“太陽能電池的轉換效率最大提高了1成”——。東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)開發(fā)出了通過將原料制成霧狀來形成薄膜的霧化CVD（化學氣相沉積）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置面積和初期投資，并提高基材薄膜的特性。東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)將瞄準太陽能電池透明導電膜的成膜等用途，力爭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備。隨著基板的大型化，這些設備的設置面積及初期投資將會大幅增加。而且還無法避免等離子體給基材薄膜造成的損傷。

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

TMmist大致由（1）將原料制成霧狀的超聲波噴霧器、（2）向生產線上流過的寬1m左右的基板供應霧狀原料的細長整流噴嘴、（3）加熱基板的加熱器等構成（圖1）。

圖1：利用超聲波使原料霧化
東芝三菱電機產業(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，形成薄膜（b）。（圖片出外：東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)）

具體操作過程如下。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）在加熱器產生的熱效應下分解反應，形成薄膜。

實現產品化時的最大課題是如何優(yōu)化對膜厚及膜質不均問題有重大影響的（2）整流噴嘴內部構造。這時需要利用整流噴嘴使霧化的原料均質化，噴到基板上。東芝三菱電機系統(tǒng)在母公司三菱電機的研究所的協(xié)助下，對霧化原料的流動與內部構造之間的關系進行了反復分析。另外，還對（1）超聲波噴霧器使用的原料溶液的成分等實施了優(yōu)化，同時改進了（3 ）加熱器的機構，從而實現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量符合制造設備業(yè)界團體SEM（I SemiconductorEquipment and Materials International）的標準。

注2）在寬1m的基板上形成透明導電膜時，膜厚不均程度為±20％。通過在產生線上排列多個整流噴嘴、重復成膜，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。以透明導電膜的特性為例，薄膜電阻值達到了9.5Ω/□，波長400n～800nm的可見光的平均透射率達到了90.5％^注3）。可滿足太陽能電池的透明導電膜要求的10Ω/□以下、80％以上的標準（圖2）。

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

無損傷

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較大的設置面積及初期投資，而且還可憑借無等離子體損傷這一點來提高基材薄膜的特性。

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

另外，成膜速度也比濺射裝置高。濺射裝置約為200nm/分鐘，而TMmist達到了650nm/分鐘。其原因估計是霧狀液體能夠比氣體實現更多的原料供給量。

作為TMmist最初的應用領域，東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)選擇的是今后市場有望增長的CIGS型太陽能電池的透明導電膜。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電膜，以及使用有機原料的有機EL等（圖3）。其中，在有機EL方面，除了用于透明導電膜之外，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EL等
東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)設想將霧化CVD裝置用于CIGS型太陽能電池的透明導電膜用途，此外還考慮開拓有機EL等用途。（圖片出處：東芝三菱電機產業(yè)系統(tǒng)）