(57)【要約】【課題】成膜プロセス中に、可撓性基板に付着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入する可能性を低くすることができる薄膜太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】まず、基板加工装置１００において、真空容器内で、表面に凹凸を有していて加熱された加工部材１６０を可撓性基板５０の表面に押し付ける。加工部材１６０の加熱ロール１６２は加熱されており、かつ表面に凹凸を有している。このため、可撓性基板５０の表面には凹凸が形成される。次いで、成膜装置において、可撓性基板の表面に下部電極を形成する。次いで、次の成膜装置において、下部電極上に光電変換層を形成する。次いで、次の成膜装置において、光電変換層上に上部電極を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で、表面に凹凸を有していて加熱された加工部材を可撓性基板の表面に押し付けることにより、前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程と、
前記可撓性基板の表面に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に上部電極を形成する工程と、
を備える薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、
前記加工部材は、表面に凹凸を有するロールである薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池の製造方法において、
前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程の前に、前記可撓性基板を加熱して脱ガス処理する工程を有する薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の薄膜太陽電池の製造方法において、
前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程において、前記加工部材の温度を、前記可撓性基板のガラス転移点温度以上熱分解開始温度未満にする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の薄膜太陽電池の製造方法において、
前記可撓性基板は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）からなる群から選ばれた少なくとも一つから形成されている薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
可撓性基板の表面に凹凸を形成する基板加工装置と、
前記可撓性基板の表面に、下部電極、光電変換層、及び上部電極を形成する成膜装置と、
を備え、
前記基板加工装置は、
前記可撓性基板が搬入される真空容器と、
前記真空容器内に配置され、表面に凹凸を有していて前記可撓性基板の表面に押し付けられる加工部材と、
前記加工部材を加熱する加熱部と、
を備える薄膜太陽電池製造システム。
【請求項７】
可撓性基板が搬入される真空容器と、
前記真空容器内に配置され、表面に凹凸を有していて前記可撓性基板の表面に押し付けられる加工部材と、
前記加工部材を加熱する加熱部と、
を備える基板加工装置。
【請求項８】
真空容器内において、光電変換層が形成される可撓性基板の表面に、凹凸を有していて加熱された加工部材を押し付けることにより、前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程を有する可撓性基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換層に凹凸を有する薄膜太陽電池の製造方法、薄膜太陽電池製造システム、基板加工装置、及び可撓性基板の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を光電変換することにより電力を生成する。太陽電池の一つである薄膜太陽電池は、基板上に下部電極、光電変換層、及び上部電極をこの順に積層させたものである。薄膜太陽電池は使用するシリコン等の量が少ないため、重要性が高まっている。また、薄膜太陽電池の基板に可撓性基板を用いると、ロールツーロール方式で薄膜太陽電池を製造することができるため、製造コストを低くすることが可能になる。
【０００３】
薄膜太陽電池が普及するためのポイントの一つに、光電変換効率を向上させることがある。光電変換効率を向上させる方法の一つに、下部電極などに凹凸を設けることにより、薄膜太陽電池に入射した光を散乱させる方法がある。ここで設けられる凹凸の大きさは、散乱させる光の波長と同程度であるのが好ましい。
【０００４】
特許文献１には、可撓性基板であるポリイミドフィルムに凹凸を形成する方法が記載されている。具体的には、ポリイミド前駆体フィルムを形成するための支持体に凹凸構造を設けることにより、凹凸を有するポリイミド前駆体フィルムを形成する。そして、このポリイミド前駆体フィルムをイミド化することにより、凹凸を有するポリイミドフィルムを製造する。また特許文献１には、グリーンフィルム（ポリイミド前駆体フィルム）に凹凸のあるロールを押し付け、その後にイミド化を行なうことにより、凹凸を有するポリイミドフィルムを製造することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
薄膜太陽電池の成膜プロセスは、真空中で行なわれるのが一般的である。この場合、可撓性基板に水分などが吸着していると、成膜プロセス中に、吸着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入し、膜質が低下する可能性があった。この可能性を低下させるためには、可撓性基板の表面積を小さくすることが好ましい。しかし特許文献１に記載の方法では、可撓性基板であるポリイミドフィルムを形成するときに凹凸を形成していたため、可撓性基板の比表面積が大きくなっていた。このため、可撓性基板に吸着している水分等の量が多くなり、成膜プロセス中に、可撓性基板に付着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入する可能性があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成膜プロセス中に、可撓性基板に付着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入する可能性を低くすることができる薄膜太陽電池の製造方法、薄膜太陽電池製造システム、基板加工装置、及び可撓性基板の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、真空容器内で、表面に凹凸を有していて加熱された加工部材を可撓性基板の表面に押し付けることにより、前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程と、
前記可撓性基板の表面に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に上部電極を形成する工程と、
を備える薄膜太陽電池の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明によれば、可撓性基板の表面に凹凸を形成する基板加工装置と、
前記可撓性基板の表面に、下部電極、光電変換層、及び上部電極を形成する成膜装置と、
を備え、
前記基板加工装置は、
前記可撓性基板が搬入される真空容器と、
前記真空容器内に配置され、表面に凹凸を有していて前記可撓性基板の表面に押し付けられる加工部材と、
前記加工部材を加熱する加熱部と、
を備える薄膜太陽電池製造システムが提供される。
【００１０】
本発明によれば、可撓性基板が搬入される真空容器と、
前記真空容器内に配置され、表面に凹凸を有していて前記可撓性基板の表面に押し付けられる加工部材と、
前記加工部材を加熱する加熱部と、
を備える基板加工装置が提供される。
【００１１】
本発明によれば、真空容器内において、光電変換層が形成される可撓性基板の表面に、凹凸を有していて加熱された加工部材を押し付けることにより、前記可撓性基板の表面に凹凸を形成する工程を有する可撓性基板の加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成膜プロセス中に、可撓性基板に付着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入する可能性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る薄膜太陽電池製造システムの構成を示すブロック図である。
【図２】基板加工装置の構成を示す断面図である。
【図３】基板加工装置の要部を示す斜視図である。
【図４】成膜装置の構成を示す図である。
【図５】成膜室の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
図１は、実施形態に係る薄膜太陽電池の製造方法に用いられる薄膜太陽電池製造システムの構成を示すブロック図である。この薄膜太陽電池製造システムは、基板加工装置１００及び成膜装置２００，３００，４００を備えている。基板加工装置１００は、可撓性基板の表面に凹凸を形成する。詳細には、基板加工装置１００は、可撓性基板が搬入される真空容器と、真空容器内に配置された加工部材を有している。加工部材は、表面に凹凸を有しており、加熱された状態で可撓性基板の表面に押し付けられる。成膜装置２００は、可撓性基板の表面に、下部電極を成膜する装置である。成膜装置３００は、下部電極上に光電変換層を成膜する装置である。成膜装置４００は、光電変換層上に上部電極を成膜する装置である。
【００１６】
この薄膜太陽電池製造システムを用いて薄膜太陽電池を製造する方法は、以下の工程を有する。まず、基板加工装置１００において、真空容器内で、表面に凹凸を有していて加熱された加工部材を可撓性基板の表面に押し付ける。加工部材は加熱されており、かつ表面に凹凸を有している。このため、可撓性基板の表面には凹凸が形成される。次いで、成膜装置２００において、可撓性基板の表面に下部電極を形成する。次いで、成膜装置３００において、下部電極上に光電変換層を形成する。次いで、成膜装置４００において、光電変換層上に上部電極を形成する。
【００１７】
なお、基板加工装置１００において、可撓性基板の表面に凹凸を形成する前に、可撓性基板を予備加熱することが望ましい。
【００１８】
図２は、基板加工装置１００の構成を示す断面図であり、図３は基板加工装置１００の要部を示す斜視図である。基板加工装置１００は、真空容器１４０および加工部材１６０を有している。真空容器１４０は、排気手段（図示せず）により内部が排気されている。加工部材１６０は真空容器１４０内に配置されている。
【００１９】
加工部材１６０は表面に凹凸を有しており、可撓性基板５０の表面に押し付けられる。本実施形態において加工部材１６０は、加熱ロール１６２とプレスロール１６４を有している。加熱ロール１６２はヒータ（加熱部）を内蔵しており、かつ表面に凹凸１６３（図３）が形成されている。凹凸１６３は、例えばレーザ加工などにより形成される。凹凸１６３の高低差は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、凹凸１６３を構成する凸部及び凹部の幅は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。プレスロール１６４は、可撓性基板５０を加熱ロール１６２に押し付ける。
【００２０】
可撓性基板５０は、プレスロール１６４によって加熱ロール１６２に押し付けられることにより、加熱ロール１６２によって加熱される。加熱ロール１６２の表面には凹凸１６３が形成されているため、可撓性基板５０の表面には加熱ロール１６２の凹凸１６３が転写される。このようにして、可撓性基板５０の表面には凹凸が形成される。
【００２１】
加熱ロール１６２の温度は、例えば可撓性基板５０のガラス転移点温度以上熱分解開始温度未満、例えば４００℃以上５００℃未満である。なお可撓性基板５０は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）からなる群から選ばれた少なくとも一つから形成されている。
【００２２】
なお、可撓性基板５０は、加熱ロール１６２によって凹凸が形成された後に、冷却ロール１４６によって冷却される。冷却ロール１４６は、冷媒が流れる配管（図示せず）を有している。
【００２３】
また基板加工装置１００は、予備加熱室としての真空容器１２０を有している。真空容器１２０は、排気手段（図示せず）によって内部が排気されている。真空容器１２０と真空容器１４０は、一つの真空容器を隔壁１８０で分離した構成を有している。真空容器１２０にはロール状に巻かれた可撓性基板５０を送り出す巻出ロール１２２が配置されており、真空容器１４０には可撓性基板５０を巻き取る巻取ロール１４８が配置されている。なお、隔壁１８０にはスリット１８２が設けられており、このスリット１８２を介して可撓性基板５０は真空容器１２０から真空容器１４０に送り出される。
【００２４】
詳細には、巻出ロール１２２から送り出された可撓性基板５０は、真空容器１２０内に配置された予備加熱ロール１２４、加熱ロール１２６，１２８、及びロール１３０を介して、真空容器１４０に送り出される。このとき、可撓性基板５０は予備加熱ロール１２４及び加熱ロール１２６，１２８によって段階的に加熱されていく。この加熱によって、可撓性基板５０に付着していた水分等は放出される（脱ガス処理）。
【００２５】
なお真空容器１２０において放出される水分等の量は多い。また放出された水分等は再付着する可能性がある。そこで本実施形態では、真空容器１２０の上部に接続したガス供給配管１２１から真空容器１２０内に不活性ガスを、例えば５ｓｃｃｍ以上５０ｓｃｃｍ以下導入し、かつ上記した排気手段によって真空容器１２０内の圧力を０．０１ｍｔｏｒｒ以上１０ｍｔｏｒｒ以下に維持する。これにより、可撓性基板５０から放出された水分等は、効率よく真空容器１２０の外に排気される。
【００２６】
そして真空容器１２０から真空容器１４０内に送り出された可撓性基板５０は、真空容器１４０内に配置されたロール１４２、加熱ロール１４４，１６２、及び冷却ロール１４６を介して巻取ロール１４８でロール状に巻き取られる。巻取ロール１４８で巻き取られた可撓性基板５０は、ロール状のまま、成膜装置２００に搬送される。なお可撓性基板５０に付着していた水分等は、真空容器１４０内においても放出される。
【００２７】
真空容器１２０には壁面ヒータ１３２が設けられており、真空容器１４０には壁面ヒータ１５０が設けられている。壁面ヒータ１３２，１５０は、真空容器１２０，１４０の全体を加熱するヒータであり、互いに同じ温度、例えば３５０℃以上４５０℃以下に設定されている。
【００２８】
図４は、成膜装置３００の構成を示す図である。なお成膜装置２００，４００の構成は、成膜室の数を除いて、成膜装置３００の構成と同様である。
【００２９】
成膜装置３００は、成膜室３０２，３０４，３０６、基板送出部３４０、及び基板巻取部３４２を備えている。
【００３０】
基板送出部３４０は、ロール状に巻かれた可撓性基板５０を保持しており、成膜室３０２，３０４，３０６に可撓性基板５０を送り出す。成膜室３０２，３０４，３０６は、可撓性基板５０に成膜処理を行う。例えば、成膜室３０２は第１導電型（例えばｎ型）の微結晶シリコン層を成膜し、成膜室３０４は真性型の微結晶シリコン層（ｉ型微結晶シリコン層）を成膜し、成膜室３０６は第２導電型（例えばｐ型）の微結晶シリコン層を成膜する。基板巻取部３４２は、成膜室３０２，３０４，３０６で成膜処理された可撓性基板５０をロール状に巻き取る。この例において、光電変換層は微結晶シリコン層であるが、アモルファスシリコン層であっても良いし、他の半導体層であってもよい。
【００３１】
図５は、成膜室３０２の構成を示す断面図である。成膜室３０２は、成膜容器３１０、アノード電極３２０、及びカソード電極３３０を備えている。アノード電極３２０及びカソード電極３３０は成膜容器３１０の中に配置されている。アノード電極３２０は接地されており、ヒータを内蔵している。カソード電極３３０は高周波電源３３４に接続している。またカソード電極３３０は、処理ガスを成膜容器３１０に導入するシャワーヘッドとなっており、プロセスガスを導入するための配管３３２が接続されている。本図に示す例において、アノード電極３２０が上側に位置しており、カソード電極３３０が下側に位置している。
【００３２】
なお成膜室３０４，３０６の構成も、上記した成膜室３０２の構成と略同様である。
【００３３】
成膜室３０２で用いられるプロセスガスは、例えばシラン（ＳｉＨ４）、水素、及び不純物ガス（例えばＰＨ３）である。成膜室３０４で用いられるプロセスガスは、例えばシラン（ＳｉＨ４）及び水素である。成膜室３０６で用いられるプロセスガスは、例えばシラン（ＳｉＨ４）、水素、及び不純物ガス（例えばＢ２Ｈ６）である。
【００３４】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、真空容器１４０内で可撓性基板５０から水分等を揮発させる処理（脱ガス処理）を行い、かつ可撓性基板５０の表面に凹凸を形成している。このため、脱ガス処理を行なう前においては可撓性基板５０の表面に凹凸は形成されておらず、比表面積が小さい。従って、脱ガス処理前に可撓性基板５０に吸着している水分等の量を少なくすることができ、これによって、脱ガス処理後に可撓性基板５０に水分等が残留する可能性を低くすることができる。この結果、成膜プロセス中に、可撓性基板５０に付着していた水分等がプロセス雰囲気中に混入する可能性を低くすることができる。
【００３５】
また真空容器１４０内で可撓性基板５０の表面に凹凸を形成する前に、真空容器１２０内で可撓性基板５０を予備加熱している。このため、可撓性基板５０に吸着している水分等の多くは真空容器１２０で予め除去される。従って、真空容器１４０内で可撓性基板５０の表面に凹凸が形成され、可撓性基板５０の比表面積が多くなっても、真空容器１４０内で水分等が可撓性基板５０に再付着することが抑制される。
【００３６】
また、加熱ロール１６２の凹凸１６３の高低差や凹凸１６３を構成する凸部及び凹部の幅を変える事により、容易に可撓性基板５０の凹凸を変えることができる。
【００３７】
また、薄膜太陽電池の製造システムに、既に脱ガス処理を行なう真空容器がある場合、この真空容器が有する加熱ロールの一つを、表面に凹凸を有する加熱ロール１６２に変えることにより、可撓性基板５０に凹凸を形成することができる。従って、設備投資が少なくてすむ。また、可撓性基板５０の材料が変わった場合でも、可撓性基板５０の加熱条件を変更するのみでよいため、本実施形態に係る凹凸の形成方法は汎用性が高い。
【００３８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
５０ 可撓性基板
１００ 基板加工装置
１２０ 真空容器
１２１  ガス供給配管
１２２ 巻出ロール
１２４ 予備加熱ロール
１２６  加熱ロール
１２８ 加熱ロール
１３０ ロール
１３２ 壁面ヒータ
１４０ 真空容器
１４２ ロール
１４６ 冷却ロール
１４８ 巻取ロール
１５０ 壁面ヒータ
１６０ 加工部材
１６２ 加熱ロール
１６３ 凹凸
１６４ プレスロール
１８０ 隔壁
１８２ スリット
２００ 成膜装置
３００ 成膜装置
３０２ 成膜室
３０４ 成膜室
３０６ 成膜室
３１０ 成膜容器
３２０ アノード電極
３３０ カソード電極
３３２ 配管
３３４ 高周波電源
３４０ 基板送出部
３４２ 基板巻取部
４００ 成膜装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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