WO2010010956A1 - 薄膜太陽電池の製造装置および製造方法、ならびに薄膜太陽電池 - Google Patents

薄膜太陽電池の製造装置および製造方法、ならびに薄膜太陽電池 Download PDF

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正志 菊池
淳 増田
道雄 近藤
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株式会社 アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a thin-film solar cell manufacturing apparatus and a thin-film solar cell manufacturing method for manufacturing a thin-film solar cell by performing a film formation process on the substrate wound around a roll.
  • Amorphous silicon (a-Si) solar cells are attracting attention as solar cells that can solve the shortage of raw materials because the amount of silicon (Si) used as a raw material can be significantly reduced compared to bulk Si solar cells. .
  • a Si microcrystalline thin film solar cell in which the a-Si film as the power generation layer is replaced with a microcrystalline Si film (nc-Si) in order to eliminate the photodegradation of the a-Si. It has been known.
  • One of the thin film solar cell manufacturing methods described above is a so-called roll-to-roll method in which a power generation layer is formed on a moving substrate while winding the substrate wound on a roll onto the other roll.
  • Roll-to-Roll system is known (see Patent Document 1).
  • the winding of the substrate is temporarily stopped every time the film formation region of the substrate is located in the film formation chamber, and the film formation process is performed on the stopped substrate.
  • a so-called stepping roll method is known (see Patent Document 2).
  • manufacturing methods aimed at mass production are strongly required to reduce the cost required for conversion efficiency.
  • the roll-to-roll method that does not stop the winding of the substrate during the manufacturing process is regularly performed. Compared to the stepping roll method that stops winding, it is expected to achieve higher productivity.
  • the power generation layer is formed by sequentially passing through a plurality of film formation chambers for forming the semiconductor layers by a substrate that is moved by the rotation of the roll. At this time, for a semiconductor layer having a slow film formation rate or a semiconductor layer having a large film thickness, it is necessary to increase the film formation time by the slow film formation rate or the thick film thickness.
  • the film forming time is selectively increased for a single semiconductor layer.
  • the deposition chamber for depositing the semiconductor layer must be elongated along the transport direction.
  • the wavelength of the high frequency fed to the electrode is significantly shorter than the electrode size. Therefore, a standing wave is formed on the electrode. As a result, it is difficult to obtain a uniform plasma due to the bias of the voltage distribution due to the standing wave, and as a result, the film characteristics in each semiconductor layer may be non-uniform.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is a thin film solar in which uniformity of film characteristics is improved when a film is formed on the substrate while winding the substrate wound on a roll. It is providing the manufacturing apparatus of a battery, the manufacturing method of a thin film solar cell, and a thin film solar cell.
  • the thin-film solar cell manufacturing apparatus of the present invention includes a pair of rolls provided in a vacuum chamber, and rotates the pair of rolls to transport a substrate from one roll to the other roll, and the pair of rolls
  • a plurality of film forming chambers that are partitioned between the rolls along the transport direction of the substrate, and a semiconductor layer is formed on the substrate in each of the plurality of film forming chambers, and a stacked body of the plurality of semiconductor layers
  • a power generation layer forming portion for forming a power generation layer wherein each of the plurality of film forming chambers includes a plurality of plate application electrodes arranged along the transport direction so as to face the substrate,
  • Each of the plurality of flat plate application electrodes has a feeding end to which high frequency power in the VHF region is fed, and when the wavelength of the high frequency power is ⁇ , it is between the edge of the flat plate application electrode and the feeding end. Is shorter than ⁇ / 4 in the direction perpendicular to the conveying direction. It is characterized by that
  • the distance between the open end, which is the edge of the flat plate application electrode, and the feeding end is shorter than ⁇ / 4 in the direction perpendicular to the transport direction (vertical direction).
  • the standing wave is more easily formed in the transport direction in the flat plate application electrode than in the vertical direction
  • the bias of the voltage distribution due to the standing wave in the transport direction that is, the bias of the film forming speed in the transport direction is
  • the substrate is transported along the transport direction, it is easily canceled. Therefore, in each film forming chamber, since a plurality of flat plate application electrodes are arranged in the transport direction, the uniformity of film characteristics can be improved regardless of the length in the transport direction.
  • a plurality of long cylindrical recesses are formed on the surface of the flat plate application electrode, and a film is formed on the bottom surface of each recess with a width smaller than the short side of the recess (that is, smaller than the diameter of the recess). It is preferable to form a gas supply part.
  • the film forming gas is ejected from the opening of the film forming gas supply section of each recess, high density plasma is generated uniformly and stably in the plane of the high frequency electrode and the film forming gas is efficiently decomposed. be able to. Accordingly, the uniformity of film characteristics can be improved and high-speed film formation is possible.
  • a distance between the edge of the flat plate application electrode and the feeding end is shorter than ⁇ / 2 in the transport direction.
  • the formation of standing waves is reduced also in the transport direction in the flat plate application electrode.
  • a distance between an edge of the flat plate application electrode and the feeding end is greater than ⁇ / 4 in a plane of the flat plate application electrode including the transport direction. short.
  • the substrate transport unit includes a pair of first and second rolls, each of which is a pair of rolls, and the power generation layer forming unit includes the first and second roll pairs.
  • the electrode or the flat plate ground electrode is an electrode that is disposed between a pair of substrates conveyed by the first and second roll pairs and is common to the pair of substrates.
  • the configuration of the manufacturing apparatus can be simplified in order to improve the productivity of the thin film solar cell.
  • the plurality of film forming chambers are partitioned by a gas curtain between the pair of rolls, and the substrate transport unit is configured such that the substrate on the one roll is the other substrate. The pair of rolls are continuously rotated until they are wound around the roll.
  • the thin-film solar cell manufacturing apparatus further includes one flat ground electrode that is common to the plurality of flat plate application electrodes so as to face the plurality of flat plate application electrodes adjacent to each other in the transport direction.
  • each of the plurality of film formation chambers further includes a plurality of second flat plate application electrodes arranged along the transport direction so as to face the substrate.
  • the second flat plate application electrode is spaced apart from the plurality of flat plate application electrodes in a direction perpendicular to the transport direction.
  • the two electrodes arranged in the vertical direction indicate that the electrode is insufficient with respect to the width of the substrate. It can prevent suitably.
  • the method of manufacturing a thin film solar cell of the present invention is such that a pair of rolls provided in a vacuum chamber is rotated to convey a substrate from one roll to the other roll, while the substrate is being conveyed, Forming a power generation layer that is a stacked body of a plurality of semiconductor layers in a plurality of film formation chambers partitioned along the transport direction of the substrate between, and forming the power generation layer includes: Applying high frequency power in a VHF region to a plurality of flat plate application electrodes arranged along the transport direction so as to face each other, wherein the high frequency power is fed to each of the plurality of flat plate application electrodes.
  • the wavelength of the high-frequency power is ⁇
  • the distance between the edge of the flat plate application electrode and the feeding end is set to be shorter than ⁇ / 4 in the direction perpendicular to the transport direction. ing.
  • the distance between the open end, which is the edge of the flat plate application electrode, and the feeding end is shorter than ⁇ / 4 in the direction perpendicular to the transport direction (vertical direction).
  • the standing wave is more easily formed in the transport direction in the flat plate application electrode than in the vertical direction
  • the bias of the voltage distribution due to the standing wave in the transport direction that is, the bias of the film forming speed in the transport direction is
  • the substrate is transported along the transport direction, it is easily canceled. Therefore, in each film forming chamber, since a plurality of flat plate application electrodes are arranged in the transport direction, the uniformity of film characteristics can be improved regardless of the length in the transport direction.
  • a distance between the edge of the flat plate application electrode and the feeding end is set to be shorter than ⁇ / 2 in the transport direction.
  • the formation of standing waves is reduced also in the transport direction of the flat plate application electrode.
  • the substrate is an iron material having a thickness of 0.05 mm to 0.2 mm covered with a corrosion-resistant plating film, and the substrate includes zinc oxide, indium oxide, And a reflective electrode layer in which at least one of tin oxide is laminated on one of a silver thin film and an aluminum thin film.
  • the base material of the substrate is iron excellent in thermal conductivity and conductivity, even if a voltage distribution bias is formed in the flat plate application electrode, Thermal bias can be alleviated.
  • the surface of the substrate is covered with a corrosion-resistant plating film, the range can be expanded in designing film formation conditions such as film formation gas species, film formation temperature, and film formation pressure.
  • substrate is a thin plate using highly versatile iron, the cost reduction of a thin film solar cell can also be achieved. And if it is a board
  • the winding can be performed smoothly. Furthermore, since the reflective electrode layer which is a thin film is used as the reflective electrode, the material cost required for the reflective electrode can be suppressed, and further cost reduction of the thin film solar cell can be achieved.
  • forming the power generation layer includes forming a first power generation layer from amorphous silicon germanium, forming a second power generation layer from amorphous silicon germanium, and from amorphous silicon. Forming a third power generation layer, wherein the first to third power generation layers are stacked in order from the substrate side, and a band gap of the first power generation layer is larger than a band gap of the second power generation layer narrow.
  • forming the power generation layer includes forming the first power generation layer from microcrystalline silicon, forming the second power generation layer from microcrystalline silicon, and forming from amorphous silicon. Forming a third power generation layer, wherein the first to third power generation layers are stacked in order from the substrate side, and a voltage is amplified by the first power generation layer and the second power generation layer.
  • forming the power generation layer includes forming the first power generation layer from microcrystalline silicon and forming the second power generation layer from amorphous silicon, The first and second power generation layers are stacked in order from the substrate side.
  • forming the power generation layer includes forming the first power generation layer from microcrystalline silicon, forming the second power generation layer from amorphous silicon, and the first power generation. Forming a zinc oxide thin film between the layer and the second power generation layer.
  • forming the power generation layer includes forming the first power generation layer from microcrystalline silicon, forming the second power generation layer from amorphous silicon, and the first power generation. Forming one of a silicon oxide thin film and a titanium oxide thin film with a thickness of 10 nm to 100 nm between the layer and the second power generation layer.
  • the method for manufacturing the thin-film solar cell further includes bending an end portion of the substrate along the transport direction after forming the power generation layer.
  • the mechanical strength of the substrate can be increased by bending the end portion of the substrate.
  • the thickness of the substrate can be reduced in the manufacturing process of the thin-film solar cell, and thus the low-cost of the thin-film solar cell. Can also be achieved.
  • a flat plate ground electrode that functions as a heating source is provided opposite to the plurality of flat plate application electrodes with the substrate interposed therebetween, and a gap between the flat plate ground electrode and the substrate is provided.
  • the substrate is transported while being held at 0.05 mm to 1 mm.
  • the heating efficiency for the substrate can be improved and the heat distribution on the substrate can be made uniform, and mechanical damage to the substrate due to friction between the substrate and the plate ground electrode can be avoided. it can.
  • the thin film solar cell of the present invention is manufactured using any one of the above-described manufacturing methods, and includes the substrate made of an iron substrate having a thickness of 0.05 mm to 0.2 mm covered with a corrosion-resistant plating film, and the substrate A reflective electrode layer laminated thereon, the power generation layer laminated on the reflective electrode layer, a transparent electrode layer laminated on the power generation layer, and a protective layer laminated on the transparent electrode layer Prepare.
  • the base material of the substrate is iron excellent in thermal conductivity and conductivity, even if a bias of voltage distribution is formed in the flat plate application electrode, Thermal bias can be alleviated. Further, since the surface of the substrate is covered with a corrosion-resistant plating film, the range can be expanded in designing film formation conditions such as film formation gas species, film formation temperature, and film formation pressure. And since the board
  • a thin-film solar cell manufacturing apparatus and a thin-film solar cell that improve the uniformity of film characteristics when a film is formed on the substrate while winding the substrate wound on a roll. And a thin film solar cell.
  • (A)-(d) is sectional drawing which shows the partial cross-section of a thin film solar cell, respectively.
  • FIGS. 1 and 2 are views showing a laminated structure of thin film solar cells
  • FIG. 3 is a view schematically showing a film forming apparatus which is a manufacturing apparatus for thin film solar cells, as viewed from the vertical direction.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the arrangement of the film forming chambers in the film forming chamber
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams schematically showing the arrangement of the electrodes in the film forming chamber as viewed from the vertical direction. It is the figure seen from the figure and the conveyance direction.
  • the thin-film solar cell 10 is a laminate in which a reflective electrode layer 11, a power generation layer 12, a transparent electrode layer 13, and a protective layer 14 are sequentially laminated on the upper side (front side) of a metal substrate S.
  • the metal substrate S is a sheet substrate formed in a strip shape, and is a large substrate whose width in the minor axis direction is, for example, 1 m.
  • a metal having high versatility for example, having a thickness of 0. 0 is used to alleviate electrical and thermal bias applied to the substrate during the manufacturing process and to reduce the cost of the thin-film solar cell 10.
  • a substrate based on an iron material of 05 mm to 0.2 mm is used.
  • the surface of the metal substrate S is subjected to a wet plating process such as nickel having high corrosion resistance to make the metal substrate S corrosion resistant. It is preferable to cover with a plating film.
  • the thickness of the metal substrate S is 0.05 mm in order to suppress wrinkling of the substrate due to the winding of the metal substrate S wound on the roll. It is preferable that the thickness be as described above, and it is preferable that the thickness be 0.2 mm or less in order to smoothly perform the winding.
  • a pair of bent portions Sa having an L-shaped cross section bent to the side (back side) facing the reflective electrode layer 11 is formed.
  • the pair of bent portions Sa are formed over the entire length of the metal substrate S in order to increase the rigidity of the metal substrate S.
  • the bent portions Sa are formed, for example, on the metal substrate S by the reflective electrode layer 11 and the power generation layer 12. Then, both end portions in the short axis direction of the metal substrate S are bent by 1 mm. Thereby, the mechanical strength of the metal substrate S which is the said thin plate can be improved, and by extension, the mechanical strength of the thin film solar cell 10 can be improved.
  • the reflective electrode layer 11 is an electrode layer for irradiating the power generation layer 12 with the light transmitted through the power generation layer 12 again.
  • a single layer electrode made of any one of silver, zinc oxide, and indium oxide is used.
  • a stacked electrode in which at least one of zinc oxide, indium oxide, and tin oxide is stacked on one of a silver thin film and an aluminum thin film can be used.
  • silver is used as the reflective electrode layer 11
  • either one of the sputtering method and the wet plating method is applied to the metal substrate S, and when zinc oxide or indium oxide is used, the metal substrate S is used.
  • the atmospheric pressure CVD method By applying the atmospheric pressure CVD method to the above, these silver, zinc oxide, and indium oxide can be formed.
  • the structure which makes this reflective electrode layer 11 a texture structure is preferable.
  • the power generation layer 12 is a laminated film composed of a plurality of semiconductor layers such as amorphous silicon (a-Si) and amorphous silicon-germanium (a-SiGe), and is an n layer that is an n-type semiconductor layer and an i-type semiconductor layer.
  • a so-called pin structure in which an i-layer and a p-layer that is a p-type semiconductor layer are sequentially stacked is used as a unit cell.
  • the power generation layer 12 for example, a tandem structure or a triple structure in which the unit cells having different absorption spectra are stacked in multiple stages can be used in order to efficiently absorb and photoelectrically convert light in different wavelength bands.
  • the configuration of the power generation layer 12 is arranged in order from the metal substrate S side in the first power generation layer / second power generation layer / third power generation layer or first power generation layer / second power generation layer, or first power generation layer /
  • the intermediate layer / second power generation layer the following laminated structure can be given as shown in FIGS. A-SiGe (pin) / a-SiGe (pin) / a-Si (pin):
  • This first power generation layer has a higher Ge ratio than the second electrode layer, and its band gap is that of the second power generation layer. Narrower (see FIG. 2A).
  • Microcrystalline Si (pin) / microcrystalline Si (pin) / a-Si (pin) This first power generation layer has a larger particle size than the second electrode layer, and its band gap is that of the second power generation layer. Narrower than that (see FIG. 2B). ⁇ Microcrystalline Si (pin) / a-Si (pin) (see FIG. 2 (c)) Microcrystalline Si (pin) / intermediate layer / a-Si (pin) (see FIG. 2 (d))
  • the film thickness configuration of the a-SiGe (pin) for example, the p-type / i-type / n-type film thickness can be 10 nm / 120 nm / 10 nm, respectively.
  • examples of the film thickness configuration of the a-Si (pin) include p-type / i-type / n-type film thicknesses of 10 nm / 100 nm / 10 nm, respectively.
  • p-type / i-type / n-type film thickness can be 10 nm / 1000 nm / 10 nm, respectively.
  • a thickness larger than that of a-Si is required when microcrystalline Si is used, but when a-Si is used. Higher throughput can be obtained.
  • a zinc oxide thin film having a thickness of 1 nm to 70 nm formed by sputtering can be used, or silicon oxide having a thickness of 10 nm to 100 nm formed by using CVD. Either a film or a titanium oxide thin film can be used.
  • the ratio of oxygen atoms to silicon atoms is adjusted to 1 to 2
  • the ratio of oxygen atoms to titanium atoms is set to 1 to 2.
  • the protective layer 14 is a resin film for protecting the transparent electrode layer 13, the power generation layer 12, and the reflective electrode layer 11, which are the base, from the outside air.
  • (ethylene-tetrafluoroethylene) fluoropolymer such as Fluon (registered trademark)
  • a transparent resin film made of (ETFE) can be used.
  • the film forming apparatus 20 has one unwinding chamber (LC21) that houses four unwinding rolls R1 and one unwinding chamber (UC22) that houses four unwinding rolls R2.
  • LC21 unwinding chamber
  • U22 unwinding chamber
  • Rolls R1 and R2 constitute a substrate transport unit.
  • four unwinding rolls R1 and four winding rolls R2 are arranged so as to face each other with the film forming chamber 23 interposed therebetween, and a pair of rolls facing each other with the film forming chamber 23 interposed therebetween.
  • One roll pair is configured.
  • the unwinding roll R1 and the winding roll R2 facing each other rotate in the direction of the arrow, so that the metal substrate S wound around the unwinding roll R1 is kept constant while maintaining an upright posture. It is transported to the take-up roll R2 at the transport speed and taken up by the take-up roll R2.
  • the transport path (1 lane to 4 lanes) of the metal substrate S in the four roll pairs is provided so as to be parallel to each other, and the direction along the lane (the left-right direction in FIG. 3) is the transport direction D of the metal substrate S. That's it.
  • the film formation chamber 23 is a chamber for forming the power generation layer 12 by using a plasma CVD method. Inside the film formation chamber 23, a plurality of film formation chambers 23A formed along the transfer direction D are provided. Each is formed in a manner common to 1 to 4 lanes. Each film forming chamber 23 ⁇ / b> A is formed by the number of layers of the respective layers constituting the power generation layer 12. Each film formation chamber 23 ⁇ / b> A is associated with each semiconductor layer so that the arrangement order in the transport direction D matches the stacking order of the semiconductor layers.
  • the film formation chamber 23A closest to the LC 21 is associated with the n1 layer which is the lowermost semiconductor layer. Then, the i1, p1, n2, i2, p2, n3, i3, and p3 layers are associated in this order from the film forming chamber 23A toward the transport direction D.
  • the length in the transport direction (transport length LA) in each film formation chamber 23A is set based on the film formation time of the semiconductor layer corresponding to the film formation chamber 23A and the transport speed of the metal substrate S. It is formed so that the conveyance length LA becomes longer as the film time becomes longer.
  • the film formation times of the n1, i1, and p1 layers are 10 sec, 75 sec, and 10 sec and the transport speed of the metal substrate S is 0.3 m / sec
  • the n1 layer, the i1 layer, and The transport length LA of the p1 layer is 3 m (10 ⁇ 0.3), 22.5 m (75 ⁇ 0.3), and 3 m (10 ⁇ 0.3).
  • a plurality of ground electrodes 31 and a plurality of high-frequency electrodes 32 are alternately arranged in the film forming chamber 23A so as to sandwich each lane.
  • a plurality of gas sealing portions 33 are disposed at each start point and end point in the transport direction D in each film forming chamber 23A so as to sandwich each lane.
  • Each of the plurality of gas sealing portions 33 blows a gas toward the metal substrate S on the adjacent lane, thereby forming a gas curtain between the adjacent film forming chambers 23 ⁇ / b> A to form the inside of the film forming chamber 23. Is partitioned in a non-contact manner.
  • As the gas used for the gas curtain an inert gas or a film forming gas common between the adjacent film forming chambers 23A can be used.
  • Each of the plurality of ground electrodes 31 is a flat plate ground electrode connected to the ground potential, forms a rectangular plate extending along a plane formed by the transport direction D and the vertical direction V, and so on along the transport direction D. Arranged at intervals.
  • Each ground electrode 31 is equipped with a heating source (not shown) for heating the metal substrate S. When the heating source is driven, the metal substrate S adjacent to the ground electrode 31 reaches a predetermined film formation temperature. Heated. That is, each ground electrode 31 functions as a heater for heating the metal substrate S while forming a ground potential in the corresponding film forming chamber 23A.
  • the gap between the metal substrate S and the ground electrode 31 in the transport process is maintained at 0.05 mm to 1 mm, for example.
  • the gap is as narrow as 1 mm or less, a relatively high heat transfer coefficient can be obtained in the same pressure region even when a general-purpose pressure of 0.5 Torr to 1 Torr is applied as the pressure in the film forming chamber 23A.
  • the heat transfer from 31 to the metal substrate S can be facilitated.
  • a lower limit of 0.05 mm or more an excessive increase in capacitance component between the metal substrate S and the ground electrode 31 can be suppressed, and impedance matching is performed in generating plasma in the film forming chamber 23A. Can be easily performed.
  • the film quality can be made uniform under stable plasma while avoiding damage to the metal substrate S due to friction between the metal substrate S and the ground electrode 31.
  • Each of the plurality of high-frequency electrodes 32 is a flat-plate application electrode connected to a high-frequency power source GE (see FIG. 6), and has a rectangular plate shape extending along a surface formed by the transport direction D and the vertical direction V. They are arranged at equal intervals along the transport direction D so as to face the ground electrode 31.
  • a terminal (feeding end portion 36) connected to the high-frequency power source GE is formed at the center of the high-frequency electrode 32 in the transport direction D and in the center of the vertical direction V, that is, the center of the electrode surface of the so-called high-frequency electrode 32.
  • the high-frequency power in the VHF region is supplied from the high-frequency power source GE to the power supply end portion 36 of the high-frequency electrode 32.
  • the VHF region 30 MHz to 300 MHz can be used, and more preferably 40 MHz to 80 MHz can be used. Note that when the frequency of the high-frequency power is increased, the plasma density in the deposition chamber 23A is increased, so that the deposition rate in the deposition chamber 23A can be improved. On the other hand, when the plasma density in the film formation chamber 23A becomes excessively high, the energy of ions incident on the metal substrate S and the film formation chamber 23A increases, and thus the metal substrate S and the formation of the metal substrate S due to collision with such ions. Plasma damage is easily induced in the film chamber 23A.
  • the frequency of the high-frequency power supplied to the high-frequency electrode 32 depends on various conditions such as a film forming gas, a film forming pressure, and a film forming temperature in order to improve throughput in a complementary relationship with the plasma density described above.
  • the VHF region is appropriately selected.
  • the first electrode length L1 that is the length of the high-frequency electrode 32 in the transport direction D is formed based on the wavelength of the high-frequency power, and when the wavelength is ⁇ (1 m to 10 m), the transmission line is opened. The distance between the edge of the electrode surface, which is the end, and the feeding end 36 is shorter than ⁇ / 2 in the transport direction D.
  • the second electrode length L2 (see FIG. 6), which is the length of the high-frequency electrode 32 in the vertical direction V, is also formed based on the wavelength of the high-frequency power, and the electrode surface that is the open end of the transmission path. The distance between the edge portion and the feeding end portion 36 is formed to be shorter than ⁇ / 4 in the vertical direction V.
  • the formation of standing waves is reduced in the conveyance direction D of the electrode surface, and in the vertical direction V of the electrode surface. Further, it becomes difficult to form a standing wave.
  • the deviation of the voltage distribution caused by the standing wave in the transport direction D that is, the bias of the film formation speed in the transport direction D
  • the bias of the voltage distribution caused by the standing wave in the vertical direction V that is, the bias of the film formation speed in the vertical direction V
  • the upper limit of the distance between the edge of the electrode surface in the vertical direction V and the feeding end 36 is ⁇ / 4, so that the uniformity of the film quality distribution in the vertical direction V of the metal substrate S can be improved. it can. Furthermore, since the upper limit ( ⁇ / 4) of the distance between the edge of the electrode surface in the vertical direction V and the feeding end portion 36 is smaller than the upper limit ( ⁇ / 2) in the transport direction D, the high-frequency electrode 32 In the vertical direction V, the deviation of the voltage distribution caused by the standing wave can be suppressed more reliably than in the transport direction D. Thus, even if the transport length LA of the film forming chamber 23A is significantly longer than ⁇ , which is the wavelength of the high frequency power, in order to ensure the film forming time, the film quality distribution caused by the standing wave Bias is suppressed.
  • each high-frequency electrode 32 is connected to a gas supply unit 34 for supplying a film forming gas.
  • the gas supply unit 34 supplies the film-forming gas to the high-frequency electrode 32
  • the film-forming gas from the high-frequency electrode 32 is directed toward the pair of ground electrodes 31 that sandwich the high-frequency electrode 32, as indicated by arrows in FIG. Supplied. That is, the high frequency electrode 32 supplies high frequency power to the corresponding film forming chamber 23A and functions as a shower head for the pair of ground electrodes 31 sandwiching the high frequency electrode 32.
  • a plurality of long cylindrical recesses are formed on the surface of the high-frequency electrode 32 (flat plate application electrode), and the bottom surface of each recess has a width smaller than the short side of the recess. It is preferable to form a film forming gas supply part that opens at a diameter (for example, a hole having a diameter smaller than the diameter of the recess).
  • a film forming gas supply part that opens at a diameter (for example, a hole having a diameter smaller than the diameter of the recess).
  • SiH4 / H2 / B2H6 is used as a film forming gas when forming the p layer (a-Si), and SiH4 / H2 is used when forming the i layer (a-Si).
  • SiH4 / H2 / PH3 can be used.
  • H2 can be selected as a gas for forming the gas curtain.
  • each of the four roll pairs rotates and the metal substrate S is transported on each lane, in each film forming chamber 23A, the heating source of each ground electrode 31 is driven so that the metal substrate S is formed into a predetermined structure. Heated to film temperature. Then, when the gas supply unit 34 is driven, the film forming gas is supplied to the metal substrate S via the high frequency electrode 32, and when the high frequency power source GE is driven, the film is formed between the high frequency electrode 32 and the ground electrode 31. Plasma using film gas is generated. At this time, since it is difficult to form a bias in the voltage distribution on the electrode surface of the high frequency electrode 32, a uniform film formation process is performed on the entire metal substrate S passing between the high frequency electrode 32 and the ground electrode 31. Applied.
  • the film forming apparatus of the first embodiment has the following advantages. (1) Since the distance between the edge of the high-frequency electrode 32 and the feeding end 36 is shorter than ⁇ / 2 in the transport direction D and shorter than ⁇ / 4 in the vertical direction V, the transport direction in the high-frequency electrode 32 In D, the formation of standing waves is reduced, and in the vertical direction V in the high-frequency electrode 32, standing waves are more difficult to be formed. In each film forming chamber 23A, since the high-frequency electrodes 32 are arranged along the transport direction D, the bias in the voltage distribution caused by the standing wave is determined as the transport direction D regardless of the length of the transport length LA. It can be suppressed in the vertical direction V. As a result, it is possible to improve the uniformity of the film characteristics when performing the film forming process on the metal substrate S wound around the unwinding roll R1.
  • a metal substrate S based on iron having a thickness of 0.05 mm to 0.2 mm was used. Since the metal substrate S to be deposited is made of a material having excellent electrical and thermal conductivity, the power generation layer 12 is formed in a manner that alleviates the electrical and thermal bias in the deposition process. Can do. In addition, since the metal substrate S is covered with a corrosion-resistant plating film, the range can be expanded in designing film formation conditions such as film formation gas species, film formation temperature, and film formation pressure. . Moreover, since the metal substrate S is a thin plate using highly versatile iron, the cost of the thin film solar cell 10 can be reduced.
  • the metal substrate S can be wound up smoothly.
  • the bent portion Sa is formed at the end of the metal substrate S in the transport direction D, the mechanical properties of the thin-film solar cell 10 can be reduced even when the metal substrate S that is the base material of the thin-film solar cell 10 is thinned. Strength can be improved. In addition, since the metal substrate S can be thinned in the process of manufacturing the thin film solar cell 10, the cost of the thin film solar cell 10 can be reduced.
  • the metal substrate S and the ground electrode 31 increase the capacity by reducing this gap, and facilitate the coupling. Therefore, by maintaining the gap between 0.05 mm and 1 mm, the high frequency current propagating from the plasma can easily reach the ground electrode.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams schematically showing the arrangement of the electrodes in the film forming chamber, and are a diagram seen from the vertical direction and a diagram seen from the transport direction.
  • a ground electrode 31 that is continuous along the transport direction D is disposed between the first lane and the second lane and between the third lane and the fourth lane in the film forming chamber 23A.
  • a plurality of high-frequency electrodes 32 are arranged at equal intervals along the transport direction D on the side facing the ground electrode 31 across one lane and the side facing the ground electrode 31 across two lanes.
  • a plurality of high-frequency electrodes 32 are arranged at equal intervals along the transport direction D on the side facing the ground electrode 31 across 3 lanes and on the side facing the ground electrode 31 across 4 lanes. Yes.
  • the plurality of gas sealing portions 33 are respectively arranged on the opposite side of the ground electrode 31 with the metal substrate S interposed therebetween, and adjacent film formations are performed by blowing gas toward the metal substrate S on the adjacent lane.
  • a gas curtain is formed between the chambers 23A to partition the inside of the film forming chamber 23 in a non-contact manner.
  • the length in the transport direction D and the length in the vertical direction V of each high-frequency electrode 32 are formed by the first electrode length L1 and the second electrode length L2, respectively, as in the first embodiment.
  • each film formation chamber 23 ⁇ / b> A the gas supply unit 34 is driven so that the film formation gas passes through the high-frequency electrode 32.
  • the high frequency power supply GE is driven by being supplied to the substrate S, plasma using the film forming gas is generated between the high frequency electrode 32 and the ground electrode 31.
  • a uniform film formation process is performed on the entire metal substrate S passing between the high frequency electrode 32 and the ground electrode 31. Applied.
  • the film forming apparatus of the second embodiment has the following advantages. (7) Since the film forming process on the pair of metal substrates S can be realized by one ground electrode 31, the structure of the film forming chamber 23A is simplified in order to improve the productivity of the thin film solar cell 10 using a plurality of lanes. Can be
  • one ground electrode 31 connected in the transport direction D is associated with a plurality of high-frequency electrodes 32 adjacent to each other in the transport direction D, one ground electrode 31 corresponds to the plurality of high-frequency electrodes 32. Therefore, the film characteristics can be made uniform with a simpler apparatus configuration.
  • the film forming process on the pair of metal substrates S is performed by one high-frequency electrode 32.
  • the high-frequency electrode 32 is replaced by the ground electrode 31 instead of the high-frequency electrode 32 of FIG. 32 may be installed to perform the film forming process.
  • the film forming process on the pair of metal substrates S can be realized by the single ground electrode 31, it is possible to improve the productivity of the thin film solar cell 10 using a plurality of lanes.
  • the configuration can be simplified.
  • the ground electrode 31 that is one flat plate ground electrode is disposed for the high-frequency electrode 32 that is one flat plate application electrode, but is adjacent to the transport direction D as in the second embodiment.
  • One ground electrode 31 connected to the plurality of high-frequency electrodes 32 in the transport direction D may be provided. According to this configuration, even in the first embodiment, uniform film characteristics can be achieved with a simpler device configuration.
  • a plurality of film forming chambers 23A are formed by partitioning the inside of the film forming chamber 23 with a gas curtain.
  • the configuration for partitioning the film forming chamber 23 is not limited to this, and any configuration that can suppress the flow of film forming gas (crosstalk) between adjacent film forming chambers 23A may be used.
  • the inside of the film forming chamber 23 may be partitioned.
  • the configuration of the substrate transfer unit is also changed, and each time the film formation chamber 23A is formed, In other words, it is necessary to stop the rotation of the roll every time the film forming process of each layer is performed.
  • one film formation chamber 23A forms a film formation space common to all lanes, but the film formation chamber 23A may be formed independently for each lane. According to this configuration, since the size of the film formation chamber 23A can be changed for each lane, different power generation layers 12 can be formed by using one film formation apparatus 20, and therefore, various types of power generation layers 12 can be formed. This is useful for film formation.
  • the distance between the edge of the high-frequency electrode 32 and the power supply end 36 is shorter than ⁇ / 2 in the transport direction D and shorter than ⁇ / 4 in the vertical direction V.
  • the configuration is not limited thereto, and the distance between the edge portion of the high-frequency electrode 32 and the feeding end portion 36 may be shorter than ⁇ / 4 in the plane of the electrode surface. According to this, since it becomes difficult for a standing wave to be formed on the entire electrode surface of the high-frequency electrode 32, it is possible to more reliably suppress the deviation of the voltage distribution over the entire metal substrate S. Therefore, the uniformity of the film characteristics can be further improved when the metal substrate S wound around the unwinding roll R1 is subjected to the film forming process.
  • the high-frequency electrode 32 is embodied as a rectangular flat plate, but the high-frequency electrode 32 may be, for example, an elliptical plate, and the distance between the edge of the high-frequency electrode 32 and the feeding end 36. May be shorter than ⁇ / 2 in the transport direction D and shorter than ⁇ / 4 in the vertical direction V.
  • the distance between the edge portion of the high-frequency electrode 32 and the power supply end portion 36 is configured to be shorter than ⁇ / 4 in the vertical direction V.
  • the distance between the edge portion of the electrode 32 and the feeding end portion 36 is configured to be shorter than ⁇ / 4 in the surface direction of the main surface or the surface direction of the electrode surface and perpendicular to the transport direction D. May be.
  • the substrate transport unit is embodied by four roll pairs, but the substrate transport unit may be embodied by, for example, one roll pair, and one of the rolls is rotated by rotating each of the pair of rolls. Any substrate may be used as long as the substrate wound around is transported to the other roll and wound by the other roll.
  • the power generation layer 12 is formed by the single film formation chamber 23 that is the power generation layer forming unit.
  • the present invention is not limited to this, and the power generation layer 12 is formed by the two or more film formation chambers 23. It may be configured to.
  • a first film forming apparatus 20A having a plurality of first film forming chambers 23A1 and a second film forming apparatus 20B having a plurality of second film forming chambers 23A2 are used.
  • the first pin structure is formed by the first film forming apparatus 20A, and then the second and third pin structures are formed by the second film forming apparatus 20B. May be.
  • the plurality of high-frequency electrodes 32 may be arranged not only in the transport direction D but also in the vertical direction V that is the width direction of the metal substrate S.
  • a plurality of first flat plate application electrodes 32 ⁇ / b> A that are arranged along the carrying direction D so as to face the substrate S, and that are arranged along the carrying direction D so as to face the substrate S.
  • the plurality of second flat plate application electrodes 32B may be arranged apart from each other in the vertical direction V (direction perpendicular to the transport direction D).
  • the substrate is embodied as a metal substrate, but the substrate may be embodied as a resin substrate having high heat resistance such as polyimide.

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Abstract

　膜特性の均一性を向上させた薄膜太陽電池の製造装置。一方のロール（Ｒ１）から他方のロール（Ｒ２）に基板（Ｓ）を搬送する過程で、そのロール対（Ｒ１，Ｒ２）の間で基板（Ｓ）の搬送方向（Ｄ）に沿って区画された複数の成膜室（２３Ａ）で複数の半導体層の積層体である発電層（１２）を形成する。各成膜室（２３Ａ）には複数の平板印加電極（３２）が基板（Ｓ）と対向して搬送方向に沿って配列されており、各平板印加電極（３２）の給電端部（３６）にはＶＨＦ領域の高周波電力が給電される。高周波電力の波長をλとするとき、平板印加電極（３２）の縁部と給電端部（３６）との間の距離は、搬送方向に垂直な方向においてλ／４よりも短くなるように設定されている。

Description

薄膜太陽電池の製造装置および製造方法、ならびに薄膜太陽電池
　本発明は、ロールに巻かれた基板を巻取りながらその基板に成膜処理を施すことで薄膜太陽電池を製造する薄膜太陽電池の製造装置及び薄膜太陽電池の製造方法に関する。
　アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）太陽電池は、原料であるシリコン（Ｓｉ）の使用量をバルク型のＳｉ太陽電池に比べて大幅に削減できることから、原料不足を解消可能な太陽電池として注目されている。また、この種の薄膜太陽電池としては、上記ａ－Ｓｉの光劣化を解消すべく、発電層であるａ－Ｓｉ膜を微結晶Ｓｉ膜（ｎｃ－Ｓｉ）に代えたＳｉ微結晶薄膜太陽電池が知られている。
　上述する薄膜太陽電池の製造方法の１つには、ロールに巻かれた基板を他方のロールへ巻き取りながら、その移動する基板に対して発電層を成膜する、いわゆるロール・ツー・ロール方式（Ｒｏｌｌ－ｔｏ－Ｒｏｌｌ方式）が知られている（特許文献１参照）。またロールに巻かれた基板を用いる他の製造方法には、基板の成膜領域が成膜室に位置する度に基板の巻取りを一旦停止させて該停止した基板に対して成膜処理を施す、いわゆるステッピングロール方式が知られている（特許文献２参照）。一般に、大量生産を目的とする製造方法では、変換効率当たりに要するコストの削減が強く求められており、そもそも製造過程にて基板の巻取りを停止させないロール・ツー・ロール方式は、定期的に巻取りを停止させるステッピングロール方式に比べてより高い生産性を実現できる上で期待されている。
特開平６－２９１３４９号公報 特開平１１－２８８８９０号公報
　ところで、上述する薄膜太陽電池の発電層には、ｐ型、ｉ型、ｎ型等の複数の異なる半導体層が積層されている。上記ロール・ツー・ロール方式やステッピングロール方式では、ロールの回転により移動する基板が上記各半導体層を成膜するための複数の成膜室を順に通過することでこの発電層を形成する。この際、成膜速度が遅い半導体層や膜厚が厚い半導体層に対しては、その成膜速度が遅い分だけ、あるいは膜厚が厚い分だけ、その成膜時間を長くさせる必要がある。一方、上記ロール・ツー・ロール方式やステッピングロール方式では、複数の成膜室の各々において基板の搬送タイミングが同期しているために、単一の半導体層について成膜時間を選択的に長くさせる場合には、該半導体層を成膜するための成膜室を搬送方向に沿って長くせざるを得ない。
　例えば、搬送速度が０．３ｍ／ｓｅｃである装置を用いて膜厚が２０ｎｍのｐ層を２ｎｍ／ｓｅｃの成膜速度で成膜する場合には、同ｐ層を成膜するために搬送方向に沿って３ｍ（＝２０／２×０．３）の成膜室が在れば足りる。これに対して、同装置を用いて膜厚が１５０ｎｍのｉ層を同成膜速度で成膜する場合には、同ｉ層を成膜するために搬送方向に沿って２２．５ｍ（＝１５０／２×０．３）もの成膜室が必要になる。
　上述のように成膜室が搬送方向に長くなる、すなわちプラズマを生成するための電極が搬送方向に長くなる場合には、同電極に給電される高周波の波長が電極サイズよりも大幅に短くなるために、同電極上に定在波が形成されてしまう。この結果、こうした定在波による電圧分布の偏りによって均一なプラズマが得難くなり、ひいては各半導体層における膜特性を不均一にしてしまう虞がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的はロールに巻かれた基板を巻取りながらその基板に成膜処理を施す上で膜特性の均一性を向上させた薄膜太陽電池の製造装置、薄膜太陽電池の製造方法、及び薄膜太陽電池を提供することである。
　本発明の薄膜太陽電池の製造装置は、真空槽に設けられた一対のロールを含み、該一対のロールを回転させて一方のロールから他方のロールに基板を搬送する基板搬送部と、前記一対のロールの間で前記基板の搬送方向に沿って区画される複数の成膜室を含み、該複数の成膜室の各々で前記基板に半導体層を成膜して複数の半導体層の積層体である発電層を形成する発電層形成部と、を備え、前記複数の成膜室の各々は、前記基板と対向して前記搬送方向に沿って配列される複数の平板印加電極を含み、該複数の平板印加電極の各々はＶＨＦ領域の高周波電力が給電される給電端部を有し、前記高周波電力の波長をλとするとき、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向に垂直な方向においてλ／４よりも短いことを特徴とする。
　この構成では、平板印加電極の縁部である開放端と給電端部との間の距離が、搬送方向に垂直な方向（垂直方向）においてλ／４よりも短いことから、平板印加電極に高周波電力を給電する際に、同平板印加電極における該垂直方向に定在波が形成され難くなる。なお、定在波は、平板印加電極における搬送方向にて上記垂直方向よりも形成され易いものの、上記搬送方向における定在波に起因した電圧分布の偏り、すなわち搬送方向における成膜速度の偏りは、搬送方向に沿って基板が搬送されることにより相殺され易くなる。したがって、各成膜室においては、複数の平板印加電極が搬送方向に配列されるがゆえ、その搬送方向の長さに関わらず膜特性の均一性を向上させることができる。
　加えて、平板印加電極の表面にそれぞれ長円筒状の複数の凹部を形成し、各凹部の底面に、凹部の短辺よりも小さな幅（即ち、凹部の径よりも小径）で開口する成膜ガス供給部を形成することが好ましい。この場合、各凹部の成膜ガス供給部の開口部分から成膜ガスが噴出されるため、高密度のプラズマを高周波電極の面内に均一かつ安定に生成するとともに成膜ガスを効率よく分解することができる。従って、膜特性の均一性を向上できるとともに、高速成膜が可能となる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置においては、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向においてλ／２よりも短い。
　この構成では、平板印加電極における搬送方向においても定在波の形成が軽減される。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置においては、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向を含む前記平板印加電極の面内においてλ／４よりも短い。
　この構成では、平板印加電極の面内の全体において定在波が形成され難くなる。それゆえに、各成膜室においては、定在波に起因する電圧分布の偏りが、平板印加電極の搬送方向に加えて同搬送方向と直交する方向でもより確実に抑制されるので、ロールに巻かれた基板に成膜処理を施す上で膜特性の均一性をさらに向上させることができる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置において、前記基板搬送部は、その各々が前記一対のロールであって互いに隣合う第１及び第２のロール対を含み、前記発電層形成部は、前記第１及び第２のロール対に共通する成膜室を含み、前記共通する成膜室は、前記基板を挟んで前記複数の平板印加電極と対向する平板接地電極を含み、前記複数の平板印加電極又は前記平板接地電極は、前記第１及び第２のロール対で搬送される一対の基板の間に配置されて該一対の基板に共通する電極である。
　この構成では、平板印加電極あるいは平板接地電極によって２つの基板を成膜処理できるために、薄膜太陽電池の生産性を向上させる上で製造装置の構成を簡素化できる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置において、前記複数の成膜室は、前記一対のロールの間でガスカーテンで区画され、前記基板搬送部は、前記一方のロールにある前記基板が前記他方のロールに巻取られるまで前記一対のロールを連続的に回転する。
　この構成では、一対のロールの間がガスカーテンにより非接触的に区画されるので基板の巻取りを停止させることなく連続的な成膜処理を実現できる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置は、前記搬送方向に隣接する前記複数の平板印加電極に対向して、該複数の平板印加電極に共通する１つの平板接地電極を更に備える。
　この構成では、平板接地電極が複数の平板印加電極に対して共通するため、より簡素な装置構成を提供できる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造装置において、前記複数の成膜室の各々は更に、前記基板と対向して前記搬送方向に沿って配列される複数の第２平板印加電極を含み、該複数の第２平板印加電極は、前記搬送方向に垂直な方向において前記複数の平板印加電極から離間して位置する。
　この構成では、より短波長を使用するプロセスのために垂直方向における各電極の幅が短くなる場合でも、基板の幅に対して電極が不足することを該垂直方向に配置された２つの電極によって好適に防止することができる。
　本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、真空槽に設けられた一対のロールを回転させて一方のロールから他方のロールに基板を搬送すること、前記基板を搬送しながら、前記一対のロールの間で前記基板の搬送方向に沿って区画された複数の成膜室で複数の半導体層の積層体である発電層を形成すること、を備え、前記発電層を形成することは、前記基板と対向するように前記搬送方向に沿って配列された複数の平板印加電極にＶＨＦ領域の高周波電力を印加することを含み、前記高周波電力は前記複数の平板印加電極の各々に設けられた給電端部に給電され、前記高周波電力の波長をλとするとき、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向に垂直な方向においてλ／４よりも短く設定されている。
　この方法では、平板印加電極の縁部である開放端と給電端部との間の距離が、搬送方向に垂直な方向（垂直方向）においてλ／４よりも短いことから、平板印加電極に高周波電力を給電する際に、同平板印加電極における該垂直方向に定在波が形成され難くなる。なお、定在波は、平板印加電極における搬送方向にて上記垂直方向よりも形成され易いものの、上記搬送方向における定在波に起因した電圧分布の偏り、すなわち搬送方向における成膜速度の偏りは、搬送方向に沿って基板が搬送されることにより相殺され易くなる。したがって、各成膜室においては、複数の平板印加電極が搬送方向に配列されるがゆえ、その搬送方向の長さに関わらず膜特性の均一性を向上させることができる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法においては、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向においてλ／２よりも短く設定される。
　この方法では、平板印加電極における搬送方向においても定在波の形成が軽減される。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記基板は、耐食性のめっき被膜で覆われた厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄材であり、前記基板には、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化スズの少なくとも一つが銀薄膜とアルミニウム薄膜のいずれか一方に積層されてなる反射電極層が設けられている。
　この方法では、基板の基材が熱伝導性や導電性に優れた鉄であることから、仮に平板印加電極に電圧分布の偏りが形成される場合であっても、同基板に与える電気的及び熱的な偏りを緩和させることができる。また、基板表面が耐食性のめっき被膜で覆われていることから、成膜ガス種や成膜温度、成膜圧力等の成膜条件を設計する上においては、その範囲を拡張させることができる。しかも、同基板は汎用性の高い鉄を用いた薄板であることから、薄膜太陽電池の低コスト化も図ることができる。そして、厚さが０．０５ｍｍ以上の鉄を基材とする基板であれば、ロールに巻かれた基板を巻取る上で同巻取りに起因した基板の皺を抑えることができ、また厚さが０．２ｍｍ以下の鉄を基材とする基板であれば、その巻取りを円滑に行うことができる。さらには、反射電極として薄膜である反射電極層を利用することから、反射電極に要する材料コストを抑えることができ、ひいては薄膜太陽電池のさらなる低コスト化を図ることができる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記発電層を形成することは、アモルファスシリコンゲルマニウムから第１発電層を形成すること、アモルファスシリコンゲルマニウムから第２発電層を形成すること、アモルファスシリコンから第３発電層を形成すること、を含み、前記第１～第３発電層は前記基板側から順に積層されており、前記第１発電層のバンドギャップが前記第２発電層のバンドギャップよりも狭い。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記発電層を形成することは、微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、微結晶シリコンから第２発電層を形成すること、アモルファスシリコンから第３発電層を形成すること、を含み、前記第１～第３発電層は前記基板側から順に積層されており、前記第１発電層と前記第２発電層とにより電圧を増幅する。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記発電層を形成することは、微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、アモルファスシリコンから第２発電層を形成すること、を含み、前記第１及び第２発電層は前記基板側から順に積層されている。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記発電層を形成することは、微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、アモルファスシリコンから第２発電層を形成すること、前記第１発電層と前記第２発電層との間に酸化亜鉛薄膜を形成すること、を含む。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法において、前記発電層を形成することは、微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、アモルファスシリコンから第２発電層を形成すること、前記第１発電層と前記第２発電層との間に、酸化シリコン薄膜と酸化チタン薄膜のいずれか一方を１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さで形成することを含む。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法は、前記発電層を形成した後に前記搬送方向に沿う前記基板の端部を折り曲げることを更に備える。
　この方法では、基板の端部が折り曲げられることにより同基板の機械的強度を高めることができる。換言すれば、薄膜太陽電池の機械的強度を基板の端部における折り曲げにより補償できることから、同薄膜太陽電池の製造過程においては基板の厚さを薄くすることができ、ひいては薄膜太陽電池の低コスト化も図ることができる。
　好ましくは、上記薄膜太陽電池の製造方法においては、前記基板を挟んで前記複数の平板印加電極と対向し、加熱源として機能する平板接地電極を設け、該平板接地電極と前記基板との間隙を０．０５ｍｍ～１ｍｍに保持しつつ前記基板を搬送する。
　この方法では、基板に対する加熱効率の向上と基板上における熱分布の均一化とを図ることができ、かつ基板と平板接地電極との間の摩擦に起因した基板の機械的損傷を回避することができる。
　本発明の薄膜太陽電池は、上記いずれかの製造方法を用いて作製されており、耐食性のめっき被膜で覆われた厚さ０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄基板からなる前記基板と、前記基板上に積層された反射電極層と、前記反射電極層上に積層された前記発電層と、前記発電層上に積層された透明電極層と、前記透明電極層上に積層された保護層とを備える。
　この構成では、基板の基材が熱伝導性や導電性に優れた鉄であることから、仮に平板印加電極に電圧分布の偏りが形成される場合であっても、同基板に与える電気的及び熱的な偏りを緩和させることができる。また、基板表面が耐食性のめっき被膜で覆われていることから、成膜ガス種や成膜温度、成膜圧力等の成膜条件を設計する上においては、その範囲を拡張させることができる。しかも、同基板は汎用性の高い鉄を用いた薄板であることから、薄膜太陽電池の低コスト化も図ることができる。そして、厚さが０．０５ｍｍ以上の鉄を基材とする基板であれば、ロールに巻かれた該基板を巻取る上で該巻取りに起因した基板の皺を抑えることができ、また厚さが０．２ｍｍ以下の鉄を基材とする基板であれば、その巻取りを円滑に行うことができる。
　上記したように、本発明によれば、ロールに巻かれた基板を巻取りながらその基板に成膜処理を施す上で膜特性の均一性を向上させた薄膜太陽電池の製造装置、薄膜太陽電池の製造方法、及び薄膜太陽電池を提供することができる。
好適実施形態における薄膜太陽電池を示す斜視図。 （ａ）～（ｄ）はそれぞれ薄膜太陽電池の部分断面構造を示す断面図。 好適実施形態における成膜装置を示す概略平面図。 第一実施形態の成膜チャンバにおける各成膜室を示す図。 第一実施形態の成膜室における電極配置を示す概略平面図。 第一実施形態の成膜室における電極配置を示す概略側面図。 第二実施形態の成膜室における電極配置を示す概略平面図。 第二実施形態の成膜室における電極配置を示す概略側面図。 変更例の成膜チャンバにおける各成膜室を示す図。 変更例の電極配置を示す図。
（第一実施形態）
　以下、本発明を具体化した第一実施形態について図１～図６を参照して説明する。図１及び図２は薄膜太陽電池の積層構造を示す図であり、図３は薄膜太陽電池の製造装置である成膜装置を模式的に示す図であって鉛直方向から見た図である。また、図４は成膜チャンバにおける成膜室の配置を模式的に示す図であり、図５及び図６は成膜室における電極の配置を模式的に示す図であって鉛直方向から見た図及び搬送方向から見た図である。
　図１に示すように、薄膜太陽電池１０は、金属基板Ｓの上側（表側）に反射電極層１１、発電層１２、透明電極層１３及び保護層１４が順に積層された積層体である。金属基板Ｓは、帯状に形成されたシート基板であり、その短軸方向の幅が例えば１ｍからなる大型の基板である。金属基板Ｓとしては、製造過程にて基板に与えられる電気的及び熱的な偏りを緩和し、かつ薄膜太陽電池１０の低コスト化を図る上で汎用性の高い金属、例えば厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄材を基材とする基板が用いられる。なお、金属基板Ｓの基材として鉄等の耐食性の低い金属を用いる場合にあっては、同金属基板Ｓの表面に耐食性の高いニッケル等の湿式めっき処理を施すことにより同金属基板Ｓを耐食性のめっき被膜で覆うことが好ましい。また、鉄を用いて金属基板Ｓを構成する場合には、ロールに巻かれた同金属基板Ｓを巻取る上で、その巻取りに起因した基板の皺を抑えるために厚さを０．０５ｍｍ以上にすることが好ましく、さらにその巻取りを円滑に行うために厚さを０．２ｍｍ以下にすることが好ましい。
　金属基板Ｓの短軸方向の両端部には、上記反射電極層１１と対向する側（裏側）へ折り曲げられた断面Ｌ字状を成す一対の曲折部Ｓａが形成されている。一対の曲折部Ｓａは金属基板Ｓの剛性を高めるために金属基板Ｓの長手方向の全体にわたり形成されており、この曲折部Ｓａは例えば金属基板Ｓに上記反射電極層１１や発電層１２が形成された後、該金属基板Ｓの短軸方向の両端部が１ｍｍだけ折り曲げられることにより形成される。これにより上記薄板である金属基板Ｓの機械的強度を向上させることができ、ひいては薄膜太陽電池１０の機械的強度を向上できる。
　反射電極層１１は、発電層１２を透過した光を再び発電層１２へ照射するための電極層であり、例えば銀、酸化亜鉛又は酸化インジウムのいずれか１つからなる単層電極を用いることができ、あるいは酸化亜鉛、酸化インジウムおよび酸化スズの少なくともいずれか１つが銀薄膜とアルミニウム薄膜のいずれか一方に積層されてなる積層電極を用いることができる。また、反射電極層１１として銀を利用する場合には、金属基板Ｓに対してスパッタ法と湿式めっき法のいずれか一方を適用し、酸化亜鉛、酸化インジウムを利用する場合には、金属基板Ｓに対して大気圧ＣＶＤ法を適用することにより、これら銀、酸化亜鉛、酸化インジウムを成膜することができる。なお、薄膜太陽電池１０における光閉じ込め効果を向上させる上では、この反射電極層１１をテクスチャ構造にする構成が好ましい。
　発電層１２はアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）やアモルファスシリコン－ゲルマニウム（ａ－ＳｉＧｅ）等の複数の半導体層からなる積層膜であり、ｎ型半導体層であるｎ層と、ｉ型半導体層であるｉ層と、ｐ型半導体層であるｐ層とが順に積層された、いわばｐｉｎ構造を単位セルとするものである。発電層１２としては、例えば光を異なる波長帯域毎に効率的に吸収して光電変換するために、吸収スペクトルの異なる上記単位セルを多段に積層したタンデム構造あるいはトリプル構造を用いることができる。
　より具体的には、発電層１２の構成を金属基板Ｓの側から順に第１発電層／第２発電層／第３発電層あるいは第１発電層／第２発電層、もしくは第１発電層／中間層／第２発電層とすると、図２（ａ）～（ｄ）に示されるように以下の積層構造を挙げることができる。
・ａ－ＳｉＧｅ（ｐｉｎ）／ａ－ＳｉＧｅ（ｐｉｎ）／ａ－Ｓｉ（ｐｉｎ）：この第１発電層は第２電極層よりもＧｅ比率が高く、そのバンドギャップは第２発電層のバンドギャップよりも狭い（図２（ａ）参照）。
・微結晶Ｓｉ（ｐｉｎ）／微結晶Ｓｉ（ｐｉｎ）／ａ－Ｓｉ（ｐｉｎ）：この第１発電層は第２電極層よりも粒径が大きく、そのバンドギャップは第２発電層のバンドギャップよりも狭い（図２（ｂ）参照）。
・微結晶Ｓｉ（ｐｉｎ）／ａ－Ｓｉ（ｐｉｎ）（図２（ｃ）参照）
・微結晶Ｓｉ（ｐｉｎ）／中間層／ａ－Ｓｉ（ｐｉｎ）（図２（ｄ）参照）
　なお上記ａ－ＳｉＧｅ（ｐｉｎ）の膜厚構成としては、例えばｐ型／ｉ型／ｎ型の膜厚がそれぞれ１０ｎｍ／１２０ｎｍ／１０ｎｍを挙げることができる。また上記ａ－Ｓｉ（ｐｉｎ）の膜厚構成としては、例えばｐ型／ｉ型／ｎ型の膜厚がそれぞれ１０ｎｍ／１００ｎｍ／１０ｎｍを挙げることができる。また微結晶Ｓｉ（ｐｉｎ）の膜厚構成としては、例えばｐ型／ｉ型／ｎ型の膜厚がそれぞれ１０ｎｍ／１０００ｎｍ／１０ｎｍを挙げることができる。ちなみに、この微結晶Ｓｉの成膜速度は適宜変更することが可能であるため、微結晶Ｓｉを用いる場合にはａ－Ｓｉよりも厚い膜厚が要求されるものの、ａ－Ｓｉを利用する場合よりも高いスループットを得ることが可能である。
　上記中間層としては、スパッタ法を用いて成膜された膜厚が１ｎｍ～７０ｎｍの酸化亜鉛薄膜を用いることができ、あるいはＣＶＤ法を用いて成膜された膜厚が１０ｎｍ～１００ｎｍの酸化シリコン膜と酸化チタン薄膜のいずれか一方を用いることができる。特に中間層として酸化シリコン膜を利用する場合には、シリコン原子に対する酸素原子の比率を１～２に調整し、酸化チタン薄膜を利用する場合には、チタン原子に対する酸素原子の比率を１～２に調整することにより、薄膜太陽電池１０に入射する光の長波長領域を同シリコン酸化膜と同チタン酸化膜のいずれか一方にて効果的に反射させることができる。ひいては、薄膜太陽電池１０における変換効率の向上を図ることができる。
　保護層１４は下地である透明電極層１３、発電層１２、及び反射電極層１１を外気から保護するための樹脂膜であり、例えばＦｌｕｏｎ（登録商標）等の（エチレン－テトラフルオロエチレン）フルオロポリマー（ＥＴＦＥ）からなる透明樹脂膜を用いることができる。
　図３に示すように、成膜装置２０は、４つの巻出しロールＲ１を収容する巻出しチャンバ（ＬＣ２１）と、４つの巻取りロールＲ２を収容する巻取りチャンバ（ＵＣ２２）とが１つの成膜チャンバ２３（発電層形成部）で連結されることにより、各チャンバに共通する１つの真空槽を形成している。ロールＲ１，Ｒ２は基板搬送部を構成する。成膜装置２０では、４つの巻出しロールＲ１と４つの巻取りロールＲ２とが成膜チャンバ２３を挟んで対向する態様で配置されており、成膜チャンバ２３を挟んで対向する一対のロールにより１つのロール対が構成されている。
　４つのロール対では、互いに対向する巻出しロールＲ１と巻取りロールＲ２とが矢印方向へ回転することにより、該巻出しロールＲ１に巻かれた上記金属基板Ｓが直立姿勢を維持しながら一定の搬送速度で巻取りロールＲ２へ搬送されて同巻取りロールＲ２に巻取られるようになっている。４つのロール対における金属基板Ｓの搬送経路（１レーン～４レーン）は互いに平行になるように設けられており、このレーンに沿う方向（図３における左右方向）を金属基板Ｓの搬送方向Ｄという。
　成膜チャンバ２３は、プラズマＣＶＤ法を用いて上記発電層１２を成膜するチャンバであり、該成膜チャンバ２３の内部には搬送方向Ｄに沿って区画されて成る複数の成膜室２３Ａの各々が１レーン～４レーンに共通する態様で形成されている。各成膜室２３Ａは、発電層１２を構成する上記各層の層数の分だけ形成されている。各成膜室２３Ａは、その搬送方向Ｄにおける配列順序と上記半導体層の積層順序とが一致するように各半導体層に対応付けられている。
　例えば、発電層１２がトリプル構造（ｐｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎ）である場合には、図４に示すように、ＬＣ２１に最も近い成膜室２３Ａが最下層の半導体層であるｎ１層に対応付けられて、該成膜室２３Ａから搬送方向Ｄに向かって順にｉ１層、ｐ１層、ｎ２層、ｉ２層、ｐ２層、ｎ３層、ｉ３層、ｐ３層が対応付けられている。各成膜室２３Ａにおける搬送方向の長さ（搬送長ＬＡ）は、該成膜室２３Ａに対応する半導体層の成膜時間と金属基板Ｓの搬送速度とに基づいて設定されており、同成膜時間が長くなるほど搬送長ＬＡが長くなるように形成されている。例えばｎ１層、ｉ１層、及びｐ１層の各成膜時間が１０ｓｅｃ、７５ｓｅｃ、及び１０ｓｅｃであって金属基板Ｓの搬送速度が０．３ｍ／ｓｅｃである場合には、ｎ１層、ｉ１層、及びｐ１層の搬送長ＬＡが３ｍ（１０×０．３）、２２．５ｍ（７５×０．３）、及び３ｍ（１０×０．３）で形成される。
　図５に示すように、成膜室２３Ａの内部には、複数の接地電極３１と複数の高周波電極３２とが、各レーンを挟むように交互に配設されている。また、各成膜室２３Ａ内における搬送方向Ｄの各始点と終点には、複数のガス封止部３３が各レーンを挟むように配設されている。複数のガス封止部３３の各々は、近接するレーン上の金属基板Ｓに向けてガスを吹付けることにより、隣合う成膜室２３Ａの間にガスカーテンを形成して成膜チャンバ２３の内部を非接触的に区画する。なお、ガスカーテンに使用するガスとしては、不活性ガス、あるいは隣合う成膜室２３Ａの間で共通する成膜ガスを挙げることができる。
　複数の接地電極３１の各々は、接地電位に接続された平板接地電極であり、搬送方向Ｄと鉛直方向Ｖとからなる面に沿って延びる矩形板状を成して搬送方向Ｄに沿って等間隔に配列されている。各接地電極３１には、金属基板Ｓを加熱するための図示しない加熱源が搭載されており、同加熱源が駆動することで該接地電極３１に近接する金属基板Ｓが所定の成膜温度に加熱される。すなわち、各接地電極３１は、対応する成膜室２３Ａに接地電位を形成するとともに、金属基板Ｓを加熱するヒータとして機能するようになっている。搬送過程における金属基板Ｓと接地電極３１との間の間隙は、例えば０．０５ｍｍ～１ｍｍに保持されている。１ｍｍ以下という狭い間隙であれば、成膜室２３Ａの圧力として汎用的な０．５Ｔｏｒｒ～１Ｔｏｒｒを適用する場合であれ、同圧力領域においては比較的高い熱伝達係数を得ることができ、接地電極３１から金属基板Ｓへの熱移動を容易にさせることができる。ひいては、搬送過程にある金属基板Ｓであっても、該金属基板Ｓに対する加熱効率の向上と該金属基板Ｓにおける熱分布の均一化とを図ることができる。また０．０５ｍｍ以上という下限を設定することにより、金属基板Ｓと接地電極３１との間における容量成分の過剰な増大を抑えることができ、成膜室２３Ａにプラズマを生成する上においてインピーダンスの整合を容易に行うことができる。そして金属基板Ｓと接地電極３１との間の摩擦に起因する該金属基板Ｓの損傷を回避しつつ、安定したプラズマの下で膜質の均一化を図ることができる。
　複数の高周波電極３２の各々は、高周波電源ＧＥ（図６参照）に接続された平板印加電極であり、搬送方向Ｄと鉛直方向Ｖとからなる面に沿って延びる矩形板状を成して、接地電極３１と対向するように搬送方向Ｄに沿って等間隔に配列されている。高周波電極３２における搬送方向Ｄの中央であって鉛直方向Ｖの中央、いわゆる高周波電極３２の電極面の中央には、高周波電源ＧＥに接続される端子（給電端部３６）が形成されている。この高周波電極３２の給電端部３６には、ＶＨＦ領域の高周波電力が上記高周波電源ＧＥから給電されるようになっている。ＶＨＦ領域としては３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚを用いることができ、より好ましくは４０ＭＨｚ～８０ＭＨｚを用いることができる。なお、高周波電力の周波数が高くなると成膜室２３Ａにおけるプラズマ密度が高くなることから、同成膜室２３Ａにおける成膜速度を向上させることができる。一方で、成膜室２３Ａにおけるプラズマ密度が過度に高くなる場合には、金属基板Ｓや成膜室２３Ａへ入射するイオンのエネルギーが高くなるために、こうしたイオンとの衝突により金属基板Ｓや成膜室２３Ａにプラズマダメージが誘起され易くなる。また、成膜室２３Ａにおけるプラズマ密度が過度に高くなる場合には、同密度の均一性を維持し難くなるために、金属基板Ｓ上における膜特性の均一性が損なわれ易くなる。そこで高周波電極３２に投入する高周波電力の周波数は、上述のプラズマ密度との相補的な関係の上でスループットの向上を図るべく、成膜ガスや成膜圧力、成膜温度等の各種条件に応じてＶＨＦ領域から適宜選択される。
　高周波電極３２における搬送方向Ｄの長さである第１電極長Ｌ１は、上記高周波電力の波長に基づいて形成されており、該波長をλ（１ｍ～１０ｍ）とするときに、伝送路の開放端である電極面の縁部と上記給電端部３６との間の距離が搬送方向Ｄにおいてλ／２よりも短くなるように形成されている。また、高周波電極３２における鉛直方向Ｖの長さである第２電極長Ｌ２（図６参照）も、上記高周波電力の波長に基づいて形成されており、その伝送路の開放端である電極面の縁部と上記給電端部３６との間の距離が鉛直方向Ｖにおいてλ／４よりも短くなるように形成されている。
　こうした電極サイズの構成によれば、ＶＨＦ領域の高周波電力が高周波電極３２へ給電されるときには、同電極面の搬送方向Ｄにおいて定在波の形成が軽減されて、同電極面の鉛直方向Ｖにおいてはさらに定在波が形成され難くなる。なお、搬送方向Ｄにおける定在波に起因した電圧分布の偏り、すなわち搬送方向Ｄにおける成膜速度の偏りは、搬送方向Ｄに沿って金属基板Ｓが搬送されることにより相殺され易くなる。一方で、鉛直方向Ｖにおける定在波に起因した電圧分布の偏り、すなわち鉛直方向Ｖにおける成膜速度の偏りは、金属基板Ｓの搬送に関わらず、金属基板Ｓにおける鉛直方向Ｖの全幅にわたり膜質分布として転写されてしまう。それゆえに、鉛直方向Ｖにおける電極面の縁部と給電端部３６との距離の上限がλ／４であることにより、金属基板Ｓの鉛直方向Ｖにおいては膜質分布の均一性を向上させることができる。更に、この鉛直方向Ｖにおける電極面の縁部と給電端部３６との距離の上限（λ／４）が、搬送方向Ｄにおけるその上限（λ／２）に比べて小さいため、高周波電極３２の鉛直方向Ｖにおいては定在波に起因する電圧分布の偏りをその搬送方向Ｄよりも確実に抑制することができる。これにより、上記成膜時間を確保するために該成膜室２３Ａの搬送長ＬＡが高周波電力の波長であるλよりも大幅に長くなる場合であっても、定在波に起因する膜質分布の偏りが抑制される。
　図６に示すように、各高周波電極３２には、成膜ガスを供給するためのガス供給部３４が接続されている。このガス供給部３４が高周波電極３２へ成膜ガスを供給するときには、図６の矢印で示すように、高周波電極３２からの成膜ガスが該高周波電極３２を挟む一対の接地電極３１へ向けて供給される。すなわち、高周波電極３２は、対応する成膜室２３Ａへ高周波電力を供給するとともに、該高周波電極３２を挟む一対の接地電極３１に対するシャワーヘッドとして機能するようになっている。尚、図示は省略しているが、好ましくは、高周波電極３２（平板印加電極）の表面にそれぞれ長円筒状の複数の凹部を形成し、各凹部の底面に該凹部の短辺よりも小さな幅（例えば、凹部の径よりも小径の孔）で開口する成膜ガス供給部を形成するのがよい。この場合、各凹部における成膜ガス供給部の開口部分から成膜ガスが噴出されるため、高密度のプラズマを高周波電極３２の面内に均一かつ安定に生成するとともに、成膜ガスを効率よく分解することができる。従って、膜特性の均一性を向上できるとともに、高速成膜が可能となる。
　なお、ｐ層（ａ－Ｓｉ）を成膜する場合には成膜ガスとしてＳｉＨ４／Ｈ２／Ｂ２Ｈ６を、ｉ層（ａ－Ｓｉ）を成膜する場合にはＳｉＨ４／Ｈ２を、ｎ層（ａ－Ｓｉ）を成膜する場合にはＳｉＨ４／Ｈ２／ＰＨ３を用いることができる。また、これらの成膜ガスを用いる場合には、上記ガスカーテンを形成するためのガスとしてＨ２を選択することができる。
　４つのロール対の各々が回転して金属基板Ｓが各レーン上で搬送されるとき、各成膜室２３Ａにおいては、各接地電極３１の加熱源が駆動することで金属基板Ｓが所定の成膜温度に加熱される。そして、ガス供給部３４が駆動することで成膜ガスが高周波電極３２を介して金属基板Ｓへ供給されて、高周波電源ＧＥが駆動することで高周波電極３２と接地電極３１との間に同成膜ガスを用いたプラズマが生成される。この際、高周波電極３２の電極面に電圧分布の偏りが形成され難いことから、高周波電極３２と接地電極３１との間を通過する金属基板Ｓに対してはその全体にわたり均一な成膜処理が施される。
　第一実施形態の成膜装置は以下の利点を有する。
　（１）高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離が搬送方向Ｄにおいてλ／２よりも短く、鉛直方向Ｖにおいてλ／４よりも短いことから、高周波電極３２における搬送方向Ｄでは定在波の形成が軽減されて、同高周波電極３２における鉛直方向Ｖではさらに定在波が形成され難くなる。各成膜室２３Ａにおいては、こうした高周波電極３２が搬送方向Ｄに沿って配列されるがゆえ、その搬送長ＬＡの長さに関わらず定在波に起因する電圧分布の偏りを搬送方向Ｄと鉛直方向Ｖとで抑制できる。この結果、巻出しロールＲ１に巻かれた金属基板Ｓに成膜処理を施す上で膜特性の均一性を向上させることができる。
　（２）一対の金属基板Ｓへの成膜処理を１つの高周波電極３２により実現できることから、複数のレーンを用いて薄膜太陽電池１０の生産性を向上させる上で成膜室２３Ａの構成を簡素化できる。
　（３）各成膜室２３Ａの間がガスカーテンにより非接触的に区画されるので金属基板Ｓの巻取りを停止させることなく成膜チャンバ２３の全体にわたり連続的な成膜処理を実現できる。
　（４）薄膜太陽電池１０の基板として、厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄を基材とする金属基板Ｓを用いた。成膜対象である金属基板Ｓが電気的及び熱的導電性に優れた材料で構成されるために、成膜過程における電気的及び熱的な偏りを緩和させるかたちで発電層１２を形成することができる。また、金属基板Ｓが耐食性のめっき被膜で覆われていることから、成膜ガス種や成膜温度、成膜圧力等の成膜条件を設計する上においては、その範囲を拡張させることができる。しかも、金属基板Ｓは汎用性の高い鉄を用いた薄板であることから、薄膜太陽電池１０の低コスト化も図ることができる。そして、基材となる鉄板の厚さが０．０５ｍｍ以上の鉄を基材とするために、ロールに巻かれた金属基板Ｓを巻取る上で同巻取りに起因した基板の皺を抑えることができ、また０．２ｍｍ以下の鉄を基材とするために、金属基板Ｓの巻取りを円滑に行うことができる。
　（５）金属基板Ｓにおける搬送方向Ｄの端部に曲折部Ｓａを形成したことから、薄膜太陽電池１０の基材である金属基板Ｓを薄くする場合であれ、同薄膜太陽電池１０の機械的強度を向上させることができる。また、薄膜太陽電池１０を製造する過程において金属基板Ｓの薄型化を図ることができるために、ひいては薄膜太陽電池１０の低コスト化を図ることができる。
　（６）搬送過程における金属基板Ｓと接地電極３１との間の間隙を保持することから、金属基板Ｓの搬送過程であっても、金属基板Ｓと接地電極３１との間の摩擦に起因する該金属基板Ｓの損傷を回避できる。しかも上記間隙を０．０５ｍｍ～１ｍｍで保持するために、金属基板Ｓに対する加熱効率の向上と該金属基板Ｓにおける熱分布の均一化とを図ることができる。
　また、金属基板Ｓと接地電極３１はこの間隙を減少させることによって容量を増大し、結合を容易にする。このため、上記間隙を０．０５ｍｍ～１ｍｍで保持することで、プラズマから伝播する高周波電流を容易に接地電極に到達させることができる。
　（第二実施形態）
　以下、本発明を具体化した第二実施形態について図７及び図８を参照して説明する。第二実施形態は、第一実施形態における電極配置を変更したものである。そのため、以下においては、その変更点について詳しく説明する。図７及び図８は成膜室における電極の配置を模式的に示す図であって鉛直方向から見た図及び搬送方向から見た図である。
　図７に示すように、成膜室２３Ａの内部において１レーンと２レーンとの間、及び３レーンと４レーンとの間には、搬送方向Ｄに沿って連続する接地電極３１が配置されている。また、１レーンを挟んで接地電極３１と対向する側と、２レーンを挟んで接地電極３１と対向する側とには、複数の高周波電極３２が搬送方向Ｄに沿って等間隔に配列されている。また、３レーンを挟んで接地電極３１と対向する側と、４レーンを挟んで接地電極３１と対向する側とには、複数の高周波電極３２が搬送方向Ｄに沿って等間隔に配列されている。複数のガス封止部３３はそれぞれ金属基板Ｓを挟んで接地電極３１の反対側に配設されており、近接するレーン上の金属基板Ｓに向けてガスを吹付けることにより、隣合う成膜室２３Ａの間にガスカーテンを形成して成膜チャンバ２３の内部を非接触的に区画する。
　各高周波電極３２における搬送方向Ｄの長さと鉛直方向Ｖの長さとは、第一実施形態と同じく、それぞれ第１電極長Ｌ１と第２電極長Ｌ２とで形成されている。これにより、ＶＨＦ領域の高周波電力が高周波電極３２へ給電されるときには、電極面の搬送方向Ｄにおいて定在波の形成が軽減されて、同電極面の鉛直方向Ｖにおいてはさらに定在波が形成され難くなる。それゆえに、第一実施形態と同じく、上記成膜時間を確保するために該成膜室２３Ａの搬送長ＬＡが高周波電力の波長であるλよりも大幅に長くなる場合であっても、定在波に起因する膜質分布の偏りが抑制される。
　４つのロール対の各々が回転して金属基板Ｓが各レーンで搬送されるとき、各成膜室２３Ａにおいては、ガス供給部３４が駆動することで成膜ガスが高周波電極３２を介して金属基板Ｓへ供給されて、高周波電源ＧＥが駆動することで高周波電極３２と接地電極３１との間に同成膜ガスを用いたプラズマが生成される。この際、高周波電極３２の電極面に電圧分布の偏りが形成され難いことから、高周波電極３２と接地電極３１との間を通過する金属基板Ｓに対してはその全体にわたり均一な成膜処理が施される。
　第二実施形態の成膜装置は以下の利点を有する。
　（７）一対の金属基板Ｓへの成膜処理を１つの接地電極３１により実現できることから、複数のレーンを用いて薄膜太陽電池１０の生産性を向上させる上で成膜室２３Ａの構成を簡素化できる。
　（８）搬送方向Ｄに隣接する複数の高周波電極３２に対して同搬送方向Ｄに連なる１つの接地電極３１が対応付けられていることから、１つの接地電極３１が複数の高周波電極３２に対して共通するために、より簡素な装置構成により膜特性の均一化を図ることができる。
　（９）金属基板Ｓごとに高周波電極３２を対応させることから、金属基板Ｓごとの成膜条件の範囲に関して自由度を拡張させることができる。
　なお、上記実施形態は以下の態様で実施してもよい。
　・上記第一実施形態では、一対の金属基板Ｓへの成膜処理を１つの高周波電極３２により行ったが、図６の高周波電極３２にかえて接地電極３１、接地電極３１にかえて高周波電極３２を設置して成膜処理を行ってもよい。この構成によれば、一対の金属基板Ｓへの成膜処理を１つの接地電極３１により実現できることから、複数のレーンを用いて薄膜太陽電池１０の生産性を向上させる上で成膜室２３Ａの構成を簡素化できる。
　・上記第一実施形態では、１つの平板印加電極である高周波電極３２に対して１つの平板接地電極である接地電極３１を配設したが、第二実施形態と同じく、搬送方向Ｄに隣接する複数の高周波電極３２に対して同搬送方向Ｄに連なる１つの接地電極３１を設けてもよい。この構成によれば、第一実施形態においても、より簡素な装置構成により膜特性の均一化を図ることができる。
　・上記実施形態では、成膜チャンバ２３の内部をガスカーテンで区画することにより複数の成膜室２３Ａを形成する構成にした。これに限らず、成膜チャンバ２３を区画する構成は、隣接する成膜室２３Ａの間で成膜ガスの出入（クロストーク）を抑えられる構成であればよく、例えば金属基板Ｓに当接する隔壁により成膜チャンバ２３の内部を区画する構成であってもよい。なお、このように金属基板Ｓと隔壁とを物理的に接触させることで各成膜室２３Ａを形成する場合には、基板搬送部の構成も変更し、成膜室２３Ａを形成するごとに、いわば各層の成膜処理を実施するごとにロールの回転を停止させる必要がある。
　・上記実施形態では、１つの成膜室２３Ａが全てのレーンに共通する成膜空間を形成するが、成膜室２３Ａはレーンごとに独立して形成される構成であってもよい。この構成によれば、成膜室２３Ａのサイズをレーンごとに変更できることから、１つの成膜装置２０を用いて異なる発電層１２を成膜することができ、それゆえに多品種の発電層１２を成膜する上では有益である。
　・上記実施形態では、高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離を搬送方向Ｄでλ／２よりも短くし、鉛直方向Ｖでλ／４よりも短くなるように形成したが、これに限らず高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離が電極面の面内においてλ／４よりも短い構成であってもよい。これによれば、高周波電極３２における電極面の全体で定在波が形成され難くなるために、金属基板Ｓの全体にわたり電圧分布の偏りをより確実に抑制できる。それゆえに、巻出しロールＲ１に巻かれた金属基板Ｓに成膜処理を施す上で膜特性の均一性をさらに向上させることができる。
　・上記実施形態では、高周波電極３２を矩形平板状に具体化したが、高周波電極３２は例えば楕円板状であってもよく、該高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離が搬送方向Ｄにおいてλ／２よりも短く、鉛直方向Ｖにおいてλ／４よりも短い構成であればよい。
　・上記実施形態では、高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離を鉛直方向Ｖでλ／４より短くなるように構成した。これを変更して、成膜対象となる基板の主面を鉛直方向Ｖに対して傾斜させて搬送する場合や高周波電極３２の電極面を鉛直方向Ｖに対して傾斜させる場合等には、高周波電極３２における縁部と給電端部３６との間の距離を上記主面の面方向や電極面の面方向であって搬送方向Ｄと垂直である方向においてλ／４よりも短くする構成であってもよい。
　・上記実施形態では、基板搬送部を４つのロール対により具体化したが、基板搬送部は例えば１つのロール対により具体化されてもよく、一対のロールの各々を回転することで一方のロールに巻かれた基板を他方のロールへ搬送して該他方のロールで巻取る構成であればよい。
　・上記実施形態では、発電層形成部である１つの成膜チャンバ２３により発電層１２を成膜する構成にしたが、これに限らず発電層１２を２つ以上の成膜チャンバ２３により成膜する構成であってもよい。例えば、図９に示すように、複数の第１成膜室２３Ａ１を有する第１成膜装置２０Ａと、複数の第２成膜室２３Ａ２を有する第２成膜装置２０Ｂとを用い、トリプル構造の発電層を成膜する場合には、第１のｐｉｎ構造を第１成膜装置２０Ａで成膜し、次いで第２及び第３のｐｉｎ構造を第２成膜装置２０Ｂで成膜する構成であってもよい。
　・上記実施形態では、複数の高周波電極３２を、搬送方向Ｄだけでなく、金属基板Ｓの幅方向である鉛直方向Ｖに配列してもよい。例えば、図１０に示すように、基板Ｓと対向して搬送方向Ｄに沿って配列される複数の第１平板印加電極３２Ａと、同基板Ｓと対向して搬送方向Ｄに沿って配列される複数の第２平板印加電極３２Ｂとを、鉛直方向Ｖ（搬送方向Ｄと垂直な方向）において互いに離間して配置してもよい。この構成によれば、より短波長を使用するプロセスのために鉛直方向Ｖにおける各電極３２Ａ，３２Ｂの幅（電極長Ｌ２）が短くなる場合でも、基板Ｓの幅に対して電極が不足することを２つの電極３２Ａ，３２Ｂによって好適に防止することができる。
　・上記実施形態では、基板を金属基板に具体化したが、該基板をポリイミド等の耐熱性が高い樹脂基板に具体化してもよい。

Claims (18)

  1. 　薄膜太陽電池の製造装置であって、
    　真空槽に設けられた一対のロールを含み、該一対のロールを回転させて一方のロールから他方のロールに基板を搬送する基板搬送部と、
    　前記一対のロールの間で前記基板の搬送方向に沿って区画される複数の成膜室を含み、該複数の成膜室の各々で前記基板に半導体層を成膜して複数の半導体層の積層体である発電層を形成する発電層形成部と、を備え、
    　前記複数の成膜室の各々は、前記基板と対向して前記搬送方向に沿って配列される複数の平板印加電極を含み、該複数の平板印加電極の各々はＶＨＦ領域の高周波電力が給電される給電端部を有し、前記高周波電力の波長をλとするとき、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向に垂直な方向においてλ／４よりも短いことを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。
  2. 　前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向においてλ／２よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  3. 　前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向を含む前記平板印加電極の面内においてλ／４よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  4. 　前記基板搬送部は、その各々が前記一対のロールであって互いに隣合う第１及び第２のロール対を含み、
    　前記発電層形成部は、前記第１及び第２のロール対に共通する成膜室を含み、
    　前記共通する成膜室は、前記基板を挟んで前記複数の平板印加電極と対向する平板接地電極を含み、前記複数の平板印加電極又は前記平板接地電極は、前記第１及び第２のロール対で搬送される一対の基板の間に配置されて該一対の基板に共通する電極であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  5. 　前記複数の成膜室は、前記一対のロールの間でガスカーテンで区画され、
    　前記基板搬送部は、前記一方のロールにある前記基板が前記他方のロールに巻取られるまで前記一対のロールを連続的に回転することを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  6. 　前記搬送方向に隣接する前記複数の平板印加電極に対向して、該複数の平板印加電極に共通する１つの平板接地電極を備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  7. 　前記複数の成膜室の各々は更に、前記基板と対向して前記搬送方向に沿って配列される複数の第２平板印加電極を含み、該複数の第２平板印加電極は、前記搬送方向に垂直な方向において前記複数の平板印加電極から離間して位置することを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造装置。
  8. 　薄膜太陽電池の製造方法であって、
    　真空槽に設けられた一対のロールを回転させて一方のロールから他方のロールに基板を搬送すること、
    　前記基板を搬送しながら、前記一対のロールの間で前記基板の搬送方向に沿って区画された複数の成膜室で複数の半導体層の積層体である発電層を形成すること、を備え、
    　前記発電層を形成することは、前記基板と対向するように前記搬送方向に沿って配列された複数の平板印加電極にＶＨＦ領域の高周波電力を印加することを含み、前記高周波電力は前記複数の平板印加電極の各々に設けられた給電端部に給電され、前記高周波電力の波長をλとするとき、前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向に垂直な方向においてλ／４よりも短く設定されていることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  9. 　前記平板印加電極の縁部と前記給電端部との間の距離が、前記搬送方向においてλ／２よりも短く設定されていることを特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  10. 　前記基板は、耐食性のめっき被膜で覆われた厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄材であり、前記基板には、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化スズの少なくとも一つが銀薄膜とアルミニウム薄膜のいずれか一方に積層されてなる反射電極層が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  11. 　前記発電層を形成することは、
    　アモルファスシリコンゲルマニウムから第１発電層を形成すること、
    　アモルファスシリコンゲルマニウムから第２発電層を形成すること、
    　アモルファスシリコンから第３発電層を形成すること、を含み、
    　前記第１～第３発電層は前記基板側から順に積層されており、前記第１発電層のバンドギャップが前記第２発電層のバンドギャップよりも狭いことを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  12. 　前記発電層を形成することは、
    　微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、
    　微結晶シリコンから第２発電層を形成すること、
    　アモルファスシリコンから第３発電層を形成すること、を含み、
    　前記第１～第３発電層は前記基板側から順に積層されており、前記第１発電層と前記第２発電層とにより電圧を増幅することを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  13. 　前記発電層を形成することは、
    　微結晶シリコンから第１発電層を形成すること、
    　アモルファスシリコンから第２発電層を形成すること、を含み、
    　前記第１及び第２発電層は前記基板側から順に積層されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  14. 　前記発電層を形成することは更に、
    　前記第１発電層と前記第２発電層との間に酸化亜鉛薄膜を形成することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  15. 　前記発電層を形成することは更に、
    　前記第１発電層と前記第２発電層との間に、酸化シリコン薄膜と酸化チタン薄膜のいずれか一方を１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さで形成することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  16. 　前記発電層を形成した後に前記搬送方向に沿う前記基板の端部を折り曲げることを更に備えることを特徴とする請求項８～１５のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  17. 　前記基板を挟んで前記複数の平板印加電極と対向し、加熱源として機能する平板接地電極を設け、該平板接地電極と前記基板との間隙を０．０５ｍｍ～１ｍｍに保持しつつ前記基板を搬送することを特徴とする請求項８～１６のいずれか１つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  18. 　請求項８に記載の製造方法によって作製された薄膜太陽電池であって、
    　耐食性のめっき被膜で覆われた厚さ０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの鉄基板からなる前記基板と、
    　前記基板上に積層された反射電極層と、
    　前記反射電極層上に積層された前記発電層と、
    　前記発電層上に積層された透明電極層と、
    　前記透明電極層上に積層された保護層と、
    を備えることを特徴とする薄膜太陽電池。
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