JP2003258280A - Device for manufacturing thin film solar battery - Google Patents
Device for manufacturing thin film solar batteryInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ロール搬送方式
の薄膜太陽電池の製造装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a roll transport type thin film solar cell manufacturing apparatus.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Thin-film solar cells are considered to be the mainstream of solar cells in the future because of their thinness, light weight, low manufacturing cost, and easy increase in area.
【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。Conventional thin film solar cells use a glass substrate, but research and development of flexible type solar cells using a plastic film and a metal film have been promoted in terms of weight reduction, workability and mass productivity. Utilizing this flexibility, mass production becomes possible by the roll-to-roll method or the stepping roll method.
【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１
００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１０
０Ｖ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。In the above thin film solar cell, a plurality of photoelectric conversion elements (or cells) are formed by laminating a metal electrode layer, a photoelectric conversion layer composed of a thin film semiconductor layer and a transparent electrode layer on a flexible electrically insulating film substrate. Has been done. By repeatedly electrically connecting the metal electrode of a certain photoelectric conversion element and the transparent electrode of the adjacent photoelectric conversion element, the voltage required for the metal electrode of the first photoelectric conversion element and the transparent electrode of the last photoelectric conversion element. Can be output. For example, AC is converted by an inverter and AC1 is used as a commercial power source.
In order to obtain 00V, the output voltage of the thin film solar cell is 10
0V or more is desirable, and several tens or more elements are actually connected in series.
【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１０−２
３３５１７号公報に記載されている。Such a photoelectric conversion element and its serial connection are formed by film formation of an electrode layer and a photoelectric conversion layer, patterning of each layer, and a combination procedure thereof. The configuration and manufacturing method of the above solar cell is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2
It is described in Japanese Patent No. 33517.
【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９に示す。図
９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６
７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。FIG. 9 shows a conceptual diagram of the structure of the thin film solar cell described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-233517. FIG. 9 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 each completely separated into a plurality of unit units and are formed by shifting the respective separation positions.
Therefore, the current generated in the photoelectric conversion layer 65, which is an amorphous semiconductor portion of the element 62, is first collected in the transparent electrode layer 66, and then the current collecting hole 6 formed in the transparent electrode layer region.
7 to the connection electrode layer 63 on the back surface, and through a connection hole 68 for series connection formed outside the transparent electrode layer region of the device in the connection electrode layer region, the device adjacent to the above device is transparent. Reaching the lower electrode layer 64 extending outside the electrode layer region, both elements are connected in series.
【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。As a method of manufacturing the thin film of the thin film solar cell, there is a roll-to-roll system or a stepping roll system as described above. Both methods are equipped with a substrate transfer means by a plurality of rolls, the former is a method of continuously forming a film on a substrate that continuously moves in each film forming chamber, and the latter is stopped simultaneously in each film forming chamber. A method is used in which a film is formed on a substrate and the substrate part after film formation is sent to the next film forming chamber.
【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。The stepping roll type film forming apparatus is excellent in that the characteristics of each thin film can be stably obtained because gas mutual diffusion between adjacent film forming chambers can be prevented.
The configuration of the device is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-292349 and 8-250431.
【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８に示
す。図８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。FIG. 8 shows an example of various devices in a manufacturing process of a thin film solar cell and a roll-conveying manufacturing device, which is a general description of the above-described method of manufacturing a thin film solar cell. Each process is shown on the left side of FIG. 8, and an outline of an apparatus used in each process is shown by an arrow on the right side.
【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５
４，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。As the apparatus, a hole punching apparatus 51, a sputtering apparatus 52 of a roll-to-roll method, a film forming apparatus 53 of a stepping roll method, a laser scriber 5 are used.
4, a characteristic evaluation device 55, and the like, and each of the devices includes an unwinding roll 1a, 1b, 1c, 1d, 1e and a winding roll 2a, 2b, 2c, 2d, a guide roll 3,
A tension roll 4 and the like are provided.
【００１１】図７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７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。FIG. 7 shows an example of the detailed construction of the roll-to-roll type sputtering apparatus as an example. In the apparatus shown in FIG. 7, a polymer resin film substrate 10 wound on a roll 11a for unwinding is placed in an unwinding chamber 11 which is separated from the outside by an airtight container and whose inside is evacuated by an exhaust pump 8. It is configured to set and wind the end portion of the film substrate 10 around the winding roll 12 a in the winding chamber 12 via the plurality of guide rolls 5.
【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９
ａが設けられている。The substrate 10 is conveyed by the rotation of the pay-out roll 6 and the press roll 7 in contact therewith, and the substrate 10 is conveyed between the rolls for unwinding and winding.
Is processed through the moisture pre-heating chamber 13 inside the substrate and the sputtering chambers 14 and 15 respectively.
During this time, the substrate is heat-treated by the two casting heaters 9 and the infrared heaters 9a, each of which is provided in the hermetically sealed container of each processing chamber. The distance between the heater 9 and the polymer resin substrate 10 is set to 10 mm or less so that the substrate and the heater do not come into contact with each other. In addition, 13a is an image of a preliminary chamber for discharging the moisture discharged in the moisture-releasing preheating chamber 13 and for relieving the pressure with the sputtering process chamber, in which the infrared heater 9 is provided.
a is provided.
【００１３】また、図７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，１２
ａ）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。Further, in the apparatus shown in FIG. 7, the substrate 10
Is heated in the vacuum container by the casting heater 9 set at 350 ° C., for example. Ar gas is used as the atmospheric gas, and the pressure inside the vacuum container is controlled to be about 27 Pa (200 mTorr). During the heat treatment, a predetermined heating area tension (F PP ) is applied to the film substrate in the area partitioned by the press rolls 7 on both sides. In addition, rolls (11a, 12) for unwinding and winding which are located outside thereof
Predetermined unwinding-side and winding-side tensions (F UW , F W ) are applied between a) and the press roll 7.
【００１４】次に前記各処理室の詳細構成について、図
６に基づき以下に述べる。図６は、図７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６
においては、図７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。Next, the detailed structure of each processing chamber will be described below with reference to FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a portion corresponding to the sputtering processing chambers 14 and 15 in FIG. Figure 6
7, unlike the apparatus shown in FIG. 7, the guide roll 5 provided in the processing chamber in the substantially central portion between the two casting heaters 9 in the substrate transport direction includes the center and two left and right substrates in the substrate transport direction. 3 guide rolls (5a,
5b, 5c), and the substrate 10 is sandwiched and guided between the central roll 5a and the left and right two rolls (5b, 5c). In addition, 14a and 15a show sputter targets. With the configuration of the three guide rolls described above, a constant tension can be applied without slackening the film substrate.
【００１５】[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。The conventional thin-film solar cell manufacturing apparatus described above has the following problems.
【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。When a thin film such as a metal electrode film is formed on a flexible film substrate by a conventional manufacturing apparatus,
There is a problem that wrinkles parallel to the transport direction occur on the film substrate due to the influence of heat applied to the substrate by a heater or sputter discharge (or CVD) and the influence of tension applied to the substrate during processing (or during transport). there were.
【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。The cases of wrinkles are roughly classified into two cases. One is a case where the film substrate is rapidly heated and shrinks, and the other is a case where the heated substrate is rapidly cooled to cause wrinkles. That is, the larger the temperature difference between the rise and the fall of the substrate temperature, the more easily wrinkles occur. In either case, when the film substrate is wound with the wrinkles still occurring, its shape remains as it is until the next step.
【００１８】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あ
る。これについて、具体的に以下に述べる。図５は、フ
ィルム基板搬送時間（分）と基板到達温度（℃）の関係
の一例を示した図である。図５において、加熱ユニット
１として示す前段の加熱処理に比べて、加熱ユニット２
として示す後段の加熱処理の方が、基板到達温度が高
く、また、温度降下速度も早くなっている。即ち、後段
の加熱処理においては、基板温度の上昇または降下の温
度差が大きいので、皺が発生し易い。The optimum temperature of the substrate is determined according to the processing characteristics of the substrate, and the speed of increase to the reached temperature is determined in consideration of the above. However, when the temperature of the substrate is repeatedly increased and decreased in the manufacturing process. , Wrinkles may occur. This will be specifically described below. FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the film substrate transport time (minutes) and the substrate arrival temperature (° C.). In FIG. 5, as compared with the heat treatment in the former stage shown as the heating unit 1, the heating unit 2
In the latter-stage heat treatment indicated by, the temperature reached by the substrate is higher and the temperature drop rate is faster. That is, in the latter heat treatment, since the temperature difference between the rise and fall of the substrate temperature is large, wrinkles are likely to occur.
【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。When a thin film or the like is formed on the wrinkled substrate, the uniformity of the film cannot be obtained, which causes deterioration of the characteristics of the thin film solar cell and poor appearance. In addition, when there are wrinkles, extra stress remains in the thin film after formation, so that problems such as peeling of the formed thin film occur over time.
【００２０】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った薄膜太
陽電池の製造装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to suppress the problem of wrinkles on the film substrate during the manufacturing process, thereby improving the manufacturing yield and quality. An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a thin-film solar cell, which has improved stability.
【００２１】[0021]
【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を有す
る巻出し室と、巻取り用ロールを有する巻取り室と、前
記基板のガイドロールと、前記基板の複数個の加熱処理
および／または薄膜形成処理室と、薄膜太陽電池の各製
造工程に応じて前記基板を搬送しかつ基板に所定の張力
をかけるための搬送手段とを備えたロール搬送方式の薄
膜太陽電池の製造装置において、前記巻出し室と巻取り
室との間のロール搬送処理工程上の少なくとも一部に、
基板における皺の発生を抑制すべく、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ものとする
（請求項１の発明）。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to an unwinding chamber having a film substrate winding roll, a winding chamber having a winding roll, and a guide for the substrate. A roll, a plurality of heat treatment and / or thin film forming treatment chambers for the substrate, and a conveying means for conveying the substrate and applying a predetermined tension to the substrate according to each manufacturing process of the thin film solar cell. In a manufacturing apparatus of a roll transfer type thin film solar cell, at least a part of the roll transfer process between the unwinding chamber and the winding chamber,
In order to suppress the generation of wrinkles on the substrate, the substrate temperature difference reducing means for reducing the temperature difference between the rise and fall of the film substrate heated in the upstream processing step is provided (the invention of claim 1).
【００２２】上記によれば、基板温度の上昇または降下
の温度差が低減され、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。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４の発明
が好ましく、これらの実施態様を複数組み合わせてもよ
い。According to the above, the temperature difference between the rise and fall of the substrate temperature is reduced, and the problem of wrinkling of the film substrate during the manufacturing process can be suppressed. As an embodiment of the invention of claim 1, the inventions of claims 2 to 4 below are preferable, and a plurality of these embodiments may be combined.
【００２３】まず、請求項１に記載の製造装置におい
て、前記基板温度差低減手段は、前記処理室における加
熱処理用ヒータの基板搬送方向の加熱容量を変えて基板
の上昇または降下の温度差を低減してなるものとする
（請求項２の発明）。First, in the manufacturing apparatus according to the first aspect, the substrate temperature difference reducing means changes the heating capacity of the heater for heat treatment in the processing chamber in the substrate transport direction so as to reduce the temperature difference between rising and falling of the substrate. It should be reduced (the invention of claim 2).
【００２４】また、請求項１に記載の製造装置におい
て、前記基板のガイドロールを前記処理室における基板
搬送方向の略中央部に設け、前記基板温度差低減手段
は、前記ガイドロールを所定温度の温水により冷却する
ことにより基板の上昇または降下の温度差を低減してな
るガイドロール冷却手段とする（請求項３の発明）。Further, in the manufacturing apparatus according to claim 1, the guide roll of the substrate is provided at a substantially central portion of the processing chamber in the substrate transport direction, and the substrate temperature difference reducing means sets the guide roll at a predetermined temperature. A guide roll cooling means is provided in which the temperature difference between the rise and fall of the substrate is reduced by cooling with warm water (the invention of claim 3).
【００２５】さらに、請求項１に記載の製造装置におい
て、前記基板温度差低減手段は、最終段の処理室と前記
巻取り室との間に設けた降温用予備加熱室とし、この降
温用予備加熱室は、前記最終段の処理室から巻取り室へ
搬送される基板の温度を徐々に降下し、その降下の温度
落差を低減してなるものとする（請求項４の発明）。Further, in the manufacturing apparatus according to claim 1, the substrate temperature difference reducing means is a temperature lowering preheating chamber provided between the processing chamber at the final stage and the winding chamber. The heating chamber gradually lowers the temperature of the substrate transferred from the processing chamber at the final stage to the winding chamber, and reduces the temperature difference of the decrease (the invention of claim 4).
【００２６】前記請求項２ないし４の発明の構成および
作用効果の詳細については後述する。The details of the construction and operational effects of the inventions of claims 2 to 4 will be described later.
【００２７】さらにまた、請求項５の発明のように、前
記請求項１ないし４のいずれかに記載の製造装置におい
て、前記巻取り室直後の処理室は、前記基板内部からの
水分放出のために所定温度で所定時間加熱する水分放出
用予備加熱室とすることにより、品質の安定化を図るこ
とができる。Further, as in the invention of claim 5, in the manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, the processing chamber immediately after the winding chamber is for discharging water from the inside of the substrate. Further, the quality can be stabilized by using the moisture pre-heating chamber for heating at a predetermined temperature for a predetermined time.
【００２８】また、ガイドロールの実施態様としては、
下記請求項６ないし７の発明が好ましい。即ち、請求項
１ないし５のいずれかに記載の製造装置において、前記
ガイドロールは、前記基板の搬送方向中央および左右２
個を含む合計３個のガイドロールからなり、前記中央ロ
ールと左右２個のロールとの間に基板を挟んでガイドす
るものとなし、かつ前記３個のガイドロールの直径は略
同一とし、さらに前記搬送方向中央のガイドロールの基
板抱き角は、１００〜１５０度とする（請求項６の発
明）。これにより、基板の搬送が安定し、皺の発生がさ
らに抑制できる。Further, as an embodiment of the guide roll,
The inventions of claims 6 to 7 below are preferable. That is, in the manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, the guide roll is provided in the center and the left and right 2 of the substrate transfer direction.
It is composed of a total of three guide rolls including one, and the guide is sandwiched between the central roll and the two left and right rolls, and the diameters of the three guide rolls are substantially the same. The substrate holding angle of the guide roll at the center in the transport direction is 100 to 150 degrees (the invention of claim 6). This stabilizes the transportation of the substrate and further suppresses the generation of wrinkles.
【００２９】さらに、前記請求項６に記載の製造装置に
おいて、前記３個のガイドロールの外形は、ロール軸方
向端部のロール直径を中央部のロール直径に比べて小と
する太鼓状としてなるものとする（請求項７の発明）。
これにより、万一、基板に皺が発生した場合でも、ロー
ルの曲面に沿って中心から外側に向けて皺が矯正され、
皺をある程度取り除くことが可能となる。Further, in the manufacturing apparatus according to the sixth aspect, the outer shapes of the three guide rolls are drum-shaped so that the roll diameter at the end in the roll axial direction is smaller than the roll diameter at the center. (Invention of Claim 7).
With this, even if wrinkles occur on the substrate, the wrinkles are corrected from the center to the outside along the curved surface of the roll,
Wrinkles can be removed to some extent.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３１】図１ないし図４は本発明の実施例の概略構
成を示す。図１は請求項２に関わる実施例の概略構成を
示し、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。図１と図６とが異なる点
は、図１においては、図６における鋳込みヒータ９を２
分割して、高温用鋳込みヒータ９Ｈおよび低温用鋳込み
ヒータ９Ｌ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構成とした点であ
る。即ち、図１においては、基板温度差低減手段とし
て、処理室における加熱処理用ヒータの基板搬送方向の
加熱容量を変えて基板の上昇または降下の温度差を低減
するようにしている。1 to 4 show a schematic structure of an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment according to claim 2. The same functional members as those shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. The difference between FIG. 1 and FIG. 6 is that the casting heater 9 in FIG.
By dividing the heater into a high temperature casting heater 9H and a low temperature casting heater 9L, and increasing the temperature in the first half of each heater and lowering the temperature in the latter half, the substrate temperature is averaged to suppress the occurrence of wrinkles. This is the point of configuration. That is, in FIG. 1, as the substrate temperature difference reducing means, the heating capacity in the substrate transport direction of the heater for heat treatment in the processing chamber is changed to reduce the temperature difference between rising and falling of the substrate.
【００３２】また、基板温度差低減手段としては、請求
項３の発明のように、ガイドロール冷却手段とすること
もできる。図６ないし図１において、加熱される処理室
の中間に位置する３個のガイドロール（５ａ，５ｂ，５
ｃ）の内の少なくとも一つのガイドロールに、例えば５
０〜７０℃の温水を通流して冷却することにより、前記
図５に示した後段の加熱による温度差の上昇を抑制する
ことができ、皺の発生を抑制できる。The substrate temperature difference reducing means may be a guide roll cooling means as in the third aspect of the invention. In FIG. 6 to FIG. 1, three guide rolls (5a, 5b, 5) located in the middle of the heated processing chamber are used.
At least one guide roll from c), for example 5
By flowing hot water of 0 to 70 ° C. to cool it, it is possible to suppress an increase in the temperature difference due to the latter heating shown in FIG. 5 and suppress the occurrence of wrinkles.
【００３３】次に、図２について説明する。図２は請求
項４の発明に関わる実施例の概略構成を示す。図７に示
したように、従来の装置では、巻取り室１２内にはヒー
タは設置されておらず、最後の加熱室（スパッタ処理
室）１５を出た直後に、ヒータの存在しない巻取り室１
２内に基板１０が搬送される。このため、巻取り室１２
の入り口での急激な冷却により、フィルムに皺が発生す
ることが確認されている。Next, FIG. 2 will be described. FIG. 2 shows a schematic configuration of an embodiment according to the invention of claim 4. As shown in FIG. 7, in the conventional apparatus, no heater is installed in the winding chamber 12, and immediately after the final heating chamber (sputtering chamber) 15 is exited, the winding without the heater is performed. Room 1
The substrate 10 is transferred into the space 2. Therefore, the winding room 12
It has been confirmed that the film is wrinkled due to the rapid cooling at the entrance of the film.
【００３４】これを改善するために、図１に示す実施例
と同様に、ヒータ容量は相対的に小とするものの、分割
した鋳込みヒータ９Ｈおよび９Ｌを複数枚配置し、降温
用予備加熱室２０を、加熱領域としての処理室１５と巻
取り室（図２には図示せず）との間に設置し、段階的に
基板温度を下げる構成とした。図２に示す例において
は、４個のヒータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を設け、ａからｄ
に向けて段階的に基板温度を下げる構成とした。温度の
下げ幅は、５０〜７０℃程度に設定することで、皺の発
生を抑制できる。また、降温用予備加熱室２０内を個々
のヒータごとに区切った状態で雰囲気ガスを導入するこ
とにより、さらに効果をあげることが出来る。In order to improve this, as in the embodiment shown in FIG. 1, although the heater capacity is made relatively small, a plurality of divided cast-in heaters 9H and 9L are arranged and the preheating chamber 20 for lowering the temperature is arranged. Was installed between the processing chamber 15 as a heating region and the winding chamber (not shown in FIG. 2), and the substrate temperature was lowered stepwise. In the example shown in FIG. 2, four heaters (a, b, c, d) are provided, and a to d
The substrate temperature is gradually reduced toward the above. By setting the temperature reduction width to about 50 to 70 ° C., the generation of wrinkles can be suppressed. Further, the effect can be further enhanced by introducing the atmospheric gas in a state where the interior of the preheating chamber 20 for lowering the temperature is divided for each individual heater.
【００３５】次に、図３について説明する。図３は、請
求項６の発明に関わる実施例の概略構成に係るガイドロ
ールの配置の拡大図である。図３において、中央に位置
するガイドロール５ａを支点にし、左右のガイドロール
５ｂ，５ｃには、図中矢印のような力が加わる。左右の
ガイドロール５ｂ，５ｃが、中央のガイドロール５ａに
比べてその直径が小の場合、加わった力によって、左右
のガイドロール５ｂ，５ｃの軸が歪み、ガイドロールの
自転がスムーズでなくなり、搬送が不安定となる。ま
た、完全に軸が変形した場合、基板の搬送が不可能とな
る可能性がある。さらに、３個のガイドロール５ａ，５
ｂ，５ｃの配置は、図３に示すように、フィルムの抱き
角が100〜150度の範囲であることが望ましい。Next, FIG. 3 will be described. FIG. 3 is an enlarged view of the arrangement of the guide rolls according to the schematic configuration of the embodiment according to the sixth aspect of the invention. In FIG. 3, a guide roll 5a located at the center is used as a fulcrum, and a force as indicated by an arrow in the figure is applied to the left and right guide rolls 5b and 5c. When the diameter of the left and right guide rolls 5b, 5c is smaller than that of the central guide roll 5a, the applied force distorts the shafts of the left and right guide rolls 5b, 5c, and the rotation of the guide rolls becomes unsmooth. Transport becomes unstable. Further, if the shaft is completely deformed, it may be impossible to carry the substrate. Furthermore, three guide rolls 5a, 5
As for the arrangement of b and 5c, as shown in FIG. 3, the wrapping angle of the film is preferably in the range of 100 to 150 degrees.
【００３６】次に、図４について説明する。図４は、請
求項７の発明に関わる実施例の概略構成に係るガイドロ
ールの断面図である。図４において、網掛けした右上側
に示す矩形断面図は従来のガイドロールの側断面図を示
し、右下側に実施例に係るガイドロールの側断面図を示
す。実施例に示すように、ガイドロールの軸方向におい
て、端部よりも中心の方が太く、その間をゆるやかな曲
面でつないだ形状（太鼓状）とすることが望ましい。Next, FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a sectional view of a guide roll according to a schematic configuration of an embodiment according to the invention of claim 7. In FIG. 4, the rectangular cross-sectional view shown on the upper right side with hatching shows the side cross-sectional view of the conventional guide roll, and the lower right side shows the side cross-sectional view of the guide roll according to the embodiment. As shown in the examples, it is desirable that the center of the guide roll is thicker than the end portion in the axial direction, and the portion between them is connected by a gentle curved surface (taiko shape).
【００３７】これにより、基板上に皺が発生した場合で
も、搬送中に、ガイドロールの曲面にそって、中心から
外側に皺が矯正されるため、皺を取り除いた状態でフィ
ルム基板の巻取りが可能となる。なお、この形状をした
ガイドロールの配置は、加熱領域に限らず、前述の図７
における繰り出しロール６とプレスロール７、巻出し用
および巻取り用ロール（１１ａおよび１２ａ）以外のガ
イドロール５に適用することができる。As a result, even when wrinkles are formed on the substrate, the wrinkles are straightened from the center to the outside along the curved surface of the guide roll during transportation, so that the film substrate is wound with the wrinkles removed. Is possible. The arrangement of the guide rolls having this shape is not limited to the heating area, and the arrangement shown in FIG.
It can be applied to the guide roll 5 other than the feeding roll 6 and the press roll 7 and the unwinding and winding rolls (11a and 12a).
【００３８】次に、基板にかける張力に関する実験結果
について述べる。図７に示したように、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、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。Next, the experimental results regarding the tension applied to the substrate will be described. As shown in FIG. 7, a predetermined heating area tension (F PP ) is applied to the film substrate in the area partitioned by the press rolls 7 on both sides during the heat treatment, and the film substrate for unwinding is located outside the area. Further, a predetermined unwinding side and winding side tension (F UW , F W ) is applied between the winding rolls (11 a, 12 a) and the press roll 7.
【００３９】前記加熱領域張力（FP-P）を1.0〜10.0kgf
／ｍ幅の範囲で任意に変更し、また、巻出し側および巻
取り側張力（FUW,FW）も種々変えて、皺の発生具合の状
況を確認した。その結果、加熱領域張力（FP-P）だけを
小さくすると、巻出し側および巻取り側張力（FUW,FW）
との格差が大きくなり、搬送が安定しない或いは、プレ
スロール７とそれに対向して配置されている繰り出しロ
ール６との間で、フィルム基板の滑りが生じ、表面が傷
つく現象が確認された。このため、加熱領域張力
（FP-P）だけでなく、巻出し側および巻取り側張力（F
UW,FW）も同時に小さくしていくことが望ましいことが
判った。The heating area tension (F PP ) is 1.0 to 10.0 kgf
/ W width was arbitrarily changed, and the tension on the unwinding side and the winding side (F UW , F W ) was also changed, and the state of wrinkle generation was confirmed. As a result, if only heating area tension (F PP ) is reduced, unwinding side and winding side tensions (F UW , F W )
It was confirmed that the difference between the press roll 7 and the feeding roll 6 was not stable, or the film substrate slipped between the press roll 7 and the payout roll 6 facing the roll, and the surface was damaged. Therefore, not only the heating area tension (F PP ) but also the tension on the unwinding side and the winding side (F PP )
It was found that it is desirable to make UW , F W ) smaller at the same time.
【００４０】実験の結果によれば、加熱領域張力
（FP-P）を2.0〜6.0kgf／ｍ幅、巻出し側および巻取り
側張力（FUW,FW）を5.0〜9.0kgf／ｍ幅で設定すること
により、皺の発生を低減できることが確認できた。According to the result of the experiment, the heating area tension (F PP ) is 2.0 to 6.0 kgf / m width, and the unwinding side and winding side tensions (F UW , F W ) are 5.0 to 9.0 kgf / m width. It was confirmed that the wrinkles can be reduced by setting the value.
【００４１】[0041]
【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を有する巻出し室と、巻取り用
ロールを有する巻取り室と、前記基板のガイドロール
と、前記基板の複数個の加熱処理および／または薄膜形
成処理室と、薄膜太陽電池の各製造工程に応じて前記基
板を搬送しかつ基板に所定の張力をかけるための搬送手
段とを備えたロール搬送方式の薄膜太陽電池の製造装置
において、前記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、基板における皺の発生
を抑制すべく、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ものとすることにより、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ることが
できる。According to the present invention, as described above, the unwinding chamber having the film substrate unwinding roll, the winding chamber having the winding roll, the guide roll for the substrate, and the substrate Roll transfer type thin film provided with a plurality of heat treatment and / or thin film forming treatment chambers and a conveying means for conveying the substrate and applying a predetermined tension to the substrate according to each manufacturing process of the thin film solar cell In a solar cell manufacturing apparatus, a film substrate heated in an upstream processing step in order to suppress wrinkles in the substrate at least in part on a roll-transporting processing step between the unwinding chamber and the winding chamber. By providing the substrate temperature difference reducing means for reducing the temperature difference of rising or falling of the film, the problem of wrinkling of the film substrate during the manufacturing process can be suppressed and the manufacturing yield can be improved. It is possible to improve the stability of quality.
【図１】本発明の実施例の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】図１とは異なる実施例の概略構成図FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment different from FIG.
【図３】本発明の実施例に関わるガイドロールの配置の
拡大図FIG. 3 is an enlarged view of the arrangement of guide rolls according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例と従来例のガイドロールの側断
面図FIG. 4 is a side sectional view of a guide roll according to an embodiment of the present invention and a conventional example.
【図５】フィルム基板搬送時間と基板到達温度の関係の
一例を示す図FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a film substrate transport time and a substrate arrival temperature.
【図６】従来の処理室の拡大概略構成図FIG. 6 is an enlarged schematic configuration diagram of a conventional processing chamber.
【図７】従来のロールツーロール方式によるスパッタ装
置の詳細構成の一例を示す図FIG. 7 is a diagram showing an example of a detailed configuration of a conventional roll-to-roll type sputtering apparatus.
【図８】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FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of a thin film solar cell manufacturing process and various devices.
【図９】薄膜太陽電池の概略構成を説明する斜視図FIG. 9 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a thin film solar cell.
【符号の説明】
５，５ａ，５ｂ，５ｃ：ガイドロール、９：鋳込みヒー
タ、９Ｈ：高温用鋳込みヒータ、９Ｌ：低温用鋳込みヒ
ータ、１０：フィルム基板、１１：巻出し室、１１ａ：
巻出し用ロール、１２：巻取り室、１２ａ：巻取り用ロ
ール、１３：水分放出用予備加熱室、１４，１５：スパ
ッタ処理室、２０：降温用予備加熱室。[Description of Reference Signs] 5,5a, 5b, 5c: Guide Roll, 9: Casting Heater, 9H: High Temperature Casting Heater, 9L: Low Temperature Casting Heater, 10: Film Substrate, 11: Unwinding Chamber, 11a:
A roll for unwinding, 12: a winding chamber, 12a: a roll for winding, 13: a preheating chamber for releasing moisture, 14, 15: a sputter processing chamber, 20: a preheating chamber for cooling.
Claims (7)
巻出し室と、巻取り用ロールを有する巻取り室と、前記
基板のガイドロールと、前記基板の複数個の加熱処理お
よび／または薄膜形成処理室と、薄膜太陽電池の各製造
工程に応じて前記基板を搬送しかつ基板に所定の張力を
かけるための搬送手段とを備えたロール搬送方式の薄膜
太陽電池の製造装置において、 前記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、基板における皺の発生を抑制すべ
く、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
段を備えることを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。1. A roll-out chamber having a roll for winding a film substrate, a roll-up chamber having a roll for winding, a guide roll for the substrate, and a plurality of heat treatments and / or thin film formations for the substrate. In a manufacturing apparatus for a roll-transport type thin-film solar cell, which includes a processing chamber and a transporting unit that transports the substrate and applies a predetermined tension to the substrate according to each manufacturing process of the thin-film solar cell, At least a part of the roll transfer processing step between the chamber and the winding chamber, in order to suppress the occurrence of wrinkles in the substrate, to reduce the temperature difference of rising or falling of the film substrate heated in the upstream processing step An apparatus for manufacturing a thin film solar cell, comprising a substrate temperature difference reducing means.
記基板温度差低減手段は、前記処理室における加熱処理
用ヒータの基板搬送方向の加熱容量を変えて基板の上昇
または降下の温度差を低減してなるものとすることを特
徴とする薄膜太陽電池の製造装置。2. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate temperature difference reducing means changes a heating capacity of a heater for heat processing in the processing chamber in a substrate transport direction to reduce a temperature difference between rising and falling of the substrate. A thin film solar cell manufacturing apparatus characterized by reducing the number.
記基板のガイドロールを前記処理室における基板搬送方
向の略中央部に設け、前記基板温度差低減手段は、前記
ガイドロールを所定温度の温水により冷却することによ
り基板の上昇または降下の温度差を低減してなるガイド
ロール冷却手段とすることを特徴とする薄膜太陽電池の
製造装置。3. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the guide roll for the substrate is provided at a substantially central portion of the processing chamber in the substrate transport direction, and the substrate temperature difference reducing means sets the guide roll at a predetermined temperature. An apparatus for manufacturing a thin-film solar cell, which is a guide roll cooling unit that reduces a temperature difference between rising and falling of a substrate by cooling with hot water.
記基板温度差低減手段は、最終段の処理室と前記巻取り
室との間に設けた降温用予備加熱室とし、この降温用予
備加熱室は、前記最終段の処理室から巻取り室へ搬送さ
れる基板の温度を徐々に降下し、その降下の温度落差を
低減してなるものとすることを特徴とする薄膜太陽電池
の製造装置。4. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate temperature difference reducing means is a temperature lowering preheating chamber provided between a processing chamber at a final stage and the winding chamber. The heating chamber gradually lowers the temperature of the substrate transferred from the processing chamber at the final stage to the winding chamber, and reduces the temperature difference of the temperature drop, thereby manufacturing a thin-film solar cell. apparatus.
造装置において、前記巻取り室直後の処理室は、前記基
板内部からの水分放出のために所定温度で所定時間加熱
する水分放出用予備加熱室とすることを特徴とする薄膜
太陽電池の製造装置。5. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the processing chamber immediately after the winding chamber is heated at a predetermined temperature for a predetermined time to release water from the inside of the substrate. An apparatus for manufacturing a thin-film solar cell, which comprises a preheating chamber.
造装置において、前記ガイドロールは、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
からなり、前記中央ロールと左右２個のロールとの間に
基板を挟んでガイドするものとなし、かつ前記３個のガ
イドロールの直径は略同一とし、さらに前記搬送方向中
央のガイドロールの基板抱き角は、１００〜１５０度と
することを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。6. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the guide roll is composed of a total of three guide rolls including a center and two left and right in the transport direction of the substrate. The substrate is sandwiched between two rolls on the left and right, and the three guide rolls have substantially the same diameter. Further, the central angle of the guide roll in the transport direction is 100 to 150. An apparatus for manufacturing a thin film solar cell, which is characterized in that
記３個のガイドロールの外形は、ロール軸方向端部のロ
ール直径を中央部のロール直径に比べて小とする太鼓状
としてなることを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。7. The manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the outer shape of the three guide rolls is a drum shape in which the roll diameter at the end portion in the roll axial direction is smaller than the roll diameter at the central portion. An apparatus for manufacturing a thin film solar cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059045A JP2003258280A (en) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | Device for manufacturing thin film solar battery |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258280A true JP2003258280A (en) | 2003-09-12 |
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2002
- 2002-03-05 JP JP2002059045A patent/JP2003258280A/en active Pending
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