JPH06181175A - 多元系同時蒸着装置 - Google Patents
多元系同時蒸着装置Info
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- JPH06181175A JPH06181175A JP4332086A JP33208692A JPH06181175A JP H06181175 A JPH06181175 A JP H06181175A JP 4332086 A JP4332086 A JP 4332086A JP 33208692 A JP33208692 A JP 33208692A JP H06181175 A JPH06181175 A JP H06181175A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】化合物薄膜を成膜するための多元系同時蒸着装
置において、組成制御のために水晶振動子を用いる場合
に、基板、治具などより再蒸発する低融点、高蒸気圧の
成分元素の振動子への付着による制御性の低下を防止す
る。 【構成】成膜基板および水晶振動子と対向配置される各
蒸発源との間に冷却される遮蔽体を配置し、再蒸発した
成分元素をトラップする。遮蔽体には、各蒸発源から基
板に至る蒸気の通路となる開口部および各蒸発源から水
晶振動子に至る蒸気の通路となる開口部が開けられてい
る。そのような遮蔽体を２段にすること、また水晶振動
子を円筒状シールドで囲むことにより、水晶振動子に到
達する蒸気の指向性を強める。
置において、組成制御のために水晶振動子を用いる場合
に、基板、治具などより再蒸発する低融点、高蒸気圧の
成分元素の振動子への付着による制御性の低下を防止す
る。 【構成】成膜基板および水晶振動子と対向配置される各
蒸発源との間に冷却される遮蔽体を配置し、再蒸発した
成分元素をトラップする。遮蔽体には、各蒸発源から基
板に至る蒸気の通路となる開口部および各蒸発源から水
晶振動子に至る蒸気の通路となる開口部が開けられてい
る。そのような遮蔽体を２段にすること、また水晶振動
子を円筒状シールドで囲むことにより、水晶振動子に到
達する蒸気の指向性を強める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池の活性層
としてのカルコパイライト型三元系化合物薄膜の成膜に
用いることのできる多元系同時蒸着装置に関する。
としてのカルコパイライト型三元系化合物薄膜の成膜に
用いることのできる多元系同時蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｉ−III −VI2 族カルコパイライト型三
元系化合物薄膜、特にCuInSe2 、CuInＳ 2 、AgInSe2 、
AgInＳ2 は、光学ギャップが1.０〜1.８eVの範囲にあ
り、光学変換素子としての利用が期待される。近年、こ
れらの材料の薄膜形成技術の進展により、薄膜太陽電池
素子材料としてのこれらの物質は一層注目され、多くの
研究機関で研究が行われている。とくに蒸着法は、変換
効率が12％以上と高い太陽電池の活性層のための有効な
膜形成手法とされている。しかし、カルコパイライト型
三元系化合物薄膜は、組成によりその膜特性が著しく変
化するため、膜組成を厳密に制御する必要がある。
元系化合物薄膜、特にCuInSe2 、CuInＳ 2 、AgInSe2 、
AgInＳ2 は、光学ギャップが1.０〜1.８eVの範囲にあ
り、光学変換素子としての利用が期待される。近年、こ
れらの材料の薄膜形成技術の進展により、薄膜太陽電池
素子材料としてのこれらの物質は一層注目され、多くの
研究機関で研究が行われている。とくに蒸着法は、変換
効率が12％以上と高い太陽電池の活性層のための有効な
膜形成手法とされている。しかし、カルコパイライト型
三元系化合物薄膜は、組成によりその膜特性が著しく変
化するため、膜組成を厳密に制御する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】CuInSe2 薄膜の組成の
制御を電子衝撃発光分光法 (EIES法) を用いることによ
って9.53％の変換効率を得たことを、M.A.Mickelsen ら
が、15th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
(1981)p.800 に報告している。また、質量分析計を用い
てCuInSe2 膜組成の制御を行ったことをB.Dimmler らが
９th EC PVSEC Proc.(1989)p.160 に報告している。し
かし、これらの装置は高価であり、取扱いが非常に困難
であるという欠点がある。これに対し、安価で取扱いの
容易な方法として、個々の蒸発源に対向して設置した水
晶振動子の上に付着する蒸発物質の膜厚により振動数の
変化することを利用することが考えられた。しかし、こ
の場合も、蒸発源に過剰に含まれているセレン、硫黄の
ような低融点、高蒸気圧の成分元素が、蒸着槽内の成膜
基板あるいは治具などから再蒸発し、水冷されていて槽
内で最も温度の低い水晶振動子に回り込んで付着する。
水晶振動子の振動数は付着した物質の種類の判別は不可
能なので、蒸着化合物膜の組成制御が困難になる。
制御を電子衝撃発光分光法 (EIES法) を用いることによ
って9.53％の変換効率を得たことを、M.A.Mickelsen ら
が、15th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
(1981)p.800 に報告している。また、質量分析計を用い
てCuInSe2 膜組成の制御を行ったことをB.Dimmler らが
９th EC PVSEC Proc.(1989)p.160 に報告している。し
かし、これらの装置は高価であり、取扱いが非常に困難
であるという欠点がある。これに対し、安価で取扱いの
容易な方法として、個々の蒸発源に対向して設置した水
晶振動子の上に付着する蒸発物質の膜厚により振動数の
変化することを利用することが考えられた。しかし、こ
の場合も、蒸発源に過剰に含まれているセレン、硫黄の
ような低融点、高蒸気圧の成分元素が、蒸着槽内の成膜
基板あるいは治具などから再蒸発し、水冷されていて槽
内で最も温度の低い水晶振動子に回り込んで付着する。
水晶振動子の振動数は付着した物質の種類の判別は不可
能なので、蒸着化合物膜の組成制御が困難になる。
【０００４】本発明の目的は、上記の欠点を除いて、水
晶振動子による各元素の蒸着量の検出が、再蒸発する低
融点、高蒸気圧元素の影響を受けない多元系同時蒸着装
置を提供することにある。
晶振動子による各元素の蒸着量の検出が、再蒸発する低
融点、高蒸気圧元素の影響を受けない多元系同時蒸着装
置を提供することにある。
【０００５】
【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、本発明は、真空槽内に成膜基板が装着される基板
支持体に対向して複数の蒸発源が配置される多元系同時
蒸着装置において、基板支持体と蒸発源の間に冷却可能
で平板状の蒸発物質に対する遮蔽体が設置され、その遮
蔽体は、各蒸発源から支持体上に至るそれぞれの径路お
よび各蒸発源から各蒸発源にそれぞれ対向して前記平板
状遮蔽体に関して基板支持体と同じ側に設置される蒸着
膜厚検出用水晶振動子に至るそれぞれの径路に開口部を
有するものとする。そして、平板状遮蔽体が基板支持体
および水晶振動子の近傍ならびに蒸発源近傍の２箇所に
設置されることが有効である。また、水晶振動子が、対
向する蒸発源に向かう方向の中心軸を有する円筒状の蒸
発物質に対する遮蔽体によって囲まれていることが有効
である。
めに、本発明は、真空槽内に成膜基板が装着される基板
支持体に対向して複数の蒸発源が配置される多元系同時
蒸着装置において、基板支持体と蒸発源の間に冷却可能
で平板状の蒸発物質に対する遮蔽体が設置され、その遮
蔽体は、各蒸発源から支持体上に至るそれぞれの径路お
よび各蒸発源から各蒸発源にそれぞれ対向して前記平板
状遮蔽体に関して基板支持体と同じ側に設置される蒸着
膜厚検出用水晶振動子に至るそれぞれの径路に開口部を
有するものとする。そして、平板状遮蔽体が基板支持体
および水晶振動子の近傍ならびに蒸発源近傍の２箇所に
設置されることが有効である。また、水晶振動子が、対
向する蒸発源に向かう方向の中心軸を有する円筒状の蒸
発物質に対する遮蔽体によって囲まれていることが有効
である。
【０００６】
【作用】冷却された平板状遮蔽体は、再蒸発する低融
点、高蒸気圧成分元素のトラップとなり、水晶振動子上
に回り込んで付着するのを阻止するため、水晶振動子上
には対向する蒸発源からの蒸発物質が付着するだけであ
り、基板上に成膜される化合物の組成を精密に制御する
ことができる。さらに、蒸発源から成膜基板に至る径路
および蒸発源からの水晶振動子に至る径路に開口部を有
する平板状遮蔽体を複数設けることにより、あるいは水
晶振動子を円筒状遮蔽体で囲むことにより、成膜基板お
よび水晶振動子上に蒸着する蒸気の指向性が強くなり対
向蒸発源以外からの蒸着が防止されるので、組成制御の
精度はさらに向上する。
点、高蒸気圧成分元素のトラップとなり、水晶振動子上
に回り込んで付着するのを阻止するため、水晶振動子上
には対向する蒸発源からの蒸発物質が付着するだけであ
り、基板上に成膜される化合物の組成を精密に制御する
ことができる。さらに、蒸発源から成膜基板に至る径路
および蒸発源からの水晶振動子に至る径路に開口部を有
する平板状遮蔽体を複数設けることにより、あるいは水
晶振動子を円筒状遮蔽体で囲むことにより、成膜基板お
よび水晶振動子上に蒸着する蒸気の指向性が強くなり対
向蒸発源以外からの蒸着が防止されるので、組成制御の
精度はさらに向上する。
【０００７】
【実施例】以下、図を引用してＩ−III −VI2 族カルコ
パイライト型三元系化合物の一つであるCuInSe2 の薄膜
の三元同時蒸着のための本発明の実施例について述べ
る。図１は本発明の一実施例の三元系同時蒸着装置で、
図示しない真空槽の上部にガラス基板１が、ヒータ３を
備えた支持体２により支持され、下部にCu、InおよびSe
の三つの蒸発源が配置され、図にはそのうちのCu蒸発源
41、Se蒸発源42を示す。そして、蒸発源41、42と基板１
の間にそれぞれ１mm厚のステンレス鋼板よりなる二つの
防着板５、６が設置されている。防着板５は支持体21に
より支持され、図２に詳細に示すより中央に大きい開口
部71、その周囲に三つの小さい開口部72が開けられ、板
面を冷却するために導管73から導入し、導管74から排出
される水、液体窒素などの冷媒を循環できる空洞70を有
する。防着板６は、図３に詳細に示すように三つの小さ
い開口部75のみ開けられており、やはり冷却のための空
洞70を有する。防着板５の開口部71と防着板６の開口部
75は各蒸発源41、42──から基板１に向かう径路に開け
られている。さらに防着板５の上方には３個の水晶振動
子８が設置されており、防着板６の開口部75は各蒸発源
41、42──からこの水晶振動子８に向かう径路にも存在
すると共に、防着板５の開口部72がこの径路に開けられ
ている。また、水晶振動子８は各蒸発源に向かう方向の
中心軸を有する円筒形シールドの中に収容されている。
パイライト型三元系化合物の一つであるCuInSe2 の薄膜
の三元同時蒸着のための本発明の実施例について述べ
る。図１は本発明の一実施例の三元系同時蒸着装置で、
図示しない真空槽の上部にガラス基板１が、ヒータ３を
備えた支持体２により支持され、下部にCu、InおよびSe
の三つの蒸発源が配置され、図にはそのうちのCu蒸発源
41、Se蒸発源42を示す。そして、蒸発源41、42と基板１
の間にそれぞれ１mm厚のステンレス鋼板よりなる二つの
防着板５、６が設置されている。防着板５は支持体21に
より支持され、図２に詳細に示すより中央に大きい開口
部71、その周囲に三つの小さい開口部72が開けられ、板
面を冷却するために導管73から導入し、導管74から排出
される水、液体窒素などの冷媒を循環できる空洞70を有
する。防着板６は、図３に詳細に示すように三つの小さ
い開口部75のみ開けられており、やはり冷却のための空
洞70を有する。防着板５の開口部71と防着板６の開口部
75は各蒸発源41、42──から基板１に向かう径路に開け
られている。さらに防着板５の上方には３個の水晶振動
子８が設置されており、防着板６の開口部75は各蒸発源
41、42──からこの水晶振動子８に向かう径路にも存在
すると共に、防着板５の開口部72がこの径路に開けられ
ている。また、水晶振動子８は各蒸発源に向かう方向の
中心軸を有する円筒形シールドの中に収容されている。
【０００８】この同時蒸着装置を用いてヒータ３により
400 ℃以上に加熱されたガラス基板１上に太陽電池のた
めのCuInSe2 膜を成膜する場合、水晶振動子８に生ずる
Cu膜、In膜、Se膜の厚さの比が化学量論的にはほぼ１：
2.21：52、あるいは太陽電池の特性上好影響をもたらす
In過剰にするためにInの比をこれより多少多く、また安
定した膜形成を行うためにSeの比を上記の1.２〜1.５倍
程度になるような条件を定める。このようにSeを過剰に
しても、基板、治具などから再蒸発するSeが蒸発源の近
傍および水晶振動子の近傍に冷却されて低温の防着板
６、５にトラップされるので実質的には化学量論値に近
付く。また、トラップされないSeも水晶振動子８の周囲
の円筒形シールドにより水晶振動子本体上に付着するこ
とはない。そして、蒸発源41、42─から出る蒸気は、防
着板６の開口部75、防着板５の開口部72を通ってシール
ドの軸方向の指向性をもつ流れとなって水晶振動子８に
達し、他の方向からの蒸気が水晶振動子に達することが
ないため、組成制御性は格段によくなる。図４は成膜さ
れたCuInSe2 膜のCu／In値の設定値との関係を、図１に
示した三元系同時蒸着装置を用いた場合を○印で、従来
装置を用いた場合を□印で示したもので、組成制御性の
向上がよくわかり、これに伴い当然膜質も向上した。
400 ℃以上に加熱されたガラス基板１上に太陽電池のた
めのCuInSe2 膜を成膜する場合、水晶振動子８に生ずる
Cu膜、In膜、Se膜の厚さの比が化学量論的にはほぼ１：
2.21：52、あるいは太陽電池の特性上好影響をもたらす
In過剰にするためにInの比をこれより多少多く、また安
定した膜形成を行うためにSeの比を上記の1.２〜1.５倍
程度になるような条件を定める。このようにSeを過剰に
しても、基板、治具などから再蒸発するSeが蒸発源の近
傍および水晶振動子の近傍に冷却されて低温の防着板
６、５にトラップされるので実質的には化学量論値に近
付く。また、トラップされないSeも水晶振動子８の周囲
の円筒形シールドにより水晶振動子本体上に付着するこ
とはない。そして、蒸発源41、42─から出る蒸気は、防
着板６の開口部75、防着板５の開口部72を通ってシール
ドの軸方向の指向性をもつ流れとなって水晶振動子８に
達し、他の方向からの蒸気が水晶振動子に達することが
ないため、組成制御性は格段によくなる。図４は成膜さ
れたCuInSe2 膜のCu／In値の設定値との関係を、図１に
示した三元系同時蒸着装置を用いた場合を○印で、従来
装置を用いた場合を□印で示したもので、組成制御性の
向上がよくわかり、これに伴い当然膜質も向上した。
【０００９】このほか、CuInＳ2 の成膜を図１と同様の
装置を用いて行った場合にも、組成制御性の向上が確か
められた。
装置を用いて行った場合にも、組成制御性の向上が確か
められた。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、水晶振動子を用いた多
元系同時蒸着装置に、再蒸発する低融点、高蒸気圧成分
元素をトラップする冷却可能の遮蔽体を設置することに
より、水晶振動子に付着する膜厚の成膜される化合物中
の組成との関係が正確に保たれるので、組成制御性の高
い同時蒸着装置が得られた。この装置は、薄膜太陽電池
の活性層を形成するためのカルコパイライト型三元系化
合物の成膜に極めて有効に使用できる。
元系同時蒸着装置に、再蒸発する低融点、高蒸気圧成分
元素をトラップする冷却可能の遮蔽体を設置することに
より、水晶振動子に付着する膜厚の成膜される化合物中
の組成との関係が正確に保たれるので、組成制御性の高
い同時蒸着装置が得られた。この装置は、薄膜太陽電池
の活性層を形成するためのカルコパイライト型三元系化
合物の成膜に極めて有効に使用できる。
【図１】本発明の一実施例の三元系同時蒸着装置の要部
断面図
断面図
【図２】図１の装置の防着板の一つを示し、(a) が(b)
のＡ−Ａ線断面図、(b) が平面図
のＡ−Ａ線断面図、(b) が平面図
【図３】図１の装置の他の防着板を示し、(a) が(b) の
Ｂ−Ｂ線断面図、(b) が平面図
Ｂ−Ｂ線断面図、(b) が平面図
【図４】図１の装置および従来装置を用いて成膜したCu
InSe2 膜中のCu／In比と設定Cu／In値との相関図
InSe2 膜中のCu／In比と設定Cu／In値との相関図
１ ガラス基板 ２ 基板支持体 ３ ヒータ ４１ Ｃｕ蒸発源 ４２ Ｓｅ蒸発源 ５，６ 防着板 ７０ 空洞 ７１，７２，７５ 開口部 ７３，７４ 導管 ８ 水晶振動子
Claims (3)
- 【請求項１】真空槽内に成膜基板が装着される基板支持
体に対向して複数の蒸発源が配置されるものにおいて、
基板支持体と蒸発源の間に冷却可能で平板状の蒸発物質
に対する遮蔽体が設置され、その遮蔽体は、各蒸発源か
ら支持体上に至るそれぞれの径路および蒸発源から各蒸
発源にそれぞれ対向して前記平板状遮蔽体に関して基板
支持体と同じ側に設置される蒸着膜厚検出用水晶振動子
に至るそれぞれの径路に開口部を有することを特徴とす
る多元系同時蒸着装置。 - 【請求項２】平板状遮蔽体が基板支持体および水晶振動
子近傍ならびに蒸発源近傍の２箇所に設置された請求項
１記載の多元系同時蒸着装置。 - 【請求項３】水晶振動子が、対向する蒸発源に向かう方
向の中心軸を有する円筒状の蒸発物質に対する遮蔽体に
よって囲まれた請求項１あるいは２記載の多元系同時蒸
着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4332086A JPH06181175A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 多元系同時蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4332086A JPH06181175A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 多元系同時蒸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06181175A true JPH06181175A (ja) | 1994-06-28 |
Family
ID=18250993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4332086A Pending JPH06181175A (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 多元系同時蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06181175A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008019459A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 成膜装置 |
| JP2008150649A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Tokki Corp | 真空蒸着装置 |
| JP2011060891A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Optorun Co Ltd | 多源蒸着薄膜の組成制御方法および製造装置 |
| JP2013520566A (ja) * | 2010-02-23 | 2013-06-06 | サン−ゴバン グラス フランス | 基板上に層を堆積させるための装置および方法 |
| CN105112853A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统 |
-
1992
- 1992-12-14 JP JP4332086A patent/JPH06181175A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008019459A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 成膜装置 |
| JP2008150649A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Tokki Corp | 真空蒸着装置 |
| JP2011060891A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Optorun Co Ltd | 多源蒸着薄膜の組成制御方法および製造装置 |
| JP2013520566A (ja) * | 2010-02-23 | 2013-06-06 | サン−ゴバン グラス フランス | 基板上に層を堆積させるための装置および方法 |
| CN105112853A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种配备有开孔挡板的真空镀膜机系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |