TWI407573B - 薄膜太陽能電池製造裝置 - Google Patents

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Hideyuki Ogata
Koichi Matsumoto
Takafumi Noguchi
Jouji Wakamori
Satohiro Okayama
Yawara Morioka
Noriyasu Sugiyama
Takashi Shigeta
Hiroyuki Kurihara
Masanori Hashimoto
Sadatsugu Wakamatsu
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Description

薄膜太陽能電池製造裝置
本發明係關於薄膜太陽能電池製造裝置。
本申請案根據2008年6月6日在日本申請的日本特願2008-149935號而主張優先權，於此引用其內容。
現在的太陽能電池係以單結晶Si型及多結晶Si型佔大半數，但憂慮Si之材料不足等。因此，近年來形成有製造成本低、材料不足之風險小的薄膜Si層之薄膜太陽能電池之需要高漲。進一步而言，除僅有a-Si(非晶矽)層之以往型的薄膜太陽能電池以外，最近藉由疊層a-Si層與μc-Si(微晶矽)層而謀求提升光電轉換效率之堆疊型薄膜太陽能電池之需要高漲。
該薄膜太陽能電池之薄膜Si層(半導體層)之成膜多半使用電漿CVD裝置。作為該種電漿CVD裝置存在有單片式PE-CVD(電漿CVD)裝置、線上連續型PE-CVD裝置、批次式PE-CVD裝置等。
若考慮到作為薄膜太陽能電池之轉換效率，上述堆疊型太陽能電池之μc-Si層係與a-Si層相比較，必須將約5倍程度之膜厚(1.5 μm程度)進行成膜。而且，由於μc-Si層必須均勻地形成優質的微晶膜，因此在加快成膜速度方面亦有其限度。因此，為了彌補此而要求藉由批次數之增加等以使生產性提升。亦即，要求成膜速度低且實現高產出之裝置。
而且，作為謀求生產性提升，並且於大型化之基板亦可高精度地進行成膜之CVD裝置，有一種於配置為基板之成膜面與重力方向大致構成並行之狀態下，施行成膜之直立型CVD裝置。於該直立型CVD裝置中，有的會包含有托架(搬送部)，其係垂設有1對用以支持基板之支持壁(保持器)。各支持壁配設成相互大致並行之狀態。托架係於在各支持壁支持有基板之狀態下，沿著其面方向移動，於成膜室內取放基板。於成膜室設置有用以加熱各基板之加熱器。該加熱器配設於搬送來之1對基板之間。而且，於成膜室之兩側壁，在內面側分別配設有高頻電極(陰極)。藉由對該高頻電極供電，將供給至成膜室之成膜氣體進行電漿化(參考例如專利文獻1)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-270600號公報
於上述CVD裝置中，除成膜室以外，就每成膜步驟而需要艙室，諸如用以加熱基板之加熱室或取出被成膜面形成有膜的基板之取出室等。進一步而言，於基板形成多層構造之膜之情況時，因應各層之膜形成而需要複數個成膜室。該情況下，托架係維持使各支持壁支持基板之狀態而移動各艙室。
於基板之成膜面成形膜時，於成膜室，托架係與基板一同被取放。因此，由於成為托架全體暴露於成膜室內之狀態，因此除基板之成膜面以外，於托架亦形成膜。
若於托架形成膜，則唯恐例如於托架之移動中等，形成於托架的膜剝落，該膜作為反應副生成物(粉末)而附著於基板之成膜面。因此，於該反應副生成物(粉末)所附著的基板之成膜面，未形成正常的膜。
因此，本發明係有鑑於上述事情而完成，其目的在於提供一種薄膜太陽能電池製造裝置，其係謀求生產性提升，同時防止對搬送部之膜形成，藉此可使形成於基板之成膜面的膜之品質提升。
為了解決上述問題而達成相關目的，本發明係採用以下方法。
(1)本發明之薄膜太陽能電池製造裝置包含：成膜室，其係於基板之成膜面，藉由CVD法而形成膜；電極單元，其係包含有：於兩側配置被施加電壓之陰極之陰極單元，及與前述各陰極分別相對向且設置隔開距離而配置之1對陽極；遮罩，其係覆蓋前述基板之周緣部；及排氣導管，其係設置於前述陰極單元之周圍；且於前述陰極單元與設置於前述陽極側之前述基板之間形成有成膜空間；於前述遮罩與前述陰極單元之間形成有排氣通路；前述排氣導管與前述成膜空間係介隔前述排氣通路而連接；導入於前述成膜空間之成膜氣體係通過前述排氣通路而從前述排氣導管排氣。
若依據上述(1)所記載之薄膜太陽能電池製造裝置，於基板之被成膜面形成膜時，由於在陰極單元與設置於陽極之基板之間形成成膜空間，因此可防止基板之周緣部暴露於成膜空間，可防止於基板之周緣部形成膜。
而且，由於在陰極單元之周圍設置排氣導管，因此可從基板之周圍，將成膜氣體(廢氣)進行排氣。因此，可使排氣效率提升。
進一步而言，藉由使用排氣導管排氣，亦可容易回收例如於基板之被成膜面形成膜時所發生之反應副生成物(粉末)等。該情況下，藉由使反應副生成物(粉末)附著．堆積於排氣導管之內壁，可使不含反應副生成物(粉末)之比較清潔的成膜氣體排氣。而且，於清洗排氣導管時，可集中清洗反應副生成物(粉末)。然後，排氣導管係以形成於遮罩與陰極單元之間之排氣通路而與成膜空間連接，成膜氣體通過該排氣通路而從排氣導管排氣。由於藉由陰極單元及基板形成成膜空間，反應副生成物(粉末)及成膜氣體從成膜空間，經由排氣通路而由排氣導管排氣，因此可限制成膜氣體或反應副生成物(粉末)對其他區域的擴散，可減低成膜室內之成膜空間以外之污染。
(2)前述陰極亦可為對於前述基板之前述成膜面供給前述成膜氣體之淋灑板。
上述(2)之情況下，無須個別地設置陰極與淋灑板，可謀求簡化薄膜太陽能電池製造裝置及降低成本。而且，藉由將陰極作為淋灑板，可於成膜區域(成膜空間)均勻地導入成膜氣體，並且於成膜區域均勻地施加高頻電壓。因此，電漿變得更均勻，可謀求所形成的膜之品質提升。
(3)前述電極單元亦可進一步包含有驅動部，其係使前述陽極對於前述陰極接近．隔開；亦可藉由前述驅動部，使保持有前述基板之前述陽極朝向前述陰極移動，以讓前述遮罩部覆蓋前述基板之前述周緣部。
上述(3)之情況下，由於陽極往對於陰極單元接近．隔開之方向移動，因此於成膜室內取放基板時，可較大地設定陽極與陰極單元之隙縫。另一方面，於基板之成膜面形成膜時，可較小地設定陽極與陰極單元之隙縫。因此，會謀求所形成的膜之品質提升，同時容易從成膜室內取放基板，可使生產性提升。而且，隨著陽極的移動，可容易使基板對於陰極單元接近．隔開。
進一步而言，藉由將陽極往陰極方向移動，以讓遮罩覆蓋基板之周緣部，藉此防止於基板之周緣部形成膜。因此，遮罩不製成大規模的構成，以低成本即可確實地防止基板之周緣部之膜形成。
而且，藉由遮罩覆蓋基板之周緣部，可限制成膜氣體擴散至後述之基板之搬送部(托架)或陽極所存在的區域。
(4)亦可進一步包含搬送部，其係於前述陽極與前述陰極單元之間搬送前述基板；前述搬送部包含有：第一夾持片，其係抵接於前述基板之前述成膜面；及第二夾持片，其係抵接於前述基板之背面；前述基板係由該等第一夾持片及第二夾持片夾持；於前述陽極對於前述陰極單元接近時，前述第一夾持片從前述第二夾持片隔開；於前述陽極對於前述陰極單元隔開時，前述第一夾持片接近前述第二夾持片；於前述基板之前述成膜面形成前述膜時，於前述搬送部之較前述第一夾持片更內周側，前述基板之周緣部係由前述遮罩覆蓋。
上述(4)之情況下，由於使用搬送部搬送基板，因此基板可連續移動於就每成膜步驟所設定的艙室間，可謀求生產性提升。
而且，於基板之成膜面形成膜時，由於遮罩被覆第一夾持片，且限制成膜氣體擴散至搬送部側，因此可減低膜或反應副生成物附著於搬送部。因此，可使搬送部之清洗頻率減少。而且，可防止例如形成於搬送部的膜剝落而附著於基板之成膜面。因此，可使形成於基板之成膜面的膜之品質提升。
(5)亦可藉由前述遮罩部覆蓋前述基板之前述周緣部，以讓前述成膜空間所存在的空間與前述搬送部所存在的空間分離。
上述(5)之情況下，可防止成膜空間擴大至必要以上。其結果，無須多餘地排出成膜氣體，可謀求減低製造成本。
而且，成膜氣體擴散之範圍受限制，可防止對非必要之範圍，亦即對基板之外緣部或陽極之膜形成。進一步而言，由於遮罩可與電極單元一體地從成膜室分離，因此遮罩的清洗變得容易。其結果，可使薄膜太陽能電池製造裝置之稼動率提升。
(6)於前述陽極亦可內建有溫度控制部，其係用以調整前述基板之溫度。
上述(6)之情況下，可效率良好地控制基板的溫度。而且，由於無須在陽極之外另設溫度控制部，因此可謀求薄膜太陽能電池製造裝置之小型化。
 [發明之效果]
若依據上述(1)所記載之薄膜太陽能電池製造裝置，於基板之成膜面形成膜時，於陰極單元與設置於陽極之基板之間形成成膜空間。因此，可防止基板之周緣部暴露於成膜空間，可防止於基板之周緣部形成膜。而且，於該成膜空間，反應副生成物(粉末)及成膜氣體係從成膜空間經由排氣通路而由排氣導管排氣。因此，可限制成膜氣體或反應副生成物(粉末)從成膜空間對其他成膜裝置內之區域擴散，可減低成膜室內之成膜空間以外之區域的污染。
而且，藉由使用排氣導管排氣，亦可容易回收例如於基板之成膜面形成膜時所發生之反應副生成物(粉末)等。該情況下，藉由使反應副生成物(粉末)附著．堆積於排氣導管之內壁，可使不含反應副生成物(粉末)之比較清潔的成膜氣體排氣。進一步而言，於基板之成膜面形成膜時，由於遮罩被覆第一夾持片，且限制成膜氣體擴散至搬送部側，因此可減低膜或反應副生成物附著於搬送部。因此，可使搬送部之清洗頻率減少。而且，可防止形成於搬送部的膜剝落而附著於基板之成膜面。因此，可使形成於基板之成膜面的膜之品質提升。
根據圖1~圖25，說明關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置。
(薄膜太陽能電池)
圖1係模式性地表示以本發明之薄膜太陽能電池製造裝置所製造的薄膜太陽能電池100之一例之剖面圖。如圖1所示，薄膜太陽能電池100係疊層下述而構成：構成其表面之基板W(例如玻璃基板等)；設置於該基板W上，含透明導電膜的上部電極101；含非晶矽的頂部電池晶元(top cell)102；設置於該頂部電池晶元102與後述之底部電池晶元104之間，含透明導電膜的中間電極103；含微晶矽的底部電池晶元(bottom cell)104；含透明導電膜的緩衝層105；含由金屬膜的背後面電極106。總言之，薄膜太陽能電池100為非晶矽/微晶矽堆疊型太陽能電池。於該類堆疊型構造之薄膜太陽能電池100，藉由以頂部電池晶元102吸收短波長光，以底部電池晶元104吸收長波長光，可謀求發電效率提升。
頂部電池晶元102係構成p層(102p)、i層(102i)及n層(102n)之3層構造，分別以非晶矽形成。底部電池晶元104係構成p層(104p)、i層(104i)及n層(104n)之3層構造，分別以微晶矽構成。
於具有此類構成之薄膜太陽能電池100，當太陽光所含的所謂光子之能量粒子照到i層，藉由光電動勢效果而發生電子及電洞(hole)，電子朝向n層移動，並且電洞朝向p層移動。藉由從上部電極101及背後面電極106，取出該藉由光電動勢效果所發生的電子/電洞，可將光能量轉換為電能量。
藉由於頂部電池晶元102與底部電池晶元104之間設置中間電極103，通過頂部電池晶元102而到達底部電池晶元104之光的一部分係由中間電極103反射，並再度對頂部電池晶元102側射入。因此，電池晶元之感度特性提升，可謀求發電效率提升。
而且，從基板W側射入之太陽光係於通過各層後，由背後面電極106反射。於本實施型態之薄膜太陽能電池100，為了使光能量之轉換效率提升，採用以拉長射入於上部電極101之太陽光的光路之稜鏡效果、及光的封閉效果作為目的之紋理構造。(薄膜太陽能電池製造裝置)
圖2係關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置之概略俯視圖。如圖2所示，該薄膜太陽能電池製造裝置10包含：成膜室11，其係對於複數基板W，可同時將微晶矽所構成的底部電池晶元104(半導體層)進行成膜；裝料．取出室13，其係可同時收容搬入於該成膜室11之成膜處理前基板W1(基板W)、及從成膜室11搬出之成膜處理後基板W2(基板W)；基板拆裝室15，其係對於托架(搬送部)21(參考圖9)拆裝成膜處理前基板W1及成膜處理後基板W2；基板拆裝機器人17，其係用以從托架21拆裝基板W；及基板收容卡匣19，其係為了將基板W搬送至別的處理室而收容。於本實施型態，設置有4個以成膜室11、裝料．取出室13及基板拆裝室15所構成的基板成膜線16。基板拆裝機器人17可移動於鋪設在地面的軌道18上。藉此，以1台基板拆裝機器人17，可進行對所有基板成膜線16之基板W之移交。進一步而言，以成膜室11及裝料．取出室13係一體化而構成基板成膜模組14，其具有可堆載於卡車之大小。
圖3A~圖3C係成膜室之概略構成圖。圖3A為立體圖，圖3B係與圖3A從別的角度觀看之情況下之立體圖，圖3C為側面圖。
如該等圖3A~圖3C所示，成膜室11形成為箱型。於成膜室11之與裝料．取出室13連接之第一側面23，形成有3處托架搬出入口24，其係可讓搭載有基板W之托架21通過。於該等托架搬出入口24，分別設置有開閉該等托架搬出入口24之檔門25。於關閉檔門25之情況下，托架搬出入口24係確保氣密性而密封。於與第一側面23相對向之第二側面27，安裝有3座用以於基板W施行成膜之電極單元31。該等電極單元31係可從成膜室11拆裝。於成膜室11之第三側面下部28，經由排氣管29連接有用以將成膜室11內之空間進行真空排氣之真空泵30(參考圖3C。於圖3A及圖3B省略圖示)。
圖4A~圖4D係電極單元31之概略構成圖。圖4A為立體圖，圖4B係與圖4A從別的角度觀看之情況下之立體圖。圖4C係表示電極單元31之變形例之立體圖。圖4D為陰極單元及陽極(對向電極)之部分剖面圖。
電極單元31係可於形成在成膜室11之第二側面27之3處開口部26拆裝(參考圖3B)。電極單元31係於下部(底板部62)之四角落，各設置有1個車輪61，可移動於地面上。於安裝有車輪61之底板部62上，側板部63沿著鉛直方向而立設。該側板部63具有可閉塞成膜室11之第二側面27的開口部26之大小。
如圖4C之變形例所示，附車輪61之底板部62亦可製成可與安裝有陰極單元68或陽極單元90等之側板部63分離．連接之台車62A。該情況下，於成膜室11連接電極單元31後，可從安裝有陰極單元68或陽極單元90等之側板部63分離台車62A，作為共同的台車62A而使用於其他電極單元31之移動。
電極單元31之側板部63係構成成膜室11之壁面的一部分。於側板部63之一面(朝向成膜室11之內部的面)65，設置有成膜處理時配置於基板W兩面之陽極67及陰極單元68。本實施型態之電極單元31包含1對陽極67，其係將陰極單元68夾於其間而於其兩側隔開而配置。然後，以1個電極單元31可同時將2片基板W進行成膜。成膜處理時之各基板W係以與鉛直方向大致構成並行而相對向之方式，分別配置於陰極單元68之兩面側。在與各基板W分別相對向之狀態下，2片陽極67係配置於各基板W之厚度方向外側。
而且，於側板部63之另一面69安裝有：驅動機構(驅動部)71，其係用以驅動陽極67；及匹配箱72，其係於施行成膜時，用以對陰極單元68供電。進一步於側板部63，形成有對陰極單元68供給成膜氣體之配管用之連接部(不圖示)。
於2片(1對)陽極67，作為調整基板W之溫度之溫度控制部而內建有加熱器H。以該等2片陽極67及加熱器H而構成陽極單元90。而且，2片陽極67,67係可藉由設置於側板部63之驅動機構71，往相互接近．隔開之方向(水平方向)移動，可控制基板W與陰極單元68之間之隔開距離。具體而言，於施行基板W之成膜前，2片陽極67,67係朝向陰極單元68移動而與基板W抵接。進一步2片陽極67,67往接近陰極單元68之方向移動，將基板W與陰極單元68之隔開距離調節為期望的距離。其後，進行成膜，於成膜結束後，陽極67,67往相互隔開之方向移動，陽極67與基板W相互隔開，可容易從電極單元31取出基板W。
進一步而言，陽極67係經由絞鏈(不圖示)而安裝於驅動機構71。藉此，於從成膜室11拔出電極單元31之狀態下，陽極67之朝向陰極單元68側之面67A可轉動如開閉至大致與側板部63之一面65平行。亦即，陽極67係於俯視看來可大致轉動90°(參考圖4A)。
陰極單元68包含有淋灑板(陰極)75、陰極中間構件76、排氣導管79及浮動電容體82。
於陰極單元68，在與各陽極67相對向之面，配置有分別形成有複數個小孔(不圖示)之1對淋灑板75，從該小孔朝向基板W噴出成膜氣體。該淋灑板75、75係構成與前述匹配箱72電性地連接之陰極(高頻電極)。於2片淋灑板75、75之間，設置有與匹配箱72電性地連接之陰極中間構件76。亦即，淋灑板75係於陰極中間構件76之兩側面，以與該陰極中間構件76電性地連接之狀態配置。
陰極中間構件76及淋灑板(陰極)75係以導電體形成，高頻係經由陰極中間構件76而施加於淋灑板(陰極)75。因此，為了發生電漿而施加於2片淋灑板75、75之電壓為同電位．同相位。
陰極中間構件76係藉由未圖示之布線而與前述匹配箱72電性地連接。於陰極中間構件76與淋灑板75之間形成有空間部77。然後，從氣體供給裝置(不圖示)對該空間部77導入成膜氣體。1對空間部77係由介在該等之間之陰極中間構件76分離，與各個淋灑板75、75逐一對應而個別地形成。因此，可獨立控制從各淋灑板75、75放出的氣體之種類或放出量。亦即，空間部77具有氣體供給路的作用。於本實施型態，由於各空間部77分別與淋灑板75、75逐一對應而個別地形成，因此陰極單元68包含有2系統的氣體供給路。
於陰極單元68之周緣部，大致遍及其整圈設置有中空狀之排氣導管79。於該排氣導管79形成有排氣口80，其係用以將成膜空間81內之成膜氣體或反應副生成物(粉末)導入排氣導管79而進行排氣。具體而言，面向施行成膜時形成於基板W與淋灑板75之間之成膜空間81而形成有排氣口80。排氣口80係沿著陰極單元68之周緣部形成有複數個，構成為可遍及整圈大致均等地排氣。
於配置於陰極單元68之下部之排氣導管79，在朝向成膜室11之面形成有開口部α(不圖示)。藉由該開口部α，將從成膜空間81被排氣之成膜氣體等往成膜室11內排出。往成膜室11內排出之氣體係從設置於成膜室11之側面下部28之排氣管29，往外部排氣(參考圖3C)。
於排氣導管79與陰極中間構件76之間，設置包含有介電體及/或該介電體之疊層空間之浮動電容體82。
排氣導管79連接於接地電位。排氣導管79亦作為用以防止來自陰極75及陰極中間構件76之異常放電之屏蔽框而發揮功能。
進一步於陰極單元68之周緣部設置有1對遮罩78，其係覆蓋從排氣導管79之外周部到達淋灑板(陰極)75之外周部之部位。該等遮罩78係被覆設置於托架21之後述的夾持部59之夾持片59A(參考圖9、圖21)，並且於施行成膜時，與夾持片59A成為一體，形成用以將成膜空間81內之成膜氣體或反應副生成物(粉末)導至排氣導管79之氣體流路R。亦即，於被覆托架21(夾持片59A)之遮罩78與淋灑板75之間、以及遮罩78與浮動電容體82之間，形成有氣體流路R。
以托架21可移動於成膜室11與裝料．取出室13之間、以及裝料．取出室13與基板拆裝室15之間之方式，將複數道移動軌道37鋪設於成膜室11~基板拆裝室15之間(參考圖2)。移動軌道37係於成膜室11與裝料．取出室13之間分離，藉由關閉檔門25而密閉托架搬出入口24。
圖5A及圖5B係裝料．取出室13之概略立體圖。圖5A為立體圖，圖5B係與圖5A從別的角度觀看之情況下之立體圖。如圖5A及圖5B所示，裝料．取出室13形成為箱型。第一側面33係確保氣密性而與成膜室11之第一側面23連接。於第一側面33，形成3個托架21可插通之開口部32。與第一側面33相對向之第二側面34係連接於基板拆裝室15。於第二側面34，形成有3處搭載有基板W之托架21可通過之托架搬出入口35。於托架搬出入口35設置有可確保氣密性之檔門36。各移動軌道37係於裝料．取出室13與基板拆裝室15之間分離，藉由關閉檔門36而密閉托架搬出入口35。
於裝料．取出室13設置有推拉機構38，其係使托架21沿著移動軌道37而移動於成膜室11與裝料．取出室13之間。如圖6所示，該推拉機構38包含：卡止部48，其係卡止托架21；1對導引構件49，其係設置於卡止部48之兩端，配設成與移動軌道37大致平行；及移動裝置50，其係用以使卡止部48沿著兩導引構件49移動。
進一步於裝料．取出室13內設置移動機構(不圖示)，其係用以同時收容成膜處理前基板W1及成膜處理後基板W2。該移動機構係使托架21，朝向往俯視看來與移動軌道37之鋪設方向大致正交之方向，進行特定距離移動。
於裝料．取出室13之第三側面下部41，用以將裝料．取出室13內進行真空排氣之真空泵43係介隔排氣管42而連接(參考圖5B)。
圖7A及圖7B係基板拆裝室之概略構成圖。圖7A為立體圖，圖7B為正面圖。如圖7A及圖7B所示，基板拆裝室15係含框狀體，連接於裝料．取出室13之第二側面34。於該基板拆裝室15，可對於配設於移動軌道37之托架21，進行成膜處理前基板W1之安裝及成膜處理後基板W2之取下。於基板拆裝室15可並排配置3個托架21。
如圖2所示，基板拆裝機器人17包含有驅動臂45。驅動臂45係可以其前端吸附基板W。而且，驅動臂45可移動於配設在基板拆裝室15之托架21與基板收容卡匣19之間，可從基板收容卡匣19取出成膜處理前基板W1，進一步可於配設於基板拆裝室15之托架21安裝成膜處理前基板W1。而且，驅動臂45亦可從回到基板拆裝室15之托架21，取下成膜處理後基板W2，並往基板收容卡匣19搬送。
圖8為基板收容卡匣19之立體圖。如圖8所示，基板收容卡匣19形成為箱型，具有可收容複數片基板W之大小。然後，於該基板收容卡匣19內，基板W可於其被成膜面為水平之狀態下，於上下方向疊層複數片而收容。而且，於基板收容卡匣19之下部四角落設置有腳輪47，可容易往別的處理裝置移動。
圖9係搬送基板W之托架之立體圖。如圖9所示，托架21包含2片可安裝基板W之邊框狀之框架51。亦即，對於1個托架21可安裝2片基板W。2片框架51,51係於其上部，藉由連結構件52而連結。於連結構件52之上面，設置有載置於移動軌道37之複數個車輪53。藉由該等車輪53滾動於移動軌道37上，托架21可沿著移動軌道37移動。於框架51之下部設置有框架保持器54，其係於托架21移動時，用以抑制基板W之晃動。該框架保持器54之下端係嵌合於設置在各室之底面上之剖面凹狀的軌道構件55。軌道構件55係於俯視看的情況下，沿著移動軌道37配設。若以複數個輥構成框架保持器54，則可更安定地搬送。
框架51分別包含有周緣部57及夾持部59。於形成在框架51之開口部56，露出基板W之成膜面。然後，於該開口部56之周緣部57，夾持部59從兩面側夾持基板W而固定。然後，於夾持基板W之夾持部59，藉由彈簧等，施力正在作用。而且，如圖21所示，夾持部59包含有夾持片59A,59B，其係分別抵接於基板W之表面WO(成膜面)及背後面WU(背面)。該等夾持片59A與夾持片59B之間之隔開距離可經由前述彈簧等而可變。總言之，該隔開距離係因應陽極67之移動，夾持片59A可沿著對於夾持片59B接近．隔開之方向而可變(詳細係於後面敘述)。於此，於1道移動軌道37上安裝有1個托架21(可保持1對(2片)基板W之1個托架21)。總言之，於以成膜室11、裝料．取出室13及基板拆裝室15所構成之1組基板成膜線16，安裝有3個(保持3對6片基板)托架21。
於本實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置10，配置4組上述基板成膜線16，由於在1個成膜室11收容3個托架21，因此可將24片基板W大致同時進行成膜。
(薄膜太陽能電池之製造方法)
接著，說明使用本實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置10，於基板W進行成膜之方法。於該說明中雖利用1組基板成膜線16之圖式，但於其他3組基板成膜線16，亦以大致同一流程而將基板W進行成膜。
首先，如圖10所示，於特定位置，配置收容有複數片成膜處理前基板W1之基板收容卡匣19。
接下來，如圖11所示，移動基板拆裝機器人17之驅動臂45，從基板收容卡匣19取出1片成膜處理前基板W1，並安裝於基板拆裝室15內之托架21。此時，將於基板收容卡匣19配置於水平方向之成膜處理前基板W1之方向，往鉛直方向改變而安裝於托架21。再重複一次該動作，於1個托架21安裝2片成膜處理前基板W1。
進一步重複該動作，於基板拆裝室15內之剩下2個托架21，亦分別安裝成膜處理前基板W1。總言之，於此階段安裝6片成膜處理前基板W1。
接下來，如圖12所示，使安裝有成膜處理前基板W1之3個托架21沿著各移動軌道37大致同時移動，收容於裝料．取出室13內。於裝料．取出室13收容托架21後，關閉裝料．取出室13之托架搬出入口35之檔門36。其後，使用真空泵43，將裝料．取出室13之內部保持為真空狀態。
接下來，如圖13所示，往俯視看來與各移動軌道37所鋪設的方向正交之方向，使用前述移動機構使3個托架21分別進行特定距離移動。
接下來，如圖14所示，使成膜室11之檔門25成為開狀態，使用推拉機構38，使安裝有在成膜室11結束成膜之成膜處理後基板W2之托架21A，移動至裝料.取出室13。此時，保持有成膜處理前基板W1之托架21與保持有成膜處理後基板W2之托架21A係於俯視看之情況下穿插地並排。然後，藉由將該狀態保持特定時間，積存於成膜處理後基板W2的熱傳熱至成膜處理前基板W1。總言之，成膜處理前基板W1受到加熱。
於此，說明推拉機構38之動作。於此說明使成膜室11內之托架21A往裝料．取出室13內移動時之動作。
如圖15A所示，對於推拉機構38之卡止部48，卡止安裝有成膜處理後基板W2之托架21A。然後，使安裝於卡止部48之移動裝置50之移動臂58搖動。此時，移動臂58之長度可變。如此一來，卡止有托架21A之卡止部48係一面由導引構件49引導一面移動。如圖15B所示，托架21A從成膜室11往裝料．取出室13內移動。藉由如此構成，驅動托架21A之驅動源無須設置於成膜室11內。
接下來，如圖16所示，藉由前述移動機構，將托架21及托架21A往與移動軌道37正交之方向移動，使保持有成膜處理前基板W1之托架21移動到各個移動軌道37之位置。
接下來，如圖17所示，使用推拉機構38，使保持有成膜處理前基板W1之各托架21移動至成膜室11內，於移動完成後，關閉檔門25。成膜室11內保持真空狀態。此時，安裝於各托架21之成膜處理前基板W1係沿著其等之面方向移動，於成膜室11內，以成膜處理前基板W1之表面WO與鉛直方向大致構成並行之方式，插入於陽極67與陰極單元68之間(參考圖18)。
接下來，如圖18及圖19所示，藉由前述驅動機構71，使2片陽極67往相互接近之方向移動，使陽極67對於成膜處理前基板W1之背後面WU抵接。
如圖20所示，若進一步使驅動機構71驅動，成膜處理前基板W1會受到陽極67推押而朝向陰極單元68側移動。進一步使成膜處理前基板W1移動至成膜處理前基板W1與陰極單元68之淋灑板75之隙縫成為特定距離(成膜距離)為止。該成膜處理前基板W1與陰極單元68之淋灑板75之隙縫(成膜距離)為5~15 mm之範圍內，例如以5 mm程度為宜。
此時，抵接於成膜處理前基板W1之表面WO側之托架21的夾持部59之夾持片59A係隨著成膜處理前基板W1之移動(陽極67之移動)，朝向從夾持片59B隔開之方向變位。此時，成膜處理前基板W1係夾持於陽極67與夾持片59A之間。陽極67朝向從陰極單元68隔開之方向移動時，由於未圖示之彈簧等之復原力作用於夾持片59A，因此該夾持片59A朝向夾持片59B側變位。
當成膜處理前基板W1朝向陰極單元68側移動時，基板W抵接於遮罩78，於該時點，陽極67之移動停止(參考圖21)。
如圖21所示，遮罩78係覆蓋基板W之外緣部，並且與基板W之外緣部密接而形成。成膜空間81係藉由遮罩78、陰極單元68之淋灑板75及成膜處理前基板W1(基板W)所形成。
亦即，藉由遮罩78與基板W抵接，成膜空間81與托架21或搬送裝置所存在的隔室內之空間會分離。進一步而言，遮罩78與基板W之對接面(抵接面)係作為密封部86而構成，以讓成膜氣體不會從該等遮罩78與基板W之間漏洩。藉此，限制成膜氣體擴散的範圍，可抑制非必要的範圍被進行成膜。其結果，可縮窄清洗範圍及減少清洗頻率，因此該薄膜太陽能電池製造裝置10的稼動率提升。
成膜處理前基板W1之移動係其外緣部抵接於遮罩78而停止。因此，藉由遮罩78與淋灑板75之間隙、以及遮罩78與浮動電容體82之間隙，亦即氣體流路R之厚度方向之流路尺寸，係設定為成膜處理前基板W1與陰極單元68之隙縫成為特定距離。
作為別的型態，藉經由彈性體將遮罩78對於排氣導管79安裝，基板W與淋灑板(陰極)75之距離亦可藉由驅動機構71之行程任意變更。於上述實施型態，遮罩78與基板W抵接，但亦可空出限制成膜氣體通過之微少的間隔而配置遮罩78與基板W。
接下來，使成膜氣體從陰極單元68之淋灑板75噴出，並且啟動匹配箱72，於陰極單元68之陰極76施加電壓。藉此，於成膜空間81發生電漿，於成膜處理前基板W1之表面WO施行成膜。此時，藉由內建於陽極67之加熱器H(例如電熱線或恆溫液體流路等)，成膜處理前基板W1加熱至期望的溫度。
當成膜處理前基板W1達到期望的溫度時，陽極67停止加熱。然而，藉由電壓施加於淋灑板(陰極)75，於成膜空間81發生電漿時，隨著時間經過，由於來自該電漿之熱輸入，即使停止陽極67之加熱，唯恐成膜處理前基板W1之溫度仍會較期望的溫度更上升。該情況下，亦可使陽極67作為用以冷卻溫度過度上升之成膜處理前基板W1之散熱板而發揮功能。因此，成膜處理前基板W1係無關於成膜處理時間之時間經過而均調整為期望的溫度。
以一次之成膜處理步驟，將複數層進行成膜時，可藉由於每特定時間切換所供給的成膜氣體材料而實施。
於成膜中及成膜後，成膜空間81之氣體或反應副生成物(粉末)係經由氣體流路R，從形成於陰極單元68之周緣部之排氣口80往排氣導管79流入。稍後，往排氣導管79流入之氣體係通過配設於陰極單元68之下部之排氣導管79之開口部α，從設置於成膜室11之側面下部28之排氣管29往外部排氣。另一方面，施行成膜時所發生的反應副生成物(粉末)係藉由使其附著．堆積於排氣導管79之內壁面而可回收．處分。
於成膜室11內之所有電極單元31，執行與上述處理相同的處理，因此可對於6片基板全部同時施行成膜處理。
然後，當成膜處理結束時，藉由驅動機構71，使2片陽極67往相互隔開的方向移動，使成膜處理後基板W2及框架51(夾持片59A)回到原本的位置(參考圖19)。亦即，當成膜結束而成為使托架21移動之階段時，遮罩78從夾持片59A之露出面85脫落。
進一步藉由使陽極67往相互隔開的方向移動，成膜處理後基板W2與陽極67隔開(參考圖18)。
接下來，如圖22所示，打開成膜室11之檔門25，使用推拉機構38使各托架21往裝料．取出室13內移動。此時，裝料．取出室13內受到排氣，安裝有接著要進行成膜之成膜處理前基板W1之托架21B既已配置。然後，於裝料．取出室13內，將成膜處理後基板W2之蓄熱往成膜處理前基板W1傳熱，降低成膜處理後基板W2之溫度。
接下來，如圖23所示，使各托架21B往成膜室11內移動後，藉由前述移動機構，使各托架21回到移動軌道37之位置。
接下來，如圖24所示，關閉檔門25後，使裝料．取出室13內成為大氣壓，打開檔門36，使各托架21往基板拆裝室15內移動。
接下來，如圖25所示，於基板拆裝室15內，藉由基板拆裝機器人17，從各托架21取下各成膜處理後基板W2，使其往基板收容卡匣19移動。當所有成膜處理後基板W2之取下完成時，藉由使基板收容卡匣19移動至下一步驟的場所而結束成膜處理。
因此，若依據上述實施型態，由於使用托架21搬送基板W，因此基板W可於每成膜步驟，連續移動於成膜室11、裝料．取出室13及基板拆裝室15間，可謀求生產性提升。
而且，於基板W之成膜面即表面WO形成膜時，由於以陰極單元68、基板W及遮罩78形成有成膜空間81，因此可防止陽極67或托架21暴露於成膜空間81。
除此之外，於基板W之表面WO形成膜時，基板W之外緣部由遮罩78被覆，搬送基板W時，基板與遮罩78分離。如此，於基板W之移動中時，無須同時移動托架21與遮罩78，因此可防止形成於遮罩78的膜剝落而附著於基板W之表面WO。故，可使形成於基板W之表面WO的膜之品質提升而且，藉由驅動機構71使陽極67移動，隨著陽極67之移動而使夾持片59A從夾持片59B隔開而抵接於遮罩78。總言之，利用陽極67之移動，使托架21之夾持片59A之露出面85由遮罩78被覆。因此，可將設置於陰極單元68之周緣部之遮罩78的構造予以單純化。
進一步而言，將比較難以移動之陰極單元68配設於2個基板W之間，亦即配設於成膜室11之大致中央。另一方面，將比較容易移動之陽極67配置於2個基板W之外側，亦即配置於成膜室11之側面側。然後，可藉由驅動機構71移動陽極67，藉此控制基板W與陰極單元68之隔開距離。因此，與移動陰極單元68之情況相比較，可抑制薄膜太陽能電池製造裝置10之複雜化，可減低薄膜太陽能電池製造裝置10之製造成本。
而且，設置於托架21之夾持部59包含有抵接於基板W之表面WO及背後面WU之挾持片59A,59B。該等夾持片59A,59B之離隔距離可經由彈簧等而可變，亦即構成為因應陽極67之移動，夾持片59A可沿著對於夾持片59B接近．隔開之方向移動。因此，隨著陽極67之移動，可容易使基板W對於陰極單元68接近．隔開。
進一步而言，遮罩78若形成可被覆托架21中之夾持片59A之形狀即可，因此可進一步將遮罩78予以小型化、單純化。
然後，成膜空間81係以由遮罩78所被覆的夾持片59A、陰極單元68之淋灑板75及成膜處理前基板W1(基板W)形成，因此可防止成膜空間81擴大至必要以上。其結果，無須多餘地排出成膜氣體，可謀求減低製造成本。
然後，於陰極單元68之周緣部，大致遍及整圈設置有中空狀之排氣導管79。藉此，可從基板W之整圈將成膜氣體(廢氣)進行排氣。因此，可提升排氣效率。
而且，藉由使用排氣導管79排氣，亦可容易回收例如在施行成膜時所發生之反應副生成物(粉末)等。該反應副生成物(粉末)係藉由使其附著於排氣導管79之內壁面而可回收．處分。因此，可使從設置於成膜室11之側面下部28之排氣管29往外部排氣之成膜氣體，成為不含反應副生成物(粉末)之比較清潔的狀態。進一步於清洗排氣導管79時，可集中清洗反應副生成物(粉末)。
進一步而言，以遮罩78、淋灑板75或浮動電容體82，形成用以將噴出至基板W之成膜氣體導至排氣導管79之氣體流路R(參考圖21)。藉由陰極單元68、基板W及遮罩78形成成膜空間81，反應副生成物(粉末)及成膜氣體係從成膜空間81，經由氣體流路(排氣通路)R而由排氣導管79排氣。因此，可限制成膜氣體或反應副生成物(粉末)對其他區域擴散，可減低成膜室11內之成膜空間81以外的污染。
施行成膜時，藉由驅動機構71，使2片陽極67往相互接近之方向移動，陽極67與成膜處理前基板W1之背後面WU抵接。進一步使驅動機構71驅動而推押陽極67，使成膜處理前基板W1朝向陰極單元68側移動。而且，陽極67內建加熱器H，以該等陽極67及加熱器H構成陽極單元90。因此，於施行成膜時，可未有任何物體介在陽極67與基板W之間，因此可有效率地加熱基板W。而且，由於無須另設加熱器H，因此可謀求薄膜太陽能電池製造裝置10之小型化。
而且，淋灑板75、75成為與匹配箱72連接之陰極(高頻電極)。因此，無須個別地設置陰極與淋灑板75，可謀求簡化薄膜太陽能電池製造裝置10及降低成本。而且，藉由將陰極作為淋灑板75，可於成膜區域(成膜空間81內)均勻地導入成膜氣體，並且於成膜區域均勻地施加高頻電壓。因此，電漿變得更均勻。
進一步而言，藉由遮罩78與基板W抵接，成膜空間81與托架或搬送裝置所存在的隔室內之空間會分離。進一步而言，遮罩78與基板W之對接面(抵接面)係作為密封部86而構成，以讓成膜氣體不會從該等遮罩78與基板W之間漏洩。藉此，限制成膜氣體擴散的範圍，可防止對非必要之範圍，亦即對陽極67或基板W之外緣部之膜形成。進一步而言，由於遮罩78係與電極單元31一體地從成膜室11分離，因此遮罩78的清洗變得容易。其結果，可使薄膜太陽能電池製造裝置10之稼動率提升。
此外，本發明之技術範圍不限定於上述實施型態，其包含在不脫離本發明之旨趣的範圍內，於上述實施型態加入各種變更者。亦即，於實施型態所舉出的具體形狀或構成等只不過為一例，可適宜地變更。
進一步而言，於上述實施型態，說明關於基板W係於與鉛直方向大致構成並行之狀態下，於陰極單元68之兩面側分別對向配置，2片陽極67係於各基板W之厚度方向外側，與各基板W分別相對向而配置，於陰極單元68設置有遮罩78之情況。然而，不限於此，亦可於包含有陽極67之陽極單元90之兩面側分別配置基板W，於該等基板W之外側配設1對陰極單元68，分別於陰極76設置遮罩78。
10．．．薄膜太陽能電池製造裝置
11．．．成膜室
21．．．托架(搬送部)
59．．．夾持部
59A．．．夾持片(第一夾持片)
59B．．．夾持片(第二夾持片)
67．．．陽極
68．．．陰極單元
71．．．驅動機構(驅動部)
75．．．淋灑板兼陰極
76．．．陰極中間構件
78．．．遮罩
79．．．排氣導管
80．．．排氣口
81．．．成膜空間
82．．．浮動電容體
85．．．露出面(暴露部位)
86．．．密封部
102．．．頂部電池晶元(膜)
104．．．底部電池晶元(膜)
H．．．加熱器(溫度控制部)
R．．．氣體流路(排氣通路)
W．．．基板
W1．．．成膜處理前基板
W2．．．成膜處理後基板
WO．．．表面(被成膜面)
WU．．．背後面(背面)
圖1係表示以本發明之薄膜太陽能電池製造裝置所製造的薄膜太陽能電池之一例之概略剖面圖；圖2係關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置之概略構成圖；圖3A係本實施型態之成膜室之立體圖；圖3B係從別的角度觀看同成膜室之情況下之立體圖；圖3C係同成膜室之側面圖；圖4A係本實施型態之電極單元之立體圖；圖4B係從別的角度觀看同電極單元之情況下之立體圖；圖4C係表示同電極單元之變形例之圖，其係分解其一部分之立體圖；圖4D係本實施型態之電極單元之陰極單元及陽極單元之部分剖面圖；圖5A係本實施型態之裝料．取出室之立體圖；圖5B係從別的角度觀看同裝料．取出室之情況下之立體圖；圖6係本實施型態之推拉機構之概略構成圖；圖7A係表示本實施型態之基板拆裝室之概略構成之立體圖；圖7B係圖7A之正面圖；圖8係本實施型態之基板收容卡匣之立體圖；圖9係本實施型態之托架之立體圖；圖10係表示使用上述薄膜太陽能電池製造裝置之關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池之製造方法之過程之說明圖(1)；圖11係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(2)；圖12係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(3)；圖13係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(4)；圖14係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(5)；圖15A係表示本實施型態之推拉機構之動作之說明圖；圖15B係表示本實施型態之推拉機構之動作之說明圖；圖16係表示使用上述薄膜太陽能電池製造裝置之薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(6)；圖17係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(7)；圖18係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(8)，其係基板插入於電極單元時之概略剖面圖；圖19係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(9)；圖20係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(10)；圖21係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(11)，其係基板裝在電極單元時之部分剖面圖；圖22係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(12)；圖23係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(13)；圖24係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(14)；及圖25係表示同薄膜太陽能電池之製造方法之後續過程之說明圖(15)。
21．．．托架
31．．．電極單元
67．．．陽極
67A．．．陰極單元側之面
68．．．陰極單元
75．．．淋灑板
76．．．陰極中間構件
77．．．空間部
78．．．遮罩
79．．．排氣導管
80．．．排氣口
81．．．成膜空間
82．．．浮動電容體
90．．．陽極單元
H．．．加熱器
R．．．氣體流路
W．．．基板

Claims (5)

  1. 一種薄膜太陽能電池製造裝置，其特徵為包含：成膜室，其係於基板之成膜面，藉由CVD法而形成膜；電極單元，其包含陰極單元及一對陽極；前述陰極單元包括被施加電壓之一對淋灑板，且前述淋灑板係配置於兩側；前述陽極係與前述一對淋灑板分別相對向且設置隔開距離而配置；排氣導管，其係設置於前述陰極單元之周圍；及一對遮罩，其係設於前述陰極單元之周緣部，覆蓋從前述排氣導管之外周部至前述陰極單元之外周部之部位，並覆蓋前述基板之周緣部；且於前述陰極單元與設置於前述陽極側之前述基板之間形成有成膜空間；於前述一對遮罩與前述陰極單元之間形成有排氣通路；前述排氣導管與前述成膜空間係介隔前述排氣通路而連接；導入前述成膜空間之成膜氣體係通過前述排氣通路而從前述排氣導管排氣；前述陰極單元具備陰極中間構件；前述一對淋灑板係以在前述陰極中間構件之兩側面與前述陰極中間構件電性接觸之狀態而配置，並配置為與前述基板之前述成膜面對向，且對前述基板之前述成膜 面供給前述成膜氣體。
  2. 如請求項1之薄膜太陽能電池製造裝置，其中前述電極單元進一步包含驅動部，其係使前述陽極對前述淋灑板接近、離開；藉由前述驅動部，使保持有前述基板之前述陽極朝向前述淋灑板移動，以讓前述一對遮罩覆蓋前述基板之前述周緣部。
  3. 如請求項2之薄膜太陽能電池製造裝置，其中進一步包含搬送部，其係於前述陽極與前述陰極單元之間搬送前述基板；前述搬送部包含：第一夾持片，抵接於前述基板之前述成膜面；及第二夾持片，抵接於前述基板之背面；前述基板係由該等第一夾持片及第二夾持片夾持；於前述陽極對前述陰極單元接近時，前述第一夾持片從前述第二夾持片離開；於前述陽極對前述陰極單元離開時，前述第一夾持片接近前述第二夾持片；於前述基板之前述成膜面形成前述膜時，以前述遮罩覆蓋前述搬送部之前述第一夾持片之方式，藉由前述遮罩覆蓋前述基板之周緣部。
  4. 如請求項3之薄膜太陽能電池製造裝置，其中藉由前述遮罩覆蓋前述基板之前述周緣部，以讓前述成膜空間所存在的空間與前述搬送部所存在的空間分離。
  5. 如請求項1或2之薄膜太陽能電池製造裝置，其中於前述陽極內建有溫度控制部，其係用以調整前述基板之溫度。
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