JP2004068126A - Thin film forming equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロール搬送方式の薄膜形成装置、特に、薄膜太陽電池の薄膜形成装置に関する。
【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。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】
上記の薄膜太陽電池は、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。ある光電変換素子の金属電極と隣接する光電変換素子の透明電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の金属電極と最後の光電変換素子の透明電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流100Vを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は100V以上が望ましく、実際には数10個以上の素子が直列接続される。
【0005】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法は、例えば特開平10−233517号公報に記載されている。
【0006】
前記特開平10−233517号公報に記載された薄膜太陽電池の構成概念図を、図8に示す。図8は、プラスチックフィルムを基板とした可撓性薄膜太陽電池の斜視図を示す。基板61の表面に形成した単位光電変換素子62および基板61の裏面に形成した接続電極層63はそれぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子62のアモルファス半導体部分である光電変換層65で発生した電流は、まず透明電極層66に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔67を介して背面の接続電極層63に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔68を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層64に達し、両素子の直列接続が行われている。
【0007】
前記薄膜太陽電池の薄膜の製造方法としては、前述のように、ロールツーロール方式またはステッピングロール方式がある。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。
【0008】
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号公報や特開平8−250431号公報に記載されている。
【0009】
前述の薄膜太陽電池の製造方法を概括的に説明した薄膜太陽電池の製造プロセスおよびロール搬送方式の製造装置における各種装置の一例を、図7に示す。図7の左側に各プロセスを示し、右側に各プロセスで使用される装置の概要を矢印で示す。
【0010】
装置としては、穴あけ装置51,ロールツーロール方式によるスパッタ装置52,ステッピングロール方式による成膜装置53,レーザースクライバー54,特性評価装置55などがあり、前記各装置は、巻出し用ロール1a,1b,1c,1d,1eおよび巻取り用ロール2a,2b,2c,2dと、ガイドロール3、張力ロール4などを備える。
【0011】
図6に、前記ロールツーロール方式によるスパッタ装置を例として、装置の詳細構成の一例を示す。図6に示す装置は、密閉容器により外部と分離され、排気ポンプ8により容器内部を真空排気される巻出し室11の中に、巻出し用ロール11aに巻かれた高分子樹脂フィルム基板10をセットし、複数個のガイドロール5を介して、フィルム基板10の終端部を、巻取り室12内の巻取り用ロール12aに巻き取るように構成されている。
【0012】
基板10は、繰り出しロール6とそれに接するプレスロール7との回転により搬送され、巻出し用および巻取り用のロール間を搬送する間に、基板10は、基板内部の水分放出用予備加熱室13とスパッタ処理室14および15の各処理室を経由して処理される。この間に、基板は、前記各処理室の密閉容器内に設置した各2個合計6個の鋳込みヒータ9および一つの赤外線ヒータ9aにより加熱処理される。ヒータ9と高分子樹脂基板10との間隔は、10mm以下とし、基板とヒータが接触しない程度に構成される。なお、13aは、水分放出用予備加熱室13で放出された水分の排出を行ない、かつスパッタ処理室との圧力を緩和するための予備室をイメージ的に示し、この中に、前記赤外線ヒータ9aが設けられている。
【0013】
また、図6に示す装置において、基板10は、真空容器内で、例えば、350℃に設定した鋳込みヒータ9により加熱される。雰囲気ガスとしてはArガスを用い、真空容器内圧力は約27Pa(200mTorr)となるように制御される。加熱処理中にフィルム基板には、両側のプレスロール7によって仕切られる領域で所定の加熱領域張力(FP−P)が加えられる。また、その外側に位置する巻出し用および巻取り用のロール(11a,12a)とプレスロール7との間で、所定の巻出し側および巻取り側張力(FUW,FW)が加えられる。
【0014】
次に前記各処理室の詳細構成について、図5に基づき以下に述べる。図5は、図6におけるスパッタ処理室14および15相当部分の拡大図を示す。図5においては、図6に示す装置とは異なり、前記処理室における基板搬送方向の2つの鋳込みヒータ9間の略中央部に設けたガイドロール5は、前記基板の搬送方向中央および左右2個を含む合計3個のガイドロール(5a,5b,5c)からなり、前記中央ロール5aと左右2個のロール(5b,5c)との間に基板10を挟んでガイドするものとしている。なお、14a,15aは、スパッタターゲットを示す。上記3個のガイドロール構成により、フィルム基板は弛むことなく、一定の張力を掛けることが出来る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の薄膜太陽電池の製造装置においては、下記のような問題があった。
【0016】
従来の製造装置により、可撓性を有するフィルム基板上に金属電極膜などの薄膜を形成する場合、ヒータやスパッタ放電(もしくはCVD)により基板に加わる熱の影響と、処理中(もしくは搬送中)に基板に加わる張力の影響等で、フィルム基板上に、搬送方向に平行な皺が発生する問題があった。
【0017】
上記皺の発生のケースは、大きく二つに分類される。一つは、フィルム基板が急激に加熱され、縮むことにより発生する場合であり、もう一つは、加熱された基板が急激に冷却されることにより皺が発生する場合である。即ち、基板温度の上昇または降下の温度差が大きい程皺が発生し易く、どちらの場合も、皺が発生したままフィルム基板を巻き取ると、その形状が次工程まで、そのまま残る。
【0018】
なお、基板の処理性格に応じて基板の最適温度が決められ、その到達温度への上昇スピードは、上記を考慮して決められるが、製造プロセスにおいて、基板温度の上昇・降下を繰り返す際に、皺が発生する場合が生ずる。
【0019】
皺が発生した基板上に、薄膜等を形成した場合には、膜の均一性が得られず、薄膜太陽電池の特性低下や外観不良の原因となる。また、皺がある場合、形成後の薄膜に余分な応力が残留することとなるので、時間経過とともに、形成した薄膜が剥離するなどの不具合が生ずる。
【0020】
上記のようにして生ずる皺は、前記図5に示したような3個のガイドロールの構成では、充分にその発生を防止できず、皺の発生を抑制するために、先に本件出願人は、特願2002−59045号により、下記のような薄膜太陽電池の製造装置の発明を出願している。
【0021】
即ち、「フィルム基板の巻出し室と巻取り室との間のロール搬送処理工程上の少なくとも一部に、上流の処理工程において加熱されたフィルム基板の上昇または降下の温度差を低減させる基板温度差低減手段を備える。例えば、基板加熱用の鋳込みヒータを2分割して、高温用鋳込みヒータおよび低温用鋳込みヒータとし、それぞれのヒータの前半で温度を高く、後半で低くすることにより、基板温度の平均化を行なうことにより、皺の発生を抑制する」ことを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置である(詳細は、前記特願2002−59045号参照)。
【0022】
前記特願2002−59045号の発明によれば、熱的影響による皺の発生は緩和できるが、装置構成やヒータ操作が複雑となる。また、前記基板温度差低減手段やスパッタ処理装置等が順次配設されるので、装置が大型化する欠点がある。さらに、残留応力に基づく皺の発生・残留の問題が残る。
【0023】
ところで、単純に皺をなくすことを優先した場合、大きなドラムロールにフィルム基板を巻きつける方式、所謂、キャンロール方式が有効である。この場合、製膜面積が大きくなるに従って、ドラムロールの直径を大きくしなければならない。そのため、ドラムロールを含む装置全体が大型化する問題がある。
【0024】
皺をなくすための異なる方式として、ガイドロール数を増やすことが考えられる。前記図5に示すように、3個のガイドロールのセットを、プロセスの進行方向、即ち基板の流れ方向に、複数設ける方式もその一つであるが、この場合には、前述のように、水平または垂直方向に装置が長くなり、結果として、装置全体が大型化する。
【0025】
さらに、多数個のガイドロールを円弧状に配置する方式も提案されている。この方式は、前記キャンロール方式における大径のドラムロールの外周を、見かけ上、複数本のガイドーロールで分割して、円弧状に配置することで、キャンロール方式と同様の機能を持たせる方式である。この方式は、キャンロール方式でドラムロール径を大きくすることに限界があるために提案された方式と考えられるが、装置全体が大型化する問題はキャンロール方式と変わりがない。
【0026】
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、本発明の課題は、製造プロセス中においてフィルム基板に皺が発生する問題を抑制して、製造歩留まりと品質の安定性の向上を図り、さらに、装置の小型化を図った薄膜形成装置、特に、薄膜太陽電池の製造装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明は、フィルム基板の巻出し用ロールおよび巻取り用ロールと、前記両ロール間に配設され、前記基板の搬送をガイドしかつ基板に所定の張力をかけるための複数個のガイドロールを有する基板搬送手段と、基板へ所定の薄膜形成を行なう薄膜形成処理室とを備えたロール搬送方式の薄膜形成装置において、
前記複数個のガイドロールを、所定の間隔(d)を有し互いに平行な線(A,B線)上に、それぞれ複数個のガイドロールのロール軸中心があって、かつ前記A,B線上のロール軸中心が互いに段違いとなるように配設し、
さらに、前記基板を、前記A,B線上のガイドロール間を交互に千鳥掛けとなるように搬送し、かつ、隣接するA,B線上の2個のガイドロール間に跨る前記基板に所定の張力が加わるように、前記所定の間隔(d)を定めた構成とする(請求項1の発明)。
【0028】
上記構成によれば、フィルム基板に所定の張力を、所定の間隔で容易に加えることができ、張力制御機構が単純となり、かつ比較的大きなスペースを要しない利点がある。従って、比較的小型な装置で、製造プロセス中においてフィルム基板に皺が発生する問題が抑制できる。
【0029】
上記請求項1の発明の実施態様としては、下記請求項2ないし6の発明が好ましい。即ち、請求項1に記載の薄膜形成装置において、前記基板の千鳥掛けの際の基板変向角度は、60〜120度とすれば、前記効果は、より向上する(請求項2の発明)。また、請求項1または2に記載の薄膜形成装置において、前記A,B線上に跨って隣接する2個のガイドロールのロール軸中心間距離は、基板の幅寸法の1/4以下とする(請求項3の発明)。これによれば、詳細は後述するように、基板の幅寸法が大きい場合でも、基板の弛みの発生を抑制することができ、皺の発生防止効果が大きい。
【0030】
さらに、請求項1ないし3のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記隣接するA,B線上の2個のガイドロール間に跨る前記基板を挟んで基板と平行に、スパッタ処理用ターゲットと基板加熱用のヒータとを配設し、かつ前段の隣接ガイドロール間と後段の隣接ガイドロール間における少なくとも二つのターゲットは、その基板との対向面が、一方を基板表面側、他方を基板裏面側となるように配設したものとする(請求項4の発明)。
【0031】
さらにまた、請求項5の発明のように、請求項4に記載の薄膜形成装置において、前記巻出し用ロールまたは巻取り用ロールと、ガイドロール間に跨る基板を挟んで基板と平行に、基板予備加熱用のヒータを配設したものとする。
【0032】
前記請求項4ないし5の発明の構成および作用効果の詳細については、実施例とともに後述する。
【0033】
また、前記発明の適用は、薄膜太陽電池の薄膜形成において最も効果的である。即ち、前記請求項1ないし5のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記所定の薄膜形成は、薄膜太陽電池における電極層の薄膜形成としたものとする(請求項6の発明)。
【0034】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【0035】
図1は本発明の実施例の模式的概略構成に関わり、主として基板搬送系の模式的概略構成を示し、図2は図1における基板搬送系の模式的斜視図を示す。図1,図2において、図5,図6に示した部材と同一機能部材には、同一番号を付して詳細説明を省略する。
【0036】
図1に示す装置は、密閉容器20により外部と隔離され、排気ポンプ8により容器内部を真空排気している。この容器の中に、巻出し用ロール11aに巻かれたフィルム基板10をセットし、複数のガイドロール5に基板を掛け渡し、フィルム基板終端部を巻取り用ロール12aに固定している。基板10は、繰り出しロール6とそれに接するプレスロール7との回転により搬送され、巻出し用および巻取り用のロール間を搬送する間に、密閉容器20内で、薄膜形成処理が行なわれる。なお、図1では、薄膜形成処理用の装置の図示は省略している。
【0037】
図1は、請求項1に記載のようなフィルム基板搬送のためのガイドロール5の配置により、製膜時の皺発生を抑えた実施例である。即ち、複数のガイドロール5のロール軸中心を、図示A,B線上の2列に配置する。各列のガイドロール5の軸中心は、列ごとに同一直線上に配設され、2列の軸中心を結んだ直線A,Bは互いに平行になるようにする。また、各列のガイドロール5は、対向する他の列の2本のロールの中間に配置して、互い違いになるように配置されている。
【0038】
この場合、フィルム基板10は、そのガイドロール5の間を「く」の字型になるように搬送される。即ち、基板10は、前記A,B線上のガイドロール間を交互に千鳥掛けとなるように搬送され、かつ、隣接するA,B線上の2個のガイドロール間に跨る基板に、所定の張力(図示C,D)が加わるように、A,B間距離(d)が定められている。
【0039】
上記のようにすることで、基板10には、一対のプレスロール7および繰り出しロール6により基板搬送方向に加える張力(搬送張力)に加えて、ガイドロール5間で基板に加わる張力が重畳されて、図1における矢印C,Dで示すような引っ張り力が作用する。その結果、前記搬送張力が小さい場合でも、基板は伸ばされ、ガイドロール5間に位置する基板面は皺の発生が防止され平らとなる。なお、搬送張力が大きすぎると、C,Dで示す引っ張り力が大きくなり過ぎ、搬送方向に平行な皺が発生するので、適切な値を選定する必要ある。前記引っ張り力としては、例えば、2kgf/m(基板幅)が望ましい。
【0040】
また図1において、基板の千鳥掛けの際の基板変向角度αは、60度から120度の範囲となるように、ガイドロール5を配設することがより好ましい。さらに、詳細は後述するが、図2に示すように、隣接する2個のガイドロールのロール軸中心間距離pは、基板の幅寸法Lの1/4以下とすることが好ましい。
【0041】
上記のように、ガイドロールの構成を工夫したことにより、複雑な張力制御機構を設けることなく、フィルム基板を好適に支持し、かつ皺の発生が防止可能となる。なお、ガイドロールの配置は、鉛直であっても、水平であっても構わない。しかしながら、図2に示すように、ガイドロールを水平に配置し、ガイドロールに沿ってフィルム基板10が鉛直方向の上から下に搬送される構成とする方が、搬送張力を低くする上で好ましい。なぜならば、基板の自重により、基板は鉛直方向に伸びようとするので、張力発生用として加える機械的な力を低減できる。また、搬送経路を「く」の字型にしたことによって、真空容器を小型化でき、装置全体の小型化が可能となる。
【0042】
次に、前述のように、ガイドロールのロール軸中心間距離pを、基板の幅寸法Lの1/4以下とすることの効果について述べる。図1,2の実施例において、ロール軸中心間距離pが大きくなると、フィルム基板の弛み(撓み)が生じ、皺の発生防止の効果が小さくなる。実用的な基板幅は0.5〜1.5m程度であり、この範囲のフィルム基板について、前記ロール軸中心間距離pを任意に変えて、フィルム基板の弛みとロール間の基板の状態を確認した。一例として、500mm幅のフィルム基板について測定した結果を図3に示す。
【0043】
図3はロール軸中心間距離(mm)と基板弛み(mm)との関係の実験結果を示す図である。ロール軸中心間距離を、フィルム幅の2倍である1000mmにした場合、基板の弛みは約18mmとなるが、基板幅の四分の一である125mmとすることにより、基板弛みは、ほぼゼロとなった。この結果から、ガイドロールのロール軸中心間距離pは、基板の幅寸法Lの1/4以下とすることが好ましいことが判明した。
【0044】
次に、請求項4ないし6の発明に関わる実施例について、図4に基づいて述べる。図4は、前記図8に示す薄膜太陽電池の基板61の表面側に下電極層64を形成し、裏面側に接続電極層63をロールツーロールスパッタ装置により形成する場合の実施例を示す。
【0045】
従来のロールツーロールスパッタ装置では、フィルム基板10の両面に電極層を形成する場合、まず一方の面のみに電極層を形成した後、一旦真空密閉容器内を大気に開放する。その後、基板の表裏を入れ替え、再び真空排気し、所定の真空度に到達してからもう一方の面の電極層形成を行っていた。前記従来の方法では、始めの電極層形成終了後、膜が形成された側への基板の反り返りや膜応力による歪が生ずる問題があった。
【0046】
図3の実施例によれば、通常の皺の発生の問題に加えて、上記のような基板の表裏入れ替えに伴う問題も同時に解消できる。即ち、図3によれば、フィルム基板10を挟んで平行な位置に、対向するように設置された加熱ヒータ30とスパタッタターゲット14aとにより、ガイドロール5を通過する間に電極層の膜形成を行う。この方法によれば、フィルム基板の表裏を、各ガイドロール5間で、互い違いに順次製膜することができ、前記基板表裏の入れ替え操作が必要ないので、前記膜応力による反りや歪の発生を抑制できる。
【0047】
なお、一つのスパタッタターゲット14aで形成する薄膜の厚さは、100nm程度が好ましく、また加熱ヒータ30による基板加熱は、300℃前後が好ましい。電極層の所定膜厚を形成する場合、加熱ヒータ30及びスパタッタターゲット14aを任意の数だけ配置することで対応できる。
【0048】
また、製膜を行わない部分では、予備ヒータ31による加熱を行ない、ガイドロール5自身も加熱することによって、基板10に加わる温度の変化を緩和できる。上記のような構成とすることにより、1回の基板搬送により、基板両面に電極膜を形成し、かつ電極層の膜に残留する膜応力を低減することが可能となる。
【0049】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、フィルム基板の巻出し用ロールおよび巻取り用ロールと、前記両ロール間に配設され、前記基板の搬送をガイドしかつ基板に所定の張力をかけるための複数個のガイドロールを有する基板搬送手段と、基板へ所定の薄膜形成を行なう薄膜形成処理室とを備えたロール搬送方式の薄膜形成装置において、前記複数個のガイドロールを、所定の間隔(d)を有し互いに平行な線(A,B線)上に、それぞれ複数個のガイドロールのロール軸中心があって、かつ前記A,B線上のロール軸中心が互いに段違いとなるように配設し、さらに、前記基板を、前記A,B線上のガイドロール間を交互に千鳥掛けとなるように搬送し、かつ、隣接するA,B線上の2個のガイドロール間に跨る前記基板に所定の張力が加わるように、前記所定の間隔(d)を定めた構成としたことにより、
製造プロセス中においてフィルム基板に皺が発生する問題を抑制して、製造歩留まりと品質の安定性の向上を図り、さらに、装置の小型化を図った薄膜形成装置、特に、薄膜太陽電池の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の模式的構成図
【図2】図1のロール搬送系の斜視図
【図3】ロール軸中心間距離と基板弛みの関係の実験結果を示す図
【図4】本発明のロールツーロールスパッタ装置の実施例の模式的構成図
【図5】従来の薄膜形成処理室の拡大概略構成図
【図6】従来のロールツーロールスパッタ装置の詳細構成の一例を示す図
【図7】薄膜太陽電池の製造プロセスおよび各種装置の一例を総括的に示す図
【図8】薄膜太陽電池の概略構成を説明する斜視図
【符号の説明】
5:ガイドロール、6:繰り出しロール、7:プレスロール、10:基板、11a:巻出し用ロール、12a:巻取り用ロール、14a:スパッタリングターゲット、30:加熱ヒータ、31:予備ヒータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a roll transport type thin film forming apparatus, and more particularly to a thin film forming apparatus for a thin film solar cell.
[0002]
[Prior art]
Thin-film solar cells are considered to be the mainstream of solar cells in the future because they are thin, lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to increase in area.
[0003]
Conventional thin-film solar cells use a glass substrate, but research and development of a flexible solar cell using a plastic film and a metal film in light of weight, workability, and mass productivity have been promoted. Taking advantage of this flexibility, mass production has become possible by a roll-to-roll or stepping roll manufacturing method.
[0004]
In the above-described thin-film solar cell, a plurality of photoelectric conversion elements (or cells) are formed by stacking a metal electrode layer, a photoelectric conversion layer formed of a thin-film semiconductor layer, and a transparent electrode layer on a flexible electrically insulating film substrate. . By repeatedly electrically connecting a metal electrode of a certain photoelectric conversion element and a transparent electrode of an adjacent photoelectric conversion element, a voltage required for a metal electrode of the first photoelectric conversion element and a transparent electrode of the last photoelectric conversion element is obtained. Can be output. For example, in order to obtain an AC of 100 V as a commercial power source by converting into an AC by an inverter, the output voltage of the thin-film solar cell is desirably 100 V or more, and actually several tens or more elements are connected in series.
[0005]
Such a photoelectric conversion element and its serial connection are formed by forming an electrode layer and a photoelectric conversion layer, patterning each layer, and combining them. The configuration and the manufacturing method of the solar cell are described in, for example, JP-A-10-233517.
[0006]
FIG. 8 shows a conceptual diagram of the configuration of the thin-film solar cell described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-233517. FIG. 8 shows a perspective view of a flexible thin-film solar cell using a plastic film as a substrate. The unit photoelectric conversion element 62 formed on the front surface of the substrate 61 and the connection electrode layer 63 formed on the back surface of the substrate 61 are completely separated into a plurality of unit units, respectively, and are formed with their separation positions shifted. For this reason, the current generated in the photoelectric conversion layer 65, which is the amorphous semiconductor portion of the element 62, is first collected in the transparent electrode layer 66, and then through the current collecting hole 67 formed in the transparent electrode layer region, the current on the back surface is collected. Through the connection electrode layer 63, and further through the connection hole 68 for series connection formed outside the transparent electrode layer region of the device in the connection electrode layer region, outside the transparent electrode layer region of the device adjacent to the device. The extended lower electrode layer 64 is reached, and the two devices are connected in series.
[0007]
As described above, a method for manufacturing a thin film of the thin film solar cell includes a roll-to-roll method or a stepping roll method. Both types are provided with a substrate transfer means by a plurality of rolls, the former is a method of continuously forming a film on a substrate continuously moving in each film forming chamber, and the latter is simultaneously stopped in each film forming chamber. A method is used in which a film is formed on a substrate, and the substrate portion on which the film has been formed is sent to the next film forming chamber.
[0008]
The stepping roll type film forming apparatus is excellent in that the characteristics of each thin film can be obtained stably since gas mutual diffusion between the adjacent film forming chambers can be prevented. It is described in JP-A-6-292349 and JP-A-8-250431.
[0009]
FIG. 7 shows an example of a manufacturing process of a thin-film solar cell and an example of various devices in a roll-conveying-type manufacturing apparatus, which outline the method of manufacturing the thin-film solar cell described above. Each process is shown on the left side of FIG. 7, and the outline of the equipment used in each process is shown by arrows on the right side.
[0010]
The apparatus includes a punching apparatus 51, a sputtering apparatus 52 using a roll-to-roll method, a film forming apparatus 53 using a stepping roll method, a laser scriber 54, a characteristic evaluation apparatus 55, and the like. Each of the apparatuses includes unwinding rolls 1a and 1b. , 1c, 1d, 1e and
[0011]
FIG. 6 shows an example of the detailed configuration of the sputtering apparatus using the roll-to-roll method as an example. In the apparatus shown in FIG. 6, the polymer
[0012]
The
[0013]
In the apparatus shown in FIG. 6, the
[0014]
Next, the detailed configuration of each processing chamber will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a portion corresponding to the
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional thin-film solar cell manufacturing apparatus has the following problems.
[0016]
When a thin film such as a metal electrode film is formed on a flexible film substrate by a conventional manufacturing apparatus, the effect of heat applied to the substrate by a heater or sputter discharge (or CVD) and the processing (or transporting) However, there is a problem that wrinkles parallel to the transport direction are generated on the film substrate due to the influence of the tension applied to the substrate.
[0017]
The above cases of wrinkles are roughly classified into two cases. One is a case where the film substrate is rapidly heated and shrunk, and the other is a case where the heated substrate is rapidly cooled and wrinkles are generated. That is, wrinkles are more likely to occur as the temperature difference between the rise and fall of the substrate temperature is larger. In either case, if the film substrate is wound up while wrinkles are generated, its shape remains as it is until the next step.
[0018]
In addition, the optimal temperature of the substrate is determined according to the processing characteristics of the substrate, and the speed at which the temperature rises to the ultimate temperature is determined in consideration of the above.In the manufacturing process, when the temperature of the substrate is repeatedly raised and lowered, Wrinkles may occur.
[0019]
When a thin film or the like is formed on a wrinkled substrate, uniformity of the film cannot be obtained, which causes deterioration in characteristics of the thin film solar cell and poor appearance. If wrinkles are present, extra stress remains in the thin film after formation, so that a problem such as peeling of the formed thin film occurs over time.
[0020]
The wrinkles generated as described above cannot be sufficiently prevented by the configuration of the three guide rolls as shown in FIG. 5, and in order to suppress the generation of wrinkles, the applicant of the present application first described Japanese Patent Application No. 2002-59045 has filed an application for an invention of a manufacturing apparatus for a thin film solar cell as described below.
[0021]
That is, "a substrate temperature for reducing a temperature difference between a rise and a fall of a film substrate heated in an upstream processing step, at least in part in a roll transport processing step between a film substrate unwinding chamber and a winding chamber. For example, a casting heater for heating a substrate is divided into two parts to provide a casting heater for high temperature and a casting heater for low temperature, and the temperature is increased in the first half of each heater and decreased in the latter half to reduce the substrate temperature. By suppressing the generation of wrinkles "(see Japanese Patent Application No. 2002-59045 for details).
[0022]
According to the invention of Japanese Patent Application No. 2002-59045, wrinkles due to thermal effects can be reduced, but the device configuration and heater operation become complicated. Further, since the substrate temperature difference reducing means and the sputter processing device are sequentially provided, there is a disadvantage that the size of the device is increased. Furthermore, the problem of wrinkles occurring and remaining due to residual stress remains.
[0023]
However, when priority is given to simply eliminating wrinkles, a method of winding a film substrate around a large drum roll, a so-called can roll method, is effective. In this case, the diameter of the drum roll must be increased as the film forming area increases. Therefore, there is a problem that the entire apparatus including the drum roll becomes large.
[0024]
As a different method for eliminating wrinkles, it is conceivable to increase the number of guide rolls. As shown in FIG. 5, one of the methods is to provide a plurality of sets of three guide rolls in the process direction, that is, the flow direction of the substrate. In this case, as described above, The device becomes longer in the horizontal or vertical direction, resulting in a larger overall device.
[0025]
Further, a method of arranging a large number of guide rolls in an arc shape has also been proposed. In this method, the outer periphery of a large-diameter drum roll in the can roll method is apparently divided by a plurality of guide rolls and arranged in an arc shape, thereby providing a function similar to the can roll method. It is. This method is considered to be the proposed method because there is a limit in increasing the diameter of the drum roll in the can roll method, but the problem that the entire apparatus becomes large is the same as the can roll method.
[0026]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress the problem that wrinkles occur on a film substrate during a manufacturing process, thereby improving manufacturing yield and quality stability. It is another object of the present invention to provide a thin film forming apparatus, and in particular, a manufacturing apparatus for a thin film solar cell, in which the size of the thin film solar cell is reduced.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a film substrate unwinding roll and a winding roll, and is disposed between the two rolls to guide the transport of the substrate and apply a predetermined tension to the substrate. A substrate transporting means having a plurality of guide rolls, and a thin film forming apparatus of a roll transport type comprising a thin film forming processing chamber for forming a predetermined thin film on the substrate,
The plurality of guide rolls are arranged on a line (A, B line) having a predetermined interval (d) and parallel to each other with the center of the roll axis of each of the plurality of guide rolls, and on the A, B line. Are arranged so that the center of the roll axis is different from each other,
Further, the substrate is transported alternately between the guide rolls on the A and B lines in a staggered manner, and a predetermined tension is applied to the substrate extending between two guide rolls on the adjacent A and B lines. (D), the predetermined interval (d) is determined so as to be added.
[0028]
According to the above configuration, there is an advantage that a predetermined tension can be easily applied to the film substrate at predetermined intervals, the tension control mechanism is simple, and a relatively large space is not required. Therefore, with a relatively small device, the problem of wrinkles occurring on the film substrate during the manufacturing process can be suppressed.
[0029]
As an embodiment of the first aspect of the invention, the following second to sixth aspects of the invention are preferable. That is, in the thin film forming apparatus according to the first aspect, the effect is further improved if the substrate deflection angle when the substrates are staggered is 60 to 120 degrees (the invention of the second aspect). Further, in the thin film forming apparatus according to claim 1 or 2, the distance between the roll axis centers of two guide rolls adjacent to each other across the lines A and B is set to 1 / or less of the width dimension of the substrate ( The invention of claim 3). According to this, as described later in detail, even when the width of the substrate is large, it is possible to suppress the occurrence of the loosening of the substrate, and the effect of preventing the occurrence of wrinkles is large.
[0030]
4. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising: a sputtering target and a substrate parallel to the substrate with the substrate extending between two guide rolls on the adjacent A and B lines. A heater for heating is arranged, and at least two targets between the adjacent guide rolls at the front stage and between the adjacent guide rolls at the rear stage have a surface facing the substrate, one of which is on the substrate front side and the other is on the substrate back surface side. (The invention of claim 4).
[0031]
Furthermore, as in the invention according to claim 5, in the thin film forming apparatus according to
[0032]
Details of the configuration and the operation and effect of the inventions of
[0033]
The application of the invention is most effective in forming a thin film of a thin film solar cell. That is, in the thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, the predetermined thin film is formed by forming a thin film of an electrode layer in a thin film solar cell (the invention of claim 6).
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 relates to a schematic schematic configuration of an embodiment of the present invention, and mainly shows a schematic schematic configuration of a substrate transport system, and FIG. 2 shows a schematic perspective view of the substrate transport system in FIG. 1 and 2, the same reference numerals are given to the same functional members as those shown in FIGS. 5 and 6, and the detailed description is omitted.
[0036]
The apparatus shown in FIG. 1 is isolated from the outside by a
[0037]
FIG. 1 shows an embodiment in which the arrangement of the guide rolls 5 for transporting the film substrate as described in claim 1 suppresses the generation of wrinkles during film formation. That is, the center of the roll axis of the plurality of guide rolls 5 is arranged in two rows on lines A and B in the figure. The axial centers of the guide rolls 5 in each row are arranged on the same straight line for each row, and straight lines A and B connecting the axial centers of the two rows are parallel to each other. Further, the guide rolls 5 in each row are arranged in the middle of two rolls in another row facing each other, and are arranged so as to be alternated.
[0038]
In this case, the
[0039]
By doing as described above, the tension applied to the substrate between the guide rolls 5 is superimposed on the
[0040]
In FIG. 1, it is more preferable to arrange the guide rolls 5 so that the substrate deflection angle α when the substrates are staggered is in the range of 60 degrees to 120 degrees. Further, as will be described in detail later, as shown in FIG. 2, the distance p between the center of the roll axes of two adjacent guide rolls is preferably not more than 4 of the width L of the substrate.
[0041]
As described above, by devising the configuration of the guide roll, the film substrate can be suitably supported and wrinkles can be prevented without providing a complicated tension control mechanism. In addition, the arrangement of the guide rolls may be vertical or horizontal. However, as shown in FIG. 2, it is preferable to arrange the guide rolls horizontally and to transport the
[0042]
Next, as described above, the effect of setting the distance p between the center of the roll axis of the guide roll to 1/4 or less of the width L of the substrate will be described. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, when the center distance p between the roll axes is increased, the film substrate is loosened (bent), and the effect of preventing the occurrence of wrinkles is reduced. A practical substrate width is about 0.5 to 1.5 m, and for the film substrate in this range, the slack of the film substrate and the state of the substrate between the rolls are confirmed by arbitrarily changing the distance p between the roll axes. did. As an example, FIG. 3 shows the result of measurement on a film substrate having a width of 500 mm.
[0043]
FIG. 3 is a view showing an experimental result of a relationship between a roll axis center distance (mm) and a substrate slack (mm). When the center distance between the roll axes is 1000 mm, which is twice the film width, the slack of the substrate is about 18 mm. By setting the distance to 125 mm, which is one quarter of the substrate width, the slack of the substrate is almost zero. It became. From this result, it was found that the distance p between the center of the roll axis of the guide roll is preferably equal to or less than 1 / of the width L of the substrate.
[0044]
Next, an embodiment according to
[0045]
In the conventional roll-to-roll sputtering apparatus, when forming the electrode layers on both surfaces of the
[0046]
According to the embodiment of FIG. 3, in addition to the problem of the occurrence of normal wrinkles, the problem associated with the replacement of the front and back of the substrate as described above can be solved at the same time. That is, according to FIG. 3, the film formation of the electrode layer during the passage through the guide roll 5 is performed by the heater 30 and the sputter target 14 a which are installed to face each other in a position parallel to each other with the
[0047]
The thickness of the thin film formed by one sputter target 14a is preferably about 100 nm, and the heating of the substrate by the heater 30 is preferably about 300 ° C. When a predetermined thickness of the electrode layer is formed, it can be dealt with by arranging an arbitrary number of the heaters 30 and the sputter targets 14a.
[0048]
In a portion where film formation is not performed, the preliminary heater 31 performs heating, and the guide roll 5 itself is also heated, so that a change in temperature applied to the
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, an unwinding roll and a winding roll for a film substrate, and a roll for winding the film substrate and disposed between the two rolls, for guiding the transfer of the substrate and applying a predetermined tension to the substrate. In a roll transport type thin film forming apparatus provided with a substrate transport means having a plurality of guide rolls and a thin film formation processing chamber for forming a predetermined thin film on a substrate, the plurality of guide rolls are separated by a predetermined distance (d ) Are arranged such that the center of the roll axis of each of the plurality of guide rolls is on a line parallel to each other (line A, B) and the center of the roll axis on the line A, B is different from each other. Further, the substrate is transported alternately between the guide rolls on the A and B lines so as to be staggered, and is fixed to the substrate extending between two guide rolls on the adjacent A and B lines. Tension is applied Sea urchin, with the construction in which the defining a predetermined distance (d),
A thin film forming apparatus that suppresses the problem of wrinkling of a film substrate during a manufacturing process, improves manufacturing yield and quality stability, and further reduces the size of the apparatus, and in particular, a thin film solar cell manufacturing apparatus Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a roll conveyance system in FIG. 1. FIG. 3 is a diagram showing an experimental result of a relationship between a roll axis center distance and substrate slack. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a roll-to-roll sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 5 is an enlarged schematic configuration diagram of a conventional thin film formation processing chamber. FIG. 6 shows an example of a detailed configuration of a conventional roll-to-roll sputtering apparatus. FIG. 7 is a diagram generally showing an example of a manufacturing process of a thin-film solar cell and various devices. FIG. 8 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a thin-film solar cell.
5: guide roll, 6: payout roll, 7: press roll, 10: substrate, 11a: unwinding roll, 12a: winding roll, 14a: sputtering target, 30: heating heater, 31: preliminary heater.
Claims (6)
前記複数個のガイドロールを、所定の間隔(d)を有し互いに平行な線(A,B線)上に、それぞれ複数個のガイドロールのロール軸中心があって、かつ前記A,B線上のロール軸中心が互いに段違いとなるように配設し、
さらに、前記基板を、前記A,B線上のガイドロール間を交互に千鳥掛けとなるように搬送し、かつ、隣接するA,B線上の2個のガイドロール間に跨る前記基板に所定の張力が加わるように、前記所定の間隔(d)を定めた構成としたことを特徴とする薄膜形成装置。Substrate transport means having a roll for unwinding and a roll for winding a film substrate, and a plurality of guide rolls disposed between the two rolls for guiding the transport of the substrate and applying a predetermined tension to the substrate And, in a roll transport type thin film forming apparatus comprising a thin film forming processing chamber for forming a predetermined thin film on the substrate,
The plurality of guide rolls are arranged on a line (A, B line) having a predetermined interval (d) and parallel to each other with the center of the roll axis of each of the plurality of guide rolls, and on the A, B line. Are arranged so that the center of the roll axis is different from each other,
Further, the substrate is transported alternately between the guide rolls on the A and B lines in a staggered manner, and a predetermined tension is applied to the substrate extending between two guide rolls on the adjacent A and B lines. Characterized in that the predetermined interval (d) is set so as to add the following.
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- 2002-08-09 JP JP2002232345A patent/JP2004068126A/en active Pending
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