“太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最大提高了1成”——。東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)開發(fā)出了通過(guò)將原料制成霧狀來(lái)形成薄膜的霧化CVD（化學(xué)氣相沉積）裝置“TMmist”。由于采用非真空工藝、不使用等離子體，因此有望減少裝置的設(shè)置面積和初期投資，并提高基材薄膜的特性。東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)將瞄準(zhǔn)太陽(yáng)能電池透明導(dǎo)電膜的成膜等用途，力爭(zhēng)2014年度獲得約10億日元、2015年度獲得約20億日元的訂單。

利用超聲波使原料霧化后的狀態(tài)

用超聲波霧化

使用真空工藝的已有濺射裝置等需要真空室及真空泵等附屬設(shè)備。隨著基板的大型化，這些設(shè)備的設(shè)置面積及初期投資將會(huì)大幅增加。而且還無(wú)法避免等離子體給基材薄膜造成的損傷。

因此，東芝三菱電機(jī)系統(tǒng)將開發(fā)目標(biāo)瞄準(zhǔn)了利用非真空工藝、無(wú)等離子體損傷的成膜技術(shù)。該公司著眼于日本京都大學(xué)等研究的霧化CVD技術(shù)，以該技術(shù)為基礎(chǔ)，從2007年開始致力于產(chǎn)品化。

TMmist大致由（1）將原料制成霧狀的超聲波噴霧器、（2）向生產(chǎn)線上流過(guò)的寬1m左右的基板供應(yīng)霧狀原料的細(xì)長(zhǎng)整流噴嘴、（3）加熱基板的加熱器等構(gòu)成（圖1）。

圖1：利用超聲波使原料霧化
東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)開發(fā)的霧化CVD裝置（a）。利用超聲波使原料溶液霧化后，在基板上分解反應(yīng)，形成薄膜（b）。（圖片出外：東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)）

具體操作過(guò)程如下。先由（1）超聲波噴霧器利用1.6M～2.4MHz超聲波將成膜原料溶液制成直徑數(shù)μm的霧狀液滴^注1）。接著，將霧狀原料與載氣混合，輸送至（2）整流噴嘴，噴到基板上。然后，噴到基板上的原料（3）在加熱器產(chǎn)生的熱效應(yīng)下分解反應(yīng)，形成薄膜。

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化時(shí)的最大課題是如何優(yōu)化對(duì)膜厚及膜質(zhì)不均問(wèn)題有重大影響的（2）整流噴嘴內(nèi)部構(gòu)造。這時(shí)需要利用整流噴嘴使霧化的原料均質(zhì)化，噴到基板上。東芝三菱電機(jī)系統(tǒng)在母公司三菱電機(jī)的研究所的協(xié)助下，對(duì)霧化原料的流動(dòng)與內(nèi)部構(gòu)造之間的關(guān)系進(jìn)行了反復(fù)分析。另外，還對(duì)（1）超聲波噴霧器使用的原料溶液的成分等實(shí)施了優(yōu)化，同時(shí)改進(jìn)了（3 ）加熱器的機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了大面積基板的均勻加熱^注2）。

注1）泄漏至裝置外部的超聲波數(shù)量符合制造設(shè)備業(yè)界團(tuán)體SEM（I SemiconductorEquipment and Materials International）的標(biāo)準(zhǔn)。

注2）在寬1m的基板上形成透明導(dǎo)電膜時(shí)，膜厚不均程度為±20％。通過(guò)在產(chǎn)生線上排列多個(gè)整流噴嘴、重復(fù)成膜，便可將成膜膜厚的不均程度降至±10％。

憑借上述措施，TMmist可獲得與濺射裝置等同等的膜質(zhì)。以透明導(dǎo)電膜的特性為例，薄膜電阻值達(dá)到了9.5Ω/□，波長(zhǎng)400n～800nm的可見(jiàn)光的平均透射率達(dá)到了90.5％^注3）?？蓾M足太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜要求的10Ω/□以下、80％以上的標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

圖2：可見(jiàn)光平均透射率達(dá)到90.5％
利用霧化CVD法形成的透明導(dǎo)電膜的薄膜電阻達(dá)到9.5Ω/□，波長(zhǎng)400n～800nm的可見(jiàn)光的平均透射率達(dá)到90.5％。（圖片出外：東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)）

無(wú)損傷

此次裝置比濺射裝置出色的是，不僅能夠減少采用非真空工藝時(shí)較大的設(shè)置面積及初期投資，而且還可憑借無(wú)等離子體損傷這一點(diǎn)來(lái)提高基材薄膜的特性。

其中，無(wú)等離子體損傷的良好效果得到了太陽(yáng)能電池廠商的證實(shí)。有廠商報(bào)告稱，用于CIGS（Cu-In-Ga-Se）型太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜時(shí)，“轉(zhuǎn)換效率（最大）提高了1成”。在良好的結(jié)果鼓舞下，已開始有太陽(yáng)能廠商考慮導(dǎo)入試制機(jī)。

另外，成膜速度也比濺射裝置高。濺射裝置約為200nm/分鐘，而TMmist達(dá)到了650nm/分鐘。其原因估計(jì)是霧狀液體能夠比氣體實(shí)現(xiàn)更多的原料供給量。

作為TMmist最初的應(yīng)用領(lǐng)域，東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)選擇的是今后市場(chǎng)有望增長(zhǎng)的CIGS型太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜。而且今后該公司還將開拓其他用途，比如顯示器等使用的透明導(dǎo)電膜，以及使用有機(jī)原料的有機(jī)EL等（圖3）。其中，在有機(jī)EL方面，除了用于透明導(dǎo)電膜之外，還可用于發(fā)光層、電子傳輸層及正孔傳輸層等。

圖3：還可用于有機(jī)EL等
東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)設(shè)想將霧化CVD裝置用于CIGS型太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電膜用途，此外還考慮開拓有機(jī)EL等用途。（圖片出處：東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)）