蒸気分圧制御手段と、を備えることを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術によれば、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法、及び、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。
【図４】本実施の形態に係る成膜装置の概略構成を例示する模式図である。
【図５】図４のマスフローコントローラ近傍の拡大図である。
【図６】成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係を例示する図である。
【図７】成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１２】
まず、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構造及び製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図である。各図は、太陽電池モジュールの平面形状が矩形状である場合の例を示し、太陽電池モジュールを平面視した場合（受光面側から視た場合）の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向としている。なお、説明の便宜上、平面図においても断面図に対応するハッチングを施している。
【００１４】
図１〜図３を参照するに、太陽電池モジュール１０は、基板１１と、第１電極層１２と、発電層１７とを有するＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールである。以下、太陽電池モジュール１０を構成する各要素について説明する。
【００１５】
基板１１は、第１電極層１２及び発電層１７を形成する基体となる部分であり、例えば、青板ガラスや低アルカリガラス等のガラス基板、ステンレス板等の金属板、またはポリミイド等の樹脂基板を用いることができる。基板１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。
【００１６】
第１電極層１２は基板１１上に形成されており、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１２ｘにより分割されている。第１電極層１２の材料としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等の高耐蝕性かつ高融点の金属を用いることができる。第１電極層１２の厚さは、例えば、数１０ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。第１電極層１２は、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属をターゲットとしてＤＣスパッタ法により基板１１上に成膜できる。溝部１２ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００ｎｍ程度とすることができる。溝部１２ｘは、例えば、レーザスクライブ法等により形成できる。
【００１７】
発電層１７は、第１電極層１２上に形成されている。発電層１７は、ＣＩＳ系光吸収層１３と、第１バッファ層１４と、第２バッファ層１５と、第２電極層１６とを有し、照射された太陽光等を光電変換する部分である。発電層１７が光電変換することにより生じた起電力は、第１電極層１２及び／又は第２電極層１６にそれぞれはんだ等で取り付けられた図示しない電極リボン（銅箔リボン）から外部に電流として取り出すことができる。以下、発電層１７を構成する各要素について説明する。
【００１８】
ＣＩＳ系光吸収層１３は、ｐ型半導体からなる層であり、第１電極層１２上及び溝部１２ｘ内に形成されている。ＣＩＳ系光吸収層１３としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物等を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）２等である。ＣＩＳ系光吸収層１３の厚さは、例えば、０．５μｍ〜１０μｍ程度とすることができる。
【００１９】
ＣＩＳ系光吸収層１３の代表的な製法には、セレン化及び／又は硫化法と多源同時蒸着法との２種類がある。本実施の形態においては、何れの製造方法を採用してもよい。セレン化及び／又は硫化法では、まず、第１電極層１２上に銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及びガリウム（Ｇａ）を含む積層構造又は混晶の金属プリカーサー膜（Ｃｕ／Ｉｎ、Ｃｕ／Ｇａ、Ｃｕ−Ｇａ合金／Ｉｎ、Ｃｕ−Ｇａ−Ｉｎ合金等）をスパッタ法或いは蒸着法により形成する。その後、セレン（Ｓｅ）及び硫黄（Ｓ）の何れか一方又は双方を含有する雰囲気中で４００℃程度以上の熱処理を行うことにより、セレン化又は硫化されたＣＩＳ系光吸収層１３を形成することができる。又、多源同時蒸着法では、第１電極層１２が形成された基板１１を５００℃程度以上に加熱し、第１電極層１２上に銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），及びセレン（Ｓｅ）を含む原料を適当な組合せで同時に蒸着することによって、ＣＩＳ系光吸収層１３を形成することができる。
【００２０】
第１バッファ層１４は、ＣＩＳ系光吸収層１３上に形成されている。第１バッファ層１４の材料としては、例えば、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はインジウム（Ｉｎ）を含む化合物を用いることができる。第１バッファ層１４の厚さは、例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ程度とすることができる。第１バッファ層１４は、例えば、溶液成長法（ＣＢＤ法）によりＣＩＳ系光吸収層１３上に成膜できる。溶液成長法（ＣＢＤ法）とは、前駆体となる化学種を含む溶液に基材を浸し、溶液と基材表面との間で不均一反応を進行させることによって薄膜を基材上に析出させる方法である。
【００２１】
具体的には、例えば、ＣＩＳ系光吸収層１３上に、酢酸亜鉛を液温８０℃の水酸化アンモニウムに溶解して亜鉛アンモニウム錯塩を形成させ、その溶液中に硫黄含有塩であるチオリアを溶解し、この溶液をＣＩＳ系光吸収層１３に１０分間接触させて、ＣＩＳ系光吸収層１３上に当該溶液から硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を化学的に成長させる。更に、成長した硫黄含有亜鉛混晶化合物半導体薄膜を大気中において設定温度２００℃で１５分間アニールして乾燥し、かつ膜中の水酸化亜鉛の一部を酸化亜鉛に転化すると同時に硫黄により改質を促進することにより、硫黄含有亜鉛混晶化合物を高品質化させることができる。なお、第１バッファ層１４は、溶液を調整することにより、ＣｄｘＳｙ、ＺｎｘＳｙ、ＺｎｘＯｙ、Ｚｎｘ（ＯＨ）ｙ、ＩｎｘＳｙ、ＩｎｘＯｙ、Ｉｎｘ（ＯＨ）ｙ（ここで、ｘ、ｙは自然数）が含まれてもよい。
【００２２】
第２バッファ層１５は、第１バッファ層１４上に形成されている。第２バッファ層１５の材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であり、第２のバッファ層１５における、アルミニウム・ガリウム・ホウ素等のドーピング不純物元素の濃度が１×１０１９atoms／cm３以下である。また、第２バッファ層１５の材料として、ＺｎＯの代わりに、ＺｎＭｇＯを適用することも可能である。第２バッファ層１５の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすることができる。第２バッファ層１５の成膜方法については、後述する。
【００２３】
ＣＩＳ系光吸収層１３、第１バッファ層１４、及び第２バッファ層１５は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１７ｘにより分割されている。溝部１７ｘの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。溝部１７ｘは、例えば、メカニカルスクライブ法等により形成できる。なお、本実施の形態においては、溝部１７ｘの形成を、第２バッファ層１５の成膜後に行ったが、ＣＩＳ系光吸収層１３の成膜後、又は、第１バッファ層１４の成膜後に行ってもよい。
【００２４】
第２電極層１６は、ｎ型半導体からなる透明な層であり、第２バッファ層１５上及び溝部１７ｘ内に形成されている。第２電極層１６としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。酸化亜鉛系薄膜を用いる場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。第２電極層１６の厚さは、例えば、０．１μｍ〜数μｍ程度とすることができる。第２電極層１６は、例えば、スパッタ法（ＤＣ、ＲＦ）やＭＯＣＶＤ法等により形成できる。
【００２５】
発電層１７は、Ｙ方向に沿って設けられた溝部１７ｙにより分割されている。溝部１７ｙの幅は、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。溝部１７ｙは、例えば、メカニカルスクライブ法等により形成できる。溝部１７ｙにより分割された各部分は複数のセル１９を構成している。所定のセル１９の溝部１７ｘ内に形成されている第２電極層１６は、溝部１７ｙを介して隣接するセル１９の第１電極層１２と電気的に接続されている。つまり、溝部１７ｙにより分割された複数のセル１９は、直列に接続されている。
【００２６】
基板１１のＸ方向の両外縁部には、発電層１７が形成されてなく第１電極層１２の表面が露出しているエッジスペース１１ｘが形成されている。エッジスペース１１ｘは、前述の電極リボン（銅箔リボン）を第１電極層１２に取り付けるために設けられている。エッジスペース１１ｘの幅は１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２７】
以上が、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構造及び製造方法についての概要である。なお、本実施の形態においては、溝部１２ｘ、溝部１７ｘ、溝部１７ｙによってセル１９が直列に接続された、言い換えれば、集積化された太陽電池モジュールを例にとって説明したが、本発明はこれに限るものではなく、集積化されない太陽電池モジュールにも適用できる。さらに、発電層１７が発電した電力を取り出す取出方法として、本実施の形態では、電極リボンをエッジスペース１１ｘに取り付けたが、本発明においては、第２電極層１６に電極リボンを取り付ける等の他の取出方法を適用可能であり、上述の取出方法に限定されるものではない。
【００２８】
次に、第２バッファ層１５の成膜に用いるイオンプレーティング装置２０について説明し、その後、イオンプレーティング装置２０を用いた第２バッファ層１５の成膜方法について説明する。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る成膜装置の概略構成を例示する模式図である。図５は、図４のマスフローコントローラ近傍の拡大図である。図４及び図５を参照するに、イオンプレーティング装置２０は、成膜室である真空容器２１と、真空容器２１中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン（プラズマビーム発生器）２２と、真空容器２１内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材２３と、成膜の対象である基板Ｗを保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材２３の上方で適宜移動させる搬送機構２４とを備える。基板Ｗは、例えば、図２や図３に示す基板１１そのものや、基板１１に既に所定の層が形成されたもの等である。なお、上記の反応性プラズマ蒸着法（ＲＰＤ）を用いたイオンプレーティング装置２０は、本発明に係る成膜装置の代表的な一例である。
【００３０】
プラズマガン２２は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器２１の側壁に備えられる。プラズマガン２２の陰極２２ａ、中間電極２２ｂ及び２２ｃ、電磁石コイル２２ｄ、並びにステアリングコイル２２ｅへの給電を調整することにより、真空容器２１中に供給されるプラズマビームＰＢの強度や分布状態が制御される。
【００３１】
なお、参照符号２６ａは、プラズマビームＰＢのもととなるＡｒ等の不活性ガスを含むキャリアガスの供給路を示す。又、参照符号２６ｂ及び２６ｃは酸素等の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、参照符号２６ｄは排気系を示す。
【００３２】
陽極部材２３は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であるハース２３ａと、その周囲に配置された環状の補助陽極２３ｂとを有する。ハース２３ａは、適当な正電位に制御されており、プラズマガン２２から出射したプラズマビームＰＢを下方に吸引する。ハース２３ａは、プラズマビームＰＢが入射する中央部に貫通孔ＴＨが形成されており、貫通孔ＴＨに蒸着材料２７が装填されている。蒸着材料２７は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース２３ａは蒸着材料２７を徐々に上昇させる構造を有しており、蒸着材料２７の上端は常にハース２３ａの貫通孔ＴＨの上端から貫通孔ＴＨの内部側に一定の深さで入り込んでいる。
【００３３】
補助陽極２３ｂは、ハース２３ａの周囲に同心に配置された環状の容器であり、容器内には永久磁石２８ａとコイル２８ｂとが収容されている。これら永久磁石２８ａ及びコイル２８ｂは、磁場制御部材であり、ハース２３ａの直上にカスプ状磁場を形成し、これにより、ハース２３ａに入射するプラズマビームＰＢの向きが制御され、修正される。
【００３４】
搬送機構２４は、搬送路２４ａ内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨを支持する多数のコロ２４ｂと、コロ２４ｂを回転させて基板保持部材ＷＨを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材ＷＨに基板Ｗが保持される。この場合、基板Ｗを搬送する搬送機構２４を設けることなく、真空容器２１の内部の上方に基板Ｗを固定して配置してもよい。
【００３５】
真空容器２１には、外部にヒータ３０ａが設けられた容器３０から導入管３１を経由して水蒸気を導入することができる。導入管３１には、水蒸気の導入量を制御するマスフローコントローラ３２及び開閉弁３３が設けられている。容器３０には水が貯留されており、貯留されている水はヒータ３０ａにより加熱されて水蒸気となり、開閉弁３３が開いている場合には導入管３１を経由して真空容器２１に導入される。この際、マスフローコントローラ３２によって真空容器２１への水蒸気導入量が所望の値に制御される。容器３０、ヒータ３０ａ、及び導入管３１は、本発明に係る水蒸気供給手段の代表的な一例である。なお、水蒸気の液化を防止するため、導入管３１の周囲にヒータを設け、導入管３１を加熱すると好適である。
【００３６】
マスフローコントローラ３２について更に詳しく説明する。マスフローコントローラ３２は、設定部３２ａ、制御部３２ｂ、流量制御バルブ３２ｃ、流量センサ３２ｄ等を有する。マスフローコントローラ３２の設定部３２ａに所望の水蒸気導入量を設定すると、制御部３２ｂは流量センサ３２ｄの値を監視し、流量センサ３２ｄの値が所望の水蒸気導入量と一致するように流量制御バルブ３２ｃの開度を調整する。その結果、真空容器２１への水蒸気導入量が所望の値に制御される。
【００３７】
制御部３２ｂは、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、制御部３２ｂの機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。但し、制御部３２ｂの一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部３２ｂは、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
【００３８】
流量制御バルブ３２ｃは、例えば、ソレノイドやピエゾアクチュエータを含み、制御部３２ｂの指令に従って開度を調整する。より詳しくは、流量制御バルブ３２ｃは、真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧が成膜後の酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、容器３０、ヒータ３０ａ、及び導入管３１から真空容器２１（成膜室）内へ供給する水蒸気導入量を調整する機能を有する。
【００３９】
なお、真空容器２１への水蒸気導入量が決まると、それに対応して真空容器２１内の水蒸気分圧が決まる。つまり、マスフローコントローラ３２によって導入量を制御して水蒸気を真空容器２１に供給することにより、真空容器２１内の水蒸気分圧を所望の値に制御することができる。マスフローコントローラ３２は、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．１Ｐａ以下の所望の値に制御可能である。
【００４０】
後述のように、真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜される酸化亜鉛膜の抵抗値とは所定の関係があるため（後述の図６参照）、真空容器２１内の水蒸気分圧を制御することにより、成膜される酸化亜鉛膜を所望の抵抗値に調整することが可能である。なお、マスフローコントローラ３２は、本発明に係る水蒸気分圧制御手段の代表的な一例である。また、流量制御バルブ３２ｃは、本発明に係る流量制御部の代表的な一例である。
【００４１】
なお、真空容器２１内の水蒸気分圧を直接測定する圧力センサ（図示せず）を設け、マスフローコントローラ３２の制御部３２ｂが圧力センサの値を監視し、圧力センサの値が所望の水蒸気分圧と一致するように流量制御バルブ３２ｃの開度を調整するようにしてもよい。このようにしても、真空容器２１内の水蒸気分圧を所望の値に制御することができる。
【００４２】
次に、上記のように構成したイオンプレーティング装置２０を用いて酸化亜鉛膜を成膜する成膜工程について説明する。
【００４３】
まず、真空容器２１（成膜室）の下部に配置されたハース２３ａの貫通孔ＴＨに、酸化亜鉛を主成分とする蒸着材料２７を装着する。一方、ハース２３ａの上方の対向する位置に、例えばガラス製の基板Ｗを配置する。次に、基板Ｗに酸化亜鉛を付着形成（成膜）させるに際して、予め真空容器２１にアルゴンガス及び酸素ガスを導入する。又、マスフローコントローラ３２によって、真空容器２１内の水蒸気分圧を、予め把握した酸化亜鉛膜の抵抗率と真空容器２１内の水蒸気分圧との関係に基づいて、成膜後の酸化亜鉛膜の所望の抵抗値に対応する水蒸気分圧に制御する。
【００４４】
そして、アース電位にある真空容器２１を挟んで、負電圧をプラズマガン２２の陰極２２ａに、正電圧をハース２３ａに印加して放電を生じさせ、これにより、プラズマビームＰＢを生成する。プラズマビームＰＢは、ステアリングコイル２２ｅと補助陽極２３ｂ内の永久磁石２８ａ等とによって決定される磁界に案内されてハース２３ａに到達する。
【００４５】
プラズマに曝された蒸着材料２７は、徐々に加熱される。蒸着材料２７が十分に加熱されると、蒸着材料２７が昇華し、酸化亜鉛等の蒸着物質が蒸発（出射）する。蒸着物質は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基板Ｗに付着（入射）し酸化亜鉛膜が成膜される。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る酸化亜鉛膜の成膜工程は、予め把握した酸化亜鉛膜の抵抗率と真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧との関係に基づいて、真空容器２１（成膜室）内の水蒸気分圧を制御して成膜後の酸化亜鉛膜の抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えている。
【００４７】
なお、永久磁石２８ａ及びコイル２８ｂによってハース２３ａの上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができる。そのため、ハース２３ａの上方におけるプラズマの活性度分布や基板Ｗの反応性分布に合わせて基板Ｗの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることが可能となる。
【００４８】
〈実施例〉
イオンプレーティング装置２０を用いて、ガラス基板上に膜厚約２００ｎｍの酸化亜鉛膜を成膜した。そして、真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係、及び真空容器２１内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係について検討を行った。なお、ガラス基板の温度は約１１５℃、アルゴンガスの導入量は約６５ｓｃｃｍ、酸素の導入量は約５ｓｃｃｍとした。
【００４９】
図６は、成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率及び透過率との関係を例示する図である。図６に示すように、真空容器２１内（成膜室内）の水蒸気分圧が高くなるに従って、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は低下し、透過率は上昇することが確認された。但し、真空容器２１内の水蒸気分圧が高くなるに従って、抵抗率及び透過率の変化する割合は小さくなる。図６からわかるように、真空容器２１内の水蒸気分圧を所定値に制御することにより、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率を任意の値近傍に調整できる。
【００５０】
図７は、成膜室内の水蒸気分圧と成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきとの関係を例示する図である。ここでは、イオンプレーティング装置２０の開閉弁３３を閉じて真空容器２１内の水蒸気分圧を未調整とした状態で酸化亜鉛膜を５回成膜し、それぞれの回数毎に成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率（μΩ・ｍ）を測定した。又、イオンプレーティング装置２０の開閉弁３３を開いてマスフローコントローラ３２によって真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した状態で酸化亜鉛膜を５回成膜し、それぞれの回数毎に成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率（μΩ・ｍ）を測定した。
【００５１】
なお、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合でも、成膜の対象である基板等に含まれる水分のため真空容器２１内の水蒸気分圧は完全にゼロにはならない。発明者らの検討によれば、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、真空容器２１内の水蒸気分圧は０．０００５Ｐａ未満の範囲内でばらつくことが確認されている。
【００５２】
図７に示すように、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は安定せず、成膜する毎に大きくばらついている。これは、前述のように、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合には、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響により、真空容器２１内の水蒸気分圧が０．０００５Ｐａ未満の範囲内でばらついていることに起因すると考えられる。つまり、テスト回数１〜５回の各回の水蒸気分圧がそれぞれ０．０００５Ｐａ未満の範囲内の異なる値であったため、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率が一定の値にならなかったと考えられる。
【００５３】
一方、真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した場合には、成膜された酸化亜鉛膜の抵抗率は、何れも約４５（μΩ・ｍ）程度となり極めて安定している。これは、真空容器２１内の水蒸気分圧が未調整の場合（水蒸気分圧は０．０００５Ｐａ未満）に比べて水蒸気分圧を高くしているため、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減できるためと考えられる。
【００５４】
なお、図７では、真空容器２１内の水蒸気分圧を約０．００４Ｐａに制御した場合の酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきのみを示したが、発明者らの検討により、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．００１Ｐａ以上の値に制御することで、酸化亜鉛膜の抵抗率のばらつきを図７と同程度にできることが確認されている。つまり、真空容器２１内の水蒸気分圧を、０．００１Ｐａ以上の値に制御することにより、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減することが可能となり、安定的に所望の抵抗率の酸化亜鉛膜を成膜できる。ここで、安定的とは、図７に示すように、常に抵抗率のばらつきの少ない酸化亜鉛膜を成膜できることを意味している。
【００５５】
なお、マスフローコントローラ３２の性能上、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．１Ｐａよりも大きな値に制御することは困難である。この点を考慮すれば、真空容器２１内の水蒸気分圧は、０．００１Ｐａ以上０．１Ｐａ以下に制御することが好ましいといえる。
【００５６】
このように、成膜される酸化亜鉛膜の抵抗値及びそのばらつき並びに透過率は、真空容器２１内の水蒸気分圧に大きく影響される。そして、真空容器２１内の水蒸気分圧を０．００１Ｐａ以上０．１Ｐａ以下の所定値に制御することにより、成膜の対象である基板等に含まれる水分の影響を低減することが可能となり、安定的に所望の抵抗率及び透過率の酸化亜鉛膜を成膜できる。
【００５７】
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、上記の実施の形態においては、イオンプレーティング装置２０は反応性プラズマ蒸着法（ＲＰＤ）を用いて第２バッファ層１５を成膜しているが、電子ビームを利用した他のイオンプレーティング式の成膜方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 太陽電池モジュール
１１ 基板
１１ｘ エッジスペース
１２ 第１電極層
１２ｘ、１７ｘ、１７ｙ 溝部
１３ ＣＩＳ系光吸収層
１４ 第１バッファ層
１５ 第２バッファ層
１６ 第２電極層
１７ 発電層
１９ セル
２０ イオンプレーティング装置
２１ 真空容器
２２ プラズマガン
２２ａ 陰極
２２ｂ、２２ｃ 中間電極
２２ｄ 電磁石コイル
２２ｅ ステアリングコイル
２３ 陽極部材
２３ａ ハース
２３ｂ 補助陽極
２４ 搬送機構
２４ａ 搬送路
２４ｂ コロ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 供給路
２６ｄ 排気系
２７ 蒸着材料
２８ａ 永久磁石
２８ｂ コイル
３０ 容器
３０ａ ヒータ
３１ 導入管
３２ マスフローコントローラ
３２ａ 設定部
３２ｂ 制御部
３２ｃ 流量制御バルブ
３２ｄ 流量センサ
３３ 開閉弁
ＰＢ プラズマビーム
ＴＨ 貫通孔
Ｗ 基板
ＷＨ 基板保持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記抵抗率調整工程は、前記成膜室内の水蒸気分圧が前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、前記水蒸気供給手段から前記成膜室内へ供給する水蒸気導入量を調整することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記抵抗率調整工程において、前記水蒸気分圧を０．００１〜０．１Ｐａの範囲内の所定値に制御することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板の前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜室を有する成膜装置であって、
前記成膜室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧に制御する水蒸気分圧制御手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記水蒸気分圧制御手段は、前記成膜室内の水蒸気分圧が前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、前記水蒸気供給手段から前記成膜室内へ供給する水蒸気導入量を調整する流量制御部を備えることを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項１】
ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板上に、成膜室で前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記成膜工程は、予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を制御して前記抵抗率を調整する抵抗率調整工程を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記抵抗率調整工程は、前記成膜室内の水蒸気分圧が前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、前記水蒸気供給手段から前記成膜室内へ供給する水蒸気導入量を調整することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記抵抗率調整工程において、前記水蒸気分圧を０．００１〜０．１Ｐａの範囲内の所定値に制御することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
ＣＩＳ系光吸収層及び第１バッファ層が形成された基板の前記第１バッファ層上に第２バッファ層として酸化亜鉛膜をイオンプレーティング法により成膜する成膜室を有する成膜装置であって、
前記成膜室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
予め把握した前記酸化亜鉛膜の抵抗率と前記成膜室内の水蒸気分圧との関係に基づいて、前記成膜室内の水蒸気分圧を前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧に制御する水蒸気分圧制御手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記水蒸気分圧制御手段は、前記成膜室内の水蒸気分圧が前記酸化亜鉛膜の所望の抵抗率に対応する水蒸気分圧になるように、前記水蒸気供給手段から前記成膜室内へ供給する水蒸気導入量を調整する流量制御部を備えることを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１９４７７（Ｐ２０１２−１１９４７７Ａ）
【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２０１０−２６７５３９（Ｐ２０１０−２６７５３９）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（０００１８６９１３）昭和シェル石油株式会社 (322)
【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２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（０００１８６９１３）昭和シェル石油株式会社 (322)
【Ｆターム（参考）】
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