JP4513179B2 - 薄膜太陽電池の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
フレキシブル基板に電極層を形成する薄膜太陽電池の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電極層および半導体層を有する薄膜半導体装置の代表例として、アモルファスシリコンからなる半導体層を光電変換層とし、主として金属からなる電極層が光電変換層を挟む構造の大面積太陽電池がある。このような大面積の薄膜太陽電池の製造方式として、枚葉式より生産性の優れているロールツーロール方式が知られている。この方式では、ロールに巻かれた長尺の高分子材料あるいは金属材料からなる可とう性の基板を各成膜室に順次送りながら、連続的に移動しつつ成膜室毎に半導体層や電極層などの各層を基板上に形成していく方式である。
【０００３】
ロールツーロール方式においても、電極層の形成にはスパッタリング装置を用いており、同種または異種の金属材料からなるターゲットを複数配置することにより、連続的に多層薄膜を形成できる。図１０は薄膜太陽電池の製造装置を模式的に示す搬送方向に沿っての側面断面図である。巻きだし室Ｖｓの巻きだしロールＲｓから巻きだされたフィルム状の基板ＢＦは各種の成膜室を通過しながら半導体層や電極層などを成膜され、巻き取り室Ｖｅの巻き取りロールＲｅに巻き取られる。代表的な成膜室として連結された２つのスパッタ室ＳＶを示した。スパッタ室ＳＶには大面積の成膜を行うために２つのターゲットＴＧおよび対向するヒーターＨが備えられている。
【０００４】
このようなスパッタリング装置としては、平板型マグネトロンスパッタリング装置が用いられる。
図１１は従来の薄膜太陽電池の製造装置のスパッタ室を模式的に示す搬送方向に沿っての側面断面図である。
平板型マグネトロンスパッタリング装置では、陰極Ｅの背後には磁石が取り付けられており、磁力線は閉じており、少なくとも磁力線の一部は陰極面と平行になっている。このようなスパッタリング装置では、基板ＢＦを所定の温度に加熱する鋳込みヒーターＨ１がターゲットＴＧに平行に対向して配置されているが、スパッタリング範囲内の基板の均熱を維持するために、鋳込みヒーターＨ１は基板の搬送方向とそれに垂直方向においてターゲットＴＧよりやや大きく設定されており、鋳込みヒーターＨ１間には間隔（隙間）があった。また、同様に鋳込みヒーターＨ１とスパッタ室の搬送方向に隣接するスパッタ室壁Ｖ２との間にも隙間があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来スパッタリング装置では、スパッタ室壁は真空シールのためほぼ室温に冷却されており、上記の鋳込みヒーター間の隙間およびヒーターとスパッタ室の隣接する壁の隙間では、基板は薄く熱容量が小さいので放熱のため搬送中の基板の温度は低下していた。従来の２つの鋳込みヒーター間の距離は２０５mmである。図１２は従来の鋳込みヒーターの場合の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。２つのヒーターの前端Ｐ１および終端Ｐ２、前端Ｐ３および終端Ｐ４および隣室の鋳込みヒーター前端Ｐ５を搬送される基板が通過する時間をＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ３およびＴ５で示してある。スパッタリングの前後で、基板は急加熱や急冷却されていることが判る。このような電極スパッタ時の基板の温度変化は、形成された電極膜に剥離を生じさせることがあり、また膜質や信頼性に大きく影響すると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、電極スパッタリングの前後において、基板の温度を一定に保持できるスパッタ室を有し、剥離の生じない、また形成された膜質がよく、信頼性の高い電極を製造できる薄膜太陽電池の製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、複数のターゲットと各ターゲットに対向してそれぞれ鋳込みヒーターが設置され、ターゲットと鋳込みヒーターの間に搬送される薄膜太陽電池の基板にスパッタを行うスパッタ室を有する薄膜太陽電池の製造装置において、前記鋳込みヒーターを隙間なく配置するものとする。
【０００８】
前記鋳込みヒーター間に他の鋳込みヒーターを設け前記鋳込みヒーターを隙間なく配置すると良い。
【０００９】
前記鋳込みヒーターと前記スパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱源を設けることが好ましい。
前記熱源はランプヒーターであると良い。
【００１０】
前記鋳込みヒーターと前記スパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱反射板を設けることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、上記のように、鋳込みヒーター間の距離を無くした。また実施態様として、鋳込みヒーターとスパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱源を備えたので、鋳込みヒーター間および鋳込みヒーターとスパッタ室の搬送方向に隣接するスパッタ室壁との間を通過する基板は加熱され、基板温度をスパッタリングおよびその前後で一定とすることが可能となり、電極膜の剥離は生じなくなり、良質の電極が得られると期待できる。
あるいは鋳込みヒーターとスパッタ室壁との間に熱反射板を設置し基板の熱放射を防止したので、基板の熱源間の温度低下は小さくなり、電極膜の剥離は生じなくなり、良質の電極が得られると期待できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例および参考例により発明を詳細に説明する。
参考例１
図１は本発明の参考例に係るスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
鋳込みヒーターの形状を、従来よりも搬送方向において均等に長くし、２つの改良された鋳込みヒーターＨ２間の距離（Ｐ２、Ｐ３間）を１７５mmと短くした。
【００１３】
図２は本発明の参考例に係るヒーター延長後の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。ヒーター間の温度谷間（時間Ｔ３）の底がやや高くなり、スパッタ時の、すなわちＴ１とＴ２間、Ｔ３とＴ４間の平坦部が従来の平坦部にくらべ４０% 程延びていることが分かる。
このような温度均一性の改良の結果、鋳込みヒーター間の距離が１８０mm以下にすると、電極膜の剥離発生は減少をはじめた。
【００１４】
しかし、鋳込みヒーターがすでにある程度大きい場合には、その面内温度分布を均一にすることが難しいため、これ以上の鋳込みヒーターの大型化は難しく、次の実施例のような改良が必要になる。
実施例１
図３は本発明に係る他の鋳込みヒーター追加したスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【００１５】
従来の鋳込みヒーターＨ１の間に、他の鋳込みヒーターＨ３を追加し、鋳込みヒーター間の隙間を無くした。図４は本発明に係る隙間なしヒーターの場合の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。ヒーター間では温度は平坦であることが判る。
その結果、電極膜の信頼性評価試験の初期での剥離発生は生じなかった。そして、実施例１に比べさらに電極膜表面の微細な凹凸化（テクスチャ化）が進み、光の散乱反射率が改善されることが確認できた。
【００１６】
上記のような改良により、従来よりも基板の温度を一定に保つことが出来ているが、スパッタ室のヒーターや側壁への付着物の除去などのメンテナンスのためにヒーターの取り付けてある側の天板３を開閉する構造になっているため、天板の大きさ全てにヒータを取り付けできないため、スパッタ室ユニットの接続部分で、すなわちＴ１前後およびＴ４とＴ５の間で基板温度の低下が見られる。以下の実施例はこの点を改良した場合である。
実施例２
図５は本発明に係る別のスパッタ室の搬送方向に沿っての平面断面図である。
【００１７】
ここではヒーターやターゲットの面は鉛直面であり、メンテナンスのための開閉機構をターゲット側に持たせることにより、鋳込みヒーターをより広く連続的に配置することができる。鋳込みヒーターＨ１とスパッタ室壁Ｖ４の間にも鋳込みヒーターＨ４を追加した。この方式によってスパッタ室ユニットの接続部分を除く槽内の広範囲に渡って基板温度を高温で保持することが出来るようになり、信頼性評価時の電極膜の剥離発生迄の経過時間が長くなり、実施例１に比べさらに電極膜のテクスチャ化が進んだことが確認できた。
参考例２
図６は本発明の参考例に係る加熱用のロールを設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての断面図である。参考例１における鋳込みヒーター間および鋳込みヒーターとスパッタ室壁の間に設けた加熱ロールＨ５により基板を加熱した。
【００１８】
加熱ロールとしては、内部に加熱した熱媒体を流す方式と、内部に電熱コイルを内蔵する方式を試みた。いずれの場合も、鋳込みヒーターとスパッタ室壁の間での温度低下を解消することができ、スパッタ室壁の極近傍を除いて、基板温度は一定となった。
実施例３
図７は本発明に係る平面ランプヒーターを設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての断面図である。図８は本発明に係る平面ランプヒーターの平面図である。
【００１９】
平面ランプヒーターＨ６は１面がクロムメッキされた金属板Ｈ６ｂの１面に直線状のランプヒーターＨ６ｌを複数取り付けたものである。実施例１における薄膜太陽電池の製造装置において、平面ランプヒーターＨ６は２つのスパッタ室にわたってスパッタ室壁に、ランプヒーターＨ６ｌが基板に対面するように、取り付けられている。
【００２０】
上記の実施例では解消できなかったスパッタ室壁の極近傍での温度低下を解消することができ、基板温度は一定となった。
そして、実施例２、参考例２、実施例３のスパッタ室で製造した電極膜の信頼性評価中の電極膜の剥離発生はなくなった。
実施例４
図９は本発明に係る熱反射板を設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての断面図である。実施例３における鋳込みヒーターとスパッタ室壁の間に熱反射板Ｈ７を支柱Ｈ７ａによりスパッタ室壁に取り付け、基板からの放射熱を基板へ戻した。
【００２１】
熱源による加熱程ではないが、鋳込みヒーターとスパッタ室壁の間での温度低下を解消することができ、スパッタ室壁の極く近傍を除いて、基板温度は一定となった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、鋳込みヒーター間の距離を無くし、実施態様としては、鋳込みヒーターと前記スパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱源を備えたので、鋳込みヒーターとスパッタ室の搬送方向に隣接する壁との間を通過する基板は加熱され、基板温度をスパッタリングおよびその前後で一定とすることが可能となり、電極膜の剥離は生じなくなり、良質の電極が得られるようになり、薄膜太陽電池の品質と信頼性は向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係るスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図２】 本発明の参考例に係るヒーター延長後の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。
【図３】 本発明に係るスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図４】 本発明に係る隙間なしヒーターの場合の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。
【図５】 本発明に係る別のスパッタ室の搬送方向に沿っての平面断面図である。
【図６】 本発明の参考例に係る加熱用のロールを設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図７】 本発明に係る平面ランプヒーターを設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図８】 本発明に係る平面ランプヒーターの平面図である。
【図９】 本発明に係る熱反射板を設けたスパッタ室の搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図１０】 薄膜太陽電池の製造装置を模式的に示す搬送方向に沿っての側面断面図である。
【図１１】 従来の薄膜太陽電池の製造装置のスパッタ室を模式的に示す搬送方向に沿っての側面断面図。
【図１２】 従来の鋳込みヒーターの場合の基板の一点の搬送時間に対する温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｖｓ 巻きだし室
Ｒｓ 巻きだしロール
Ｖｅ 巻き取り室
Ｒｅ 巻き取りロール
ＢＦ 基板
ＴＧ ターゲット
Ｅ 陰極
Ｈ１ 鋳込みヒーター
ＳＶ スパッタ室
Ｖ１ スパッタ室天板
Ｖ２ スパッタ室ユニット底板
Ｖ３ スパッタ室側板
Ｖ４ スパッタ室ユニット接続部
Ｖ５ 側面扉
Ｈ２ 改良された鋳込みヒーター
Ｈ３ 追加された鋳込みヒーター
Ｈ４ 追加された鋳込みヒーター
Ｈ５ 加熱ロール
Ｈ６ 平面ランプヒーター
Ｈ６ｌランプヒーター
Ｈ７ 反射板
Ｈ７ａ支柱

Claims (5)

1. 複数のターゲットと各ターゲットに対向してそれぞれ鋳込みヒーターが設置され、ターゲットと鋳込みヒーターの間に搬送される薄膜太陽電池の基板にスパッタを行うスパッタ室を有する薄膜太陽電池の製造装置において、前記鋳込みヒーターを隙間なく配置したことを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。
2. 前記鋳込みヒーター間に他の鋳込みヒーターを設け前記鋳込みヒーターを隙間なく配置した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。
3. 前記鋳込みヒーターと前記スパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱源を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
4. 前記熱源はランプヒーターであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
5. 前記鋳込みヒーターと前記スパッタ室の搬送方向の隣接壁との間に熱反射板を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造装置。

Images