JPH027575A - 重合体ウエブ基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリイミドウェブ基板上に無定形シリコンデバイスを造
る典型的なやり方には、ポリイミド基板をポリイミドの
熱的限界温度（すなわち約３５０℃）に近い温度におけ
る２００−３００ミリトルでの脱ガス工程が含まれる。

次に、このポリイミドウェブの一表面上に電導性金属を
蒸着させる。

この金属層で無定形シリコン層の下側との電気的接触体
が得られる。この生産段階で、片面に蒸着した金属の電
気的接触体を持ったウェブは無定形シリコン蒸着装置に
移される。この移動工程でポリイミドウェブは大気にさ
らされる。この露出によってガス、特に大気からの水蒸
気、が再吸着される。このために、無定形シリコンを蒸
着させるに先立って第二回目の脱ガス工程を行なうこと
を要する。

無定形シリコンデバイスの例が米国特許用４゜６９７．
０４１号（オカニワら）に記載されている。このデバイ
スはＶ４層構造で米国特許用４，４３８．７２３号に記
載のロールからロールへの方法で造られている。この積
層製品は底面から表面に向かって、ポリイミドウェブ、
ＭＵＭ好ましくはステンレス鋼でコートしたアルミニウ
ム層のバイメタル層、無定形シリコン層、となっている
。

全体的に、アルミニウムとステンレス鋼の層が底部電極
を構成し、アルミニウムは高い電導性を与えアルミニウ
ムを被覆するステンレス鋼は強度と耐火性を与える。得
られた製品は太陽電池とじて有用である。

オカニワらの特許°はまた電極層はステンレス鋼の単層
でもよいが、積層よりは好ましくないと記載している。

金属電極層は好ましくは０．３ミクロン以上の厚さにし
て電気抵抗を減らし、機械的強度を充分にさせる。

米国特許用４．３２１．２９９号（Ｆｒａｚｅｒ）はポ
リイミドフィルムを使った太陽帆の製造り法を記してい
る。支持フィルムがポリイミドを加工する闇使われてい
る。ポリイミドフィルムの片面を蝕刻して、クロムなど
の放射層をコートする。次に支持フィルムとポリイミド
フィルムを離し、ポリイミドフィルムの反対側をアルミ
ニウムなどの反射材料でコートする。二つのフィルムは
次いで単一の巻取りロールに一緒に巻く。

米国特許用４，０２２，５８５号（Ｋａｙｅ）は高級な
組成材表面を封止して湿気や他の汚染物から防ぐ方法を
記している。先ず表面を均一にすりはがして電金度で金
属コーテング施工をする。この金属コーテングを次いで
溶融させこの金属メツキ上に溶融金属を表面コーテング
金属と共に施こした後固化させるのである。

米国特許用４．６５０．９８４号（フルシマら）、米国
特許用４．６８３．１７６号（ナカムラら）、米国特許
用４．５４４．５７１号（Ｍｉｌｌｅｒ）　、米国特許
用３．９８１．６９１号（ＣｕｎｅＯ＞はすべてポリイ
ミド基板へ金属を付着させる方法を教示している。

本発明は第一及び第二主要表面上が境界層で封止されて
いてウェブが大気の汚染物を吸着するのが防がれている
重合体ウェブを有する光起電力電池用基板を含む。この
ウェブはステンレス鋼などの境界層をウェブの両主要表
面に施して封止し、大気の汚染物がウェブに吸着される
のを充分に防止したものである。この境界層は好ましく
は単一源を用いて同時に一りエブの両主要表面に施工さ
れる。好ましくはウェブは最初に脱ガスしてイオン化酸
素プラズマにざらされる。

次いでウェブにアルミニウムなどの電ｍｌをコートしそ
の上に無定形シリコン層と共に電極を溶着させてシリコ
ンと協同してアルミニウム電導層上に電圧を生じさせる
ようにする。光透過性の電導性層で無定形シリコン層を
覆って太陽電池を形成させる。

封止されたウェブをＩＪ造する＠置にはその間をウェブ
が移動する第一及び第二ローラーが含まれる。単一源か
らステンレス鋼などの境界層を溶着させる機構は、第一
ローラーＥのウェブの部分および第一〇−ラーに接線方
向で位置する部分のウェブの上にステンレス鋼をｒａ着
させるように据付けることである。好ましくは装置の中
にウェブの鋭ガス機構及びウェブにイオン化酸素プラズ
マが接触できるようにする機構を含む。

本発明の基板を￥Ｊ造する方法を図式的に第１図におい
て説明する。製造法においては、ウェブの第一及び第二
主要表面が封止され、そうすることによってその上に無
定形シリコンを溶着させるために第二装首へ移送する間
に大気から汚染物を吸収することなく大気にさらすこと
ができるのである。

第一及び第二主要表面を封止するには重合体フィルムの
ロール又はウェブを真空室１０に置き、ウェブは先ず６
で朋ガスする。次に、脱ガスしたウェブは両面を高電圧
の酸素蝕刻工程７で蝕刻又はスクラブする。蝕刻された
ウェブは次いで両側を８でステンレス鋼でコートする。

この工程中にウェブの端面もステンレス鋼でコートされ
る。ステンレス鋼はウェブの表面を囲んで封止するので
ウェブへの又はウェブのガス移動の障壁となる。

この工程の時点での製品はステンレス鋼の封止層をもっ
たポリイミドウェブとなる。

このコートされたウェブから無定形シリコンデバイスを
形成するには、９で金属の電導性接触層を溶着さゼる。

好ましくはこの電導性接触層はステンレス鋼でコートし
たウェブのハ面上に溶着されたアルミニウム層である。

アルミニウムを溶着させた後ウェブはローラーに巻かれ
て、無定形シリコン溶着のため別の装置に移される。

第２図にはウェブの封止法を行なう設備が図式展望図で
示される。この設備には真空室１０が含まれる。第一ロ
ーラー１２及び第二ローラー１４はこの室内にある。ポ
リイミドウェブ１６は第一ローラー１２と第二ローラー
１４に巻かれていてウェブ１６の一部は１２と１４の二
つのローラーの間に伸びている。第一ローラー１２と第
二ローラー１４は対等の様式でウェブ１６は二つのロー
ラー１２と１４の間を往復して移動できるようになって
いる。

脱ガス炉１８は真空室１０内で第一ローラー１２と第二
ローラー１４の間に据付けられている。

本発明の脱ガス工程６（第１図に説明）は、第一ローラ
ー１２から第二ローラー１４ヘウエブ１６が脱ガス炉１
８を通って移動する際に実施される。

肌ガス工程においては、第一ローラー１２は供給ローラ
ーでウェブ１６を巻きもどし第二ローラー１４は巻き取
りローラーの役となる。

ウェブ１６は脱ガス炉１８を通過するが、ここではウェ
ブ１６の脱ガスに充分な時間だけ制御された温度と圧力
にさらされる。ウェブ１６がポリイミド製の場合には、
ポリイミドウェブ１６の脱ガスに用いられる温度は１０
０℃から約４００℃の範囲のものである。湿度の上限は
ウェブ材１６の軟化点が限界である。脱ガス炉１８内の
温度が低いとウェブ１６を有効に脱ガスするには努めて
長時間かけることを要する。３００’から３５０℃の範
囲の温度が脱ガス工程に特に好まれるのは、ポリイミド
フィルムを過度に軟化させる恐れがなくて然るべき処理
時間を与えるからである。

ポリイミドウェブ１６の脱ガスはまた低い圧力で好まし
くは２００から３００ミリトルの範囲のものによって促
進される。脱ガス工程の終結においてはウェブ１６の大
部分が第二ローラー１４に巻きとられて末端部分が伸び
て第一ローラー１２にもどっている。

本発明の製造法における次の工程はウェブ１６表面の高
電圧Ｍ索蝕刻またはスクラビング７（第１図に説明）で
ある。一対のＦｌｉｌＡグローバー２０及び２２がｖ１
０内でウェブ１６の通路の各側に位置している。

酸素グローバー２２の模式正面図が第３図に示され、第
３図のバーの断面図が第４図に示されている。Ｍ素グロ
ーバー２２には一中心電極２４及び外部電極２６が含ま
れる。電極２４及び２６は高電圧電源２８に導線で結ば
れていて中心電極２４は負電荷を外部型８ｉ２６は正電
荷をもつようになっている。更に外部電極２６には細長
穴３ｏがあってウェブ１６の幅になっている。グローバ
ー２２内を流れる酸素はイオン化されて細目穴３０を通
って外に出る。荷電に加速されたＭ素イオンはプラズマ
を形成してウェブ１６の表面を蝕刻またはスクラブする
。グローバー２０は類似の設計であるが、開口は上向で
はなくて下向であってウェブ１６の表側を蝕刻又はスク
ラブするようになっている。

この高電圧酸素蝕刻又はスクラビング工程には７０ミリ
トルの圧力が適当である。印向電圧は米国特許第４．３
２１．２９９号の教示によれば１から１０キロボルトて
あらう。好ましくは約５．５キロボルトの電圧がかけら
れる。

次いでステンレス鋼コーテングエ捏８（第１図に説明）
にかける。ステンレス鋼コーテング工程では、直流マグ
ネトロン蒸着で予め蝕刻されたウェブ１６の両面にコー
トする。蒸着は特にウェブの端部に向けては行なわない
が端部もコートされる。このコーテングはウェブの両面
及び端部を覆って有効にウェブを封止する。

別の二つの蒸着装置をウェブの各側で用いてもよい。し
かし本発明の特に好ましい態様においては単一のステン
レス鋼蒸着装置３２を予め蝕刻されたウェブ１６の両面
をコートするのに用いることである。蒸着装置ｆｆ１３
２の焦点板は、第一ローラー１２１に巻かれたウェブ１
６の外側にさらされた表面にステンレス鋼を施工するよ
うに、及び同時にウェブが第一ローラーから第二ローラ
ー１４に接線方向で伸びている時にウェブ１６の反対側
３５にステンレス鋼を施工するように、方向づけられて
いる。

ステンレス鋼はアルゴンガスを用いて蒸着される。好ま
しい態様においては、約２００℃の温度、約２ミリトル
のアルゴン圧力及び約４１０ボルトの電圧が使用される
。この工程の終点ではウェブ１６は第二ローラー１４の
まわりに巻かれ短い引出し部分が第一ローラー１２に導
かれている。得られたステンレス鋼コーテングは１０オ
ングストロームから１０ミルの厚さである。ステンレス
鋼コートの好ましい範囲は１００オングストロームから
１ミルである。コーテングが１ミル厚のときにでもウェ
ブ１６には優れた柔軟性が保たれている。最も好ましい
態様においてはステンレス鋼コーテングは１００オング
ストローム厚にｍ工される。どんな組成のステンレス鋼
でも蒸着できようが３０４型ステンレスが好ましい。

これまでステンレス鋼が特に境界層とにあげられてきた
が、他の無機質境界層のクロム、チタン、モリブデンな
、ども適する。クロム＠酸化物（Ｃｒ　　Ｏ）、？ｌｌ
ｉ化チタフチタンＯ２）窒化チタン（ＴｉＮ）も境界層
として用いられる。

３ｉＱｘもまた境界層に適する材料である。

ステンレス鋼でシールしたポリイミドウェブから太陽電
池のような無定形シリコンデバイスな形成するには、ス
テンレス鋼でコートしたウェブ１６の一面にアルミニラ
ムコ−；・を施す（第１図の工程９に説明）。ウェブを
アルミニウムでコートするのにはウェブ１６を第二ロー
ラー１４から第一ローラー１２に巻くのに直流マグネト
ロン蒸着装置３４を通過させアルミニウムを蒸着させる
。

蒸着にはアルゴンガスを使用し好ましくは約３０ミリト
ルで行なう。この工程の処理温度の制御を助けるために
ウェブ１６に対してアルミニウム蒸着４！１ｆｉ３４と
反対側にヒーター３６を股画するのが好ましい。このヒ
ーターを使用することによって好ましい温度の約２００
℃が維持される。アルミニウム蒸着に適する電圧は約３
７５ボルトである。得られたアルミニウム層は無定形シ
リコンデバイス中で有効な電極となる。ウェブは次いで
第一ローラーのまわりに巻かれ第二ローラーへ伸びる短
い引出し部分をつける。

アルミニウム層の上に薄い窒化チタンコーテングを施し
てウェブが真空室から取出されたＩｔｓのアルミニウム
層の酸化を防ぐことを行ってもよい。

窒化チタンの加工は第２図に説明の直流マグネトロン３
７を用いて蒸着で行なう。ウェブは蒸着中は再び第一ロ
ーラー１２から第二ローラー１４へ移る。

ウェブが１１止されたら、ウェブ１６を取出して第二の
設備（図示なし）に移して無定形シリコンを溶着させる
。移動中にウェブは大気にさらされる。しかしウェブは
ステンレス鋼の不浸透層によって大気から湿気及び異質
のガスを吸着するのを防がれる。ステンレス鋼層はウェ
ブ１６に無定形シリコンを溶着する前に再び脱ガスする
必要性をなくする。従来技術のウェブではウェブにより
吸着された湿気がシリコン層に汚染物を供給するから脱
ガスすることを要した。

ステンレス鋼でコートされたウェブで、−面がアルミニ
ウムでさらに場合によってはチタンでコートされたもの
は無定形シリコンを溶着さゼる基板となる。無定形シリ
コンは２５０℃の温度で常法により溶着される。無定形
シリコンは公知製法でドープされアルミニウム上又は場
合によってはチタン層上にＰ−ｎシャンクシコン又はＰ
−ｉ−ｎｌｌアレンジメントを形成する。史に無定形シ
リコン層の上に光伝達性電極層を溶着させてもよい。

無定形シリコンデバイス用の光伝達性電極層のどれでも
よく、例えば酸化インジウム、酸化錫、カドミウムスタ
ネート、インジウム錫オキサイドなどがある。得られた
積層は太陽電池として用いる。

以下の例は単なる例示で本発明を限定する意図のもので
はない。

廻 幅４インチ厚２ミルのポリイミドウェブを第２図で模式
的に示した真空室１０内に置いた。室圧を２００から３
００ミリトルにして、ウェブ１６を脱ガス炉部１８に温
度約３２０℃で通しローラー１２からローラー１４へ移
した。ウェブ１６は類１日を約５インチ／分の速度で通
過した。

次に脱ガスしたウェブの進行方向を逆転して一対の酸素
グローバーの間を通過させた。炉部分の温度は約２００
℃であった。室１０の圧力は約７０ミリトルであった。

ウェブ１６は約８インチ／分で移動した。グローバー２
０及び２２には電圧５０００ボルトがかけられグローバ
ー２０及び２２に流入する酸素は１９８ＣＣＭ　（標準
立方センナ７分）の割合で脱ガスされたウェブ１６の表
面を蝕刻またはスクラブした。

蝕刻工程の次にウェブの移動方向をまた逆転させて供給
ローラー１２に近い単一の直流マグネト０ン蒸着装２１
２３２からステンレス鋼を蒸着させた。

この単一装置で蝕刻されたウェブの両側の露出面にステ
ンレス鋼を施工した。この工程中の炉部分内の温度は約
２００℃であった。ウェブはローラー１４からローラー
１２へ約７インチ７分の速さで移された。室のアルゴン
分圧は２ミリトルであった。アルゴンガスは直流マグネ
トロン蒸着装置に２５８ＣＣＭで供給された。蒸着装置
は約４１０ボルト５００ワツトで運転された。蒸着用焦
点板には約４インチ×６インチで長円形蒸着トラックが
ついていた。

次いで第二の直流マグネトロン蒸着装置３４を用いてス
テンレス鋼でコートされたウェブの片面にアルミニウム
層を施工した。アルミニウム蒸着工程中、ウェブは２イ
ンチ／分の速さで移動し室圧は約３０ミリトルであった
。直流マグネトロン蒸＠装置にはアルゴンガスが３０３
ＣＣＭの割合で供給された。直流マグネトロンは約３７
５ボルト４８０ワツトで運転された。

ロールを室から取出して無定形シリコン溶着のために第
二部屋に貯いた。ロールを移動させる間ウェブは室の大
気にざらされた。

無定形シリコンは約２５０℃のｇＡＩＪ！で常法によっ
てｗＪ看された。上面の光伝導性電極を無定形シリコン
層の上に追加した。この例の製品を、本質的に同様にし
て製作したがポリイミドの両面をステンレス鋼の層でコ
ートすることを除いたシリコン製品と比較した。比較結
果を第５及第６図に示す。

第５図は本例の方法で造られた太陽電池の電ａ−電流特
性を示すグラフである。第６図は同様なデバイスでステ
ンレス鋼封止層のないものの電流−電圧特性を示す。本
発明デバイスのフィル係数（ｆｉｌｌ　ｆａｃｔｏｒ　
）は発明なしデバイスより約５％良いことが認められる
。フィル係数とは観察された電流電圧曲線で囲まれた開
放回路電圧を短絡回路電流に乗じた理論積の割合である
。理論的又は完全な曲線は矩形でフィル係数は１．００
である。

この例のくり返しにより本発明の恩恵のしに作られたデ
バイスよりもフィル係数で５〜１０％の向上が典型的に
得られた。

更に両面に不浸透性ステンレス鋼コーテングのあるポリ
イミド基板によって形成された太陽デバイスは従来法に
よって製造されたデバイスより約２５％良好な収率（ｙ
ｉｅｌｄ　）をあげた。この収率とは非短絡０．３ｃａ
２デバイス対３インチ×４インチ　ウェブ試料上の計０
．３ｃＩＲ２デバイスの比（パーセント）を意味する。

下記の理論的解説は本発明に限られるものとは思えない
が、フィル係数及び収率における向上は出願人の最近の
理論づけではウェブからの望ましくないガス放出、ウェ
ブによる水蒸気の再吸着及びそれに続く無定形シリコン
の沈着に際しての湿４゜ 気の放出を厳重に制限しあるいは完全に除いた結果によ
るものとされている。このように本発明は高品位無定形
シリコンデバイス製作に要求される高温と低圧の間にポ
リイミドウェブから３１１１１する重合副生物及び再吸
着水蒸気などの汚染物を管理することができたものと考
えられる。汚染物は無定形シリコンの沈着を妨害する。

封止コートすることにより汚染物が除去されることにな
ってポリイミドのような材料がより有効に基板に使用で
きるようになる。更にポリイミド基板の固有な柔軟性及
び比較的低コストなことは本発明の方法においても保持
されている。

本発明は好ましい態様について記載されているが、当業
者は発明の精神及び範囲を離れることなく方式及び詳細
に変化を加えられることを理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の封止法における工程を説明する工程図
である。 第２図は封止法の工程実施に使用するｎ貝の模式展望図
である。 第３図は本発明の方法で使用するグローバーの模式展望
図である。 第４図は第３図の４−４における切断図である。 第５図及び第６図は本発明により及びよらずに製作され
た無定形シリコンデバイスの電圧／電流特性を比較した
グラフである。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）重合体ウェブで、第一及び第二の主要表面が、大
   気の汚染物を、ウェブが吸着するのを防ぎかつウェブが
   実質的にガスを含まないように封止されているもの、を
   含んでいる光起電力電池用基板。
2. （２）重合体ウェブがポリイミドウェブである請求項１
   の基板。
3. （３）重合体ウェブが封止されるに先立って湿気を排除
   する処理されたものである請求項１の基板。
4. （４）請求項１の基板、境界層上に溶着させた電導層、
   電導層上に沈着させた無定形シリコン層を含んだ無定形
   シリコンデバイス。
5. （５）無定形シリコン層の上に光透過性の電導性層を溶
   着させて光起電力電池にした請求項４のデバイス。
6. （６）ウェブの第一及び第二主要表面に同時に境界層を
   施工する請求項１の基板の製造法。
7. （７）ウェブがローラーに巻かれ又は巻もどされ、一つ
   の蒸着源がローラー上のウェブの第一主要表面に蒸着し
   さらにローラに接線方向に配置されたウェブの第二主要
   表面に蒸着することによって、ウェブの両表面が同時に
   コーティングされる請求項６の製造法。
8. （８）封止されたウェブの表面の一つをアルミニウムで
   コーテングしてアルミニウムの電導層を形成すること、
   及びアルミニウム電導層上で起電力を発生させるために
   無定形シリコン層及びシリコンに協同する電極体を設け
   ることを更に含む請求項６の製造法。