TWI452713B - 薄膜太陽能電池製造裝置 - Google Patents

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TWI452713B
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Yasuo Shimizu
Hideyuki Ogata
Koichi Matsumoto
Takafumi Noguchi
Jouji Wakamori
Satohiro Okayama
Yawara Morioka
Noriyasu Sugiyama
Takashi Shigeta
Hiroyuki Kurihara
Kazuya Saito
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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06月06日在日本申請的日本特願2008-149933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型的太陽能電池佔大半數。然而，由於Si之材料不足等原因，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，除以往型之僅有a-Si(非晶矽)層之薄膜太陽能電池以外，最近藉由疊層a-Si層與μc-Si(微晶矽)層而提升轉換效率之堆疊型薄膜太陽能電池之需求高漲。
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。作為該類電漿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。
於此，若考慮到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(1.5μm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層，因此在加快成膜速度方面有其限度。因此，要求增加批次處理數以使生產性提升。亦即，要求成膜速度低且實現高產出之裝置。
而且，於專利文獻1提案一種CVD裝置，其係可形成高品質之薄膜，且可降低製造成本或維修成本。專利文獻1之CVD裝置係以基體(基板)移交‧送出裝置、可收納複數個基體之成膜隔室群、移動用隔室及隔室移動裝置所構成。於成膜隔室之成膜室之出入口，設置有具有氣密性之檔門，移動用隔室之收納室之出入口始終開放。然後，於基體將Si層進行成膜時，藉由隔室移動裝置，移動用隔室移動至基體移交‧送出裝置之位置，將基體托架移送至移動用隔室側。而且，藉由隔室移動裝置，將移動用隔室與成膜隔室接合，使基體托架移動至成膜隔室，於基體將Si層進行成膜。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-139524號公報
然而，於專利文獻1之CVD裝置中，於基體將薄膜Si層進行成膜時，係於將移動用隔室與成膜隔室接合，使移動用隔室內成為真空狀態後，打開成膜隔室之檔門，將基體托架從移動隔室往成膜隔室移送。其後，於成膜隔室內加熱基體，藉由電漿CVD法，於基體將薄膜Si層進行成膜。薄膜Si層之成膜結束後，冷卻基體並且將基體往別的處理室搬送。因此，雖可於複數個基體同時將Si層進行成膜，但為了於基體將薄膜Si層進行成膜，除對基體之成膜步驟以外，尚需要許多其他步驟。而且，為了實現高產出，必須增加CVD裝置之設置台數，但若考慮到裝置的設置面積或費用相對效果，於增加CVD裝置之設置台數方面有其限度。
而且，於專利文獻1之移動用隔室設置有加熱器，將基體移動至成膜隔室前，預先加熱至特定溫度。亦即，於移動用隔室及成膜隔室雙方設置有加熱器功能。因此，裝置變得昂貴，並且會有成膜時所消耗之能量變大的問題。
本發明之目的在於提供一種薄膜太陽能電池製造裝置，其係可減低消耗能量，可實現高生產性、低製造成本及高產出。
關於本發明之第一態樣之薄膜太陽能電池製造裝置包含：成膜室，其係減壓地排氣，藉由CVD法而於基板形成膜；裝料‧取出室，其係經由第一開閉部而與前述成膜室連接，可切換大氣壓與減壓；第一托架，其係保持成膜處理前之基板；及第二托架，其係保持成膜處理後之基板；且前述裝料‧取出室係同時收容前述第一托架與前述第二托架。
前述裝料‧取出室亦可穿插地收容複數個前述第一托架與複數個前述第二托架。
前述裝料‧取出室亦可於前述裝料‧取出室之內部為減壓之狀態下，同時收容前述第一托架與複數個前述第二托架。
複數個前述第一托架與複數個前述第二托架之至少1個亦可採用以下構成：於前述裝料‧取出室內，可對於通向前述成膜室之移動方向大致往直角方向移動。
前述第一托架與前述第二托架亦可將前述基板，保持為前述基板之被成膜面與重力方向平行之直立姿勢。
前述第一托架及前述第二托架亦可使複數個前述基板並行且相對向而保持。
前述裝料‧取出室亦可包含有托架移送機構，其係使複數個前述第二托架成批從前述成膜室往前述裝料‧取出室移動。
前述托架移送機構亦可使複數個前述第一托架成批從前述裝料‧取出室往前述成膜室移動。
前述薄膜太陽能電池製造裝置亦可採用以下構成：包含複數個製程模組，其係於1個前述裝料‧取出室連接有1個前述成膜室；複數個前述製程模組係並排地配置。
於1個前述裝料‧取出室亦可連接有複數個前述成膜室。
若依據前述態樣，由於可使成膜處理前之基板與成膜處理後之基板同時收容於裝料‧取出室，因此可將裝料‧取出室之真空排氣步驟減半。因此，可顯著提升生產性。而且，於裝料‧取出室，若同時收容成膜處理後之基板與成膜處理前之基板，則積存於成膜處理後之基板的熱會傳熱至成膜處理前之基板而進行熱交換。亦即，可省略將成膜處理前之基板收容於成膜室後，通常會實施的加熱步驟，及從裝料‧取出室搬出成膜處理後之基板前，通常會實施的冷卻步驟。
結果，由於不需要加熱步驟或冷卻步驟，可使生產性提升，並且可刪減以往用於加熱步驟‧冷卻步驟之設備，因此可同時達成節省空間及降低成本。
若依據前述態樣，於裝料‧取出室中，第一托架與第二托架在同時收容時相鄰，因此積存於由第二托架所保持的成膜處理後之基板的熱，效率良好地傳熱至由第一托架所保持的成膜處理前之基板，可確實地進行熱交換。
若依據前述態樣，可固定從裝料‧取出室取放基板之搬送路。因此，可壓低裝置本身的大小，縮減裝置之設置空間。
若依據前述態樣，可縮小基板移動於裝置內所必要的面積，因此可將裝置小型化，並且以與以往相同之設置面積，可配置更多裝置。因此，可增加同時可成膜之基板片數，可提升生產性。而且，若於將基板往鉛直方向站立之狀態下進行成膜，可抑制成膜時所發生的顆粒堆積於基板之成膜面上。因此，可於基板將高品質之半導體層進行成膜。
若依據前述態樣，由於可於1個托架，將複數個基板同時進行成膜，因此可進一步提升生產性。
若依據前述態樣，由於藉由並排配置複數個製程模組，可進一步增加同時可成膜之基板片數，因此即使在以低速度，於基板將膜進行成膜時，仍可實現高產出。而且，藉由作為製程模組而將裝置一體化，可縮短在工廠等建構製造線時之裝置設置時間(製造線之啟用時間)。進一步而言，於維修成膜室時，藉由就每製程模組進行維修，無須使製造線全體停止。因此，可將維修時之生產效率的降低壓低在最小限度。
若依據前述態樣，由於安裝於托架之基板可移動於裝料‧取出室內，因此可於各成膜室供給不同之成膜材料，於基板效率更良好地將成膜材料不同之複數層進行成膜。
 [發明之效果]
若依據本發明之態樣，由於可使成膜處理前之基板與成膜處理後之基板同時收容於裝料‧取出室，因此可將裝料‧取出室之真空排氣步驟減半。因此，可顯著提升生產性。而且，屆時，於裝料‧取出室，成膜處理後之基板與成膜處理前之基板在相對向之狀態下同時收容，藉此，積存於成膜處理後之基板的熱會傳熱至成膜處理前之基板而積極地進行熱交換。亦即，可省略將成膜處理前之基板收容於成膜室後，通常會實施的加熱步驟，及從裝料‧取出室搬出成膜處理後之基板前，通常會實施的冷卻步驟。結果，由於不需要加熱步驟或冷卻步驟，可使生產性提升，並且可刪減以往用於加熱步驟‧冷卻步驟之設備，因此可同時達成節省空間及降低成本。
以下，根據圖1~圖28，說明關於本發明之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為薄膜太陽能電池之概略剖面圖。如圖1所示，於薄膜太陽能電池100，以圖式中從上往下的順序疊層有構成薄膜太陽能電池100之表面之基板W、含透明導電膜的上部電極101、以非晶矽所構成的頂部電池晶元(top cell)102、含透明導電膜的中間電極103、以微晶矽所構成的底部電池晶元(bottom cell)104、含透明導電膜的緩衝層105、及含金屬膜的背後面電極106。其中，上部電極101疊層於基板W。中間電極103疊層於頂部電池晶元102與底部電池晶元104之間。亦即，薄膜太陽能電池100為a-Si/微晶Si堆疊型太陽能電池。於該類堆疊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，可使發電效率提升。
頂部電池晶元102係以圖式中從上往下的順序，包含有疊層p層102p、i層102i及n層102n而構成之3層構造。頂部電池晶元102之p層102p、i層102i及n層102n之3層構造係以非晶矽形成。而且，底部電池晶元104係以圖式中從上往下的順序，包含有疊層p層104p、i層104i及n層104n而構成之3層構造。底部電池晶元104之p層104p、i層104i及n層104n之3層構造係以微晶矽構成。
於如此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，電洞朝向p層移動。藉由該光電動勢效果所發生的電子係由上部電極101及背後面電極106取出，可將光能量轉換為電能量。
而且，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，可使發電效率提升。
而且，從玻璃基板W側射入之太陽光係通過各層而由背後面電極106反射。為了使光能量之轉換效率提升，薄膜太陽能電池100係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為薄膜太陽能電池製造裝置之概略構成圖。如圖2所示，薄膜太陽能電池製造裝置10包含：成膜室11(第一室)；裝料‧取出室13(第二室)，其係可收容基板W；基板拆裝室15，其係對於托架21(參考圖9)拆裝基板W；基板拆裝機器人(驅動機構)17，其係用以從托架21拆裝基板W；及基板收容卡匣(搬送機構)19，其係收容基板W。成膜室11可利用CVD法，對於複數個基板W，同時將以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可同時收容搬入於成膜室11之成膜處理前基板W1與從成膜室11搬出之成膜處理後基板W2。基板拆裝室15可拆裝成膜處理前基板W1及成膜處理後基板W2。基板收容卡匣19係為了將基板W搬送至別的處理步驟而收容基板W。此外，藉由成膜室11、裝料‧取出室13及基板拆裝室15而構成基板成膜線16。於本實施型態，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設置有4個。而且，基板拆裝機器人17可移動於鋪設在地面的軌道18上。因此，藉由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所構成的製程模組14係被一體化，以可堆載於卡車之大小形成。
圖3A~圖3C係表示成膜室11之概略構成之圖。其中，圖3A為成膜室11之立體圖，圖3B係從與圖3A不同之角度觀察之立體圖，圖3C為成膜室11之側面圖。如圖3A~圖3C所示，成膜室11形成為箱型。成膜室11包含有與裝料‧取出室13連接之側面23。於該側面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。而且，於托架搬出入口24設置有開閉托架搬出入口24之檔門(第一開閉部)25。於閉合檔門25時，托架搬出入口24係確保氣密性而閉合。於與成膜室11之側面23相對向之側面27，安裝有3座用以於基板W施行成膜之電極單元31。電極單元31係構成為可從成膜室11拆裝。具體而言，如圖3B所示，於成膜室11之側面27，形成有3處開口部26，電極單元31係可拆裝地設置於該開口部26。而且，於成膜室11之側面下部28，連接有用以將成膜室11內進行真空排氣之排氣管29，於排氣管29設置有真空泵30。
圖4A~圖4D係表示電極單元31之概略構成之圖。其中，圖4A為電極單元31之立體圖，圖4B係從與圖4A不同之角度觀察之立體圖，圖4C為電極單元31之一部分分解立體圖，圖4D為陰極單元及陽極單元之部分剖面圖。如圖4A~圖4D所示，電極單元31係構成為於其下部設置有車輪61，藉由該車輪61可移動於地面上。而且，於安裝有車輪61之底板部62，側板部63立設於鉛直方向。該側板部63具有閉塞成膜室11之側面27的開口部26之大小。
如圖4C所示，附車輪61之底板部62亦可製成可與電極單元31分離‧連接之台車構造。藉由如此製成可分離之台車構造，於成膜室11連接電極單元31後，可分離台車而作為共同的台車，將分離之台車使用於其他電極單元31之移動。
亦即，側板部63構成成膜室11之壁面的一部分。於側板部63之第一面(朝向成膜室11之內部的面)65，設置有成膜時位於基板W兩側之陽極單元90及陰極單元68。於本實施型態之電極單元31，夾著陰極單元68分隔於兩側而分別配置陽極單元90，以1個電極單元31可同時將2片基板W進行成膜。因此，基板W係於與重力方向大致並行之狀態下，於陰極單元68之兩面側分別對向配置，在與各基板W分別相對向之狀態下，2個陽極單元90係配置於各基板W之厚度方向外側。此外，陽極單元90係以板狀之陽極67及內建於陽極單元90之加熱器H所構成。
而且，於側板部63之第二面69安裝有：驅動裝置71，其係用以驅動陽極單元90；及匹配箱72，其係於成膜時，對陰極單元68之陰極中間構件76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)。
於陽極單元90內建有加熱器H，加熱器H係控制基板W之溫度之溫度控制機構。而且，2個陽極單元90,90係構成為可藉由設置於側板部63之驅動裝置71，往相互靠近‧疏開之方向(水平方向)移動，可控制基板W與陰極單元68之分隔距離。具體而言，於施行基板W之成膜時，2個陽極單元90,90係往陰極單元68方向移動而與基板W抵接，進一步往靠近陰極單元68之方向移動，將基板W與陰極單元68之離隔距離調節為期望的距離。其後，進行成膜，於成膜結束後，陽極單元90,90往相互疏開之方向移動，可容易從電極單元31取出基板W。
進一步而言，陽極單元90係經由絞鏈(不圖示)而安裝於驅動裝置71，於從成膜室11拔出電極單元31之狀態下，陽極單元90(陽極67)之陰極單元68側之面67A可轉動到大致與側板部63之第一面65平行(打開)。亦即，如圖4A中以點線所示，陽極單元90係於俯視看來可大致轉動90°。
陰極單元68包含有淋灑板75(陰極)、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，在與陽極單元90(陽極67)相對向之面，配置有分別形成有複數個小孔(不圖示)之淋灑板75，可朝向基板W噴出成膜氣體。進一步而言，淋灑板75、75係與匹配箱72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，於2片淋灑板75、75，施加有電漿發生用之同電位‧同相位之電壓。
陰極中間構件76係藉由未圖示之布線而與匹配箱72連接。於陰極中間構件76與淋灑板75之間形成有空間部77，從氣體供給裝置(不圖示)對該空間部77供給成膜氣體。空間部77係由陰極中間構件76分離，與各個淋灑板75、75逐一對應而個別地形成，獨立控制從各淋灑板75、75放出的氣體。亦即，空間部77具有氣體供給路的作用。於本實施型態，由於空間部77與各個淋灑板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。
而且，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。於排氣導管79形成有排氣口80，其係用以將成膜空間81之成膜氣體或反應副生成物(粉末)進行排氣。具體而言，面向形成於施行成膜時之基板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。而且，排氣導管79係於陰極單元68之下部，包含有朝向成膜室11內之面，於該朝向成膜室11內之面形成有開口部(不圖示)，可將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。而且，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/或疊層空間之浮動電容體82。排氣導管79連接於設置電位。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之周緣部設置有遮罩78，其係覆蓋從排氣導管79之外周部到達淋灑板75(陰極)之外周部之部位。該遮罩78係被覆設置於托架21之後述的挾持部59之挾持片59A(參考圖9、圖21)，並且形成施行成膜時會與挾持片59A成為一體，用以將成膜空間81之成膜氣體或顆粒導往排氣導管79之氣體流路R。亦即，於托架21(挾持片59A)與淋灑板75之間、以及與排氣導管79之間，形成有氣體流路R。
藉由如此設置電極單元31，於1個電極單元31，形成兩處基板W所插入之陽極單元90與陰極單元68之隙縫。因此，對於2片基板W，能以1個電極單元31同時進行成膜。
而且，於陽極單元90與陰極單元68之間配設基板W，陽極單元90(陽極67)係與基板W抵接，並且可為了調整基板W與陰極單元68之離隔距離而移動。因此，於基板W，藉由電漿CVD法將薄膜Si層進行成膜時，必須將基板W與陰極單元68之隙縫設定為5~15mm程度，但藉由使陽極67可移動，於成膜前後可調節陽極67與陰極單元68之離隔距離。因此，可容易取放基板W。而且，於取放基板W時，可防止基板W接觸陽極67或陰極單元68而損傷。進一步藉由使陽極67與基板W抵接，於一面以加熱器H加熱基板W，一面進行成膜時，可有效地將該加熱器H的熱傳熱至基板W。因此，可施行高品質的成膜。
進一步而言，由於構成為電極單元31可從成膜室11拆裝，因此可容易進行定期維修，諸如去除堆積於電極單元31之陰極單元68及陽極單元90之膜等。而且，若事先準備預備的電極單元31，即使由於維修而從成膜室11取下電極單元31，取代其而安裝預備的電極單元31，藉此可不停止製造線而進行維修。因此，可提升生產效率。結果，即使在以低速度，於基板W將半導體層進行成膜時，仍可實現高產出。
回到圖2，移動軌道37鋪設於成膜室11、裝料‧取出室13與基板拆裝室15之間。藉由該移動軌道37，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。此外，移動軌道37係於成膜室11與裝料‧取出室13之間分離，托架搬出入口24可藉由關閉檔門25而密閉。
圖5A及圖5B係表示裝料‧取出室13之概略構成之圖，圖5A為裝料‧取出室13之立體圖，圖5B係從與圖5A不同之角度觀察之立體圖。如圖5A及圖5B所示，裝料‧取出室13形成為箱型。於裝料‧取出室13之側面33，確保氣密性而與成膜室11之側面23連接。於裝料‧取出室13之側面33，形成3個托架21可插通之開口部32。與裝料‧取出室13之側面33相對向之側面34係連接於基板拆裝室15。於裝料‧取出室13之側面34，形成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(第二開閉部)36。此外，移動軌道37係於裝料‧取出室13與基板拆裝室15之間分離，托架搬出入口35可藉由關閉檔門36而密閉。
而且，於裝料‧取出室13設置有推拉機構38(托架移送機構)，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，其係使卡止部48沿著導引構件49移動。
進一步於裝料‧取出室13內，為了使成膜處理前基板W1與成膜處理後基板W2同時收容，設置用以使托架21，往俯視看來與移動軌道37之鋪設方向大致正交之方向，進行特定距離移動之移動機構(不圖示)。然後，於裝料‧取出室13之側面下部41，連接有用以將裝料‧取出室13內進行真空排氣之排氣管42，於排氣管42設置有真空泵43。
圖7A及圖7B係表示基板拆裝室15之概略構成之圖，圖7A為基板拆裝室15之立體圖，圖7B為基板拆裝室15之正面圖。如圖7A及圖7B所示，基板拆裝室15係形成為框架框狀，連接於裝料‧取出室13之側面34。於基板拆裝室15，可對於配設於移動軌道37之托架21，安裝成膜處理前基板W1，可從托架21取下成膜處理後基板W2。於基板拆裝室15並排配置有3個托架21。
基板拆裝機器人17包含有驅動臂45(參考圖2)，於驅動臂45之前端可吸附基板W。而且，驅動臂45可驅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。亦即，驅動臂45可從基板收容卡匣19取出成膜處理前基板W1，於配設於基板拆裝室15之托架(第一托架)21安裝成膜處理前基板W1。進一步而言，驅動臂45可從回到基板拆裝室15之托架(第二托架)21，取下成膜處理後基板W2，將成膜處理後基板W2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。基板W係於其被成膜面與水平方向大致並行之狀態下，於上下方向疊層複數片而收容。而且，於基板收容卡匣19之下部設置有腳輪47，可往別的處理裝置移動。此外，於基板收容卡匣19，亦可於基板W之被成膜面與重力方向大致並行之狀態下，於左右方向可收容複數片。
圖9為托架21之立體圖。如圖9所示，托架21係形成有2個可安裝基板W之邊框狀之框架51。亦即，於1個托架21可安裝2片基板W。2個框架51,51係藉由其上部之連結構件52而一體化。而且，於連結構件52之上方，設置有載置於移動軌道37之車輪53，藉由車輪53滾動於移動軌道37上，托架21可移動。而且，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。框架保持器54之前端係嵌合於設置在成膜室11、裝料‧取出室13及基板拆裝室15之底面上之剖面凹狀的軌道構件55(參考圖18)。此外，軌道構件55係配設於俯視看來沿著移動軌道37之方向。若以複數個輥構成框架保持器54，則可更安定地搬送基板W。
框架51分別包含有開口部56、周緣部57及挾持部59。於形成在框架51之開口部56，露出基板W之被成膜面(表面WO)，於開口部56之周緣部57，挾持部59從兩側挾持基板W而固定。然後，挾持基板W之挾持部59係來自彈簧等之施力正在作用。而且，挾持部59包含有挾持片59A,59B，其係抵接於基板W之被成膜面即表面WO及背後面WU(背面)(參考圖18、圖21)。該挾持片59A,59B之離隔距離可經由彈簧等而改變。亦即，與陽極單元90(陽極67)之移動相應，挾持片59A可沿著對於挾持片59B靠近‧疏開之方向移動(詳細係於後面敘述)。於此，該托架21係於1個移動軌道37上安裝有1個(可保持1對(2片)基板之1個托架)。亦即，於1組薄膜太陽能電池製造裝置10，安裝有3個(可保持3對(6片)基板)托架21。
然後，於本實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置10，配置4個上述以成膜室11、裝料‧取出室13及基板拆裝室15所構成之基板成膜線16而構成。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。此外，於該說明中雖利用1個基板成膜線16之圖式，但其他3個基板成膜線16亦以大致同一流程而將基板進行成膜。
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。
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，將成膜處理前基板W1安裝於設置在基板拆裝室15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，往鉛直方向改變方向而安裝於托架21。再重複一次該動作，於1個托架21安裝第2片成膜處理前基板W1。進一步重複該動作，於設置於基板拆裝室15之剩下的2個托架21，亦分別安裝成膜處理前基板W1。亦即，於此階段，將6片成膜處理前基板W1安裝於托架21。
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。
如圖13所示，往俯視看來與移動軌道37所鋪設的方向正交之方向，使用移動機構使3個托架21分別進行特定距離(半間距)移動。此外，該特定距離係1個托架21位於鄰接之移動軌道37,37間之距離。
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，托架21與托架21A係於俯視看來穿插地並排。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。亦即，成膜處理前基板W1受到加熱。
於此，說明推拉機構38之動作。此外，於此說明使位於成膜室11之托架21A往裝料‧取出室13移動時之動作。
如圖15A所示，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係由導引構件49引導且順從導引構件49而移動。如圖15B所示，由卡止部48所卡止之托架21A往裝料‧取出室13內移動。亦即，托架21A從成膜室11往裝料‧取出室13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。此外，藉由使其進行與上述動作相反的動作，可使裝料‧取出室13之托架21往成膜室11移動。
如圖16所示，藉由移動機構，將托架21及托架21A往與移動軌道37正交之方向移動，使其移動到保持有成膜處理前基板W1之托架21沿著移動軌道37之位置。
如圖17所示，使用推拉機構38，使保持有成膜處理前基板W1之托架21移動至成膜室11，於移動完成後，使檔門25成為閉狀態。此外，成膜室11保持真空狀態。此時，安裝於托架21之成膜處理前基板W1係於成膜室11內，於其表面WO沿著與重力方向大致並行之鉛直方向之狀態下，插入於陽極單元90與陰極單元68之間(參考圖18)。
如圖18、圖19所示，藉由驅動裝置71，使電極單元31之2個陽極單元90往相互靠近之方向移動，使陽極單元90(陽極67)與成膜處理前基板W1之背後面WU抵接。
如圖20所示，若進一步使驅動裝置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。然後，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。此外，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5~15mm，例如為5mm程度。
此時，抵接於成膜處理前基板W1之表面WO側之托架21的挾持部59之挾持片59A係隨著成膜處理前基板W1(陽極單元90)之移動而變位。此外，於陽極單元90朝向從陰極單元68疏開之方向移動時，彈簧等之復原力作用於挾持片59A，其朝向挾持片59B側變位。此時，成膜處理前基板W1係由陽極67與挾持片59A挾持。
如圖21所示，當成膜處理前基板W1朝向陰極單元68側移動時，挾持片59A抵接於遮罩78，於該時點，陽極單元90之移動停止。
於此，如圖21所示，遮罩78係覆蓋挾持片59A之表面與基板W之外緣部而形成，並且可與挾持片59A或基板W之外緣部密接而形成。亦即，遮罩78與挾持片59A之對接面或遮罩78與基板W之外緣部之對接面具有密封面的作用，從該等遮罩78與挾持片59A之間或遮罩78與基板W之外緣部之間，成膜氣體幾乎不會往陽極67側漏洩。藉此，限制成膜氣體擴散的範圍，可抑制非必要的範圍受到成膜。藉此，可縮窄清洗範圍及減少清洗頻率，裝置的稼動率提升。
而且，成膜處理前基板W1之移動係藉由基板W之外緣部抵接於遮罩78而停止，因此藉由遮罩78與淋灑板75、以及與排氣導管79之間之間隙所構成的氣體流路R之厚度方向之流路高度，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安裝於排氣導管79，基板W與淋灑板75(陰極)之距離亦可藉由驅動裝置71之行程任意變更。於上述，記載遮罩78與基板W抵接的情況，亦可空出限制成膜氣體通過之通過之微少的間隔而配置遮罩78與基板W。
於該狀態下，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之淋灑板(陰極)75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，成膜處理前基板W1加熱至期望的溫度。
於此，當成膜處理前基板W1達到期望的溫度，陽極單元90停止加熱。然而，由於電壓施加於陰極單元68，於成膜空間81發生電漿。隨著時間經過，由於來自電漿之熱輸入，即使陽極單元90停止加熱，成膜處理前基板W1之溫度仍可能較期望的溫度更上升。該情況下，亦可使陽極單元90作為散熱板而發揮功能，用以冷卻溫度過度上升之成膜處理前基板W1。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保持於期望的溫度。
此外，以一次之成膜處理步驟，將複數層進行成膜時，可於每特定時間切換所供給的成膜氣體材料。
於成膜中及成膜後，從形成於陰極單元68之周緣部之排氣口80，將成膜空間81之氣體或顆粒進行排氣。伴隨於其，受到排氣之氣體係經由氣體流路R，從陰極單元68之周緣部之排氣導管79通過開口部(形成於陰極單元68之下部之排氣導管79之朝向成膜室11內的面之開口部)，從設置於成膜室11之側面下部28之排氣管29通到外部。此外，施行成膜時所發生的反應副生成物(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。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片基板同時施行成膜。
然後，當成膜結束時，藉由驅動裝置71，使2個陽極單元90往相互疏開的方向移動，使成膜處理後基板W2及框架51(挾持片59A)回到原本的位置(參考圖19、圖21)。進一步藉由使陽極單元90往疏開的方向移動，成膜處理後基板W2與陽極單元90疏開(參考圖18)。
如圖22所示，使成膜室11之檔門25成為開狀態，使用推拉機構38使托架21往裝料‧取出室13移動。此時，裝料‧取出室13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既已就位。然後，於裝料‧取出室13內，積存於成膜處理後基板W2的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。
如圖23所示，托架21B往成膜室11內移動後，藉由移動機構，使托架21回到配置於移動軌道37上之位置。
如圖24所示，使檔門25成為閉狀態，成膜處理後基板W2降低至特定溫度後，使檔門36成為開狀態，使托架21往基板拆裝室15移動。
如圖25所示，於基板拆裝室15，藉由基板拆裝機器人17從托架21取下成膜處理後基板W2，將成膜處理後基板W2往基板收容卡匣19搬送。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處理。
若依據本實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置10，由於可使保持有成膜處理後基板W2之托架21(21A)與保持有成膜處理前基板W1之托架21同時收容於裝料‧取出室13，因此於裝料‧取出室13之一連串的基板成膜步驟中，可將真空排氣步驟減半。亦即，可同時進行在以往之裝料室，於收容保持有成膜處理前之基板之托架的階段所進行的真空排氣步驟，與在取出室，於收容保持有成膜處理後之基板之托架前所進行的真空排氣步驟。因此，可顯著提升生產性。而且，於裝料‧取出室13，若同時收容成膜處理後基板W2與成膜處理前基板W1，則積存於成膜處理後基板W2的熱會傳熱至成膜處理前基板W1而積極地進行熱交換。亦即，可省略將成膜處理前基板W1收容於成膜室11後，通常會實施的加熱步驟，及從裝料‧取出室13搬出成膜處理後基板W2前，通常會實施的冷卻步驟。結果，由於不需要加熱步驟或冷卻步驟，可使生產性提升，並且可刪減以往用於加熱步驟‧冷卻步驟之設備，因此可同時達成節省空間及降低成本。
而且，於裝料‧取出室13，搭載有成膜處理前基板W1之托架21與搭載有成膜處理後基板W2之托架21(21A)係於俯視看來穿插地配置。因此，於裝料‧取出室13，於同時收容成膜處理後基板W2與成膜處理前基板W1時，積存於成膜處理後基板W2的熱效率良好地傳熱至成膜處理前基板W1，可確實地進行熱交換。
而且，於裝料‧取出室13，由於使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21(21A)同時收容，因此構成為可將基板W(托架21)對於通向成膜室11之移動方向(沿著移動軌道37之方向)，於俯視看來大致往直角方向移動。藉由如此構成，可固定從裝料‧取出室13取放基板W之移動軌道37。亦即，某1個托架21一直沿著相同的移動軌道37而移動於各室間。因此，可壓低裝置本身的大小，縮小裝置之設置空間。
而且，於本實施型態，基板W係於往鉛直方向站立之狀態(基板W之被成膜面配置為與重力方向平行之狀態)下，進行薄膜太陽能電池製造裝置10內之移動及成膜處理。其結果，可縮小基板W移動於薄膜太陽能電池製造裝置10內所必要的面積，將裝置小型化，並且以與以往相同之設置面積，可配置更多裝置。因此，可增加同時可成膜之基板W的片數，使生產性提升。而且，若於將基板W往鉛直方向站立之狀態下進行成膜，可抑制成膜時所發生的顆粒堆積於基板W之成膜面上。因此，可於基板W將高品質之半導體層進行成膜。
而且，由於托架21可保持複數片(2片)基板W，因此可於1個托架21，將複數個基板W同時進行成膜，可進一步使生產性提升。進一步而言，由於可將複數個托架21同時搬送至成膜室11，因此可進一步提高處理速度。
進一步而言，由於構成為並排配置複數個連接成膜室11及裝料‧取出室13之製程模組14，因此可增加同時可成膜之基板W的片數，即使在以低速度，於基板W將半導體層進行成膜時，仍可實現高產出。而且，藉由作為製程模組14而將裝置一體化，可縮短在工廠等建構製造線時之裝置設置時間(製造線之啟用時間)。進一步而言，於維修成膜室11時，藉由就每製程模組14進行維修，無須使製造線全體停止。因此，可將維修時之生產效率降低壓低在最小限度。
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。
例如於本實施型態，說明於1個成膜室連接有1個裝料‧取出室之情況，但如圖26所示，設置對於1個大的裝料‧取出室13，並排配置複數個成膜室11而連接之製程模組114，使托架可移動於該裝料‧取出室13內亦可。藉由如此構成，由於安裝於托架之基板可移動於裝料‧取出室內，因此可於各成膜室供給不同之成膜材料。藉此，可於基板效率更良好地將成膜材料不同之複數層進行成膜。
而且，如圖27配置薄膜太陽能電池製造裝置亦可。於該例中，含成膜室11、裝料‧取出室13及基板拆裝室15之模組係於基板拆裝機器人17設置成放射狀。藉由如此構成，可去掉基板拆裝機器人17移動於軌道上之時間。亦即，可縮短基板拆裝機器人17之動作時間，縮短產距時間。
進一步而言，如圖28所示配置薄膜太陽能電池製造裝置亦可。於該例中，含成膜室11、裝料‧取出室13及基板拆裝室15之模組設置於基板拆裝機器人17兩側。藉由如此構成，可節省空間，且可縮短基板拆裝機器人之動作時間。
然後，於本實施型態係構成為在裝料‧取出室13，保持成膜處理前之基板W1之托架與保持成膜處理後之基板W2之托架在俯視看來成為穿插，但構成為穿插以外之配置亦可。
[產業上之可利用性]
若依據本發明之實施型態，由於可省略通常會實施的加熱步驟及冷卻步驟，因此可使生產性提升，並且由於可刪減以往用於加熱步驟‧冷卻步驟之設備，因此可同時達成節省空間及降低成本。
10．．．薄膜太陽能電池製造裝置
11．．．成膜室
13．．．裝料‧取出室
14．．．基板成膜模組
15．．．基板拆裝室
21．．．托架
25．．．檔門(第一開閉部)
104．．．底部電池晶元(膜)
W．．．基板
W1．．．成膜處理前基板
W2．．．成膜處理後基板
圖1係關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池之概略剖面圖；
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係關於本發明之一實施型態之成膜室之立體圖；
圖3B係關於本發明之一實施型態之成膜室從別的角度之立體圖；
圖3C係關於本發明之一實施型態之成膜室之側面圖；
圖4A係關於本發明之一實施型態之電極單元之立體圖；
圖4B係關於本發明之一實施型態之電極單元從別的角度之立體圖；
圖4C係關於本發明之一實施型態之電極單元之一部分分解立體圖；
圖4D係關於本發明之一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係關於本發明之一實施型態之裝料‧取出室之立體圖；
圖5B係關於本發明之一實施型態之裝料‧取出室從別的角度之立體圖；
圖6係關於本發明之一實施型態之推拉機構之概略構成圖；
圖7A係關於本發明之一實施型態之基板拆裝室之概略構成之立體圖；
圖7B係關於本發明之一實施型態之基板拆裝室之概略構成之正面圖；
圖8係關於本發明之一實施型態之基板收容卡匣之立體圖；
圖9係關於本發明之一實施型態之托架之立體圖；
圖10係表示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(2)；
圖12係表示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(3)；
圖13係表示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(4)；
圖14係表示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(5)；
圖15A係表示關於本發明之一實施型態之推拉機構之動作之說明圖(1)；
圖15B係表示關於本發明之一實施型態之推拉機構之動作之說明圖(2)；
圖16係表示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(6)；
圖17係表示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(7)；
圖18係表示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(8)，其表示基板插入於電極單元時之概略剖面；
圖19係表示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(9)；
圖20係表示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(10)；
圖21係表示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(11)，其表示基板裝在電極單元時之部分剖面；
圖22係表示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(12)；
圖23係表示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(13)；
圖24係表示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(14)；
圖25係表示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(15)；
圖26係表示關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置之其他態樣之概略構成圖；
圖27係表示關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置之其他配置方法之概略構成圖；及
圖28係表示關於本發明之一實施型態之薄膜太陽能電池製造裝置之進一步其他配置方法之概略構成圖。
10．．．薄膜太陽能電池製造裝置
11．．．成膜室
13．．．裝料‧取出室
14．．．基板成膜模組
15．．．基板拆裝室
16．．．基板成膜線
17．．．基板拆裝機器人
18．．．軌道
19．．．基板收容卡匣
25．．．檔門
36．．．檔門
37．．．移動軌道
45．．．驅動臂
W．．．基板

Claims (6)

  1. 一種薄膜太陽能電池製造裝置，其特徵為包含：成膜室，其係減壓地排氣，藉由CVD法而於基板形成膜；裝料‧取出室，其係經由第一開閉部而與前述成膜室連接，可切換大氣壓與減壓；第一托架，其係保持成膜處理前之基板；及第二托架，其係保持成膜處理後之基板；前述第一托架與前述第二托架係將前述基板保持為前述基板之被成膜面與重力方向平行之直立姿勢；前述裝料‧取出室係以前述裝料‧取出室之內部減壓之狀態，同時穿插地收容複數個前述第一托架與複數個前述第二托架；且前述第一托架與前述第二托架於前述裝料‧取出室內，可對朝前述成膜室之移動方向呈大致直角方向移動。
  2. 如請求項1之薄膜太陽能電池製造裝置，其中前述第一托架及前述第二托架係使複數個前述基板並行且相對向而保持。
  3. 如請求項1之薄膜太陽能電池製造裝置，其中前述裝料‧取出室包含有托架移送機構，其係使複數個前述第二托架成批從前述成膜室往前述裝料‧取出室移動。
  4. 如請求項3之薄膜太陽能電池製造裝置，其中前述托架移送機構係使複數個前述第一托架成批從前述裝料‧取 出室往前述成膜室移動。
  5. 如請求項1至4中任一項之薄膜太陽能電池製造裝置，其中包含複數個製程模組，其係於1個前述裝料‧取出室連接有1個前述成膜室；複數個前述製程模組係並排地配置。
  6. 如請求項1至4中任一項之薄膜太陽能電池製造裝置，其中於1個前述裝料‧取出室連接有複數個前述成膜室。
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