JP3531398B2 - 薄膜太陽電池の製造装置および製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造装置および製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可とう性基板上に
アモルファスシリコン等の光電変換材料を主材料とした
光電変換層を形成してなる薄膜太陽電池の製造装置およ
び製造方法に関する。
アモルファスシリコン等の光電変換材料を主材料とした
光電変換層を形成してなる薄膜太陽電池の製造装置およ
び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄膜光電変換装置として代表的
な、アモルファスシリコン（以下a-Siと記す）、a-Si合
金などのa-Si系材料を用いた薄膜太陽電池が注目されて
いる。薄膜太陽電池は、基板上に少なくとも第１の電極
層、光電変換層および第２の電極層の３層の薄膜が積層
されてなる薄膜太陽電池素子（またはセル）を有してい
る。薄膜太陽電池においては、大量生産によるコストダ
ウンが最大の課題となっており、単位時間当たりの製造
量の大幅な向上が望まれている。
な、アモルファスシリコン（以下a-Siと記す）、a-Si合
金などのa-Si系材料を用いた薄膜太陽電池が注目されて
いる。薄膜太陽電池は、基板上に少なくとも第１の電極
層、光電変換層および第２の電極層の３層の薄膜が積層
されてなる薄膜太陽電池素子（またはセル）を有してい
る。薄膜太陽電池においては、大量生産によるコストダ
ウンが最大の課題となっており、単位時間当たりの製造
量の大幅な向上が望まれている。
【０００３】通常、a-Si薄膜太陽電池の量産性はa-Si系
薄膜の成膜工程に律速されている。ガラス等の剛性の高
い基板を用いた場合、基板を比較的熱容量の大きなトレ
ーに装着してロードロック式の製造装置で成膜する必要
があり、１）基板のトレーへの着脱、２）基板およびト
レーの加熱、３）ロードロック室の大気と真空の往復等
に起因して量産性の大幅な向上は困難である。量産性の
向上のため、可とう性のプラスチックフィルムやステン
レスフィルムを基板として用いる薄膜太陽電池の製造装
置がいくつか提案されている。そのひとつが、Y.Ichika
waらにより”IEEE 1st World Conference on Photovolt
aic Energy Conversion ”(1994),441〜444 頁に発表さ
れているステッピングロール方式の薄膜太陽電池の製造
装置である。
薄膜の成膜工程に律速されている。ガラス等の剛性の高
い基板を用いた場合、基板を比較的熱容量の大きなトレ
ーに装着してロードロック式の製造装置で成膜する必要
があり、１）基板のトレーへの着脱、２）基板およびト
レーの加熱、３）ロードロック室の大気と真空の往復等
に起因して量産性の大幅な向上は困難である。量産性の
向上のため、可とう性のプラスチックフィルムやステン
レスフィルムを基板として用いる薄膜太陽電池の製造装
置がいくつか提案されている。そのひとつが、Y.Ichika
waらにより”IEEE 1st World Conference on Photovolt
aic Energy Conversion ”(1994),441〜444 頁に発表さ
れているステッピングロール方式の薄膜太陽電池の製造
装置である。
【０００４】図５はステッピングロール方式の薄膜太陽
電池の製造装置の模式断面図である。製造装置は複数の
成膜室から構成されており、送りロール１１から送られ
た基板１は、複数の成膜室Ｒを通り薄膜を成膜、積層さ
れ、巻き取りロール１２に巻き取られる。a-Siのみを成
膜する場合でもｐ層、ｉ層およびｎ層の３成膜室が必要
である。各成膜室の基板１より上側はヒータ３１を内蔵
する昇降可能なヒータ室３２であり、下側は薄膜成膜の
ための反応室２２である。ヒータ室３２と反応室２２の
開口部はＯリングを介して重ね合わせられる。反応室２
２にはスパッタ用あるいはプラズマＣＶＤ用等の電極２
１が設けられており、電極２１は電源Ｗに接続されてい
る。ヒータ室３２が上昇して開いているときは基板搬送
が可能であり、ヒータ室３２が下降して成膜室Ｒが閉じ
ているときは成膜室は他の成膜室とは独立にガス圧を制
御できる気密状態であり成膜が可能である。成膜室閉→
ガス導入→圧力コントロール→成膜→ガス排気→成膜室
開→基板搬送からなる１ステップを組み合わせたシーケ
ンスとして、成膜中はガスの相互拡散がない状態で多層
膜を順次積層することが可能である。
電池の製造装置の模式断面図である。製造装置は複数の
成膜室から構成されており、送りロール１１から送られ
た基板１は、複数の成膜室Ｒを通り薄膜を成膜、積層さ
れ、巻き取りロール１２に巻き取られる。a-Siのみを成
膜する場合でもｐ層、ｉ層およびｎ層の３成膜室が必要
である。各成膜室の基板１より上側はヒータ３１を内蔵
する昇降可能なヒータ室３２であり、下側は薄膜成膜の
ための反応室２２である。ヒータ室３２と反応室２２の
開口部はＯリングを介して重ね合わせられる。反応室２
２にはスパッタ用あるいはプラズマＣＶＤ用等の電極２
１が設けられており、電極２１は電源Ｗに接続されてい
る。ヒータ室３２が上昇して開いているときは基板搬送
が可能であり、ヒータ室３２が下降して成膜室Ｒが閉じ
ているときは成膜室は他の成膜室とは独立にガス圧を制
御できる気密状態であり成膜が可能である。成膜室閉→
ガス導入→圧力コントロール→成膜→ガス排気→成膜室
開→基板搬送からなる１ステップを組み合わせたシーケ
ンスとして、成膜中はガスの相互拡散がない状態で多層
膜を順次積層することが可能である。
【０００５】例えば、a-Si薄膜太陽電池の成膜時には、
通常、ヒータ温度は150 〜300 ℃である。このような高
温になったヒータで直接成膜室をシールすると、１）フ
ッ素ゴム等のシール用のＯリングがダメージを受ける、
２）ヒータ自身が熱と力の相互作用により変形するとい
った問題がある。その対策のため、成膜室は次の様な構
造とされていた。図６は従来のステッピングロール方式
の薄膜太陽電池の製造装置の成膜室の模式断面図であ
る。成膜室の基板１より下側は反応室２２であり上側は
ヒータ室３２である。反応室２２は原料ガス（a-Siの場
合は、水素ガスとシランガスの混合ガスであり、スパッ
タの場合は雰囲気ガスである）が送り込まれるガス導入
口２３と原料ガスを吹き出す孔を多数有するＲＦ電極２
１を備えており、ガス圧はバルブ４１と真空ポンプ５１
によって制御される。反応室２２の開口周縁部にはＯリ
ング２４が置かれ、ヒータ室３２の下降時にその開口周
縁部と基板１を挟み、成膜室はシールされる。ヒータ室
３２はヒータ３１を囲み、その周囲には冷却パイプ３３
が取り付けてある。
通常、ヒータ温度は150 〜300 ℃である。このような高
温になったヒータで直接成膜室をシールすると、１）フ
ッ素ゴム等のシール用のＯリングがダメージを受ける、
２）ヒータ自身が熱と力の相互作用により変形するとい
った問題がある。その対策のため、成膜室は次の様な構
造とされていた。図６は従来のステッピングロール方式
の薄膜太陽電池の製造装置の成膜室の模式断面図であ
る。成膜室の基板１より下側は反応室２２であり上側は
ヒータ室３２である。反応室２２は原料ガス（a-Siの場
合は、水素ガスとシランガスの混合ガスであり、スパッ
タの場合は雰囲気ガスである）が送り込まれるガス導入
口２３と原料ガスを吹き出す孔を多数有するＲＦ電極２
１を備えており、ガス圧はバルブ４１と真空ポンプ５１
によって制御される。反応室２２の開口周縁部にはＯリ
ング２４が置かれ、ヒータ室３２の下降時にその開口周
縁部と基板１を挟み、成膜室はシールされる。ヒータ室
３２はヒータ３１を囲み、その周囲には冷却パイプ３３
が取り付けてある。
【０００６】フィルム基板１がSCAF構造薄膜太陽電池
（薄膜太陽電池の異なる極性の電極と基板の反対側の個
別電極とをそれぞれ基板に開けられた孔の内壁面で導通
させることによって、薄膜太陽電池の直列接続が形成さ
れている。SCAFはSeries-Connection through Appertur
es formed on Film の略称であり、特開平６−３４２９
２４号公報に開示されている）のような基板に孔の開け
られた構造をとる場合、孔を通過してヒータ室３２内に
滞留した原料ガスが反応室３２に拡散してきて、汚染源
となる問題がある。これを避けるためにフレキシブルな
配管３４を真空ポンプ５に接続しバイパスラインとして
ヒータ室２２から反応室３２へガスが流れないようにし
ていた。
（薄膜太陽電池の異なる極性の電極と基板の反対側の個
別電極とをそれぞれ基板に開けられた孔の内壁面で導通
させることによって、薄膜太陽電池の直列接続が形成さ
れている。SCAFはSeries-Connection through Appertur
es formed on Film の略称であり、特開平６−３４２９
２４号公報に開示されている）のような基板に孔の開け
られた構造をとる場合、孔を通過してヒータ室３２内に
滞留した原料ガスが反応室３２に拡散してきて、汚染源
となる問題がある。これを避けるためにフレキシブルな
配管３４を真空ポンプ５に接続しバイパスラインとして
ヒータ室２２から反応室３２へガスが流れないようにし
ていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ステッピングロール方
式の製造装置はロールの着脱時に成膜室内部を大気に晒
さなければならない。その際に成膜室内壁に吸着された
水分は、成膜時に放出され、不純物（酸素）としてデバ
イスの特性を低下させる原因となる。その対策として、
真空引き後に短時間で水分が除去できるように反応室内
部はなるべく高温にできる構造になっており、さらに、
ロールの装着直後にプレデポジションを行って成膜装置
内壁にa-Siの被膜を形成することにより、装置内壁から
の水分の放出を抑制していた。一方、ヒータ室はＯリン
グの熱損傷を防止するため100 ℃以下に冷却していた。
すなわち、ヒータ室壁はコールドウオールになってお
り、またそのため成膜時にa-Si膜が付着することはな
い。従って、ヒータ室内壁からは長期にわたって水分が
離脱することになり、SCAF構造薄膜太陽電池のような孔
の開いた基板に成膜する場合、孔を通っての水分の拡散
が薄膜太陽電池の特性を低下させる原因となっていた。
式の製造装置はロールの着脱時に成膜室内部を大気に晒
さなければならない。その際に成膜室内壁に吸着された
水分は、成膜時に放出され、不純物（酸素）としてデバ
イスの特性を低下させる原因となる。その対策として、
真空引き後に短時間で水分が除去できるように反応室内
部はなるべく高温にできる構造になっており、さらに、
ロールの装着直後にプレデポジションを行って成膜装置
内壁にa-Siの被膜を形成することにより、装置内壁から
の水分の放出を抑制していた。一方、ヒータ室はＯリン
グの熱損傷を防止するため100 ℃以下に冷却していた。
すなわち、ヒータ室壁はコールドウオールになってお
り、またそのため成膜時にa-Si膜が付着することはな
い。従って、ヒータ室内壁からは長期にわたって水分が
離脱することになり、SCAF構造薄膜太陽電池のような孔
の開いた基板に成膜する場合、孔を通っての水分の拡散
が薄膜太陽電池の特性を低下させる原因となっていた。
【０００８】上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、成
膜室壁からの水分の放出が少なく、光電変換効率の安定
までのステップ数（成膜回数）が少なく、光電変換効率
の高い薄膜太陽電池を、稼働率高く製造できる薄膜太陽
電池の製造装置および製造方法を提供することにある。
膜室壁からの水分の放出が少なく、光電変換効率の安定
までのステップ数（成膜回数）が少なく、光電変換効率
の高い薄膜太陽電池を、稼働率高く製造できる薄膜太陽
電池の製造装置および製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、成膜反応が行われる反応室とヒータを有するヒー
タ室からなる成膜室を複数有し、前記成膜室を長尺のフ
ィルム基板をステップ搬送しながら、前記基板上に薄膜
太陽電池を構成する薄膜を成膜し、前記反応室と前記ヒ
ータ室の開口部は成膜時には前記基板を挟んで密封され
る薄膜太陽電池の製造装置において、前記ヒータ室の開
口部を遮蔽部材により覆うこととする。
めに、成膜反応が行われる反応室とヒータを有するヒー
タ室からなる成膜室を複数有し、前記成膜室を長尺のフ
ィルム基板をステップ搬送しながら、前記基板上に薄膜
太陽電池を構成する薄膜を成膜し、前記反応室と前記ヒ
ータ室の開口部は成膜時には前記基板を挟んで密封され
る薄膜太陽電池の製造装置において、前記ヒータ室の開
口部を遮蔽部材により覆うこととする。
【００１０】前記遮蔽部材は金属材料からなる薄板また
は箔、あるいは耐熱性高分子材料からなる薄板またはフ
ィルムであると良い。前記金属材料はアルミニウムまた
はステンレス鋼であると良い。前記耐熱性高分子材料は
ポリイミドまたはアラミドであると良い。前記遮蔽部材
の厚さは０．０１ないし２mmであると良い。
は箔、あるいは耐熱性高分子材料からなる薄板またはフ
ィルムであると良い。前記金属材料はアルミニウムまた
はステンレス鋼であると良い。前記耐熱性高分子材料は
ポリイミドまたはアラミドであると良い。前記遮蔽部材
の厚さは０．０１ないし２mmであると良い。
【００１１】前記遮蔽部材の成膜室側表面は凹凸処理が
施されていると良い。前記凹凸処理はサンドブラストで
あると良い。前記遮蔽部材は前記ヒータに密着している
と良い。前記遮蔽部材は前記ヒータと平行に設置されて
おり、前記ヒータ室にはガス導入口およびバルブを介し
て真空ポンプに接続されるガス排出口とが設けられてお
り、前記ヒータ室内の圧力は前記反応室内の圧力とは独
立して制御できると良い。
施されていると良い。前記凹凸処理はサンドブラストで
あると良い。前記遮蔽部材は前記ヒータに密着している
と良い。前記遮蔽部材は前記ヒータと平行に設置されて
おり、前記ヒータ室にはガス導入口およびバルブを介し
て真空ポンプに接続されるガス排出口とが設けられてお
り、前記ヒータ室内の圧力は前記反応室内の圧力とは独
立して制御できると良い。
【００１２】前記距離は０．５ないし１０mmであると良
い。前記遮蔽部材はアルミニウム、銀または金等からな
る高反射率コーティングが施されていると良い。前記高
反射率コーティングにはさらに二酸化ケイ素または窒化
ケイ素からなる高透過率薄膜が形成されていると良い。
い。前記遮蔽部材はアルミニウム、銀または金等からな
る高反射率コーティングが施されていると良い。前記高
反射率コーティングにはさらに二酸化ケイ素または窒化
ケイ素からなる高透過率薄膜が形成されていると良い。
【００１３】上記の薄膜太陽電池の製造装置を用いる太
陽電池の製造方法において、前記成膜室を大気開放した
後は、前記遮蔽部材表面に各成膜室毎に、成膜室固有の
薄膜を成膜した後、太陽電池を構成する薄膜を成膜する
こととする。上記の薄膜太陽電池の製造装置を用いる太
陽電池の製造方法において、前記ヒータ室に導入される
ガスを水素ガスまたは成膜に用いる原料ガスとする。
陽電池の製造方法において、前記成膜室を大気開放した
後は、前記遮蔽部材表面に各成膜室毎に、成膜室固有の
薄膜を成膜した後、太陽電池を構成する薄膜を成膜する
こととする。上記の薄膜太陽電池の製造装置を用いる太
陽電池の製造方法において、前記ヒータ室に導入される
ガスを水素ガスまたは成膜に用いる原料ガスとする。
【００１４】上記の薄膜太陽電池の製造装置を用いる太
陽電池の製造方法において、前記ヒータ室内の圧力を制
御することにより、基板温度を調節することとする。前
記ヒータ室内の圧力は0.1 ないし100Pa であると良い。
本発明によれば、上記の遮蔽部材は反応室をヒータ室か
ら遮蔽しているので、従来あったヒータ室壁からの水分
の放出は遮られており、水分に起因する光電変換効率の
低下は生じないことが期待できる。また、SCAF構造太陽
電池のような孔の開いた基板も孔のない基板と同様に装
着することができる。
陽電池の製造方法において、前記ヒータ室内の圧力を制
御することにより、基板温度を調節することとする。前
記ヒータ室内の圧力は0.1 ないし100Pa であると良い。
本発明によれば、上記の遮蔽部材は反応室をヒータ室か
ら遮蔽しているので、従来あったヒータ室壁からの水分
の放出は遮られており、水分に起因する光電変換効率の
低下は生じないことが期待できる。また、SCAF構造太陽
電池のような孔の開いた基板も孔のない基板と同様に装
着することができる。
【００１５】また遮蔽部材は薄く、ヒータに密着してい
る場合もまたは離れている場合でも、このときはヒータ
室の圧力制御により遮蔽部材の温度制御を行い、遮蔽部
材自身をほぼ全面にわたってヒータ温度と同程度に加熱
することができるため、ロール装着後の遮蔽部材からの
水分放出は初期のみで長期にわたることはない。従っ
て、製造装置の稼働率は高いことを特徴とするが期待で
きる。
る場合もまたは離れている場合でも、このときはヒータ
室の圧力制御により遮蔽部材の温度制御を行い、遮蔽部
材自身をほぼ全面にわたってヒータ温度と同程度に加熱
することができるため、ロール装着後の遮蔽部材からの
水分放出は初期のみで長期にわたることはない。従っ
て、製造装置の稼働率は高いことを特徴とするが期待で
きる。
【００１６】また、遮蔽部材とヒータを離した場合に
は、遮蔽部材の赤外線の反射率を高めて、ヒータ室の水
素ガスを主とした熱容量の大きいガスの圧力によって遮
蔽部材の温度制御を幅広く素早く行うことが出来、製造
装置の稼働率の向上が期待できる。また、遮蔽部材の表
面を粗らしてあり、成膜された薄膜の剥離は起こらず、
太陽電池の歩留りは高いことが期待できる。
は、遮蔽部材の赤外線の反射率を高めて、ヒータ室の水
素ガスを主とした熱容量の大きいガスの圧力によって遮
蔽部材の温度制御を幅広く素早く行うことが出来、製造
装置の稼働率の向上が期待できる。また、遮蔽部材の表
面を粗らしてあり、成膜された薄膜の剥離は起こらず、
太陽電池の歩留りは高いことが期待できる。
【００１７】
実施例１
図１は本発明に係る実施例の薄膜太陽電池の製造装置の
成膜室の模式断面図である。大部分は従来の成膜室（図
５）と同じなので変更点のみを説明する。従来構造との
変更点は２ある。１はヒータ室３２の内部が反応室２２
と独立するように遮蔽部材３ｐを取り付けた点であり、
２はバイパスラインであるフレキシブルな配管８に反応
室側のバルブ４１とは独立なバルブ４２を挿入した点で
ある。
成膜室の模式断面図である。大部分は従来の成膜室（図
５）と同じなので変更点のみを説明する。従来構造との
変更点は２ある。１はヒータ室３２の内部が反応室２２
と独立するように遮蔽部材３ｐを取り付けた点であり、
２はバイパスラインであるフレキシブルな配管８に反応
室側のバルブ４１とは独立なバルブ４２を挿入した点で
ある。
【００１８】遮蔽部材３ｐとしてはアルミニウム箔やス
テンレス箔、あるいはポリイミドやアラミド等の耐熱性
高分子フィルムを用いることができる。またガス放出防
止のために、これらのフィルムに金属膜やSiO2膜等を形
成することは効果がある。遮蔽部材３ｐのヒータ室周縁
部３２ａ近傍の温度を150 ℃以下に抑えるためには、遮
蔽部材３ｐの厚さは2mm 以下が必要である。遮蔽部材３
ｐの厚さが2mm 以下であれば、ヒータからの横方向の熱
伝導は十分小さく遮蔽部材３ｐの周縁部３２ａ近傍の温
度上昇は抑えられる。この様な熱的効果の面からは厚さ
の下限はないが、基板との接触の多数回繰り返しに耐え
る必要があり、機械的強度または磨耗の面からは０．０
１mmが下限である。
テンレス箔、あるいはポリイミドやアラミド等の耐熱性
高分子フィルムを用いることができる。またガス放出防
止のために、これらのフィルムに金属膜やSiO2膜等を形
成することは効果がある。遮蔽部材３ｐのヒータ室周縁
部３２ａ近傍の温度を150 ℃以下に抑えるためには、遮
蔽部材３ｐの厚さは2mm 以下が必要である。遮蔽部材３
ｐの厚さが2mm 以下であれば、ヒータからの横方向の熱
伝導は十分小さく遮蔽部材３ｐの周縁部３２ａ近傍の温
度上昇は抑えられる。この様な熱的効果の面からは厚さ
の下限はないが、基板との接触の多数回繰り返しに耐え
る必要があり、機械的強度または磨耗の面からは０．０
１mmが下限である。
【００１９】また、SCAF構造太陽電池のような孔の開い
た基板に成膜する場合、遮蔽部材表面には孔を通してa-
Si膜が点状に成膜されることになり、場合によって膜が
剥離して太陽電池のピンホール発生の原因になることが
ある。膜剥離を防止するために、遮蔽部材3pの表面にサ
ンドブラストによる処理を施し、凹凸化しておくことは
効果がある。
た基板に成膜する場合、遮蔽部材表面には孔を通してa-
Si膜が点状に成膜されることになり、場合によって膜が
剥離して太陽電池のピンホール発生の原因になることが
ある。膜剥離を防止するために、遮蔽部材3pの表面にサ
ンドブラストによる処理を施し、凹凸化しておくことは
効果がある。
【００２０】以下、本実施例の成膜装置におけるa-Si成
膜の手順を簡単に説明する。先ず、ヒータ室３２を降下
させ、成膜室をシールし、バルブ４２を開けヒータ室３
２に原料ガスを導入する。圧力コントロールバルブ４１
を制御して反応室２２内の圧力が安定した後、バルブ４
２を閉じ、ＲＦ電極２１に電力を供給して、基板１の上
にa-Si膜を成膜する。所定の膜厚を成膜した後、ＲＦ電
力供給と原料ガス導入を停止し、バルブ４２を開けた後
に圧力コントロールバルブ４１を全開にして真空引きす
る。成膜時は遮蔽部材３ｐとバルブ４２によりヒータ室
内と反応室内は完全に仕切られ、かつ、遮蔽部材３ｐ自
体ほぼ全面にわたってヒータ３１により十分に加熱され
ているのでガス放出を抑制できる。遮蔽部材３ｐに予め
a-Si被膜をプレデポジションしておくとガス放出をさら
に抑えることが可能である。なお、本実施例では成膜に
原料ガスをヒータ側に導入したが、これはガスの熱伝導
によって遮蔽部材の温度をほぼヒータ温度まで上昇させ
るためである。ヒータ側の空間が真空状態の場合、条件
によっても異なるがヒータと遮蔽部材の温度差は数10℃
〜100 ℃になってしまい、遮蔽部材の温度制御の精度は
低下してしまう。
膜の手順を簡単に説明する。先ず、ヒータ室３２を降下
させ、成膜室をシールし、バルブ４２を開けヒータ室３
２に原料ガスを導入する。圧力コントロールバルブ４１
を制御して反応室２２内の圧力が安定した後、バルブ４
２を閉じ、ＲＦ電極２１に電力を供給して、基板１の上
にa-Si膜を成膜する。所定の膜厚を成膜した後、ＲＦ電
力供給と原料ガス導入を停止し、バルブ４２を開けた後
に圧力コントロールバルブ４１を全開にして真空引きす
る。成膜時は遮蔽部材３ｐとバルブ４２によりヒータ室
内と反応室内は完全に仕切られ、かつ、遮蔽部材３ｐ自
体ほぼ全面にわたってヒータ３１により十分に加熱され
ているのでガス放出を抑制できる。遮蔽部材３ｐに予め
a-Si被膜をプレデポジションしておくとガス放出をさら
に抑えることが可能である。なお、本実施例では成膜に
原料ガスをヒータ側に導入したが、これはガスの熱伝導
によって遮蔽部材の温度をほぼヒータ温度まで上昇させ
るためである。ヒータ側の空間が真空状態の場合、条件
によっても異なるがヒータと遮蔽部材の温度差は数10℃
〜100 ℃になってしまい、遮蔽部材の温度制御の精度は
低下してしまう。
【００２１】本実施例が実際にSCAF太陽電池の特性に及
ぼす効果について説明する。図２は本発明に係る薄膜太
陽電池の製造装置で製造したSCAF構造太陽電池の光電変
換効率の成膜ステップ数依存性のグラフである。SCAF構
造太陽電池のサイズは40cm×80cmである。図２には比較
のため、従来の成膜室により成膜したSCAF構造太陽電池
の場合を付記してある。遮蔽部材を用いプレデポジショ
ンを行った場合を■で、遮蔽部材を用いプレデポジショ
ンを行わなかった場合を白○で、従来の遮蔽部材を用い
ない場合を□で示してある。
ぼす効果について説明する。図２は本発明に係る薄膜太
陽電池の製造装置で製造したSCAF構造太陽電池の光電変
換効率の成膜ステップ数依存性のグラフである。SCAF構
造太陽電池のサイズは40cm×80cmである。図２には比較
のため、従来の成膜室により成膜したSCAF構造太陽電池
の場合を付記してある。遮蔽部材を用いプレデポジショ
ンを行った場合を■で、遮蔽部材を用いプレデポジショ
ンを行わなかった場合を白○で、従来の遮蔽部材を用い
ない場合を□で示してある。
【００２２】図２より、遮蔽部材とプレデポジション、
遮蔽部材のみ、遮蔽部材なしの順に、変換効率の立ち上
がり時間が短く、また、安定化した時点での変換効率が
高くなっていることが判る。すなわち、本発明により、
薄膜太陽電池の量産性は向上し、薄膜太陽電池の特性も
向上したことを特徴とするが確認できた。 実施例２ この実施例は遮蔽部材とヒータの間を離し、ヒータ室内
のガス圧力により遮蔽部材表面の温度を、すなわち基板
温度を制御しようとするものである。図３は本発明に係
る他の実施例の薄膜太陽電池の製造装置の成膜室の模式
断面図である。通常のアルミ鋳込みヒータでは熱容量が
大きいために急速昇温および急速降温は非常に困難であ
る。これに対し、遮蔽部材と基板の熱容量は非常に小さ
いので数秒〜数分間程度での急速昇温および急速降温が
可能になる。
遮蔽部材のみ、遮蔽部材なしの順に、変換効率の立ち上
がり時間が短く、また、安定化した時点での変換効率が
高くなっていることが判る。すなわち、本発明により、
薄膜太陽電池の量産性は向上し、薄膜太陽電池の特性も
向上したことを特徴とするが確認できた。 実施例２ この実施例は遮蔽部材とヒータの間を離し、ヒータ室内
のガス圧力により遮蔽部材表面の温度を、すなわち基板
温度を制御しようとするものである。図３は本発明に係
る他の実施例の薄膜太陽電池の製造装置の成膜室の模式
断面図である。通常のアルミ鋳込みヒータでは熱容量が
大きいために急速昇温および急速降温は非常に困難であ
る。これに対し、遮蔽部材と基板の熱容量は非常に小さ
いので数秒〜数分間程度での急速昇温および急速降温が
可能になる。
【００２３】ヒータ室３２に反応室２２とは別系統のガ
ス導入口３５、圧力コントロールバルブ４３、真空ポン
プ５２を備えたガスラインを設けた。この構成によって
ヒータ室３２内のガス圧力を反応室２２とは独立に変化
させることが可能である。ヒータ室３２内のガス圧力を
変化させたときの遮蔽部材の温度変化を大きくするに
は、１）遮蔽部材とヒータの間に距離（熱ギャップとい
うことにする）をおき熱伝導による温度上昇を避ける、
２）ヒータ側の遮蔽部材面を高反射率にすることにより
ヒータからの熱放射による温度上昇を避ける、の２点が
必要である。
ス導入口３５、圧力コントロールバルブ４３、真空ポン
プ５２を備えたガスラインを設けた。この構成によって
ヒータ室３２内のガス圧力を反応室２２とは独立に変化
させることが可能である。ヒータ室３２内のガス圧力を
変化させたときの遮蔽部材の温度変化を大きくするに
は、１）遮蔽部材とヒータの間に距離（熱ギャップとい
うことにする）をおき熱伝導による温度上昇を避ける、
２）ヒータ側の遮蔽部材面を高反射率にすることにより
ヒータからの熱放射による温度上昇を避ける、の２点が
必要である。
【００２４】上記熱ギャップは0.5 〜10mm程度が適当で
あった。0.5 mm以下では熱ギャップ（距離）の不均一が
生じ遮蔽部材の温度不均一が大きくなりやすく、10mmよ
り大きいと対流が不規則に生じ温度とその分布が不安定
となる。ヒータの周縁部に固定したスペーサ３ｂにより
遮蔽部材を緊張させ、面内の熱ギャップを均一に保つこ
とが重要である。
あった。0.5 mm以下では熱ギャップ（距離）の不均一が
生じ遮蔽部材の温度不均一が大きくなりやすく、10mmよ
り大きいと対流が不規則に生じ温度とその分布が不安定
となる。ヒータの周縁部に固定したスペーサ３ｂにより
遮蔽部材を緊張させ、面内の熱ギャップを均一に保つこ
とが重要である。
【００２５】高反射率の遮蔽部材としては、アルミニウ
ム箔、あるいはポリイミドやアラミド等の耐熱性フィル
ムにアルミニウム、銀または金などの高反射率の金属薄
膜を蒸着やスパッタリングにより形成したポリイミドや
アラミド等の耐熱性フィルムが有効であった。また、上
記の金属表面上に二酸化ケイ素や窒化ケイ素等の高透過
率材料を保護膜として形成し、多層化しておくと高反射
率の長時間保持ができるようになった。
ム箔、あるいはポリイミドやアラミド等の耐熱性フィル
ムにアルミニウム、銀または金などの高反射率の金属薄
膜を蒸着やスパッタリングにより形成したポリイミドや
アラミド等の耐熱性フィルムが有効であった。また、上
記の金属表面上に二酸化ケイ素や窒化ケイ素等の高透過
率材料を保護膜として形成し、多層化しておくと高反射
率の長時間保持ができるようになった。
【００２６】図４は本発明に係る薄膜太陽電池の製造装
置における基板温度のヒータ室内圧力依存性を示すグラ
フである。遮蔽部材として表面に銀薄膜を形成した厚さ
50μm のポリイミドフィルムを用い、熱ギャップを3mm
とした。基板は厚さ50μm のポリイミドフィルムを用い
た。また、ヒータ室および反応室に導入するガスは、熱
容量の大きい水素ガスとした。反応室内圧力は50Paとし
た。ヒータ温度は280℃とした。
置における基板温度のヒータ室内圧力依存性を示すグラ
フである。遮蔽部材として表面に銀薄膜を形成した厚さ
50μm のポリイミドフィルムを用い、熱ギャップを3mm
とした。基板は厚さ50μm のポリイミドフィルムを用い
た。また、ヒータ室および反応室に導入するガスは、熱
容量の大きい水素ガスとした。反応室内圧力は50Paとし
た。ヒータ温度は280℃とした。
【００２７】図４から、ヒータ側圧力を0.1Pa 〜100Pa
の範囲で変化させると、約100 ℃の幅で基板温度を制御
できることが判る。
の範囲で変化させると、約100 ℃の幅で基板温度を制御
できることが判る。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、成膜反応が行われる反
応室とヒータを有するヒータ室からなる成膜室を複数有
し、前記成膜室を長尺のフィルム基板をステップ搬送し
ながら、前記基板上に薄膜太陽電池を構成する薄膜を成
膜し、前記反応室と前記ヒータ室の開口部は成膜時には
前記基板を挟んで密封される薄膜太陽電池の製造装置に
おいて、前記ヒータ室の開口部を遮蔽部材により覆うこ
ととしたため、従来あったヒータ室壁からの水分の放出
は遮られており、水分に起因する光電変換効率の低下は
生じず、高い歩留りで製造できる、すなわち薄膜太陽電
池の製造装置の課取りは高い。また、SCAF構造太陽電池
のような孔の開いた基板も孔のない基板と同様に、装着
することができる。
応室とヒータを有するヒータ室からなる成膜室を複数有
し、前記成膜室を長尺のフィルム基板をステップ搬送し
ながら、前記基板上に薄膜太陽電池を構成する薄膜を成
膜し、前記反応室と前記ヒータ室の開口部は成膜時には
前記基板を挟んで密封される薄膜太陽電池の製造装置に
おいて、前記ヒータ室の開口部を遮蔽部材により覆うこ
ととしたため、従来あったヒータ室壁からの水分の放出
は遮られており、水分に起因する光電変換効率の低下は
生じず、高い歩留りで製造できる、すなわち薄膜太陽電
池の製造装置の課取りは高い。また、SCAF構造太陽電池
のような孔の開いた基板も孔のない基板と同様に、装着
することができる。
【００２９】また遮蔽部材は薄く、ヒータに密着してい
る場合もまたは離れている場合でも、このときはヒータ
室の圧力制御により遮蔽部材の温度制御を行い、遮蔽部
材自身をほぼ全面にわたってヒータ温度と同程度に加熱
することができるため、ロール装着後の遮蔽部材からの
水分放出は初期のみで長期にわたることはない。従っ
て、製造装置の稼働率は高い。
る場合もまたは離れている場合でも、このときはヒータ
室の圧力制御により遮蔽部材の温度制御を行い、遮蔽部
材自身をほぼ全面にわたってヒータ温度と同程度に加熱
することができるため、ロール装着後の遮蔽部材からの
水分放出は初期のみで長期にわたることはない。従っ
て、製造装置の稼働率は高い。
【００３０】また、遮蔽部材とヒータを離した場合に
は、遮蔽部材の赤外線の反射率を高めて、ヒータ室の水
素ガスを主とした熱容量の大きいガスの圧力によって遮
蔽部材の温度制御を幅広く素早く行うことが出来、製造
装置の稼働率は向上する。また、遮蔽部材の表面を粗ら
してあり、成膜された薄膜の剥離は起こらず、太陽電池
の歩留りは高くなる。
は、遮蔽部材の赤外線の反射率を高めて、ヒータ室の水
素ガスを主とした熱容量の大きいガスの圧力によって遮
蔽部材の温度制御を幅広く素早く行うことが出来、製造
装置の稼働率は向上する。また、遮蔽部材の表面を粗ら
してあり、成膜された薄膜の剥離は起こらず、太陽電池
の歩留りは高くなる。
【図１】本発明に係る実施例の薄膜太陽電池の製造装置
の成膜室の模式断面図明の一実施例
の成膜室の模式断面図明の一実施例
【図２】本発明に係る薄膜太陽電池の製造装置で製造し
たSCAF構造太陽電池の光電変換効率の成膜ステップ数依
存性のグラフ
たSCAF構造太陽電池の光電変換効率の成膜ステップ数依
存性のグラフ
【図３】本発明に係る他の実施例の薄膜太陽電池の製造
装置の成膜室の模式断面図
装置の成膜室の模式断面図
【図４】本発明に係る薄膜太陽電池の製造装置における
基板温度のヒータ室内圧力依存性を示すグラフ
基板温度のヒータ室内圧力依存性を示すグラフ
【図５】ステッピングロール方式の薄膜太陽電池の製造
装置の模式断面図
装置の模式断面図
【図６】従来のステッピングロール方式の薄膜太陽電池
の製造装置の成膜室の模式断面図
の製造装置の成膜室の模式断面図
１ 基板
１１ 送りロール
１２ 巻取りロール
２１ ＲＦ電極
２２ 反応室
２３ ガス導入口
２４ Ｏリング
３１ ヒータ
３２ ヒータ室
３２ａ ヒータ室縁
３３ 冷却パイプ
３４ 配管
３５ ガス導入口
３ｐ 遮蔽部材
３ｂ スペーサ
４１ バルブ
４２ バルブ
５１ ポンプ
５２ ポンプ
Ｒ 成膜室
Ｅ 電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
H01L 21/205
Claims (16)
- 【請求項１】成膜反応が行われる反応室とヒータを有す
るヒータ室からなる成膜室を複数有し、前記成膜室を長
尺のフィルム基板をステップ搬送しながら、前記基板上
に薄膜太陽電池を構成する薄膜を成膜し、前記反応室と
前記ヒータ室の開口部は成膜時には前記基板を挟んで密
封される薄膜太陽電池の製造装置において、前記ヒータ
室の開口部は遮蔽部材により覆われていることを特徴と
する薄膜太陽電池の製造装置。 - 【請求項２】前記遮蔽部材は金属材料からなる薄板また
は箔、あるいは耐熱性高分子材料からなる薄板またはフ
ィルムであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太
陽電池の製造装置。 - 【請求項３】前記金属材料はアルミニウムまたはステン
レス鋼であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜太
陽電池の製造装置。 - 【請求項４】前記耐熱性高分子材料はポリイミドまたは
アラミドであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜
太陽電池の製造装置。 - 【請求項５】前記遮蔽部材の厚さは０．０１ないし２mm
であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の薄膜
太陽電池の製造装置。 - 【請求項６】前記遮蔽部材の成膜室側表面は凹凸処理が
施されていることを特徴とする請求項１ないし５に記載
の薄膜太陽電池の製造装置。 - 【請求項７】前記凹凸処理はサンドブラストであること
を特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造装
置。 - 【請求項８】前記遮蔽部材は前記ヒータに密着している
ことを特徴とする請求項１ないし７に記載の薄膜太陽電
池の製造装置。 - 【請求項９】前記遮蔽部材は前記ヒータと平行に設置さ
れており、前記ヒータ室にはガス導入口およびバルブを
介して真空ポンプに接続されるガス排出口とが設けられ
ており、前記ヒータ室内の圧力は前記反応室内の圧力と
は独立して制御できることことを特徴とする請求項１な
いし７に記載の薄膜太陽電池の製造装置。 - 【請求項１０】前記距離は０．５ないし１０mmであるこ
とを特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造装
置。 - 【請求項１１】前記遮蔽部材はアルミニウム、銀または
金等からなる高反射率コーティングが施されていること
を特徴とする請求項９または１０に記載の薄膜太陽電池
の製造装置。 - 【請求項１２】前記高反射率コーティングにはさらに二
酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる高透過率薄膜が形
成されていることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜
太陽電池の製造装置。 - 【請求項１３】請求項１ないし１２に記載の薄膜太陽電
池の製造装置を用いる薄膜太陽電池の製造方法におい
て、前記成膜室を大気開放した後は、前記遮蔽部材表面
に各成膜室毎に、成膜室固有の薄膜を成膜した後、薄膜
太陽電池を構成する薄膜を成膜することを特徴とする薄
膜太陽電池の製造方法 - 【請求項１４】請求項１ないし１３に記載の薄膜太陽電
池の製造装置を用いる薄膜太陽電池の製造方法におい
て、前記ヒータ室に導入されるガスは水素ガスまたは成
膜に用いる原料ガスであることを特徴とする薄膜太陽電
池の製造方法。 - 【請求項１５】請求項９ないし１２に記載の薄膜太陽電
池の製造装置を用いる薄膜太陽電池の製造方法におい
て、前記ヒータ室内の圧力を制御することにより、基板
温度を調節することをことを特徴とする薄膜太陽電池の
製造方法。 - 【請求項１６】前記ヒータ室内の圧力は0.1 ないし100P
a であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜太陽
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03479997A JP3531398B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 薄膜太陽電池の製造装置および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03479997A JP3531398B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 薄膜太陽電池の製造装置および製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10233520A JPH10233520A (ja) | 1998-09-02 |
| JP3531398B2 true JP3531398B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=12424301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03479997A Expired - Fee Related JP3531398B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 薄膜太陽電池の製造装置および製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3531398B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100995394B1 (ko) | 2009-02-18 | 2010-11-19 | 한국과학기술원 | 박막 태양전지의 박막 형성장치 |
| JP2012256637A (ja) * | 2011-06-07 | 2012-12-27 | Philtech Inc | 膜成長装置および太陽電池の製造装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6246515A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜形成方法及びその装置 |
| JP3063509B2 (ja) * | 1994-01-28 | 2000-07-12 | 富士電機株式会社 | 薄膜光電変換素子の製造装置 |
| JP3096698B2 (ja) * | 1995-01-11 | 2000-10-10 | 株式会社富士電機総合研究所 | 薄膜光電変換素子の製造方法およびその方法に用いる成膜装置 |
| JP3089336B2 (ja) * | 1995-04-25 | 2000-09-18 | 株式会社富士電機総合研究所 | 薄膜光電変換素子の製造装置 |
-
1997
- 1997-02-19 JP JP03479997A patent/JP3531398B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10233520A (ja) | 1998-09-02 |
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