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JP2011503848A - 堆積プロセス間のプラズマ処置 - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態は、２つ以上の堆積ステップの間にプラズマ処置プロセスを使用して薄膜太陽電池デバイスを形成する改良された方法を含む。本発明の実施形態によれば、一般的に、薄膜太陽電池デバイスを形成するための方法及び装置も提供される。本発明は、他の単一接合、タンデム接合又は多重接合太陽電池デバイスを形成するのにも効果的に使用することができる。
【選択図】 図５

Description

発明の背景
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、太陽電池、及び太陽電池を形成するための方法及び装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、薄膜太陽電池、及び薄膜太陽電池を形成するための方法及び装置に関する。
関連技術の説明
[0002]結晶シリコン太陽電池及び薄膜太陽電池は、太陽電池の２つのタイプである。結晶シリコン太陽電池は、典型的に、単結晶基板（即ち、純シリコンの単一結晶基板）又は多結晶シリコン基板（即ち、ポリ結晶又はポリシリコン）のいずれかを使用する。光捕獲を改善し、電気回路を形成し、更に、それらデバイスを保護するため、付加的な膜層がそのシリコン基板上に堆積される。薄膜太陽電池は、１つ以上のｐ-ｉ-ｎ接合を形成するため、適した基板上に堆積された物質の薄層を使用する。
[0003]現在の薄膜太陽電池の問題点として、低効率及び高コストがある。従って、改善された薄膜太陽電池、及び工場環境において、その改善された薄膜太陽電池を形成するための方法及び装置が必要とされている。
[0004]本発明の実施形態によれば、一般的に、薄膜太陽電池を形成する方法において、基板をプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ移送するステップと、上記基板の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積するステップと、上記基板上に堆積された上記ｎドープ型アモルファスシリコン層に対してプラズマ処置を与えるステップと、上記ｎドープ型アモルファスシリコン層の上にｎドープ型微結晶シリコン層を堆積するステップと、上記チャンバから上記基板を取り出すステップと、を含む方法が提供される。
[0005]本発明の実施形態によれば、更に、薄膜太陽電池を形成する方法において、第１のシステムに配置された第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ基板を移送するステップと、上記第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバにおいて上記基板の表面の上にｐドープ型シリコン層を堆積するステップと、上記第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバから上記第１のシステムに配置された第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ基板を移送するステップと、上記第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバにおいて上記ｐドープ型シリコン層の上に真性アモルファスシリコン層を堆積するステップと、上記真性アモルファスシリコン層の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積するステップと、プラズマ処置に対して上記ｎドープ型アモルファスシリコン層を曝すステップと、上記ｎドープ型アモルファスシリコン層の上にｎドープ型微結晶シリコン層を堆積するステップと、上記第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバから上記基板を取り出すステップと、を含む方法が提供される。
[0006]本発明の実施形態によれば、更に、薄膜太陽電池を形成する方法において、透明な基板の表面の上にアモルファスシリコン層を堆積するステップと、上記透明な基板上に堆積された上記アモルファスシリコン層に対してプラズマ処置を与えるステップと、上記アモルファスシリコン層の上に微結晶シリコン層を堆積するステップと、を含む方法が提供される。
[0007]本発明の前述したような特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているので、本発明の範囲をそれに限定しようとしているものではなく、本発明は、均等の効果を発揮しうる他の実施形態を含みうるものであることに、注意されたい。
本発明の１つの実施形態による光又は太陽放射線の方に向けられた多重接合太陽電池の概略図である。 プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバの１つの実施形態の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態による処理システムの概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による処理システムの概略平面図である。 本発明の１つの実施形態によるｐ-ｉ-ｎ接合を形成する１つの実施形態のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態による光又は太陽放射線の方に向けられた多重接合太陽電池の概略図である。
詳細な説明
[0014]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。１つの実施形態の要素及び特徴は、特に繰り返し述べなくとも、他の実施形態に効果的に組み入れることができるものと考えられる。
[0015]本発明の実施形態は、改善された薄膜太陽電池、及びその改善された薄膜太陽電池を形成するための方法及び装置を含む。説明を容易且つ簡明なものとするため、本発明は、図１のタンデム接合太陽電池に関して説明するが、本発明は、他の単一接合、タンデム接合又は多重接合太陽電池を形成するのにも効果的に使用できるものである。
[0016]図１は、光又は太陽放射線１０１の方に向けられた多重接合太陽電池１００の概略図である。この太陽電池１００は、その上に薄膜が形成されたガラス基板、ポリマー基板又は他の適した透明基板のような基板１０２を備える。太陽電池１００は、更に、基板１０２の上に形成された第１の透明な導電酸化物（ＴＣＯ）層１１０と、この第１のＴＣＯ層１１０の上に形成された第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０と、この第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０の上に形成された第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０と、この第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０の上に形成された第２のＴＣＯ層１４０と、この第２のＴＣＯ層１４０の上に形成された金属裏打ち層１５０とを備える。光反射を減ずることにより光吸収を改善するため、基板及び／又はその上に形成された１つ以上の薄膜は、ウエット、プラズマ、イオン及び／又は機械的処理により、任意的にテクスチャー処理される。例えば、図１に示す実施形態において、第１のＴＣＯ層１１０は、テクスチャー処理されており、その上に堆積された次の薄膜は、一般的には、その下の表面の形状に従うものとなっている。
[0017]第１のＴＣＯ層１１０及び第２のＴＣＯ層１４０は、各々が、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、スズ酸カドミウム、そのドープ型物質、それらの組合せ又は他の適した物質を含むことができる。ＴＣＯ物質は、付加的なドーパント及び成分を含むこともできることは、理解されよう。例えば、酸化亜鉛は、更に、アルミニウム、ガリウム、ボロン及び他の適したドーパントのようなドーパントを含むことができる。酸化亜鉛は、好ましくは、５原子パーセント以下のドーパントを含み、より好ましくは、２．５原子パーセント以下のアルミニウムを含む。例えば、酸化スズは、更に、フッ素のようなドーパントを含むことができる。特定の実施例では、基板１０２は、第１のＴＣＯ層１１０が既に設けられた状態で、ガラス製造者によって提供される。
[0018]第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０は、ｐドープ型シリコン層１２２と、真性シリコン層１２４と、ｎドープ型シリコン層１２６とを備える。第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０は、ｐドープ型シリコン層１３２と、真性シリコン層１３４と、ｎドープ型シリコン層１３６とを備える。特定の実施形態において、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０の真性シリコン層１２４は、アモルファスシリコン層を含み、一方、第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０の真性シリコン層１３４は、微結晶シリコン層を含む。何故ならば、アモルファスシリコン真性層及び微結晶シリコン真性層は、太陽スペクトルの異なる領域を吸収するからである。１つの実施形態において、ｐドープ型シリコン層１２２、真性シリコン層１２４及びｎドープ型シリコン層１２６は、各々が、アモルファスシリコン含有層で形成される。１つの実施形態において、ｐドープ型シリコン層１３２及び真性シリコン層１３４は、各々が、微結晶シリコン含有層で形成され、ｎドープ型シリコン層１３６は、アモルファスシリコン含有層で形成される。第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０におけるｐドープ型微結晶シリコン層１３２及び真性微結晶シリコン層１３４の上にｎ型アモルファスシリコン層１３６を使用することにより、電池効率を増大させることができると考えられる。何故ならば、ｎ型アモルファスシリコン層１３６は、空気中の酸素のような酸素による侵蝕に対してより耐性があるからである。酸素は、シリコン膜を侵蝕し、従って、不純物が形成され、これら不純物により、そこを通しての電子／正孔輸送に寄与するそれら膜の能力が低下させられてしまうことがある。形成された太陽電池構造体／デバイスにおける結晶シリコン層に対してアモルファスシリコン層の電気抵抗率が低いことにより、形成された第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０における電力発生への望まない分路の影響が減ぜられるので、電気的特性が改善されるとも考えられる。分路は、一般的に、形成されたｐ-ｉ-ｎ層を通して垂直に延び、形成された太陽電池デバイスの局部横方向領域を短絡させてしまうことにより、太陽電池性能を劣化させてしまう。従って、アモルファスｎ型層の横方向（即ち、垂直方向に対して直角な方向）の抵抗は、結晶層よりはるかに高いので、分路タイプの欠陥がその形成された太陽電池の他の部分に与える影響はより低くなるのである。分路タイプの欠陥の影響が減ぜられることにより、太陽電池のデバイス性能が改善されることになる。
[0019]図２は、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ４００の１つの実施形態の概略断面図であり、このチャンバ４００において、図１の太陽電池１００の第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０及び／又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０の１つ以上のシリコン層のような、太陽電池の１つ以上の膜を堆積させることができるものである。１つの適したプラズマ増強型化学気相堆積チャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できる。本発明を実施するのに、他の製造者からのものを含めて他の堆積チャンバを使用することができると考えられる。
[0020]このチャンバ４００は、一般的に、壁部４０２と、底部４０４と、シャワーヘッド４１０と、基板支持体４３０とを含み、これらが、処理容積４０６を画成している。この処理容積は、弁４０８を通してアクセスでき、基板１０２のような基板を、チャンバ４００内へ移送したり、チャンバ４００外へ移送したりすることができるようになっている。基板支持体４３０は、基板を支持するための基板受け表面４３２と、この基板支持体４３０を昇降させるためリフトシステム４３６に結合されるステム４３４とを含む。シャドウフロム（from）４３３を、任意的に、基板１０２の周辺の上に置くことができる。リフトピン４３８は、基板を基板受け表面４３２へ移動させたり、基板を基板受け表面４３２から移動させたりするため、基板支持体４３０を通して移動可能なように配設されている。基板支持体４３０は、この基板支持体４３０を望ましい温度に維持するため、加熱及び／又は冷却素子４３９を含むこともできる。基板支持体４３０は、また、この基板支持体４３０の周辺において高周波接地を与えるため、接地ストラップ４３１を含むことができる。接地ストラップの実施例は、Law氏等に対して２０００年２月１５日に発行された米国特許第６，０２４，０４４号明細書及びPark氏等の２００６年１２月２０日に出願された米国特許出願第１１／６１３，９３４号明細書に開示されており、これら両明細書の記載は、本明細書の記載と矛盾しない限りにおいて、そのままここに援用される。
[0021]シャワーヘッド４１０は、バッキングプレート４１２の周辺に、サスペンション４１４により結合されている。シャワーヘッド４１０は、垂れ下がりを防止し、更に／又はこのシャワーヘッド４１０の直線度／曲率を制御するため、１つ以上の中央支持体４１６により、バッキングプレートに結合させることもできる。バッキングプレート４１２を通して、更に、シャワーヘッド４１０に形成された孔４１１を通して、ガスを基板受け表面４３２へ与えるように、ガス源４２０がバッキングプレート４１２に結合されている。真空ポンプ４０９は、望む圧力に処理容積４０６を制御するため、チャンバ４００に結合されている。高周波電力源４２２は、シャワーヘッドと基板支持体との間に電界が生成され、プラズマがシャワーヘッド４１０と基板支持体４３０との間のガスから生成されるように、高周波電力をシャワーヘッド４１０へ与えるためバッキングプレート４１２及び／又はシャワーヘッド４１０に結合されている。約０．３ＭＨｚと約２００ＭＨｚとの間の周波数のような種々な高周波周波数を使用することができる。１つの実施形態において、１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力源が設けられる。シャワーヘッドの実施例は、White氏等に対して２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６，４７７，９８０号明細書、Choi氏等に対して２００６年１１月１７日に公開された米国特許公開第２００５０２５１９９０号明細書及びKeller氏等に対して２００６年３月２３日に公開された米国特許公開第２００６／００６０１３８号明細書に開示されており、これら明細書の記載の全ては、本明細書の記載と矛盾しない限りにおいて、そのままここに援用される。
[0022]誘導結合リモートプラズマ源のようなリモートプラズマ源４２４を、ガス源とバッキングプレートとの間に結合することもできる。基板処理の間において、洗浄ガスをリモートプラズマ源４２４へ与えて、チャンバ構成部分を洗浄するため、リモートプラズマが生成され、与えられるようにすることができる。この洗浄ガスは、シャワーヘッドへ与えられる高周波電力源４２２により更に励起される。適した洗浄ガスとしては、これに限定されないが、ＮＦ３、Ｆ２及びＳＦ６がある。リモートプラズマ源の実施例は、Shang氏等に対して１９９８年８月４日に発行された米国特許第５，７８８，７７８号明細書に開示されており、この明細書の記載は、本明細書の記載と矛盾しない限りにおいて、そのままここに援用される。
[0023]１つの実施形態において、加熱及び／又は冷却素子４３９は、約４００℃以下、好ましくは、約１００℃と約４００℃との間、より好ましくは、約２００℃のような約１５０℃と約３００℃との間の基板支持体温度を堆積中に与えるように設定される。
[0024]シリコン膜の堆積の場合には、シリコンベースのガス及び水素ベースのガスが与えられる。適したシリコンベースのガスとしては、これに限定されないが、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化シリコン（ＳｉＦ４）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びそれらの組合せがある。適した水素ベースのガスとしては、これに限定されないが、水素ガス（Ｈ２）がある。ｐ型シリコン層のｐ型ドーパントは、各々が、ボロン又はアルミニウムのような第３族元素を含むことができる。好ましくは、ｐ型ドーパントとして、ボロンが使用される。ボロン含有ソースの実施例としては、トリメチルボロン（ＴＭＢ（又はＢ（ＣＨ３）３））、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ＢＦ３、Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３、及び同様の化合物がある。好ましくは、ｐ型ドーパントとして、ＴＭＢが使用される。ｎ型シリコン層のｎ型ドーパントは、各々が、リン、ヒ素又はアンチモンのような第５族元素を含むことができる。好ましくは、ｎ型ドーパントとして、リンが使用される。リン含有ソースの実施例としては、ホスフィン及び同様の化合物がある。ドーパントは、典型的には、水素、アルゴン、ヘリウム及び他の適した化合物のようなキャリヤガスと共に与えられる。ここに示すプロセスレジメでは、水素ガスの全流量が与えられる。従って、もし、水素ガスがドーパント用のようなキャリヤガスとして与えられる場合には、どのくらいの量の付加水素ガスがチャンバへ与えられるべきかを決定するために、水素の全流量からキャリヤガス流量を減算しなければならない。
[0025]図３Ａ及び図３Ｂは、図２のＰＥＣＶＤチャンバ４００又はシリコン膜を堆積することのできる他の適したチャンバのような複数の処理チャンバ５３１を有する処理システム又はシステム５００の実施形態の概略平面図である。このシステム５００は、ロードロックチャンバ５１０及び処理チャンバ５３１に結合された移送チャンバ５２０を含む。ロードロックチャンバ５１０は、このシステム外の周囲環境と、移送チャンバ５２０及び処理チャンバ５３１内の真空環境との間で基板を移送できるようにしている。ロードロックチャンバ５１０は、１つ以上の基板を保持する１つ以上の真空排気可能な領域を含む。この真空排気可能な領域は、基板のシステム５００へのインプット中、減圧され、基板のシステム５００からのアウトプット中、通気される。移送チャンバ５２０は、ロードロックチャンバ５１０と処理チャンバ５３１との間で基板を移送するように適応された少なくとも１つの真空ロボット５２２をそこに配設している。図３Ａでは、５つの処理チャンバが示されており、図３Ｂでは、７つの処理チャンバが示されているのであるが、本システムは、任意の適した数の処理チャンバを有することのできるものである。
[0026]本発明の特定の実施形態において、１つのシステム５００が、図１のｐ-ｉ-ｎ接合のうちの少なくとも１つのような少なくとも１つのｐ-ｉ-ｎ接合を形成するように構成される。処理チャンバ５３１のうちの少なくとも１つは、ｐドープ型シリコン層を堆積するように構成されており、処理チャンバ５３１のうちの少なくとも１つは、ｎドープ型シリコン層を堆積するように構成されている。特定の態様では、異なるドーパントによるコンタミネーションの機会を減ずるため、異なる処理チャンバにおいてｐドープ型シリコン層及びｎドープ型シリコン層を堆積するのが効果的である。１つの実施形態において、真性シリコン層は、ｐドープ型及びｎドープ型シリコン処理チャンバとは別の処理チャンバにおいて堆積することができる。しかしながら、スループットを増大させるため、真性シリコン層は、ｐドープ型シリコン堆積と同じチャンバ又はｎドープ型シリコン堆積と同じチャンバにおいて堆積してもよい。
[0027]図４は、太陽電池の形成においてプラズマ処置を与える１つの実施形態のフローチャートである。ステップ４５２において、基板が、図３Ａ又は図３Ｂのシステム５００の処理チャンバ５３１のうちの１つのようなＰＥＣＶＤ処理チャンバへ移送される。ステップ４５４において、ｎドープ型アモルファスシリコン層が基板の上に堆積される。ステップ４５６において、以下に説明するようなプラズマ処置が基板に対して与えられる。このプラズマ処置は、好ましくは、水素プラズマを含む。他の適したプラズマも使用することができる。ステップ４５８において、ｎドープ型微結晶層が基板の上に堆積される。ステップ４６０において、基板がＰＥＣＶＤ処理チャンバから取り出される。
[0028]特許請求の範囲において明示的に限定していない限り、理論により拘束されることを望まないが、ｎドープ型アモルファスシリコン層の上のプラズマ処置により、その上のｎドープ型微結晶シリコン層の堆積が改善されるものと考えられる。１つの理論においては、プラズマ処置により、ｎドープ型アモルファスシリコン層の少なくとも部分がｎドープ型微結晶シリコンへと変換されるものと考えられる。このｎドープ型微結晶シリコン層は、シード層として作用し、その上のｎドープ型微結晶シリコン堆積が改善される。別の理論では、水素プラズマ処置により、基板の上に水素リッチな表面が生成され、後でその上に堆積されるｎドープ型微結晶シリコンの形成が改善されるものと考えられる。
[0029]１つの実施形態において、ｎドープ型シリコン層１３６は、第１のボトムセルｎドープ型アモルファスシリコン層と、第２のボトムセルｎドープ型シリコン層とを含む。特定の実施形態において、第１のボトムセルｎドープ型アモルファス半導体層は、約１００Åと約４００Åとの間の厚さに形成される。特定の実施形態において、第２のボトムセルｎドープ型シリコン層は、約５０Åと約１５０Åとの間の厚さに縮退ドープ型層（例えば、ｎ＋＋型層）で形成される。１つの実施形態において、第２のボトムセルｎドープ型シリコン層は、ｎ型微結晶層である。別の実施形態において、第２のボトムセルｎドープ型シリコン層は、ｎ型アモルファス層である。従って、１つの実施形態において、ボトムセル１３０を形成するときには、第１のボトムセルｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積した後であるが、第２のボトムセルｎドープ型シリコン層を堆積する前に、ステップ４５６と同様の処理ステップが行われる。
[0030]図４の処理は、真性シリコン層１２４がアモルファスシリコンを含み、真性シリコン層１３４が微結晶シリコンを含むような図１のタンデム型電池におけるｎドープ型シリコン層１２６を形成するのに適用することができる。ｎドープ型シリコン層１２６は、ｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積し、そのｎドープ型アモルファスシリコン層をプラズマ処置し、それから、その上にｎドープ型微結晶シリコン層を堆積することにより、形成される。特定の実施形態において、図５に例示されるように、ｎドープ型シリコン層１２６は、約１０Åと約２００Åとの間の厚さに形成されたｎドープ型アモルファスシリコン層１２５Ａと、約１００Åと約４００Åとの間の厚さに形成されたｎ型微結晶層１２５Ｂとを含む。１つの実施形態において、図５に例示されるように、ｎドープ型シリコン層１２６は、約３０Åと約５０Åとの間の厚さに形成されたｎドープ型アモルファスシリコン層１２５Ａと、約２５０Åと約４００Åとの間の厚さに形成されたｎ型微結晶層１２５Ｂとを含む。特許請求の範囲において限定していない限り、理論により拘束されることを望まないが、ｎドープ型アモルファスシリコン層は、アモルファス型真性シリコン層１２４とｎドープ型微結晶シリコン層との間に存在していると考えられるバンドギャップオフセットを橋絡するものと考えられる。従って、電流収集が増強されるため、電池効率が改善されるものと考えられる。
[0031]ｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積する特定の実施形態は、約２０：１以下の比率で水素ガスとシリコンガスとを与えることを含む。水素ガスは、約４sccｍ/Ｌと約５０sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。ホスフィンは、約０．０００５sccｍ/Ｌと約０．００７５sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。換言すると、もしホスフィンがキャリヤガスにおいて０．５％モル又は容積濃度において与えられる場合には、ドーパント／キャリヤガス混合物は、約０．１sccｍ/Ｌと約１．５sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。シランガスは、約１sccｍ/Ｌと約１０sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。この開示内容における流量は、内部チャンバ容積当たりのsccｍとして表されている。内部チャンバ容積は、ガスが占めることのできるチャンバの内部の容積として定義される。例えば、図２のチャンバ４００の内部チャンバ容積は、バッキングプレート４１２と、チャンバの壁部４０２及び底部４０４とにより定められる容積から、シャワーヘッドアセンブリ（即ち、シャワーヘッド４１０、サスペンション４１４、中央支持体４１５を含む）と、基板支持アセンブリ（即ち、基板支持体４３０、接地ストラップ４３１）とにより占められる容積を差し引いたものである。約５０ミリワット／ｃｍ２と約２５０ミリワット／ｃｍ２との間の高周波電力がシャワーヘッドに与えられる。この開示内容における高周波電力は、基板面積当たり電極に供給されるワットとして表されている。例えば、２２０ｃｍｘ２６０ｃｍの寸法を有する基板を処理するため、シャワーヘッドへ１０３８５ワットの高周波電力が供給される場合には、その高周波電力は、１０３８５ワット／（２２０ｃｍｘ２６０ｃｍ）＝１８０ミリワット／ｃｍ２である。チャンバの圧力は、約０．１トールと２０トールとの間、好ましくは、約０．５トールと約４トールとの間に維持される。基板受け表面４３２上に配置された基板の最上面とシャワーヘッド４１０との間の堆積中の間隔は、４００ミル（即ち、千分の１インチ）と約１２００ミルとの間、好ましくは、４００ミルと約８００ミルとの間でもよい。ｎ型アモルファスシリコン緩衝層の堆積速度は、約２００Å／分以上でもよい。
[0032]プラズマ処置プロセス（例えば、ステップ４５６）の特定の実施形態は、約５sccｍ/Ｌと１００sccｍ/Ｌとの間の流量で水素（Ｈ２）ガスを与えることを含む。特定の実施形態において、プラズマ処置プロセスは、約５sccｍ/Ｌと１００sccｍ/Ｌとの間の流量で水素（Ｈ２）ガスを与えることを含む。別の実施形態において、プラズマ処置プロセスは、同様の質量流量でヘリウム（Ｈｅ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、アルゴン（Ａｒ）及び／又は他の同様のガスを与えることを含む。プラズマ処置プロセス中に、約１０ミリワット／ｃｍ２と約２５０ミリワット／ｃｍ２との間の高周波電力がシャワーヘッドへ与えられる。プラズマ処置プロセス中のチャンバの圧力は、約１トールと約１００トールとの間、好ましくは、約３トールと約２０トールとの間、より好ましくは、約４トールと約１２トールとの間に維持される。プラズマ処置プロセス中、基板受け表面４３２上に置かれた基板の最上面とシャワーヘッド４１０との間の間隔は、約４００ミル（１０．２ｍｍ）と約１２００ミル（３０．４ｍｍ）との間、好ましくは、約４００ミル（１０．２ｍｍ）と約８００ミル（２０．４ｍｍ）との間である。特許請求の範囲に明示的に限定しない限り、理論により拘束されることを望まないが、プラズマ処置プロセスは有用であると考えられる。何故ならば、このような処理によれば、処理中にｎドープ型アモルファスシリコン層のプラズマ衝撃により生成される表面形態（例えば、粗さ）の変化のため、その処置されるｎドープ型アモルファスシリコン層上に形成されるｎドープ型微結晶層のための核生成サイトの数が増大されるからである。従って、膜形態の改善及び核生成サイトの数の増大により、ｎドープ型アモルファスシリコン層の特性が改善され、望ましい厚さのｎドープ型微結晶層を形成するのに要する時間が減少される。
[0033]ここでの説明では、ｎドープ型アモルファスシリコン層の堆積とｎドープ型微結晶層の堆積との間にプラズマ処置プロセスを与えることについて、主として説明したのであるが、このような処理構成は、ここに説明する本発明の範囲に関して限定しようとしているものではない。従って、ｎ型、真性型及びｐ型シリコン含有層を含めて第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０及び第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０における層の各々のための堆積ステップの各々の前に、任意的なプラズマ処置プロセスを行うことができることに、注意されたい。前述したように、プラズマ処置は、微結晶層の核生成を促進するため、アモルファス層堆積ステップと微結晶層堆積ステップとの間で使用されるときに特に効果的であると考えられる。
[0034]ｎドープ型微結晶シリコン層を堆積する特定の実施形態は、約１００：１以上の比率において水素ガスとシランガスとのガス混合物を与えることを含む。シランガスは、約０．１sccｍ/Ｌと約０．８sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。水素ガスは、約３０sccｍ/Ｌと約２５０sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。ホスフィンは、約０．０００５sccｍ/Ｌと約０．００４sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。換言すると、もし、ホスフィンがキャリヤガスにおいて０．５％モル又は容積濃度において与えられる場合には、ドーパント／キャリヤガスは、約０．１sccｍ/Ｌと約０．８sccｍ/Ｌとの間の流量で与えることができる。約１００ミリワット／ｃｍ２と約９００ミリワット／ｃｍ２との間の高周波電力がシャワーヘッドに与えられる。チャンバの圧力は、約１トールと約１００トールとの間、好ましくは、約３トールと約２０トールとの間、より好ましくは、約４トールと約１２トールとの間に維持される。ｎ型微結晶シリコン層の堆積速度は、約５０Å／分以上でもよい。ｎ型微結晶シリコン層は、約２０パーセントと約８０パーセントとの間、好ましくは、５０パーセントと約７０パーセントとの間の結晶比率を有する。
[0035]タンデム型太陽電池を形成するため、ここに説明した層の１つ以上を形成するのに適応した種々な処理ステップの実施例は、２００７年２月６日に出願され、「Multi-junction Solar Cells and Methods and Apparatuses for Formingthe Same」と題する係属中の米国特許出願第１１／６７１,９８８号明細書、２００８年７月２３日に出願され、Multi-junction Solar Cells and Methods and Apparatuses for Formingthe Same」と題する係属中の米国特許出願第１２／１７８,２８９号明細書及び２００６年６月２３日に出願され、「Methods and Apparatuses for Depositing a Microcrystalline SiliconFilm for Photovoltaic Device」と題する係属中の米国特許出願第１１／４２６，１２７号明細書に開示されており、これら明細書の記載の全ては、本明細書における説明と矛盾しない限りにおいて、そのままここに援用される。
[0036]図３Ａ及び図３Ｂを再び参照するに、システム５００の１つの実施形態において、処理チャンバ５３１のうちの１つは、太陽電池デバイスの第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０におけるｐ型シリコン層を堆積するように構成されており、処理チャンバ５３１のうちの別の１つは、第１又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合の真性シリコン層を堆積するように構成されており、処理チャンバ５３１のうちの更に別の１つは、第１又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合のｎ型シリコン層を堆積するように構成されている。前述したように、３チャンバ処理構成は、コンタミネーション制御の点である効果を有するのであるが、一般的には、２チャンバ処理システムよりも基板スループットが低く、一般的には、処理チャンバのうちの１つ以上を保守管理のために停止するときには、望ましいスループットを維持することができなくなってしまう。
[0037]本発明の特定の実施形態において、システム５００（例えば、図３Ａ又は図３Ｂ）は、図１又は図５に例示した第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０のようなｐ-ｉ-ｎ接合のうちの少なくとも１つを形成するように構成されている。１つの実施形態において、処理チャンバ５３１のうちの１つは、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０のｐ型シリコン層を堆積するように構成されており、一方、他の残りの処理チャンバ５３１は、各々が、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０の真性型シリコン層及びｎドープ型シリコン層の両者を堆積するように構成されている。１つの実施形態において、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０又は第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０の真性型シリコン層及びｎ型シリコン層は、堆積ステップの間において堆積層の間でのクロスコンタミネーションを最小とするのに使用されるようなシーズニング処理（例えば、チャンバ壁部上に堆積される真性型層）を行わずに、同じチャンバにおいて堆積される。システム５００及びその構成部分の説明は、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０の種々な要素を形成するのにそれを使用することについてなされているのであるが、このような構成は、ここに説明する本発明の範囲に関して限定しようとしているものではない。何故ならば、システム５００は、ここに説明する本発明の基本的範囲から逸脱せずに、第１のｐ-ｉ-ｎ接合、第２のｐ-ｉ-ｎ接合、第１及び第２のｐ-ｉ-ｎ接合の両者、又はそれらの他の組合せを形成するのに適応しうるものであるからである。
[0038]基板処理シーケンスがシステム５００と同様に構成されたシステムにおいて行われるような１つの実施例では、基板がロードロックチャンバ５１０を通してシステムに入れられ、それから、その基板は、基板上にｐ型シリコン層を堆積するように構成された処理チャンバ５３１内へと、真空ロボット５２２により移送され、処理チャンバ５３１においてｐ型層を堆積後、基板は、真性型シリコン層及びｎ型シリコン層の両方を堆積するように構成された別の処理チャンバ５３１内へと真空ロボット５２２により移送され、それから、真性型層及びｎ型層を堆積後、基板は、ロードロックチャンバ５１０へ戻され、その後、基板は、システムから取り出される。連続した一連の基板を、ロードしていき、ｐ型層を堆積するように適応された処理チャンバから真空ロボットにより移動させて、ｉ-ｎ層を形成するため、少なくとも１つの次の処理チャンバへと、それら基板の各々を移送させていくことができる。１つの実施形態において、第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０は、１つのシステム５００において形成され、第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０は、別のシステム５００において形成される。ある場合には、異なるシステムにおける第１のｐ-ｉ-ｎ接合１２０及び第２のｐ-ｉ-ｎ接合１３０の形成の間で、真空破壊又は周囲大気条件（例えば、空気）に対する露出が生ずることがある。
[0039]２チャンバ処理構成では、同じものを生成するための専用のチャンバの各々においてｉ-ｎ層の堆積の後に、その処理を繰り返すことができる。しかしながら、その後の基板に形成される真性層へコンタミネーションが入り込むことを排除するため、ｉ-ｎ層を生成するための専用のチャンバの各々においてシーズニング処理のような洗浄処理をある所望の間隔において行うと、処理シーケンスのデバイス歩留りを改善することができることが見出されている。シーズニング処理は、一般的には、処理チャンバ部分から前の堆積物質を除去するために使用される１つ以上のステップと、ここに説明された実施形態の１つによる、説明されたように処理チャンバ部分上に物質を堆積するために使用される１つ以上のステップと、を含むことができる。使用することのできるシーズニング処理及び太陽電池処理シーケンスの実施例は、更に、２００８年７月９日に出願された米国特許出願第１２／１７０，３８７号（代理人管理番号＃ＡＰＰＭ １１７１０）明細書に開示されており、その明細書の記載はここに援用される。
[0040]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。
１００…太陽電池、１０１…光又は太陽放射線、１０２…基板、１１０…第１の透明な導電酸化物（ＴＣＯ）層、１２０…第１のｐ-ｉ-ｎ接合、１２２…ｐドープ型シリコン層、１２４…真性シリコン層、１２５Ａ…ｎドープ型アモルファスシリコン層、１２５Ｂ…ｎ型微結晶層、１２６…ｎドープ型シリコン層、１３０…第２のｐ-ｉ-ｎ接合、１３２…ｐドープ型シリコン層、１３４…真性シリコン層、１３６…ｎドープ型シリコン層、１４０…第２のＴＣＯ層、１５０…金属裏打ち層、４００…プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、４０２…壁部、４０４…底部、４０６…処理容積、４０８…弁、４０９…真空ポンプ、４１０…シャワーヘッド、４１１…孔、４１２…バッキングプレート、４１４…サスペンション、４１５…中央支持体、４１６…中央支持体、４２０…ガス源、４２２…高周波電力源、４２４…リモートプラズマ源、４３０…基板支持体、４３１…接地ストラップ、４３２…基板受け表面、４３３…シャドウフロム、４３４…ステム、４３６…リフトステム、４３８…リフトピン、４３９…加熱及び／又は冷却素子、５００…処理システム、５１０…ロードロックチャンバ、５２０…移送チャンバ、５２２…真空ロボット、５３１…処理チャンバ

Claims (13)

  1. 薄膜太陽電池を形成する方法において、
    基板をプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ移送するステップと、
    上記基板の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積するステップと、
    上記基板上に堆積された上記ｎドープ型アモルファスシリコン層に対してプラズマ処置を与えるステップと、
    上記ｎドープ型アモルファスシリコン層の上にｎドープ型微結晶シリコン層を堆積するステップと、
    上記チャンバから上記基板を取り出すステップと、
    を含む方法。
  2. 上記プラズマ処置を与えるステップは、水素ガスを使用してプラズマを生成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップを更に含み、上記ｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップは、
    上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐドープ型微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型シリコン層の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型微結晶シリコン層と上記ｎドープ型アモルファスシリコン層との間に真性微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 上記真性微結晶シリコン層は、約１０００Åより大きい厚さを有する、請求項３に記載の方法。
  5. 上記ｐドープ型微結晶層は、上記堆積されたｎドープ型微結晶シリコン層の表面上に堆積される、請求項３に記載の方法。
  6. 薄膜太陽電池を形成する方法において、
    第１のシステムに配置された第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ基板を移送するステップと、
    上記第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバにおいて上記基板の表面の上にｐドープ型シリコン層を堆積するステップと、
    上記第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバから、上記第１のシステムに配置された第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ基板を移送するステップと、
    上記第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバにおいて上記ｐドープ型シリコン層の上に真性アモルファスシリコン層を堆積するステップと、
    上記真性アモルファスシリコン層の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積するステップと、
    プラズマ処置に対して上記ｎドープ型アモルファスシリコン層を曝すステップと、
    上記ｎドープ型アモルファスシリコン層の上にｎドープ型微結晶シリコン層を堆積するステップと、
    上記第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバから上記基板を取り出すステップと、を含む方法。
  7. 上記プラズマ処置に対して上記ｎドープ型アモルファスシリコン層を曝すステップは、水素ガスを使用してプラズマを生成する段階を含む、請求項６に記載の方法。
  8. 上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップを更に含み、上記ｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップは、
    上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐドープ型微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型シリコン層の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型微結晶シリコン層と上記ｎドープ型アモルファスシリコン層との間に真性微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    を含む、請求項６に記載の方法。
  9. 上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐドープ型微結晶シリコン層を堆積する前に、上記第１のシステムにおける上記第２のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバから第２のシステムに配置された第１のプラズマ増強型化学気相堆積チャンバへ上記基板を移送するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
  10. 薄膜太陽電池を形成する方法において、
    透明な基板の表面の上にアモルファスシリコン層を堆積するステップと、
    上記透明な基板上に堆積された上記アモルファスシリコン層に対してプラズマ処置を与えるステップと、
    上記アモルファスシリコン層の上に微結晶シリコン層を堆積するステップと、
    を含む方法。
  11. 上記プラズマ処置を与えるステップは、水素、ヘリウム、アルゴン及び二酸化炭素からなる群から選択されたガスを与える段階を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 上記微結晶シリコン層の上にｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップを更に含み、上記ｐ-ｉ-ｎ接合を形成するステップは、
    上記ｎドープ型微結晶シリコン層の上にｐドープ型微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型シリコン層の上にｎドープ型アモルファスシリコン層を堆積する段階と、
    上記ｐドープ型微結晶シリコン層と上記ｎドープ型アモルファスシリコン層との間に真性微結晶シリコン層を堆積する段階と、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 上記アモルファスシリコン層を堆積する前に、上記透明な基板の上記表面の上に透明な導電酸化物層を堆積するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
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