(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される可撓性基板面に平行な背面部と基板に気密に接触可能な端面を備える側壁部とを有し，かつ前記背面部は開口を有してなる高電圧電極と、この高電圧電極に対向して前記基板の外側に設けられ，基板加熱用のヒータを有する接地電極と、前記高電圧電極の背面部に設けられ，シール材により前記背面部の開口と気密に連通する貫通孔を有し，かつこの貫通孔に連通する真空排気口を有する電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ラインとを備え、前記高電圧電極と基板との間に形成される成膜空間に成膜用のガスを導入して，高電圧電極と接地電極間への高周波電圧の印加によって前記基板と高電圧電極間に放電を発生させ，基板の一面上に薄膜を形成するように構成した薄膜光電変換素子の製造装置において、前記絶縁性排気ライン中のガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段を、前記絶縁性排気ライン中に備えた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】
請求項１に記載のものにおいて、前記放電防止手段は、電気絶縁性材料からなる複数枚のガス流の邪魔板からな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３】
請求項１に記載のものにおいて、前記放電防止手段は、電気絶縁性材料からなる網目状部材からな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４】
請求項１に記載のものにおいて、前記ガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段に代えて、前記高電圧電極の背面開口部に配設された第１の金属メッシュと、この第１の金属メッシュに近接して絶縁性排気ライン側に配設されかつ電気的に接地された第２の金属メッシュと、前記両金属メッシュの間に介挿した電気絶縁性材料からなる絶縁性シートとからなる放電防止手段を備えたことを特徴とする薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のものにおいて、前記電気絶縁性材料は、フッ素樹脂，ガラスまたはセラミックスの内の少なくともいずれか一つの材料からな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６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のものにおいて、薄膜光電変換素子の製造装置は、２列の可撓性基板に薄膜光電変換素子を同時に製作可能なように、並行して搬送される２列の可撓性基板の間に，各基板にそれぞれ対応して設けられ，基板面に平行な背面部と基板に気密に接触可能な端面を備える側壁部とを有し，かつ前記背面部は開口を有してなる二つの高電圧電極と、この高電圧電極に対向して前記各基板の外側にそれぞれ設けられ，基板加熱用のヒータを有する二つの接地電極と、前記二つの高電圧電極の背面部間に設けられ，シール材により前記背面部の開口と気密に連通する貫通孔を有し，かつこの貫通孔に連通する真空排気口を有する電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ラインとを備え、前記高電圧電極と各基板との間に形成される成膜空間に成膜用のガスを導入して，高電圧電極と接地電極間への高周波電圧の印加によって前記基板と高電圧電極間に放電を発生させ，各基板の一面上に薄膜を形成するように構成したことを特徴とする薄膜光電変換素子の製造装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のものにおいて、前記基板と高電圧電極の背面部との間に，この背面部と平行に，かつ前記成膜用のガスを通流させるための隙間を側面部との間に設けて背面部の略全幅にわたって，導電性材料からなる板状または箱状の前記シール材に対する熱の遮蔽体を配設し，この遮蔽体を前記高電圧電極と電気的に接続してなり、かつ前記成膜用のガスは、前記隙間から前記背面部の開口に流通可能に構成したことを特徴とする薄膜光電変換素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池の製造装置の内、可撓性基板上にステッピングロール方式で薄膜を形成する薄膜光電変換素子の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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る。
【０００３】
従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いていたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられている。上記薄膜太陽電池は、例えばフレキシブルな電気絶縁性フィルム基板上に金属電極層、薄膜半導体層からなる光電変換層および透明電極層が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式またはステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００４】
前記両方式共に、複数のロールによる基板搬送手段を備え、前者は各成膜室内を連続的に移動する基板上に連続的に成膜する方式であり、後者は各成膜室内で同時に停止させた基板上に成膜し，成膜の終わった基板部分を次の成膜室へ送り出す方式を採用している。
【０００５】
ステッピングロール方式の成膜装置は、隣接する成膜室間のガス相互拡散を防止できることから各薄膜の特性が安定して得られることや装置がコンパクトとなるなどの点で優れており、その装置の構成は、例えば、特開平６−２９２３４９号公報，特開平７−６９５３号公報，特開平７−２２１０２５号公報，特開平８−２５０４３１号公報，特開平８−２９３４９１号公報などに記載されている。
【０００６】
図１１に、共通真空室内に成膜室を複数有するステッピングロール成膜方式の真空成膜装置の構成の一例の概念図を示す。図１１に示す装置は、可撓性基板の巻出し用アンワインダー室２９０と、金属電極層（背面の接続電極層），光電変換層（ａ−Ｓｉ層）および透明電極層（ＩＴＯ層）などを形成するための複数個の独立した処理空間としてなる成膜室２８０と、巻取り用ワインダー室２９１とを備え、基板２０１はコア２８２から捲き出されコア２８３にまきとられる間に、複数の成膜室２８０で成膜されるように構成されている。共通室２８１は複数の成膜室２８０を内部に収めている。
【０００７】
成膜室ではスパッタ成膜またはプラズマ化学気相成長法（以下プラズマＣＶＤ法と記す）などにより成膜が行われる。例えば、プラズマＣＶＤ法により成膜するステッピングロール方式では、成膜室開放−基板１フレーム移動−成膜室封止−原料ガス導入−圧力制御−放電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−成膜室開放からなる操作が繰り返される。
【０００８】
また、量産性を高める観点から、並行して搬送される２列の可撓性基板に同時に光電変換層を成膜するプラズマＣＶＤ法ステッピングロール方式が、本件出願人により提案されている（特開平８−２９３４９１号公報参照）。
【０００９】
図１２および図１３に上記特開平８−２９３４９１号公報に記載された装置を示す。図１２は、前記装置の製膜時の状態を平面断面図として示し、図１３は、製膜時の製膜室の状態を拡大図として示す。図１２の薄膜光電変換素子の製造装置は、送り室１１、予備真空室１２、成膜用真空室１３、巻き取り室１４を備え、二つの可撓性基板１は、送り室１１から巻き取り室１４へ搬送される。成膜用真空室１３内には、高電圧電極２１とヒータ２３を有する接地電極２２が対向配置され、高周波電圧の印加の下でのプラズマＣＶＤによりその間に停止した基板１の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する。
【００１０】
図１３に拡大して示すように、高電圧電極２１は蓋状で、その端面にシールブロック８を介して基板１が密着することにより、気密に保つことのできる成膜室５が形成される。高電圧電極２１は、各基板１に対して一つずつ備えられるが、その背面部で絶縁材料よりなる排気ブロック９を介して連結されている。排気ブロック９は高電圧電極２１とシール材９１を介することにより密着し、排気ブロック９に開けられた排気口７２、高電圧電極７１の背面部の開口２５を介して図示しない圧力制御機能を備えた排気系により各成膜室５は一括して成膜圧力に保たれる。
【００１１】
高電圧電極２１、接地電極２２の間への電圧の印加でプラズマ６が生じ、成膜が行われる。二つの成膜室５の間は、排気ブロック９により電気絶縁されているため、成膜室毎にプラズマ６の制御を行うことができる。成膜終了後、接地電極２２を矢印４１のように図２に示すアクチュエータ２４により上下に数十ｍｍ移動すると、接地電極２２に抑えられていた基板１も解放され、矢印４１の方向に移動する。
【００１２】
ところで、高電圧電極２１が成膜用真空室１３の空間に露出するが、高電圧電極２１に高周波電力を印加した場合でも成膜中の製膜用真空室１３の圧力を０．１Ｐａ以下に保つことにより成膜用真空室１３の室内での放電は抑制される。しかしながら、排気ブロック９の中の圧力は成膜時で１０〜１７０Ｐａ（実用上は、４０〜１４０Ｐａ）となるため二つの高電圧電極間で容易に放電してしまう。電極間の位相を調整制御する方法もあるが、現実には問題があり、二つの高電圧電極間の放電を避けるため排気ブロック９を絶縁物とし、長さを１００ｍｍ以上としている。
【００１３】
ところで、上記従来の薄膜光電変換素子の製造装置の場合、上記１００ｍｍ以上とする分だけ成膜用真空室の幅が広くなり、真空室の容積が増し大型の排気系が必要となり、真空室製作のコストも含め装置の全体コストが増大する問題がある。そこで、上記問題点を解決するために本願出願人は、図１４に示すように、前記排気ブロック９０の貫通孔内にガスの導通を遮断する隔壁９２を設け、かつ真空排気口７３を、この隔壁９２により区分された各貫通孔７３にまたがって連通して設ける構成を有する薄膜光電変換素子の製造装置を提案をした（特願平１１−２２９７５０号参照）。
【００１４】
図１４に示す装置は、前記隔壁９２を備えることに加えて、排気ブロック９０のシール材９１の温度を低く抑えてシールの安全性を向上するために、基板１と高電圧電極２１の背面部との間に，この背面部と平行に，かつ前記成膜用のガスを通流させるための隙間を側面部との間に設けて背面部の略全幅にわたって，導電性材料からなる板状または箱状の前記シール材に対する熱の遮蔽体２７を配設し、この遮蔽体を高電圧電極と電気的に接続し、かつ成膜用のガスは、前記隙間から前記背面部の開口に流通可能なように構成されている。
【００１５】
後述するこの発明の説明の便宜上、上記従来薄膜光電変換素子の製造装置の構成を簡略化した図を、図８〜図１０に示す。図８は上記図１３に対応し、図１０は図１４に対応し、いずれも２列の基板を並行して搬送して成膜する装置を示す。これに対して、図９は、１列の基板に成膜する装置を示す。図８〜図１０共に、図１２〜図１４に示す装置における同一機能部材には、同一の番号を付して説明を省略する。
【００１６】
なお、図８〜図１０においては、真空排気系に関して、図１２〜図１４に図示しない部材を追記しており、図８〜図１０における排気系は、それぞれ電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ライン５９と、その下流の金属材料からなる金属排気ライン５６とを有する排気ラインと排気ユニット５８により構成された排気系を示す。また、排気ユニット５８の前段には圧力制御バルブ５７が設けられ、成膜中に成膜ガスの圧力制御を行うように構成した図を示す。さらに、図８または図１０においては、絶縁性排気ライン５９は、絶縁ブロック９または９０と、絶縁配管５９とから成るものを示す。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特願平１１−２２９７５０号で提案した従来の改良された薄膜光電変換素子の製造装置であっても、比較的低い成膜圧力（高い真空度）あるいは高い高周波出力投入の条件下においては、高周波高電圧電極後部に設置した排気ライン中で放電が生じてしまい、高周波のパワーロスあるいは成膜領域以外の装置内への膜付着が生じてしまう問題があることが判明した（詳細は、この発明の比較例として後述する）。パワーロスあるいは成膜領域以外の装置内への膜付着は、成膜装置のハイスループット化を難しくし、メンテナンス頻度を増加させてしまう。
【００１８】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の課題は、排気ライン内の放電の抑制を従来より改善し、成膜装置のハイスループット化とメンテナンス頻度の低減を図り、総合的に薄膜光電変換素子の量産コストの低減を図ることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、請求項１の発明は、搬送される可撓性基板面に平行な背面部と基板に気密に接触可能な端面を備える側壁部とを有し，かつ前記背面部は開口を有してなる高電圧電極と、この高電圧電極に対向して前記基板の外側に設けられ，基板加熱用のヒータを有する接地電極と、前記高電圧電極の背面部に設けられ，シール材により前記背面部の開口と気密に連通する貫通孔を有し，かつこの貫通孔に連通する真空排気口を有する電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ラインとを備え、前記高電圧電極と基板との間に形成される成膜空間に成膜用のガスを導入して，高電圧電極と接地電極間への高周波電圧の印加によって前記基板と高電圧電極間に放電を発生させ，基板の一面上に薄膜を形成するように構成した薄膜光電変換素子の製造装置において、前記絶縁性排気ライン中のガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段を、前記絶縁性排気ライン中に備えたものとする。
【００２０】
例えば、請求項１に記載のものにおいて、前記放電防止手段は、電気絶縁性材料からなる複数枚のガス流の邪魔板からなるものとする（請求項２）、あるいは前記放電防止手段は、電気絶縁性材料からなる網目状部材からなるものとする（請求項３）。
【００２１】
上記構成によれば、邪魔板や網目状部材にガス流中の電子が衝突して消失するため、ガス中の電子密度が低下し、放電を維持することが不能となる。この原理を利用して、比較的低い成膜圧力あるいは高い高周波出力投入の条件下においても放電の抑制を図ることができる。
【００２２】
また、前記請求項１に記載のものにおいて、前記ガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段に代えて、前記高電圧電極の背面開口部に配設された第１の金属メッシュと、この第１の金属メッシュに近接して絶縁性排気ライン側に配設されかつ電気的に接地された第２の金属メッシュと、前記両金属メッシュの間に介挿した電気絶縁性材料からなる絶縁性シートとからなる２重メッシュ構成の放電防止手段を備えたものとする（請求項４）。
【００２３】
前記２重メッシュ構成は、パッシェン曲線（放電開始電圧と換算電極間距離［圧力×電極間距離］の関係）で示される放電可能条件を利用したもので、前記のように、高周波電極と接地部位とに設けた二つのメッシュを十分近接して設置することにより、放電開始電圧を極端に高くして、放電を生じさせないようにすることができる。上記請求項４の発明の方が、請求項１ないし３の発明と比較して、放電の抑制効果は大きい。
【００２４】
また、前記排気ブロックの構成材料としては、請求項５の発明のように、フッ素樹脂，ガラスまたはセラミックスの内の少なくともいずれか一つの材料が適用でき、例えば請求項４の発明に関わる絶縁シートのみをフッ素樹脂とし他をセラミックスにするなど、複数の材料から構成することもできる。
【００２５】
さらに、請求項１ないし５のいずれかに記載のものにおいて、薄膜光電変換素子の製造装置を、２列の可撓性基板に薄膜光電変換素子を同時に製作可能とするために、並行して搬送される２列の可撓性基板の間に，各基板にそれぞれ対応して設けられ，基板面に平行な背面部と基板に気密に接触可能な端面を備える側壁部とを有し，かつ前記背面部は開口を有してなる二つの高電圧電極と、この高電圧電極に対向して前記各基板の外側にそれぞれ設けられ，基板加熱用のヒータを有する二つの接地電極と、前記二つの高電圧電極の背面部間に設けられ，シール材により前記背面部の開口と気密に連通する貫通孔を有し，かつこの貫通孔に連通する真空排気口を有する電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ラインとを備え、前記高電圧電極と各基板との間に形成される成膜空間に成膜用のガスを導入して，高電圧電極と接地電極間への高周波電圧の印加によって前記基板と高電圧電極間に放電を発生させ，各基板の一面上に薄膜を形成するように構成したものとする（請求項６）のが好適である。
【００２６】
さらにまた、請求項１ないし６のいずれかに記載のものにおいて、前記基板と高電圧電極の背面部との間に，この背面部と平行に，かつ前記成膜用のガスを通流させるための隙間を側面部との間に設けて背面部の略全幅にわたって，導電性材料からなる板状または箱状の前記シール材に対する熱の遮蔽体を配設し，この遮蔽体を前記高電圧電極と電気的に接続してなり、かつ前記成膜用のガスは、前記隙間から前記背面部の開口に流通可能に構成したものとすること（請求項７）により、絶縁性排気ラインのシール材の温度を低く抑えてシールの安全性を向上することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、この発明の実施の形態について以下に述べる。
【００２８】
図１ないし図３は、この発明のそれぞれ異なる実施例の概略構成を示す。図１ないし図３において、図８に示す部材と同一の部材には同一の記号を付して説明を省略する。
【００２９】
（実施例１）
図１は第１の実施例を示し、絶縁性排気ライン５９における絶縁配管１９中に、ガス流のコンダクタンスを低減するために、電気絶縁性材料からなるガス流の邪魔板６０を３枚配設した実施例を示す。邪魔板６０は円板の一部を欠いた形状をしており、ガス流がこの円板の欠けた部分を、互い違いに通流するように構成される。ガス流が互い違いに通流してガスが邪魔板に衝突を繰り返す間に、ガス中の電子密度が低下し、放電の発生を抑制する。
【００３０】
（実施例２）
図２は第２の実施例を示し、絶縁性排気ライン５９における絶縁ブロック９中に、ガス流のコンダクタンスを低減するために、絶縁性材料からなる網目状部材６１を配設した実施例を示す。この実施例においては、ガス流が網目状部材６１を通過する間に、ガス流が網目状部材に衝突を繰り返し、実施例１と同様に、放電の発生を抑制することができる。
【００３１】
（実施例３）
図３は、請求項４の発明に関わる第３の実施例を示し、高電圧電極の背面開口部に配設された第１の金属メッシュ６２と、この第１の金属メッシュ６２に近接して絶縁性排気ライン５９側に配設された第２の金属メッシュ６３と、前記両金属メッシュの間に介挿した電気絶縁性材料からなる絶縁性シート６４とからなる放電防止手段を備える実施例を示す。第２の金属メッシュ６３は、例えば金属ワイヤにより電気的に接地される。
【００３２】
前記両金属メッシュは、メッシュに限定されるものではなく、パンチングボードでもよいし、また金属製のワイヤを多数横に配列したようなもので構成することもできる。また、電気絶縁性材料からなる絶縁性シート６４の厚さは、１〜３ｍｍが好適である。
【００３３】
前述のように、第１の金属メッシュ６２と接地された第２の金属メッシュ６３とを、絶縁性シート６４を介して十分近接して設置することにより、放電開始電圧を極端に高くして、放電を生じさせないようにすることができる。
【００３４】
前記第１ないし第３の実施例および従来装置（比較例）に関して、放電実験をした結果を、図４ないし図７に示す。図４ないし図７は、いずれも、成膜状態を模擬するために、水素ガスを成膜室に導入し、排気ライン内の圧力を図の縦軸に示すように、２７Ｐａ〜１６０Ｐａ（０．２〜１．２Ｔｏｒｒ）の範囲で６段階変え、また、高周波出力を図の横軸に示すように、３０〜３００Ｗの範囲で７段階変えて、排気ライン内の放電の発生有無を確認した実験結果を示すものである。図中の○は放電の発生が無かったことを示し、×は放電の発生が有ったことを示す。
【００３５】
図４は、実施例１および２（図１および２）の装置に対する放電実験結果を示し、図５は、実施例３（図３）の装置に対する放電実験結果を示す。これに対して、図６および７は、比較例の実験結果を示し、図６は、改良された従来装置（図１０）に対する放電実験結果、図７は、図８の従来装置において、排気ブロック９の長さを１００ｍｍとした装置に対する放電実験結果を示す。
【００３６】
上記図５から明らかなように、請求項４の発明に関わる２重メッシュ構成を採用した第３の実施例の場合には、成膜圧力および高周波出力投入の条件の如何を問わず、排気ライン内の放電の発生がない。これに対して、実施例１および２（図１および２）の装置の場合には、図４に示すように、低成膜圧力および高い高周波出力投入の条件下において、一部放電の発生が見られるが、従来装置の結果（図７および図８）と比較すれば、かなり改善されていることが分かる。上記により、この発明によれば従来よりも成膜条件が改善され、これに伴い量産コストの低減を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、搬送される可撓性基板面に平行な背面部と基板に気密に接触可能な端面を備える側壁部とを有し，かつ前記背面部は開口を有してなる高電圧電極と、この高電圧電極に対向して前記基板の外側に設けられ，基板加熱用のヒータを有する接地電極と、前記高電圧電極の背面部に設けられ，シール材により前記背面部の開口と気密に連通する貫通孔を有し，かつこの貫通孔に連通する真空排気口を有する電気絶縁性材料からなる絶縁性排気ラインとを備え、前記高電圧電極と基板との間に形成される成膜空間に成膜用のガスを導入して，高電圧電極と接地電極間への高周波電圧の印加によって前記基板と高電圧電極間に放電を発生させ，基板の一面上に薄膜を形成するように構成した薄膜光電変換素子の製造装置において、前記絶縁性排気ライン中のガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段（例えば、電気絶縁性材料からなる複数枚のガス流の邪魔板、または網目状部材）を、前記絶縁性排気ライン中に備えたものとする（請求項１から３）か、もしくは、前記ガス流のコンダクタンスを低減することによって放電を防止するための放電防止手段に代えて、前記高電圧電極の背面開口部に配設された第１の金属メッシュと、この第１の金属メッシュに近接して絶縁性排気ライン側に配設されかつ電気的に接地された第２の金属メッシュと、前記両金属メッシュの間に介挿した電気絶縁性材料からなる絶縁性シートとからなる放電防止手段を備えたものとすること（請求項４）により、低成膜圧力あるいは高い高周波出力を投入するような成膜条件でも、排気ライン中での放電を発生すること無しに成膜が行えることとなり、成膜装置のハイスループット化およびメンテナンス頻度の低減を図ることができ、総合的に薄膜光電変換素子の量産コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の概略構成を示す図
【図２】この発明の異なる実施例の概略構成を示す図
【図３】この発明のさらに異なる実施例の概略構成を示す図
【図４】図１および図２の実施例に対する放電実験結果を示す図
【図５】図３の実施例に対する放電実験結果を示す図
【図６】改良された従来の薄膜光電変換素子の製造装置に対する放電実験結果を示す図
【図７】従来の薄膜光電変換素子の製造装置に対する放電実験結果を示す図
【図８】従来の薄膜光電変換素子の製造装置（２基板並列製造方式）の概略構成図
【図９】従来の薄膜光電変換素子の製造装置（１基板単列製造方式）の概略構成図
【図１０】図８を改良した従来の薄膜光電変換素子の製造装置の概略構成図
【図１１】ステッピングロール方式の真空成膜装置の一例の概略構成を示す図
【図１２】従来の薄膜光電変換素子の製造装置の平面断面図
【図１３】従来の薄膜光電変換素子の製造装置の部分拡大図
【図１４】改良された従来の薄膜光電変換素子の製造装置の部分拡大図
【符号の説明】
１：基板、９：排気ブロック、１９：絶縁配管、２１：高電圧電極、２２：接地電極、２７：遮蔽体、５６：金属排気ライン、５８：排気ユニット、５９：絶縁性排気ライン、６０：邪魔板、６１：網目状部材、６２：第１の金属メッシュ、６３：第２の金属メッシュ、６４：絶縁性シート。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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