TWI481054B - 薄膜太陽電池之製造裝置及製造方法、以及薄膜太陽電池 - Google Patents

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Description

薄膜太陽電池之製造裝置及製造方法、以及薄膜太陽電池
本發明有關一種薄膜太陽電池之製造裝置及薄膜太陽電池之製造方法，係捲取纏繞在輥子之基板的同時對該基板施以成膜處理，藉此製造薄膜太陽電池。
非晶矽(a-Si)太陽電池由於與塊型(bulk type)Si太陽電池相比能大幅削減其原料之矽(Si)之使用量，所以作為能克服原料不足的太陽電池而受到注目。此外，以此種薄膜太陽電池來說，為了解決上述a-Si之光劣化，已知使用發電層之a-Si膜取代微結晶Si膜(nc-Si)Si微結晶薄膜太陽電池。
上述之薄膜太陽電池之製造方法之一中已知所謂的輥子對輥子(roll-to-roll)方式：邊將纏繞在輥子之基板捲取到另一邊之輥子，邊在該移動之基板形成發電層(參照專利文件一)。此外，使用纏繞在輥子之基板的另一製造方法中已知所謂的步進輥子(stepping roll)方式：每當基板之成膜區域位於成膜室時，就暫時停止捲取基板，對該停止之基板施以成膜處理(參照專利文件二)。一般來說，在以大量生產為目的之製造方法方面，被強烈要求將每單位之轉換效率所需成本之削減，所以原本在製造過程就不使基板之捲取停止的輥子對輥子方式相較於定期使捲取停止的步進輥子方式來說在可實現高生產性方面較受到期待。
[先前技術文件]
[專利文件]
[專利文件一]特開平6-291349號公報
[專利文件二]特開平11-288890號公報
然而，上述之薄膜太陽電池之發電層上有層疊p型、i型、n型等複數個不同的半導體層。在上述輥子對輥子方式或步進輥子方式方面，輥子之旋轉使得移動之基板依序通過用以將上述各半導體層成膜的複數個成膜室，藉此形成該發電層。此時，對於成膜速度慢的半導體層或膜厚厚的半導體層來說，由於其成膜速度慢或是膜厚厚，所以必須加長其成膜時間。另一方面，在上述輥子對輥子方式或步進輥子方式方面，在複數個成膜室各自與基板之搬送時序(timing)同步著，所以若選擇性加長單一半導體層之成膜時間，則必須沿搬送方向加長用以將該半導體層成膜的成膜室。
例如：若使用搬送速度為0.3m/sec的裝置以2nm/sec之成膜速度來將膜厚為20nm之p層成膜時，則為了將該p層成膜，只要有沿搬送方向3m(=20/2×0.3)之成膜室就足夠。相對於此，若使用相同裝置以相同成膜速度將膜厚為150nm之i層成膜，則為了將相同i層成膜，需要沿搬送方向22.5m(=150/2×0.3)的成膜室。
若如上述成膜室在搬送方向加長，亦即，用以生成電漿之電極在搬送方向加長時，對相同電極供電之高頻波長比電極尺寸更大幅變短，所以在相同電極上形成駐波。結果，這樣的駐波所引起的電壓分布之不平均造成難以獲得均勻的電漿，甚至可能使各半導體層之膜特性不均勻。
本發明係有鑒於上述問題而做，其目的是提供一種薄膜太陽電池之製造裝置、薄膜太陽電池之製造方法及薄膜太陽電池，以在邊捲取纏繞在輥子之基板邊對該基板施以成膜處理時提高膜特性之均勻性。
本發明之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：具備：基板搬送部，包含設於真空槽之一對輥子，使該一對輥子旋轉，以將基板從一邊之輥子往另一邊之輥子搬送；及發電層形成部，包含在前述一對輥子之間沿著前述基板之搬送方向劃分出之複數個成膜室，在該複數個成膜室各自於前述基板形成半導體層，以形成即複數個半導體層之層疊體的發電層；前述複數個成膜室各自包含沿前述搬送方向排列成與前述基板相向之複數個平板施加電極，該複數個平板施加電極各自具有被供應VHF區域之高頻電力的給電端部，當前述高頻電力之波長為λ時，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在前述搬送方向之垂直方向上比λ/4短。
在此構成中，平板施加電極之即緣部的開放端與給電端部之間之距離在與搬送方向垂直的方向(垂直方向)比λ/4短，所以對平板施加電極供應高頻電力時，在該平板施加電極之該垂直方向難以形成駐波。此外，駐波在平板施加電極之搬送方向比上述垂直方向更容易形成，但是上述搬送方向之駐波引起的電壓分布之不平均，亦即，搬送方向之成膜速度之不平均由於基板沿搬送方向搬送因而容易抵消。因此，在各成膜室，複數個平板施加電極在搬送方向排列，所以不拘其搬送方向之長度，都能提高膜特性之均勻性。
此外，較佳為，於平板施加電極之表面分別形成長圓筒狀之複數個凹部，於各凹部之底面形成成膜氣體供給部，該成膜氣體供給部以比凹部之短邊更小的寬度(亦即，比凹部之直徑更小的直徑)形成開口。在此情況，從各凹部之成膜氣體供給部之開口部分噴出成膜氣體，所以能在高頻電極之面內均勻且穩定地生成高密度之電漿，並且效率佳地分解成膜氣體。因此，能提高膜特性之均勻性並且能高速成膜。
較佳為，在上述薄膜太陽電池之製造裝置中，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在前述搬送方向上比λ/2短。
在此構成中，在平板施加電極之搬送方向也減輕駐波之形成。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造裝置中，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在包含前述搬送方向之前述平板施加電極之面內比λ/4短。
在此構成中，在平板施加電極之面內之整體難以形成駐波。因此，在各成膜室，駐波引起的電壓分布之不平均不僅在平板施加電極之搬送方向，連該搬送方向之直交方向也更確實被抑制，所以能在對纏繞在輥子之基板施以成膜處理時進一步提高膜特性之均勻性。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造裝置中，前述基板搬送部包含彼此相鄰之第一及第二輥子對，各自為前述一對輥子；前述發電層形成部包含前述第一及第二輥子對共用之成膜室；前述共用之成膜室包含隔著前述基板而與前述複數個平板施加電極相向之平板接地電極，前述複數個平板施加電極或前述平板接地電極配置於被前述第一及第二輥子對搬送之一對基板之間，是該一對基板共用之電極。
在此構成中，能藉由平板施加電極或平板接地電極來對二個基板做成膜處理，所以在提高薄膜太陽電池之生產性時能簡化製造裝置之構成。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造裝置中，前述複數個成膜室在前述一對輥子之間被氣體幕(gas curtain)劃分出來，前述基板搬送部使前述一對輥子連續地旋轉直到位於前述一邊輥子之前述基板捲取到前述另一邊之輥子為止。
在此構成中，一對輥子之間被氣體幕非接觸性劃分，所以能在不停止基板之捲取之前提下實現連續的成膜處理。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造裝置更具備一個平板接地電極，該平板接地電極與前述搬送方向上鄰接之前述複數個平板施加電極相向，為該複數個平板施加電極所共用。
在此構成中，平板接地電極對於複數個平板施加電極是共用的，所以能提供更簡單的裝置構成。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造裝置中，前述複數個成膜室各自更包含與前述基板相向、沿前述搬送方向排列之複數個第二平板施加電極，該複數個第二平板施加電極在前述搬送方向之垂直方向上與前述複數個平板施加電極是分開的。
在此構成中，由於是使用更短波長的製程(process)，所以即便垂直方向之各電極之寬度變短，仍能藉由該垂直方向上配置的二個電極來適當防止電極相對於基板之寬度來說不足的情況。
本發明之薄膜太陽電池之製造方法，具備：使設於真空槽之一對輥子旋轉，以將基板從一邊之輥子往另一邊之輥子搬送；及邊搬送前述基板，邊在前述一對輥子之間沿前述基板之搬送方向劃分出之複數個成膜室形成即複數個半導體層之層疊體的發電層；形成前述發電層，是包含對沿前述搬送方向排列成與前述基板相向之複數個平板施加電極施加VHF區域之高頻電力，前述高頻電力供應給設於前述複數個平板施加電極各自之給電端部，當前述高頻電力之波長為λ時，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離設定成在前述搬送方向之垂直方向上比λ/4短。
在此方法中，平板施加電極之即緣部之開放端與給電端部之間之距離在與搬送方向垂直的方向(垂直方向)比λ/4更短，所以在對平板施加電極供應高頻電力時，在該平板施加電極之該垂直方向變得難以形成駐波。此外，駐波在平板施加電極之搬送方向比上述垂直方向更容易形成，但是上述搬送方向之駐波引起的電壓分布之不平均，亦即，搬送方向之成膜速度之不平均由於基板沿搬送方向搬送因而容易抵消。因此，由於在各成膜室複數個平板施加電極在搬送方向排列，所以不拘其搬送方向之長度能提高膜特性之均勻性。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離設定成在前述搬送方向上比λ/2短。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，前述基板係被耐蝕性鍍覆膜所覆蓋的0.05mm～0.2mm厚之鐵材，於前述基板設有反射電極層，該反射電極層係氧化鋅、氧化銦及氧化錫至少其中之一層疊於銀薄膜及鋁薄膜任一者而成。
在此方法中，基板之基材為熱傳導性或導電性優異的鐵，所以即便平板施加電極形成電壓分布之不平均，仍能緩和對該基板施加之電性及熱性的不平均。此外，基板表面被耐蝕性之鍍覆膜所覆蓋，所以在設計成膜氣體種類、成膜溫度、成膜壓力等成膜條件時能使其範圍擴大。而且，該基板為使用通用性高的鐵薄板，所以也能將薄膜太陽電池低成本化。此外，若是以厚度為0.05mm以上之鐵為基材的基板，則捲取在纏繞在輥子之基板時能抑制該捲取引起之基板之皺摺。此外，若是以厚度0.2mm以下之鐵作為基材的基板，則能圓滑地進行其捲取。再者，由於利用即薄膜之反射電極層作為反射電極，所以能抑制反射電極所需的材料成本，甚至能將薄膜太陽電池進一步低成本化。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，形成前述發電層包含以非晶矽鍺形成第一發電層、以非晶矽鍺形成第二發電層、以及以非晶矽形成第三發電層，前述第一至第三發電層從前述基板側起依序層疊，前述第一發電層之能帶間隙比前述第二發電層之能帶間隙還要窄。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以微晶矽形成第二發電層、以及以非晶矽形成第三發電層，前述第一至第三發電層從前述基板側起依序層疊，藉由前述第一發電層及前述第二發電層來放大電壓。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以及以非晶矽形成第二發電層，前述第一及第二發電層從前述基板側起依序層疊。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以非晶矽形成第二發電層、以及於前述第一發電層與前述第二發電層之間形成氧化鋅薄膜。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以非晶矽形成第二發電層、以及於前述第一發電層與前述第二發電層之間以10nm～100nm之厚度來形成氧化矽薄膜及氧化鈦薄膜之任一者。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法更具備：在前述發電層形成後折彎前述基板沿前述搬送方向之端部。
在此方法中，由於基板之端部被折彎，所以能提高該基板之機械強度。換言之，能藉由基板端部之折彎來補償薄膜太陽電池之機械性強度，所以能在該薄膜太陽電池之製造過程使基板之厚度變薄，甚至也能使薄膜太陽電池低成本化。
較佳為，上述薄膜太陽電池之製造方法中，以隔著前述基板與前述複數個平板施加電極相向的方式設置作為加熱源運作之平板接地電極，邊將該平板接地電極與前述基板之間隙保持在0.05mm～1mm，邊搬送基板。
在此方法中，能提高對基板之加熱效率且能將基板上之熱分布均勻化，且避開基板與平板接地電極之間之摩擦引起的基板之機械性損傷。
本發明之薄膜太陽電池，係使用上述任一製造方法製作而成，具備被耐蝕性鍍覆膜所覆蓋之0.05mm～0.2mm厚之鐵基板、層疊於前述基板上之反射電極層、層疊於前述反射電極層上之前述發電層、層疊於前述發電層上之透明電極層、以及層疊於前述透明電極層上之保護層。
在此構成中，基板之基材為熱傳導性及導電性優異的鐵，所以即便於平板施加電極形成電壓分布之不平均，仍能緩和對該基板施加的電性及熱性的不平均。此外，基板表面被耐蝕性鍍覆膜所覆蓋，所以在設計成膜氣體種類、成膜溫度、成膜壓力等成膜條件時能擴大其範圍。而且，該基板為使用通用性高的鐵的薄板，所以也能將薄膜太陽電池低成本化。此外，若是以厚度0.05mm以上之鐵為基材的基板，則捲繞纏繞在輥子之該基板時能抑制該捲取引起之基板之皺摺。此外，若是以厚度0.2mm以下之鐵為基材的基板，則能圓滑地進行該捲取。
如上所述，依據本發明，能提供一種薄膜太陽電池之製造裝置、薄膜太陽電池之製造方法及薄膜太陽電池，邊纏繞在輥子之基板邊在對該基板施以成膜處理時提高膜特性之均勻性。
[用以實施發明之形態]
[第一實施形態]
以下，參照第一圖至第六圖說明將本發明具體化的第一實施形態。第一圖及第二圖繪示薄膜太陽電池之層疊構造，第三圖係繪示即薄膜太陽電池製造裝置之成膜裝置的示意圖，是從鉛直方向看的圖。此外，第四圖係繪示成膜處理室之成膜室之配置的示意圖，第五圖及第六圖係成膜室之電極之配置的示意圖，是從鉛直方向所見之圖及從搬送方向所見的圖。
如第一圖所示，薄膜太陽電池10係在金屬基板S之上側(正面側)依序層疊反射電極層11、發電層12、透明電極層13及保護層14而成的層疊體。金屬基板S係形成為條帶狀之薄片基板(sheet substrate)，是由其短軸方向之寬度例如為1m所組成之大型基板。用來作為金屬基板S之基板是以通用性高的金屬當作基材，例如以厚度0.05mm至0.2mm之鐵材當作基材，以緩和在製造過程外加到基板之電性及熱性不平均，且將薄膜太陽電池10低成本化。此外，當使用鐵等耐蝕性低的金屬作為基材時，較佳為，對該金屬基板S之表面施以耐食性高之鎳等之濕式鍍覆處理，藉此以耐蝕性鍍覆膜來覆蓋該金屬基板S。此外，當使用鐵來構成金屬基板S時，為了在捲取纏繞在輥子之該金屬基板S時抑制該捲取引起之基板皺摺，較佳為使厚度為0.05mm以上，為了進一步圓滑地進行該捲取，較佳為使厚度為0.2mm以下。
於金屬基板S短軸方向之兩端部，形成有朝向與上述反射電極層11相向之一側(背面側)彎折的一對呈截面L字狀的曲折部Sa。為了提高金屬基板S之剛性，一對曲折部Sa在金屬基板S長邊方向之整體形成。此曲折部Sa係例如在金屬基板S形成上述反射電極層11及發電層12後彎折該金屬基板S短軸方向之兩端部1mm而形成。藉此能提高即上述薄板之金屬基板S之機械強度，進而能提高薄膜太陽電池10之機械強度。
反射電極層11係用以將穿透發電層12之光再度照向發電層12的電極層，例如可以使用單層電極或層疊電極，前者由銀、氧化鋅或氧化銦任一者所組成，後者係將氧化鋅、氧化銦及氧化錫中至少任一者層疊於銀薄膜及鋁薄膜中任一者而成。此外，利用銀作為反射電極層11時，對金屬基板S施以濺鍍法及濕式鍍覆法中任一者；利用氧化鋅或氧化銦時，對金屬基板S施以大氣壓CVD法，藉此能將銀、氧化鋅或氧化銦形成薄膜。此外，在提高薄膜太陽電池10之光侷限效應(light confinement effect)方面，較佳為架構成該反射電極層11做成紋路構造(texture structure)。
發電層12係由非晶矽(a-Si)、非晶矽鍺(a-SiGe)等複數個半導體層所組成之層疊膜，可以說其以pin構造為單位晶胞(unit cell)，依序層疊有即n型半導體層的n層、即i型半導體層的i層以及即p型半導體層的p層。例如為了在每個不同的波長帶有效率地吸收光進行光電轉換，可以使用串列構造(tandem structure)或三層構造(triple structure)作為發電層12，這些構造是將吸收光譜(absorption spectrum)不同的上述單位晶胞層疊多層而成。
更具體來說，若發電層12之構成從金屬基板S之一側依序是第一發電層/第二發電層/第三發電層或第一發電層/第二發電層或第一發電層/中間層/第二發電層，則如第二圖(a)～(d)所示可以列舉以下之層疊構造。
◎a-SiGe(pin)/a-SiGe(pin)/a-Si(pin)：其第一發電層與第二電極層相比Ge比率高，其能帶間隙比第二發電層之能帶間隙窄(參照第二圖(a))。
◎微結晶Si(pin)/微結晶Si(pin)/a-Si(pin)：其第一發電層與第二電極層相比粒徑大，其能帶間隙比第二發電層之能帶間隙窄(參照第二圖(b))。
◎微結晶Si(pin)/a-Si(pin)(參照第二圖(c))
◎微結晶Si(pin)/中間層/a-Si(pin)(參照第二圖(d))
此外，上述a-SiGe(pin)之膜厚構成舉例來說，p型/i型/n型之膜厚分別為10nm/120nm/10nm。此外，上述a-Si(pin)之膜厚構成舉例來說，p型/i型/n型之膜厚分別為10nm/100nm/10nm。此外，微結晶Si(pin)之膜厚構成舉例來說，p型/i型/n型之膜厚分別為10nm/1000nm/10nm。另外，該微結晶Si之成膜速度可以適當變更，所以在使用微結晶Si時，雖然與a-Si相比更要求厚的膜厚，但是與利用a-Si之情況相比能獲得更高的產量(throughput)。
作為上述之中間層，可以使用以濺鍍法成膜的膜厚1nm～70nm之氧化鋅薄膜，或使用以CVD法成膜的膜厚10nm～100nm之氧化矽膜及氧化鈦薄膜中任一者。尤其是在利用氧化矽膜作為中間層之情況，將氧原子相對於矽原子之比率調整到1～2；在利用氧化鈦薄膜之情況，氧原子相對於鈦原子之比率調整到1～2，藉此能以該矽氧化膜及該鈦氧化膜中任一者將入射薄膜太陽電池10之光之長波長區域有效地反射。進而能提高薄膜太陽電池10之轉換效率。
保護層14係用以保護即底層之透明電極層13、發電層12及反射電極層11不接觸外部空氣的樹脂膜，例如可以使用由Fluon(註冊商標)等(乙烯四氟乙烯)氟聚合物(Ethylene tetrafluoroethylene)fluoropolymer(ETFE)所組成之透明樹脂膜。
如第三圖所示，成膜裝置20係用一個成膜處理室23(發電層形成部)來連結容納四個捲出輥子R1之捲出處理室(LC21)、以及容納四個捲取輥子R2之捲取處理室(UC22)，藉此形成各處理室共用之一個真空槽。輥子R1,R2構成基板搬送部。成膜裝置20中，一個捲出輥子R1及四個捲取輥子R2以隔著成膜處理室23相向之態樣配置著，由隔著成膜處理室23相向之一對輥子構成一組成對輥子。
四組成對輥子中，彼此相向之捲出輥子R1及捲取輥子R2往箭號方向旋轉，藉此，纏繞在該捲出輥子R1之上述金屬基板S邊維持直立姿勢，邊以一定的搬送速度往捲取輥子R2搬送，捲取到該捲取輥子R2。四組成對輥子上之金屬基板S之搬送路徑(1通道～4通道)設置成互相平行，將沿該通道之方向(第三圖之左右方向)稱為金屬基板S之搬送方向D。
成膜處理室23係使用電漿CVD法將上述發電層12成膜的處理室，於該成膜處理室23之內部形成有沿搬送方向D劃分而成的複數個成膜室23A，這些成膜室23A各自被1通道～4通道所共用。各成膜室23A的個數和構成發電層12之上述各層之層數相同。各成膜室23A以該搬送方向D上之排列順序與上述半導體層之層疊順序一致之方式對應到各半導體層。
例如：在發電層12為三層構造(pin/pin/pin)之情況，如第四圖所示，離LC21最近的成膜室23A對應到即最下層之半導體層的n1層，從該成膜室23A向搬送方向D依序有i1層、p1層、n2層、i2層、p2層、n3層、i3層、p3層對應著。各成膜室23A在搬送方向之長度(搬送長LA)係根據與該成膜室23A對應之半導體層之成膜時間以及金屬基板S之搬送速度來設定，該成膜時間越長，搬送長LA就形成越長。例如n1層、i1層及p1層之各成膜時間是10sec、75sec、及10sec，在金屬基板S之搬送速度為0.3m/sec之情況，n1層、i1層及p1層之搬送長LA以3m(10×0.3)、22.5m(75×0.3)及3m(10×0.3)形成。
如第五圖所示，於成膜室23A之內部有複數個接地電極31及複數個高頻電極32配設成彼此隔著各通道。此外，於各成膜室23A內在搬送方向D之各始點及終點有複數個氣體密封部33配設成隔著各通道。複數個氣體密封部33各自朝著在通道上接近之金屬基板S噴吹氣體，藉此在相鄰之成膜室23A之間形成氣體幕，以對成膜處理室23之內部以非接觸的方式進行劃分。此外，用於氣體幕之氣體例如有非活性氣體、或在相鄰之成膜室23A之間共用之成膜氣體。
複數個接地電極31各自為與接地電位連接之平板接地電極，呈沿由搬送方向D及鉛直方向V構成之面延伸之矩形板狀，沿搬送方向D以等間隔排列。於各接地電極31搭載著用以加熱金屬基板S之未繪示之加熱源，該加熱源受到驅動，接近該接地電極31之金屬基板S就加熱到預設之成膜溫度。亦即，各接地電極31在對應之成膜室23A形成接地電位，並且作為加熱金屬基板S之加熱器來運作。搬送過程中金屬基板S與接地電極31之間之間隙保持在例如0.05mm～1mm。若是如1mm以下之窄小間隙，在適用通用的0.5Torr～1Torr作為成膜室23A之壓力之情況下，在該壓力區域能獲得比較高的熱傳遞係數，能使熱容易從接地電極31往金屬基板S移動。甚至即便是在搬送過程中之金屬基板S，也能提高對該金屬基板S之加熱效率以及將該金屬基板S上之熱分布均勻化。此外，能藉由設定稱為0.05mm以上之下限，而抑制金屬基板S與接地電極31之間之電容成分過度增大，並在成膜室23A生成電漿時容易進行阻抗的匹配。此外，能迴避金屬基板S與接地電極31之間之摩擦引起之該金屬基板S之損傷，並在穩定之電漿下將膜質均勻化。
複數個高頻電極32各自係與高頻電源GE(參照第六圖)連接之平板施加電極，呈沿由搬送方向D及鉛直方向V所構成之面延伸的矩形板狀，以與接地電極31相向之方式沿搬送方向D以等間隔排列著。在高頻電極32搬送方向D之中央且在鉛直方向V之中央，即在高頻電極32之電極面之中央，形成有與高頻電源GE連接之端子(給電端部36)。對該高頻電極32之給電端部36，從上述高頻電源GE供應VHF區域之高頻電力。作為VHF區域可以使用30MHz~300MHz，更佳為可以使用40MHz~80MHz。此外，高頻電力之頻率變高，則成膜室23A之電漿密度變高，因此能提高該成膜室23A之成膜速度。另一方面，在成膜室23A之電漿密度過高時，對金屬基板S或成膜室23A入射之離子之能量變高，所以和這樣的離子衝撞容易使得金屬基板S或成膜室23A受到電漿損傷(plasma damage)。此外，成膜室23A之電漿密度過高時，難以維持該密度之均勻性，因此容易降低金屬基板S上之膜特性之均勻性。因此，為了在和上述之電漿密度間有互補之關係上來提高產量，投入高頻電極32之高頻電力之頻率需要根據成膜氣體、成膜壓力、成膜溫度等各種條件從VHF區域適當做選擇。
即高頻電極32在搬送方向D之長度的第一電極長L1係根據上述高頻電力之波長來形成，當該波長為λ(1m~10m)時，即傳送路之開放端的電極面之緣部與上 述給電端部36之間之距離形成為在搬送方向D比λ/2更短。此外，即高頻電極32在鉛直方向V之長度的第二電極長L2(參照第六圖)也是根據上述高頻電力之波長來形成，即該傳送路之開放端的電極面之緣部與上述給電端部36之間之距離形成為在鉛直方向V比λ/4更短。
依據這樣的電極大小之構成，當VHF區域之高頻電力供應到高頻電極32時，在該電極面之搬送方向D駐波之形成被減輕，在該電極面之鉛直方向V駐波更難形成。此外，搬送方向D上之駐波引起之電壓分布之不平均，亦即搬送方向D上之成膜速度之不平均由於金屬基板S沿搬送方向D搬送而容易抵消。另一方面，鉛直方向V上之駐波引起的電壓分布之不平均，亦即鉛直方向V上之成膜速度之不平均係與金屬基板S之搬送無關地，在金屬基板S鉛直方向V之全寬移轉作為膜質分布。因此，由於鉛直方向V之電極面緣部與給電端部36之距離之上限為λ/4，所以能在金屬基板S之鉛直方向V提高膜質分布之均勻性。再者，該鉛直方向V之電極面緣部與給電端部36之距離之上限(λ/4)與搬送方向D之該距離之上限(λ/2)相比還小，所以在高頻電極32之鉛直方向V與在其搬送方向D相比能更確實抑制駐波引起之電壓分布之不平均。因此，由於為確保上述之成膜時間，所以即便該成膜室23A之搬送長LA比即高頻電力之波長的λ還大量的長許多，也抑制駐波引起之膜質分布之不平均。
如第六圖所示，在各高頻電極32連接有用以供給成膜氣體之氣體供給部34。該氣體供給部34對高頻電極32供給成膜氣體時，如第六圖之箭號所示，來自高頻電極32之成膜氣體朝向隔著該高頻電極32之一對接地電極31供給。亦即，高頻電極32向對應之成膜室23A供給高頻電力，並且作為面對隔著該高頻電極32之一對接地電極31的蓮蓬頭來運作。此外，已省略繪示，但較佳為形成一成膜氣體供給部，其中於高頻電極32(平板施加電極)之表面分別形成長圓筒狀複數個凹部，於各凹部之底面以比該凹部之短邊更小的寬度(例如：比凹部之直徑更小的孔)形成開口。在此情況，從各凹部之成膜氣體供給部之開口部分噴出成膜氣體，所以能將高密度之電漿在高頻電極32之面內均勻而穩定地生成，並且效率佳地分解成膜氣體。因此，能提高膜特性之均勻性，並且能進行高速成膜。
此外，在將p層(a-Si)成膜時，可以使用SiH4 /H2 /B2 H6 作為成膜氣體，在將i層(a-Si)成膜時，可以使用SiH4 /H2 ，在將n層(a-Si)成膜時，可以使用SiH4 /H2 /PH3 。此外，在使用這些成膜氣體時，可以選擇H2 作為用以形成上述氣體幕之氣體。
四組輥子對各自旋轉，金屬基板S在各通道上搬送時，在各成膜室23A各接地電極31之加熱源受到驅動，藉此使金屬基板S加熱到預設之成膜溫度。此外，氣體供給部34受到驅動，藉此將成膜氣體透過高頻電極32供給到金屬基板S，高頻電源GE受到驅動，藉此在高頻電極32與接地電極31之間生成使用該成膜氣體之電漿。此時，於高頻電極32之電極面難以形成電壓分布之不平均，所以對於在高頻電極32與接地電極31之間通過的金屬基板S遍及其整體施以均勻的成膜處理。
第一實施形態之成膜裝置具有以下的優點。
(1)高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離在搬送方向D比λ/2更短，在鉛直方向V比λ/4更短，所以在高頻電極32之搬送方向D駐波之形成被減輕，在該高頻電極32之鉛直方向V駐波更難形成。由於在各成膜室23A這樣的高頻電極32沿搬送方向D排列，所以與該搬送長LA之長度無關地，能在搬送方向D及鉛直方向V抑制駐波引起之電壓分布之不平均。結果，能在對纏繞在捲出輥子R1之金屬基板S施以成膜處理時提高膜特性之均勻性。
(2)由於能藉由一個高頻電極32來對一對金屬基板S做成膜處理，所以能在使用複數個通道提高薄膜太陽電池10之生產性時將成膜室23A之構成簡單化。
(3)各成膜室23A之間被氣體幕以非接觸之方式所劃分，所以能在不停止金屬基板S之捲取之前提下在成膜處理室23之整體做連續性的成膜處理。
(4)作為薄膜太陽電池10之基板，使用了以厚度0.05mm～0.2mm之鐵為基材的金屬基板S。即成膜對象之金屬基板S由電性及熱性的導電性優異的材料所構成，所以能以成膜過程中緩和電性及熱性的不平均之形式來形成發電層12。此外，金屬基板S被耐蝕性鍍覆膜所覆蓋著，所以能在設計成膜氣體種類、成膜溫度、成膜壓力等成膜條件時，擴張其範圍。而且，金屬基板S係使用通用性高之鐵的薄板，所以也能將薄膜太陽電池10低成本化。此外，由於將作為基材之鐵板之厚度為0.05mm以上之鐵當作基材，所以能在將纏繞在輥子之金屬基板S捲取時抑制該捲取引起之基板之皺摺，又由於將0.2mm以下之鐵當作基材，所以能圓滑地進行金屬基板S之捲取。
(5)由於在金屬基板S搬送方向D之端部形成有曲折部Sa，所以在使即薄膜太陽電池10之基材的金屬基板S變薄之情況，能提高該薄膜太陽電池10之機械強度。此外，在製造薄膜太陽電池10之過程中，能將金屬基板S薄型化，所以能進一步將薄膜太陽電池10低成本化。
(6)由於在搬送過程中維持金屬基板S與接地電極31之間之間隙，所以即便是金屬基板S之搬送過程，也能迴避金屬基板S與接地電極31之間之摩擦引起之該金屬基板S之損傷。而且，由於將上述間隙維持0.05mm～1mm，所以能提高對金屬基板S之加熱效率以及將該金屬基板S之熱分布均勻化。
此外，金屬基板S及接地電極31藉由減少其間隙而增大電容，使結合容易達成。因此，能藉由將上述間隙保持0.05mm～1mm，使得從電漿傳播之高頻電流容易地到達接地電極。
[第二實施形態]
以下，有關將本發明具體化之第二實施形態，將參照第七圖及第八圖加以說明。第二實施形態係將第一實施形態之電極配置變更而成。因此，以下就其變更點詳細說明。第七圖及第八圖係成膜室電極之配置的示意圖，係從鉛直方向所見之圖及從搬送方向所見之圖。
如第七圖所示，在成膜室23A之內部，在1通道與2通道之間以及3通道與4通道之間，配置有沿搬送方向D連續之接地電極31。此外，在隔著1通道與接地電極31相向之一側、以及隔著2通道與接地電極31相向之一側，有複數個高頻電極32沿搬送方向D以等間隔排列著。此外，在隔著3通道與接地電極31相向之一側、以及隔著4通道與接地電極31相向之一側，有複數個高頻電極32沿搬送方向D以等間隔排列著。複數個氣體密封部33，係分別隔著金屬基板S配設於接地電極31之相反側，藉由朝通道上接近之金屬基板S噴吹氣體，藉此在相鄰之成膜室23A之間形成氣體幕，以對成膜處理室23之內部以非接觸的方式進行劃分。
各高頻電極32在搬送方向D之長度及鉛直方向V之長度，與第一實施形態相同，分別以第一電極長L1及第二電極長L2形成。因此，當VHF區域之高頻電力供給高頻電極32時，在電極面之搬送方向D駐波之形成被減輕，而在電極面之鉛直方向V駐波更難形成。因此，與第一實施形態相同，由於確保上述成膜時間，所以即便該成膜室23A之搬送長LA比即高頻電力之波長的λ大許多，仍會抑制駐波引起之膜質分布之不平均。
四組輥子對各自旋轉將金屬基板S在各通道搬送時，在各成膜室23A，氣體供給部34受驅動，因此成膜氣體透過高頻電極32供給到金屬基板S，高頻電源GE受驅動，因此在高頻電極32與接地電極31之間生成使用該成膜氣體之電漿。此時，在高頻電極32之電極面難以形成電壓分布之不平均，所以對於在高頻電極32與接地電極31之間通過之金屬基板S遍及整體施以均勻的成膜處理。
第二實施形態之成膜裝置具有以下之優點。
(7)由於能藉由一個接地電極31來對於一對金屬基板S做成膜處理，所以能在使用複數個通道提高薄膜太陽電池10之生產性時將成膜室23A之構成簡單化。
(8)對於在搬送方向D鄰接之複數個高頻電極32有在該搬送方向D連續之一個接地電極31對應著，因此一個接地電極31為複數個高頻電極32所共用，所以能藉由更簡單的裝置構成來將膜特性均勻化。
(9)由於使高頻電極32對應到每個金屬基板S，所以可以對於每個金屬基板S之成膜條件之範圍擴張自由度。
此外，上述實施形態也可以用以下之態樣來實施。
◎在上述第一實施形態中，雖然藉由一個高頻電極32來對於一對金屬基板S做了成膜處理，但是也可以設置接地電極31來取代第六圖之高頻電極32，設置高頻電極32來取代接地電極31，以進行成膜處理。依據此構成，由於能藉由一個接地電極31來對於一對金屬基板S做成膜處理，所以能在使用複數個通道提高薄膜太陽電池10之生產性時將成膜室23A之構成簡單化。
◎在上述第一實施形態中，對於即一個平板施加電極的高頻電極32配設了即一個平板接地電極的接地電極31，但是與第二實施形態相同，也可以對於在搬送方向D鄰接之複數個高頻電極32設置在該搬送方向D連續之一個接地電極31。依據此構成，在第一實施形態也能藉由更簡單的裝置構成來達成膜特性之均勻化。
◎在上述實施形態中，是將成膜處理室23之內部以氣體幕劃分藉此來形成複數個成膜室23A之構成。不受限於此，劃分成膜處理室23之構成只要是在鄰接之成膜室23A之間抑制成膜氣體之出入(串擾(crosstalk))的構成即可。例如：可以架構成藉由與金屬基板S抵接之隔牆來劃分成膜處理室23之內部。此外，如此使金屬基板S與隔牆以物理方式接觸藉此來形成各成膜室23A時，基板搬送部之構成也會變更，每次形成成膜室23A，亦即每次實施各層之成膜處理，就必須停止輥子之旋轉。
◎上述實施形態中，雖然一個成膜室23A形成為全部通道所共用的成膜空間，但是成膜室23A也可以是每個通道獨立形成之構成。依據此構成，由於能按各通道變更成膜室23A之大小，所以能使用一個成膜裝置20來將不同的發電層12成膜，因此在將許多種類之發電層12成膜時是有益的。
◎上述實施形態中，雖然已使高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離形成為在搬送方向D比λ/2更短，在鉛直方向V比λ/4更短，但是不限於此，也可以架構成高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離在電極面之面內比λ/4更短。依據此構成，由於在高頻電極32之電極面之整體駐波難以形成，所以能在金屬基板S之整體更確實抑制電壓分布之偏離。因此，能在對纏繞在捲出輥子R1之金屬基板S施以成膜處理時可進一步的提高膜特性之均勻性。
◎上述實施形態中，雖然已將高頻電極32具體化成為矩形平板狀，但是高頻電極32可以例如是橢圓板狀，架構成該高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離在搬送方向D比λ/2更短，在鉛直方向比λ/4更短即可。
◎上述實施形態中，已架構成高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離在鉛直方向V比λ/4更短。也可以變更此構成，在作為成膜對象之基板之主面相對於鉛直方向V傾斜著進行搬送之情況下或是在高頻電極32之電極面相對於鉛直方向V傾斜之情況下等，構成使高頻電極32之緣部與給電端部36之間之距離，在上述主面之面方向或電極面之面方向且為與搬送方向D垂直的方向上比λ/4更短。
◎上述實施形態中，雖然已藉由四組輥子對將基板搬送部具體化，但是基板搬送部也可以藉由例如一組輥子對來具體化，構成使一對輥子各自旋轉藉此將纏繞在一邊之輥子的基板往另一邊之輥子搬送，並以該另一邊之輥子來捲取即可。
◎上述實施形態中，雖然已藉由即發電層形成部之一個成膜處理室23來將發電層12成膜構成，但是不限於此，也可以構成藉由二個以上之成膜處理室23來將發電層12成膜。例如：如第九圖所示，使用具有複數個第一成膜室23A1的第一成膜裝置20A、以及具有複數個第二成膜室23A2之第二成膜裝置20B來將三層構造之發電層成膜時，可以構成將第一pin構造以第一成膜裝置20A來成膜，接著將第二及第三pin構造以第二成膜裝置20B來成膜構成。
◎上述實施形態中，可以將複數個高頻電極32不僅排列在搬送方向D也排列在即金屬基板S之寬度方向的鉛直方向V。例如：如第十圖所示，可以將與基板S相向著沿搬送方向D排列之複數個第一平板施加電極32A、以及與該基板S相向著沿搬送方向D排列之複數個第二平板施加電極32B配置成在鉛直方向V(與搬送方向D垂直的方向)互相分開。依據此構成，即便是因使用短波長之製程而使鉛直方向V之各電極32A,32B之寬度(電極長L2)變短的情況，仍能藉由二個電極32A,32B來適當地防止電極對於基板S之寬度不足之情況發生。
◎上述實施形態中，雖然已將基板具體化為金屬基板，但是也可以將該基板具體化為聚醯亞胺等耐熱性高的樹脂基板。
10．．．薄膜太陽電池
12．．．發電層
20．．．成膜裝置
21．．．捲出處理室
22．．．捲取處理室
23．．．成膜處理室
23A．．．成膜室
31．．．接地電極
32．．．高頻電極(平板施加電極)
33．．．氣體密封部
36．．．給電端部
R1．．．捲出輥子
R2．．．捲取輥子
S．．．基板
第一圖係繪示較佳實施形態之薄膜太陽電池的立體圖。
第二圖(a)至第二圖(d)分別係繪示薄膜太陽電池局部剖面構造的剖面圖。
第三圖係繪示較佳實施形態之成膜裝置的概略俯視圖。
第四圖繪示第一實施形態之成膜處理室之各成膜室。
第五圖係繪示第一實施形態之成膜室之電極配置的概略俯視圖。
第六圖係繪示第一實施形態之成膜室之電極配置的概略側視圖。
第七圖係繪示第二實施形態之成膜室之電極配置的概略俯視圖。
第八圖係繪示第二實施形態之成膜室之電極配置的概略側面圖。
第九圖係繪示變更例之成膜處理室之各成膜室之圖。
第十圖係繪示變更例之電極配置之圖。
23A．．．成膜室
31．．．接地電極
32．．．高頻電極(平板施加電極)
33．．．氣體密封部
D．．．搬送方向
L1．．．電極長
LA．．．搬送長
S．．．基板
V．．．鉛直方向

Claims (16)

  1. 一種薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：具備：基板搬送部，包含設於真空槽之一對輥子，使該一對輥子旋轉，以將基板從一邊之輥子往另一邊之輥子搬送；及發電層形成部，包含在前述一對輥子之間沿前述基板之搬送方向劃分出之複數個成膜室，在該複數個成膜室各自於前述基板形成半導體層，以形成即複數個半導體層之層疊體的發電層；前述複數個成膜室各自包含沿前述搬送方向排列成與前述基板相向之複數個平板施加電極，該複數個平板施加電極各自具有被供應VHF區域之高頻電力的給電端部，當前述高頻電力之波長為λ時，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在前述搬送方向之垂直方向上比λ/4短；前述基板搬送部包含彼此相鄰之第一及第二輥子對，各自為前述一對輥子；前述發電層形成部包含前述第一及第二輥子對共用之成膜室；前述共用之成膜室包含隔著前述基板而與前述複數個平板施加電極相向之平板接地電極，前述複數個平板施加電極或前述平板接地電極配置於被前述第一及第二輥子對搬送之一對基板之間，係該一對基板共通之電極。
  2. 如申請專利範圍第1項之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在前述搬送方向上比λ/2短。
  3. 如申請專利範圍第1項之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離在包含前述搬送方向之前述平板施加電極之面內比λ/4短。
  4. 如申請專利範圍第1項之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：前述複數個成膜室在前述一對輥子之間係以氣體幕被劃分出來，前述基板搬送部使前述一對輥子連續地旋轉直到前述一邊輥子之前述基板捲取到前述另一邊之輥子為止。
  5. 如申請專利範圍第1項之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：具備一個平板接地電極，該平板接地電極與前述搬送方向上鄰接之前述複數個平板施加電極相向，為該複數個平板施加電極所共通。
  6. 如申請專利範圍第1項之薄膜太陽電池之製造裝置，其特徵為：前述複數個成膜室各自更包含與前述基板相向、沿前述搬送方向排列之複數個第二平板施加電極，該複數個第二平板施加電極在前述搬送方向之垂直方向上與前述複數個平板施加電極是分開的。
  7. 一種薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：具備：使設於真空槽之一對輥子旋轉，以將基板從一邊之輥子往另一邊之輥子搬送；及 搬送前述基板的同時，邊在前述一對輥子之間沿前述基板之搬送方向劃分出之複數個成膜室形成即複數個半導體層之層疊體的發電層；形成前述發電層，是包含對沿前述搬送方向排列成與前述基板相向之複數個平板施加電極施加VHF區域之高頻電力，前述高頻電力供應給設於前述複數個平板施加電極各自之給電端部，當前述高頻電力之波長為λ時，前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離設定成在前述搬送方向之垂直方向上比λ/4短；前述真空槽包含彼此相鄰之第一及第二輥子對，各自為前述一對輥子；前述真空槽包含前述第一及第二輥子對共用之成膜室；前述共用之成膜室包含隔著前述基板而與前述複數個平板施加電極相向之平板接地電極，前述複數個平板施加電極或前述平板接地電極配置於被前述第一及第二輥子對搬送之一對基板之間，係該一對基板共通之電極。
  8. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：前述平板施加電極之緣部與前述給電端部之間之距離設定成在前述搬送方向上比λ/2短。
  9. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：前述基板係被耐蝕性鍍覆膜所覆蓋的0.05mm~0.2mm厚度之鐵材，於前述基板設有反射 電極層，該反射電極層係氧化鋅、氧化銦及氧化錫至少其中之一層疊於銀薄膜及鋁薄膜任一者而成。
  10. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：形成前述發電層包含以非晶矽鍺形成第一發電層、以非晶矽鍺形成第二發電層、以及以非晶矽形成第三發電層，前述第一~第三發電層從前述基板側起依序層疊，前述第一發電層之能帶間隙比前述第二發電層之能帶間更為隙窄。
  11. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以微晶矽形成第二發電層、以及以非晶矽形成第三發電層，前述第一至第三發電層從前述基板側起依序層疊，藉由前述第一發電層及前述第二發電層來放大電壓。
  12. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：形成前述發電層包含以微晶矽形成第一發電層、以及以非晶矽形成第二發電層，前述第一及第二發電層由前述基板側開始依序層疊。
  13. 如申請專利範圍第12項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：形成前述發電層更包含在前述第一發電層與前述第二發電層之間形成氧化鋅薄膜。
  14. 如申請專利範圍第12項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：形成前述發電層更包含在前述第一發電層與前述第二發電層之間以10nm~100nm之厚度形成氧化矽薄膜及氧化鈦薄膜任一者。
  15. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為更具備：在前述發電層形成後沿前述搬送方向折彎前述基板之端部。
  16. 如申請專利範圍第7項之薄膜太陽電池之製造方法，其特徵為：以隔著前述基板與前述複數個平板施加電極相向的方式設置作為加熱源運作之平板接地電極，將該平板接地電極與前述基板之間隙保持在0.05mm~1mm的同時邊搬送基板。
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