JP2000236105A - 薄膜太陽電池の製造方法および装置 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法および装置Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 開放電圧、曲線因子、直列抵抗などの電池特
性不良が生じない薄膜太陽電池の製造方法および装置を
提供する。 【解決手段】 透明電極層形成後に、電池特性の不良防
止を図るための所定の条件で熱処理を行う。上記実施装
置としては、真空槽の共通室２８１内部に、基板２０１
の巻出し用のコアー２８２を有するアンワインダー室２
９０と、金属電極層，光電変換層及び透明電極層形成用
の複数個の独立した処理空間としてなる成膜室２８０
と、巻取り用のコアー２８３を有するワインダー室２９
１とを備えたステッピングロール方式の製造装置におい
て、前記透明電極層形成用の成膜室の後段に、加熱処理
室２８２を備える。加熱処理室は、函状の下部室３０１
と上部室３００とを対向配置し，前記成膜室と同様に独
立した処理空間としてなるものとし、ヒータを内蔵した
加熱体３０２を透明電極層に接触可能に配置する。
性不良が生じない薄膜太陽電池の製造方法および装置を
提供する。 【解決手段】 透明電極層形成後に、電池特性の不良防
止を図るための所定の条件で熱処理を行う。上記実施装
置としては、真空槽の共通室２８１内部に、基板２０１
の巻出し用のコアー２８２を有するアンワインダー室２
９０と、金属電極層，光電変換層及び透明電極層形成用
の複数個の独立した処理空間としてなる成膜室２８０
と、巻取り用のコアー２８３を有するワインダー室２９
１とを備えたステッピングロール方式の製造装置におい
て、前記透明電極層形成用の成膜室の後段に、加熱処理
室２８２を備える。加熱処理室は、函状の下部室３０１
と上部室３００とを対向配置し，前記成膜室と同様に独
立した処理空間としてなるものとし、ヒータを内蔵した
加熱体３０２を透明電極層に接触可能に配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜太陽電池の
製造方法および装置に関する。
製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。
【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられる。
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられる。
【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイ
プの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式またはステ
ッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能と
なった。
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイ
プの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式またはステ
ッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能と
なった。
【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に金属電極層、薄膜半導体層か
らなる光電変換層および透明電極層が積層されてなる光
電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある
光電変換素子の金属電極と隣接する光電変換素子の透明
電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最
初の光電変換素子の金属電極と最後の光電変換素子の透
明電極とに必要な電圧を出力させることができる。例え
ば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１
００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１０
０Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直
列接続される。
気絶縁性フィルム基板上に金属電極層、薄膜半導体層か
らなる光電変換層および透明電極層が積層されてなる光
電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある
光電変換素子の金属電極と隣接する光電変換素子の透明
電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最
初の光電変換素子の金属電極と最後の光電変換素子の透
明電極とに必要な電圧を出力させることができる。例え
ば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１
００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１０
０Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直
列接続される。
【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法は、例えば特願平９−３７
２０７号に記載されている。
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法は、例えば特願平９−３７
２０７号に記載されている。
【０００７】上記特許出願明細書に記載された薄膜太陽
電池は、電気的直列接続を容易にしするために、基板の
裏面にも電極層を形成した例であるが、基板の表面の片
面のみに太陽電池薄膜層を形成したものも一般的に使用
されている。この種の薄膜太陽電池の構成概念図を、図
２に示す。図２（ａ）は、単接合型薄膜太陽電池を、図
２（ｂ）は、２段接合型薄膜太陽電池を示す。
電池は、電気的直列接続を容易にしするために、基板の
裏面にも電極層を形成した例であるが、基板の表面の片
面のみに太陽電池薄膜層を形成したものも一般的に使用
されている。この種の薄膜太陽電池の構成概念図を、図
２に示す。図２（ａ）は、単接合型薄膜太陽電池を、図
２（ｂ）は、２段接合型薄膜太陽電池を示す。
【０００８】図２において、可撓性基板１０１上には、
金属電極層１０２、光電変換層となるａ−Ｓｉ層、透明
電極層１０６が順次形成される。ａ−Ｓｉ層は単接合型
の場合、ｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１０５から構成
される。また、２段接合型では、ｎ層１０３、ｉ層１０
４、ｐ層１０５、ｎ層１０７、ｉ層１０８、ｐ層１０９
から構成される。例えば、ｎ−ｉ−ｐ単接合の薄膜光電
変換素子を形成する際には、金属電極層が形成された可
撓性基板上へ光電変換層となるａ−Ｓｉ層のｎ層、ｉ
層、ｐ層を順次形成し、その後、透明電極層を形成す
る。
金属電極層１０２、光電変換層となるａ−Ｓｉ層、透明
電極層１０６が順次形成される。ａ−Ｓｉ層は単接合型
の場合、ｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１０５から構成
される。また、２段接合型では、ｎ層１０３、ｉ層１０
４、ｐ層１０５、ｎ層１０７、ｉ層１０８、ｐ層１０９
から構成される。例えば、ｎ−ｉ−ｐ単接合の薄膜光電
変換素子を形成する際には、金属電極層が形成された可
撓性基板上へ光電変換層となるａ−Ｓｉ層のｎ層、ｉ
層、ｐ層を順次形成し、その後、透明電極層を形成す
る。
【０００９】この薄膜太陽電池の製造方法としては、前
述のように、ロールツーロール方式またはステッピング
ロール方式がある。両方式共に、複数のロールによる基
板搬送手段を備え、前者は各成膜室内を連続的に移動す
る基板上に連続的に成膜する方式であり、後者は各成膜
室内で同時に停止させた基板上に成膜し，成膜の終わっ
た基板部分を次の成膜室へ送り出す方式を採用してい
る。
述のように、ロールツーロール方式またはステッピング
ロール方式がある。両方式共に、複数のロールによる基
板搬送手段を備え、前者は各成膜室内を連続的に移動す
る基板上に連続的に成膜する方式であり、後者は各成膜
室内で同時に停止させた基板上に成膜し，成膜の終わっ
た基板部分を次の成膜室へ送り出す方式を採用してい
る。
【００１０】ステッピングロール方式の成膜装置は、隣
接する成膜室間のガス相互拡散を防止できることから各
薄膜の特性が安定して得られるなどの点で優れており、
その装置の構成は、例えば、特開平6-292349号公報や特
開平8-250431号公報に記載されている。
接する成膜室間のガス相互拡散を防止できることから各
薄膜の特性が安定して得られるなどの点で優れており、
その装置の構成は、例えば、特開平6-292349号公報や特
開平8-250431号公報に記載されている。
【００１１】図３に、共通真空室内に成膜室を複数有す
るステッピングロール成膜方式の薄膜製造装置の構成の
概略を示す。図３に示す装置は、可撓性基板の巻出し用
アンワインダー室２９０と、金属電極層，光電変換層お
よび透明電極層形成用の複数個の独立した処理空間とし
てなる成膜室２８０と、巻取り用ワインダー室２９１と
を備え、基板２０１はコア２８２から捲き出されコア２
８３にまきとられる間に、複数の成膜室２８０で成膜さ
れるように構成されている。共通室２８１は複数の成膜
室２８０を内部に収めている。
るステッピングロール成膜方式の薄膜製造装置の構成の
概略を示す。図３に示す装置は、可撓性基板の巻出し用
アンワインダー室２９０と、金属電極層，光電変換層お
よび透明電極層形成用の複数個の独立した処理空間とし
てなる成膜室２８０と、巻取り用ワインダー室２９１と
を備え、基板２０１はコア２８２から捲き出されコア２
８３にまきとられる間に、複数の成膜室２８０で成膜さ
れるように構成されている。共通室２８１は複数の成膜
室２８０を内部に収めている。
【００１２】成膜室ではスパッタ成膜またはプラズマ化
学気相成長法（以下プラズマＣＶＤ法と記す）により成
膜が行われる。例えば、プラズマＣＶＤ法により成膜す
るステッピングロール方式では、成膜室開放−基板１フ
レーム移動−成膜室封止−原料ガス導入−圧力制御−放
電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−成膜室開
放からなる操作が繰り返される。
学気相成長法（以下プラズマＣＶＤ法と記す）により成
膜が行われる。例えば、プラズマＣＶＤ法により成膜す
るステッピングロール方式では、成膜室開放−基板１フ
レーム移動−成膜室封止−原料ガス導入−圧力制御−放
電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−成膜室開
放からなる操作が繰り返される。
【００１３】図４に、前記特開平8-250431号公報に記載
された成膜室の概略構造の一例を示す。図４（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ、成膜室の開放時および封止時の概略
断面図を示す。断続的に搬送されてくる可撓性基板１の
上下に函状の下部成膜室壁体２１と上部成膜室壁体２２
とを対向配置し、成膜室の封止時には、下部成膜室と上
部成膜室からなる独立した処理空間を構成するようにな
っている。この例においては、下部成膜室は電源４に接
続された高電圧電極３１を備え、上部成膜室は、ヒータ
３３を内蔵した接地電極３２を備える。
された成膜室の概略構造の一例を示す。図４（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ、成膜室の開放時および封止時の概略
断面図を示す。断続的に搬送されてくる可撓性基板１の
上下に函状の下部成膜室壁体２１と上部成膜室壁体２２
とを対向配置し、成膜室の封止時には、下部成膜室と上
部成膜室からなる独立した処理空間を構成するようにな
っている。この例においては、下部成膜室は電源４に接
続された高電圧電極３１を備え、上部成膜室は、ヒータ
３３を内蔵した接地電極３２を備える。
【００１４】成膜時には、図４（ｂ）に示すように、上
部成膜室壁体２２が下降し、接地電極３２が基板１を抑
えて下部成膜室壁体２１の開口側端面に取付けられたシ
ール材５に接触させる。これにより、下部成膜室壁体２
１と基板１とから、排気管６１に連通する気密に密閉さ
れた成膜空間６を形成する。上記のような成膜室におい
て、高電圧電極３１へ高周波電圧を印加することによ
り、プラズマを成膜空間６に発生させ、図示しない導入
管から導入された原料ガスを分解して基板１上に膜を形
成することができる。
部成膜室壁体２２が下降し、接地電極３２が基板１を抑
えて下部成膜室壁体２１の開口側端面に取付けられたシ
ール材５に接触させる。これにより、下部成膜室壁体２
１と基板１とから、排気管６１に連通する気密に密閉さ
れた成膜空間６を形成する。上記のような成膜室におい
て、高電圧電極３１へ高周波電圧を印加することによ
り、プラズマを成膜空間６に発生させ、図示しない導入
管から導入された原料ガスを分解して基板１上に膜を形
成することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
にして薄膜太陽電池を形成した場合、太陽電池の電流−
電圧特性（以下、単に電池特性という。）に関し、不良
が発生する問題があった。具体的な数値に関しては、本
件発明と比較して後述するが、電池特性において、開放
電圧、曲線因子などが低下し、直列抵抗が大きくなるな
どの不良が発生する問題があった。この不良は、基板と
して例えば厚さ１．８ｍｍのガラス基板を用いた厚膜太
陽電池の場合には発生せず、この問題は基板として比較
的薄い可撓性基板を用いる薄膜太陽電池の製造における
固有の問題である。
にして薄膜太陽電池を形成した場合、太陽電池の電流−
電圧特性（以下、単に電池特性という。）に関し、不良
が発生する問題があった。具体的な数値に関しては、本
件発明と比較して後述するが、電池特性において、開放
電圧、曲線因子などが低下し、直列抵抗が大きくなるな
どの不良が発生する問題があった。この不良は、基板と
して例えば厚さ１．８ｍｍのガラス基板を用いた厚膜太
陽電池の場合には発生せず、この問題は基板として比較
的薄い可撓性基板を用いる薄膜太陽電池の製造における
固有の問題である。
【００１６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、開放電圧、
曲線因子、直列抵抗などの電池特性不良が生じない薄膜
太陽電池の製造方法および装置を提供することにある。
るためになされたもので、本発明の課題は、開放電圧、
曲線因子、直列抵抗などの電池特性不良が生じない薄膜
太陽電池の製造方法および装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前述の問題を解決するた
め、この発明は、電気絶縁性を有する可撓性基板上に、
金属電極層，光電変換層および透明電極層を順次重ねて
形成してなる薄膜太陽電池の製造方法において、前記透
明電極層形成後に、電池特性の不良防止（初期不良防
止）を図るための所定の条件（所定の熱処理温度および
熱処理時間）で熱処理を行うこととする（請求項１，
８）。上記熱処理条件としては、熱処理温度を１２０℃
〜２１０℃とする（請求項２）、また、熱処理時間を３
分以上とする（請求項３）、好ましくは５分以上とする
（請求項４）。
め、この発明は、電気絶縁性を有する可撓性基板上に、
金属電極層，光電変換層および透明電極層を順次重ねて
形成してなる薄膜太陽電池の製造方法において、前記透
明電極層形成後に、電池特性の不良防止（初期不良防
止）を図るための所定の条件（所定の熱処理温度および
熱処理時間）で熱処理を行うこととする（請求項１，
８）。上記熱処理条件としては、熱処理温度を１２０℃
〜２１０℃とする（請求項２）、また、熱処理時間を３
分以上とする（請求項３）、好ましくは５分以上とする
（請求項４）。
【００１８】上記熱処理により、開放電圧、曲線因子、
直列抵抗などの電池特性不良の発生が防止できる。その
理由は、下記のとおりと推測される。前述のガラスを基
板とする太陽電池の場合には、基板の熱容量が本発明の
対象とする薄膜太陽電池に比べて十分大きいため、透明
電極層形成後に成膜室から取り出されたり、透明電極層
形成装置が大気開放されても太陽電池素子が急激に冷却
されることがないため、電池特性不良の発生がないと考
えられる。
直列抵抗などの電池特性不良の発生が防止できる。その
理由は、下記のとおりと推測される。前述のガラスを基
板とする太陽電池の場合には、基板の熱容量が本発明の
対象とする薄膜太陽電池に比べて十分大きいため、透明
電極層形成後に成膜室から取り出されたり、透明電極層
形成装置が大気開放されても太陽電池素子が急激に冷却
されることがないため、電池特性不良の発生がないと考
えられる。
【００１９】薄膜太陽電池の場合には、基板の熱容量が
非常に小さいため、透明電極形成後にヒーターから離さ
れたり、基板が搬送されたり、あるいは、基板がロール
に接触すると急激に温度が低下する。このため、透明電
極層とｐ層とのコンタクト不良が発生したのではないか
と考えられる。透明電極形成後に基板温度は一旦低下す
るものの、再度加熱処理されることにより、透明電極層
とｐ層とのコンタクト不良が改善され，正常な電池特性
を示すようになるものと考えられる。
非常に小さいため、透明電極形成後にヒーターから離さ
れたり、基板が搬送されたり、あるいは、基板がロール
に接触すると急激に温度が低下する。このため、透明電
極層とｐ層とのコンタクト不良が発生したのではないか
と考えられる。透明電極形成後に基板温度は一旦低下す
るものの、再度加熱処理されることにより、透明電極層
とｐ層とのコンタクト不良が改善され，正常な電池特性
を示すようになるものと考えられる。
【００２０】上記方法を実施するための装置としては、
一つの真空槽からなる共通室の内部に、電気絶縁性を有
する可撓性基板の巻出し用アンワインダー室と、金属電
極層，光電変換層および透明電極層形成用の複数個の独
立した処理空間としてなる成膜室と、巻取り用ワインダ
ー室とを備えたステッピングロール方式の薄膜太陽電池
の製造装置において、前記透明電極層形成用の成膜室の
後段に、電池特性の不良防止を図るための所定の条件で
熱処理を行うための加熱処理室を備えたものとする（請
求項５）。
一つの真空槽からなる共通室の内部に、電気絶縁性を有
する可撓性基板の巻出し用アンワインダー室と、金属電
極層，光電変換層および透明電極層形成用の複数個の独
立した処理空間としてなる成膜室と、巻取り用ワインダ
ー室とを備えたステッピングロール方式の薄膜太陽電池
の製造装置において、前記透明電極層形成用の成膜室の
後段に、電池特性の不良防止を図るための所定の条件で
熱処理を行うための加熱処理室を備えたものとする（請
求項５）。
【００２１】また、上記装置において、加熱処理室は、
断続的に搬送されてくる成膜された基板の上下（または
左右）に函状の下部室と上部室と（または左右の処理
室）に対向配置され，前記成膜室と同様に独立した処理
空間としてなるものとし、前記下部室と上部室（または
左右の処理室）のいずれか一方の室には、ヒータを内蔵
した加熱体が透明電極層に接触可能に配置されたものと
する（請求項６）。
断続的に搬送されてくる成膜された基板の上下（または
左右）に函状の下部室と上部室と（または左右の処理
室）に対向配置され，前記成膜室と同様に独立した処理
空間としてなるものとし、前記下部室と上部室（または
左右の処理室）のいずれか一方の室には、ヒータを内蔵
した加熱体が透明電極層に接触可能に配置されたものと
する（請求項６）。
【００２２】さらに、上記装置において、加熱処理室に
おける熱処理温度は、１２０℃〜２１０℃とし、熱処理
時間は３分以上の熱処理が可能なものとする（請求項
７）。
おける熱処理温度は、１２０℃〜２１０℃とし、熱処理
時間は３分以上の熱処理が可能なものとする（請求項
７）。
【００２３】上記装置を用いて、成膜と熱処理を一つの
装置で連続的に行うことにより、品質の安定化と量産性
の向上を図ることができる。
装置で連続的に行うことにより、品質の安定化と量産性
の向上を図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。
態について以下に述べる。
【００２５】まず、本発明の製造装置の実施例につい
て、図１により説明する。図１の製造装置は、共通室２
８１の内部に、基板２０１の巻出し用のコアー２８２を
有するアンワインダー室２９０と、金属電極層，光電変
換層および透明電極層形成用の複数個の独立した処理空
間としてなる成膜室２８０と、巻取り用のコアー２８３
を有するワインダー室２９１とを備えたステッピングロ
ール方式の薄膜太陽電池の製造装置であり、前記透明電
極層形成用の成膜室の後段に、加熱処理室２８２を備え
る。
て、図１により説明する。図１の製造装置は、共通室２
８１の内部に、基板２０１の巻出し用のコアー２８２を
有するアンワインダー室２９０と、金属電極層，光電変
換層および透明電極層形成用の複数個の独立した処理空
間としてなる成膜室２８０と、巻取り用のコアー２８３
を有するワインダー室２９１とを備えたステッピングロ
ール方式の薄膜太陽電池の製造装置であり、前記透明電
極層形成用の成膜室の後段に、加熱処理室２８２を備え
る。
【００２６】加熱処理室２８２は、函状の下部室３０１
と上部室３００とを対向配置して，前記成膜室と同様に
独立した処理空間としてなるものとし、この実施例にお
いては、ヒータを内蔵した加熱体３０２を透明電極層に
接触可能に配置している。
と上部室３００とを対向配置して，前記成膜室と同様に
独立した処理空間としてなるものとし、この実施例にお
いては、ヒータを内蔵した加熱体３０２を透明電極層に
接触可能に配置している。
【００２７】なお、上記の各処理室は、前述のように上
下に対向配置せず、左右に対向配置することも可能であ
る。
下に対向配置せず、左右に対向配置することも可能であ
る。
【００２８】次に、前記製造装置を用いて形成した薄膜
太陽電池の実施例について述べる。薄膜太陽電池の構成
は、前述の図２（ａ）に示すもので、可撓性基板上１０
１に金属電極層１０２、ａ−Ｓｉ層のｎ層１０３、ｉ層
１０４、ｐ層１０５、最後に透明電極層１０６を順次積
層したものである。透明電極層にはＩＴＯを適用した。
太陽電池の実施例について述べる。薄膜太陽電池の構成
は、前述の図２（ａ）に示すもので、可撓性基板上１０
１に金属電極層１０２、ａ−Ｓｉ層のｎ層１０３、ｉ層
１０４、ｐ層１０５、最後に透明電極層１０６を順次積
層したものである。透明電極層にはＩＴＯを適用した。
【００２９】基板には耐熱性に優れる可撓性絶縁性高分
子基板を用いた。これらには、ポリイミド、アラミドな
どの種類があり、本発明ではポリイミド基板を用いた。
基板の幅は約500mm、厚さ50μm、長さ約300mである。本
基板に金属電極層１０２を形成した。形成法はＤＣスパ
ッタリング法を用いた。金属電極層はＡｇ、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ等の単体層や、これらのいくつか
の合金、あるいは積層膜により構成される。金属電極層
の厚さは、50nmから1000nmが適当である。また、金属電
極層形成前に基板を加熱処理したり、Ａｒ、酸素等の雰
囲気のプラズマにさらすプラズマ処理を行うことは、基
板の表面に吸着した水、二酸化炭素、また、基板のイミ
ド結合間に吸湿された水やその他の不純物を取り除くこ
とに有効である。また、金属電極層と基板の付着力の向
上にも有効である。こうして作製された金属電極層付き
基板は、図１に示される製造装置のコア２８２および２
８３に取り付けられ、3×10-3Paまで真空引きされ成膜
が開始される。
子基板を用いた。これらには、ポリイミド、アラミドな
どの種類があり、本発明ではポリイミド基板を用いた。
基板の幅は約500mm、厚さ50μm、長さ約300mである。本
基板に金属電極層１０２を形成した。形成法はＤＣスパ
ッタリング法を用いた。金属電極層はＡｇ、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ等の単体層や、これらのいくつか
の合金、あるいは積層膜により構成される。金属電極層
の厚さは、50nmから1000nmが適当である。また、金属電
極層形成前に基板を加熱処理したり、Ａｒ、酸素等の雰
囲気のプラズマにさらすプラズマ処理を行うことは、基
板の表面に吸着した水、二酸化炭素、また、基板のイミ
ド結合間に吸湿された水やその他の不純物を取り除くこ
とに有効である。また、金属電極層と基板の付着力の向
上にも有効である。こうして作製された金属電極層付き
基板は、図１に示される製造装置のコア２８２および２
８３に取り付けられ、3×10-3Paまで真空引きされ成膜
が開始される。
【００３０】太陽電池素子の各層は各々の成膜条件によ
り形成されるが、以下、ｉ型のａ−Ｓｉ層を形成するＣ
ＶＤ室、および、透明電極層を形成するスパッタ室を例
に挙げ、詳細に形成方法を述べる。
り形成されるが、以下、ｉ型のａ−Ｓｉ層を形成するＣ
ＶＤ室、および、透明電極層を形成するスパッタ室を例
に挙げ、詳細に形成方法を述べる。
【００３１】ｉ型ａ−Ｓｉ層の形成に際しては、隣接す
る成膜室（ＣＶＤ室）であらかじめ基板上にｎ型ａ−Ｓ
ｉ層が形成された部分が搬送されて、ｉ型ａ−Ｓｉ層を
形成する成膜室（ＣＶＤ室）に位置合わせし、成膜室を
封止する。この状態では、共通室、あるいは、他のＣＶ
Ｄ室、スパッタ室とは完全に分離されている。この状態
で高真空排気用ポンプにより1×10-3Paまで真空引きを
行った。その後、原料ガスとなるＳｉＨ4とＨ2が１：１
に混合されたガスをバルブを開けて反応室内に導入し、
成膜排気用ポンプ、圧力コントロールバルブを用いて成
膜圧力に調整した。次に、高周波電力を電極間に印加
し、成膜を行った。所定の成膜時間終了後、高周波電力
の印加の停止、原料ガスの供給を停止し、圧力コントロ
ールバルブを全開にして原料ガスを排気した。その後、
高真空排気用ポンプで1×10-3Paまで真空引きした。そ
して次のp型ａ−Ｓｉ層を形成するために、成膜室を開
放し、基板を1フレーム分搬送した。
る成膜室（ＣＶＤ室）であらかじめ基板上にｎ型ａ−Ｓ
ｉ層が形成された部分が搬送されて、ｉ型ａ−Ｓｉ層を
形成する成膜室（ＣＶＤ室）に位置合わせし、成膜室を
封止する。この状態では、共通室、あるいは、他のＣＶ
Ｄ室、スパッタ室とは完全に分離されている。この状態
で高真空排気用ポンプにより1×10-3Paまで真空引きを
行った。その後、原料ガスとなるＳｉＨ4とＨ2が１：１
に混合されたガスをバルブを開けて反応室内に導入し、
成膜排気用ポンプ、圧力コントロールバルブを用いて成
膜圧力に調整した。次に、高周波電力を電極間に印加
し、成膜を行った。所定の成膜時間終了後、高周波電力
の印加の停止、原料ガスの供給を停止し、圧力コントロ
ールバルブを全開にして原料ガスを排気した。その後、
高真空排気用ポンプで1×10-3Paまで真空引きした。そ
して次のp型ａ−Ｓｉ層を形成するために、成膜室を開
放し、基板を1フレーム分搬送した。
【００３２】透明電極層の形成に際しては、隣接するＣ
ＶＤ室であらかじめ基板上にｎ層、ｉ層、ｐ層が形成さ
れた部分が搬送されて、透明電極層を形成する成膜室
（スパッタ室）に位置合わせし、成膜室を封止する。こ
の状態では、共通室、あるいは、ＣＶＤ室、その他のス
パッタ室とは完全に分離されている。この状態で高真空
排気用ポンプにより2×10-4Paまで真空引きを行った。
その後、スパッタガスとなるＡｒガスを反応室内に導入
し、圧力コントロールバルブを用いて成膜圧力に調整し
た。次に、高周波電力を電極間に印加し、成膜を行っ
た。所定の成膜時間終了後、高周波電力の印加の停止、
スパッタガスの供給を停止し、圧力コントロールバルブ
を全開にしてスパッタガスを排気した。その後、2×10
-4Paまで真空引きした。
ＶＤ室であらかじめ基板上にｎ層、ｉ層、ｐ層が形成さ
れた部分が搬送されて、透明電極層を形成する成膜室
（スパッタ室）に位置合わせし、成膜室を封止する。こ
の状態では、共通室、あるいは、ＣＶＤ室、その他のス
パッタ室とは完全に分離されている。この状態で高真空
排気用ポンプにより2×10-4Paまで真空引きを行った。
その後、スパッタガスとなるＡｒガスを反応室内に導入
し、圧力コントロールバルブを用いて成膜圧力に調整し
た。次に、高周波電力を電極間に印加し、成膜を行っ
た。所定の成膜時間終了後、高周波電力の印加の停止、
スパッタガスの供給を停止し、圧力コントロールバルブ
を全開にしてスパッタガスを排気した。その後、2×10
-4Paまで真空引きした。
【００３３】ｎ層、ｐ層の形成についても、上述のｉ層
形成方法と同様であり、原料ガス、ヒーター温度等の成
膜条件が異なるだけである。各層の成膜条件を表１に示
す。
形成方法と同様であり、原料ガス、ヒーター温度等の成
膜条件が異なるだけである。各層の成膜条件を表１に示
す。
【００３４】
【表１】 ところで、透明電極層まで形成された基板は、従来であ
れば、巻取り用のコア２８３に順次そのまま巻き取られ
るが、この発明の実施例では、透明電極層形成後ひき続
き、加熱処理室２８２において加熱処理を行う。以下
に、加熱処理条件を種々かえて、電池特性に関して比較
実験した結果の一例を、加熱処理なしの場合とも比較し
て述べる。電池特性は、有効成膜領域４０ｃｍ×８０ｃ
ｍ面内の１０個程度の１ｃｍ2小面積電池特性の平均で
評価した。その結果を表２に示す。
れば、巻取り用のコア２８３に順次そのまま巻き取られ
るが、この発明の実施例では、透明電極層形成後ひき続
き、加熱処理室２８２において加熱処理を行う。以下
に、加熱処理条件を種々かえて、電池特性に関して比較
実験した結果の一例を、加熱処理なしの場合とも比較し
て述べる。電池特性は、有効成膜領域４０ｃｍ×８０ｃ
ｍ面内の１０個程度の１ｃｍ2小面積電池特性の平均で
評価した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】 表２における作製条件（加熱処理条件）〜は、下記
のとおりである。
のとおりである。
【００３６】加熱処理なし（従来の方法，比較例） 加熱処理（１２０℃，１時間，図１の加熱処理室以外
の加熱装置で大気中） 加熱処理（１５０℃，２０分，図１の加熱処理室で加
熱体を透明電極層に接触した状態で加熱処理） 電池特性は、条件の場合、開放電圧0.835Vと通常のａ
−Ｓｉのシングル接合太陽電池の開放電圧よりもかなり
低かった。また、曲線因子が低く、直列抵抗も高かっ
た。条件の場合は、作製した太陽電池素子を大気雰囲
気120℃で１時間熱処理した。その結果は、開放電圧が
0.872Vに向上し、曲線因子も0.638に向上した。また、
直列抵抗も8.07Ωと低減し、その結果変換効率が約10%
向上した。
の加熱装置で大気中） 加熱処理（１５０℃，２０分，図１の加熱処理室で加
熱体を透明電極層に接触した状態で加熱処理） 電池特性は、条件の場合、開放電圧0.835Vと通常のａ
−Ｓｉのシングル接合太陽電池の開放電圧よりもかなり
低かった。また、曲線因子が低く、直列抵抗も高かっ
た。条件の場合は、作製した太陽電池素子を大気雰囲
気120℃で１時間熱処理した。その結果は、開放電圧が
0.872Vに向上し、曲線因子も0.638に向上した。また、
直列抵抗も8.07Ωと低減し、その結果変換効率が約10%
向上した。
【００３７】条件の場合は、透明電極層形成後、図１
の加熱処理室２８２に基板を搬送し、加熱処理室を封止
して、加熱処理した。処理温度は150℃で加熱体３０２
と基板２０１の透明電極層は接触している。圧力は2×1
0-4Paである。この状態で20分間保持した後、加熱処理
室２８２を開放して、基板を巻き取りコア２８３へ巻き
取った。この条件で作製された電池特性は表２に示す
ように、開放電圧0.877Vと正常なａ−Ｓｉのシングル接
合太陽電池と同程度の値であった。また、その他の電池
特性も正常な値であった。
の加熱処理室２８２に基板を搬送し、加熱処理室を封止
して、加熱処理した。処理温度は150℃で加熱体３０２
と基板２０１の透明電極層は接触している。圧力は2×1
0-4Paである。この状態で20分間保持した後、加熱処理
室２８２を開放して、基板を巻き取りコア２８３へ巻き
取った。この条件で作製された電池特性は表２に示す
ように、開放電圧0.877Vと正常なａ−Ｓｉのシングル接
合太陽電池と同程度の値であった。また、その他の電池
特性も正常な値であった。
【００３８】なお、このような正常な電池特性を示す条
件の薄膜太陽電池素子に対して、上述した熱処理に加
えて、さらに別の加熱装置を用いて大気中で追加の加熱
をした場合の効果について調べた。追加の加熱処理前と
追加の加熱熱処理後の電池特性を、それぞれ表３の作成
条件とに示す。
件の薄膜太陽電池素子に対して、上述した熱処理に加
えて、さらに別の加熱装置を用いて大気中で追加の加熱
をした場合の効果について調べた。追加の加熱処理前と
追加の加熱熱処理後の電池特性を、それぞれ表３の作成
条件とに示す。
【００３９】
【表３】 熱処理条件は、大気雰囲気120℃で１時間である。表３
の結果によれば、追加の加熱熱処理前後で各電池特性の
値にほとんど変化はなく、大気雰囲気での追加の熱処理
の効果は特別ないことが分かった。従って、図１におけ
る加熱処理室２８２による成膜後の連続加熱処理のみで
十分であることが分かる。
の結果によれば、追加の加熱熱処理前後で各電池特性の
値にほとんど変化はなく、大気雰囲気での追加の熱処理
の効果は特別ないことが分かった。従って、図１におけ
る加熱処理室２８２による成膜後の連続加熱処理のみで
十分であることが分かる。
【００４０】次に、ヒーターに基板を接触させる時間を
変えた場合の電池特性がどうなるかについて調べた。時
間は、1分、3分、5分、10分、20分、40分である。１分
間加熱体に接触させた場合は、接触させない場合とほと
んど同じ電池特性を示し、特性改善はなかった。３分間
加熱体に接触させた場合は、接触させない場合に対して
開放電圧、曲線因子は改善されたものの、20分のものに
対しては低かった。また、直列抵抗についても完全には
回復しなかった。５分以上加熱体に接触させていたもの
については、前述の20分のものと同様の電池特性を示
し、加熱体に接触させる時間が５分以上で電池特性が完
全に回復することが分かった。
変えた場合の電池特性がどうなるかについて調べた。時
間は、1分、3分、5分、10分、20分、40分である。１分
間加熱体に接触させた場合は、接触させない場合とほと
んど同じ電池特性を示し、特性改善はなかった。３分間
加熱体に接触させた場合は、接触させない場合に対して
開放電圧、曲線因子は改善されたものの、20分のものに
対しては低かった。また、直列抵抗についても完全には
回復しなかった。５分以上加熱体に接触させていたもの
については、前述の20分のものと同様の電池特性を示
し、加熱体に接触させる時間が５分以上で電池特性が完
全に回復することが分かった。
【００４１】次に、加熱体の温度が、90℃、120℃、150
℃、180℃、210℃、240℃で熱処理を行った。90℃の場
合には、開放電圧、曲線因子、直列抵抗については若干
改善されたものの、正常な値には回復しなかった。120
℃〜210℃の場合には、開放電圧、曲線因子、直列抵抗
は正常値に回復した。また、240℃では、開放電圧、曲
線因子、直列抵抗については若干改善されたものの、正
常な値には回復しなかった。
℃、180℃、210℃、240℃で熱処理を行った。90℃の場
合には、開放電圧、曲線因子、直列抵抗については若干
改善されたものの、正常な値には回復しなかった。120
℃〜210℃の場合には、開放電圧、曲線因子、直列抵抗
は正常値に回復した。また、240℃では、開放電圧、曲
線因子、直列抵抗については若干改善されたものの、正
常な値には回復しなかった。
【００４２】
【発明の効果】この発明は、電気絶縁性を有する可撓性
基板上に、金属電極層，光電変換層および透明電極層を
順次重ねて形成してなる薄膜太陽電池の製造方法におい
て、前記透明電極層形成後に、電池特性の不良防止（初
期不良防止）を図るための所定の条件（所定の熱処理温
度および熱処理時間）で熱処理を行うこととする（請求
項１，８）、上記熱処理条件としては、熱処理温度を１
２０℃〜２１０℃とする（請求項２）、また、熱処理時
間を３分以上とする（請求項３）、好ましくは５分以上
とする（請求項４）ことにより、開放電圧、曲線因子、
直列抵抗などの電池特性不良の発生が防止できる。
基板上に、金属電極層，光電変換層および透明電極層を
順次重ねて形成してなる薄膜太陽電池の製造方法におい
て、前記透明電極層形成後に、電池特性の不良防止（初
期不良防止）を図るための所定の条件（所定の熱処理温
度および熱処理時間）で熱処理を行うこととする（請求
項１，８）、上記熱処理条件としては、熱処理温度を１
２０℃〜２１０℃とする（請求項２）、また、熱処理時
間を３分以上とする（請求項３）、好ましくは５分以上
とする（請求項４）ことにより、開放電圧、曲線因子、
直列抵抗などの電池特性不良の発生が防止できる。
【００４３】上記方法を実施するための装置としては、
一つの真空槽からなる共通室の内部に、可撓性基板の巻
出し用アンワインダー室と、金属電極層，光電変換層お
よび透明電極層形成用の複数個の独立した処理空間とし
てなる成膜室と、巻取り用ワインダー室とを備えたステ
ッピングロール方式の薄膜太陽電池の製造装置におい
て、前記透明電極層形成用の成膜室の後段に、電池特性
の不良防止を図るための所定の条件で熱処理を行うため
の加熱処理室を備えたものとする（請求項５）、また、
上記装置において、加熱処理室は、断続的に搬送されて
くる成膜された基板の上下（または左右）に函状の下部
室と上部室と（または左右の処理室）に対向配置され，
前記成膜室と同様に独立した処理空間としてなるものと
し、前記下部室と上部室（または左右の処理室）のいず
れか一方の室には、ヒータを内蔵した加熱体が透明電極
層に接触可能に配置されたものとする（請求項６）、さ
らに、上記装置において、加熱処理室における熱処理温
度は、１２０℃〜２１０℃とし、熱処理時間は３分以上
の熱処理が可能なものとする（請求項７）ことにより、
成膜と熱処理を一つの装置で連続的に行うことができ、
品質の安定化と量産性の向上を図ることができる。
一つの真空槽からなる共通室の内部に、可撓性基板の巻
出し用アンワインダー室と、金属電極層，光電変換層お
よび透明電極層形成用の複数個の独立した処理空間とし
てなる成膜室と、巻取り用ワインダー室とを備えたステ
ッピングロール方式の薄膜太陽電池の製造装置におい
て、前記透明電極層形成用の成膜室の後段に、電池特性
の不良防止を図るための所定の条件で熱処理を行うため
の加熱処理室を備えたものとする（請求項５）、また、
上記装置において、加熱処理室は、断続的に搬送されて
くる成膜された基板の上下（または左右）に函状の下部
室と上部室と（または左右の処理室）に対向配置され，
前記成膜室と同様に独立した処理空間としてなるものと
し、前記下部室と上部室（または左右の処理室）のいず
れか一方の室には、ヒータを内蔵した加熱体が透明電極
層に接触可能に配置されたものとする（請求項６）、さ
らに、上記装置において、加熱処理室における熱処理温
度は、１２０℃〜２１０℃とし、熱処理時間は３分以上
の熱処理が可能なものとする（請求項７）ことにより、
成膜と熱処理を一つの装置で連続的に行うことができ、
品質の安定化と量産性の向上を図ることができる。
【図１】本発明の薄膜太陽電池の製造装置の実施例を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】薄膜太陽電池の素子構成を概念的に示す図であ
る。
る。
【図３】従来の薄膜太陽電池の製造装置の実施例を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図４】成膜室の概略構成の一例を示す図である。
１０１，２０１：基板、１０２：金属電極層、１０３〜
１０５：光電変換層、１０６：透明電極層、２８０：成
膜室、２８２：加熱処理室、２９０：アンワインダー
室、２９１：ワインダー室、３００：上部室、３０１：
下部室、３０２：加熱体。
１０５：光電変換層、１０６：透明電極層、２８０：成
膜室、２８２：加熱処理室、２９０：アンワインダー
室、２９１：ワインダー室、３００：上部室、３０１：
下部室、３０２：加熱体。
Claims (8)
- 【請求項１】 電気絶縁性を有する可撓性基板上に、金
属電極層，光電変換層および透明電極層を順次重ねて形
成してなる薄膜太陽電池の製造方法において、前記透明
電極層形成後に、電池特性の不良防止を図るための所定
の条件で熱処理を行うことを特徴とする薄膜太陽電池の
製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、熱処理
温度を１２０℃〜２１０℃とすることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法におい
て、熱処理時間を３分以上とすることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の方法におい
て、熱処理時間を５分以上とすることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造方法。 - 【請求項５】 一つの真空槽からなる共通室の内部に、
電気絶縁性を有する可撓性基板の巻出し用アンワインダ
ー室と、金属電極層，光電変換層および透明電極層形成
用の複数個の独立した処理空間としてなる成膜室と、巻
取り用ワインダー室とを備えたステッピングロール方式
の薄膜太陽電池の製造装置において、前記透明電極層形
成用の成膜室の後段に、電池特性の不良防止を図るため
の所定の条件で熱処理を行うための加熱処理室を備えた
ことを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。 - 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、加熱処
理室は、断続的に搬送されてくる成膜された基板の上下
（または左右）に函状の下部室と上部室と（または左右
の処理室）に対向配置され，前記成膜室と同様に独立し
た処理空間としてなるものとし、前記下部室と上部室の
いずれか一方の室には、ヒータを内蔵した加熱体が透明
電極層に接触可能に配置されたことを特徴とする薄膜太
陽電池の製造装置。 - 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載の装置に
おいて、加熱処理室における熱処理温度を１２０℃〜２
１０℃とし、熱処理時間を３分以上とすることを特徴と
する薄膜太陽電池の製造装置。 - 【請求項８】 電気絶縁性を有する可撓性基板上に、金
属電極層，光電変換層および透明電極層を順次重ねて形
成してなる薄膜太陽電池の製造方法において、前記透明
電極層形成後に、電池特性の初期不良防止の観点から定
めた熱処理温度および熱処理時間にて熱処理を行うこと
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11036989A JP2000236105A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 薄膜太陽電池の製造方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11036989A JP2000236105A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 薄膜太陽電池の製造方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000236105A true JP2000236105A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12485167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11036989A Pending JP2000236105A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 薄膜太陽電池の製造方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000236105A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009105743A2 (en) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Sunlight Photonics Inc. | Method and appartus for manufacturing multi-layered electro-optic devices |
| KR100964946B1 (ko) | 2008-02-21 | 2010-06-21 | (주)알파플러스 | 양면가열히터를 갖는 태양전지의 광흡수층 박막 형성 장치 |
| JP2011520273A (ja) * | 2008-05-08 | 2011-07-14 | サン−ゴバン グラス フランス エス アー | 処理チャンバ内で物体を焼き戻しするための装置および方法 |
| US8187906B2 (en) | 2008-02-28 | 2012-05-29 | Sunlight Photonics Inc. | Method for fabricating composite substances for thin film electro-optical devices |
| JPWO2012147658A1 (ja) * | 2011-04-25 | 2014-07-28 | 株式会社ニコン | 基板処理装置およびデバイス製造方法 |
-
1999
- 1999-02-16 JP JP11036989A patent/JP2000236105A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009105743A2 (en) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Sunlight Photonics Inc. | Method and appartus for manufacturing multi-layered electro-optic devices |
| WO2009105743A3 (en) * | 2008-02-21 | 2009-12-03 | Sunlight Photonics Inc. | Method and appartus for manufacturing multi-layered electro-optic devices |
| KR100964946B1 (ko) | 2008-02-21 | 2010-06-21 | (주)알파플러스 | 양면가열히터를 갖는 태양전지의 광흡수층 박막 형성 장치 |
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| US8187906B2 (en) | 2008-02-28 | 2012-05-29 | Sunlight Photonics Inc. | Method for fabricating composite substances for thin film electro-optical devices |
| JP2011520273A (ja) * | 2008-05-08 | 2011-07-14 | サン−ゴバン グラス フランス エス アー | 処理チャンバ内で物体を焼き戻しするための装置および方法 |
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| JP6003884B2 (ja) * | 2011-04-25 | 2016-10-05 | 株式会社ニコン | 基板処理装置およびデバイス製造方法 |
| KR101837917B1 (ko) | 2011-04-25 | 2018-03-12 | 가부시키가이샤 니콘 | 기판처리장치 |
| TWI624896B (zh) * | 2011-04-25 | 2018-05-21 | 尼康股份有限公司 | 基板處理裝置 |
| KR20180095947A (ko) * | 2011-04-25 | 2018-08-28 | 가부시키가이샤 니콘 | 패턴 형성 방법 |
| KR101970114B1 (ko) | 2011-04-25 | 2019-04-17 | 가부시키가이샤 니콘 | 패턴 형성 방법 |
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