(57)【要約】【課題】可撓性基板の端面への薄膜の形成を抑制できるプラズマＣＶＤ装置、薄膜製造方法及び積層基板を提供する。【解決手段】交流電圧が印加され互いに対向する一対の電極５４、５６を備え、電極５４、５６間に原料ガスが供給されると共に、一方の電極５４の表面に沿って長尺な可撓性基板２が可撓性基板２の長手方向に供給されるプラズマＣＶＤ装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃである。このプラズマＣＶＤ装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、他方の電極５６と可撓性基板２との間に配置されて可撓性基板２の長手方向に延在する仕切部材５８を備え、この仕切部材５８は、可撓性基板２の幅方向の端部２ｃを覆うように配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧が印加され互いに対向する一対の電極を備え、前記電極間に原料ガスが供給されると共に、一方の前記電極の表面に沿って長尺な可撓性基板が前記可撓性基板の長手方向に供給されるプラズマＣＶＤ装置であって、
他方の前記電極と前記可撓性基板との間に配置されて前記可撓性基板の長手方向に延在する仕切部材を備え、
前記仕切部材は、前記可撓性基板の幅方向の端部を覆うように配置されているプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記仕切部材は、さらに前記可撓性基板の幅方向端面を覆う請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記仕切部材は、前記可撓性基板の表面のうち幅方向端面から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の幅の部分を覆っている請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
互いに対向する一対の電極間に交流電圧を印加すると共に原料ガスを供給し、さらに、一方の前記電極の表面に沿って長尺な可撓性基板を前記可撓性基板の長手方向に供給し、前記可撓性基板上に成膜を行うプラズマＣＶＤ方法であって、
他方の前記電極と前記可撓性基板との間に配置された前記可撓性基板の長手方向に延在する仕切部材により、前記可撓性基板の幅方向の端部を覆うプラズマＣＶＤ方法。
【請求項５】
長尺な可撓性基板の一面上にプラズマＣＶＤ法により形成された薄膜を備え、前記可撓性基板の前記一面上には、前記幅方向端面から所定幅にわたって前記薄膜が形成されていない未形成部を有する積層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置、薄膜製造方法、及び、積層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、地球環境保全の観点から太陽光発電の本格普及が期待されている。中でも、アモルファスシリコン膜を用いた薄型太陽電池は、長尺な可撓性基板上にステッピングロール方式やロールツーロール方式等を利用した積層・集積化プロセスにより製造できるため、他に比べて低コストでの製造が可能である。したがって、今後のさらなる普及が期待されている。通常は、可撓性基板に対してアモルファスシリコン膜がプラズマＣＶＤ法により形成される（例えば、特許文献１〜６参照）。
【特許文献１】特開平９−１６２１３３号公報
【特許文献２】特開平９−２７９３５１号公報
【特許文献３】特開平１１−８０９６４号公報
【特許文献４】特開平１１−１５０２８１号公報
【特許文献５】特開２０００−２７９４４６号公報
【特許文献６】特開２００１−２２３３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、プラズマＣＶＤ法で長尺な可撓性基板上に薄膜を形成する場合、プラズマは可撓性基板の表面のみならず幅方向端面にも容易に回り込むことができ、可撓性基板の表面だけでなく可撓性基板の幅方向の両端面にも薄膜が形成してしまう。
【０００４】
そして、可撓性基板の幅方向端面に薄膜が形成すると可撓性基板の幅方向の端部がカールしたり波打ったりすることが判明した。特に、プラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する際には可撓性基板を加熱する場合が多く、成膜後に可撓性基板を室温に戻した場合に熱膨張率の差により端部のカールや波打ちが発生することが多い。
【０００５】
可撓性基板の端部がカールするとその後の積層・集積化プロセスにおける精度の高い位置合わせが困難となり、歩留まりの低下につながる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、可撓性基板の端面への薄膜の形成を抑制できるプラズマＣＶＤ装置、薄膜製造方法及び積層基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置は、交流電圧が印加され互いに対向する一対の電極を備え、電極間に原料ガスが供給されると共に、一方の電極の表面に沿って長尺な可撓性基板が可撓性基板の長手方向に供給されるプラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣＶＤ装置は、他方の電極と可撓性基板との間に配置されて可撓性基板の長手方向に延在する仕切部材を備え、仕切部材は、可撓性基板の幅方向の端部を覆うように配置されている。
【０００８】
本発明によれば、仕切部材によって可撓性基板の表面において、幅方向の中央部から端部へのプラズマの侵入が抑制されるため、可撓性基板の端面への成膜を抑制することができる。
【０００９】
ここで、仕切部材は、さらに可撓性基板の幅方向端面を覆うことが好ましい。
【００１０】
これにより、可撓性基板の端面への成膜をより効果的に抑制できる。
【００１１】
また、仕切部材は、可撓性基板の表面のうち幅方向端面から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の幅の部分を覆うことが好ましい。
【００１２】
これにより、可撓性基板の端面への成膜を効果的に抑制できる一方、可撓性基板の成膜有効面積を十分にとることができる。
【００１３】
本発明にかかるプラズマＣＶＤ方法は、互いに対向する一対の電極間に交流電圧を印加すると共に原料ガスを供給し、さらに、一方の電極の表面に沿って長尺な可撓性基板を可撓性基板の長手方向に供給し、可撓性基板上に成膜を行うプラズマＣＶＤ方法である。そして、他方の電極と可撓性基板との間に配置された可撓性基板の長手方向に延在する仕切部材により、可撓性基板の幅方向の端部を覆う。所定幅は３〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかる積層基板は、長尺な可撓性基板の一面上にプラズマＣＶＤ法により形成された薄膜を備えるものである。可撓性基板のその一面上には、幅方向端面から所定幅にわたって薄膜が形成されていない未形成部を有する。所定幅は３〜２０ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可撓性基板の端面への薄膜の形成を抑制できるプラズマＣＶＤ装置、薄膜製造方法及びこれにより形成された新規な積層基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１７】
図１は、プラズマＣＶＤ装置としてのＮ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃを含む成膜システム１００の概略構成図である。本実施形態における成膜システム１００は、いわゆるアモルファスシリコン型薄膜太陽電池の製造において、可撓性基板２上にアモルファスシリコン膜をいわゆるロールツーロール方式により形成するために用いられるものである。
【００１８】
この成膜システム１００は、繰出室１０、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３、及び、巻取室２０を主として備えている。
【００１９】
繰出室１０では、ボビン１にロール状にあらかじめ巻き取られていた可撓性基板２を繰出す。繰出室１０から繰出された可撓性基板２は、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３内を通過した後に巻取室２０に供給され、巻取室２０内のボビン１にロール状に巻き取られる。
【００２０】
前処理室１２には、電極１４、及び交流電源１８に接続された電極１６が配置されており、可撓性基板の放電洗浄処理を行う。
【００２１】
Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃは、それぞれ、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜を可撓性基板２上に成膜する装置であり、それぞれ、接地された電極５４、及び、交流電源５９が接続された電極５６が配置されている。可撓性基板２は、それぞれ、電極５４と電極５６との間を可撓性基板２の長手方向に通り抜けるようにされており、特に、可撓性基板２が、一方の電極５４の表面に沿って移動するようにされている。
【００２２】
前処理室１２とＮ室５０ａとの間、Ｎ室５０ａとＩ室５０ｂとの間、Ｉ室５０ｂとＰ室５０ｃとの間、Ｐ室５０ｃと後処理室１３との間には、バッファ室３０がそれぞれ配置されている。バッファ室３０は、各室間でのガスの混合を抑制するための部屋であり、不活性ガス源ＩＮから不活性ガスが微量供給され、各部屋からのガスが流入しないようにされている。なお、バッファ室３０に不活性ガスを供給せず、バッファ室３０内のガスを高真空排気することによって各室間でのガスの混合を抑制することも可能である。また、繰出室１０から巻取室２０までの空間は、ポンプ１５により減圧状態に維持されている。
【００２３】
Ｎ室５０ａにはＣＶＤ反応用の原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ４及びドーパントとなる例えばホスフィン（ＰＨ３）を含むガスが、Ｉ室５０ｂにはＳｉＨ４を含むガスが、Ｐ室５０ｃにはＳｉＨ４及びドーパントとなるジボラン（Ｂ２Ｈ６）を含むガスが、各ガス源ＧＩから供給される。また、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおける反応後のガスは、ガス排出装置ＧＯにより各室から系外に排出される。
【００２４】
後処理室１３には、電極１４、及び交流電源１８に接続された電極１６が配置されており、成膜面の放電処理を行う。
【００２５】
続いて、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃの詳細について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。ここでは、Ｎ室５０ａを例に挙げて説明するが、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃもＮ室５０ａ同様である。
【００２６】
Ｎ室５０ａは、減圧容器５１内に、アノード側として機能する接地された電極５４と、カソード側として機能し交流電源５９と接続された電極５６、原料ガスを供給する供給ノズル５７ａ、及び、反応後のガスを捕集する捕集ノズル５７ｂ、及び、仕切部材５８を主として備える。
【００２７】
電極５４及び電極５６は、それぞれ平板状をなし、互いに対向するように配置されている。前述のように、可撓性基板２は一方の電極である電極５４に沿って、その長手方向に搬送される。すなわち、可撓性基板２は、電極５４及び電極５６間において、電極５４に近い位置を通過することとなる。
【００２８】
電極５４と可撓性基板２との距離は特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２９】
供給ノズル５７ａは、可撓性基板２の搬送方向（図２の左から右方向）の上流側に配置され、ガス源ＧＩからのガスを、電極５４及び電極５６間に、かつ、可撓性基板２の搬送方向に流す。また、捕集ノズル５７ｂは、可撓性基板２の搬送方向の下流側に配置され、電極５４及び電極５６間のガスを捕集してガス排出装置ＧＯにより系外に排出する。なお、供給ノズル５７ａ及び捕集ノズル５７ｂの位置を入れ替えて、又は、可撓性基板２の搬送方向を逆転させて、可撓性基板２の搬送方向とガスの流れとを向流とすることも可能である。
【００３０】
仕切部材５８は、容器５１内において、図２に示すように可撓性基板２の搬送方向に延在しており、図３に示すように幅方向に離間して一対設けられている。仕切部材５８は、電極５４と電極５６との間に配置され可撓性基板２と略平行な平行部５８ａと、電極５４よりも幅方向外側（図３の左右方向）に配置され可撓性基板２の幅方向端面２ｂと略平行に配置された垂直部５８ｂとが一体化されたものである。
【００３１】
平行部５８ａは、主として、可撓性基板２と電極５６との間に配置されていて可撓性基板２の電極５６と対向する面２ａの幅方向の端部２ｃを覆うように配置されている。
【００３２】
平行部５８ａにおける可撓性基板２との幅方向の重なり幅Ｗ１は特に限定されないが、プラズマの進入を効果的に抑制すべく３ｍｍ以上であることが好ましく、可撓性基板２の有効利用の観点から２０ｍｍ以下であることが好ましい。詳しくは、Ｗ１が３ｍｍよりも小さいと、プラズマが進入して可撓性基板２の端面等に付着してしまう可能性が出てくる。一方、Ｗ１が２０ｍｍ以上の場合には、端面２ｂへの製膜によるカール等の不具合は発生し難いものの、生産効率が低下する傾向がある。
【００３３】
また、平行部５８ａと可撓性基板２との距離は特に限定されないが、プラズマの進入を効果的に抑制すべくデバイ長さよりも小さくすることが好ましい。具体的には、例えば、１〜５ｍｍ程度とすることができ、好ましくは、２〜３ｍｍ程度とすることができる。１ｍｍより小さいと可撓性基板２との接触の可能性があり、接触により可撓性基板２に傷がつくと、その後の工程で不具合が発生する可能性がある。
【００３４】
平行部５８ａの先端は、図３に示すように、可撓性基板２と離れた側の角が面取りされており、可撓性基板２に向かって傾斜する傾斜面５８ｄとされている。また、平行部５８ａは、可撓性基板２の幅方向端部２ｃだけでなく、可撓性基板２の幅方向端面２ｂよりも幅方向外側の部分、すなわち、電極５４の幅方向端部５４ｃをも覆うようになっている。
【００３５】
垂直部５８ｂは、平行部５８ａの幅方向外側の端部と一体化されており、可撓性基板２の端面２ｂを覆い、さらに、電極５４の幅方向端面５４ｂをも覆うように配置されている。
【００３６】
このような仕切部材５８は、例えば、アルミナ等の電気絶縁性材料により形成することが好ましい。仕切部材５８は電極５４や電極５６とは電気的に絶縁されている。
【００３７】
続いて、このようなプラズマＣＶＤ装置を含む成膜システム１００における作用について説明する。
【００３８】
まず、図１に示すように、ボビン１から、ＰＥＮ等の樹脂基材上にアルミニウム等の下部反射電極が予め形成された可撓性基板２を、繰出室１０ボビン１から巻取室２０のボビン１まで長手方向に搬送する。この際に、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおいて、それぞれ、可撓性基板２上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法によって成膜する。
【００３９】
具体的には、図２において、電極５４と電極５６との間に供給ノズル５７ａから原料ガスを供給すると共に、電極５４と電極５６との間に所定の高周波、例えば、１３．５６MＨｚの交流電圧を印加する。そうすると、電極５４と電極５６との間に原料ガスのプラズマが発生し、図３に示すように、可撓性基板２の電極５６側の面２ａ上にアモルファスシリコン薄膜ＴＨが形成する。この成膜工程は、通常可撓性基板２を所定速度で搬送しながら連続的に行われる。
【００４０】
ここで、本実施形態においては、仕切部材５８によって、可撓性基板２の幅方向の端部２ｃが覆われている。したがって、電極５４と電極５６との間に形成される原料ガスのプラズマが、仕切部材５８と可撓性基板２との間を通って可撓性基板２の幅方向の端面２ｂに回りこみにくくされる。
【００４１】
したがって、可撓性基板２の幅方向端面２ｂへのアモルファスシリコン薄膜の成膜を抑制することができる。これにより、成膜後に可撓性基板２の端部がカールしたり波打ったりすることを抑制できる。これにより、後工程での可撓性基板２の吸着や位置決め等を好適に行うことができる。そして、このような成膜を行うと、図３に示すように、可撓性基板２には、端面２ｂから幅Ｗ１の部分に薄膜が成膜されない未形成部２ｃが形成されることとなる。ここで、可撓性基板２及び薄膜ＴＨが積層基板２Ｄを構成する。
【００４２】
続いて、本発明により製造される太陽電池の一例について簡単に説明する。図４に示すように、可撓性基板２は、基材２ｆ上に下部反射電極２ｇが成膜されたものである。基材２ｆの材料としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート），ＰＩ（ポリイミド）等の樹脂フィルムが挙げられる。
【００４３】
下部反射電極２ｇの材料としては、アルミニウム、チタン、銀等の金属が挙げられる。
【００４４】
下部反射電極２ｇ上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜３ｎ、ｉ型アモルファスシリコン薄膜３ｉ、ｐ型アモルファスシリコン薄膜３ｐがこの順に成膜されており、これら３つが光電変換層３を構成している。この光電変換層３を上述の成膜システムで成膜することができる。
【００４５】
光電変換層３の上には、例えばＩＴＯ等の透明な上部電極膜４が形成されている。また、光電変換層３及び下部反射電極２ｇは、エポキシ樹脂等の絶縁材料層６によって、積層方向と直交する方向に複数の領域に分割されている。また、これに対応して、上部電極膜４も開口７によって複数の領域に分割され、各領域は、２つの光電変換層３を跨ぐように形成されている。さらに、上部電極膜４と、下部反射電極２ｇとを導通する銀ペースト等から形成された導通部８が各領域に設けられ、各光電変換層３が直列に接続されている。
【００４６】
例えば、絶縁材料層６はレーザによる穴あけ後に樹脂を印刷等により塗布することにより形成でき、開口７もレーザにより形成でき、導通部８は導電材料を印刷法等により塗布した後にレーザを照射することにより、ロールツーロールやバッチ式等により形成できる。これらの工程は、集積化工程とも呼ばれる。
【００４７】
特にこれらの集積化工程では、可撓性基板２を、加工ステージや静電チャック等の上に精度良く位置決めする必要がある。そして、可撓性基板２の幅方向端面２ｂにシリコン層等が成膜すると、端部のカールや波うちにより正確な位置合わせは困難である。ところが、本実施形態では、カールや波うちが抑制できるので、高い位置合わせ精度にて集積化工程が行えるのである。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限られずさまざまな変形態様が可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、図３に示すように、可撓性基板２の幅方向端面２ｂよりも電極５４の幅方向端面５４ｂのほうが外側に突出しているが、可撓性基板２の幅方向端面２ｂと電極５４の幅方向端面５４ｂとが同一面とされても良く、また、電極５４の幅方向端面５４ｂよりも可撓性基板２の幅方向端面２ｂが突出していても良い。いずれの場合でも、仕切部材５８により可撓性基板２の端部２ｃを覆うことにより、可撓性基板の端面２ｂへの成膜を抑制できる。
【００５０】
また、仕切部材５８において、可撓性基板２の端面２ｂと向かい合う垂直部５８ｂは必ずしも必須ではない。例えば、平行部５８ａが可撓性基板２の端面２ｂよりも十分外側へ延びている等、平行部５８ａが外側方向からの可撓性基板２の端面２ｂ近傍へのプラズマの侵入を遮蔽する構造であれば、垂直部５８ｂが無くても十分に課題を達成できる。
【００５１】
また、垂直部５８ｂも、電極５４の端面５４ｂよりも外側でなく内側に、すなわち、垂直部５８ｂが電極５４と電極５６との間に配置され、可撓性基板２の端面２ｂのすぐ近くに面していても良い。
【００５２】
また、水平部５８ａの形状は、可撓性基板２の端部２ｃを覆うことができれば特に限定されず、可撓性基板２と平行でなくても良い。また、垂直部３８ｂの形状も、特に限定されず可撓性基板２の端面２ｂと垂直でなくてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、可撓性基板２が電極５４に沿って搬送されているが、電極５６に沿って搬送されても良い。この場合には、仕切部材５８は電極５６側に配置され、平行部５８ａは可撓性基板２の端部２ｃを電極５４側から覆うこととなる。
【００５４】
また、上記実施形態では、ＮＩＰ型の光電変換膜を製造しているが、例えば、ＰＩＮ型、タンデム型等の他の形態の光電変換膜を上述のようにプラズマＣＶＤにより製造してもよいことは言うまでも無い。
【００５５】
また、上述のプラズマＣＶＤは、太陽電池用のアモルファスシリコン薄膜の製造のみならず、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の他の用途にも転用可能である。
【００５６】
（実施例）
可撓性基板としては、ＰＥＮフィルム上にＤＣスパッタリング法により下地電極としてのアルミニウムを３００ｎｍ成膜したものを用いた。この可撓性基板の下地電極上に、上述の成膜システムを用いて、アモルファスシリコンによるＮＩＰ接合膜からなる光電変換層を約７００ｎｍ成膜した。各層の厚みは、Ｎ／Ｉ／Ｐ＝２０ｎｍ／７００ｎｍ／１５ｎｍとした。このとき、仕切部材の両端の覆い幅Ｗ１を１０ｍｍとし、可撓性基板の幅方向の端面から１０ｍｍの部分に未形成部がそれぞれできるようにした。可撓性基板の冷却後に、特に、可撓性基板のカールや波打ちは発生しなかった。
【００５７】
その後、光電変換層上に透明上部電極としてのＩＴＯ層を６０ｎｍ成膜し、その後、レーザ加工による穴あけ及び導電性樹脂の印刷塗布等により、太陽電池セルを電気的に直列に接続し、最後に、絶縁性樹脂により封止をおこなった。ＩＴＯ層の成膜や、レーザ加工及び印刷塗布等は好適に行うことができた。また、エポキシ樹脂による封止材料のスクリーン印刷も好適に行えた。
【００５８】
（比較例）
仕切部材を用いない以外は実施例と同様にした。光電変換層成膜後に、可撓性基板の両端部がカールした。したがって、その後のＩＴＯ層の成膜やレーザ加工及び印刷において、位置ずれが起きた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる成膜システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図である。
【図３】図３は、図２のIII−III線に沿った概略断面図である。
【図４】図４は、太陽電池の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
２…可撓性基板、２ｂ…端面、２ｃ…端部、２Ｄ…積層基板、５０ａ…Ｎ室（プラズマＣＶＤ装置）、５０ｂ…Ｉ室（プラズマＣＶＤ装置）、５０ｃ…Ｐ室（プラズマＣＶＤ装置）、５４…電極（一方の電極）、５６…電極（他方の電極）、５８…仕切部材、ＴＨ…薄膜。
【図１】
2008169434.tif 000003
【図２】
2008169434.tif 000004
【図３】
2008169434.tif 000005
【図４】
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