特許 7547147 成膜用トレイ及び太陽電池製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】成膜用トレイ及び太陽電池製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20240902BHJP

   H01L 31/0216 20140101ALI20240902BHJP

   H01L 21/673 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 420

H01L31/04 240

H01L21/68 U

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020167799

(22)【出願日】2020-10-02

(65)【公開番号】P2022059908

(43)【公開日】2022-04-14

【審査請求日】2023-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】吉河 訓太

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／０９６７１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２１４３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０９３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６０８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４０６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００１５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４２５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２５２２３０５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／１１９

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／００－２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１－２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３４－２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９－２１／４７６３

Ｈ０１Ｌ ２１／６７－２１／６８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の下面を支持する支持部と、
前記基板の平面方向位置を規制する複数の位置決め部と、
前記支持部の外側に形成され、前記基板の外周部の下側に前記基板の外側に開放された下方空間を形成する掘り下げ部と、
を備え、
前記位置決め部は、前記基板の四隅の位置を規制し、
前記掘り下げ部は、前記基板の四隅近傍を除く部分に形成される、成膜用トレイ。

【請求項2】

前記掘り下げ部は、上側に向かって幅が増大する溝状である、請求項１に記載の成膜用トレイ。

【請求項3】

前記掘り下げ部は、Ｖ溝状である、請求項２に記載の成膜用トレイ。

【請求項4】

前記掘り下げ部の外側に、前記掘り下げ部に沿って形成され、外側上方から前記掘り下げ部に向かって傾斜する傾斜面をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の成膜用トレイ。

【請求項5】

前記傾斜面は、前記掘り下げ部の外側面に滑らかに接続される、請求項４に記載の成膜用トレイ。

【請求項6】

請求項１から５のいずれかに記載の成膜用トレイを用いて、前記基板に反射防止膜を形成する工程を備える、太陽電池製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜用トレイ及び太陽電池製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造において、半導体基板をトレイ上に載置して半導体基板の上側面に成膜を行うことがある（例えば、特許文献１参照）。太陽電池の製造においても、半導体基板の表面（光が入射する面）に反射防止膜を形成するために、半導体基板を保持するトレイを用いる場合がある。トレイ上に載置した半導体基板に成膜すると、半導体基板の端面にも膜が形成される。太陽電池では、半導体基板の端面から光が放出されることで光電変換効率が低下し得るため、半導体基板の端面にも反射防止膜を形成することが好ましいと考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１５９８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の成膜用トレイ上に載置して半導体基板に反射防止膜を形成した太陽電池を詳細に検証した結果、半導体基板の端面への成膜が十分ではなく、依然として半導体基板の外周部から光が放出されて光電変換効率を低下させ得ることが確認された。そこで、本発明は、光の放出が少ない放太陽電池を製造できる成膜用トレイ及び太陽電池製造方法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】

【0005】

本発明の一態様に係る成膜用トレイは、基板の下面を支持する支持部と、前記基板を平面方向に位置決めする複数の位置決め部と、前記支持部の外側に形成され、前記基板の外周部の下側に前記基板の外側に開放された下方空間を形成する掘り下げ部と、を備える。

【0006】

本発明に係る成膜用トレイにおいて、前記掘り下げ部は、前記基板の外周部に沿って延び、上側に向かって幅が増大する溝状であってもよい。

【0007】

本発明に係る成膜用トレイにおいて、前記掘り下げ部は、Ｖ溝状であってもよい。

【0008】

本発明に係る成膜用トレイは前記掘り下げ部の外側に、前記掘り下げ部に沿って形成され、外側上方から前記掘り下げ部に向かって傾斜する傾斜面をさらに備えてもよい。

【0009】

本発明に係る成膜用トレイにおいて、前記傾斜面は、前記掘り下げ部の外側面に滑らかに接続される平面であってもよい。

【0010】

本発明に係る成膜用トレイにおいて、前記位置決め部は、前記基板の四隅の位置を規制してもよい。

【0011】

前記掘り下げ部は、前記基板の前記位置決め部に規制される部分の下側には形成されなくてもよい。

【0012】

本発明の一態様に係る太陽電池製造方法は、上記成膜用トレイを用いて前記基板に反射防止膜を形成する工程を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る成膜用トレイ及び太陽電池製造方法によれば、光の放出が少ない放太陽電池を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る成膜用トレイを示す平面図である。

【図2】図１の成膜用トレイのＡ－Ａ線断面端部拡大図である。

【図3】図１の成膜用トレイのＢ－Ｂ線断面端部拡大図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る成膜用トレイの断面端部拡大図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係る成膜用トレイの断面端部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

【0016】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る成膜用トレイ１の平面図である。図２は、図１の成膜用トレイ１のＡ－Ａ線断面端部拡大図である。図３は、図１の成膜用トレイ１のＢ－Ｂ線断面端部拡大図である。

【0017】

本実施形態の成膜用トレイ１は、成膜装置の内部において、基板Ｐを保持する。成膜用トレイ１を用いて成膜される基板Ｐは、典型的には、太陽電池を形成する半導体基板であって、表裏にｐｎ接合、電極等が形成されたものであってもよい。成膜用トレイ１を用いて基板Ｐに積層される膜としては、典型的には反射防止膜が想定される。

【0018】

成膜用トレイ１は、それぞれ１つの基板Ｐを保持する複数の保持部１０が縦横に配列して形成されている。成膜用トレイ１は、各保持部１０に、基板Ｐの下面を支持する支持部１１と、基板Ｐの平面方向位置を規制する複数の位置決め部１２と、支持部１１の外側に形成され、基板Ｐの外周部の下側に基板Ｐの外側に開放された下方空間Ｓを形成する掘り下げ部１３と、掘り下げ部１３の外側に、掘り下げ部１３に沿って形成され、外側上方から掘り下げ部１３に向かって傾斜する傾斜面１４と、を備える。

【0019】

成膜用トレイ１は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属から形成することができる。特に、成膜用トレイ１をアルミニウム等の比較的比熱が小さく熱伝導率が大きい金属によって形成することで、成膜品質を向上することができる。

【0020】

支持部１１は、その上端に、基板Ｐの下面に実質的に連続して当接し、基板Ｐの中央部下側に成膜ガスが入り込むことを防止できる平面状の載置面１１１を有する。具体例として、載置面１１１は、例えば高さ数十μｍ程度の突起を有し、比較的小さい接触面積で基板Ｐを支持し、それ以外の領域では実質的に成膜ガスが浸入できない微細な隙間を形成するよう構成されてもよい。

【0021】

また、載置面１１１は、平面視で支持部１１の全体に形成されてもよいが、少なくとも支持部１１の外周近傍領域に形成される。支持部１１の外周部の高さを僅かに大きくして載置面１１１を部分的に形成することで、載置面以外の部分の加工精度を低くすることができる。

【0022】

位置決め部１２は、基板Ｐの外縁に当接し得る規制部１２１をそれぞれ有する。規制部１２１は、基板Ｐの平面位置を正確に規制できるよう、載置面１１１に垂直な面であることが好ましい。本実施形態の成膜用トレイ１は、基板Ｐの四隅の位置を規制する４つの位置決め部１２を備える。このように、基板Ｐの規制部１２１が当接している部分には成膜することができないが、内部の光が比較的到達しにくい基板Ｐの四隅に規制部１２１を当接させることで、その部分に成膜できなかった場合にもそこから放出される光の量を小さくすることができる。

【0023】

掘り下げ部１３は、基板Ｐの四辺の下側に下方空間Ｓを形成することによって、基板Ｐの外周部の下面側に成膜ガスを供給する。ただし、掘り下げ部１３からの成膜ガスの供給量は、基板Ｐの上面に対する成膜ガスの供給量よりは少なくなるので、基板Ｐの端面から裏面端部にかけて形成される膜の厚みは徐々に減少する。

【0024】

掘り下げ部１３は、上側に向かって幅が増大する溝状であることが好ましい。これによって、基板Ｐの下側に成膜ガスを効率よく案内することができる。掘り下げ部１３は、本実施形態のように、内側面１３１と外側面１３２とから形成されるＶ溝状とすることによって、比較的容易に形成することができる。Ｖ溝状の掘り下げ部１３の底角としては、成膜ガスを効率よく案内するために９０°以上が好ましい。また、Ｖ溝状の掘り下げ部１３の底角を略９０°とすれば、例えばエンドミル等によって掘り下げ部１３をより簡単に形成することができる。

【0025】

本実施形態における掘り下げ部１３は、位置決め部１２が設けられる部分には形成されていない。つまり、本実施形態の掘り下げ部１３は、基板Ｐの四隅近傍には形成されていない。これにより、掘り下げ部１３の形状がより簡単となるため掘り下げ部１３をさらに簡単に形成することができる。

【0026】

平面視における掘り下げ部１３の基板Ｐとの平均重複幅は、例えば０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができる。掘り下げ部１３の基板Ｐとの平均重複幅を前記下限以上とすることによって、基板Ｐの位置決め誤差にかかわらず、基板Ｐの下側に下方空間Ｓを形成することができる。また、掘り下げ部１３の基板Ｐとの平均重複幅を前記上限以下とすることによって、基板Ｐの裏面に必要以上に成膜されることを防止できる。

【0027】

掘り下げ部１３の平均幅（掘り下げ部１３の外縁は載置面１１１の延長面との交線とする）は、２ｍｍ以上８ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。掘り下げ部１３の平均幅を前記下限以上とすることによって、下方空間Ｓをより確実に外側空間に開放することができる。また、掘り下げ部１３の平均幅を前記上限以下とすることによって、保持部１０が必要以上に大きくなることを防止することで、１つの成膜用トレイ１で同時に処理できる基板Ｐの数を増大することができる。

【0028】

傾斜面１４は、成膜ガスを掘り下げ部１３に案内することによって、基板Ｐの端部裏面側への成膜を促進する。このため、傾斜面１４は、掘り下げ部１３の外側面１３２に滑らかに接続されることが好ましい。特に、本実施形態のように、傾斜面１４と掘り下げ部１３の外側面１３２とが連続一体の平面状であれば、傾斜面１４を外側面１３２と同時に容易に形成することができる。

【0029】

傾斜面１４は、保持部１０の間に畝状の突部を形成するため、成膜用トレイ１の強度を向上することにも寄与する。このため、支持部１１における厚みを小さくして成膜用トレイ１を軽量化することができる。

【0030】

傾斜面１４の載置面１１１に対する傾斜角度としては、例えば３０°以上６０°以下とすることができる。これにより、成膜ガスを比較的効率よく掘り下げ部１３に案内することができる。

【0031】

傾斜面１４の高さ（載置面１１１からの垂直高さ）としては、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。これによって、成膜用トレイ１の高さが不必要に大きくなることを防止しつつ、掘り下げ部１３に成膜ガスを案内することができる。

【0032】

以上のように、成膜ガスを基板Ｐの裏面側に回り込ませる下方空間Ｓを形成する成膜用トレイ１を用いることによって、基板Ｐの表面、外周端面、及び裏面外縁部に連続して成膜を行うことができる。基板Ｐの外周端面及び裏面外縁部への成膜は、表面への成膜と比べて成膜ガスの供給量が小さくなり得るため、基板Ｐの外周端面から裏面に掛けて形成される膜は、表面側から徐々に膜厚が小さくなる可能性があるが、少なくとも外周端面には十分な膜厚を有する被膜を形成することができる。

【0033】

このため、成膜用トレイ１を用いて太陽電池用の半導体基板に反射防止膜を形成することで、端面からの光の放出を防止して、光電変換効率が高い太陽電池を製造することができる。このように、成膜用トレイ１を用いて基板Ｐに反射防止膜を形成する工程を備える太陽電池製造方法は、本発明に係る太陽電池製造方法の一実施形態であると解される。

【0034】

より詳しく説明すると、本発明に係る太陽電池製造方法では、成膜用トレイ１の支持部１１に基板Ｐを、複数の位置決め部１２によって平面位置を定めた状態で載置する。そして、基板Ｐを載置した成膜用トレイ１をＣＶＤ装置またはＰＶＤ装置の真空チャンバ内に配置して、成膜ガスを供給して基板Ｐの上面、端面及び裏面外縁部に反射防止膜を形成する。

【0035】

太陽電池を形成するための基板Ｐは、入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板単であり、結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン基板を用いることができる。また、基板Ｐには、反射防止膜を形成する前に、キャリアを回収するためのｐｎ接合を形成する半導体層、電荷を収集するための電極、キャリアの再結合を抑制するパッシベーション層、構成要素間を分離する絶縁層等の各種の構成要素が形成されていてもよい。

【0036】

反射防止膜は、基板Ｐに入射した光が内部で反射して外部に出射しないよう、基板Ｐの表面で内側に向かって光を再反射させる層である。反射防止膜の材質としては、例えばＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等を挙げることができる。

【0037】

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る成膜用トレイ１Ａの断面図である。なお、以降の実施形態について、先に説明した実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。

【0038】

成膜用トレイ１は、基板Ｐの下面を支持する支持部１１と、基板Ｐの平面方向位置を規制する複数の位置決め部（不図示）と、支持部１１の外側に形成され、基板Ｐの外周部の下側に基板Ｐの外側に開放された下方空間を形成する掘り下げ部１３Ａと、掘り下げ部１３Ａの外側に、掘り下げ部１３Ａに沿って形成され、外側上方から掘り下げ部１３Ａに向かって傾斜する傾斜面１４Ａと、を備える。

【0039】

本実施形態の掘り下げ部１３Ａは、垂直な内側面１３１及び外側面１３２とこれらの下端を接続する底面１３３とを有する方形溝状に形成されている。係る形状の掘り下げ部１３Ａであっても、成膜ガスを基板Ｐの外縁部の裏面側に導いて基板Ｐの端部を完全に被覆する膜を形成することができる。

【0040】

本実施形態の傾斜面１４Ａは、外側面１３２と離間して形成されている。このように、傾斜面１４Ａと掘り下げ部１３Ａとが連続していなくても、成膜ガスを基板Ｐの外縁部の裏面側に導くことができる。

【0041】

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る成膜用トレイ１Ｂの断面図である。本実施形態の成膜用トレイ１Ｂは、支持部１１と、複数の位置決め部（不図示）と、支持部１１の外側に形成され、基板Ｐの外周部の下側に基板Ｐの外側に開放された下方空間を形成する掘り下げ部１３Ｂと、掘り下げ部１３Ｂの外側に、掘り下げ部１３Ｂに沿って形成され、外側上方から掘り下げ部１３Ｂに向かって傾斜する傾斜面１４Ｂと、を備える。

【0042】

本実施形態の掘り下げ部１３Ｂは、半円形溝状に形成されている。また、本実施形態の傾斜面１４Ｂは、掘り下げ部１３Ｂに向かって傾斜角度が減少するよう、円筒面状に形成されている。このような掘り下げ部１３Ｂ及び傾斜面１４Ｂは、例えばそれぞれボールエンドミルを用いて形成することができる。

【0043】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。

【0044】

例として、本発明に係る成膜用トレイにおいて、傾斜面は省略してもよい。また、傾斜面の形状は、全体として掘り下げ部に向かって傾斜する形状であればよく、例えば階段状等であってもよい。

【0045】

また、本発明に係る成膜用トレイにおいて、堀り下げ部の断面形状は、上述の実施形態の形状に限られず、例えば台形状、放物線状、階段状等であってもよい。また、本発明に係る成膜用トレイの掘り下げ部は、隣接する保持部の掘り下げ部と一体に形成されていてもよい。この場合、傾斜面は設けることができない。

【0046】

また、本発明に係る成膜用トレイは、太陽電池の反射防止膜の形成以外にも、基板の一方の主面及び端面を被覆する薄膜を形成することが必要である場合に、広く利用することができる。

【0047】

また、本発明に係る成膜用トレイにおいて、位置決め部は、基板の四辺の一部に局所的に当接することにより基板を位置決めし得るものであってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１，１Ａ，１Ｂ 成膜用トレイ
１０ 保持部
１１ 支持部
１１１ 載置面
１２ 位置決め部
１２１ 規制部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 掘り下げ部
１３１ 内側面
１３２ 外側面
１３３ 底面
１４，１４Ａ，１４Ｂ 傾斜面
Ｐ 基板
Ｓ 下方空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】