[发明专利]阳极氧化装置、连续阳极氧化装置以及成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及阳极氧化装置、连续阳极氧化装置以及成膜方法，其适于生产在例如太阳能电池、薄膜晶体管电路和显示器(图像显示装置)以及电解质电容器的电极等半导体装置中有用地利用的半导体元件的衬底。

背景技术

鉴于衬底的轻盈度和柔性，使用由金属制成的衬底的薄膜太阳能电池与使用玻璃衬底的薄膜太阳能电池相比具有用于各种用途的可能性。此外，由于由金属制成的衬底可经受高温工艺，所以光电转换特性得以改进，且因此可预期一种高度有效的太阳能电池。

在太阳能电池模块中，太阳能电池通过在同一衬底上彼此串联连接而集成，藉此改进模块效率。此时，需要在太阳能电池模块的金属衬底上形成绝缘层，且需要在绝缘层上安置用于执行光电转换的半导体电路层。举例来说，当例如不锈钢等基于铁的材料用于衬底时，有必要通过例如化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)等气相方法或例如溶胶-凝胶等液相方法以硅或铝的氧化物涂覆衬底而形成绝缘层。然而，这些技术是容易出现针孔或裂缝的制造方法，且因此其作为稳定地制备具有大区域的薄膜绝缘层的技术存在本质上的问题(专利文献1)。

另一方面，当铝用于衬底时，可通过形成阳极氧化物膜(AAO)获得具有优良粘性的无针孔绝缘膜(专利文献2)。然而，已知铝衬底上的阳极氧化物膜在120℃或更高温度下加热时破裂(非专利文献1)，且具有绝缘性质方面的问题，尤其是增大的泄漏电流的问题。此外，铝在约200℃的温度下软化，且经受等于或高于200℃的温度的铝具有极低的强度且容易引起例如蠕动变形或翘曲变形等永久变形(塑料变形)。因此，为通过使用此类型的铝生产半导体装置，需要对操纵强加严格的限制，且这使得难以将此生产应用于户外太阳能电池等。

为解决以上问题，已提议一种方法，其中阳极氧化物膜作为绝缘层形成在由所谓的铝包层材料制成的衬底上，且化合物半导体层作为光吸收层或电极层形成在其上。在此方法中，可能制备用于减小金属衬底与化合物半导体层之间的线性膨胀系数差的设计，且即使在形成化合物半导体层的步骤(其为在500℃的高温或更高温度下执行的成膜步骤)中，也不会发生例如绝缘层破裂或化合物半导体剥落等问题。此外，由于待与铝组合的金属基底材料与铝相比具有较高程度的比强度和高温强度，所以在半导体装置的生产期间衬底的操纵变得容易。

阳极氧化物膜作为绝缘层当并入到电池模块中时不需要引起高电压下的电介质击穿，此外，当被施加电压时，其需要减小泄漏电流，即具有高体积电阻。如果泄漏电流较大，那么通过功率生成获得的电流变为电池之间的泄漏电流，且模块的功率生成效率降低。因此，为了确保以上性能，阳极氧化物膜需要具有1μm或更大且优选地为5μm或更大的厚度。

用于对铝带状物进行连续阳极氧化的常见装置具有以下构成：电源辊或电源槽安置在电解槽上游以将电流供应到铝，且电流还在从电源区段延伸到电解槽的铝中流动。阳极氧化指代电解氧化(铝的情况下的三电子反应)，且阳极氧化物膜的厚度与所供应电力的量成比例。因此，在用于对铝带状物进行连续阳极氧化的装置中，需要供应与线速度(铝带状物的运行速度)成比例的电流。此时，即使在从电源区段延伸到电解槽的铝中，如上比例的电流也可以流动。因此，阳极氧化物膜的厚度越大，且线速度越大，则电压降增加得越多，而这会导致功率损耗。此外，存在从电源区段延伸到电解槽的铝可能归因于红外光(IR)热产生而熔断的可能性，因此待生成的阳极氧化物膜的厚度和线速度存在上限。依据铝带状物的每单位横截面面积的电阻确定热产生和熔断的限制电流。因此，铝箔越薄，则可生成的阳极氧化物膜的厚度和线速度的上限越小。

同时，需要仅在薄铝箔带状物的一个表面上形成厚阳极氧化物膜，且其实例的一个包含具有上文描述的绝缘层的金属衬底。在此情况下，有可能使用上文描述的装置通过将掩蔽膜粘贴到一个表面而生产此衬底，但阳极氧化物膜的厚度和线速度存在上限。此外，由于不同于例如镀层等加性膜，阳极氧化物膜是减性膜，所以如果电解溶液从掩蔽膜的端面渗透，那么可轻易地形成阳极氧化物膜。因此，有必要选择具有强粘合力的掩蔽膜。此外，在通过接合不同金属(例如，包层材料)获得的金属箔带状物的情况下，为防止局部电化作用引起的副反应，有必要还将掩蔽膜在不同金属暴露的宽度方向上粘贴到横向端面上，使得横向端面变为电化学钝性的。