WO2010032530A1 - 薄膜構造体及びその製造方法 - Google Patents

薄膜構造体及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2010032530A1
WO2010032530A1 PCT/JP2009/061816 JP2009061816W WO2010032530A1 WO 2010032530 A1 WO2010032530 A1 WO 2010032530A1 JP 2009061816 W JP2009061816 W JP 2009061816W WO 2010032530 A1 WO2010032530 A1 WO 2010032530A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
thin film
tension
manufacturing
roller
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/061816
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄人 和田
秀昭 松山
Original Assignee
富士電機アドバンストテクノロジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士電機アドバンストテクノロジー株式会社 filed Critical 富士電機アドバンストテクノロジー株式会社
Priority to JP2010529676A priority Critical patent/JPWO2010032530A1/ja
Publication of WO2010032530A1 publication Critical patent/WO2010032530A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
    • H01L31/1824—Special manufacturing methods for microcrystalline Si, uc-Si
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention includes a method for manufacturing a thin film structure in which a thin film having a rigidity higher than that of the substrate is formed on a long substrate, and a thin film structure having such a thin film, in particular, a microcrystalline silicon (silicon) solar cell.
  • the present invention relates to a thin film structure and a method for manufacturing the same.
  • a typical example of a solar cell (photoelectric conversion device) in which a plurality of photoelectric conversion elements formed on a long substrate are connected in series is a thin film solar cell.
  • Thin-film solar cells are expected to become the mainstream of solar cells in the future because they are thin and lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to increase in area, and are attached to building roofs and windows in addition to power supply. Demand is also expanding for commercial and general residential use.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-68126
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11-14560
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 9-63970
  • a value such as 100 N (about 3.9 MPa) is employed as the tension of the long substrate.
  • Patent Document 4 Patent No. 3659515
  • the tension control only the control as “a degree that does not sag” is disclosed.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and its purpose is to maintain the tension applied to the substrate at an appropriate value when manufacturing a thin film structure in which a thin film is formed on a long substrate. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thin film structure and a method for manufacturing the same, which can improve the quality and reliability of the product by improving the characteristic deterioration, peeling and handling properties of the thin film structure.
  • the present invention provides a method for manufacturing a thin film structure in which a thin film having a rigidity higher than that of a substrate is formed on a long substrate, and the substrate is made of a resin material.
  • the thin film is formed while holding the substrate with a tension of approximately 3 MPa or less and pressing a heating means against the portion of the substrate where the film is formed when the thin film is formed.
  • the thickness of the thin film is preferably about 1 ⁇ m or more.
  • this invention is the thin film structure manufactured by the said manufacturing method, and is comprised as follows. (1) A thin film structure having a thin film having a rigidity higher than that of a long substrate on a long substrate, and is formed in a state in which the substrate is held with a predetermined tension, for example, a tension not exceeding a predetermined value. Microcrystalline silicon having a film thickness of about 1 ⁇ m or more is provided. (2) A thin film structure having a thin film having a rigidity higher than that of a long substrate on a long substrate, and is formed in a state where the substrate is held with a predetermined tension, for example, a tension not exceeding a predetermined value. A microcrystalline silicon solar cell made of the thin film or a multi-junction solar cell thereof is provided.
  • the substrate is formed with tension applied to the substrate (in this state, the thin film is stress-free), and the substrate is formed after the film formation.
  • the tension is released, the substrate shrinks and tries to approach a free state.
  • the thin film receives compressive stress, it resists and does not deform. As a result, the deformation of the thin film is small and the substrate shrinks, that is, the substrate is curled convexly toward the thin film side.
  • the present invention is a method of manufacturing a thin film structure in which a thin film having a rigidity higher than that of a substrate is formed on a long substrate, wherein the substrate is made of a resin material, and the substrate has a thickness of about 3 MPa or less. Since the thin film is formed while the heating means is pressed against the portion of the substrate where the film is formed when the thin film is formed, the thin film is formed after the film is formed. Shrinkage deformation is reduced to prevent the substrate from curling convexly toward the thin film side.
  • the manufacturing method of the present invention by forming the thin film while maintaining the substrate tension within a range not exceeding about 3 MPa, the shrinkage deformation of the substrate is reduced, and the substrate is deformed to the same extent as the thin film side, and the substrate is curled convexly toward the thin film side. Therefore, it is possible to improve the characteristic deterioration, peeling and handling properties of the thin film structure. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, the quality of the product can be improved and the reliability of the product can be increased.
  • the thickness of the thin film is about 1 ⁇ m or more and about 2 ⁇ m, further effects can be obtained.
  • the present invention also provides a thin film structure having a thin film having a rigidity higher than that of a thin substrate on a long substrate, the fine film comprising the thin film formed in a state where the substrate is held under a predetermined value of tension. Since it comprises a crystalline silicon solar cell or a multi-junction solar cell having a thickness of approximately 1 ⁇ m or more, comprising a crystalline silicon, or a film formed of the thin film formed with a predetermined tension applied to the substrate.
  • the thin film structure has excellent quality and high reliability.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the thin film manufacturing apparatus which enforces the manufacturing method of the thin film structure which concerns on embodiment of this invention. It is a graph which shows the relationship between the tension
  • A) is a cross-sectional plan view schematically showing the film forming chamber shown in FIG. 1, and
  • B) is a front view seen from the line BB of (A). It is a perspective view which shows typically an example of the grip roller in FIG. 3, and its attachment apparatus. It is a front view which shows the grip roller of FIG. 4, and its attachment apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film manufacturing apparatus for performing a method of manufacturing a thin film structure according to an embodiment of the present invention.
  • the thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment employs a roll-to-roll system, as shown in FIG. 1, and includes an unwinding chamber 3 in which an unwinding roller 3a and a guide roller 3b are accommodated, A take-up chamber 4 in which the take-up roller 4a and the guide roller 4b are accommodated, and a plurality of film forming chambers 1 arranged between the unwind chamber 3 and the take-up chamber 4 along the transport direction of the substrate 2 are provided. ing.
  • a long substrate 2 made of a resin material is wound around the unwinding roller 3a.
  • the long substrate 2 passes from the unwinding roller 3 a provided in the unwinding chamber 3 through the guide roller 3 b, penetrates the plurality of film forming chambers 1, and is provided in the winding chamber 4.
  • the roller 4b is wound around the winding roller 4a. For this reason, the long substrate 2 is held in a state where a predetermined value of tension is applied by the unwinding roller 3a and the winding roller 4a.
  • a gate valve (gate valve) 5 is installed in each of the film forming chambers 1 adjacent to the unwinding chamber 3 and the winding chamber 4 and each of the film forming chambers 1 adjacent to each other. Each chamber is separated by the valve 5 so that the reaction gases are not mixed with each other.
  • the source gas is configured to be supplied into each film forming chamber 1 with its flow rate adjusted by a mass flow controller (not shown) or the like.
  • a mass flow controller not shown
  • a heater 6 pressed against the substrate 2 and a heater 6 are opposed to the heater 6.
  • a high-frequency electrode 7 arranged at a constant interval is provided.
  • a high-frequency power source (not shown) is connected to the high-frequency electrode 7 through a matching unit.
  • an exhaust system 9 is connected to each film forming chamber 1 via a pressure control valve 8.
  • each film formation chamber 1 is controlled by the pressure control valve 8 and the exhaust system 9, and then the high-frequency electrode 7, the heater 6, A thin film structure having a thin film having rigidity higher than that of the substrate 2 on the long substrate 2 by applying a high-frequency current between them and forming a thin film on a predetermined portion of the substrate 2 with the generated plasma (plasma) Will be obtained.
  • each film formation chamber 1 is partitioned by the gate valve 5 and the substrate 2 is fixed, film formation is performed.
  • a gas gate is provided between the film formation chambers 1 instead of the gate valve 5 to form the substrate 2.
  • the thin film may be formed while continuously conveying the film. If the gas composition is the same, the gate valve 5 and the gas gate need not be provided.
  • a polyimide (PI) substrate is used as a resin material, but it is also possible to use a substrate 2 made of resin such as polyamide, polyimide amide, PEN, PEI, and PET.
  • the thickness of the substrate 2 is about 50 ⁇ m from the viewpoint of cost, but a substrate having a size other than that may be selected.
  • the width of the substrate is 30 cm, it is possible to use a substrate having an arbitrary width as long as it can be controlled to about 50 cm, 1 m, and 2 m.
  • the film thickness of the thin film formed in the film forming chamber 1 is approximately 1 ⁇ m or more. For example, when a single cell of microcrystalline silicon is formed, when the thickness of the thin film is 2 ⁇ m, the thickness of the n layer and the p layer is 10 to 30 nm, and the rest is the thickness of the i layer. .
  • a thin film is formed on the substrate 2 while maintaining a tension that does not exceed a predetermined value, specifically, a tension of the substrate 2 within a range of about 3 MPa or less.
  • a tension of the substrate 2 within a range of about 3 MPa or less.
  • the thin film structure manufacturing method since the substrate 2 is held with a small tension, the substrate 2 may be slackened or dropped. Therefore, in order to prevent the substrate 2 from dropping, it is possible to additionally provide a grip roller 11 as shown in FIGS. 3 to 5 in the thin film manufacturing apparatus of this embodiment. That is, as shown in FIG. 3A, a pair of grip rollers 11 that sandwich the substrate 2 are provided outside the substrate inlet and the substrate outlet of each film formation chamber 1.
  • These grip rollers 11 are arranged at both the upper end of the substrate 2 in the vertical direction and the lower end of the substrate 2 in the vertical direction.
  • wall portions 10 a and 10 b having a U-shaped cross-section that form the wall 10 of the film forming chamber 1 are disposed to face each other.
  • These wall portions 10a and 10b are configured to be movable when the film is formed until the tips of the walls 10a and 10b come into close contact with the surface of the substrate 2, and the tips of the walls 10a and 10b are located inside the film forming chamber 1.
  • a sealing material (not shown) is attached to make the airtight state.
  • the grip roller 11 is disposed obliquely with respect to the horizontal direction. That is, the upper grip roller 11 is disposed so that the rotation direction of the roller is tilted upward with an angle ⁇ U with respect to the transport direction (that is, the horizontal direction) of the substrate 2.
  • ⁇ U is preferably 0.1 ° to 6 °. As the angle ⁇ U is larger, the force for lifting the substrate 2 becomes larger.
  • the lower grip roller 11 is also the direction of rotation of the roller transport direction of the substrate 2 (i.e., horizontal direction) are arranged inclined by angling theta L downward relative. As described above, when the angle ⁇ L is provided between the rotation direction of the lower grip roller 11 and the transport direction of the substrate 2, wrinkles are generated on the surface of the substrate 2 when the substrate 2 is transported in the horizontal direction. It becomes possible to prevent it more.
  • This angle ⁇ L is preferably 0.1 ° to 6 °.
  • the angles ⁇ U and ⁇ L may be the same angle or different angles.
  • the pair of grip rollers 11 are rotatably attached to the lower ends of the pair of roller support shafts 21.
  • the upper end of one roller support shaft 21 is fixed to the lower surface of the roller fixing piece 22, and the upper end of the other roller support shaft 21 is fixed to the lower surface of the roller movable piece 23.
  • a rotation support member 24 is provided on the upper surface of the roller fixed piece 22, and one end of a U-shaped handle member 25 is provided on the upper surface of the roller movable piece 23.
  • the other end of the handle member 25 is rotatably attached to the rotation support member 24 and the hinge 26 as a fulcrum.
  • the substrate 2 can be sandwiched between the pair of grip rollers 11 or the distance between the pair of grip rollers 11 can be separated.
  • the rotation support member 24 and the other end side of the handle member 25 are coupled by a tension spring 27.
  • the tension spring 27 has the longest length. It is configured to be shorter. The pressure applied by the pair of grip rollers 11 to the substrate 2 can be adjusted by the strength of the tension spring 27.
  • a lever 28 is attached to the other end side of the handle member 25 so as to be rotatable about a hinge 29 as a fulcrum.
  • the rotation axis of the hinge 29 is arranged so as to be perpendicular to the rotation axis of the hinge 26.
  • the roller fixing piece 22 is fixed to the surface of the fixing plate 30, and a bar 31 protrudes from the surface of the fixing plate 30.
  • the bar 31 is located on the track of the other end of the lever 28 when the hinge 26 is rotated. That is, the bar 31 is in a position where it contacts the other end of the lever 28 and prevents the handle member 25 from rotating. Further, when the lever 28 is rotated with the hinge 29 as a fulcrum and the other end of the lever 28 is released from the bar 31, the handle member 25 can be freely rotated.
  • the grip roller 11, as shown in FIG. 5, are arranged inclined by angling theta U upward rotation direction of the roller relative to the conveying direction of the substrate 2.
  • the angle ⁇ U between the rotation direction of the grip roller 11 and the conveyance direction of the substrate 2 may be fixed at a certain angle, or the angle can be changed during film formation. Also good.
  • it is preferably configured to adjust the angle. By using the center point O as a fulcrum, it is possible to prevent wrinkles from occurring on the substrate 2 or meandering of the substrate 2.
  • the grip roller 11 is preferably made of a contact surface with the substrate 2 made of heat-resistant rubber such as silicon rubber or fluorine rubber, or synthetic resin such as PTFE or polyimide. A material obtained by chromium plating on stainless steel or iron may be used.
  • the manufacturing apparatus of this embodiment is provided with a control means (not shown) for controlling the transfer and stop of the substrate 2 and the movement of the wall 10 of each film forming chamber 1. This control means can perform control by changing the angles ⁇ U and ⁇ L of the grip roller 11 according to the degree of meandering of the substrate 2.
  • an electrode having a size of 250 mm square was used as the high-frequency electrode 7.
  • the discharge frequency was 27.1 MHz, and the film thickness was approximately 2 ⁇ m as described above. Detailed conditions are as shown in Table 1 below.
  • the deformation of the substrate 2 obtained by applying the above-described tension is shown in FIG. 2 by its radius of curvature.
  • the horizontal axis represents the tension of the substrate 2, and the vertical axis represents the radius of curvature of the substrate 2.
  • FIG. 2 there was a tendency for the stress to decrease and the radius of curvature to increase by reducing the tension applied to the substrate 2.
  • Table 2 to be described later it was found that when the tension exceeded approximately 3 MPa, it could not be put to practical use in both yield and wetness tests.
  • a microcrystalline silicon solar cell in which an i layer was formed was formed.
  • the film forming conditions including other layers are shown in Table 1 above.
  • the tension of the substrate was 0.6 to 20 MPa.
  • Table 2 shows the tension of the substrate 2 during film formation, the initial characteristics of the solar cell, the yield, and the characteristics after the wet test. As shown in Table 2, it has been clarified that when the tension is set to 3 MPa or less, the characteristics are stabilized, the yield is improved due to improved handling, and the weather resistance is also stabilized. .
  • the temperature was 85 ° C.
  • the humidity was 85%
  • the test time was 1000H
  • the judgment criteria were that there was no characteristic deterioration and no change in appearance.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
  • the thin film formed on the substrate 2 is described as a single cell having an n layer, a p layer, and an i layer, but the present invention is a single, triple, four layer, and five layer. Any of the cells may be used.

Abstract

　長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜構造体の製造時において、基板に掛ける張力を適正値に保持して、薄膜構造体の特性低下、剥離、ハンドリング性を改善する。 本発明は、長尺の基板２上にこの基板２よりも剛性の高い薄膜を形成する薄膜構造体の製造方法であり、基板２に略３ＭＰａ以下の範囲の張力を掛けて保持し、薄膜の形成時に基板２の膜が形成される部分に加熱手段のヒータ６を押し当てながら薄膜を形成している。

Description

薄膜構造体及びその製造方法
　本発明は、長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を形成する薄膜構造体の製造方法、及びこのような薄膜を有する薄膜構造体、特に微結晶シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）太陽電池を備えた薄膜構造体及びその製造方法に関する。
　住宅の屋根、ビルディング（ｂｕｉｌｄｉｎｇ）の屋上等に設置することにより、太陽光を利用して電力を発生する太陽電池は、その資源（太陽光）が無限であること、無公害であることから注目を集めている。そして、長尺の基板上に形成された複数の光電変換素子が直列接続されている太陽電池（光電変換装置）の代表例としては、薄膜太陽電池がある。
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などに取り付けて利用される業務用、一般住宅用にも需要が広がって来ている。
　かかる薄膜太陽電池は、非晶質シリコン太陽電池が主たるターゲット（ｔａｒｇｅｔ）であり、例えば特許文献１（特開２００４－６８１２６号公報）、特許文献２（特開平１１－１４５０６０号公報）、特許文献３（特開平９－６３９７０号公報）等に示されるように、長尺の樹脂基板上に製膜する方法が開示されている。かかる従来の製膜方法では、長尺の基板の張力として、１００Ｎ（３．９ＭＰa程度)のような値が採用されている。
　この張力の基準は、製膜時に皺の発生を防止するために張力を抑制し、もしくは皺の張り付きを防止するために張力を高くする、などといった点に留意している。
また、現在開発が進められている微結晶シリコン太陽電池、例えば特許文献４（特許３６５９５１５号公報）においては、効率向上のために、長尺のステンレス（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）製基板上への製膜において、張力の制御としては「たるまない程度」としての制御のみが開示されている。
特開２００４－６８１２６号公報 特開平１１－１４５０６０号公報 特開平９－６３９７０号公報 特許３６５９５１５号公報
　ところで、長尺の樹脂基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する場合、非晶質シリコンと比べて膜厚が厚くなるため、応力の影響による基板の変形が大きくなる。
すなわち、
（１）基板の張力が強いと、加熱、製膜により基板の剛性が低下し、前記張力による幅方向に縮まる力により基板に皺ができる。
（２）基板の温度が高くて剛性が低下している状態で、製膜時のロール（ｒｏｌｌ）との間に強い力が働くと、ロール面で折れて「折れ皺」が発生する。
（３）高い温度の基板を急激に冷却すると、皺の部分に強い力が集中して前記「折れ皺」が発生する。
（４）張力を下げると、変形は少なくなるが、ロール間で基板がたるんでしまう。
等の問題がある。上記特許文献１～４は、これらの点を考慮して基板の搬送方法に工夫を施したり、搬送系を特定の構成にしたりして、基板における皺の発生を抑制しているが、十分な効果を得ているとは言い難かった。また更に、製膜時に基板に部材が押し当てられている場合においては、製膜及び搬送時に基板の変形による皺は抑制できても、逆に張力を解放した際に皺ができ、以下の工程でトラブルの原因となる。
一方、本願発明者らの検討の結果、基板の張力による変形が大きいと、初期特性が低下し、高温高湿試験のような環境試験での特性低下が大きいといった問題が発生し易いということが明らかになった。
また、太陽電池以外の場合においても、かかる張力による基板の変形が大きくなると、それ以降のプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）においてハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）が困難になり、あるいは剥離し易くなるといった問題が生ずることが明らかになった。
　本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜構造体の製造時において、基板に掛ける張力を適正値に保持することにより、薄膜構造体の特性低下、剥離、ハンドリング性を改善し、製品の品質及び信頼性の向上を図ることが可能な薄膜構造体及びその製造方法を提供することにある。
　上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を形成する薄膜構造体の製造方法であって、前記基板が樹脂材からなり、前記基板に略３ＭＰａ以下の範囲の張力を掛けて保持し、前記薄膜の形成時に前記基板の膜が形成される部分に加熱手段を押し当てながら薄膜を形成している。
　本発明において、前記薄膜の膜厚が略１μm以上であることが好ましい。
　また、本発明は、前記製造方法により製造された薄膜構造体であり、次のように構成されている。
（１）長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体であって、前記基板に所定値の張力、例えば所定値を超えない張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる膜厚が略１μm以上の微結晶シリコンを備えている。
（２）長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体であって、前記基板に所定値の張力、例えば所定値を超えない張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる微結晶シリコン太陽電池もしくはその多接合太陽電池を備えている。
一般に、長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体においては、基板に張力を掛けた状態で製膜し（この状態では薄膜は応力フリー）、その製膜後に基板への張力を解放すると、基板は縮み、フリーな状態に近づこうとする。しかし、薄膜は圧縮応力を受けるため、抵抗して変形しない。
以上の結果により、薄膜の変形が小さく、基板が縮む、すなわち基板が薄膜側に凸にカール（ｃｕｒｌ）されることになる。
上述の如く、本発明は、長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を形成する薄膜構造体の製造方法であって、前記基板が樹脂材からなり、前記基板に略３ＭＰａ以下の範囲の張力を掛けて保持し、前記薄膜の形成時に前記基板の膜が形成される部分に加熱手段を押し当てながら薄膜を形成しているので、前記製膜後で張力の解放時における基板の縮み変形を縮小して、基板が薄膜側に凸にカールされるのを防止している。
すなわち、基板の張力を略３ＭＰa を超えない範囲で保持して薄膜を形成することにより、基板の縮み変形を縮小して、薄膜側と同等に変形させて基板が薄膜側に凸にカールされるのを防止しているため、薄膜構造体の特性低下、剥離、ハンドリング性を改善することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、製品の品質を向上させることができるとともに、製品の信頼性を高めることができる。
また、本発明において、前記薄膜の膜厚が略１μm以上で２μm程度であれば、より一層の効果が得られる。
また、本発明は、長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体であって、前記基板に所定値の張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる微結晶シリコンを備え、あるいは前記基板に所定値の張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる膜厚が略１μm以上の微結晶シリコン太陽電池もしくはその多接合太陽電池を備えているので、優れた品質を有し、かつ高い信頼性を有する薄膜構造体となる。
本発明の実施形態に係る薄膜構造体の製造方法を実施する薄膜製造装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る薄膜構造体の製造方法において掛けた張力と基板の変形との関係を示すグラフである。 （Ａ）は図１に示す成膜室を模式的に拡大した断面平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線から見た正面図である。 図３におけるグリップローラとその付属装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図４のグリップローラとその付属装置を示す正面図である。
　以下、本発明に係る薄膜構造体及びその製造方法について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る薄膜構造体の製造方法を実施する薄膜製造装置の概略構成図である。
　本実施形態に係る薄膜製造装置は、図１に示すように、ロールツーロール方式を採用しており、巻出しローラ３ａ及びガイドローラ（ｇｕｉｄｅ　ｒｏｌｌｅｒ）３ｂが収容される巻出し室３と、巻取りローラ４ａ及びガイドローラ４ｂが収容される巻取り室４と、これら巻出し室３及び巻取り室４の間で基板２の搬送方向に沿って配置される複数の成膜室１とを備えている。巻出しローラ３ａには、樹脂材からなる長尺の基板２が巻かれている。この長尺の基板２は、巻出し室３内に設けられた巻出しローラ３ａからガイドローラ３ｂを通って、複数の成膜室１内を貫通し、巻取り室４内に設けられたガイドローラ４ｂを経て、巻取りローラ４ａに巻取られるようになっている。このため、長尺の基板２は、巻出しローラ３ａと巻取りローラ４ａとによって、所定値の張力が掛けられた状態で保持されている。
　巻出し室３及び巻取り室４のそれぞれに隣接する成膜室１と、互いに隣接する各成膜室１には、ゲートバルブ（仕切り弁、ｇａｔｅ　ｖａｌｖｅ）５がそれぞれ設置されており、該ゲートバルブ５により各室が分離され、反応ガスが互いに混ざらないようになっている。なお、原料ガスは、図示しないマスフローコントローラ（Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などによって流量を調整されて、各成膜室１内に供給されるように構成されている。
　また、各成膜室１内には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で基板２に薄膜を形成するために、基板２に押し付けられた加熱手段のヒータ６と、該ヒータ６に対向して一定の間隔を置いて配置された高周波電極７が設けられている。この高周波電極７には、整合器を介して図外の高周波電源が接続されている。また、各成膜室１内には、圧力制御バルブ８を介して排気系９がそれぞれ接続されている。
したがって、成膜時には、各成膜室１に原料ガスが導入された後、圧力制御バルブ８及び排気系９によって各成膜室１内の圧力が制御され、その後に高周波電極７とヒータ６との間に高周波電流を印加し、発生したプラズマ（ｐｌａｓｍａ）で基板２の所定部分に薄膜を形成することによって、長尺の基板２上に当該基板２よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体が得られることになる。
なお、各成膜室１はゲートバルブ５で仕切り、基板２は固定した状態で成膜を行うものとしたが、各成膜室１の間にゲートバルブ５の代わりにガスゲートを設けて基板２を連続的に搬送しながら薄膜を形成しても良い。また、ガスの組成が同じであれば、ゲートバルブ５やガスゲートを設けなくても良い。
　上記基板２には、樹脂材としてポリイミド（ＰＩ）基板を用いているが、それ以外にポリアミド、ポリイミドアミド、ＰＥＮ、ＰＥＩ、ＰＥＴなどの樹脂製の基板２を用いることも可能である。
　また、基板２の厚さは、コストの面から５０μm程度としているが、それ以外のサイズのものを選んでも良い。さらに、基板の幅は３０ｃｍとしているが、５０ｃｍ、１ｍ、２ｍ程度と制御可能であれば任意の幅のものを用いることも可能である。
成膜室１で成膜される薄膜の膜厚は、略1μm以上とする。例えば、成膜するのが微結晶シリコンのシングルセルの場合には、薄膜の膜厚さ２μmのときに、ｎ層、ｐ層の厚さを１０～３０ｎｍとし、残りがｉ層の厚さとなる。
一方、成膜時において、上記基板２には所定値を超えない張力、すなわち具体的には、基板２の張力を略３ＭＰａ以下の範囲で保持した状態で薄膜を形成している。これによって、成膜後に行われる張力の解放時における基板２の縮み変形を縮小して、基板２が薄膜側に凸にカールされるのを防止している。
すなわち、基板２の張力を略３ＭＰa 以下の範囲である２ＭＰａで保持して薄膜を形成することにより、基板２の縮み変形を縮小しているため、薄膜側と同等に変形して基板２が薄膜側に凸にカールされるのを防止し、薄膜構造体の特性低下、剥離、ハンドリング性を改善することが可能となる。
なお、本実施形態に係る薄膜構造体の製造方法においては、基板２を小さい張力で保持することから、基板２のたるみや落下などを生じる可能性がある。そこで、このような基板２の落下などを防止するため、本実施形態の薄膜製造装置には、図３～図５に示すようなグリップローラ１１を追加して設けることも可能である。
すなわち、各成膜室１の基板入口及び基板出口の外側には、図３（Ａ）に示すように、基板２を挟む一対のグリップローラ１１がそれぞれ設けられている。これらグリップローラ１１は、基板２の鉛直方向上側の端部と基板２の鉛直方向下側の端部の両方に配置されている。一方、基板２の両面側には、成膜室１の壁１０を形成する断面コ字状の壁部１０ａ，１０ｂが互いに対向して配設されている。これら壁部１０ａ，１０ｂは、成膜する際に、その先端部が基板２の表面に密着するまで移動可能に構成されており、壁部１０ａ，１０ｂの先端部には、成膜室１内を気密状態にするためのシール材（図示せず）が取付けられている。
グリップローラ１１は、図３（Ｂ）に示すように、水平方向に対して斜めに配置されている。すなわち、上側のグリップローラ１１は、ローラの回転方向を基板２の搬送方向（すなわち、水平方向）に対して上方に角度θＵを付けることで傾けて配置されている。このように、上側のグリップローラ１１の回転方向と基板２の搬送方向との間に角度θＵを付けると、基板２が水平方向に搬送される際に、基板２を上方に持ち上げる力が発生して、基板２の鉛直方向における位置を精度高く維持することが可能となる。この角度θＵは、０．１°～６°が好ましい。角度θＵが大きいほど基板２を持ち上げる力は大きくなるが、角度θＵが６°を超えるかまたはローラ自身の静止摩擦力を超えると、基板２を持ち上げる力はほとんど向上しなくなる。
また、下側のグリップローラ１１も、ローラの回転方向を基板２の搬送方向（すなわち、水平方向）に対して下方に角度θＬを付けることで傾けて配置されている。このように、下側のグリップローラ１１の回転方向と基板２の搬送方向との間に角度θＬを付けると、基板２が水平方向に搬送される際に、基板２の表面に皺が発生するのをより防ぐことが可能となる。この角度θＬは、０．１°～６°が好ましい。角度θＵとθＬは同じ角度でもよいし、異なる角度でもよい。
次に、グリップローラ１１とその付属装置の構成について説明する。
一対のグリップローラ１１は、図４及び図５に示すように、一対のローラ支持用軸２１の下端にそれぞれ回転可能に取付けられている。一方のローラ支持用軸２１の上端は、ローラ固定片２２の下面に固定され、他方のローラ支持用軸２１の上端は、ローラ可動片２３の下面に固定されている。
ローラ固定片２２の上面には、回転支持部材２４が設けられ、ローラ可動片２３の上面には、コ字状のハンドル部材２５の一端が設けられている。ハンドル部材２５の他端は、回転支持部材２４とヒンジ２６を支点に回転可能に取付けられている。そして、ヒンジ２６を支点にローラ可動片２３を回転させることで、一対のグリップローラ１１間で基板２を挟んだり、一対のグリップローラ１１間の距離を離したりできるように構成されている。回転支持部材２４とハンドル部材２５の他端側とは、引っ張りバネ２７で結合されており、一対のグリップローラ１１間で基板２を挟んだ状態のときに、引っ張りバネ２７の長さが一番短くなるように構成されている。基板２に対する一対のグリップローラ１１の加圧力は、引っ張りバネ２７の強さにより調整可能である。
また、ハンドル部材２５の他端側には、レバー２８の一端がヒンジ２９を支点に回転可能に取付けられている。このヒンジ２９の回転軸は、ヒンジ２６の回転軸に対して垂直方向となるように配置されている。ローラ固定片２２は、固定用板３０の表面に固定されており、この固定用板３０の表面には、バー３１が突出して設けられている。このバー３１は、ヒンジ２６を回転させた時のレバー２８の他端の軌道上に位置している。すなわち、バー３１は、レバー２８の他端と接触してハンドル部材２５の回転を妨げる位置にある。また、ヒンジ２９を支点にしてレバー２８を回転させ、レバー２８の他端をバー３１から逃がした場合には、ハンドル部材２５が自由に回転できるように構成されている。
なお、グリップローラ１１は、図５に示すように、ローラの回転方向を基板２の搬送方向に対して上方に角度θＵを付けることで傾けて配置されている。グリップローラ１１の回転方向と基板２の搬送方向との間の角度θＵは、ある一定の角度に固定されていてもよいし、成膜中にも角度を変えることができるようになっていてもよい。角度θＵを変える場合は、グリップローラ１１の回転軸の中心点Ｏを支点にして、角度調整を行うように構成することが好ましい。中心点Ｏを支点にすることで、基板２に皺が発生したり、基板２が蛇行したりすることを防ぐことが可能となる。
これまで、上側のグリップローラ１１とその付属装置の構成について説明してきたが、下側のグリップローラ１１とその付属装置も上下逆になるが、同様の構成にすることができる。また、グリップローラ１１は、基板2との接触面がシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴム、ＰＴＦＥやポリイミド等の合成樹脂で作られていることが好ましい。ステンレス鋼や鉄にクロムめっきを施した素材であってもよい。
さらに、本実施形態の製造装置には、基板２の搬送及び停止、並びに各成膜室１の壁１０の移動を制御する制御手段(図示せず)が設けられている。この制御手段は、基板２の蛇行の程度に応じて、グリップローラ１１の角度θＵ、θＬを変化させて制御を行うことが可能である。
　上記半導体層の成膜には、高周波電極７としてサイズが２５０ｍｍ角の電極を使用した。また、放電周波数は２７．１ＭＨｚ、上記のように膜厚は略２μｍとした。詳細な条件は、以下の表１に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　
上記した大きさの張力を付与して得られた基板２の変形は、その曲率半径により図２に示されている。横軸は基板２の張力、縦軸は基板２の曲率半径としている。この図２に示されるように、基板２に印加する張力を減少させることで応力が減少し、曲率半径が増加する傾向が見られた。
　また、後述する表２に示すように、張力が略３ＭＰaを超えると、歩留まり、湿潤試験の双方で、実用に供し得ないことが分かった。
本発明の実施の形態で示した条件で、ｉ層を成膜した微結晶シリコン太陽電池を形成した。他の層を含めた成膜条件は上記の表１に示されている。基板の張力は、０．６～２０ＭＰａとした。
成膜時の基板２の張力、太陽電池の初期特性、歩留まり、湿潤試験後の特性は、以下の表２に示されている。この表２に示されるように、張力は３ＭＰa以下にすることで特性が安定すること、そしてハンドリングが改善されるために歩留まりが高くなること、耐候性に関しても安定化することが明らかになった。
なお、高温高湿試験は、温度８５℃、湿度８５％、試験時間１０００Ｈで、判断基準は特性低下がないこと、外観変化が無いこととした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、基板２上に形成される薄膜がｎ層、ｐ層、ｉ層のシングルセルで説明しているが、本発明は、シングル、トリプル、４層、５層のいずれのセルでも良い。
　　１　成膜室
　　２　基板
　　３　巻出し室
　　３ａ　巻出しローラ
　　４　巻取り室
　　４ａ　巻取りローラ
　　５　ゲートバルブ
　　６　ヒータ
　　７　高周波電極
　　８　圧力制御バルブ
　　９　排気系

Claims (4)

  1. 　長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を形成する薄膜構造体の製造方法であって、前記基板が樹脂材からなり、前記基板に略３ＭＰａ以下の範囲の張力を掛けて保持し、前記薄膜の形成時に前記基板の膜が形成される部分に加熱手段を押し当てながら薄膜を形成することを特徴とする薄膜構造体の製造方法。
  2. 　前記薄膜の膜厚が略１μm以上であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜構造体の製造方法。
  3. 長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体であって、前記基板に所定値の張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる膜厚が略１μm以上の微結晶シリコンを備えたことを特徴とする薄膜構造体。
  4. 長尺の基板上に該基板よりも剛性の高い薄膜を有する薄膜構造体であって、前記基板に所定値の張力を掛けて保持した状態で形成した前記薄膜からなる微結晶シリコン太陽電池もしくはその多接合太陽電池を備えたことを特徴とする薄膜構造体。
PCT/JP2009/061816 2008-09-18 2009-06-29 薄膜構造体及びその製造方法 WO2010032530A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010529676A JPWO2010032530A1 (ja) 2008-09-18 2009-06-29 薄膜構造体及びその製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-238851 2008-09-18
JP2008238851 2008-09-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010032530A1 true WO2010032530A1 (ja) 2010-03-25

Family

ID=42039374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/061816 WO2010032530A1 (ja) 2008-09-18 2009-06-29 薄膜構造体及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2010032530A1 (ja)
WO (1) WO2010032530A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012026031A (ja) * 2010-06-24 2012-02-09 Fuji Electric Co Ltd 薄膜積層体製造装置およびその運転方法
JP2013002694A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Ulvac Japan Ltd 加熱処理装置、及びシート表面処理装置
KR101610783B1 (ko) * 2014-06-26 2016-04-08 주식회사 아르케 플렉서블 기판의 처리 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223375A (ja) * 2000-02-10 2001-08-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 可撓性基板の搬送装置及び成膜装置
JP2002371357A (ja) * 2001-06-14 2002-12-26 Canon Inc シリコン系薄膜の形成方法、シリコン系薄膜及び半導体素子並びにシリコン系薄膜の形成装置
JP2004068126A (ja) * 2002-08-09 2004-03-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 薄膜形成装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006045593A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Fuji Electric Holdings Co Ltd 基板処理装置および基板処理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223375A (ja) * 2000-02-10 2001-08-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 可撓性基板の搬送装置及び成膜装置
JP2002371357A (ja) * 2001-06-14 2002-12-26 Canon Inc シリコン系薄膜の形成方法、シリコン系薄膜及び半導体素子並びにシリコン系薄膜の形成装置
JP2004068126A (ja) * 2002-08-09 2004-03-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 薄膜形成装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012026031A (ja) * 2010-06-24 2012-02-09 Fuji Electric Co Ltd 薄膜積層体製造装置およびその運転方法
JP2013002694A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Ulvac Japan Ltd 加熱処理装置、及びシート表面処理装置
KR101610783B1 (ko) * 2014-06-26 2016-04-08 주식회사 아르케 플렉서블 기판의 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010032530A1 (ja) 2012-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4841023B2 (ja) 成膜装置及び太陽電池の作製方法
WO2010073955A1 (ja) 可撓性基板の処理装置
JP4840712B2 (ja) 薄膜積層体の製造装置および方法
JP2009038276A (ja) 薄膜積層体の製造装置
WO2010087218A1 (ja) 可撓性基板の位置制御装置
US20130149555A1 (en) Transparent conductive film and manufacturing method therefor
WO2010032530A1 (ja) 薄膜構造体及びその製造方法
WO2020093930A1 (zh) 极片辊压装置及极片辊压方法
JP2009057632A (ja) 薄膜積層体の製造装置
WO2011070960A1 (ja) 可撓性基板の搬送装置
CN111883786A (zh) 一种图案格式连续转印制备膜电极ccm的装置与方法
US20120247389A1 (en) Apparatus for manufacturing thin film stacked member
CN102983216B (zh) 制造cigs薄膜太阳能电池的吸收层的反应装置及方法
JP2015188776A (ja) 両面塗工装置、両面塗工方法および塗膜形成システム
JP2000261015A (ja) 太陽電池成膜装置
JP5018523B2 (ja) 薄膜積層体の製造装置
CN110629191A (zh) 一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置及方法
JP3560134B2 (ja) 薄膜半導体の製造装置
JP5315228B2 (ja) 成膜装置及び太陽電池の作製方法
JP2013084383A (ja) 電池用電極の製造方法及び製造装置
JP2009270161A (ja) 薄膜製造装置
JP2011032554A (ja) 薄膜積層体製造装置
JP5838944B2 (ja) 燃料電池用電解質膜に用いられる補強膜の製造方法
KR102249556B1 (ko) 코팅층의 크랙을 방지할 수 있는 롤투롤 인쇄방법
JP2012146818A (ja) 薄膜の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09814375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010529676

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09814375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1