JP2013139621A - 搬送製膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基材及び製膜材料を無駄なく使用することができ、基材上に複数種類の薄膜を順次製膜する場合であっても、膜厚を容易に制御することができる搬送製膜装置を提供する。
【解決手段】搬送中の薄板長尺体の基材に所定の処理を行って、基材表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、軸回りに回転可能なロールを有し、そのロールの外周面に前記基材が軸方向に所定の間隔で複数回巻き付けられることにより、前記基材が複数列並んだ基材並走部を形成するローラ部と、前記基材並走部に対向して配置され、薄膜を形成する材料を供給する材料供給部と、を備えており、前記材料供給部は、前記基材並走部の複数の基材に対して共通に設けられることにより、基材が同一の材料供給部を複数回通過する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送中の薄板長尺体の基材上に処理を行って基材の表面に製膜する搬送製膜装置に関するものであり、特に基材表面に処理を行って太陽電池セルを形成する搬送製膜装置に関する。

太陽電池モジュールとして、複数枚の短冊状の太陽電池セルを短手方向に並べて接合したスラット構造型のものが知られている（例えば、特許文献１参照）この太陽電池セルは、金属材料からなる基材上に、下部導電膜（Ａｇ、ＺｎＯ等）、光電変換膜（アモルファスシリコン等）及び上部導電膜（ＩＴＯ等）等の薄膜を形成する処理（製膜処理）を行ってこれらが積層されて形成されている。この下部導電膜、光電変換膜、上部導電膜は、搬送製膜装置の各チャンバー内でスパッタやＣＶＤ法等により形成されている。具体的には、図１０に示すように、基材送出リール１００に巻回された基材１０１が複数のチャンバー１０２を経ることにより下部導電膜、光電変換膜、及び上部導電膜が形成されて基材巻取リール１０３に巻き取られる。すなわち、チャンバー１０２Ａに基材１０１が供給されると、基材１０１がその位置で停止され、チャンバー１０２Ａ内の基材１０１上に下部導電膜が形成される。そして下部導電膜が所定の膜厚に形成された後、基材巻取リール１０３で巻き取られ、形成された下部導電膜がチャンバー１０２Ｂ内に位置する状態で停止される。そして、チャンバー１０２Ｂ内で、下部導電膜上に光電変換膜が所定膜厚に形成された後、基材巻取リール１０３で巻き取られ、形成された製膜部分がチャンバー１０２Ｃ内に位置する状態で停止される。そして、チャンバー１０２Ｃ内で、光電変換膜上に上部導電膜が所定膜厚に形成された後、基材巻取リール１０３で巻き取られる。このように、各チャンバー１０２で基材を停止させ、所定の薄膜を所定膜厚に形成した後、基材１０１を次工程に送るといったステップ送りを繰り返しながら基材１０１上に各所定膜が順次製膜される。そして、最終的に基材巻取リール１０３により巻き取られることにより、すべての製膜処理が完了した製膜基材が巻回された状態で形成される。そして、得られた製膜基材は、切断工程、接合工程を経ることにより、スラット構造型の太陽電池モジュールが形成される。

特開２００９−０１０３５５号公報

しかし、上記搬送製膜装置では、基材、製膜材料ともに材料の使用効率の点で問題があった。すなわち、上記搬送製膜装置では、各チャンバー１０２で基材１０１を停止させて製膜し、薄膜を所定の膜厚に製膜した後、次工程のチャンバー１０２に送って停止させ製膜するというステップ送りで製膜されるため、各チャンバー１０２の出入口部分、及び、各チャンバー１０２の間に位置する部分には製膜されていない。そのため、切断工程において巻回された製膜基材を所定長さで切断して太陽電池セルを形成する際、薄膜が製膜されていない部分（非製膜部分）は製品外部分として廃棄されることになる。これは、単一のチャンバーで製膜する場合であっても、ステップ送りで搬送し製膜する場合には非製膜部分が形成される。したがって、上記搬送製膜装置では、１本の製膜基材の中に非製膜部分の形成割合が多く、材料の使用効率が悪いという問題があった。

また、上記搬送製膜装置では、基材１０１をチャンバー１０２内に停止させて製膜する構成であるため、膜厚分布を長手方向に亘って均一化するために、チャンバー１０２内の基材１０１を直線状にして、この直線状の基材１０１全体に製膜材料を供給する材料供給源を対向させて設ける必要がある。したがって、材料の使用効率を向上させるため、製膜部分を極力長尺に形成しようとすると、基材１０１の搬送方向に延ばして形成された材料供給源及びチャンバー１０２が必要になる。したがって、材料の利用効率を上げるために製膜部分の長い製膜基材を得ようとするとチャンバー１０２及び材料供給源が搬送方向に大型化してしまうという問題があった。

さらに、基材上に複数種類の薄膜を順次製膜する場合、図１０のように複数のチャンバー１０２に基材を通過させて形成する必要がある。このように複数のチャンバー１０２に通過させつつステップ送りで形成する場合、一のチャンバー１０２で製膜が完了しても、他のチャンバー１０２で製膜が完了していなければ、ステップ送りさせることができない。すなわち、製膜速度の速いチャンバーで製膜が完了した後、製膜速度の遅いチャンバーで製膜が完了するまで待機する必要があり、この待機中、製膜速度の速いチャンバーで僅かながら製膜される虞があり、膜厚の制御が困難になるという問題があった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、基材及び製膜材料を無駄なく使用することができ、基材上に複数種類の薄膜を順次製膜する場合であっても、膜厚を容易に制御することができる搬送製膜装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の搬送製膜装置は、搬送中の薄板長尺体の基材に所定の処理を行って、基材表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、軸回りに回転可能なロールを有し、そのロールの外周面に前記基材が軸方向に所定の間隔で複数回巻き付けられることにより、前記基材が複数列並んだ基材並走部を形成するローラ部と、前記基材並走部に対向して配置され、薄膜を形成する材料を供給する材料供給部と、を備えており、前記材料供給部は、前記基材並走部の複数の基材に対して共通に設けられ、基材が同一の材料供給部を複数回通過することにより基材の表面に薄膜が形成されることを特徴としている。

上記搬送製膜装置によれば、基材が同一の材料供給部を複数回通過することにより、基材の長手方向に亘って所定の薄膜を一定膜厚で形成することができる。すなわち、供給される基材は、上記ローラ部のロールの外周面に複数回巻き付けられて基材並走部を形成し、この基材並走部の複数の基材に材料供給部が共通に設けられているため、同一の基材が同一の材料供給部を複数回通過することができる。すなわち、基材の一部に着目すると、同一の材料供給部を複数回通過することにより、同一種類の製膜材料が複数回積層されて薄膜が所定膜厚に形成される。そして、ロールの外周面への基材の巻き付け回数を調節することにより、材料供給部の通過回数を調節することにより、基材に形成される膜厚を調節することができる。そして、搬送される基材はローラ部のロールに連続的に供給されるため、基材は材料供給部を長手方向に亘って途切れることなく通過し、基材上には、所定の膜厚の膜が、基材の長手方向に亘って途切れることなく均一に形成される。したがって、従来のように、ステップ送りで搬送して基材上に製膜する搬送製膜装置に比べて、基材の長手方向途中で非製膜部分が形成されることがないため、基材及び製膜材料を無駄なく使用することができる。

また、基材並走部の複数の基材に材料供給部を設けて基材が複数回材料供給部を通過させることにより製膜されるため、製膜部分の長い製膜基材を得るために、従来のように基材を直線状にして、この直線状の基材全体に対向するように材料供給部を設ける必要がない。したがって、製膜部分の長い製膜基材が必要な場合であっても、材料供給部やチャンバーが搬送方向に大型化する問題を抑えることができる。

また、複数種類の薄膜を順次製膜する場合、製膜速度、及び、形成する膜厚の違いの調節については、上述の通り、ロールの外周面への基材の巻き付け回数を各製膜の種類毎に変更することにより行うことができる。したがって、従来のように、製膜速度が遅いチャンバーで製膜が完了するまで待機させる必要がないため、製膜速度の速いチャンバーで膜厚制御が困難になるという問題を回避することができる。

また、前記ローラ部には、ネルソンロールが用いられる構成としてもよい。

この構成によれば、基材が搬送方向に走行しロールが回転しても、ロールの外周面に巻き付けられた基材がその巻き付けられた位置からロールの軸方向にずれることなく基材を走行させることができる。

また、前記基材並走部の複数の基材と前記材料供給部とは、前記材料供給部の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置されている構成としてもよい。

この構成によれば、基材上に形成される製膜分布を基材の幅方向に亘ってほぼ均一に形成することができる。ここで、図５は、基材並走部の複数の基材と材料供給部とが、材料供給部の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置されている図である。ここでいう材料供給部の中心線とは、材料供給部の幅方向の中心線である。この図５によれば、基材並走部の５本の基材と材料供給部とが対向している。そして、線対称に配置されていることにより、左端の基材は右側から１／３だけ対向し、右端の基材は左側から１／３だけ対向している。この状態で基材上に製膜処理を行うと、まず、基材が左端から供給されロールの外周面に巻き付けられ、その基材に材料供給部から供給される材料が積層される。これにより、基材には、右側から１／３の領域が主に製膜される。そして、ロールの外周面上を回転し、次に材料供給部と対向する際には、基材の幅方向全面が材料供給部と対向するため、基材の幅方向に亘って製膜される。そして、最後に材料供給部と対向する際には、基材の左側から１／３の領域が主に製膜される。このようにして、基材並走部の複数の基材と材料供給部とが線対称に配置されることにより、基材の幅方向全体と材料供給部とが対向する位置関係にない場合であっても、基材がロールの外周面に沿って同一の材料供給部を複数回通過することにより、当初、基材への製膜量が少ない部分を補うように順次製膜される。したがって、従来のようにチャンバー内の材料供給部に基材を１度だけ通過させる搬送製膜装置に比べて、基材上に形成される製膜分布を基材の幅方向に亘ってほぼ均一に形成することができる。

また、前記材料供給部は、前記基材並走部の基材配列方向に複数配置されている構成にすることができる。

この構成によれば、基材上に複数の製膜を積層させて形成することができる。

また、前記材料供給部は、前記基材並走部の基材走行方向に複数配置されている構成にすることができる。

この構成によれば、一の材料供給部を通過した後、ロールが一回転する前に次の材料供給部を通過するため、基材並走部の基材配列方向に複数配置する場合に比べて、製膜速度を上げることができる。

また、前記ロールの外周面には、複数本の基材が巻き付けられている構成にしてもよい。

この構成によれば、複数本の基材に同時に製膜できるため、製膜基材の生産性を向上させることができる。

本発明の搬送製膜装置によれば、基材及び製膜材料を無駄なく使用することができ、基材上に複数種類の製膜を順次製膜する場合であっても、膜厚を容易に制御することができる。

本発明の一実施形態における搬送製膜装置を示す図である。 上記搬送製膜装置の製膜処理部を拡大した図である。 ローラ部を示す図であり、（ａ）は、図２においてＡ方向から見た図でり、（ｂ）は、図２においてＢ方向から見た図である。 ロールの外周面の基材並走部に対向して材料供給部が配置された状態を示す図であり、（ａ）は、５列の基材に製膜する場合の例であり、（ｂ）は、２列の基材に製膜する場合の例である。 基材並走部に材料供給部が対向して配置された図、及び、材料供給部によって形成される膜厚分布特性も合わせて記載された図であり、（ａ）は、基材並走部の複数の基材と材料供給部とが、材料供給部の中心線を対称軸として線対称に配置された図、（ｂ）は、基材が１列目から５列目まで走行した場合に、基材上に形成される薄膜を模式的に記載した図である。 ローラ部のロールの軸方向に材料供給部が複数配置された形態を示す図であり、（ａ）は、ロールと材料供給部の位置関係を示す図であり、（ｂ）は、形成された薄膜の積層状態を示す図である。 ローラ部のロールの円周方向に材料供給部を複数配置した形態を示す図であり、（ａ）は、。ロールと材料供給部の位置関係を示す図であり、（ｂ）は、形成された薄膜の積層状態を示す図である。 ロールの外周面以外に形成された基材並走部と材料供給部とが対向するように配置された状態を示す図である。 （ａ）は、太陽電池モジュールを示す図であり、（ｂ）は太陽電池セルを示す図である。 従来の搬送製膜装置を示す図である。

次に、本発明の搬送製膜装置の実施の形態について説明する。ここで、図１は、本実施形態における搬送製膜装置全体を示す概略図であり、図２は、製膜処理部の主要構成を示す図である。なお、本実施形態では、太陽電池モジュールの製膜形成に適用した例として説明することとする
図１及び図２に示すように、搬送製膜装置は、基材送出リール１０と、基材巻取リール２０と、製膜処理部３０とを有しており、基材送出リール１０に巻回された基材２が製膜処理部３０を通過することにより基材２上に太陽電池セル４を形成する表面処理が行われ（製膜処理が行われ）、基材巻取リール２０に巻き取られることにより、ロール状の太陽電池セル母材４’が形成される。すなわち、基材送出リール１０から基材巻取リール２０に基材２が連続的に搬送される、いわゆるロール トゥ ロールにより、基材２上に太陽電池に必要な薄膜が積層されて太陽電池セル母材４’が形成される。この太陽電池セル母材４’は、後工程である切断工程により、図９（ｂ）に示す短冊状の太陽電池セル４が形成され、さらに接合工程を経ることにより、太陽電池セル４同士が短手方向に配列して接合された太陽電池モジュール１が形成される（図９（ａ））。

なお、本実施形態では、基材送出リール１０側を上流側とし、基材２が処理される後工程側、すなわち、基材巻取リール２０側を下流側として説明を進めることにする。また、太陽電池セル母材４’が完全に形成される前に基材２上に製膜された状態の基材２を製膜基材２と呼ぶことにする。

基材送出リール１０は、基材２を下流側に供給するためのものである。基材送出リール１０は、基材２を巻き付ける送出ロール部１１を有しており、この送出ロール部１１を駆動制御することにより基材２を送り出すことができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により送出ロール部１１の回転が制御されることにより、基材２の送出量を増加及び減少させることができる。具体的には、基材２が下流側から引張力を受けた状態で送出ロール部１１を回転させることにより基材２が下流側に送り出され、適宜、送出ロール部１１にブレーキをかけることにより基材２が撓むことなく一定速度で送り出されるようになっている。

ここで、基材２は、薄板の長尺体であり、厚み０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ 幅５ｍｍ〜５０ｍｍの平板形状を有する長尺体が適用される。また、材質として、特に限定しないが、ステンレス、銅等が好適に用いられる。

基材巻取リール２０は、供給された基材２を巻き取るものである。基材巻取リール２０は、基材送出リール１０と同様に、図示しない巻取ロール部１２を有しており、この巻取ロール部１２を駆動制御することにより基材２を巻き取ることができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により巻取ロール部１２の回転が制御されることにより、基材２の巻取量を増加及び減少させることができる。具体的には、巻取ロール部１２の回転が調節されることにより、送り出された基材２が撓むのを抑えつつ、逆に基材２が必要以上の張力がかからないように巻き取られるようになっている。そして、本実施形態では、基材送出リール１０を出た基材２が一定速度で搬送され、基材巻取リール２０に巻き取られるように駆動制御されている。なお、これら基材送出リール１０と基材巻取リール２０は、真空環境を形成するチャンバー（破線で示す）内に配置されている。

製膜処理部３０は、基材２上に太陽電池に必要な薄膜を形成する（製膜する）ためのものであり、本実施形態では、複数の製膜処理部３０が設けられている。具体的には、基材送出リール１０と基材巻取リール２０との間に複数の製膜処理部３０が直線状に配置されており、基材送出リール１０から送り出された基材２が各製膜処理部３０を走行して通過することにより基材２上に順次薄膜が形成される。すなわち、基材２側から下部電極層３ａ、光電変換層３ｂ、上部電極層３ｃ等の薄膜がこの順に製膜され、太陽電池セル母材４’が形成される（図９（ｂ）参照）。

これら製膜処理部３０は、ＣＶＤ又はスパッタ装置で構成されており、図２に示すように、チャンバー３１と、このチャンバー３１に収容されるローラ部５と材料供給部６とを有している。チャンバー３１は、その内部を真空環境に保つものである。そして、真空環境に保たれたチャンバー３１内に材料供給部６から特定の原料ガス（薄膜を形成する材料）が供給されることにより基材２上に所定の薄膜が形成される。チャンバー３１には、入口部３１ａと出口部３１ｂが形成されており、上流側から搬送される基材２が入口部３１ａからチャンバー３１内に供給され、チャンバー３１内で製膜処理された後、出口部３１ｂを通じて下流側に搬送される。これら入口部３１ａと出口部３１ｂとは、基材２が通過可能にシールされており、基材２が搬送により走行した場合でも、各チャンバー３１は各薄膜を形成するのに適切な真空度に保たれているようになっている。

ローラ部５は、基材２を複数列並んだ状態の基材並走部２１を形成するものである。このローラ部５は、基材２を複数回巻き付けるロール５０を有しており、基材２がロール５０の外周面５１に複数回巻き付けられることにより基材並走部２１が形成される。すなわち、ロール５０は円筒形状を有しており、供給された基材２が外周面５１に沿って所定間隔を置いて巻き付けられることにより、ロール５０の外周面５１には、１本の基材２が軸方向に複数列並んだ状態の基材並走部２１が形成される。そして、基材２の所定箇所について着目すると、基材２が走行することにより、所定箇所は基材並走部２１で複数回現れることになる。すなわち、１本の基材２であっても、基材２を走行させることにより、基材並走部２１に対向して配置される材料供給部６を複数回通過させることができる。

ローラ部５は、１つのロール５０を有するものであってもよいが、本実施形態では、ロール５０として、図２、図３に示すように、ネルソンロールが使用されている。ここで、図３（ａ）は、図２のネルソンロールをＡ方向から見た図であり、図３（ｂ）は、Ｂ方向から見た図である。ネルソンロールは、主ロール５０ａと副ロール５０ｂとを有している。なお、本実施形態では、ロール５０が１本である場合、主ロール５０ａ、副ロール５０ｂを区別なく指す場合は、単にロール５０と呼ぶことにする。

主ロール５０ａ及び副ロール５０ｂは、円筒形状に形成されており、それぞれ軸回りに回転可能に支持されている。副ロール５０ｂは、主ロール５０ａに比べて小径に形成されており、主ロール５０ａに対して所定距離離れた位置で、主ロール５０ａの軸に対して所定角度傾斜した状態で配置されている。すなわち、主ロール５０ａに対して副ロール５０ｂが傾斜する姿勢で、互いの外周面５１が対向するように配置されている（図３（ａ）参照）。
ここで、ネルソンロールとして使用される主ロール５０ａと副ロール５０ｂとの位置関係は、この主ロール５０ａの回転軸と副ロール５０ｂの回転軸とがねじれの位置関係になるように配置されている。このねじれの位置関係とは、それぞれの回転軸が、互いに平行でなく、かつ、交わっていない場合をいい、回転軸同士が同一平面上にない状態をいう。

そして、これら主ロール５０ａ及び副ロール５０ｂには、供給された基材２がこれらの外周面５１に複数回巻き付けられており、基材並走部２１が形成される。具体的には、チャンバー３１内に供給された基材２が主ロール５０ａの外周面５１に沿って巻き付けられ、次に、副ロール５０ｂの外周面５１に沿って巻き付けられる。そして、再度、主ロール５０ａの外周面５１に沿って巻き付けられるが、すでに巻き付けられた基材２とは軸方向に所定間隔を置いた位置に巻き付けられ、次に副ロール５０ｂの外周面５１にもすでに巻き付けられた基材２とは軸方向に所定間隔を置いた位置に巻き付けられるというように、主ロール５０ａの外周面５１と副ロール５０ｂの外周面５１とに軸方向に所定間隔を置いた状態で交互に巻き付けられる。これにより、主ロール５０ａの外周面５１、及び、副ロール５０ｂの外周面５１、さらには、主ロール５０ａと副ロール５０ｂに架け渡される部分には、基材２が基材２の走行方向と直交する方向に所定間隔置いた状態で複数列並んだ状態の基材並走部２１が形成されている。したがって、この基材並走部２１に対向して材料供給部６を配置すれば、基材２を走行させることにより、１本の基材２であっても材料供給部６を複数回通過させることができる。

そして、主ロール５０ａと副ロール５０ｂの位置関係と副ロール５０ｂの傾斜角度を調節することにより、基材２を上流側から下流側に走行させると、主ロール５０ａ及び副ロール５０ｂが軸回りに回転し、主ロール５０ａの外周面５１及び副ロール５０ｂの外周面５１に巻き付けられた基材２の位置が軸方向にずれることなく、基材２を下流側に走行させることができる。すなわち、主ロール５０ａの回転軸と副ロール５０ｂの回転軸とがねじれの位置関係になるように、主ロール５０ａと副ロール５０ｂとを配置することによって、外周面５１上の基材２を軸方向のずれを抑えて安定して走行させることができる。

また、材料供給部６は、基材２上に薄膜を形成するための材料を供給するためのものである。材料供給部６は、薄膜の原材料である原料ガスを噴出する噴出部（不図示）を有している。そして、噴出部から噴出した原料ガスがプラズマ雰囲気で分解され基材２上に堆積することにより所定の薄膜が形成される。この材料供給部６は、噴出部が基材並走部２１と対向した状態で設けられている。図２の例では、主ロール５０ａの外周面５１に形成された基材並走部２１と対向した状態で設けられている。具体的には、基材並走部２１の複数の基材２に対して１つの材料供給部６が共通に設けられており、これら基材並走部２１の複数の基材２に対向する位置に配置されて設けられている。これにより、これら複数の基材２に所定の薄膜が形成される。

ここで、図４は、ロール５０の外周面５１の基材並走部２１に対向して材料供給部６が配置された状態を示す図であり、図４（ａ）は、５列の基材に製膜する場合の例であり、図４（ｂ）は、２列の基材に製膜する場合の例である。また、図４において基材２に付された番号は、基材２の列数を表しており、例えば４番は、供給される側から数えて４番目に位置しており、ロール５０の外周面５１に沿って巻き付けられる回数が４周目であることを示している。このように、材料供給部６と対向する基材並走部２１の基材２の列数を調節することにより、形成される薄膜の膜厚を調節することができる。

図４（ａ）を例として説明すると、基材並走部２１の５列の基材２に共通して材料供給部６が設けられている。このように基材並走部２１と材料供給部６が配置された状態で、材料供給部６から原料ガスを供給しつつ基材２を走行させると、プラズマ雰囲気で分解された製膜材料が５列の基材２に対して積層される。すなわち、供給される基材２が１列目にロール５０の外周面５１に巻き付けられて材料供給部６と対向して走行する（１番の位置で材料供給部６を通過する）ことにより、１列目の薄膜が形成される。そして、ロール５０を回転させて基材２が走行すると、再度、材料供給部６を通過することにより（２列目の位置で材料供給部６を通過することにより）、２列目の薄膜が形成され、１列目の位置で形成された薄膜上に２列目の薄膜が形成される。同様にしてロール５０を回転させて基材２を走行させることにより、３列目、４列目・・と材料供給部６を通過し、最終的に５列目の位置を通過することにより製膜が５回行われる。これにより、基材２は、１列目から５列目の位置で製膜される薄膜が順次基材２の表面から順に積層される。仮に、図４（ｂ）の例のように、基材並走部２１の２列の基材に共通して材料供給部６を設けた場合には、基材２上に１列目と２列目の位置で製膜される薄膜が順次基材２に積層される。すなわち、材料供給部６と対向させる基材並走部２１の基材２の列数によって製膜される膜厚を調節することができる。

また、基材２に製膜される薄膜は、基材２の幅方向に亘ってほぼ均一厚さで形成される。すなわち、図４に示すように、基材並走部２１の複数の基材と材料供給部６とが、材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置されていることにより、基材２の幅方向に亘ってほぼ均一厚さの薄膜を形成することができる。ここで、図５は、基材並走部２１に材料供給部６が対向して配置された図及び、材料供給部６によって形成される膜厚分布特性も合わせて記載された図であり、図５（ａ）は、基材並走部２１の複数の基材と材料供給部６とが、材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置された図、図５（ｂ）は、基材２が１列目から５列目まで走行した場合に、基材２上に形成される薄膜を模式的に記載したものである。

この図５に示すように、基材並走部２１の５つの基材２（１列目〜５列目に配置された基材２）と材料供給部６とが対向して配置されており、これらが材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置されている。ここで、材料供給部６の中心線とは、基材並走部２１の複数列の基材２の配列方向における２等分線であり、材料供給部６の幅方向における２等分線である。図５に示す例では、ロール５０の軸方向に沿う方向の２等分線である。この中心線を対称軸ｔとした線対称とは、この中心軸で折り返すことにより、基材並走部２１の５つの基材２、及び、材料供給部６が互いに重なり合うように基材並走部２１の５つの基材２と材料供給部６とが配置されている状態のことをいう。このような関係になるように基材並走部２１の複数列の基材２と材料供給部６とを配置することにより、均一厚さの薄膜を基材２上に形成することができる。

そして、図５に示す例では、基材並走部２１の基材２と材料供給部６とは、最も左端の１列目に位置する基材２は右側から１／３が対向し、２〜４列目に位置する基材２は幅方向全体が対向し、最も右端の５列目に位置する基材２は左側から１／３が対向している。ここで、ＣＶＤやスパッタ等原料ガスを噴出する材料供給部６は、一般に、幅方向中心位置が最も膜厚が大きく、両端側で膜厚が小さくなる傾向があり、材料供給部６の幅方向よりも広範囲に出力される。したがって、材料供給部６から原料ガスを噴出させて基材２上に薄膜を形成すると、図５（ａ）の下側に示す膜厚分布で膜厚が形成される。すなわち、最も左端の１番に位置する基材２には、右側に厚くなるように膜厚が形成され、中央位置に配置される基材２には中央部分が厚くなるように膜厚が形成され、最も右端の５列目に位置する基材２には、左側に厚くなるように薄膜が形成される。すなわち、材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして、各列で線対称となるように製膜される。そして、ロール５０が回転しつつ基材２が走行すると、１列目に位置していた基材２が２列目に位置し、２列目に位置していた基材２が３列目に位置するように、基材２が１列目から５列目まで順に走行し、各列に応じた膜厚分布特性の薄膜が各列で形成される。具体的には、それぞれ線対称となる薄膜が形成されることにより、１列目、２列目では基材２の右側に比較的多く左側は少ない状態で製膜され、３列目では基材２の中央部分に多く両端は少なく製膜され、４列目、５列目では、基材２の左側に比較的多く右側は少ない状態で製膜される。すなわち、１列目、２列目で基材２への製膜量（薄膜の堆積量）が少なかった部分を補うように、３列目、４列目、５列目で製膜され、基材２上には最終的に均一厚さの薄膜が形成される。このようにして、基材並走部２１の複数の基材２と材料供給部６とが、材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称に配置され、基材２を材料供給部６に複数回通過させることにより、図５（ｂ）に示すように、線対称となる薄膜が順次積層されることにより、図５（ｂ）の２点鎖線で示すように、基材２上に均一厚さの薄膜を形成することができる。

そして、本実施形態では、材料供給部６に対向する基材並走部２１の複数の基材２が５列に設定されているが、この列数（巻き付け回数）を調節することで薄膜の厚さを調節することができる。具体的には、列数を２列に設定した場合には、基材２が材料供給部６を２回通過するため、２回分の薄膜が積層される。一方、列数を１０列に設定した場合には、基材２が材料供給部６を１０回通過するため、１０回分の薄膜が積層される。すなわち、列数を少なく設定することにより、基材２に形成される膜厚を薄く形成することができ、列数を多く設定することにより、基材２に形成される膜厚を厚く形成することができる。

このようなローラ部５が図１における製膜処理部３０のチャンバー３１内に設けられており、チャンバー３１に下部電極層３ａ、光電変換層３ｂ、上部電極層３ｃ等を形成する材料供給部６が上流側から順に設けられている。これにより、基材送出リール１０から送り出された基材２が各チャンバー３１を通過して基材巻取リール２０に巻き取られることにより、基材２上には下部電極層３ａ、光電変換層３ｂ、上部電極層３ｃが基材２の表面側から順に積層され、太陽電池セル母材４’（図９（ｂ））が形成される。すなわち、基材送出リール１０から送り出された基材２は、まず、下部電極層３ａを形成するチャンバー３１に供給される。そして、そのチャンバー３１内のローラの外周面５１を走行し、下部電極層３ａの材料供給部６を複数回通過することにより、基材２上に下部電極層３ａが形成される。次に、光電変換層３ｂを形成するチャンバー３１に供給され、そのチャンバー３１内のローラの外周面５１を走行し、光電変換層３ｂの材料供給部６を複数回通過することにより、基材２上には下部電極層３ａ上に光電変換層３ｂが積層して形成される。次に、上部電極層３ｃを形成するチャンバー３１に供給され、そのチャンバー３１内のローラの外周面５１を走行し、上部電極層３ｃの材料供給部６を複数回通過することにより、基材２上には光電変換層３ｂ上に上部電極層３ｃが積層して形成される。すなわち、基材２が基材送出リール１０から基材巻取リール２０に連続的に途切れることなく搬送されることにより、基材２が材料供給部６を途切れることなく通過し、基材２上に長手方向に亘って非製膜部分が形成されることなく薄膜が形成（積層形成）される。

また、上記実施形態では、チャンバー３１内にローラ部５と材料供給部６とが１つずつ対応する例について説明したが、材料供給部６を複数設けることもできる。ここで、図６は、ローラ部５のロール５０の軸方向に材料供給部６が複数配置された形態を示す図である。具体的には、ロール５０の外周面５１に基材並走部２１が形成されており、基材２が軸方向にほぼ等間隔で配置されている。そして、このロール５０の軸方向に、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂというように、異種又は同種の材料供給部６がローラの外周面５１と対向して配置されており、それぞれの材料供給部６と基材並走部２１の複数の基材２とが各材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称になるように配置されている。これらの材料供給部６は、Ｃの材料供給部６は、その幅寸法が大きく設定されており、Ｂの材料供給部６は、その幅寸法が小さく設定されており、Ａの材料供給部６は、その幅寸法がＣとＢの間になるように設定されている。この構成で基材２を走行させると、ロール５０に供給された基材２がロール５０の外周面５１を走行し、まず、Ａの材料供給部６を複数回通過することにより基材２上にＡの薄膜が複数層形成される。そして、Ａの材料供給部６を通過し終ると、Ｂの材料供給部６を複数回通過することにより、Ａの薄膜の上にＢの薄膜が複数層形成される。Ｂの材料供給部６は、Ａの材料供給部６よりも幅が小さいため、Ａの材料供給部６の通過回数よりも少ない回数で通過する。その結果、基材２上には、Ａの薄膜よりも薄いＢの薄膜がＡの薄膜上に形成される。同様にして、Ｃの材料供給部６を複数回通過することにより、Ｂの薄膜の上にＣの薄膜が複数層形成される。Ｃの材料供給部６は、Ａ，Ｂの材料供給部６より幅が大きいため、Ａ及びＢの薄膜よりも厚いＣの薄膜が形成される。さらに、２つ目のＢの材料供給部６を通過することにより、Ｃの薄膜の上に薄いＢの薄膜が形成される（図６（ｂ））。このようにして、基材並走部２１の複数の基材の配列方向に材料供給部６を配置することにより、基材２上に材料供給部６の配列順に薄膜を形成することができ、基材２が材料供給部６を通過する回数を調節することにより、形成される薄膜の厚さを調節することができる。したがって、形成する薄膜の厚みの調節、又は、異種材料の薄膜を複数積層させる場合について、基材並走部２１の基材２配列方向に複数の材料供給部６を配置すればよく、基材２の走行方向に配列する必要のある従来の搬送製膜装置に比べて、基材２の走行方向に省スペース化を図ることができる。

また、上記実施形態では、基材並走部２１の基材２配列方向に材料供給部６を複数設ける例について説明したが、ロール５０の円周方向に複数設けるものであってもよい。ここで、図７は、ローラ部５のロール５０の円周方向に材料供給部６を複数配置した形態を示す図である。具体的には、ロール５０の外周面５１に基材並走部２１が形成されており、基材２が軸方向にほぼ等間隔で配置されている。そして、このロール５０の円周方向に、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂというように、異種又は同種の材料供給部６がローラの外周面５１と対向して配置されており、それぞれの材料供給部６と基材並走部２１の複数の基材２とが各材料供給部６の中心線を対称軸ｔとして線対称になるように配置されている。これらＡ、Ｂ、Ｃ、Ｂの材料供給部６は、その幅寸法が等しくなるように設定されている。この構成で基材２を走行させると、ロール５０に供給された基材２がロール５０の外周面５１を走行し、まず、Ａの材料供給部６を通過し基材２上にＡの薄膜が形成される。次に、Ｂの材料供給部６を通過しＡの薄膜の上にＢの薄膜が形成される。同様にして、Ｃ及びＢの材料供給部６を通過しＢの薄膜の上にＣの薄膜が形成され、次にＣの薄膜の上にＢの薄膜が形成される。２回目のＢの材料供給部６を通過した後は、再度、Ａの材料供給部６を通過し、２回目のＢの薄膜の上にＡの薄膜が形成される。その後、これを繰り返すことにより、基材２上には、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａ→Ｂ→Ｃ・・の順に材料供給部６を通過し終るまで薄膜が形成される。すなわち、基材２がロール５０の外周面５１を１周する毎に円周上に配置された材料供給部６の薄膜が順に積層され、材料供給部６の幅寸法に応じて連続的に積層される（図７（ｂ）のＳで示す薄膜層が複数層形成される。）。この場合、各薄膜の厚みの調節は、材料供給部６の円周方向に沿う寸法を調節することにより行うことができる。

また、上記実施形態では、基材並走部２１がロール５０の外周面５１に形成されている例について説明したが、ロール５０の外周面５１以外の部分に形成されるものであってもよい。例えば、図８に示すように、ロール５０部の主ロール５０ａと副ロール５０ｂとが所定間隔おいて配置され、主ロール５０ａと副ロール５０ｂとに基材２が軸方向に所定間隔で交互に複数巻き付けられている場合には、主ロール５０ａ及び副ロール５０ｂの外周面５１のみならず、主ロール５０ａと副ロール５０ｂとの間に走行する基材２も走行方向と直交する方向に所定間隔で配列されている。すなわち、主ロール５０ａと副ロール５０ｂとの間に基材並走部２１が形成されており、この基材並走部２１の複数の基材２に対向するように材料供給部６を設けて基材２上に薄膜を形成するものであってもよい。

また、上記実施形態では、ロール５０の外周面５１に１本の基材２が複数巻き付けられることにより基材並走部２１を形成する例について説明したが、ロール５０の外周面５１に複数本の基材が巻き付けられることにより、基材並走部２１を形成するものであってもよい。このように構成することで、基材２上に同じパターンで薄膜が積層された太陽電池セル母材４’を複数本得ることができる。

２ 基材
４ 太陽電池セル
５ ローラ部
６ 材料供給部
１０ 基材送出リール
２０ 基材巻取リール
２１ 基材並走部
３０ 製膜処理部
３１ チャンバー
５０ ロール

Claims (6)

1. 搬送中の薄板長尺体の基材に所定の処理を行って、基材表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、
   軸回りに回転可能なロールを有し、そのロールの外周面に前記基材が軸方向に所定の間隔で複数回巻き付けられることにより、前記基材が複数列並んだ基材並走部を形成するローラ部と、
   前記基材並走部に対向して配置され、薄膜を形成する材料を供給する材料供給部と、
   を備えており、
   前記材料供給部は、前記基材並走部の複数の基材に対して共通に設けられることにより、基材が同一の材料供給部を複数回通過することにより基材の表面に薄膜が形成されることを特徴とする搬送製膜装置。
2. 前記ローラ部には、ネルソンロールが用いられることを特徴とする請求項１に記載の搬送製膜装置。
3. 前記基材並走部の複数の基材と前記材料供給部とは、前記材料供給部の中心線を対称軸として線対称に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送製膜装置。
4. 前記材料供給部は、前記基材並走部の基材配列方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の搬送製膜装置。
5. 前記材料供給部は、前記基材並走部の基材走行方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搬送製膜装置。
6. 前記ロールの外周面には、複数本の基材が巻き付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の搬送製膜装置。

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