“太陽能電池的轉換效率最大提高了1成”——。東芝三菱電機產業系統開發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。東芝三菱電機產業系統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

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，東芝三菱電機系統將開發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
東芝三菱電機產業系統開發的霧化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：東芝三菱電機產業系統）

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。東芝三菱電機系統在母公司三菱電機的研究所的協助下，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：東芝三菱電機產業系統）

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，東芝三菱電機產業系統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
東芝三菱電機產業系統設想將霧化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：東芝三菱電機產業系統）