JPH09307128A

JPH09307128A - 薄膜光電変換素子の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JPH09307128A
Application number: JP8124148A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fujikake; 伸二藤掛; Yukimi Ichikawa; 幸美市川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】一つのロールから他のロールへ巻取られる帯状
可撓性基板上に各層の薄膜を成膜して高品質の多層構造
の光電変換層を高い生産性で形成する。【解決手段】基板を停止して成膜を行うステッピングロ
ール方式では、成膜のための複数の反応室間に、例えば
２個の搬送ロール４と、１個の可動ロール５とからなる
可動ロール機構などの、１フレーム分の基板１を蓄積で
きる中間蓄積機構を設ける。これにより各反応室の開放
時期をずらすことができ、反応ガスの相互拡散が抑制で
きるので、相互拡散防止のため従来行っていた真空引き
の時間が不要になり、タクト時間が１７または２２％短
縮できる。基板を移動しながら成膜を連続的に行うロー
ルツーロール成膜方式では、反応室間に可動ロール機構
５４と仕切りバルブ２０を組み合わせたロール付きバル
ブ機構５５を設けることにより、反応室間の反応ガスの
相互拡散が抑止され、膜質が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可とう性基板を用
いた太陽電池などの薄膜光電変換素子の製造装置および
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光電変換素子としてアモルファス
シリコン（以下ａ−Ｓｉと記す）、ａ−Ｓｉ合金などの
ａ−Ｓｉ系材料を用いた薄膜光電変換素子が注目されて
いる。薄膜光電変換素子として代表的な太陽電池におい
ては、大量生産によるコストダウンが最大の課題となっ
ており、単位時間当たりの生産量の大幅な向上が望まれ
ている。通常、ａ−Ｓｉ太陽電池の生産量はａ−Ｓｉ系
膜の成膜装置に律速されることになるが、ガラス等の剛
性の高い基板を用いた場合、基板を比較的熱容量の大き
なトレーに装着してロードロック式の装置で成膜する必
要があり、１）基板のトレーへの着脱、２）基板および
トレーの加熱、３）ロードロック室の大気と真空の往復
等に起因して量産性の大幅な向上は困難である。そこ
で、可とう性のプラスチックフィルムやステンレスフィ
ルムを基板に用いた二種類の成膜装置が提案されてい
る。

【０００３】一つは例えばK.Suzukiらにより”Technica
l Digest of the International PVSEC-1 ”（1984）p.
191 に、あるいはS.R.Ovshinsky により”Technical Di
gestof the International PVSEC-1 ”（1984）p.577
に発表されているように、可撓性基板を巻物状にして搬
入室に入れ、連続して帯状に複数の反応室を通して多層
構造の薄膜光電変換素子を成膜し、搬出室に巻物状にし
て取り出す「ロールツーロール」方式成膜装置が開発さ
れている。

【０００４】まず図１２に、最も簡単な構造の薄膜光電
変換素子の例として、シングルｐｉｎ接合型のａ−Ｓｉ
太陽電池の断面図を掲げた。この太陽電池は、樹脂フィ
ルムの基板１に金属膜２１を被着した上にａ−Ｓｉのｎ
層２２、ｉ層２３、ｐ層２４を成膜し、更にその上に透
明導電膜２５としてＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が形
成されている。

【０００５】図１０は、図１２に断面を示したようなシ
ングルｐｉｎ接合型のａ−Ｓｉ太陽電池を形成するため
のロールツーロール方式成膜装置の断面図である。送り
室２６の送り出しロール２から巻きほぐされ、搬送ロー
ル４の上を通って巻き取り室２７の巻き取りロール３へ
連続的に巻き取られる帯状の可撓性基板１の表面上に
は、第一反応室１１、第二反応室１２、第三反応室１３
を順次通過する際に、高周波が印加されるＲＦ電極５１
とヒーター６を備えた接地電極５２との間に生ずるプラ
ズマにより、反応ガスが分解されてａ−Ｓｉ層が形成さ
れる。例えば、第一反応室１１ではシラン（ＳｉＨ₄ ）
ガスを主ガス、水素（Ｈ₂ ）ガスを希釈ガス、フォスフ
イン( ＰＨ₃)ガスをドーピングガスとしてｎ層２２を、
第二反応室１２ではＳｉＨ₄ を主ガス、Ｈ₂を希釈ガス
としてｉ層２３を、第三反応室１３ではＳｉＨ₄を主ガ
ス、Ｈ₂を希釈ガス、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆）ガスをドー
ピングガス、メタン（ＣＨ₄)や炭酸ガス( ＣＯ₂)をバン
ドギャップ調整元素としてｐ層２４をそれぞれ連続的な
放電によって成膜する。この装置では、基板１は一定速
度で送られ、その移動中に成膜が行われる。送り室２
６、各反応室１１、１２、１３および巻き取り室２７に
はそれぞれ真空ポンプ７が連結されている。

【０００６】各反応室を区切る壁には、基板１を通すた
めの隙間８３が設けられているが、原料ガスの相互拡散
を極力抑えるための工夫として、隙間８３は極力狭めら
れ、さらに、真空ポンプ７を有する中間室１０が設けら
れている。もう一つの製造装置として、Y.Ichikawaらに
より”IEEE 1st World Conference on Photovoltaic En
ergy Conversion ”（1994）p.441 に発表されているよ
うなステップ的な基板搬送と成膜を交互に繰り返す「ス
テッピングロール」方式成膜装置が開発されている。

【０００７】図１１は、例えば図１２に示すようなシン
グルｐｉｎ接合型のａ−Ｓｉ太陽電池を形成するための
ステッピングロール方式成膜装置の断面図である。真空
ポンプ７を備えた大きな真空の共通室９の中に、四つの
反応室１１、１２、１３、１４があり、各反応室には、
ＲＦ電極５１と基板加熱用のヒータ６を備えた接地電極
５２が対向している。

【０００８】送り出しロール２に巻かれていた帯状の可
撓性基板１は、搬送ロール上を経て各反応室を通って巻
き取りロール３に巻き取られる。ヒータ６は可動式で、
ヒータ６が図の上方向に移動して反応室を開いたときは
基板１の搬送が可能であり、ヒータ６が図の下方向に移
動して閉じたときは反応室壁８のシール材で完全にシー
ルされた状態で、プラズマＣＶＤによるａ−Ｓｉ系薄膜
の成膜が行われる。第一反応室１１で図１２のｎ層２２
が、第二、第三反応室１２、１３でｉ層２３が、そして
第四反応室１４でｐ層２４が成膜される。この装置では
成膜は可撓性基板１を停止させた状態で行われる。各反
応室のＲＦ電極５１への電圧印加を止めて成膜が終わる
と、各反応室内を真空にし、基板１から接地電極５２お
よび反応室壁８のシール材が離れた状態にし、基板１を
次のａ−Ｓｉ層形成の位置まで１フレーム長搬送する。
一回の成膜で使用される基板の単位長すなわち、基板の
搬送ピッチが１フレーム長である。通常、成膜は基板の
全面に隙間無くなされるわけではなく、１フレーム長は
反応室で成膜される部分より長い。そしてその場合は、
基板上に分離した成膜部分が形成され、成膜部分の間に
未成膜部分が残ることになる。以後、ヒータ閉→ガス導
入→圧力コントロール→放電（成膜）→真空排気→ヒー
タ開→１フレーム長搬送がシーケンスとして繰り返され
る。

【０００９】停止した基板１に接地電極５２と両側にシ
ール材を備えた反応室壁８が密着することにより各反応
室３１、３２、３３の気密性が保たれるので、反応室の
圧力はそれぞれに連結された図示しない真空ポンプによ
り独立して制御可能であり、各成膜条件は独立して制御
できる。また、真空ポンプ７により独立して排気される
共通室９の圧力を各反応室１１、１２、１３、１４より
低くすることにより、各反応室への他の反応室の反応ガ
スあるいは大気の進入が防止されるので、ガスの相互拡
散がない状態でステップ的に多層膜を積層することが可
能である。

【００１０】なお、図１１で、ｉ層形成のための反応室
が第二、第三反応室１２、１３の二室あるのは、厚いｉ
層２２を形成するためである。ｐ、ｉ、ｎ各層のための
反応室の数はそれぞれのプロセス時間の大小に応じて、
タクトタイムが短く、かつ、装置コストが安価になるよ
うな最適値に設定される。また、この方式を採用した場
合、極端に成膜条件が異なる膜の形成を同一の装置で行
うことが可能になるというメリットもある。図１２の透
明電極２５として通常用いられるＩＴＯ（インジウム・
錫酸化物）は、装置の低コスト化およびａ−Ｓｉ成膜後
のピンホールに起因したリークを抑制する観点から、同
一の装置で引き続き形成することが望ましい。しかしな
がら、ＩＴＯは通常スパッタリングにより形成されるた
め、放電用のガスの種類および成膜時圧力がａ−Ｓｉ成
膜の場合と極端に異なり、反応室が狭い隙間を通してつ
ながっているロールツーロール方式では連続形成が困難
だった。一方、ステッピングロール方式を採用した場
合、成膜時は完全に各反応室が仕切られるためＩＴＯの
同一装置での形成が可能になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ロールツーロール方式
成膜装置の場合、各反応室でそれぞれ連続的に成膜して
いるためにプロセス上の無駄な時間は０である。しかし
ながら、反応室間は基板を通過させるための細い隙間で
つながっており、原料ガスの相互拡散を完全に抑止する
ことは困難である。このためｉ層に微量のドーパントが
拡散し、太陽電池の特性を低下させることがある。さら
に、上述したようにＩＴＯなど、真空度等の条件が大き
く異なる工程までを一貫して同一の装置で形成すること
は困難である。

【００１２】一方、ステッピングロール方式成膜装置の
場合、成膜時は反応室が完全に仕切られるため、ガスの
相互拡散が完全に抑えられ高効率の太陽電池の製造が可
能である。また、ＩＴＯまでを一貫して同一の装置で形
成することも容易である。しかしながら、成膜を行わな
い無駄な時間が１ステップごとに１分３０秒程度（搬送
３０秒、ガス導入及び圧力コントロール３０秒、真空排
気３０秒）あり、タクトタイムを５分程度或いはそれ以
下にして大量生産する場合、この無駄時間が生産能力を
低下させることにつながる。

【００１３】上記の問題に鑑みて本発明の目的は、反応
室間の原料ガスの相互拡散を抑止して、最適な条件で各
層を形成し、しかも無駄時間を低減できる薄膜光電変換
素子の製造装置および製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、帯状可撓性基板の上に複数の異なる性質の
薄膜を基板を静止した状態でステップ的に積層して光電
変換層を形成する薄膜光起電力素子のステッピングロー
ル方式の製造装置において、反応室間に、成膜時に一度
に使用される基板の単位長（１フレーム長）の整数倍の
長さの基板の蓄積が可能な中間蓄積機構を有するものと
する。

【００１５】中間蓄積機構としては、基板が固体または
気体の押圧物により送り方向とほぼ直角の方向に変形さ
れて蓄積を行うものとする。そのように中間蓄積機構を
設ければ、基板の蓄積により反応室の開放時期をずらす
ことができる。二つの送りロールの回転量の差により基
板の蓄積を行う駆動ロール機構とすることもできる。

【００１６】特に押圧物の先端にロールを持つ可動ロー
ル機構、或いは駆動ロール機構とすれば、基板とロール
との摩擦が抑制できる。また、気体の押圧物により基板
を変形させ、或いは静電吸着部を持ち基板を裏面から把
持し、基板を変形させるものとすれば、基板表面と他の
物体との接触が避けられる。

【００１７】更に、蓄積機構の両側に仕切りバルブを配
置して中間室を設けたことがよい。仕切りバルブで仕切
られる中間室があれば、反応室間の反応ガスの侵入が抑
止できる。上記のような製造装置を用いた薄膜光電変換
素子のステッピングロール方式の製造方法としては、複
数の反応室の開放時期をずらしたものとする。

【００１８】特に、中間室の両側の仕切りバルブの開放
時期をずらしたことがよい。そのようにすれば、反応室
間のガスの相互拡散が抑止できる。また、帯状可撓性基
板の上に複数の異なる性質の薄膜を、基板を搬送しなが
ら連続的に積層して光電変換層を形成する薄膜光電変換
素子のロールツーロール方式の製造装置において、仕切
りバルブとその前後に配置された中間蓄積機構とを有す
るものとする。

【００１９】そのようにすれば、中間蓄積機構で基板の
蓄積、放出ができるため、仕切りバルブの開放時間を短
縮できる。中間蓄積機構としては、基板が固体または気
体の押圧物により送り方向とほぼ直角の方向に変形され
て蓄積を行うものとする。二つの送りロールの回転量の
差により基板の蓄積を行う送りロール機構、押圧物の先
端にロールを持つ可動ロール機構、気体の押圧物、或い
は吸引部を持つ基板を裏面把持機構等がよいことは、上
記の場合と同様である。

【００２０】特に、二つの仕切りバルブで仕切られる中
間室を有し、二つの仕切りバルブの前後に配置された少
なくとも三つの可動ロール機構からなるロール付きバル
ブ機構を備えたものとすれば、その開放時期をずらせ
る。そして、二つの仕切りバルブで仕切られた中間室を
真空にする排気装置を備えたものとすれば、反応気体の
拡散を抑止できる。

【００２１】上記のような製造装置を用いた薄膜光電変
換素子のロールツーロール方式の製造方法としては、成
膜中に基板の一部が静止する時間があるものとする。特
に、二つの仕切りバルブがあるものでは、それらの仕切
りバルブの開放時期をずらしたことがよい。そのように
すれば、成膜中に静止した基板の部分で仕切りバルブを
閉めることができ、また開放時間を短くしてガスの相互
拡散が抑制できる。

【００２２】さらに、帯状可撓性基板の上に複数の異な
る性質の薄膜を積層して光電変換層を形成する薄膜光起
電力素子の製造装置において、連続的に成膜するロール
ツーロール方式の反応室と、基板を静止した状態でステ
ップ的に成膜するステッピングロール方式の反応室とを
備え、それらの間に中間蓄積機構を有するものとする。

【００２３】特に、ステッピングロール方式の反応室と
可動ロール機構との間に仕切りバルブを有することがよ
い。そのようにすれば、可動ロール機構で基板の蓄積、
放出ができるため、二つの方式の成膜装置間で連続的に
基板を搬送できる。ステッピングロール方式の反応室と
可動ロール機構との間に仕切りバルブがあれば、仕切り
バルブを閉めることによって、ガスの相互拡散が抑制で
きる。

【００２４】上記のような製造装置を用いた薄膜光電変
換素子の製造方法としては、一部の膜はロールツーロー
ル方式で基板を搬送しながら連続的に成膜し、他の膜は
ステッピングロール方式で基板を静止した状態でステッ
プ的に成膜するものとする。

【００２５】

【発明の実施の形態】上記課題の解決のため本発明は、
成膜装置内の可撓性基板の中間蓄積機構を設ける方法を
考案した。具体的な手段としては、可動ロール等を組み
入れ、その動作により、可撓性基板を蓄積するようにし
た。以下図１０、１１と共通の部分に同じ符号を付した
図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１は、例えば図１２に示すようなシング
ルｐｉｎ接合型のａ−Ｓｉ太陽電池を形成するための本
発明の第一の実施例のステッピングロール方式成膜装置
の断面図である。

【００２６】それぞれ真空ポンプ７を備えた大きな真空
室の第一ブロック３１、第二ブロック３２、第三ブロッ
ク３３がある。第一ブロック３１内には可撓性基板１の
送り出しロール２と第一反応室１１が、第二ブロック３
２内には第二、第三反応室１２、１３が、第三ブロック
３３内には第四反応室１４と巻き取りロール３がそれぞ
れ収納されている。そして、各ブロック間には、仕切
りバルブ２０で仕切られた中間室１０があり、その中
に、中間蓄積機構として搬送ロール４と、可撓性基板１
を挟んで搬送ロール４の反対側の可動ロール５からなる
可動ロール機構が設けられている。

【００２７】各反応室には、図示されない高周波電源に
接続されたＲＦ電極５１、基板加熱用のヒータ６を備え
た接地電極５２が対向しており、また真空ポンプ７を備
えている。ヒータ６は可動式で、ヒータ６が上昇して反
応室を開いたときは基板搬送が可能であり、ヒータ６が
下降して閉じたときは反応室壁８のシール材で完全にシ
ールされた状態で、プラズマＣＶＤによるａ−Ｓｉ系薄
膜の成膜が行われることは図１１の例と同じである。

【００２８】次に、図１の本発明第一の実施例のステッ
ピングロール方式成膜装置の搬送動作について、図２
（ａ）〜（ｇ）の説明図に従って以下に説明する。ここ
では、第一反応室１１でｎ層を、第二、第三反応室１
２、１３でｉ層を堆積するものとする。第一反応室１１
では図示されないガス供給装置からＳｉＨ₄、Ｈ₂ 、Ｐ
Ｈ₃を、、反応３、４室ではＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ をそれぞれ
原料ガスとして常時流し続けることとし、以下の操作の
繰り返しによって成膜と基板搬送を行う。

【００２９】（ａ）全ての反応室で成膜を行っている。
基板１は静止しており、各反応室内は反応ガスで数百Ｐ
ａの圧力になっている。第一ブロック３１、第二ブロッ
ク内は大容量真空ポンプで真空に引かれており、１０^-3
Ｐａの圧力になっている。中間室１０の両側の仕切りバ
ルブ２０ａ、ｂはともに開いており、中間室も高真空状
態にある。可動ロール５は基板１から離れている。

【００３０】（ｂ）第一反応室１１のＲＦ電極５１への
高周波の印加を停止し、成膜を止める。右側の仕切りバ
ルブ２０ｂを閉じた後、第一反応室１１のヒータ６を上
げ、反応室を開放する。このとき第一ブロック３１内の
基板１も少し上がり、反応室壁８のシール材から離れ
る。ＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ 、ＰＨ₃を流し続けるため第一ブロ
ック３１内の真空度は低下するが、それほどは低下しな
い。第二、第三反応室１２、１３は成膜を続けてもよ
い。

【００３１】（ｃ）送り出しロール２から基板１を繰り
出し、可動ロール５を下げて、中間室１０内に１フレー
ム長の基板１を蓄積する。（ｄ）第一反応室１１のヒータ６を下げて反応室を閉
じ、圧力制御した後、放電を開始する。中間室１０の右
側の仕切りバルブ２０ｂは第一ブロック３１が高真空に
なってから開ける。

【００３２】（ｅ）第二、第三反応室１２、１３のＲＦ
電極５１への高周波の印加を停止し、成膜を止める。左
側の仕切りバルブ２０ａを閉じた後、第二、第三反応室
１２、１３のヒータ６を上げ、反応室を開放する。この
とき第二ブロック３２内の基板１も少し上がり、反応室
壁８のシール材から離れる。ＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ を流し続け
るため第二ブロック３２内の真空度は低下するが、それ
ほどは低下しない。第一反応室１１は成膜を続けてもよ
い。

【００３３】（ｆ）可動ロール５を上昇させながら、基
板１を１フレーム長送る。（ｇ）第二、第三反応室１２、１３のヒータ６を下げて
反応室を閉じ、圧力調整した後、成膜を開始する。中間
室１０の左側の仕切りバルブ２０ａは第二ブロック３２
が高真空になってから開ける。図２は、図１の成膜装置
の左半部分についての説明であるが、右半部分の動作も
同様であり、容易に察せられるであろう。

【００３４】図１のような成膜装置とすれば、可動ロー
ル５を用いて基板１を１フレーム長蓄積できる機構を設
けることによって、反応室の開放時期を互いにずらすこ
とができるようになった。従来は各反応室の開放が一斉
に行われるため、反応室間のガスの相互拡散を避けるた
め、一度共通室を真空に引く必要があったが、反応室の
開放時期を互いにずらせるので、反応ガスは流したまま
にでき、共通室を真空に引く必要がなくなるのである。

【００３５】停止した基板１に接地電極５２と両側にシ
ール材８１を備えた反応室壁８が密着することにより各
反応室１１、１２、１３、１４の気密性が保たれるの
で、反応室の圧力はそれぞれに連結された図示しない排
気系７により独立して制御可能であり、各成膜条件は独
立して制御できること、および、排気系１５により独立
して排気される各ブロック３１、３２、３３の圧力を反
応室より低くすることにより、各反応室１１、１２、１
３、１４への他の反応室の反応ガスあるいは大気の侵入
が防止されることは従来と同じである。

【００３６】更に、仕切りバルブ２０を備えた中間室１
０を設ければ、ブロック間が分離されるので、反応室間
の隔離性が高められ、互いに影響する他の反応室の反応
ガスあるいは大気の侵入が防止される。図１１に示した
従来のステッピングロール方式成膜装置の場合、１ステ
ップあたり合計１分３０秒程度（搬送３０秒、ガス導入
及び圧力コントロール３０秒、真空排気３０秒）の無駄
時間があった。これに対し、本実施例では無駄時間が４
５秒程度（搬送３０秒、圧力コントロール１５秒）に短
縮される。基板搬送中のブロック内の真空ポンプは通常
フルオープンであるが、反応室内の圧力が成膜圧力にな
るように圧力コントロールしてもよい。その場合、反応
室を封止した後の圧力コントロールに要する時間が０に
なるので無駄時間は搬送にかかる３０秒のみとなる。

【００３７】ここで、図１のステッピングロール方式成
膜装置を用いて、図１２に示した構造のｐｉｎシングル
接合型ａ−Ｓｉ太陽電池を製造する場合の成膜シーケン
スおよびタクトタイムについて考える。第一反応室１１
でｎ層２２が、第二、第三反応室１２、１３でｉ層２３
が、そして第四反応室１４でｐ層２４が成膜される。作
製するａ−Ｓｉ太陽電池の各層の膜厚はｎ層２２が１５
ｎｍ、ｉ層２３が３００ｎｍ、ｐ層２４が１２ｎｍであ
る。それぞれの層の成膜速度は、５ｎｍ／分、５０ｎｍ
／分、および４ｎｍ／分と仮定する。この場合、第一反
応室１１および第四反応室１４の純粋な成膜時間（放電
時間）は共に３分となる。ｉ層２３を第二、第三反応室
で各々１５０ｎｍずつ成膜するとすれば、純粋な成膜時
間は同様に３分となる。前述した成膜方法の概念に基づ
けば、表１の成膜シーケンスが一例として考えられる。
このシーケンスによればタクトタイムは３分４５秒間隔
となり、無駄時間は搬送および圧力コントロールにかか
る４５秒のみであり、無駄時間がタクトタイム全体に占
める割合は２０％である。従来のステッピングロール装
置の無駄時間は約１分３０秒で、タクトタイム全体に占
める割合が３３％だったので、本発明により無駄時間の
割合が大幅に削減されることが分かる。

【００３８】

【表１】

【００３９】ここで、＊印をした搬送とはヒーター６の
開放から、その閉止までをいう。また、可動ロール５の
両側の仕切りバルブ２０を省略することも可能である。
但し、ブロック数が複数の場合、可動ロール５で待機し
ている基板１が好ましくないガスに曝されることになる
ため、太陽電池にしたとき特性が低下する可能性があ
る。

【００４０】なお、送り出しロール２、巻き取りロール
３、搬送ロール４の各軸、ＲＦ電極５１、接地電極５２
の各面を鉛直にすれば、各反応室１１〜１４の天井や壁
面から落ちる塵埃の基板あるいはその上の膜面への付着
を防ぐことができる。ＲＦ電極５１の両側に対向するよ
うに基板１を配置すれば、２ロール同時に成膜できる。
そのようにすれば、原料ガスの利用効率も高く、生産性
は更に向上する。また、ＲＦ電極５１と接地電極５２と
を逆にすることもできる。

【００４１】基板１がステンレススチールフィルムであ
ってもよいことは勿論である。［実施例２］図３は、例えば図１２に示したようなシン
グルｐｉｎ接合型のａ−Ｓｉ太陽電池を製造するための
本発明の第二の実施例のロールツーロール方式成膜装置
の一部の断面図である。

【００４２】それぞれ真空ポンプ７を備えた第一反応室
１１と第二反応室１２とがある。第一反応室１１内には
可撓性基板１の送り出しロール２、ヒータ６を備えた接
地電極５２とＲＦ電極５１があり、第二反応室１２内に
もヒータ６を備えた接地電極５２とＲＦ電極５１があ
る。第一反応室１１と第二反応室１２との間には仕切り
バルブ２０ａ、２０ｂで仕切ることのできる中間室１０
がある。仕切りバルブ２０ａ、２０ｂの両側には可動ロ
ール５と搬送ロール４とからなる可動ロール機構５４が
設けられている。仕切りバルブ２０と可動ロール機構と
の組み合わせをロール付きバルブ５５と呼ぶことにす
る。

【００４３】第二反応室１２の右側には、ロール付きバ
ルブを挟んで図示されない別の反応室があり、更に右方
には巻き取りロールがある各反応室には、図示されない
高周波電源に接続されたＲＦ電極５１、基板加熱用のヒ
ータ６を備えた接地電極５２が対向しており、プラズマ
ＣＶＤによるａ−Ｓｉ系薄膜の成膜が行われることは図
１０の例と同じである。真空ポンプ７を備えている。

【００４４】まず、図３の本発明第二の実施例のロール
ツーロール方式成膜装置で用いているロール付きバルブ
５５について、図４（ａ）〜（ｃ）の動作説明図に従っ
て以下に説明する。このロール付きバルブ５５は基板１
を挟んでシールするための仕切りバルブ２０と二個の可
動ロール５および四個の通常の搬送ロール４から構成さ
れている。

【００４５】アイドリング時は二個の可動ロール５がと
もに上下方向に移動せず、開いた仕切りバルブ２０ａを
通して基板１が速度Ｖで搬送される［図４（ａ）］。第
一反応室１１で成膜するときは、仕切りバルブ２０ａを
閉じる。仕切りバルブ２０ａで基板１が止められるが、
左方から送り出されてくるので、仕切りバルブ２０ａの
左の可動ロール５ａは下降して、基板１を蓄積する。一
方仕切りバルブ２０ａの右側の可動ロール５ｂは上昇し
て、蓄積していた基板１を放出する［図４（ｂ）］。こ
のとき、張力をある一定値に維持したまま左右の基板１
を速度Ｖで移動させる。放出速度を基板１の送り速度Ｖ
と合わせれば、基板１が緩んだり、引きちぎられたりす
ることがない。

【００４６】両側の可動ロールの移動方法としては、基
板１の搬送速度Ｖを発生させるように能動的に速度Ｖ／
２で移動させる方法と外部から速度Ｖで基板１を搬送さ
せて張力を一定にするように受動的に移動させる方法の
二種類が考えられるがどちらでもよい。仕切りバルブ２
０ａの左の可動ロール５ａが下降して一定量蓄積された
後、仕切りバルブ２０ａを開け、左の可動ロール５ａを
上昇させ、右の可動ロール５ｂを下降させて仕切りバル
ブ２０ａの右側に基板１の蓄積分を移動させる［図４
（ｃ）］。仕切りバルブを開いたときは二個の可動ロー
ルを適当な速度で移動させアイドリング時の位置まで戻
った時点で停止させる。このとき基板１の移動速度は送
り出しロール２からの送り出し速度Ｖより早くできる。
そして、その早い分だけ仕切りバルブ２０を開ける時間
は短くかくできる。例えば３倍早くすれば、開放時間は
１／３ですむ。

【００４７】このバルブ機構を用いれば両側での基板の
送り速度は一定のままで、間欠的に両側の反応室を仕切
ることが可能である。再び図３の第二の実施例の成膜装
置にもどり、その製造方法を説明する。この成膜装置は
基本的にロールツーロール方式の成膜装置なので、送り
ロール２からの基板の送り出し速度は一定であり、ステ
ッピングロール方式のように基板の送りだしが止まるこ
とはない。そして、各反応室での成膜も連続的に行われ
る。第一反応室１１でｎ層を、第二、第三反応室１２、
１３でｉ層を堆積するものとする。第一反応室１１では
図示されないガス供給装置からＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ 、ＰＨ₃
を、第二反応２室１２ではＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ をそれぞれ原
料ガスとして常時流し続ける。ただし、ロール付きバル
ブの使用により、仕切りバルブ２０が閉まっているとき
は、その部分では基板１が止まっており、短時間仕切り
バルブ２０を開放して、基板１を素早く送る。しかし上
で説明したように仕切りバルブ２０の開放時間は短縮で
きるので、反応室１１、１２の反応ガスの相互拡散はそ
れだけ抑えられる。

【００４８】その結果、従来のロールツーロール方式の
成膜装置のような、反応ガスの拡散に起因する太陽電池
の特性劣化はなくなる。図３のａ−Ｓｉ太陽電池を作製
するための成膜装置の例において、送り出しロール２か
ら金属膜付きのプ樹脂フィルムの基板１を０．１〜１ｍ
／分の速度で送りだし、第一反応室１１でｎ層、第二反
応室１２でｉ層を作製するものとする。二つの反応室１
１、１２の間には、二個の仕切りバルブ２０ａ、２０ｂ
で仕切られ、真空ポンプ７をもつ中間室１０がある。こ
の二個の仕切りバルブ２０ａ、２０ｂは表２のシーケン
スで動作する。

【００４９】

【表２】

【００５０】図３のように二つの反応室１１、１２の間
に、仕切りバルブ２０ａ、２０ｂで仕切ることのできる
中間室１０があれば、二個の仕切りバルブが同時に開い
ていることがないような一連の動作で操作することがで
きる。二個のバルブが同時に閉じている時間で十分な真
空引きを行えば二つの反応室１１、１２間でのガスの相
互拡散を完全に抑止できる。すなわち、ロールツーロー
ル成膜装置の最大の問題点であるガス相互拡散が克服で
きる。

【００５１】なお、可動ロール５のストロークは以下の
式で決定されるので、装置設計の際に留意する必要があ
る。ストローク＝仕切りバルブが閉じている時間×フィルム
搬送速度÷２中間室１０の両側にロール付きバルブ機構５５を設けた
ときは、中間室１０内の可動ロール機構５４は一つにで
きる。［実施例３］図５に本発明の第三の実施例の製造装置の
部分断面図を示す。これは図１２のａ−Ｓｉ層２２、２
３、２４および透明電極２５を一貫して連続成膜するた
めのロールツーロール方式の成膜装置である。ａ−Ｓｉ
各層は、可撓性基板１上に第一、第二、第三反応室１
１、１２、１３で、通常のプラズマＣＶＤ法によりロー
ルツーロール成膜方式で成膜されるので説明は省略す
る。

【００５２】第四反応室１４は、透明電極形成用のスパ
ッタ室であり、１８はＩＴＯのターゲット、１９はアノ
ードである。第三反応室１３と第四反応室１４との境に
中間室１０を設け、仕切りバルブ２０ｃ、２０ｄをもつ
ロール付きバルブ機構５５を配置した。６はヒーターで
ある。ａ−Ｓｉ各層がＳｉＨ₄ガスを主ガスＨ₂を希釈
ガスとして１０〜１００Ｐａの範囲でプラズマＣＶＤに
より形成されるのに対し、透明電極はＩＴＯ（インジウ
ム錫酸化物）を原料としてアルゴンガス（Ａｒ）をスパ
ッタガスに用いて圧力０．１〜１Ｐａでスパッタリング
により形成される。従って、両反応室ではプロセスガス
および圧力が極端に異なり、従来のロールツーロール方
式では成膜できなかった。

【００５３】本実施例では、ａ−Ｓｉ層を成膜するプラ
ズマＣＶＤ用第三反応室１３とＩＴＯスパッタ用の第四
反応室１４との間が２組のロール付きバルブ機構５５に
より仕切られている。二つの仕切りバルブ２０ｃ、２０
ｄの開放時期をずらすことによって、第四反応室１４を
高真空度に保つことができる。その結果、ＩＴＯのロー
ルツーロール方式での成膜が可能になった。尚、ＩＴＯ
は蒸着によって形成しても良く、全ての中間室にロール
付きバルブ機構を適用してもよい。［実施例４］図６に本発明の第四の実施例の製造装置の
部分断面図を示す。これは例えば図１２の太陽電池のａ
−Ｓｉ層を成膜するためのロールツーロール方式とステ
ッピングロール方式を混在させた成膜装置である。

【００５４】それぞれ真空ポンプ７を備えた第一反応室
１１と第二、第三反応室１２、１３が収納された第一ブ
ロック室３１および第四反応室１４がある。それぞれの
反応室には、ヒータ６を備えた接地電極５２とＲＦ電極
５１があってプラズマＣＶＤ法により成膜できるが、第
一反応室１１と第四反応室１４ではロールツーロール方
式ですなわち基板１を移動しながら、第二、第三反応室
１２、１３ではステッピングロール方式ですなわち基板
１を停止した状態で成膜が行われる。

【００５５】第一反応室１１と第一ブロック３１との間
および第一ブロック３１と第四反応室１４との間には、
仕切りバルブ２０とその両側に可動ロール機構５４を備
えたロール付きバルブ機構５５が配置されている。第一
反応室１１と第一ブロック３１との間の仕切りバルブ２
０ａとその両側の可動ロール５ａ、５ｂの動作は次のよ
うになる。第一反応室１１での成膜は連続的に行われて
いる。仕切りバルブ２０ａが閉まっているとき可動ロー
ル５ａが下がって基板１を蓄積する。蓄積分が１フレー
ム長になったら、仕切りバルブ２０ａを開け、可動ロー
ル５ａを上げ可動ロール５ｂを下げて、基板１の蓄積分
を仕切りバルブ２０ａの右側に移す。仕切りバルブ２０
ａを閉めた後、第二、第三反応室１２、１３のヒータ６
を上げ、基板１を送る。１フレーム長送ったら、ヒータ
６を下げ、圧力調整をして第二、第三反応室１２、１３
で成膜を開始する。

【００５６】第一ブロック３１と第四反応室１４との間
のロール付きバルブ機構５５の動作も同様に進められ、
ステッピングロール成膜方式からロールツーロール成膜
方式へもスムーズに移行できる。このようにして、ロー
ルツーロール方式とステッピングロール方式を混在させ
た成膜装置でも順調に成膜でき、それぞれの方式の特徴
を生かした成膜層が得られる。しかも、仕切りバルブ２
０と開放と第二、第三反応室１２、１３との開放時期を
ずらすことにより、反応室間のガスの相互拡散が抑止で
きる。

【００５７】第一ブロック３１の両端に仕切りバルブ２
０ｂを設け、仕切りバルブ２０ａとの開放時期をずらす
ようにすれば、更に反応室間の隔離性が高められ、成膜
した膜室を高められる。図ではａ−Ｓｉ層の成膜用の反
応室だけとしたが、ＩＴＯのスパッタ室を設けることも
できる。

【００５８】以上の実施例においては中間蓄積機構とし
てすべて可動ロール機構を用いた例を示したが、他の機
構も考えられる。図７（ａ）、（ｂ）は、二組の駆動ロ
ール１６を用いた駆動ロール機構５６である。二組の駆
動ロール１６の回転量を変えて、基板１の蓄積、放出を
行う。第一駆動ロール１６ａを回転し、第二駆動ロール
１６ｂを停止または第一駆動ロール１６ａより少ない回
転をすれば、それらの間に基板１が蓄積され、逆に第一
駆動ロール１６ａを停止し、第二駆動ロール１６ｂを回
転すれば放出が行われる。

【００５９】駆動ロール１６ａ、１６ｂと基板１との間
の保持は摩擦により［図７（ａ）］、または基板１の端
に設けられた孔列に駆動ロール１６ａ、１６ｂの突起を
挿入して行う［図７（ｂ）］。これらの方法は、基板１
の積極的な送り出しが可能である。図８は、また、別の
中間蓄積機構の例であり、可動ロールで基板を押す代わ
りに図の上方のノズル２８から短時間不活性ガスを噴射
して、基板１を変形させ、蓄積をするものである。必要
により、下方にストッパ２９を設けても良い。可動ロ
ールで基板を変形させる方式は、基板の両面にロールが
接触してしまい、ロールの回転により摩擦が少ないとは
いえ基板表面に傷をつけることがあったが、このように
不活性ガスで押す方式にすれば、基板１の表面には非接
触で変形させることができる。

【００６０】図９は、更に別の中間蓄積機構の例であ
る。可動ロールで基板を押す代わりに図の下方に静電吸
着板１７があり、それを基板１の裏面に接触させ、基板
を吸着した後、斜め下方に移動させ蓄積をするものであ
る。静電吸着板１７としては、電極を埋め込んだアルミ
ナ板などが知られている。この場合も基板１の表面には
接触しないで基板の変形が可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
動ロール機構等の中間蓄積機構により、可撓性基板の余
裕分を蓄積あるいは放出して、基板が静止する部分を設
けることができる。ステッピングロール方式の成膜装置
では、中間蓄積機構を設けて、複数の反応室の開放時期
をずらすことにより、従来の装置に比べて成膜を行わな
い無駄時間を約半分に抑えられる。この効果は特にタク
トタイムが短くなったときに顕著に現れ、生産性を大幅
に向上できる。

【００６２】一方、ロールツーロール方式の成膜装置で
は従来不可能だったガスの相互拡散の抑止が可能にな
る。この結果、太陽電池の特性の改善、さらには、透明
電極まで一貫して形成することが可能になる。更に両方
式を併用することが可能になった。すなわち、本発明に
より、高性能の太陽電池を高い歩留まりで大量生産する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の成膜装置の断面図

【図２】（ａ）ないし（ｇ）は図１の成膜装置の搬送動
作の説明図

【図３】本発明の第二の実施例の成膜装置の断面図

【図４】（ａ）ないし（ｃ）はロール付きバルブ機構の
動作説明図

【図５】本発明の第三の実施例の成膜装置の断面図

【図６】本発明の第四の実施例の成膜装置の断面図

【図７】（ａ）、（ｂ）は別の中間蓄積機構の例を示す
図

【図８】更に別の中間蓄積機構の例を示す図

【図９】更にまた別の中間蓄積機構の例を示す図

【図１０】従来のロールツーロール成膜装置の断面図

【図１１】従来のステッピングロール成膜装置の断面図

【図１２】シングルｐｉｎ接合型a-Si太陽電池の構造図

【符号の説明】

１可撓性基板２送り出しロール３巻き取りロール４搬送ロール５、５ａ、５ｂ可動ロール６ヒーター７真空ポンプ８反応室壁９共通室１０中間室１１第一反応室１２第二反応室１３第三反応室１４第四反応室１５プラズマ１６、１６ａ、１６ｂ駆動ロール１８ターゲット１９アノード２０、２０ａ、２０ｂ仕切りバルブ２１金属膜２２ｎ層２３ｉ層２４ｐ層２５透明電極２６送り室２７巻き取り室２８ノズル２９ストッパ３０静電吸着板３１第一ブロツク３２第二ブロツク３３第三ブロツク３８ブロック壁５１ＲＦ電極５２接地電極５４可動ロール機構５５ロール付きバルブ機構５６駆動ロール機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状可撓性基板の上に複数の異なる性質の
薄膜を基板を静止した状態でステップ的に積層して光電
変換層を形成する薄膜光起電力素子のステッピングロー
ル方式の製造装置において、反応室間に、一回の成膜時
に使用される基板の単位長（１フレーム長と称する）の
整数倍の長さの基板の蓄積が可能な中間蓄積機構を有す
ることを特徴とする薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項２】基板が、基板の送り方向とほぼ直角の方向
に変形されて基板の蓄積を行う中間蓄積機構を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜光電変換素子の製造
装置。
【請求項３】固体の押圧物により基板を変形させること
を特徴とする請求項２記載の薄膜光電変換素子の製造装
置。
【請求項４】押圧物の先端にロールを持つ可動ロール機
構を有することを特徴とする請求項３記載の薄膜光電変
換素子の製造装置。
【請求項５】気体の押圧物により基板を変形させること
を特徴とする請求項２記載の薄膜光電変換素子の製造装
置。
【請求項６】二つの駆動ロールの回転量の差により基板
の蓄積を行う駆動ロール機構を有することを特徴とする
請求項２記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項７】静電吸着部を持ち基板を裏面から把持し、
基板を変形させることを特徴とする請求項２記載の薄膜
光電変換素子の製造装置。
【請求項８】中間蓄積機構の両側に仕切りバルブを配置
して中間室を設けたことを特徴とする請求項１ないし７
のいずれかに記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項９】複数の反応室の開放時期をずらしたことを
特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の製造装
置を用いた薄膜光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】複数の反応室の開放時期をずらし、中間
室の両側の仕切りバルブの開放時期をずらしたことを特
徴とする請求項８記載の製造装置を用いた薄膜光電変換
素子の製造方法。
【請求項１１】帯状可撓性基板の上に複数の異なる性質
の薄膜を、基板を搬送しながら連続的に積層して光電変
換層を形成する薄膜光電変換素子のロールツーロール方
式の製造装置において、仕切りバルブとその前後に配置
された基板の蓄積が可能な中間蓄積機構を有することを
特徴とする可動ロール機構とを有することを特徴とする
薄膜光起電力素子の製造装置
【請求項１２】基板が、基板の送り方向とほぼ直角の方
向に変形されて基板の蓄積を行う中間蓄積機構を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の薄膜光電変換素子の
製造装置。
【請求項１３】固体の押圧物により基板を変形させるこ
とを特徴とする請求項１２記載の薄膜光電変換素子の製
造装置。
【請求項１４】押圧物の先端にロールを持つ可動ロール
機構を有することを特徴とする請求項１３記載の薄膜光
電変換素子の製造装置。
【請求項１５】気体の押圧物により基板を変形させるこ
とを特徴とする請求項１２記載の薄膜光電変換素子の製
造装置。
【請求項１６】二つの駆動ロールの回転量の差により基
板の蓄積を行う駆動ロール機構を有することを特徴とす
る請求項１２記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項１７】静電吸着部を持ち基板を裏面から把持
し、基板を変形させることを特徴とする請求項１２記載
の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項１８】二つの仕切りバルブで仕切られる中間室
を有し、二つの仕切りバルブの前後に配置された少なく
とも三つの可動ロール機構からなるロール付きバルブ機
構を備えたことを特徴とする請求項１１ないし１７のい
ずれかに記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項１９】二つの仕切りバルブで仕切られた中間室
を真空にする排気装置を備えたことを特徴とする請求項
１８記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項２０】請求項１１ないし１９のいずれかに記載
の製造装置を用いた薄膜光起電力素子のロールツーロー
ル方式の製造方法において、成膜中に基板の一部を静止
することを特徴とする薄膜光電変換素子の製造方法。
【請求項２１】請求項１８または１９に記載の製造装置
を用いた薄膜光起電力素子のロールツーロール方式の製
造方法において、成膜中に基板の一部が静止する時間が
あり、その二つの仕切りバルブの開放時期をずらしたこ
とを特徴とする薄膜光電変換素子の製造方法。
【請求項２２】帯状可撓性基板の上に複数の異なる性質
の薄膜を積層して光電変換層を形成する薄膜光起電力素
子の製造装置において、連続的に成膜するロールツーロ
ール方式の反応室と、基板を静止した状態でステップ的
に成膜するステッピングロール方式の反応室とを備え、
それらの反応室の間に、ステッピングロール方式の一回
の成膜時に使用される基板の単位長（１フレーム長と称
する）の整数倍の長さの基板の蓄積が可能な中間蓄積機
構を有することを特徴とする薄膜光電変換素子の製造装
置。
【請求項２３】基板が、基板の送り方向とほぼ直角の方
向に変形されて基板の蓄積を行う中間蓄積機構を有する
ことを特徴とする請求項２２記載の薄膜光電変換素子の
製造装置。
【請求項２４】固体の押圧物により基板を変形させるこ
とを特徴とする請求項２３記載の薄膜光電変換素子の製
造装置。
【請求項２５】押圧物の先端にロールを持つ可動ロール
機構を有することを特徴とする請求項２４記載の薄膜光
電変換素子の製造装置。
【請求項２６】気体の押圧物により基板を変形させるこ
とを特徴とする請求項２３記載の薄膜光電変換素子の製
造装置。
【請求項２７】二つの駆動ロールの回転量の差により基
板の蓄積を行う駆動ロール機構を有することを特徴とす
る請求項２３記載の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項２８】静電吸着部を持ち基板を裏面から把持
し、基板を変形させることを特徴とする請求項２３記載
の薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項２９】ステッピングロール方式の反応室と可動
ロール機構との間に仕切りバルブを有することを特徴と
する請求項２２ないし２８のいずれかに記載の薄膜光電
変換素子の製造装置。
【請求項３０】請求項２２ないし２９のいずれかに記載
の製造装置を用いた薄膜光電変換素子の製造方法におい
て、一部の膜はロールツーロール方式で基板を搬送しな
がら連続的に成膜し、他の膜はステッピングロール方式
で基板を静止した状態でステップ的に成膜することを特
徴とする薄膜光電変換素子の製造方法。