(57)【要約】【課題】ゲルトラー渦の発生を抑制することにより、全体的に均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成する。【解決手段】ハウジングと、前記ハウジングの底面に配置されるインジェクタノズルとを具備し、該インジェクタノズルは原料ガスを前記底面の下方に配置される基板に向かって噴出するようになっており、さらに、前記ハウジングの底面と前記基板との間に形成される水平方向通路内に配置される渦抑制部材とを具備する常圧ＣＶＤ装置が提供される。渦抑制部材は、前記常圧ＣＶＤ装置の底面から前記水平方向通路内に突出するフェアリング、水平に配置されるプレート、または前記ハウジングの底面から前記水平方向通路内に前記底面に対して垂直に延びる複数のプレートを採用できる。【選択図】　　　図１
2004143512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングの底面に配置されるインジェクタノズルとを具備し、該インジェクタノズルはガスを前記底面の下方に配置される基板に向かって噴出するようになっており、
さらに、
前記ハウジングの底面と前記基板との間に形成される水平方向通路内に配置される渦抑制部材とを具備する常圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記渦抑制部材が、前記ハウジングの前記底面から前記水平方向通路内に突出するフェアリングである請求項１に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記フェアリングの寸法は、前記水平方向通路におけるガスの臨界レイノルズ数が前記インジェクタノズル内のガスのレイノルズ数よりも大きくなるように定められている請求項２に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記ガスが前記水平方向通路に流入する前記フェアリングの流入部分および前記ガスが前記水平方向通路から流出する前記フェアリングの流出部分のうちの少なくとも一方が前記ハウジングの前記底面に対して鋭角をなすよう形成されている請求項２または３に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記渦抑制部材が、水平に配置されるプレートである請求項１に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記プレートに多数の孔が形成されている請求項５に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記渦抑制部材が、前記ハウジングの前記底面から前記水平方向通路内に前記底面に対して垂直でかつ前記常圧ＣＶＤ装置の長手方向に延びる複数のリブである請求項１に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記複数のリブの間の間隔が前記水平方向高さの約半分の高さにほぼ等しいようにした請求項７に記載の常圧ＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常圧ＣＶＤ、特に太陽電池の透明電極層の形成に用いられる常圧ＣＶＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファス系太陽電池を製造する際には光透過性の絶縁性基板、例えばガラス基板上に透明電極層を形成する必要がある。このような透明電極層は種々の方法により形成可能であるが、近年では常圧ＣＶＤにより透明電極層が形成されている。
【０００３】
図５（ａ）は従来技術における常圧ＣＶＤ装置の略図である。常圧ＣＶＤ装置１００は複数、例えば五つの源２１０、２２０、２３０、２４０、２５０（図示しない）をハウジング１２０内に備えており、各種のガスが充填されている。図５（ａ）に示されるように、流路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０が前述した各源２１０、２２０、２３０、２４０、２５０から常圧ＣＶＤ装置１００のインジェクタノズル４００までそれぞれ延びている。図５から分かるように、これら流路はインジェクタノズル４００に向かって互いに収束するように延びており、インジェクタノズル４００において互いに隣接している。さらに図５（ａ）における流路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０は常圧ＣＶＤ装置１００の幅方向（紙面を貫通する方向）にもハウジング１２０のほぼ全体に亙って延びている。従って、図５（ａ）におけるインジェクタノズル４００も同様に幅方向に延びている。
【０００４】
動作時、基板２００、例えばガラス基板は加熱部材（図示しない）により約５００℃に予め加熱される。次いで図５（ａ）に示されるようにコンベヤ１１０によって基板２００は常圧ＣＶＤ装置１００のインジェクタノズル４００の下方を通過される。次いで源２１０、２２０、２３０、２４０、２５０内の各ガスを各流路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０に通してインジェクタノズル４００から噴出する。これらガスが基板２００に到達して反応することにより、透明電極層が基板２００上に形成される。次いで基板２００はコンベヤ１１０により常圧ＣＶＤ装置１００から取り出され、ガスは、ハウジング１２０の底面１５０と基板２００との間に形成される水平方向通路７１０およびハウジング１２０の側方に形成された鉛直方向通路７２０を通って排出される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
前述したようにインジェクタノズル４００は図５（ａ）の幅方向に延びている。従って、ガスが常圧ＣＶＤ装置のインジェクタノズルから噴出される理想的な状態を示す拡大断面図である図６に示されるように、複数種類のガスが互いに多層構造をなしつつ基板２００に到達する。すなわち図６に示されるようにガスは第一のガス４１、第二のガス４２、４３、第三のガス４４、４５の順番で基板２００に到達することが想定される。
【特許文献１】
特開平５−７０１２号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、常圧ＣＶＤ装置１００のハウジング１２０の底面１５０と基板２００との間に形成される水平方向通路７１０の高さは幅に対して大幅に小さいので、図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である図５（ｂ）および図５（ａ）に示されるように、水平方向通路７１０内に渦、すなわちゲルトラー渦８０が発生する場合がある。これらゲルトラー渦８０は常圧ＣＶＤ装置１００の長手方向（ガスが水平方向通路７１０内を流れる方向）に対して平行な軸線回りに回転する。このようなゲルトラー渦８０が発生する場合には、基板２００に到達するガスの順番が変化しうる。これにより、基板２００上に形成される薄膜、例えば透明電極膜の厚さおよび物性が部分的に異なる場合が生じ、このような場合には最終的に形成される太陽電池において所望される特性が得られなくなる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ゲルトラー渦の発生を抑制することにより、全体に亙って均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成可能な常圧ＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、ハウジングと、前記ハウジングの底面に配置されるインジェクタノズルとを具備し、該インジェクタノズルはガスを前記底面の下方に配置される基板に向かって噴出するようになっており、さらに、前記ハウジングの底面と前記基板との間に形成される水平方向通路内に配置される渦抑制部材とを具備する常圧ＣＶＤ装置が提供される。
【０００９】
すなわち請求項１に記載の発明によって、渦、すなわちゲルトラー渦がハウジングの底面と基板との間の水平方向通路に形成されるのを抑制できるので、全体に亙って均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。すなわち、請求項１に記載の発明においては、互いに他層構造をなしつつインジェクタノズルから噴出される複数種類のガスを所望の順番で基板上に衝突させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、前記渦抑制部材が、前記ハウジングの前記底面から前記水平方向通路内に突出するフェアリングである。
すなわち請求項２に記載の発明によって、水平方向通路の高さがフェアリングにより小さくなるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記フェアリングの寸法は、前記水平方向通路におけるガスの臨界レイノルズ数が前記インジェクタノズル内のガスのレイノルズ数よりも大きくなるように定められている。
すなわち請求項３に記載の発明によって、インジェクタノズルにおけるガスのレイノルズ数は変化しないので、ゲルトラー渦が発生する臨界レイノルズ数をフェアリングにより積極的に大きくすることによって、ゲルトラー渦の発生を抑制し、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。例えば水平方向通路におけるガスの臨界レイノルズ数とインジェクタノズルにおけるガスのレイノルズ数とがほぼ等しい場合に水平方向通路の高さの約半分まで延びるフェアリングを設けることによって、臨界レイノルズ数が約１．４倍になる。この臨界レイノルズ数はインジェクタノズルにおけるレイノルズ数よりも大幅に大きいので、ゲルトラー渦の発生を確実に抑制し、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、前記ガスが前記水平方向通路に流入する前記フェアリングの流入部分および前記ガスが前記水平方向通路から流出する前記フェアリングの流出部分のうちの少なくとも一方が前記ハウジングの前記底面に対して鋭角をなすよう形成されている。
すなわち請求項４に記載の発明によって、ガスがフェアリングの端部に衝突することなしに、ガスを水平方向通路および鉛直方向通と内に容易に流すことができる。当然のことながら、これら流入部分および流出部分が円弧により形成されていてもよい。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、前記渦抑制部材が、水平に配置されるプレートである。
すなわち請求項５に記載の発明によって、高さ方向の流れが拘束されるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明によれば、前記プレートに多数の孔が形成されている。すなわち請求項６に記載の発明によって、ガスを孔に通過させられるので基板上における製膜を確実に行うことができる。従って、請求項６に記載の発明の場合にはプレートの長手方向方向長さを比較的長くすることができる。多数の孔が形成されたプレートとして、メッシュガイド、多孔板または金網などを採用しても良い。
【００１５】
請求項７に記載の発明によれば、前記渦抑制部材が、前記ハウジングの前記底面から前記水平方向通路内に前記底面に対して垂直でかつ前記常圧ＣＶＤ装置の長手方向に延びる複数のリブである。
すなわち請求項７に記載の発明によって、幅方向の流れが拘束されるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明によれば、前記複数のリブの間の間隔が前記水平方向高さの約半分の高さにほぼ等しいようにした。
すなわち請求項８に記載の発明によって、ゲルトラー渦の発生がさらに抑制され、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。本発明の常圧ＣＶＤ装置１０には前述した従来技術の常圧ＣＶＤ装置１００内の部材と同様の部材が含まれている。これら部材の部材番号は常圧ＣＶＤ装置１００内の部材の部材番号の一の位を単に省略したものであるので、常圧ＣＶＤ装置１０内の部材については説明および図示を省略する。他の図面についても同様である。
【００１８】
図１（ａ）に示されるように、本発明の第一の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置１０はフェアリング６１を含んでいる。フェアリング６１はインジェクタノズル４０を除くハウジング１２の底面１５全体に設置されていて、この底面１５から水平方向通路７１内に向かって突出している。図１（ｂ）に示されるようにこのフェアリング６１は常圧ＣＶＤ装置１０の幅方向にも延びている。
【００１９】
動作時には各種のガスが互いに多層構造をなすようにインジェクタノズル４０から噴出される（図６を参照されたい）。本発明の第一の実施形態においてはフェアリング６１を設置することにより水平方向通路７１の高さが小さくなるので、ガスが高さ方向および幅方向に流れるのが困難となる。従って、フェアリング６１は渦抑制部材として作用し、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。すなわち、複数種類のガスを所望の順番、例えば第一のガス、第二のガス、第三のガスの順番で基板２０上に衝突させることができる。
【００２０】
以下、フェアリング６１の寸法について説明する。
一般に、縦横比の大きい長方形断面の曲がり流路内においてはレイノルズ数が或る臨界値に達すると、ゲルトラー渦が発生するようになる。この臨界レイノルズ数Ｒｅｃは以下の式（１）で表される。
【数１】
2004143512.tif 000003
ただし、ｂは長方形断面の高さ、Ｒｉは曲がり流路の曲率半径である。
【００２１】
本発明における常圧ＣＶＤ装置１０においては、水平方向通路７１の高さは水平方向通路７１の幅（紙面を貫通する方向）に対して十分に小さくなっており、例えば水平方向通路７１の高さが約１５ｍｍで、水平方向通路７１の幅が約５００ｍｍである。また、ガスはインジェクタノズル４０の真下に位置する基板２０付近から鉛直方向通路７２に隣接するハウジング１２の端部まで円弧を描くように移動すると考えられる。従って、式（１）を本発明の常圧ＣＶＤ装置１０に採用することができる。常圧ＣＶＤ装置１０においてはフェアリング６１を設置した場合においても曲率半径Ｒｉの値は変化しないので、臨界レイノルズ数Ｒｅｃは長方形断面の高さ、すなわち水平方向通路７１の高さのみに依存する。本発明の第一の実施形態においてはフェアリング６１を設けることにより、水平方向通路７１の高さが小さくなるので、水平方向通路７１における臨界レイノルズ数Ｒｅｃが大きくなる。一方、フェアリング６１を設置した場合であってもインジェクタノズル４０内を流れる各種のガスのレイノルズ数は一定である。従って、インジェクタノズル４０におけるレイノルズ数と水平方向通路における臨界レイノルズ数とがほぼ等しい場合、すなわちゲルトラー渦が発生しうる場合であっても、フェアリング６１を設けることにより臨界レイノルズ数を積極的に大きくでき、それにより、水平方向通路７１におけるゲルトラー渦の発生を抑制することができる。従って、フェアリング６１の高さを水平方向通路における臨界レイノルズ数が前記インジェクタノズル内のレイノルズ数よりも大きくなるように定めるのが好ましく、フェアリング６１の高さが水平方向通路７１の高さの約半分であるのが特に好ましい。フェアリング６１の設置により水平方向通路７１の高さを半分にすることによって臨界レイノルズ数を約１．４倍（√２倍）にした場合には、ゲルトラー渦の発生を確実に抑制することができる。
【００２２】
また、図１（ａ）に示されるように、フェアリング６１のうちのインジェクタノズル４０に隣接する流入部分６６および鉛直方向通路７２に隣接する流出部分６７はハウジング１２の底面１５に対して９０°よりも小さい或る角度をなすように形成されるのが好ましい。これにより、各種のガスがフェアリング６１の端部に衝突することなしに、ガスを水平方向通路７１および鉛直方向通路７２内に容易に流すことができる。
【００２３】
図２（ａ）は本発明の第二の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。図２（ａ）に示されるように、本発明の第二の実施形態においては、常圧ＣＶＤ装置１０は水平方向通路７１内に水平に配置されたプレート６２を含んでいる。図２（ｂ）に示されるように、プレート６２は常圧ＣＶＤ装置１０の幅方向全体に延びていて、図示しない支持部材により支持されている。図２（ａ）に示されるようにプレート６２はインジェクタノズル４０の真下付近には位置決めされていない。また、プレート６２を構成する材料はハウジング１２の底面１５を構成する材料と同一であるのが好ましい。
【００２４】
前述したように動作時には各種のガスが互いに多層構造をなすようにインジェクタノズル４０から噴出される（図６を参照されたい）。図２（ａ）に示されるように本発明の第二の実施形態においてはプレート６２を水平方向通路７１内に水平に配置することにより高さ方向の流れが拘束されるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。従って、この場合にも複数種類のガスを所望の順番、例えば第一のガス、第二のガス、第三のガスの順番で基板２０上に衝突させることができる。
【００２５】
図３（ａ）は本発明の第三の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。本実施形態においてはプレート６３が水平方向通路７１に水平に配置されている。プレート６３は第二の実施形態で示したプレート６２と同様に配置されているので説明を省略する。本実施形態におけるプレート６３は多数の孔６４を含んでおり、プレート６３としてメッシュガイド、多孔板または金網などを採用できる。本実施形態の場合には多数の孔６４が形成されたプレート６３の抵抗効果により幅方向の流れが拘束されるのでゲルトラー渦の発生をさらに抑制することができる。また、本実施形態の場合には各種のガスが拡散により基板２０上に移動するので、前述した実施形態と同様な均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を形成することができる。
【００２６】
また、第二および第三の実施形態においてプレート６２、６３は水平方向通路７１内において水平方向通路７１の高さの半分の高さに位置決めされているのが好ましく、このような場合には、ゲルトラー渦の発生がさらに抑制され、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００２７】
図４（ａ）は本発明の第四の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。これら図面に示されるように本実施形態においてはハウジング１２の底面１５から水平方向通路７１内に底面１５に対して垂直でかつ常圧ＣＶＤ装置１０の長手方向に延びる複数のリブ６５が設けられている。これらリブ６５を構成する材料はハウジング１２の底面１５を構成する材料と同一であるのが好ましい。また、図４（ｂ）に示されるように、これら複数のリブ６５は互いに等間隔に配置されている。本実施形態の場合においてもリブ６５を配置することにより幅方向の流れが拘束されるのでゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００２８】
また、第四の実施形態においてリブ６５の高さｃが水平方向通路７１の高さｂの約半分であるか、または複数のリブ６５の間の間隔ａは水平方向通路７１の高さｂの約半分であるのが好ましい。このような場合には、ゲルトラー渦の発生をさらに抑制し、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができる。
【００２９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、ゲルトラー渦の発生を抑制することにより、全体に亙って均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという共通の効果を奏しうる。
【００３０】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、水平方向通路の高さがフェアリングにより小さくなるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、ゲルトラー渦の発生を確実に抑制し、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、ガスがフェアリングの端部に衝突することなしに、ガスを水平方向通路内および鉛直方向通路内に容易に流すことができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、高さ方向の流れが拘束されるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという効果を奏しうる。
【００３１】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、各種ガスを孔に通過させられるので基板上における製膜を確実に行うことができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項７に記載の発明によれば、幅方向の流れが拘束されるので、ゲルトラー渦の発生が抑制され、均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項８に記載の発明によれば、ゲルトラー渦の発生がさらに抑制され、さらに均等な厚さおよび物性を備えた薄膜を基板上に形成することができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図である。
（ｂ）図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。
【図２】（ａ）本発明の第二の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図である。
（ｂ）図２（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。
【図３】（ａ）本発明の第三の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図である。
（ｂ）図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。
【図４】
（ａ）本発明の第四の実施形態に基づく常圧ＣＶＤ装置の長手方向断面図である。
（ｂ）図４（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた幅方向断面図である。
【図５】
（ａ）従来技術における常圧ＣＶＤ装置の略図である。
（ｂ）図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。
【図６】
ガスが常圧ＣＶＤ装置のインジェクタノズルから噴出される理想的な状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…常圧ＣＶＤ装置
１２…ハウジング
１５…底面
２０…基板
４０…インジェクタノズル
４１…第一のガス
４２、４３…第二のガス
４４、４５…第三のガス
６１…フェアリング
６２…プレート
６３…プレート
６４…孔
６５…リブ
６６…流入部分
６７…流出部分
７１…水平方向通路
７２…鉛直方向通路
８０…ゲルトラー渦
【図１】
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【図２】
2004143512.tif 000005
【図３】
2004143512.tif 000006
【図４】
2004143512.tif 000007
【図５】
2004143512.tif 000008
【図６】
2004143512.tif 000009