JPH1041237A

JPH1041237A - 成膜装置および太陽電池

Info

Publication number: JPH1041237A
Application number: JP9002588A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tabuchi; 勝也田淵
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】膜付着部材に付着したa-Si膜または金属膜が剥
離しがたく、セル特性が安定して得られ、稼働率が高い
成膜装置と高特性の太陽電池を提供する。【解決手段】プラズマ化学気相成長またはスパッタリン
グにより薄膜を基板上に成膜する成膜室２ｂ、２ｃまた
は２ｄを有する成膜装置２において、前記成膜室内の薄
膜が堆積する膜付着部材の表面は凹凸化されていること
とする。前記凹凸の大きさの概略平均値は、面内方向に
は２０μm 以上、面に垂直方向には１０μm 以上であ
り、また、前記凹凸はサンドブラスト処理により形成さ
れると良い。３ａは下部電極、３ｂは上部電極、３ｄは
防着板である。前記成膜装置により製造された太陽電池
において、シャント抵抗は１ kΩ/cm²以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】複数の電極層および半導体層
などを有する多層の薄膜半導体素子およびその成膜装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の電極層および半導体層などを有す
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（以下ａ−Ｓｉと記す）を主原料とした半導体層を光
電変換層とし、電極層がこの層を挟む構造の、大面積の
薄膜太陽電池がある。このような大面積の薄膜太陽電池
の製造方式としては、枚葉方式より生産性の優れている
ロールツーロール方式またはステッピングロール方式と
がある。これらはロールに巻かれた長尺の高分子材料あ
るいはステンレス鋼などの金属材料からなるフレキシブ
ルまたは可撓性の基板を各成膜室に順次に送りながら、
基板上に光電変換層、電極層などの各層を各成膜室毎に
形成して薄膜太陽電池を製造する方式である。前者は各
成膜室内を連続的に移動する基板上に成膜し、後者は各
成膜室内で同時に停止させた基板上に成膜し、成膜の終
わった基板部分を次の成膜室へ送り出している。ステッ
ピングロール方式の成膜装置は、隣接する成膜室間のガ
ス相互拡散を防止できることから各薄膜の特性が安定し
て得られるなどの点で優れている。

【０００３】図１１は、従来のステッピングロール方式
の成膜装置の基板移動方向の模式断面図である。スパッ
タリングによる金属電極層を形成する成膜室２ｃ、プラ
ズマ化学気相成長（以下、プラズマCVD と記す）により
a-Si層を形成する複数の成膜室２ｂ、およびスパッタリ
ングによる透明導電膜を成膜する成膜室２ｄを備え、こ
れら成膜室は共通室２ａ内に設置されている。a-Si層を
形成する成膜室２ｂの数は、ステッピングタイム（基板
の移動−成膜のサイクルに要する時間）、セル特性を考
慮して最適になるように割り当てられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように生産性に優
れるステッピングロール方式やロールツーロール方式の
成膜装置においても、いくらでも基板を長くして量産性
を上げることはできない。例えば、プラズマCVD による
a-Si膜の成膜室では、電極板、防着板等に付着したa-Si
膜は、厚さが数十μm にも達すると内部応力により膜が
剥離しフレークとなり、このフレークが基板に再付着す
ることによりピンホールの原因となり、太陽電池の製造
歩留まりを低下させるからである。

【０００５】また、ステッピングロール方式成膜装置の
成膜室と共通室のシール部にフレークが付着した場合に
は、成膜室から共通室への反応ガスの漏れ、さらに、こ
のガスの共通室から他の成膜室への混入により、セル特
性が低下する。電極板に付着したa-Si膜は、付着膜厚が
厚くなるにつれ内部応力が強くなり、電極板に反りを生
じさせる。この反りは、電極板と基板間距離を変えるた
め、膜厚の不均一を増加させ、セル特性の低下につなが
る。

【０００６】さらに、ステッピングロール方式やロール
ツーロール方式の成膜装置では、1ロール分の成膜が終
わる（１バッチの終了）毎に、共通室、および、成膜室
を大気開放し、可撓性基板の取り外しと次のバッチの基
板の装着を行う必要がある。この際、電極板や防着板な
どのa-Si膜、ITO 膜、金属膜等が付着している部材の温
度が成膜時の温度より下がり、膜と膜が付着している部
材の熱膨張係数の差から発生した応力により、膜が剥離
しやすくなる。膜が剥離した電極板、防着板等は、取り
外して交換する必要がある。また、剥離した膜は、取り
除く必要があり、これらに要する時間が装置の稼働率低
下につながり、生産性を損なっていた。

【０００７】上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、電
極板、防着板等に付着したa-Si膜または金属膜が剥離し
がたく、フレークや電極板の反りが生じないでセル特性
が安定して得られ、またバッチ間の大気開放時にも膜剥
離が生じなく、稼働率が高くまた生産性の高い成膜装置
を提供し、また、特性の良い太陽電池を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上気の目的を達成するた
めに、プラズマ化学気相成長またはスパッタリングによ
り薄膜を基板上に成膜する成膜室を有する成膜装置にお
いて、前記成膜室内の薄膜が堆積する膜付着部材の表面
は凹凸化されていることとする。前記凹凸の大きさの概
略平均値は、面内方向には２０μm 以上、面に垂直方向
には１０μm 以上であると良い。

【０００９】前記凹凸はサンドブラスト処理により形成
されると良い。前記部材は電極板、防着板またはサセプ
タであると良い。前記成膜装置はロールツーロール方式
またはステッピングロール方式であると良い。前記成膜
装置のプラズマ化学気相成長成膜室の電極板は両面が共
に凹凸化されていると良い。

【００１０】前記電極板の反りは２mm以下であると良
い。前記電極板の表面の凹凸化は両面とも同じ大きさの
粒径の研磨材によりなされると良い。前記成膜装置によ
り製造された太陽電池において、シャント抵抗は１ kΩ
/cm²以上であると良い。

【００１１】前記成膜装置により製造された太陽電池に
おいて、ピンホールの直径ｄμm とその密度Ｎ個/cm²と
の関係はＮ×ｄ²≦１．５×１０⁴であると良い。前記
太陽電池は、可撓性基板の一方の面に第１電極層、光電
変換層および第２電極層がこの順で形成されており、他
の面には第３電極層が形成されており、さらに前記基板
には２種の穴が複数開けられており、１種の穴の内面で
第１電極層と第３電極層とが、また他の１種の穴の内面
では第２電極層と第３電極層とが導通していると良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記のように、電極板、防着板等
の膜付着部材の表面を凹凸化することにより、膜が付着
する部分の表面積が増加し、膜の付着力が増加し、膜は
剥離しにくくなる。さらに、厚い膜に対しては、凹凸の
面内方向の径および面に垂直方向の深さで表される凹凸
のサイズを膜厚のオーダーとすることにより、膜形状は
平面でなく折れ曲がった形状となるので、膜が付着する
面に平行な方向の内部応力は分散されみかけ上内部応力
は緩和される。従って、膜の付着力が増加し、膜は剥離
しにくくなる。膜が剥離しなければ、フレークは発生し
ないので、各成膜室のシールが損なわれることはなく、
共通室からの異ガスによる膜の汚染あるいはフレークに
起因する太陽電池の特性の低下などの抑制防止が期待で
きる。

【００１３】以下実施例により、本発明を詳細に説明す
る。実施例図９は、本発明の成膜装置により試作した太陽電池の各
工程後の断面図であり、（ａ）は第１孔開け、（ｂ）は
第１電極層と第２電極層成膜、（ｃ）は第２孔開け、
（ｄ）は光電変換層成膜、（ｅ）は第３電極層成膜、
（ｆ）は第４電極層成膜である。可撓性で絶縁性の基板
１は、ポリイミド系のフィルムで厚さは５０μm である
が、フィルムとしてはポリエチレンナフタレート（ＰＥ
Ｎ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）またはアラミド系のフィル
ム等を用いることができる。この基板１ａの一部に複数
個の第１孔１ｂを開ける（工程（ａ））。パンチを用い
て機械的に、またはレーザー等のエネルギービームを用
いて開孔することができる。第１孔１ｂの直径は１ mm
のオーダーである。次に、基板１ａの上に、第１電極層
１ｄ( この面を表面とする) 、それと反対側の面( 裏面
とする) に第２電極層１ｅを順次成膜する。第１電極層
１ｄと第２電極層１ｅの成膜順は逆でもよい。このと
き、第１孔１ｂの内面で第１電極層１ｄと第２電極層２
ｅとは導通する（工程（ｂ））。これら電極層として
は、Agを約１００〜４００nmの厚さにスパッタリングに
より形成したが、Al、Cu、Ti等の金属をスパッタリング
または電子ビーム蒸着等により成膜しても良い。また、
金属酸化膜と金属の多層膜を電極層として形成しても良
い。成膜方式としては、成膜ゾーンにキャンロール部を
持たないロールツーロール方式で成膜することが良い。
キャンロール部で成膜するとヒーター基板間距離を実質
的に０にすることができる。しかしながら、孔が開いて
いる基板では、孔の部分から電極材料がキャンロール部
に付着し、これが基板の別の部分と接することにより剥
離、基板への再付着により太陽電池の歩留まりが低下す
る。

【００１４】次に、再び複数個の第２孔１ｃを基板に開
孔する。開孔方法は第１孔１ｂに同じである。（工程
（ｃ））。次に、光電変換層１ｆを成膜する。光電変換
層１ｆは薄膜半導体層であり、ａ−Ｓｉはその代表例で
あり、他にＣｕＩｎＳｅ₂、ＣｄＴｅ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ
などが挙げられる（工程（ｄ））。ａ−Ｓｉを主成分と
する場合は、主原料ガスにＳｉＨ₄を用いたプラズマＣ
ＶＤにより形成できる。

【００１５】次に、光電変換層１ｆの上に、第３電極層
１ｇである透明電極層を形成する。この工程を経て、例
えば太陽電池に必要な層が全て積層される。第３電極層
１ｇとしてＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどの酸化物導電
層を用いるのが一般的である。膜形成時に第１孔１ｂの
周縁部をマスクで覆うなどして初めに形成した第１孔１
ｂ部分には膜が形成されないようにする（工程
（ｅ））。

【００１６】次に、裏面に金属膜などの低抵抗導電膜か
らなる第４電極層１ｈを成膜する。この工程により、第
２孔１ｃの内面で第３電極層１ｇと第４電極層１ｈとを
導通させることができる。（工程（ｆ））。以上の成膜
工程の終了後、基板両面の積層を適宜切断し、ユニット
セルの多段直列接続からなる太陽電池を形成する。図１
０はユニットセルの直列接続された太陽電池の図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ線に
沿っての断面図である。断面図には太陽電池が光照射さ
れ発電しているときに同じ電位となる電極層に同じハッ
チングを施してある。ユニットセルＵは第２孔１ｃのみ
を有するように、切断部１ｉにより切断されており、第
２孔１ｃにおいてのみ第３電極層１ｇと裏側面の第４電
極層１ｈと接続されている。一方、第１孔と１つのユニ
ットセル中の第２孔とを有するように切断部１ｊにより
切断されて裏面電極Ｅが形成される。第１孔１ｂにおい
てはユニットセルＵの下部電極（第１電極層１ｄ）と裏
面電極Ｅ（第４電極層１ｈ）とが接続されている。従っ
て、任意のユニットセルＵ_nに隣接し合う裏面電極Ｅ
_n-1,nと裏面電極Ｅ_n,n+1はＥ_n-1,n−Ｕ_n−Ｅ_n,n+1
なる直列接続をなし、所定の多段直列接続された太陽電
池を形成することができる。

【００１７】図１は、本発明に係る成膜室内面に凹凸化
を施したステッピングロール方式の成膜装置の基板移動
方向の概略模式断面図である。この成膜装置２を用い
て、上記の工程のうち、光電変換層の成膜( 図９
（ｄ））から第４電極層の成膜( 図９（ｆ））までの成
膜を行った。送り出しロールR1から送り出された基板１
は次の各成膜室において成膜積層されて、巻き取りロー
ルR2に巻き取られる。プラズマCVD により光電変換層で
あるa-Si層を成膜する複数の成膜室２ｂ、スパッタリン
グによる透明導電膜（第３電極層）および金属電極層
（第４電極層）を成膜する成膜室２ｄ、２ｃを備え、こ
れら成膜室は共通室２ａ内に設置されている。a-Si層を
形成する成膜室２ｂの数は、セル特性と、他の成膜時間
やステッピングタイム（基板の移動−成膜のサイクルに
要する時間）を考慮して最適になるように定めてある。
共通室２ａは成膜中は常時真空引きされている。

【００１８】図２は本発明に係る成膜装置におけるa-Si
の成膜室の基板移動に垂直な方向の模式断面図である。
a-Siの成膜室（図１における２ｂ）は下部成膜室２ｅと
上部成膜室２ｆからなり、下部成膜室２ｅと上下に可動
な上部成膜室２ｆの各開口部壁端にはそれぞれシール２
ｇ、リップ２ｈが装着されている。成膜中は、リップ２
ｈとシール２ｇは基板１を挟み共通室２ａとは隔離され
て、成膜室２ｂからガスは漏れない。成膜中は、基板１
はヒータを内蔵する上部電極３ｂに固定されているサセ
プタ３ｃに密着され、下部電極３ａとサセプタ３ｃの間
のプラズマに晒される面に主にa-Siが成膜される。基板
１の移動時には上部成膜室２ｆは上部電極３ｂと共に上
昇され、基板はフリーになる。他のスパッタによる成膜
室も同様の構造であり、基板側に対向する電極にはター
ゲットが固定されていて、Ar等のスパッタガスが供給、
排気される。

【００１９】この実施例では、1 ロール当たり長さ４０
０m 、幅５０cmの可撓性の基板を用い、この基板上に複
数ユニットセルを含み有効面積４０×８０cm²（１ステ
ップ分）の太陽電池を３３０ステップ形成した。１セル
当たりのa-Si層の膜厚は約６００nmとした。a-Si層を成
膜する成膜室は６室からなり、１室、１ステップ当たり
平均１００nm、３３０ステップで約３３μm 成膜した。
透明導電膜は１ステップ当たり約８０nm、背面の金属電
極層は１セル当たり約１００nmである。

【００２０】凹凸化は次のようにa-Si、透明電極、金属
電極材料が付着する部分（膜付着部材）に施した。すな
わち、プラズマCVD によりa-Si層を形成する成膜室２ｂ
では、電極板３ａの基板と対向する側、防着板３ｄ、お
よびこれらを固定するネジ類、その他放電が拡がり膜が
付着すると考えられる部分、スパッタリングにより透明
電極および金属電極をそれぞれ形成する成膜室２ｃ、２
ｄでは防着板３ｄ、およびこれらを固定するネジ類、そ
の他放電が拡がり膜が付着する考えられる部分（膜付着
部材）である。特に、本実施例の太陽電池では基板に電
極導通のための孔を開けてあるため、基板を加熱する上
部電極３ｂまたはサセプタ３ｃにも凹凸化を施した。

【００２１】凹凸化はサンドブラストによった。研磨材
として１２０〜１５０μm 程度の粒径のAl₂O₃とし、吹
き出し圧力は５kg/cm²とした。サンドブラストした表面
を、さらに、弗酸１に対して硝酸２の割合で混合した液
によりエッチングを行ない、残留研磨材が、粉塵や吸着
ガスの放出源またはa-Siに対してドーパントとならない
ようにした。

【００２２】このように凹凸化を施した電極板表面を走
査型電子顕微鏡により観察した結果、表面は不規則に凹
凸化され（粗され）ていた。ＳＵＳ材、Ａｌ材を用いた
部材とも、概略の平均値として、面内方向には約５０μ
m 、面に垂直方向には約３０μm の大きさで凹凸が生じ
ていた。一方、サンドブラスト処理を行っていないもの
は、上記溶液にてエッチングのみを行ったが、ＳＵＳ材
を用いた部材では、面内方向には最大約７μm 、面に垂
直方向には最大約２μm 、Ａｌ材を用いた部材では、面
内方向には最大約５μm 、面に垂直方向には最大約５μ
m の凹凸がサンドブラスト処理を行ったものよりも規則
的に生じていた。

【００２３】図３は本発明に係る成膜装置における、成
膜ステップ数に対する成膜時の共通室の真空度グラフで
ある。比較のため凹凸化を施してない場合のグラフも付
記してある。カーブａは本発明に係る各成膜室の膜付着
部材に凹凸化を施した場合であり、カーブｂは従来の凹
凸化を施してない発明と同じ構造の成膜装置の場合であ
る。

【００２４】カーブａから判るように、膜付着部材に凹
凸化を施した場合は成膜ステップ数が増加するに従い、
共通室の真空度は良くなっていった。これは、成膜室内
に吸着していたガス、例えば水分等が排気時間が長くな
るにつれ徐々に排気されたためである。この場合では、
成膜室から共通室へのガスの漏れは観察されなかった。

【００２５】一方凹凸化を施さなかった場合は、カーブ
ｂにみられるように、初期においては成膜室内に吸着し
ているガスが排気され真空度が良くなるが、その後、成
膜室から共通室へのガスの漏れが生じ、これが次第に多
くなり共通室圧力が急激に上昇した。図４は本発明に係
る成膜装置における、成膜ステップ数に対するユニット
セルの特性（変換効率）のグラフである。カーブｃは本
発明に係る膜付着部材に凹凸化を施した場合であり、カ
ーブｄは従来の凹凸化を施してない発明と同じ構造の成
膜装置の場合である。カーブｄの初期値を１として規格
化してある。カーブｄの場合は、成膜ステップ数が増加
するに従いセル特性が悪くなった。カーブｃは初期値が
従来の約８０％であるが、成膜ステップ数が増加するに
従い僅かに低下している。初期値の低下については別に
後で説明する。

【００２６】膜付着部材に凹凸化を施してないと、リッ
プ２ｈやシール２ｇに光電変換層に用いるa-Si、あるい
は、透明電極層に用いるITO 、裏面接続電極層に用いる
金属膜のフレークが付着し、シールが不完全となり、成
膜を行うために上部成膜室２ｆを降下し可撓性基板１を
シールしガスを流した場合に、圧力の高い成膜室２ｂか
ら共通室２ａにガスが漏れたと考えられる。また、この
共通室２ａに漏れた反応ガスがさらに他の成膜室に拡散
し、例えば、真性の光電変換層を成膜する成膜室にｐ層
成膜に用いるドーピングガスB₂H₆、あるいはｎ層成膜用
いるドーピングガスPH₃が拡散し、変換効率の低下の原
因となることが予想される。

【００２７】上記のように成膜ステップ数が増加するに
つれ、セル特性が低下する原因をさらに詳しく調べた。
図５は膜付着部材に凹凸化を施してない場合の成膜ステ
ップ数に対するユニットセルのシャント抵抗のグラフで
ある。成膜ステップ数の増加と共に、シャント抵抗は低
下していることが明かとなった。この原因としては、電
極板やa-Si膜、透明電極、金属電極が付着している部位
からの膜剥離によるフレークが発生し、シール部に付着
するだけではなく、可撓性基板にも付着し、ピンホール
が生じたためである。

【００２８】このピンホールと変換効率の低下の関係に
ついて、変換効率のシャント抵抗に依存する分を計算シ
ミュレーションした。図６は一定直径のピンホールの密
度に対するユニットセルの変換効率の低下率のグラフで
ある。各カーブはピンホールの直径（μm ）に対応して
いて、ｅ（０．５）、ｆ（１）、ｇ（２）、ｈ（５）、
ｉ（１０）、ｊ（２０）およびｋ（５０）である。例え
ば、変換効率は、直径１μm のピンホールでは１．５×
１０⁴個/cm²のとき２０％低下し、直径２０μm のピン
ホールでは約４×１０個/cm²のとき２０％低下する。ピ
ンホールの直径ｄ（μm ）、その密度をＮ（個/cm²）と
すると、これらの関係はｄ²×Ｎ＝１．５×１０⁴と表
される。ピンホールによるセル特性低下を２０％以下に
抑えるためには、異なる直径ｄ_i（μm ）のピンホール
が存在するので、その密度をＮ_i（個/cm²）とすると、
これらの関係はΣ_i（ｄ_i ²×Ｎ_i）≦１．５×１０⁴
以下にする必要がある。この関係はシャント抵抗値１ k
Ω/cm²以上に対応する。本発明に係る膜付着部材をサン
ドブラストにより表面処理した成膜装置を用いて作製し
た太陽電池では、この関係を満たしていた。

【００２９】先のユニットセル特性の初期値の低下（図
４のカーブｃ、従来成膜装置の場合の約８０％）につい
て以下に説明する。このときの、a-Siの成膜室内の状態
を再度調べたところ、下部電極( 図２における３ａ）は
プラズマ側の面のみがサンドブラストされており、反対
面はサンドブラストされてなく、そのため、凹凸化面を
凸面として反りが生じていたことが判った。この反り
は、ＳＵＳ材の電極板でサイズ４７０×４４５×１（厚
さ）mmのもので端部と中央部で高さに約１０mmの差があ
った。この電極板を用いた成膜では、a-Si膜厚分布が非
常に大きく、これがセル特性の低下につながった。

【００３０】この反りは、片面のみサンドブラストによ
り表面処理されることによりこの面が延びてしまうこと
に起因する。この反りを少なくするため、電極板の両面
を凹凸化処理した。その結果、反りは２mm以下とするこ
とができ、a-Si膜の均一成膜が可能となった。図７は両
面サンドブラスト処理した電極板を用いた場合の成膜ス
テップ数に対するセル特性のグラフである。カーブｌは
両面処理の場合であり、比較のため片面のみ処理した場
合のカーブ（図４のカーブｃ）も付記してある。縦軸は
図４と同じである。このグラフから、電極板の両面をブ
ラスト処理することにより均一成膜が可能となり初期特
性も向上し、かつ、成膜ステップ数が増加しても特性が
低下することはなくなったことが判る。

【００３１】１ロール分の基板に成膜終了後（１バッチ
終了後）、共通室と各成膜室を大気開放した。このと
き、膜付着部材の凹凸化処理を行っていない場合では、
真空中では一部に膜剥離が生じていたものが開放と同時
にほぼ全部剥離した。一方、凹凸化処理を行っている場
合では、全く膜の剥離が生じなかった。このため、電極
板の取り替えやフレークの取り除き作業をする必要がな
かった。そのため、基板の取り外し、取り付け作業のみ
で次のバッチの成膜を行うことができ、凹凸化処理を行
っていない場合に比べ作業時間を約３時間短縮できた。
凹凸化処理を行った場合では、電極板、防着板の交換や
フレークの除去作業は２バッチ（２ロール）に１回で済
み、装置稼働率が向上した。また、さらに長い基板を用
いることができ、1 バッチで成膜できるセル数が増加
し、装置稼働率が向上した。

【００３２】次に、サンドブラスト処理に用いる研磨材
の粒径を変えて、凹凸のサイズと剥離が生じない最大付
着膜厚との関係を調べた。例えば、粒径６００〜７００
μm 程度の研磨材のものを用いた場合は、他の条件は前
述のものと同じで、ＳＵＳ材、Ａｌ材を用いた部材とも
面内方向には、最大約１００μm 、面に垂直方向には最
大約５０μm の大きさの凹凸を生じさせることができ
た。研磨材の粒径を大きくすることにより、膜の付着力
が強化されフレークが発生するまでの成膜可能な膜厚を
増加することができた。また、粒径３０〜４０μm 程度
の研磨材を用いた場合には、ＳＵＳ材、Ａｌ材を用いた
部材とも面内方向には、最大約２０μm 、面に垂直方向
には最大約１０μm の大きさで凹凸が生じていた。

【００３３】幾つかの実験値を図８に示す。図８は面内
方向の凹凸径の概略平均値に対すると最大付着膜厚のグ
ラフである。面内方向の平均凹凸形状が約２０〜約２０
００μm の範囲で膜厚３０μm 以上の成膜が可能であっ
た。これに対応して、長さ４００m のフィルム上に３３
０ステップの太陽電池を歩留まりよく作製することがで
きた。しかしながら、これ以下の凹凸形状サイズでは、
４００m 巻きフィルム上の太陽電池について全部を特性
低下なく作製することはできなかった。また、約５０〜
約８００μm の範囲では、４００m 巻きフィルム上に３
３０ステップの太陽電池を形成後大気開放しても膜剥離
がなく、電極板の交換やフレークの除去作業をする必要
がなかった。そのため、フレークの除去作業を行わず
に、基板の取り外し、取り付け作業のみで次のバッチの
成膜を行うことができた。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ化学気相成長
またはスパッタリングにより薄膜を基板上に成膜する成
膜室を有する成膜装置において、前記成膜室内の薄膜が
堆積する膜付着部材の表面を凹凸化したので、膜が付着
する部分の表面積が増加し、さらには、厚い膜に対して
は、凹凸の面内方向の直径および面に垂直方向の深さで
表される凹凸のサイズを膜厚のオーダーとすることによ
り、膜が付着する面に平行な方向の内部応力は分散され
みかけ上内部応力は緩和されるようになった。従って、
膜の付着力が増加し、膜は剥離しにくくなり、フレーク
は発生しなくなっり、各成膜室のシールが損なわれるこ
とはなく、共通室からの異ガスによる膜の汚染あるいは
フレークに起因する太陽電池の特性の低下などの抑制防
止ができるようになった。その結果、ピンホールが減少
し、太陽電池の特性低下は起こらず、また製造歩留まり
が向上した。また、1 バッチの成膜後でも、基板の取り
外し、取り付け時に大気開放しても膜剥離はなく、電極
板、防着板の交換やフレークの除去作業が２バッチに１
回で良くなり装置の稼働率が増えた。特に、凹凸をサン
ドブラスト処理により形成できるので、装置の維持も簡
便にできる。

【００３５】また、プラズマ化学気相成長成膜室の電極
板を両面共に凹凸化したので、電極板の反りは少なく、
バッチの初期から太陽電池特性は良好であり製造歩留ま
りは高い。また、このような成膜装置により製造された
太陽電池はシャント抵抗が１ kΩ/cm²以上であるので、
変換効率は高く、特性のばらつきが小さく、可撓性基板
の１面だけに出力用電極を有する大面積の太陽電池に適
している。このような太陽電池を多段直列並列接続し
て、大電力用パネルを構築し易くなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜室内面に凹凸化を施したステ
ッピングロール方式の成膜装置の基板移動方向の概略模
式断面図

【図２】本発明に係る成膜装置におけるa-Siの成膜室の
基板移動に垂直な方向の模式断面図

【図３】本発明に係る成膜装置における、成膜ステップ
数に対する成膜時の共通室の真空度グラフ

【図４】本発明に係る成膜装置における、成膜ステップ
数に対するユニットセルの特性（変換効率）のグラフ

【図５】膜付着部材に凹凸化を施してない場合の成膜ス
テップ数に対するユニットセルのシャント抵抗のグラフ

【図６】一定直径のピンホールの密度に対するユニット
セルの変換効率の低下率のグラフ

【図７】両面サンドブラスト処理した電極板を用いた場
合の成膜ステップ数に対するセル特性のグラフ

【図８】面内方向の凹凸径の概略平均値に対すると最大
付着膜厚のグラフ

【図９】本発明の成膜装置により試作した太陽電池の各
工程後の断面図、（ａ）第１孔開け、（ｂ）第１電極層
と第２電極層成膜、（ｃ）第２孔開け、（ｄ）光電変換
層成膜、（ｅ）第３電極層成膜、（ｆ）第４電極層成膜

【図１０】ユニットセルの直列接続された太陽電池の
図、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＸＸ線に沿っ
ての断面図

【図１１】従来のステッピングロール方式の成膜装置の
基板移動方向の模式断面図

【符号の説明】

１基板１ａ基板１ｂ第１孔１ｃ第２孔１ｄ第１電極層１ｅ第２電極層１ｆ薄膜半導体層１ｇ第３電極層１ｈ第４電極層２ａ共通室２ｂ成膜室（CVD 室）２ｃ成膜室（スパッタ室）２ｄ成膜室（スパッタ室）２ｅ下部成膜室２ｆ上部成膜室２ｇシール２ｈリップ３ａ下部電極３ｂ上部電極３ｃサセプタ３ｄ防着板３ｅターゲットＲ１送り出しロールＲ２巻き取りロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ化学気相成長またはスパッタリン
グにより薄膜を基板上に成膜する成膜室を有する成膜装
置において、前記成膜室内の薄膜が堆積する膜付着部材
の表面は凹凸化されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記凹凸の大きさの概略平均値は、面内方
向には２０μm 以上、面に垂直方向には１０μm 以上で
あることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】前記凹凸はサンドブラスト処理により形成
されることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜
装置。
【請求項４】前記部材は電極板、防着板またはサセプタ
であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の成膜
装置。
【請求項５】前記成膜装置はロールツーロール方式また
はステッピングロール方式であることを特徴とする請求
項１ないし４に記載の成膜装置。
【請求項６】前記成膜装置のプラズマ化学気相成長成膜
室の電極板は両面が共に凹凸化されていることを特徴と
する請求項１ないし５に記載の成膜装置。
【請求項７】前記電極板の反りが２mm以下であることを
特徴とする請求項１ないし６に記載の成膜装置。
【請求項８】前記電極板の表面の凹凸化は両面とも同じ
大きさの粒径の研磨材によりなされることを特徴とする
請求項１ないし７に記載の成膜装置。
【請求項９】請求項１ないし８に記載の成膜装置により
製造された太陽電池において、シャント抵抗は１ kΩ/c
m²以上であることを特徴とする太陽電池。
【請求項１０】請求項１ないし８に記載の成膜装置によ
り製造された太陽電池において、ピンホールの直径ｄμ
m とその密度Ｎ個/cm²との関係はＮ×ｄ²≦１．５×１
０⁴であることを特徴とする太陽電池。
【請求項１１】前記太陽電池は、可撓性基板の一方の面
に第１電極層、光電変換層および第２電極層がこの順で
形成されており、他の面には第３電極層が形成されてお
り、さらに前記基板には２種の穴が複数開けられてお
り、１種の穴の内面で第１電極層と第３電極層とが、ま
た他の１種の穴の内面では第２電極層と第３電極層とが
導通していることを特徴とする請求項９に記載の太陽電
池。