(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に大気圧にある外部と、大気圧より低い圧力にある内部を有する排気可能な室と、
前記室を、そこに接続された前記大気圧より低い圧力まで排気するための手段と、
前記室に取り付けられたガス出入口とを含む装置であって、
前記ガス出入口は前記内部を前記大気圧より低い圧力に維持しながら、前記外部から前記内部への材料膜の通過を許容するように設計されており、
前記ガス出入口は前記外部と前記内部の間に置かれているハウジング内に配置された円筒を含み、
前記円筒は、前記ガス出入口がその通過を許可するように設計されているところの前記材料膜の幅と少なくとも等しい幅を有し、
前記ハウジングは、上板と底板を含み、前記円筒は前記上板と前記底板の間に設置され、
前記ハウジングは更に、前記上板と前記底板の間の第一側壁と、前記上板と前記底板の間の第二側壁を含み、
前記円筒は前記第一側壁と前記第二側壁の間に位置し、前記側壁の間でその軸の周りを回転するように配置されており、
前記上板は、前記円筒の円周上部の円弧と近似的に等しくなるように形作られた輪郭を有し、前記底板は、前記円筒の円周底部の円弧と近似的に等しくなるように形作られた輪郭を有し、
前記ガス出入口は更に、前記円筒の前記円周上部と前記上板の間の頂部間隙を含み、前記頂部間隙は前記円筒の回転方向に頂部間隙の高さと頂部間隙の長さを有し、
前記ガス出入口は更に、前記円筒の前記円周底部と前記底板の間の底部間隙を含み、前記底部間隙は前記円筒の回転方向に底部間隙の高さと底部間隙の長さを有し、
前記頂部間隙の高さまたは前記底部間隙の高さの一つの高さは、前記ガス出入口がその通過を許可するように設計されているところの前記材料膜の厚みを収容するように設計されており、それにより前記材料膜と前記上板または底板それぞれの間に残りの間隙の高さを残し、
１）前記円筒の前記幅、２）前記残りの間隙の高さ、３）収容していない間隙高さ、４）頂部間隙の長さ、５）底部間隙の長さ、６）前記大気圧より低い圧力、および７）前記室を排気する前記手段のポンプ容量の値は、前記頂部間隙および底部間隙を通して前記外部から前記内部へのガスの遷音速流を作り出すように設計／選択され、それにより前記外部から前記内部への材料膜の通過を許容しながら前記内部が前記大気圧より低い圧力において一定に維持されることを許容するもの。
【請求項２】
材料膜に接触している前記円筒の円周面は、低摩擦で低熱伝導度の材料から作られている、請求項１の装置。
【請求項３】
前記円筒の円周面は、アルミニウム、ステンレス鋼、めっき鋼、及び硼珪酸ガラスから成る群から選ばれた材料で形成される、請求項１の装置。
【請求項４】
材料は、ポリカーボネイト、ポリメチルメタクリル酸エステル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォン、及びセルローズ誘導物質から成る群から選ばれる、請求項１の装置。
【請求項５】
前記排気するための手段は、少なくとも一つの拡散ポンプである、請求項１の装置。
【請求項６】
前記上板は全ての点において前記膜から等距離にあり、前記頂部間隙は前記膜と前記上板の間に均等な距離を維持する、請求項１の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、異なるガス圧の領域を機能的に相互接続するための隔離機構に関する。より正確には、本発明は、約０.０１トル以下の圧力を有する排気可能な第二領域から、大気圧を有する第一領域を分離するガス出入口に関する。更に、本発明のガス出入口は、大気対真空、又は真空対大気性能と、移動中の材料膜における膜蒸着面への接触回避とを、同時に実現するために円筒を利用する。
【背景技術】
【０００２】
多様な製品が薄膜処理によって製造される。薄膜材料の蒸着によって製造される製品の例は、光制御及び太陽光制御用の層型干渉計、半導体を基にした太陽電池、アルミニウムを蒸着したコーヒー袋や有機ＬＥＤ表示装置などの有機半導体装置、有機ＦＥＴ、ＩＣタグ、有機ＰＶ装置及びセンサー、有機半導体、などを含む。これらの製品は、連続ロール工法を用いて多量生産される。或る種の連続ロール工法は、真空室内に保持された繰出しロールと巻取りロールを用いる。繰出しロールが空になるか巻取りロールが一杯になると、それぞれのロールは新しいロールに取替えなければならない。取替え操作において、繰出し及び巻取り室は、通気し、開放し、取付け／取外し、閉じて、排気しなければならない。このサイクルの間、生産工程は通常は中断される。代って、或る種の装置の連続ロール工法による製作の場合では、中間での製品基板の巻上げや巻戻しをしないで、一連の多数の工程を一体化する必要があり、その理由は、巻取り完了までの製品表面との如何なる接触も、装置の性能を破壊する可能性があるからである。このような場合には、製品基板が連続的に大気圧での処理から真空中での処理へ、更に元の大気圧へと通過できることが、決定的に重要である。
【０００３】
一般に、ガス出入口は、蒸着用の個別の領域間に使用されて、その領域の化学的純粋性を維持する。本出願の譲受人に譲渡され、その開示内容が引用して此処に取り入れてある、Nath氏他への米国特許番号第４,４６２,３３２号において開示されているように、ガス出入口通路の比較的小さな寸法にもかかわらず、一つの蒸着室内に導入されたドーピング処理ガスは隣接する室内へ逆拡散し、そこに導入された処理ガスと隣接室内で蒸着された半導体層とを汚染する。’３３２特許は、通路の高さ寸法が低減できるような装置（即ち、磁性物質を上の方へ押し上げるために、ガス出入口通路の上方にセラミック磁石を置いた）を開示している。通路の高さ寸法の低減により、一定の流速に対してドープ剤ガスのそれに対応する逆拡散の低減をもたらし、従って真性蒸着室に混入する処理ガスによる汚染を減少させる。
【０００４】
しかし、磁石は基盤を押し上げて上部通路壁と滑り接触をさせるために、基板の露出面と壁との間の摩擦による摩耗が、例えばガス出入口の上部通路壁の摩耗など、蒸着装置のいろいろの故障の原因となる。更に、基板及び通路壁材料の摩耗粒子が通路や蒸着室に集積し、基板の層形成面における引掻き傷が生じたり、またこの粒子が半導体材料と一緒に蒸着される原因となり、一ミクロンの厚さの半導体合金層によって完全には覆うことの出来ない突出粒子に起因する短絡の原因となる。摩耗は、半導体層及び設備に対して有害であるのに加えて、裂ける可能性があるので、実際に使用できる基板材料膜の最小厚さを制限する。ある製品用途においては、基板材料は非磁性、例えば、ポリマー基板である。
【０００５】
加えて、本出願の譲受人に譲渡され、その開示内容が引用して此処に取り入れてある、Doehler氏他への米国特許番号第４,４３８,７２４号及び第４,４５０,７８６号において開示されているように、基板材料の膜が通路の上部壁に押付けられた場合、通路は、基板膜によって基板と上部通路壁の間の比較的狭い上部分と、基板と下部通路壁の間の比較的広い下部分とに分けられる。更に、基板材料膜のワッフリング（反り）は磁石の吸引力によって完全には除去出来ないので、基板と上部通路壁の間の不規則な間隔が発生する。基板の反りの多くは基板内の温度勾配が原因である。処理ガスは、本来粘性が高い（グロー放電蒸着法で採用される高い蒸着温度において特に粘性が高い）ので、一方の蒸着室から他方へ処理ガスは十分な速度で、狭い上部分を通り抜けることは不可能であるために相互汚染が防せがれる。基板の露出面と上部通路壁との間の狭い上部部分を通過する処理ガスの相互汚染量を低減するという目標が、’７２４及び ’７８６特許の目的であった。
【０００６】
過去において、非晶質半導体合金材料の層を蒸着するための処理法を開発するために相当な努力がなされており、それらの各層は比較的広い面積を有していて、不純物を添加して、作動時には実質的に結晶質材料と同等であるｐ-型及びｎ-型材料を、ｐ-ｉ-ｎ型光電池の製造用に形成することができる。長年の間、非晶質のシリコン又はゲルマニウム膜を用いた仕事は、エネルギー・ギャップ内に高密度の局在化状態を生成する微小空隙やダングリング・ボンドが存在するために、殆ど実りのないものであった。最初に、局在化状態の低減が、シラン（ＳｉＨ４）ガス及び水素ガスを前駆体として用いた、非晶質シリコン膜のグロー放電蒸着によって達成された。こうして蒸着された材料は、シリコンと水素から成る真性非晶質材料である。不純物添加非晶質材料を製造するために、ｎ-型用にホスフィンガス（ＰＨ３）又はｐ-型伝導用にジボラン（Ｂ２Ｈ６）などの硼素を含有するガスがシランガスと予め混合される。こうして蒸着された材料は、置換型と推定される燐又は硼素のドープ剤を含み、外因性であり、それぞれｎ又はｐ伝導型であることが示されている。
【０００７】
現在では、両方とも本出願の譲受人に譲渡され、その開示内容が引用して此処に取り入れてある、オブシンスキー氏他への米国特許番号第４,２２６,８９８号に十分にに説明されているようなグロー放電によって、並びにオブシンスキー氏他への米国特許番号第４,２１７,３７４号において説明されているような気相蒸着によって、優れた電子的特性を持ちしかもエネルギーギャップ内の局在化状態の濃度が著しく低減して、格段と改善された非晶質シリコン合金材料を調製することができる。これらの特許に開示されているように、非晶質シリコン半導体中に導入されたフッ素は、その中の局在化状態の密度を大幅に低減するように働き、且つゲルマニウムなど他の合金材料の添加を容易にする。活性化されたフッ素は、容易に内部へ拡散し、マトリックス中の非晶質シリコンに結合し、その中の局在化状態の密度を大幅に減少させる。これは、フッ素原子の原子半径が小さいために、それらを非晶質シリコンマトリックス内へ容易に導入することが出来るからである。フッ素は、シリコンのダングリング・ボンドと結合し、変化可能な結合角度を持つ部分的イオン結合を形成して、従来使用されていた水素又はその他の補償剤乃至変質剤によって形成されるよりも、結果的により安定で効率的な補償乃至変質が得られる。
【０００８】
光電池効率を高めるために多重単電池を使用するという概念は、少なくとも１９５５年という早期に、Ｅ.Ｄ.Jacksonの米国特許番号第２,９４９,４９８号によって論じられている。そこにおいて論じられた多重単電池構造は、ｐ-ｎ接合結晶性半導体装置を利用していた。この概念は、要するに太陽光スペクトルの種々の部分をより効率的に収集して開回路電圧（ＶＯＣ）を増加させるために、異なったバンドギャップの装置を利用することを目指している。タンデム型単電池装置は、各単電池を透過して順次に導かれた光を用い、最初の単電池又は層を通過した光を吸収するために、大きなバンドギャップ材料の後に逐次より小さいバンドギャップ材料を設けた二つ以上の単電池を有する。各単電池から発生する電流を殆どみな同値に調整することによって、全体としての開回路電圧は各単電池の開回路電圧の総和と成り、一方短絡電流は殆ど一定に保たれる。
【０００９】
フッ素導入によって達成される有益な性質のために、現在カスケード型多重単電池を生産するのに利用される非晶質合金は、材料の電子的性質を損なうことなく局在化状態の密度を低減するように、フッ素を取り入れている。更に、ゲルマニウムや炭素などのバンドギャップ調節（諸）元素は、活性化することが出来、気相蒸着、スパッタリング、又はグロー放電処理法において添加される。一つ以上の調節元素の必要量を蒸着された合金単電池の少なくともその光電流発生領域へ導入することにより、バンドギャップは特定装置への応用に対し必要に応じて調節される。バンドギャップ調節（諸）元素は、殆ど有害な状態を追加することなく単電池に適合導入されており、調節（諸）元素が装置の波長特性を特定の光感性応用機器に適合するように添加された場合、単電池材料は高い電子的品質と光伝導性とを維持する。
【００１０】
光電池装置を大量生産できることは、当然ながら商業的に重要である。太陽電池の製造に対してバッチ処理に限定される結晶性シリコンと異なり、非晶質シリコン半導体は大面積基板上に多層で蒸着することが出来、大量連続処理装置内で太陽電池を生成する。この種の連続処理装置は、それぞれが本出願の譲受人に譲渡され、その開示内容を引用して此処に取り入れてある、例えば米国特許番号第４,４４０,４０９号、第４,５４２,７１１号、第４,４１０,５５８号、第４,４３８,７２３号、及び第４,４９２,１８１号において開示されている。これらの特許に開示されているように、基板が一連の蒸着室を通って連続的に前進し、各室は、特定の半導体層の蒸着に専用される。ｐ-ｉ-ｎ型構造の太陽電池の製造においては、第一室はｐ-型非晶質シリコン半導体合金材料を蒸着するのに専用され、第二室は真性非晶質シリコン半導体合金材料を蒸着するのに専用され、更に第三室はｎ-型非晶質シリコン半導体合金材料を蒸着するのに専用される。各蒸着半導体合金材料、特に真性半導体合金材料は高純度でなければならないので、蒸着室内の蒸着環境は他室内のドープ剤成分から隔離され、真性室内における真性処理ガス中へのドープ剤成分の相互汚染を防ぐ。装置が主として光電池の生産に係わる前述の諸特許において、各室間の化学的隔離は、それを通して（１）各室間における処理ガスの一方向の流れが確立され、且つ（２）不活性ガスが基板材料膜に沿って“吹払う”、ようなガス出入口によって達成される。前述の米国特許番号第４,４６２,３３２号に開示されているガス出入口は、通路開口の高さ寸法が低減できるように、ガス出入口通路開口の壁に磁性基板材料の膜を強制的に押付けるように設計された、複数の磁場の生成を意図していた。そこに記述された圧力と流れの条件においては、開口の高さを低減することにより、従来の方式ではドープ剤蒸着室から真性蒸着室へ拡散してしまう処理ガスの量をその結果として減少させ、基板上へ蒸着された非晶質半導体層がガス出入口通路開口に接触し損傷を受けるという危険性がその結果として増加することはなかった。
【００１１】
米国特許番号第４,４６２,３３２号に開示されている磁性型ガス出入口は、通路開口の高さを低減したけれども、このガス出入口の設計は、上述のように、（１）上で述べた摩擦の問題、（２）通路を広い部分と狭い部分に分割する、という二つの新たな問題を提起する。これらの問題の後者に関しては、広い下部を通過する不活性吹払いガス及び残留している処理ガスの速度は、ドープ剤ガスの真性室内への相互汚染を実質的に防ぐのに十分な大きさである。しかし、処理ガスの粘性に起因して、（１）上部通路壁、及び（２）基板の被覆されていない面（これは通路の比較的狭い上部を形成する）に沿った吹払いガスの流速抵抗を起こし、結果として其処を通る比較的低い速度の流れをもたらす。従って、望ましくない大量のドープ剤処理ガスが、狭い上部を通して真性室内へ拡散することが出来る。
【００１２】
相互汚染の問題は、米国特許番号第４,４３８,７２４号、及び第４,４５０,７８６号において、ドープ剤蒸着室から隣接する真性蒸着室まで、細長い溝（ガス出入口通路開口の全長に渡って延伸している）を基板材料膜上の通路開口の壁に設けることにより、低減された。このような方法で、間隔を空けて配置された比較的高速な複数の流路が、基板材料膜の被覆されていない面と通路開口上部壁の間の空間に設けられた。吹払いガスは独立した手段により流路内に強制的に導入されるので、前記ガスが通路壁及び基板表面と接触したときにうける抵抗にもかかわらず、ガスは流路を通って一方向に流れた。’７２４及び ’７８６特許のガス出入口は、上述した狭い上部断面を通る相互汚染の問題を解決したけれども、基板の被覆されていない面と上部通路壁の間の摩擦による摩耗の問題を低減出来なかった。
【００１３】
此処に引用して取り入れてあり、共有され譲渡されている我々の米国特許番号第５,３７４,３１３号の磁性ローラーガス出入口は、蒸着室間の処理ガスの相互汚染を殆ど増加させないで、基板の層が形成されていない面と通路壁の間の摩擦による摩耗を大幅に低減した。’３１３特許の磁性ローラーガス出入口は、摩擦による摩耗問題を低減し相互汚染の問題を増大させなかったが、この先行技術によるガス出入口は、約１０％以上の室間圧力差を有する機能的に接続している領域には使用できない。しかし多くの場合において、必須ではないにしても、一桁を超える圧力差（即ち、それぞれが１０−１と１０−３トルの圧力など）を有する二つの処理室を相互接続することが望まれる。
【００１４】
これまでの議論では単一ドープ剤蒸着室と隣接する遷移室とを取り扱ったけれども、それら以外の蒸着室が、連続ロール蒸着工法を用いる如何なる装置及び処理法の場合でも、本発明の空気対真空用ガス出入口へ機能的に接続出来ることは明白である。例えば、ｐ-ｉ-ｎ型半導体装置を生産するために、ｐ-型蒸着室が真性蒸着室の一方の側に接続され、ｎ-型蒸着室が真性蒸着室の他方の側に接続されることもある。また複数のこれら三室一組の蒸着室が相互に接続されて、複数のｐ-ｉ-ｎ型単電池が生産されることも出来る。そればかりでなく、本発明の改善されたガス出入口は、異なるガス圧を持つ領域の化学的隔離が要求される如何なる連続生産設備及び方法にたいしも適用できる。
【発明の開示】
【００１５】
本発明は、ある圧力を有する第一領域から、第一領域とは異なる圧力を有する第二の領域内へと、基板の膜を連続的に導入させる出入口に関する。より詳しくは、本発明は、大気領域から真空室中へ、又は真空室から大気領域内へ膜を連続的に導入させる空気対真空用のガス出入口に関する。加えて、本発明は、基板材料の膜上へ少なくとも一つの層を少なくとも一つの真空蒸着室内において蒸着することにより、連続的に装置を製造する装置を開示し、膜は大気から第一遷移室を経て（諸）蒸着室内へ連続的に導入され、次いで（諸）蒸着室を出て第二遷移室を経由し大気中へ出る。本発明のガス出入口は、ポリカーボネイト、ポリメチルメタクリル酸エステル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォン、セルローズ誘導物質、などの熱可塑性ポリマーを含むがこれらに限定されない膜材料と共に使用することが出来る。各層の組成は、各蒸着室に導入され且つ互いに隔離されている特定のガスに依存する。
【００１６】
好ましい実施形態において、膜は、大気から、大気と一つ以上の蒸着室へ繋がる遷移室との間に本発明のガス出入口を有する加圧された遷移室内へ、次いで本発明のガス出入口を有する第二加圧遷移室内へと供給され、大気中へと戻る。より詳しくは、（１）それを基板材料の膜が通り、且つ（２）蒸着室の圧力の変動なく膜の送り込みをするため、遷移室から周囲空気を実質的に隔離するように設計された円筒により構成された比較的狭い通路を含むガス出入口によって、遷移室と周囲空気は分離されている。
【００１７】
本発明のガス出入口は、ガス圧の異なる隣接領域中間に配置されたハウジング内の円筒を含んでいる。基板材料の膜は、円筒の上周辺面とハウジングの間の小さな間隙を通して、円筒を越えて領域間を移動するように設計されている。間隙は、十分幅が広いので、基板膜はハウジングとは接触しないで円筒との接触を維持出来る。ローラーが、大気領域と遷移室内に置かれ、基板材料の膜を上周辺間隙の中へ及びそれから外へと導く。好ましい実施形態において、二組のローラーが間隙内へ膜を導き、二組のローラーが間隙の外へ膜を導びき、それによってローラーと膜の間の接触を最小化する。各組のローラーは、円筒内への進入角とそれから外への退出角とを生成するように配置されるが、それは膜が円筒の円周上部の円弧形状を形成しているからである。更に、これらの角度は、膜とハウジングとの接触を防ぐのに必要で、接触により基板を汚す乃至は損傷することがある。別の実施形態においては、各ローラーの円周底部が円筒の上周辺面より低くなるように配置され、膜が第一ローラーの下、円筒の上、第二ローラーの下と進む時に張力を発生させる。
【００１８】
別の実施形態においては、円筒に対して相対的な膜の位置が、円筒の円周上部でなく円筒の円周底部へと逆になっている。この実施形態では、基板材料の膜は、円筒の円周底部とハウジングの間の小さな間隙を通して、円筒の下で領域間を移動するように設計される。円周底部の間隙は、十分幅が広いので、基板膜とハウジングとは接触しないで円筒との接触を維持させる。ローラーは、第一領域と第二領域内に置かれ、基板材料の膜を円周底部の間隙の中へ及びそれから外へと導く。好ましい実施形態において、二組のローラーが間隙内へ膜を導き、二組のローラーが間隙の外へ膜を導いて、ローラーと膜間の接触を最小化する。各組のローラーは、円筒内への進入角とそれから外への退出角とを生成するように配置されるが、それは膜が円筒の円周底部の円弧形状を形成しているからである。更に、これらの角度は、膜によるハウジングとの接触を防ぐのに必要で、接触により基板を汚す乃至は損傷することがある。別の実施形態においては、各ローラーの上周辺面が円筒の円周底部より低くなるように配置され、膜が第一ローラーの上、円筒の下、第二ローラーの上と進む時に張力を発生させる。
【００１９】
好ましくは、第一領域と第二領域は異なるガス圧を有し、第一及び第二室の少なくとも一つは真空排気することができる。好ましい実施形態において、本発明のガス出入口は、大気圧を有する大気圧領域から、大気圧より低い圧力を有する遷移室へと、基板膜を運ぶことが出来る。加えて、本発明のガス出入口は、大気圧より低い圧力を有する遷移室から、大気圧を有する大気圧領域へと、基板膜を運ぶことが出来る。
【００２０】
ハウジングは上板と底板とを有し、円筒は上板と底板の中間に設置されている。好ましくは、上板は、円筒の円周上部の円弧と殆ど同形になるように形作られた輪郭を有する。同様に、底板は、円筒の円周底部の円弧と殆どど同形になるように形作られた輪郭を有する。更に、ハウジングは上板と底板の間に第一側壁を、上板と底板の間に第二側壁を有する。円筒は第一側壁と第二側壁の間に設置されて、両側壁間で軸の周りに回転する。第一のＯリングは、第一側壁と円筒の間に設置することが出来る。第一のＯリングは、第一側壁と円筒間の空間からの空気流入を低減するように設計されている。第二のＯリングは、第二側壁と円筒の間に設置される。第二のＯリングは、第二側壁と円筒間の空間からの空気流入を低減するように設計されている。好ましくは、各Ｏリングは、圧力を受けて各Ｏリングを円筒に押し付けるように設計されたＣ字形のＯリングである。圧力は、第一側壁と第一のＯリングの間に設置された少なくとも一つの第一ばねと、第二側壁と第二のＯリングの間に設置された少なくとも一つの第二ばねにより供給される。
【００２１】
ガス出入口は、ハウジング上板と円筒円周上部間の通路、又はハウジング底板と円筒円周底部間の通路の高さが、実施形態に依存しているという点に特徴がある。そこを通るガスの流速は、円筒入口と相互接続された二領域の少なくとも一つの領域との間にガスの遷音速流をもたらし、従って遷音速流領域内における拡散成分の衝突間の平均自由行程を短くすることによって、一つの組成と圧力を有する一方の領域を異なる組成及び／又は圧力を有するもう一方の領域から効果的に隔離する。
【００２２】
本発明の一実施形態は、異なるガス圧を有する二領域を分離させるガス出入口を提供することである。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、蒸着室へと繋がる真空排気可能な遷移室から大気圧領域を分離し、蒸着室に通気することなく膜ロールを取替えられるようにする空気対真空用ガス出入口を提供する。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、蒸着室の真空を破ることなく繰出しロール又は巻取りロールを交換することが出来る遷移室を持ち、基板材料の膜上にデバイスを連続的に製造するための、連続ロール工法装置を提供する。
【００２５】
本発明のガス出入口が、非晶質半導体の太陽電池装置の生産用装置に使用される場合、遷移室は、繰出しロールの後及び巻取りロールの前に設置される。非晶質シリコン半導体合金を蒸着するように設計された蒸着室は、両遷移室の中間に設置される。例えば、基板膜は大気領域から本発明のガス出入口を経由して第一遷移室へ入り、第一蒸着室内へと進み、その第一蒸着室内で第一層が基板の一方の面上に蒸着され、次いで基板は第二蒸着室を通過し其処で第二層が第一層の上に蒸着され、基板は次いで第二遷移室を通過し、次いで本発明のガス出入口を経由して大気領域内へと進むことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、移動する基板の膜が大気領域から真空室中へ連続的に導入されるようにする装置に関する。製作機械の他端にある同様の装置は、膜が真空室から大気圧へ戻されるようにする。本発明のガス出入口は、発明がタンデム乃至カスケード型光電池の生産に関するものとして説明されているが、これは単に例証するのが目的であって、それらに限定されるものと考えるべきではない。此処に説明されたガス出入口の実施形態は、材料の膜が種々のガス圧の領域を通って進むことを必要とする如何なる装置にも効果的に取り入れられることを理解すべきである。加えて、本発明のガス出入口は、膜が蒸着室に入ったり出たりする時に、膜の蒸着箇所を如何なる固体にも接触させないで、蒸着材料の種々の層が基板膜上に蒸着されるようにすることができる。
【００２７】
Ｉ．光電池
図面、特に図１を参照して、各層が非晶質シリコン合金材料を含む、連続するｐ-ｉ-ｎ層から形成されるタンデム乃至カスケード型光電池が、全体として符号１０で示されている。本発明のガス出入口が開発されたのは、隔離された蒸着室において、非晶質シリコン合金材料の層が基板材料の移動する膜上へ連続的に蒸着出来るような型の光電装置の生産用としてであった。
【００２８】
図１は、個別のｐ-ｉ-ｎ型単電池  １２ａ、１２ｂ、及び１２ｃからなる太陽電池などのｐ-ｉ-ｎ型光電装置を示す。最下段の単電池１２ａの下には、透明又は表面を金属化した箔から形成された、基板１１がある。用途によっては、非晶質半導体材料を被覆する前に薄い酸化物層、及び／又は一連のベース接点を必要とすることがあるけれども、この用途の目的としては、用語「基板」は、可撓性膜のみでなく前処理によって追加される如何なる元素をも含むものである。基板材料１１は、導電性電極を取り付けた、合成ポリマー、ガラス、又はガラス状材料から形成した基板ばかりでなく、ステンレス鋼、アルミニウム、タンタル、モリブデン、又はクロムであることもある。
【００２９】
各単電池１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃは、少なくともシリコン合金を含有する非晶質半導体を含む。半導体の各々は、ｎ-型伝導領域即ち層２０ａ、２０ｂ、及び２０ｃ、真性領域即ち層１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃ、ｐ-型伝導領域即ち層１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを含む。此処で用いられている用語「非晶質」は、材料の短距離又は中距離無秩序性には関係なく、且つこれらの材料が別途に多結晶性乃至は結晶性と分類されているかどうかには関係なく、長距離無秩序性を示す全ての材料を含む。図示されているように、単電池１２ｂは、中間に在る単電池であり、図１に示すように、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、更に追加の中間単電池を図示された単電池の上に積層することも出来る。更に、ここにはタンデムｐ-ｉ-ｎ単電池が図示されているけれども、本発明のガス出入口は如何なる多室装置における用途にも同様に適合される。此処に説明されている新規な空気対真空用ガス出入口は、発明がｐ-ｉ-ｎ単電池を生産するための蒸着に応用した例を示している。しかし、本発明の新規なガス出入口は、ｎ-ｉ-ｐ単電池生産用蒸着装置、化学蒸着装置、他の有機半導体又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）材料などの、異なるガス圧の領域の隔離が要求される如何なる装置に対しても応用できる。
【００３０】
各単電池１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃにおいて、半導体材料のｐ-型及びｎ-型層は、その特性として光透過性であり、且つ導電性が高い。半導体材料の真性層は、太陽光への光感性に調節された波長限界値、高い光吸収性、低い暗伝導性、及び高い光伝導性によって特徴付けられており、特定の電池応用に対してバンドギャップを最適化するために、十分な量のバンドギャップ調節元素一種または一種以上を含んでいる。好ましくは、半導体材料の真性層は、光が半導体材料へ上から入射する場合、単電池１２ａに最も低いバンドギャップ、単電池１２ｃに最も高いバンドギャップ、単電池１２ｂには前二者の中間のバンドギャップを有するように、バンドギャップ調節が行なわれる。しかし、半導体材料の真性層は、光が半導体材料へ下から入射する場合、単電池１２ａに最も高いバンドギャップ、単電池１２ｃに最も低いバンドギャップ、単電池１２ｂには前二者の中間のバンドギャップを有するように、バンドギャップ調節が行なわれる。半導体材料のｎ-型層は、低い光吸収性と高い光伝導性を特徴とする。バンドギャップ調節を行った真性材料の層の厚さは、８００から５,０００オングストロームの範囲である。ｎ-型及びｐ-型層の厚さは、２５から４００オングストロームの範囲である。
【００３１】
II．多重グロー放電蒸着室
ここで図２を参照して、前述したタンデム光電池の連続生産用多重グロー放電室蒸着装置の図式表示が、全体として符号１００で示してある。多重グロー放電室蒸着装置１００は、本発明の原理に基づいた空気対真空用のガス出入口によって大気に接続された遷移室２００ａ及び２００ｂを含む。第一遷移室２００ａは、大気圧を有する大気領域内の繰出しロール２０２から膜を取り出し、膜を蒸着室へ導く。第二遷移室２００ｂは、蒸着室から膜を取り出し、膜を大気領域に戻して巻取りロール２０３へ導く。装置１００は、複数の専用蒸着室を含み、隣り合う室は、機能的に相互接続されている。此処で用いられている用語「隔離されている」は、隣接する室内へ導入された反応ガス混合物が、隣接室内へ導入された混合物と相互汚染するのを実質的に妨げる、ことを意味する。「実質的に」という言葉は「妨げる」を修飾するために用いられたことに注目されたい、これは１００％効果的な隔離機構は存在しないからである。
【００３２】
装置１００は、ｐ-ｉ-ｎ構造を有する大面積の非晶質光電池を大量に、連続的に供給される基板１１の表面上へ蒸着するように設計されている。ｐ-ｉ-ｎ構造のタンデム単電池の生産に必要な非晶質半導体材料の層を蒸着するために、装置１００は、少なくとも一つの三室一組の蒸着室を含み、三室一組の各々は、基板１１が通過する際に、非晶質シリコン半導体合金材料のｐ-型伝導層が基板１１の上に蒸着される第一蒸着室２８と、基板１１が通過する際に、非晶質シリコン合金材料の真性層が基板１１表面上のｐ-型層の上に蒸着される第二蒸着室３０と、基板１１が通過する際に、非晶質シリコン合金材料のｎ-型伝導層が基板１１表面上の真性層の上に蒸着される第三蒸着室３２とを含む。
【００３３】
（１）ここには蒸着室の三室一組の一つを説明したけれども、任意数の層を有する光電池を生産する能力を持った装置を提供するために、更に別の三室一組又は更に別の単独室が装置へ追加することが出来ること、（２）本発明の空気対真空用ガス出入口は、基板が大気圧から真空排気した領域へ取出される、又は真空排気した領域から大気圧へ取出されるような、如何なる環境においても適用できること、（３）基板材料は、材料の連続的膜として示され且つ説明されているけれども、本発明の概念は、複数の蒸着室を通って連続的に供給することの出来る個々別々の基板の上へ、複数の層を逐次蒸着するのにも応用出来ること、（４）図示されていないけれども、他の室（光電池装置の最上部のドープ剤層上にＴＣＯ層を追加するための室など）がグロー放電装置１００へ機能的に接続することも出来ること、（５）基板繰出しロール２０２と基板巻取りロール２０３は、それぞれの収納部屋内には示されていない。しかし、それぞれのロールは、大気圧中の如何なる箇所、真空排気された室など、又は遷移室よりも高い圧力を有する如何なる箇所に配置することが出来ること。  以上の点は明白である。
【００３４】
図１に示した光電池１０を生成するために、非晶質シリコン合金材料のｐ-型層が蒸着室２８で基板１１上に蒸着され、非晶質シリコン合金材料の真性層が蒸着室３０でｎ-型層上に蒸着され、更に、非晶質シリコン合金材料のｎ-型層が蒸着室３２で真性層上に蒸着される。装置１００は、少なくとも三層の非晶質シリコン合金材料を基板１１の上に順に蒸着し、その間、蒸着室３０で蒸着された真性層は、ドープ剤又はドーピング種と呼ばれる少なくとも一つの元素が不在である点において蒸着室２８と３２で蒸着された層と組成が異なる。
【００３５】
高効率の光電池装置１０を生産するためには、基板１１の表面上へ蒸着される層の各々（特に、真性層）が、、高純度であるということが重要である。それ故、他の蒸着室内への処理ガスの相互汚染と同様、基板の汚染及び／又は損傷を実質的に防ぐことが必要である。ドープ剤蒸着室２８及び３２から先行技術によるガス出入口４２を通って真性蒸着室３０への処理ガスの逆拡散を防止するために、ｐ-ドープ剤蒸着室２８及びｎ-ドープ剤蒸着室３２は、引用して此処に取り入れてある米国特許番号第５,３７４,３１３号に説明されているように、真性蒸着室３０より低い内圧に維持される。その目的のために、各蒸着室は、自動絞り弁、ポンプ、及び圧力計（図示せず）を備えることもある。各絞り弁は、過剰な又は使用済みの蒸着成分を蒸着室から排気するように、それぞれのポンプに機能的に接続される。各絶対圧力計は、前記蒸着室内の圧力を制御するために、それぞれの蒸着室及び絞り弁のそれぞれ一つに機能的に接続される。このようにして、隣接室間に一定の圧力差をつくり、それを維持する。
【００３６】
ここで図３と４を参照して、本発明の隔離通路の実施形態がそれぞれ符号３００と４００で全体として示されている。隔離通路は、内側の一般的には細長い円筒１１０で形成されているということに注目すべきである。円筒１１０の円周面は、アルミニウムなどの金属、ステンレス鋼やコバール（商標）などの合金、又はめっき鋼や炭素／エポキシなどの複合材料を含むがこれらに限定されない、非常に多様な材料から製造することが出来る。好ましくは、円筒は機械加工の容易さから金属で製造され、円筒用に選んだ同じ金属が熱膨張を一致させるために、上板１０３ａ、底板１０３ｂ、第一側壁１２１ａ、及び第二側壁１２１ｂを含むハウジング１２０を製造するのにも使用される。好ましくは、円筒の円周面は滑らかで、膜と円筒の円周面の間に生成された空間に捕らえらた後に隣接の室へ侵入する異なる圧力の空気の導入を最小限にする。本発明のガス出入口は、例えば、熱可塑性ポリマー、ポリカーボネイト、ポリメチルメタクリル酸エステル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォン、及びセルローズ誘導物質のような、、如何なる膜材料とも一緒に使用することが出来る。膜の厚さは、目的とする用途に依存して、約０.０５ｍｍから約５ｍｍまでが好ましい。しかし、基板材料は、磁性材料から形成されることがあり、基板は、磁気吸引力により円周面と強制的に接触させられることがある。
【００３７】
円筒１１０の長さは、遷移室１０１と大気領域１０２の間を通り抜けるように設計された基板材料の膜１１の幅に左右される。円筒１１０の長さは、少なくとも膜１１の幅に等しくなければならない。隔離通路は、第一側壁１２１ａ、第二側壁１２１ｂ、上板１０３ａ、及び底板１０３ｂを有し、全体としてその全体が符号１２０で表わされるハウジングを更に含んでいる。円筒１１０は、側壁１２１ａと１２１ｂの間に取付けられて、円筒を側壁１２１ａと１２１ｂとを結ぶ軸の周りに回転させる。更に詳しく言えば、基板材料の膜１１は、導入スロット１０４ａを通って隔離通路に進入し、出口スロット１０４ｂを通って通路を出る。上板１０３ａは、円筒１１０の円周上部の円弧に一致するような円弧状をしており、遷移室１０１の壁に固定されている。同様に、底板１０３ｂは、円筒１１０の円周底部の円弧に一致するような円弧状をしており、遷移室１０１の壁に固定されている。上板１０３ａは、基板材料がしっかりと押付けられている円筒１１０の円周上部の輪郭に倣った基板材料の膜１１の向かい合う面から全ての点において等距離になるような円弧状の形状を持つことが好ましい。図４は、基板の膜１１が大気領域１０２から上周辺間隙を経由して真空排気可能な遷移真空室１０１内へ進んでいる、本発明の隔離通路の好ましい実施形態を示す。空気が上板と基板１１の間の間隙を通して遷移室１０１へ進入することは可能であるけれども、空気の量は間隙を十分狭くすることによって容易に対処できる程度に限定できる。好ましくは、間隙の幅は、其処を通過するように計画された基板材料の膜１１の幅にほぼ等しい。
【００３８】
蒸着陰極は、膜の下又は膜の上の何れでもよい。別の実施形態において、膜は、円周底部の間隙を形成する円筒の円周底部と底板との間を動くように設計されることがある。円周底部の間隙は十分に広いので、基板の膜にハウジングと接触することなく円筒との接触を維持出来る。ローラーは、膜を円筒１１０の円周底部と底板１０３ｂとの間で移動させるように配置されている。この実施形態において、底板１０３ｂは、基板材料がしっかりと押付けられている円筒１１０の円周底部の輪郭に倣った基板材料の膜の向かい合う面から、全ての点において等距離になるような円弧状の形状を持つことが好ましい。空気が底板と基板１１の間の間隙を通して遷移室１０１へ進入することは可能であるけれども、空気の量は間隙を十分狭くることにより容易に対処できる程度に限定できる。
【００３９】
ハウジング内の円筒の回転によって、円筒と側壁間の空気漏洩の可能性が存在する。好ましい実施形態において、空気漏洩の可能性を低減するため、図５に示すように、円筒１１０の各側面と各側壁１２１ａと１２１ｂの間にＯリング３０１が設置されて、真空排気された遷移室１０１内への空気の流入を最小限度にとどめることが出来る。Ｏリング３０１は、側壁１２１ａ及び１２１ｂの内面との、更に円筒１１０との接触を維持するように設置する。好ましくは、Ｏリング３０１は、テフロン（商標）として売られているポリテトラフルオロエチレンなどの、低摩擦、低摩耗材料から作られるが、それは少なくとも一つの移動する面に接触するからである。Ｏリング３０１は、側壁１２１ａ及び１２１ｂと円筒１１０の間に気密封止を達成することができるような円形状の如何なる装置であってもよい。好ましい実施形態において、Ｕ字形又はＣ字形のＯリング３０１は、Ｕ字形又はＣ字形の滑らかで／閉じた端部をそれぞれの側壁１２１ａ及び１２１ｂの内面と接触させて、円筒１１０の各面とそれぞれの側壁１２１ａ及び１２１ｂの間に設置される。Ｃ字形Ｏリング気密封止７０の部分的断面図が、図７に示されている。Ｕ字形のＯリングも同様に使用することが出来る。封止開口、即ちＵ字形又はＣ字形の開放端は、軸方向の圧力がそれぞれの側壁１２１ａ及び１２１ｂから円筒１１０に加わった時、系の圧力に対抗して自己増力効果を最大限に発揮すべきである。系の圧力は、少なくとも一つのばね７２によって供給される。例えば図７に示すように、少なくとも一つの、螺旋状ばねであることが好ましいばね７２は、円筒１１０の環状の溝とＵ字形の開放端内に設置されて、側壁１２１ｂからＯリング７０内へ円筒１１０に向かって圧力を加える。好ましくは、安定した接触点の数を最大にするために、数個のばねが組入れられる。側壁１２１ａ（図示されていない）と１２１ｂは、空気漏洩の可能性を最小にするために、円筒１１０の両側面上の環状溝とＯリングとを完全に覆うように設計されねば成らない。系の圧力は、それぞれの側壁１２１ａ（図示されていない）と１２１ｂから、円筒に対してＯリング７０を押付ける。これは、円筒１１０の円周の周りに数個のばねを組み込むことにより達成することができる。
【００４０】
好ましい実施形態において、図４に示すように、二組のローラー４０１ａと４０１ｂは膜を導入スロット１０４ａの中に導き、二組のローラー４０２ａと４０２ｂは膜１１を出口スロット１０４ｂから外へ導く。ローラーの組４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、及び４０２ｂは、基板の膜１１に各組のローラーの間を通らせて、ローラーと膜間の接触面積を最小にするように設計されている。第一領域内、これは大気領域の場合が多いが、に在る第一組ローラー４０１ａは、繰出しロール２０２と第一組ローラー４０１ａの間の区域において、膜１１の張力を維持する。第一領域内に在る第二組ローラー４０１ｂは、導入スロット１０４ａと第二組ローラー４０１ｂの間の領域において、膜１１の張力を維持する。図４に示すように、第一組ローラー４０１ａと第二組ローラー４０１ｂの間の膜１１の張力を低減して、導入スロット１０４ａに滑らかに進入するような角度を作る。通常は真空排気された遷移室である第二領域１０１内に在る第三組ローラー４０２ａは、出口スロット１０４ｂと第三組ローラー４０２ａの間の区域において、膜１１の張力を維持する。第二領域１０１内に在る第四組ローラー４０２ｂは、第四組ローラー４０２ｂと蒸着室への入口の間の区域において、膜１１の張力を維持する。図４に示すように、第三組ローラー４０２ａと第四組ローラー４０２ｂの間の膜１１の張力を低減することにより、出口スロット１０４ｂから滑らかに退出する角度を作る。基板材料の膜１１の汚染や損傷を防ぐために、膜１１は上板１０３ａに接触しないで、且つ上板１０３ａと円筒１１０の円周上部との間の間隙が最小になるように、角度が設定されなければならない。間隙の寸法は、基板の厚さと基板上に蒸着される層の厚さに依存する。本発明のガス出入口が、遷移室と巻取りロールの間でも同様な様式で動作することは、説明から明らかなはずである。
【００４１】
ローラー４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、及び４０２ｂは、蒸着箇所との接触を避けるような形状になっている。ローラー４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、及び４０２ｂのふちは、膜１１の蒸着箇所との接触を避けてまた、膜１１を全装置を通って滑らかに流れさせるように、僅かに高くしてある。ローラーは蒸着面との接触を避けるように膜１１の端部を把握しているので、ローラー４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、及び４０２ｂの内側の面積は、膜１１と接触しない。
【００４２】
好ましくは、蒸着室を出入する時に、基板の片面は、ローラー、円筒、ハウジングなどの如何なる固形の物体とも接触しない。このことは、触れてはならない有機前処理被膜を基板膜が装置に挿入される前に既に持っている場合であるＯＬＥＤの生産において特に重要である。好ましくは、上板１０３ａは、基板材料がしっかりと押付けられている円筒１１０の円周上部の輪郭に倣った、基板材料膜１１の向かい合う面から全ての点において等距離になるように、円形に工作される。同様に、底板１０３ｂは、円筒１１０の円周底部から全ての点において等距離になるように、円形に工作されるのが好ましい。底板１０３ｂと円筒１１０における円周底部との間の距離によって生ずる間隙は、上板１０３ａと円筒１１０における円周上部との間の間隙と同じか又はそれより小さいことが好ましい。このことは、円筒１１０の円周上部の上を移動する基板材料の膜１１の厚さに幾らか依存する。
【００４３】
図３は、本発明の別の実施形態を示しており、円筒１１０の近端部１０５ａ及び遠端部１０５ｂの両方に置かれた張力ローラーに助けられて、膜１１が円筒１１０と密着した接触を保っている。円筒の近端部に在る第一ローラー１０５ａは、大気圧領域内に配置されている。円筒の遠端部に在る第二ローラー１０５ｂは、遷移室真空内に配置されている。基板材料の膜１１は、回転ローラー１０５ａと１０５ｂによって発生された張力により、円筒１１０の上周辺面にしっかりと保持されている。各ローラー１０５ａと１０５ｂの円周底部面が円筒１１０の円周上部面より低く、膜１１が第一ローラー１０５ａの下、円筒１１０の上、更に第二ローラー１０５ｂの下を進むときに張力が発生するように、ローラー１０５ａと１０５ｂは配置される。張力は、各ローラー１０５ａ及び１０５ｂの円周底部と円筒１１０の円周上部面とに膜１１をしっかりと保持する。円筒の円周上部とハウジング１２０の上板１０３ａとの間に、膜１１を円筒１１０へ滑らかに進入させるように配置された近端部側ローラー１０５ｂによって、膜１１は遷移真空室１０１内へ導かれる。小さな間隙が、円筒１１０の円周上部とハウジング１２０の上板１０３ａの間に生ずる。膜１１は、近端部ローラー１０５ａを過ぎて導入スロット１０４ａへ進入し、頂部間隙内へ導かれる。
【００４４】
図面及び説明から、膜とローラーの位置を逆さにして、膜が円筒の円周底部と底板の間の円周底部の間隙を経由して一つの領域から別の領域へ移動するような、ガス出入口を形成することがあることは理解されなければならない。しかし、頂部間隙実施形態と底部間隙実施形態において、適応する物理的原理は同じままである。
【００４５】
膜が円周底部の間隙を通って走行する実施形態において、二本のローラーの第一は、通常大気領域である第一領域から円周底部の間隙を経由して導入スロット内へ膜を導くように設計され、更に、二組のローラーは、円周底部の間隙から出口スロットを出て、通常は真空排気された遷移室である第二領域へ膜を導く。それらローラーの組は、ローラーと膜間の接触面積が最小になるように、各組間に基板の膜を通させるよう設計されている。第一領域内に在る第一組ローラーは、繰出しロールと第一組ローラーの間の区域において、膜の張力を維持する。第一領域内に在る第二組ローラーは、円周底部の間隙における導入スロットと第二組ローラーとの間の領域において、膜の張力を維持する。第一組ローラーと第二組ローラーの間の膜の張力を低減することにより、円周底部の間隙の導入スロットに滑らかに進入出来る角度を作る。第二領域内に在る第三組ローラーは、円周底部の間隙における出口スロットと第三組ローラーとの間の区域において、膜の張力を維持する。第二領域内に在る第四組ローラーは、第四組ローラーと蒸着室への入口の間の区域において、膜の張力を維持する。第三組ローラーと第四組ローラーの間の膜の張力が低減するこにより、出口スロットから滑らかに退出する角度作る。基板材料の膜の汚染や損傷を防ぐために、膜は底板に接触しないで、且つ底板と円筒の円周底部の間の間隙は最小になるように、この角度が設定されなければならない。間隙の寸法は、基板の厚さと基板上に蒸着される層の厚さに依存する。本発明のガス出入口が、遷移室と巻取りロールの間でも同様な様式で作動することは、説明から明らかなはずである。
【００４６】
膜が円筒の円周底部と底板の間の底部間隙を通って移動するような本発明の別の実施形態においてしては、円筒の近端部及び遠端部の両方に置かれた張力ローラーに助けられて、膜が円筒と密着した接触を保っている。円筒の近端部に在る第一ローラーは、大気圧領域内に配置されており、円筒の遠端部に在る第二ローラーは、遷移室真空内に配置されている。基板材料の膜は、回転ローラーによって作られた張力により、円筒の円周底部面にしっかりと保持されている。各ローラーの円周上部面が円筒の円周底部面より高くなり、膜が第一ローラーの上、円筒の下、更に第二ローラーの上を進むとき張力を発生するように、ローラーは配置される。張力は、各ローラーの円周上部面と円筒の円周底部面とに膜をしっかりと保持する。円筒の円周底部とハウジングの底板との間に、膜を円筒へ滑らかに進入させるように配置された近端部側ローラーによって、膜を遷移真空室内へ供給することが出来る。小さな間隙が、円筒の円周底部とハウジングの底板の間に生ずる。膜は、近端部ローラーを過ぎて底部の間隙の導入スロットへ進入し、底部の間隙内へ導かれる。
【００４７】
ここで図５を参照して、本発明の隔離通路１００における内部円筒状ドラム１１０の断面図が、その円周面を最も良く説明するために用いる。更に詳しくは、円筒１１０は円周面を含み、その一部へ基板材料の膜１１が連続して強制的に接触させられている。円周面の長さは、膜１１の全幅が円周面に接触するように、それに押付けられて通過する基板材料の膜１１の幅と少なくとも同じ広さでなければならない。図示されていないけれども、ドラム１１０の回転により基板材料の膜１１に張力を与えるために、内蔵した駆動装置を使って円筒１１０を回転させることが出来る。基板材料の膜１１にこのようにして加える張力により、膜１１の反りや皺寄せのほとんど全部が除去され、従って通路開口の全体の高さを減少させるのを可能にし、それによって遷移室１０１内の真空圧が対応困難な水準にまで上がる可能性を小さくする。
【００４８】
図３に最も良く示されているように、基板材料の膜１１は、回転ローラー１０５ａと１０５ｂの両者並びに円形に形作られた円筒１１０の円周の一部へ接線的に巻きつけられているために、基板材料の膜１１は、回転ローラー１０５ａと１０５ｂに関しある角度をなして、入り口スロット内へ導入され、また出口スロットから導き出すことが出来る。基板材料の膜１１の汚染や損傷を防ぐために、膜は上板１０３ａに接触しないで、且つ上板１０３ａと円筒１１０における円周上部との間の間隙は最小になるように、角度が設計されなければならない。
【００４９】
遷移室の底面に、弁及び室を真空排気する手段が接続されて、図３と４に示すように、遷移室内の圧力を下げることができるようにしている。室を真空排気するための手段は、拡散ポンプなどの真空ポンプ、又は排気可能な室の圧力を下げることの出来る如何なるその他の装置であってもよい。空気が間隙を流れるとその圧力は低下し、結果として空気の速度が増加する。引用して此処に取り入れてある、Doehler氏他への１９９４年１２月２０日付け米国特許番号第５,３７４,３１３号に記述されているように、速度が遷音速になったとき、上板１０３ａと円筒１１０の円周上部の間の間隙中の気体コンダクタンスは「閉塞された状態」になり、室内真空の圧力の如何なる減少も空気流のそれ以上の増加をもたらさない。一対の間隙、即ち円筒の円周上部面における一つ、円筒の円周底部面における二番目、幅１２インチ（典型的な膜の幅）、高さ０.００１インチ、長さ１０インチ（直径１フィートある円筒の円周の約１/４）の場合には、コンダクタンスは、約０.４トル以下の圧力で閉塞された状態になる。０.４トル以下では、空気漏洩が原因となる遷移室ポンプへのガス負荷は、約２００ｓｃｃｍである。このガス負荷は、この場合のパラメーターを考慮すれば妥当なものであり、前記遷移室を真空排気する拡散ポンプなどの、少なくとも一つの手段によって相殺される。要約すれば、此処に説明されている新規な発明は、大気圧からミリ・トル圧力の領域、即ち約０.００１トルから約０.０１トル、へと膜を１段階で移動することが出来る。
【００５０】
ガス負荷は、円筒の円周面とハウジングの間に生ずる間隙に著しく左右される。別の実施形態においては、間隙は厚さが０.００２インチである。このことはガス負荷を約１６００ｓｃｃｍに増加させる。この実施形態では、遷移室を真空排気する二つの手段を、ミリ・トル領域の真空を達成し維持するために組入れることが出来る。更に、与えられた装置の間隙の大きさにより、その要求に従って、更に多くの拡散ポンプを組入れることが出来る。与えられた実例が限定的なものでないことは明白なはずである。、遷移室を大気圧未満の一定圧力、好ましくは約０.０１トル以下、最も好ましくは約０.００１トルから約０.０１トルまでのミリ・トル領域を維持することが物理学の基本法則によりこの装置に可能でさえあれば、膜の幅の範囲、間隙幅の範囲、円筒直径の範囲、及び遷移室内の圧力の範囲は如何なる数値範囲にも設定出来る。  
上述のように、円筒の側面に沿った空気漏洩は、ミリ・トル領域を達成し且つ維持するために制御する必要がある。Ｏリングを、円筒の各側面の外円の内側に設置し、その部分にある空気間隙の幅を制限することも出来る。これにより、円筒のベアリングと機械的駆動装置を大気中に設置することが可能になる。周囲環境とガス出入口における円筒の端部との間に、気密封止が設けられることは不可欠である。引用して此処に取り入れてある、１９８８年２月９日にオブシンスキー氏他へ発行された米国特許番号第４,７２３,５０７号において記述されているように、端部封止を、本発明のガス出入口と一緒に使用するために組入れることが出来る。端部封止の各々は、実質的にＥ字形断面形状を有し、凡そ環状に形作られている。Ｅ字形外端部封止における半径方向最外部の噛合い部は、保護壁をその中に受け入れるように設計されていて、一方Ｅ字形封止における半径方向最内部の噛合い部は、細長い円筒の周辺端をその中に受け入れるように設計されている。最内部噛合い形成部の半径方向最内部壁と、最外部噛合いの半径方向最外部の何れも、間隔を空けて配置されたＯリングを受け入れるように溝を切り込むことが出来る。汚染物質の大気から真空排気された遷移室内への導入を防ぐために、ポンプが機能的な状態で配置され、Ｅ字形封止の上部及び下部噛合い部において、一対のＯリングにおけるそれぞれの間の空間から、拡散ガスを真空排気するように設計されている。
【００５１】
別の実施形態において、本発明のガス出入口は、通路を通って磁気的に吸引可能な基板を正確且つ安全に導くために、磁性ローラーを採用する。磁性ローラーは、基板の摩擦による摩耗を低減する。
【００５２】
次は、本発明のガス出入口の物理的／力学的説明が順当である。図６は、縦軸にプロットした遷移室内の圧力と横軸にプロットした間隙内の空気／ガス流速の間の関係を示すグラフ表示である。この図を一覧して分かるように、遷移室内の圧力が大気領域内の圧力（Ｐ０）に等しい時、間隙内の空気／ガスの流れはない。遷移室内の圧力が下がるにつれて、間隙内のガスが遷音速になる点まで、空気／ガスの流れは増加する。この臨界圧はＰＣで表わされ、この圧力における流速はＦｍａｘで表わされる。臨界圧を越えて遷移室圧力が如何にそれ以上の減少しても、間隙を通る空気／ガスの流速は増加しない。
【００５３】
この臨界圧より低い圧力においては、遷移室内の圧力が如何に低くまで減少するかに関係なく、系の空気／ガス流は固定されて増加しない。このことは、間隙内の空気／ガスの相対的速度、並びに遷移室内における圧力の乱れを考慮することで明らかにすることが出来る。空気／ガス内の圧力の乱れ（音、圧力低下、など）は、空気／ガス中をその空気／ガスにおける「音速」で伝わる。それ故、遷移室内の如何なる圧力変化も、間隙を通して音速で伝えられる。しかし、ＰＣ未満の遷移室圧力では、間隙内の空気／ガスの流速は遷音速である。従って、圧力の乱れは、間隙内で決して上流へ伝播しない。それ故、遷移室内の如何なるそれ以上の圧力減少（即ち、圧力の乱れ）も上流へ伝達されないので、間隙内の空気／ガス流速はＦｍａｘで固定される。同様に、系の流速が固定されると間隙内の圧力は常にＰＣに等しいかそれより大きい。この固定された流れのモードは、閉塞モードとも呼ばれる。
【００５４】
本発明が図示した実施形態の詳細な構成に限定されないことは、理解されるべきである。本件の好ましい実施形態に関するこれまでの説明は、本発明を限定するものではなく一例証であると見なされることを意図している。本発明の範囲は等価物を含む以下の特許請求の範囲によって規定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、電池の各層が非晶質シリコン合金材料から形成されている、複数のｐ-ｉ-ｎ型単電池を含む、タンデム又はカスケード光電装置の部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示す光電装置の連続生産に使用する多重グロー放電室蒸着装置の図式的表示であり、装置は繰出しロールと巻取りロールを隔離するための、空気と真空間用のガス出入口の好ましい実施形態を含んでいる。
【図３】図３は、基板材料の膜が大気圧から真空圧へと進む時に、二本のローラーと主円筒によって生ずる張力の詳細を示す、本発明によるガス出入口の好ましい実施形態の側面図である。
【図４】図４は、基板材料の膜が大気圧から真空圧へと進む時に、四組のローラー、二組は大気領域で二組は真空領域、と主円筒によって生ずる張力の詳細を示す、本発明によるガス出入口の実施形態の側面図である。
【図５】図５は、図４の線５−５に沿った部分断面図であり、本発明のガス出入口の内部と大気領域の間における漏れを防ぐための、真空気密端部封止の機能的配置を説明している。
【図６】図６は、縦軸にプロットした遷移室内の圧力と横軸にプロットした遷音速流経路内における空気流の間の関係を示すグラフ表示である。
【図７】図７は、図５の７の拡大図であって、ばねから圧力を受けるＵ字形のＯリングを示す。
【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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