JPH0368546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［利用分野］ 本発明は可撓性基板上に非晶質シリコン薄膜を
連続的に形成する非晶質シリコン薄膜の製造方法
に関し、特に非晶質シリコン太陽電池を連続的に
製造するに好適な非晶質シリコン薄膜の製造方法
に関する。

［従来技術］ 非晶質シリコン薄膜をステンレス鋼、ガラス板
などの基板上に設けた太陽電池は特開昭52−
16990号（特公昭53−37718号）公報に記載されて
いるごとく公知である。また、可撓性基板として
耐熱性に富むポリイミド等の樹脂薄膜を基板に使
用した非晶質シリコン太陽電池は特開昭54−
149489号、さらに、特開昭55−4994号各公報に記
載されているごとく公知である。

非晶質シリコン太陽電池を製造するに際して可
撓性基板を用いる特徴は特開昭55−4994号公報に
開示されているごとく、支持基板上に必要な層を
連続法で設けた非晶質シリコン太陽電池の製造を
可能ならしめることにある。そして、この連続製
造法について、同公報には以下の通り開示されて
いる。すなわち、これらの製造段階のすべては、
一つの真空装置中で個々の層形成工程の間に空気
を入れることなく実施することができる。これは
太陽電池の合理的な製造について別の利点であ
る。金属層は蒸着または陰極スパツタリングによ
つて作ることができ、又半導体層は陰極スパツタ
リング法、CVD法またはプラズマCVD法によつ
てつくることができる。個々の層形成法を使用す
ることにより個々の圧力を必要とする場合には、
真空装置を複数の室、場合によつては圧力差を有
する複数の室から構成する。

又、特開昭54−149489号公報に開示されている
ごとく、可撓性基板上に形成された非晶質シリコ
ン太陽電池は、従来の太陽電池に比較してフイル
ム状であるので、任意に曲げることが可能であ
り、その応用が広がることが期待されている。

［発明の目的］ 本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、上
記非晶質シリコン太陽電池の製造に好適な所定速
度で移送される可撓性の基板上に連続的に生産性
良く非晶質シリコン薄膜が形成できる非晶質シリ
コン薄膜の製造方法を提供することを目的とする
ものである。

［発明の構成及び作用］ 上述の目的は以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明は、可撓性の基板上に非晶質シ
リコン薄膜を形成するに際し、真空槽内で回転す
る加熱ドラムを一方の電極とし、これに対向する
ように設けた電極との間に高周波電力を供給し、
形成する非晶質シリコン薄膜に対応したガスを導
入してグロー放電を起こし、加熱ドラムに密着し
てに移送される基板上に非晶質シリコン薄膜を形
成することを特徴とする非晶質シリコン薄膜の製
造方法である。

上述の通り本発明では一方の電極を加熱ドラム
とし、可撓性の基板を用いることにより、プラズ
マCVD法による非晶質シリコン薄膜の形成を、
基板を加熱ドラムに密着して移送しつつその上に
連続的に形成できるようにしたものであり、よつ
て、基板に擦り傷等を発生させることなく基板の
膜形成時の温度が確実に制御でき、膜形成速度の
向上が可能となる。

上述の本発明において、生産性面からはロール
アツプされた第１のロールから基板を引き出して
前述の加熱ドラムに供給して膜形成し、しかる後
第２のロールに巻き上げるロールツーロール方式
が好ましい。

ところで、上述の本発明において例えば非晶質
シリコン薄膜がｐ、ｉ、ｎの三層構成の非晶質シ
リコン太陽電池薄膜の場合は以下のように製造さ
れる。すなわち、例えば、10〜0.1Torrに維持さ
れた真空槽内でロールアツプされた可撓性基板か
ら該基板を引き出し、200〜400℃に加熱した回転
加熱ドラムに該基板を密着させる。回転加熱ドラ
ムを一方の電極と、それと対向する電極との間に
13.56MHzの高周波電力を供給する。真空槽内に
はシラン（SiH₄）、ジボラン（B₂H₆）、ホスフイ
ン（PH₃）ガスを導入してグロー放電を起し、所
定の膜厚に前記ガスの分解生成物を沈積せしめて
ｐ、ｉ、ｎの各層を形成し、しかる後に巻き取り
ローラーで非晶質シリコンを沈積した可撓性基板
を巻き上げる。このようにすると一走行で所望の
起電力層が形成できるので生産性が良い。又、前
述の通り基板は加熱ドラムに密着して移送される
ので擦過傷の発生がなく、ロールアツプしても擦
過傷等による非晶質シリコン薄膜への損傷がない
利点もある。なお、かかる連続製造に際しては、
特開昭55−4994号公報開示の通り、必要に応じ真
空槽を複数の室、場合によつては圧力差を有する
複数の室から構成しても良いことは云うまでもな
い。

次に該非晶質シリコン膜を太陽電池デバイスと
するために該ロールアツプした非晶質シリコン膜
を真空槽内に装着し、例えばシヨツトキー接合セ
ルの場合はシヨツトキー障壁金属として白金、
金、パラジウム等をスパツタ法や真空蒸着法で
100Å前後の膜厚で沈積する。またヘテロ（フエ
イス）接合セルの場合は、酸化インジウム、酸化
錫、錫酸カドミウム薄膜を200〜300Å前後の膜厚
になるようにスパツタ法や真空蒸着法で沈積し、
非晶質シリコン膜の場合と同様にして、巻き取り
ローラーで巻き上げる。

次に、収集電極をシヨツトキー障壁金属、ヘテ
ロ（フエイス）電極表面上に設けて非晶質シリコ
ン太陽電池デバイスとする。

ところで、上述の本発明に用いる可撓性基板と
は曲げ、引張りおよび圧縮変形に対して自己復元
力を有するもので、少なくとも曲率半径が4.0cm
以上の曲げ変形に対して弾性変形限界内のフイル
ム状材料である。かかるフイルム状材料には、合
金を含む金属フイルム、またはガラス及び有機高
分子フイルムのような非導電性フイルム表面上に
合金を含む金属薄膜や酸化物薄膜を被覆した導電
化ガラスフイルムや導電化高分子フイルムがあ
る。可撓性のある導電性フイルム材料はロールア
ツプされ、該フイルムが反応槽中に連続的に供給
され、非晶質シリコン薄膜が沈積されることか
ら、大面積太陽電池を得ることができる。かかる
大面積太陽電池から効率よく電力を取り出すため
には、非晶質太陽電池の基板であり、かつ一方の
電極となる導電性フイルムの表面抵抗は少なくと
も1000Ω／□以下であることが好ましい。

前記の可撓性かつ導電性の条件を満す基板材料
の一つは更に詳しくは厚さが10〜200μｍの合金
を含む金属フイルムで、モリブデン、タングステ
ン、チタン、コバルト、クロム、ニツケル、鉄、
タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム
金属および／またはそれらの合金である。なかで
もステンレス鋼、ニツケルクロム合金およびニツ
ケル、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタン
金属および／またはそれらの合金は耐蝕性の点か
ら特に好ましい。これらの合金を含む金属フイル
ムの厚さは10〜200μｍが可撓性の点から好適で
ある。厚さが200μｍを越えるとこれらの合金を
含む金属は可撓性を失いロールアツプすることが
できない。一方、厚さが10μｍより薄くなると、
非晶質シリコン薄膜を沈積した場合、沈積時に加
わる熱応力を緩和しきれずに該基板は大きく変形
するので好ましくない。

また、前記の可撓性かつ導電性の条件を満す、
もう一つの基板材料は150℃以上の耐熱性を有す
る高分子フイルムに厚さ0.01〜20μｍの導電層を
積層した導電化高分子フイルムであり、本発明は
耐熱性が低く精度の良い温度制御が必要なかかる
フイルムで特に効果大である。150℃以上の耐熱
性を有する高分子フイルムにはポリエチレンテレ
フタレートフイルム、ポリエチレンナフタレート
フイルム、芳香族ポリエステルフイルム、芳香族
ポリアミドフイルム、芳香族ポリアミドフイル
ム、ポリスルホンフイルム、ポリイミドフイルム
があるが、なかでも高温安定性の点からポリイミ
ドフイルムが好適である。該フイルムを非晶質太
陽電池の基板として用いるために、少なくとも表
面抵抗が1000Ω／□以下になるように厚さ0.01〜
20μｍの導電層を積層する。該導電層にはステン
レス鋼、ニツケルクロム合金およびニツケル、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタン金属およ
び／またはそれらの合金薄膜を蒸着法、スパタリ
ング法で沈積したもの、さらには、前記金属フイ
ルムをラミネートしたものや酸化錫、酸化インジ
ウム、錫酸カドミウム等の酸化物薄膜を蒸着法、
スパツタリング法で沈積したものがある。該導電
層の厚さが0.01μｍ以下では導電性が不充分であ
り、20μｍを越えると高分子フイルム本来の可撓
性を損うので好ましくない。

以下本発明の実施例を示す。

実施例 １ 可撓性基板として厚さ100μｍのステンレス鋼
からなる金属フイルムおよび厚さ125μｍのポリ
イミドフイルム上に厚さ1000Åのステンレス鋼の
スパツタ薄膜を有する導電化高分子フイルムを用
いた。

非晶質シリコン薄膜は前述の加熱ドラムを一方
の電極とした内部電極型の高周波（13.56MHz）
グロー放電装置を用いて前記基板上に設ける。グ
ロー放電装置内の巻き出しローラに前記基板のロ
ールを装着し、加熱ドラムを経由し巻取ローラま
で基板をセツトし、10^-5Torrに排気しながら300
℃に加熱ドラムを加熱する。その後、アルゴンガ
スを導入して1.0Torrのアルゴン雰囲気下で30W
の高周波電力を印加し前記基板を移送してプレス
パタリングを行つて基板のクリーニングを行う。
次に巻き出しローラ、加熱ドラム、巻き取りロー
ラを逆転して基板を逆方向に移送しつつ、水素ガ
スで10％に希釈したシランガスと同様に水素ガス
で１％に希釈したホスフインガスを混合しグロー
放電装置内に導入し、0.8Torrの該ガス雰囲気下
で10Wの高周波電力を印加して該基板上に厚さ
240Åのリンをドープしたｎ型の非晶質シリコン
薄膜を設ける。

引続いて前述のプレスパツタと同じ順方向に基
板を移送しつつシランガス単独で前記と同様にし
たｎ型の非晶質シリコン薄膜上に厚さ8000Åのｉ
型の非晶質シリコン薄膜を積層する。次に、又、
前述のｎ型の形成と同様に逆方向に基板を移送し
つつ、シランガス中に水素ガスで１％に希釈した
ジボランガスを混合した前記と同様にしてｉ型の
非晶質シリコン薄膜上に厚さ240Åのホウ素をド
ープしたｐ型の非晶質シリコン薄膜を設け、可撓
性基板上にpin型の非晶質シリコン太陽電池薄膜
を設けた。

次にこのようにして得られた可撓性基板上に
pin型非晶質シリコン薄膜を設けたフイルムを真
空蒸着装置内に装着した。10^-5Torrに排気しな
がら200℃に該フイルムを加熱する。その後、ア
ルゴンと酸素の混合ガスを導入して10^-3Torrの
雰囲気下で電子ビーム加熱法で酸化インジウムと
酸化錫の混合酸化物ターゲツトから、厚さ600Å
の錫をドープした酸化インジウム薄膜を真空蒸着
してヘテロフエイス層とした。最後にこのヘテロ
フエイス層上に収集電極として厚さ1000Åのパラ
ジウム薄膜をくし形に真空蒸着し、巻き上げロー
ラーで巻き上げ、可撓性基板上にpin型太陽電池
デバイスを得た。

該太陽電池デバイスを巻き上げローラーから引
き出し、AM＝１に調節したオリエル社ソーラー
シユミレーターで太陽電池特性を測定した。得ら
れた太陽電池デバイスの変換効率は２％であつ
た。

実施例 ２ 可撓性基板として、厚さ100μｍのポリエチレ
ンテレフタレートフイルム（PETフイルム）上
に良導電性のAl層、非晶質シリコン膜との接合
特性の良好なステンレス（SS）層を各々0.4μｍ、
40Åの厚さにスパツタ法を用いて設けたPET／
Al／SS積層体を用いた。このロールアツプした
長尺の可撓性フイルム基板をグロー放電装置の巻
出しローラにセツトし、装置全体を10^-5Torr台
に排気する。この真空中でこのフイルム基板を
各々の反応室を経由しながら巻取りローラまで走
行させてまずフイルム間に巻き込まれている空気
を排気し、つづいて巻き出しローラ、各導電型に
対応して設けた加熱ドラム電極、巻き取りローラ
を逆転して基板を逆方向に移送しつつ、各反応室
に1.0Torrの水素ガスを導入し、放電を行うこと
によつて基板表面のクリーニングを行う。

その後このフイルム基板を正方向に移送しつつ
まず、第一の加熱ドラムの反応室でシランガスと
シランガスに対し１％のB₂H₆ガスの1.0Torrの混
合雰囲気下で10Wの高周波電力を投入しフイルム
基板上に厚さ200Åのｐ型の非晶質シリコン薄膜
を設ける。

次に第二の加熱ドラムの反応室で1.0Torrのモ
ノシランガス雰囲気下で前記と同様にｐ型の非晶
質シリコン膜上に厚さ約5000Åのｉ型の非晶質シ
リコン膜を設ける。引続いて、第三の加熱ドラム
の反応室で2Torrのモノシランガスとモノシラン
ガスに対して１％のPH₃ガスを混合した雰囲気中
で200Wの高エネルギーの高周波電力を投入し、
微結晶ｎ型層を200Åの厚みに設け、その後巻取
り室で巻き取りローラに巻取る。

次にこのようにして得られた可撓性基板上に
pin型非晶質シリコン太陽電池薄膜を設けたフイ
ルムを真空蒸着装置内に装着した。10^-5Torrに
排気しながら200℃に該フイルムを加熱する。そ
の後、アルゴンと酸素の混合ガスを導入して
10^-3Torrの雰囲気下で電子ビーム加熱法で酸化
インジウムと酸化錫の混合酸化物ターゲツトか
ら、厚さ600Åの錫をドープした酸化インジウム
薄膜を真空蒸着してヘテロフエイス層とした。最
後にこのヘテロフエイス層上に収集電極として厚
さ10000Åの銀薄膜をくし形に真空蒸着し、巻き
上げローラーで巻き上げ、可撓性基板上にpinヘ
テロフエイス型太陽電池デバイスを得た。

該太陽電池デバイスを巻き上げローラーから引
き出し、AM＝１に調節したオリエル社ソーラー
ソユミレーターで太陽電池特性を測定した。得ら
れた太陽電池のセル性能は７％の変換効率を示し
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可撓性の基板上に非晶質シリコン薄膜を形成
   するに際し、真空槽内で回転する加熱ドラムを一
   方の電極とし、これに対向するように設けた他方
   の電極との間に高周波電力を供給し、形成する非
   晶質シリコン薄膜に対応したガスを導入してグロ
   ー放電を起こし、加熱ドラムに密着して連続的に
   移送される基板上に非晶質シリコン薄膜を形成す
   ることを特徴とする非晶質シリコン薄膜の製造方
   法。 ２ 前記基板が、真空槽内でロールアツプされた
   第１のロールから引き出されて加熱ドラムに供給
   され、非晶質シリコン薄膜形成後第２のロールに
   巻き上げられる特許請求の範囲第１項記載の非晶
   質シリコン薄膜の製造方法。 ３ 前記非晶質シリコン薄膜がｐ、ｉ、ｎの導電
   型の非晶質シリコン層を積層した非晶質シリコン
   太陽電池薄膜であり、前記一対の電極が前記非晶
   質シリコン太陽電池薄膜を構成するｐ、ｉ、ｎの
   導電型の各層に夫々対応して設けられ、前記基板
   を各電極の加熱ドラムに密着して連続的に移送し
   つつ、基板上に各層を連続的に形成し、しかる後
   ロールに巻き上げる特許請求の範囲第２項記載の
   非晶質シリコン薄膜の製造方法。 ４ 前記基板が表面抵抗1000Ω／□以下の導電性
   を有する可撓性基板である特許請求の範囲第１
   項、第２項若しくは第３項記載の非晶質シリコン
   薄膜の製造方法。 ５ 前記基板が厚さ10〜200μｍの金属フイルム
   である特許請求の範囲第４項記載の非晶質シリコ
   ン薄膜の製造方法。 ６ 前記基板が、150℃以上の耐熱性を有する高
   分子フイルムに厚さ0.01〜20μｍの導電層を積層
   した導電化高分子フイルムである特許請求の範囲
   第４項記載の非晶質シリコン薄膜の製造方法。