固体酸化物燃料電池の製造方法および装置
【課題】固体酸化物燃料電池の緻密な電解質と多孔質の空気極を一回の製膜プロセスで作成が可能な製造方法を提供する。
【解決手段】レーザー堆積法においては、結晶成長が２次元であるため、結晶の成長エネルギーが小さくて済むことから、従来の方法より低い６００〜８００℃での作製が可能であり、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより、固体酸化物燃料電池の多孔質/緻密/多孔質構造の積み分けが一回の製膜プロセスで作製することを可能とした。
【解決手段】レーザー堆積法においては、結晶成長が２次元であるため、結晶の成長エネルギーが小さくて済むことから、従来の方法より低い６００〜８００℃での作製が可能であり、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより、固体酸化物燃料電池の多孔質/緻密/多孔質構造の積み分けが一回の製膜プロセスで作製することを可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、燃料電池、特に、レーザー堆積法による固体酸化物燃料電池の製造方法およびそれに用いられる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池は、そのエネルギー効率の高さと二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーとして大きな注目を集め、現在その研究開発が世界中で行われている。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、空気極、電解質、燃料極から構成されるが、従来の燃料極支持型固体酸化物燃料電池の作製においては、まず、燃料極支持基板上に電解質を塗布法などで作製する。次に、それらを１５００℃以上で焼成した後、室温に冷却し、空気極材料をその上に塗布し、１２００℃程度で再度焼結するのが一般的である。これらの固相反応法においては、電解質や空気極材料は、最適焼結温度が異なるために、一度の焼結過程で電解質と空気極を合成することができない。
【０００４】
この課題を解決する方法の一つとして、レーザー堆積法が挙げられる。レーザー堆積法は、レーザーをターゲットに照射し、そのターゲット材料を基板上に蒸着する方法である。波長の短い紫外レーザーを用いることで緻密膜を作製することができることから、緻密膜が必要な固体酸化物型燃料電池の電解質の作製は、現在多くの研究機関で行われている。
【０００５】
一方、固体酸化物燃料電池は、空気極(多孔質)/電解質(緻密)/燃料極(多孔質)という構造を持つことが必須となっている。現在実用化研究が進められている固体酸化物燃料電池は、あらかじめ焼成した多孔質の燃料極基板上に電解質(緻密膜)と空気極(多孔質膜)を積層する燃料極支持タイプが主流である。このため固体酸化物燃料電池の作製には、電解質と空気極をそれぞれの最適温度で焼成する、２つの製造工程が必要となっている。
【０００６】
一方レーザー堆積法により多孔質な基板上への電解質膜の作製（特許文献１参照）および電解質基板上に空気極を作製することは行われている（特許文献２参照）。
【０００７】
さらに最近では、多孔質燃料極基板上に緻密な電解質膜をレーザー堆積法により作製し、その上にプリンティング法により多孔質な空気極を作製することが行われている（非特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら緻密膜と多孔質膜の作成の最適条件は、著しく異なるため、レーザー堆積法により多孔質な燃料極基板上に、緻密な電解質、多孔質な空気極の２層を一回の製造工程で製造することは行われていない。
【０００９】
またこれらの作製は、すべて紫外レーザーであるＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）で行われている。
【特許文献１】特開２００３−１４７５１４号公報
【特許文献２】特開２００８−４４４３号公報
【非特許文献１】Journal of PowerSources 164( 2007 ) 182-188
【非特許文献２】Pulsed Laser Deposition of Thin Film,Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler, Jhon Willy & Sons Inc, p55-88,1994
【非特許文献３】AppliedPhysics Letter, Vol55,No23,2450-2452,1989
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の燃料極支持の固体酸化物型燃料電池は、電解質は、塗布法又はレーザー堆積法、空気極は、塗布法等の合成温度の異なる別々の方法により作製され、作製プロセスに２段階工程が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
レーザー堆積法においては、結晶成長が２次元であるため、結晶の成長エネルギーが小さくて済むことから、上記従来の方法より低い６００〜８００℃での作製が可能である。よって通常の方法では不可能な、電解質と空気極の同一温度での作製が可能となる。本件発明においては、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより、固体酸化物燃料電池の緻密な電解質と多孔質な空気極を一回の製膜プロセスで作製することを可能とした。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明においては、固体酸化物型燃料電池の基本構造である、多孔質/緻密/多孔質構造の積み分けが1回の製膜プロセスで可能となり、製造プロセスの簡略化、低温化と電池性能の向上を図ることを可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下においては、本願発明を実施するための最良の形態を示す。
【００１４】
レーザー堆積法による製膜のパラメータとして以下の９つの条件が知られている。
（１）レーザーエネルギー密度（Ｊ／ｃｍ２）
（２）繰返し周波数（Ｈｚ）
（３）レーザー出力（Ｊ／ｓ）
（４）レーザー波長（ｎｍ）
（５）酸素分圧
（６）基板温度
（７）レーザーショット数
（８）ターゲット材料
（９）基板ターゲット間距離
【００１５】
本件発明においては、上記の条件のうちの1つ以上の条件を、材料の作製条件により適時変化させることで多孔質膜/緻密膜/多孔質膜の作製を可能とした。
【００１６】
以下にこの緻密膜と多孔質の積み分けのための代表的な条件を示す。
【表１】
【００１７】
一方、本件発明が対象とする薄膜作製を行う高エネルギーのレーザーを用いたレーザー堆積法による蒸着機構に関しては、以下の機構が提案されている（非特許文献２参照）。
【００１８】
（ａ）レーザー‐プラズマ相互作用によって発生したイオンがターゲットに衝突することによるイオン衝突蒸着機構
（ｂ）励起もしくはイオン化を伴う集団プロセスである電子的蒸着機構
（ｃ）レーザー照射により、ターゲットが融点を超えることによる熱的蒸着機構
（ｄ）熱的ショックによる剥離蒸着機構
（ｅ）瞬間的融解によるドロップレット(粒子)放出による流体力学的蒸着機構
【００１９】
このうち（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に関しては、熱的励起が蒸着機構源であるという共通点がある。さらに（ａ）と熱的蒸着機構は、製膜条件の（１）、（２）、（３）に大きく依存するという共通点がある。従って蒸着機構を大別すると、電子的と熱的な２つの機構に分けることができる。
【００２０】
まず電子的蒸着の例として、電解質の製膜が挙げられる。一般的に電解質の製膜には、KrF(波長248nm)、Nd-YAG4倍波(波長266nm)などの紫外レーザーが用いられ、これらのレーザーの光エネルギーはそれぞれ5.01eV、4.66eVである。一方、代表的な電解質材料であるセリアの励起エネルギーは3.2eVである。したがって電子的蒸着機構では、物質の励起エネルギー以上のエネルギーを持つレーザーを照射することにより、化学的に結合を切られた物質がナノ・クラスターレベルでターゲット表面から剥離することで蒸着が起こると考えられている。これにより緻密膜の作製が可能となると考えられており、電解質膜の作製は主にこの機構を用いるため、紫外レーザーが広く使用されている。
【００２１】
一方熱的励起機構は、レーザーをターゲットに集光することによる各種の熱的励起で物質が蒸着すると考えられており、この機構は、可視光以上の波長が長いレーザーでより支配的になる。例えば、Nd-YAG2倍波(波長532nm)の光エネルギーは、セリアの励起エネルギー以下の2.37eVなので、このような可視光レーザーを用いた場合の蒸着機構は、熱的励起が主となる。熱的励起によって蒸発した物質は、化学的に原子結合を切られる訳ではないので、電子的励起に比べより大きな塊で蒸着が起こり、多孔質膜の作製が可能となる。
【００２２】
また、一般的に、ターゲットへ入射するレーザーのエネルギー密度と出力が小さい場合は、より小さい原子、分子レベルの物質が、レーザーのエネルギー密度と出力が大きい場合は、より大きなクラスター状の物質が蒸着されることが知られている。
【００２３】
また、レーザー堆積法で作製された酸化物超伝導体薄膜では、入射レーザー波長を355nm、532nm、1064nmと長くするにつれ、薄膜表面の凹凸が大きくなり、薄膜の電気抵抗が増大し、臨界電流密度が低下することが報告されている（非特許文献３参照）。この現象はレーザー波長が長くなるにつれターゲットから蒸着する物質が大きくなり、薄膜が多くの結晶粒界を持つ多孔質化していくことを示している。
【００２４】
これらを踏まえると、レーザーのエネルギー密度、出力、波長を各工程において変えることにより、一回の製膜過程で緻密膜と多孔質膜の積み分けが可能となる。
【００２５】
また、レーザー堆積法においては、酸素分圧条件により、膜の表面状態が平坦面から凸凹面になることが知られており、この製膜中の酸素分圧の制御により、膜質の緻密性、多孔質性の促進が可能となる。
【００２６】
以上がレーザー堆積法による多孔質基板上への緻密膜/多孔質膜の製膜を可能とする技術的根拠である。
【実施例】
【００２７】
図１に示すように、燃料電池は、一般的には、（１）多孔質空気極膜、（２）緻密電解質膜および（３）多孔質燃料極膜が基本要素で、（１）＋（２）＋（３）の材料強度が弱い場合、燃料電池の支持体として多孔質支持体を使用する。本実施例の場合、十分な強度を持つ（３）多孔質燃料極膜をあらかじめ多孔質基板として製作しておき、その上に（２）緻密電解質膜と（１）多孔質空気極膜を順次レーザー蒸着法により積層した。
【００２８】
本実施例においては、燃料極として酸化ニッケル（ＮｉＯ）とガドリニウム添加セリア（Ｇｄ−Ｄｏｐｅｄ Ｃｅｒｉａ；ＧＤＣ）を混合した多孔質基板を採用し、電解質としてＧＤＣ、空気極としてＧＳＣＯ＋ＧＤＣ（但し、ＧＳＣＯとは、Ｇｄ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3である。）とした。
【００２９】
図２に、本件発明に係る燃料電池製造装置の外観を示す。本実施例においては、レーザー蒸着法（同様の製膜方法の通称名としてパルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法ともいう。）を用いて薄膜を形成した。図２において、レーザー蒸着法による製膜装置の基本的な構成は、公知のレーザー蒸着装置と同様であり、真空チャンバー１、ガス導入管１３およびこのチャンバー１内の空気を排出するポンプ８等からなる給排気系およびレーザー発振器７、ミラー９、レンズ１０等からなる光学系を主体として構成されている。
【００３０】
真空チャンバー１の一側面には、レーザー光を導入するため、石英ガラス等からなるレーザー光導入窓１１が設けられており、該チャンバー１の内部には、レーザー光が照射されるターゲット３を載置するターゲット載置台２と被加工物である基板５を固定する基板固定金具６とが所定の距離をおいて対向配置されている。なお、これらターゲット３と基板５とは、その距離（間隙）を調節する機構が設けられているとともに、ターゲット載置台２の他端側が図示しないモーター等に接続され、複数のターゲット３とターゲット載置台２が回転できるように構成されている。また、基板5の上部には、ランプやヒーター等の加熱装置が内蔵された基板加熱機構１２が設けられており、基板固定金具６によって固定された基板５の温度を制御できるように設計されている。
【００３１】
＜基板加熱機構＞
次に、基板加熱機構について説明する。
従来の基板加熱機構においては、熱源が真空チャンバーの内側にあるため、真空断熱による基板加熱機構の部品への熱的ダメージを避けるために、真空チャンバー内に冷却水ラインを導入する必要がある。また基板固定金具を取り外し可能なタイプとすることで、装置が大型化してしまう。さらに加熱用のヒーターやハロゲンランプも特注品となるため、ランニングコストも高くなっていた。一般的な製膜装置の基板加熱機構は、３００万円以上する高価なものであり、かつ加熱用のハロゲンランプも１本７万円以上する高価な特注品となっていた。
【００３２】
図３を用いて、本願発明の実施例における基板加熱装置について説明する。
真空容器の蓋２１の中央部には、凹部２２が設けられており、該凹部２２には断熱用セラミック管２３を介して、基板加熱用ハロゲンランプ２４が設けられている。該ハロゲンランプには、図示しないサイリスタを介して、電源が供給されている。また、基板５の温度を測定する熱電対２５も設けられており、基板温度が制御されている。さらに、該凹部２２内のハロゲンランプの発熱部以外の、サイリスタからの配線接続部などの温度を冷却するための冷却ファン２６も設けられている。
【００３３】
このように、加熱源であるハロゲンランプや発熱体を真空チャンバー１の外部である真空容器の蓋２１の凹部２２内に設置しているので、加熱装置は、すべて大気中に設けられている。また基板固定金具を加熱装置と一体型にすることにより、装置の小型化、低価格化を図っている。また市販の照明用ハロゲンランプを基板加熱の熱源として使用することで、従来の１／１０以下のランニングコストでの基板加熱装置の使用を可能とした。したがって加熱源の真空外設置、基板固定金具と加熱装置の一体化が技術的に新規であり、市販品の照明用ハロゲンランプを基板加熱機構へ利用するという点が実用化に際して重要な点である。
【００３４】
＜基板移動機構＞
次に、基板の移動機構について説明する。
レーザー蒸着法は、集光したレーザーをターゲットに照射することで、ターゲットの対面にある基板に薄膜を蒸着する方法である。従来の方法においては、レーザーをターゲットに照射しているとターゲット表面が削れ、それによりターゲットからレーザー照射により飛び出してくる蒸着物質群である“プルーム”の中心が、基板の中心とずれることで不均一な膜厚になることが知られている。
【００３５】
これを防ぐために基板の中心を常にプルーム直上に置くことが理想となり、通常の製膜装置では真空中で基板面に平行な方向に稼動するＸＹステージによって、基板が常にプルームの上に来るように調整されている。
【００３６】
また、レーザー蒸着法では、一般的に最適な基板-ターゲット間距離は、３〜５ｃｍ前後といわれており、この基板ターゲット間距離の調整のために真空中で基板面に垂直方向に稼動するＺステージが用いられている。
【００３７】
したがって、従来のレーザー蒸着法においては、基板を最適位置に設置するために真空で可動するＸＹＺステージが必須であるが、そのステージは、高価な溶接ベローズを用いるため装置が高額化し、かつ機構の可動部分が多いことから装置自体も大型化しており、その価格は３００万円以上と高額である。
【００３８】
したがって、本願発明においては、図４に示すように、真空チャンバー１の真空は、真空チャンバー１の開口部のフランジ３１と蓋２１をＯ―リング３２により保持しているが、真空チャンバー１のフランジ３１の幅Ｒを大きめに形成し、真空チャンバー１の蓋２１も真空チャンバーの口径より広めに形成している。
【００３９】
このように設計したことにより、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、フランジ３１の幅Ｒの範囲において、簡単な構造により、基板５とターゲット３のＸＹ方向（基板に平行な方向）位置を最適位置に設定することを可能とした。
【００４０】
また、図４（ｃ）に示すように、厚みの異なる複数枚の高さ調整リング３３を用意しておき、所望の基板５とターゲット間距離Ｈを簡単な構成により設定可能とした。
【００４１】
＜レーザー光の光路変更機構＞
次に、レーザー光の光路変更機構について説明する。
従来のレーザー光の光路変更方法は、反射ミラーの角度制御をステッピングモーター等により精密制御しているが、この方法だとレーザー光の光路制御のために反射ミラーの角度を可変しなければならず、装置が大型化し高価になる。またレーザースキャニングと呼ばれる技術では、反射ミラーと同期させてレーザー光が常に集光レンズの中心に入射するように制御するが、この方式は可動部分とコンピューター等を利用した制御部分が必要になる。
【００４２】
これに対し、本願発明においては、レーザー光の光路変更を、集光レンズをＸ、Ｙ、Ｚのいずれか、または特定の方向に周期的に動かすことにより制御する。これにより従来から行われていた、光路中に置かれた反射ミラーの角度変更による光路変更方式に代えて、反射ミラーを固定した簡便な光路制御が可能となる。
【００４３】
そのレーザー光の光路変更機構を、図５を用いて説明する。
レーザー光を集光する集光レンズ１０の取っ手４４の一端は、該集光レンズに取り付けられており、該取っ手４４の他端はアーム４３の一端に枢支されている。また、アーム４３の他端は、回転部材４１の一端に枢支されている。回転部材は、回転軸４２の周りに回転可能とされている。
【００４４】
以上の構成により、１〜１０ｒｐｍ程度の回転速度のモーター（図示せず）により回転部材を回転させ、回転中心から動かしたい距離に応じて、回転軸４２からずらした距離（ａ）に、接続したアーム４３により集光レンズを繋ぎ、ピストン機構を作ることにより、集光レンズがレーザー光の光線に垂直な面内において移動し、レーザー光の光路が変更され、レーザー光のターゲット照射位置を変更することができる。
【００４５】
このように、本願発明においては、上記レーザー光路変更機構により、レーザーの光路を変更し、ターゲットの直径にわたり照射するように設定することによりターゲットを点で利用するのではなく、線で利用できるようになった。さらに、ターゲットを回転させることにより、ターゲットを面で利用することができる。
【００４６】
＜反射ミラー位置可変機構＞
図６に、反射ミラー位置可変機構を示す。レーザー光の波長、２６６ｎｍ、５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍに合わせて、一体的に、スライド可能に反射ミラーを作製しておく。実施に当たっては、反射ミラーをスライドさせ、その中の一つの反射ミラーに合致させる。
【００４７】
このように、スライド可能で各波長に対応する反射ミラーをそれぞれ用意することにより、レーザー光の波長を変更する際に、複雑な調整を要することなく、光学系を設定することができる。
【００４８】
次に、本願発明の方法による固体酸化物燃料電池の作製条件を示す。
燃料極 ＮｉＯ＋ＧＤＣ（ガドリニウム・ドープ・セリウム）
配合比(重量％)： ＮｉＯ：ＧＤＣ＝３：２
電解極 ＧＤＣ（Ｇｄ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５）
作製温度： ７００℃
レーザー： ２６６ｍｍ、６５ｍＪ／ｐｕｌｓ、１０Ｈｚ、
６００００ｓｈｏｔ
基板ターゲット間距離： ３ｃｍ
酸素分圧： １０Ｐａ
膜厚： ５μｍ
空気極 ＧＳＣＯ＋ＧＤＣ
（Ｇｄ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３＋Ｇｄ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５）
配合比(重量％)： ＧＳＣＯ：ＧＤＣ＝７：３
作製温度： ７００℃
レーザー： ５３２ｍｍ、３２０ｍＪ／ｐｕｌｓ、１０Ｈｚ、
８００００ｓｈｏｔ
基板ターゲット間距離： ３ｃｍ
酸素分圧： １００Ｐａ
膜厚： ５０μｍ
【００４９】
図７に、本願発明に係る固体酸化物燃料電池の断面の写真を示す。
図７より本願発明のレーザー蒸着法により、多孔質基板上に膜形状が異なる２種類の薄膜、具体的には膜厚が約５μｍの緻密な電解質膜および膜厚が約５０μｍの多孔質空気極膜が積層していることが分かる。
【００５０】
図８に、本願発明に係る空気極の表面の写真を示す。
図８より、空気極の表面は、空気極として必要な形状である多孔質状になっていることが分かる。
【００５１】
図９に、上記条件により作製した本願発明に係る固体酸化物燃料電池の発電特性を示す。なお測定条件は、動作温度が７００℃、酸素及び水素の流量が１００ｍｌ／分である。
図９より、レーザー蒸着法で作製した単セルが開放電圧約０．６Ｖ、出力密度が約６５０ｍＷ／ｃｍ２の特性を持ち、燃料電池として動作していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】固体酸化物燃料電池の層構造
【図２】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の薄膜製造装置の概略図
【図３】基板加熱機構
【図４】基板移動機構
【図５】光路変更機構
【図６】反射ミラー位置可変機構
【図７】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の断面写真
【図８】本願発明に係る空気極の表面写真
【図９】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の発電特性
【符号の説明】
【００５３】
１ 真空チャンバー
２ ターゲット載置台
３ ターゲット
４ プルーム
５ 基板
６ 基板固定金具
７ レーザー発振器
８ ポンプ
９ 反射ミラー
１０ 集光レンズ
１１ レーザー光導入窓
１２ 基板加熱装置
１３ ガス導入配管
２１ 真空チャンバーの蓋
２２ 真空チャンバーの蓋の凹部
２３ 断熱用セラミック
２４ ハロゲンランプ
２５ 熱電対
２６ 冷却ファン
３１ 真空チャンバーのフランジ
３２ Ｏ―リング
３３ 高さ調整リング
４１ 回転部材
４２ 回転軸
４３ アーム
４４ 取っ手
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、燃料電池、特に、レーザー堆積法による固体酸化物燃料電池の製造方法およびそれに用いられる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池は、そのエネルギー効率の高さと二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーとして大きな注目を集め、現在その研究開発が世界中で行われている。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、空気極、電解質、燃料極から構成されるが、従来の燃料極支持型固体酸化物燃料電池の作製においては、まず、燃料極支持基板上に電解質を塗布法などで作製する。次に、それらを１５００℃以上で焼成した後、室温に冷却し、空気極材料をその上に塗布し、１２００℃程度で再度焼結するのが一般的である。これらの固相反応法においては、電解質や空気極材料は、最適焼結温度が異なるために、一度の焼結過程で電解質と空気極を合成することができない。
【０００４】
この課題を解決する方法の一つとして、レーザー堆積法が挙げられる。レーザー堆積法は、レーザーをターゲットに照射し、そのターゲット材料を基板上に蒸着する方法である。波長の短い紫外レーザーを用いることで緻密膜を作製することができることから、緻密膜が必要な固体酸化物型燃料電池の電解質の作製は、現在多くの研究機関で行われている。
【０００５】
一方、固体酸化物燃料電池は、空気極(多孔質)/電解質(緻密)/燃料極(多孔質)という構造を持つことが必須となっている。現在実用化研究が進められている固体酸化物燃料電池は、あらかじめ焼成した多孔質の燃料極基板上に電解質(緻密膜)と空気極(多孔質膜)を積層する燃料極支持タイプが主流である。このため固体酸化物燃料電池の作製には、電解質と空気極をそれぞれの最適温度で焼成する、２つの製造工程が必要となっている。
【０００６】
一方レーザー堆積法により多孔質な基板上への電解質膜の作製（特許文献１参照）および電解質基板上に空気極を作製することは行われている（特許文献２参照）。
【０００７】
さらに最近では、多孔質燃料極基板上に緻密な電解質膜をレーザー堆積法により作製し、その上にプリンティング法により多孔質な空気極を作製することが行われている（非特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら緻密膜と多孔質膜の作成の最適条件は、著しく異なるため、レーザー堆積法により多孔質な燃料極基板上に、緻密な電解質、多孔質な空気極の２層を一回の製造工程で製造することは行われていない。
【０００９】
またこれらの作製は、すべて紫外レーザーであるＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）で行われている。
【特許文献１】特開２００３−１４７５１４号公報
【特許文献２】特開２００８−４４４３号公報
【非特許文献１】Journal of PowerSources 164( 2007 ) 182-188
【非特許文献２】Pulsed Laser Deposition of Thin Film,Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler, Jhon Willy & Sons Inc, p55-88,1994
【非特許文献３】AppliedPhysics Letter, Vol55,No23,2450-2452,1989
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の燃料極支持の固体酸化物型燃料電池は、電解質は、塗布法又はレーザー堆積法、空気極は、塗布法等の合成温度の異なる別々の方法により作製され、作製プロセスに２段階工程が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
レーザー堆積法においては、結晶成長が２次元であるため、結晶の成長エネルギーが小さくて済むことから、上記従来の方法より低い６００〜８００℃での作製が可能である。よって通常の方法では不可能な、電解質と空気極の同一温度での作製が可能となる。本件発明においては、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより、固体酸化物燃料電池の緻密な電解質と多孔質な空気極を一回の製膜プロセスで作製することを可能とした。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明においては、固体酸化物型燃料電池の基本構造である、多孔質/緻密/多孔質構造の積み分けが1回の製膜プロセスで可能となり、製造プロセスの簡略化、低温化と電池性能の向上を図ることを可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下においては、本願発明を実施するための最良の形態を示す。
【００１４】
レーザー堆積法による製膜のパラメータとして以下の９つの条件が知られている。
（１）レーザーエネルギー密度（Ｊ／ｃｍ２）
（２）繰返し周波数（Ｈｚ）
（３）レーザー出力（Ｊ／ｓ）
（４）レーザー波長（ｎｍ）
（５）酸素分圧
（６）基板温度
（７）レーザーショット数
（８）ターゲット材料
（９）基板ターゲット間距離
【００１５】
本件発明においては、上記の条件のうちの1つ以上の条件を、材料の作製条件により適時変化させることで多孔質膜/緻密膜/多孔質膜の作製を可能とした。
【００１６】
以下にこの緻密膜と多孔質の積み分けのための代表的な条件を示す。
【表１】
【００１７】
一方、本件発明が対象とする薄膜作製を行う高エネルギーのレーザーを用いたレーザー堆積法による蒸着機構に関しては、以下の機構が提案されている（非特許文献２参照）。
【００１８】
（ａ）レーザー‐プラズマ相互作用によって発生したイオンがターゲットに衝突することによるイオン衝突蒸着機構
（ｂ）励起もしくはイオン化を伴う集団プロセスである電子的蒸着機構
（ｃ）レーザー照射により、ターゲットが融点を超えることによる熱的蒸着機構
（ｄ）熱的ショックによる剥離蒸着機構
（ｅ）瞬間的融解によるドロップレット(粒子)放出による流体力学的蒸着機構
【００１９】
このうち（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に関しては、熱的励起が蒸着機構源であるという共通点がある。さらに（ａ）と熱的蒸着機構は、製膜条件の（１）、（２）、（３）に大きく依存するという共通点がある。従って蒸着機構を大別すると、電子的と熱的な２つの機構に分けることができる。
【００２０】
まず電子的蒸着の例として、電解質の製膜が挙げられる。一般的に電解質の製膜には、KrF(波長248nm)、Nd-YAG4倍波(波長266nm)などの紫外レーザーが用いられ、これらのレーザーの光エネルギーはそれぞれ5.01eV、4.66eVである。一方、代表的な電解質材料であるセリアの励起エネルギーは3.2eVである。したがって電子的蒸着機構では、物質の励起エネルギー以上のエネルギーを持つレーザーを照射することにより、化学的に結合を切られた物質がナノ・クラスターレベルでターゲット表面から剥離することで蒸着が起こると考えられている。これにより緻密膜の作製が可能となると考えられており、電解質膜の作製は主にこの機構を用いるため、紫外レーザーが広く使用されている。
【００２１】
一方熱的励起機構は、レーザーをターゲットに集光することによる各種の熱的励起で物質が蒸着すると考えられており、この機構は、可視光以上の波長が長いレーザーでより支配的になる。例えば、Nd-YAG2倍波(波長532nm)の光エネルギーは、セリアの励起エネルギー以下の2.37eVなので、このような可視光レーザーを用いた場合の蒸着機構は、熱的励起が主となる。熱的励起によって蒸発した物質は、化学的に原子結合を切られる訳ではないので、電子的励起に比べより大きな塊で蒸着が起こり、多孔質膜の作製が可能となる。
【００２２】
また、一般的に、ターゲットへ入射するレーザーのエネルギー密度と出力が小さい場合は、より小さい原子、分子レベルの物質が、レーザーのエネルギー密度と出力が大きい場合は、より大きなクラスター状の物質が蒸着されることが知られている。
【００２３】
また、レーザー堆積法で作製された酸化物超伝導体薄膜では、入射レーザー波長を355nm、532nm、1064nmと長くするにつれ、薄膜表面の凹凸が大きくなり、薄膜の電気抵抗が増大し、臨界電流密度が低下することが報告されている（非特許文献３参照）。この現象はレーザー波長が長くなるにつれターゲットから蒸着する物質が大きくなり、薄膜が多くの結晶粒界を持つ多孔質化していくことを示している。
【００２４】
これらを踏まえると、レーザーのエネルギー密度、出力、波長を各工程において変えることにより、一回の製膜過程で緻密膜と多孔質膜の積み分けが可能となる。
【００２５】
また、レーザー堆積法においては、酸素分圧条件により、膜の表面状態が平坦面から凸凹面になることが知られており、この製膜中の酸素分圧の制御により、膜質の緻密性、多孔質性の促進が可能となる。
【００２６】
以上がレーザー堆積法による多孔質基板上への緻密膜/多孔質膜の製膜を可能とする技術的根拠である。
【実施例】
【００２７】
図１に示すように、燃料電池は、一般的には、（１）多孔質空気極膜、（２）緻密電解質膜および（３）多孔質燃料極膜が基本要素で、（１）＋（２）＋（３）の材料強度が弱い場合、燃料電池の支持体として多孔質支持体を使用する。本実施例の場合、十分な強度を持つ（３）多孔質燃料極膜をあらかじめ多孔質基板として製作しておき、その上に（２）緻密電解質膜と（１）多孔質空気極膜を順次レーザー蒸着法により積層した。
【００２８】
本実施例においては、燃料極として酸化ニッケル（ＮｉＯ）とガドリニウム添加セリア（Ｇｄ−Ｄｏｐｅｄ Ｃｅｒｉａ；ＧＤＣ）を混合した多孔質基板を採用し、電解質としてＧＤＣ、空気極としてＧＳＣＯ＋ＧＤＣ（但し、ＧＳＣＯとは、Ｇｄ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3である。）とした。
【００２９】
図２に、本件発明に係る燃料電池製造装置の外観を示す。本実施例においては、レーザー蒸着法（同様の製膜方法の通称名としてパルスレーザーデポジション（ＰＬＤ）法ともいう。）を用いて薄膜を形成した。図２において、レーザー蒸着法による製膜装置の基本的な構成は、公知のレーザー蒸着装置と同様であり、真空チャンバー１、ガス導入管１３およびこのチャンバー１内の空気を排出するポンプ８等からなる給排気系およびレーザー発振器７、ミラー９、レンズ１０等からなる光学系を主体として構成されている。
【００３０】
真空チャンバー１の一側面には、レーザー光を導入するため、石英ガラス等からなるレーザー光導入窓１１が設けられており、該チャンバー１の内部には、レーザー光が照射されるターゲット３を載置するターゲット載置台２と被加工物である基板５を固定する基板固定金具６とが所定の距離をおいて対向配置されている。なお、これらターゲット３と基板５とは、その距離（間隙）を調節する機構が設けられているとともに、ターゲット載置台２の他端側が図示しないモーター等に接続され、複数のターゲット３とターゲット載置台２が回転できるように構成されている。また、基板5の上部には、ランプやヒーター等の加熱装置が内蔵された基板加熱機構１２が設けられており、基板固定金具６によって固定された基板５の温度を制御できるように設計されている。
【００３１】
＜基板加熱機構＞
次に、基板加熱機構について説明する。
従来の基板加熱機構においては、熱源が真空チャンバーの内側にあるため、真空断熱による基板加熱機構の部品への熱的ダメージを避けるために、真空チャンバー内に冷却水ラインを導入する必要がある。また基板固定金具を取り外し可能なタイプとすることで、装置が大型化してしまう。さらに加熱用のヒーターやハロゲンランプも特注品となるため、ランニングコストも高くなっていた。一般的な製膜装置の基板加熱機構は、３００万円以上する高価なものであり、かつ加熱用のハロゲンランプも１本７万円以上する高価な特注品となっていた。
【００３２】
図３を用いて、本願発明の実施例における基板加熱装置について説明する。
真空容器の蓋２１の中央部には、凹部２２が設けられており、該凹部２２には断熱用セラミック管２３を介して、基板加熱用ハロゲンランプ２４が設けられている。該ハロゲンランプには、図示しないサイリスタを介して、電源が供給されている。また、基板５の温度を測定する熱電対２５も設けられており、基板温度が制御されている。さらに、該凹部２２内のハロゲンランプの発熱部以外の、サイリスタからの配線接続部などの温度を冷却するための冷却ファン２６も設けられている。
【００３３】
このように、加熱源であるハロゲンランプや発熱体を真空チャンバー１の外部である真空容器の蓋２１の凹部２２内に設置しているので、加熱装置は、すべて大気中に設けられている。また基板固定金具を加熱装置と一体型にすることにより、装置の小型化、低価格化を図っている。また市販の照明用ハロゲンランプを基板加熱の熱源として使用することで、従来の１／１０以下のランニングコストでの基板加熱装置の使用を可能とした。したがって加熱源の真空外設置、基板固定金具と加熱装置の一体化が技術的に新規であり、市販品の照明用ハロゲンランプを基板加熱機構へ利用するという点が実用化に際して重要な点である。
【００３４】
＜基板移動機構＞
次に、基板の移動機構について説明する。
レーザー蒸着法は、集光したレーザーをターゲットに照射することで、ターゲットの対面にある基板に薄膜を蒸着する方法である。従来の方法においては、レーザーをターゲットに照射しているとターゲット表面が削れ、それによりターゲットからレーザー照射により飛び出してくる蒸着物質群である“プルーム”の中心が、基板の中心とずれることで不均一な膜厚になることが知られている。
【００３５】
これを防ぐために基板の中心を常にプルーム直上に置くことが理想となり、通常の製膜装置では真空中で基板面に平行な方向に稼動するＸＹステージによって、基板が常にプルームの上に来るように調整されている。
【００３６】
また、レーザー蒸着法では、一般的に最適な基板-ターゲット間距離は、３〜５ｃｍ前後といわれており、この基板ターゲット間距離の調整のために真空中で基板面に垂直方向に稼動するＺステージが用いられている。
【００３７】
したがって、従来のレーザー蒸着法においては、基板を最適位置に設置するために真空で可動するＸＹＺステージが必須であるが、そのステージは、高価な溶接ベローズを用いるため装置が高額化し、かつ機構の可動部分が多いことから装置自体も大型化しており、その価格は３００万円以上と高額である。
【００３８】
したがって、本願発明においては、図４に示すように、真空チャンバー１の真空は、真空チャンバー１の開口部のフランジ３１と蓋２１をＯ―リング３２により保持しているが、真空チャンバー１のフランジ３１の幅Ｒを大きめに形成し、真空チャンバー１の蓋２１も真空チャンバーの口径より広めに形成している。
【００３９】
このように設計したことにより、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、フランジ３１の幅Ｒの範囲において、簡単な構造により、基板５とターゲット３のＸＹ方向（基板に平行な方向）位置を最適位置に設定することを可能とした。
【００４０】
また、図４（ｃ）に示すように、厚みの異なる複数枚の高さ調整リング３３を用意しておき、所望の基板５とターゲット間距離Ｈを簡単な構成により設定可能とした。
【００４１】
＜レーザー光の光路変更機構＞
次に、レーザー光の光路変更機構について説明する。
従来のレーザー光の光路変更方法は、反射ミラーの角度制御をステッピングモーター等により精密制御しているが、この方法だとレーザー光の光路制御のために反射ミラーの角度を可変しなければならず、装置が大型化し高価になる。またレーザースキャニングと呼ばれる技術では、反射ミラーと同期させてレーザー光が常に集光レンズの中心に入射するように制御するが、この方式は可動部分とコンピューター等を利用した制御部分が必要になる。
【００４２】
これに対し、本願発明においては、レーザー光の光路変更を、集光レンズをＸ、Ｙ、Ｚのいずれか、または特定の方向に周期的に動かすことにより制御する。これにより従来から行われていた、光路中に置かれた反射ミラーの角度変更による光路変更方式に代えて、反射ミラーを固定した簡便な光路制御が可能となる。
【００４３】
そのレーザー光の光路変更機構を、図５を用いて説明する。
レーザー光を集光する集光レンズ１０の取っ手４４の一端は、該集光レンズに取り付けられており、該取っ手４４の他端はアーム４３の一端に枢支されている。また、アーム４３の他端は、回転部材４１の一端に枢支されている。回転部材は、回転軸４２の周りに回転可能とされている。
【００４４】
以上の構成により、１〜１０ｒｐｍ程度の回転速度のモーター（図示せず）により回転部材を回転させ、回転中心から動かしたい距離に応じて、回転軸４２からずらした距離（ａ）に、接続したアーム４３により集光レンズを繋ぎ、ピストン機構を作ることにより、集光レンズがレーザー光の光線に垂直な面内において移動し、レーザー光の光路が変更され、レーザー光のターゲット照射位置を変更することができる。
【００４５】
このように、本願発明においては、上記レーザー光路変更機構により、レーザーの光路を変更し、ターゲットの直径にわたり照射するように設定することによりターゲットを点で利用するのではなく、線で利用できるようになった。さらに、ターゲットを回転させることにより、ターゲットを面で利用することができる。
【００４６】
＜反射ミラー位置可変機構＞
図６に、反射ミラー位置可変機構を示す。レーザー光の波長、２６６ｎｍ、５３２ｎｍおよび１０６４ｎｍに合わせて、一体的に、スライド可能に反射ミラーを作製しておく。実施に当たっては、反射ミラーをスライドさせ、その中の一つの反射ミラーに合致させる。
【００４７】
このように、スライド可能で各波長に対応する反射ミラーをそれぞれ用意することにより、レーザー光の波長を変更する際に、複雑な調整を要することなく、光学系を設定することができる。
【００４８】
次に、本願発明の方法による固体酸化物燃料電池の作製条件を示す。
燃料極 ＮｉＯ＋ＧＤＣ（ガドリニウム・ドープ・セリウム）
配合比(重量％)： ＮｉＯ：ＧＤＣ＝３：２
電解極 ＧＤＣ（Ｇｄ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５）
作製温度： ７００℃
レーザー： ２６６ｍｍ、６５ｍＪ／ｐｕｌｓ、１０Ｈｚ、
６００００ｓｈｏｔ
基板ターゲット間距離： ３ｃｍ
酸素分圧： １０Ｐａ
膜厚： ５μｍ
空気極 ＧＳＣＯ＋ＧＤＣ
（Ｇｄ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３＋Ｇｄ０．１Ｃｅ０．９Ｏ１．９５）
配合比(重量％)： ＧＳＣＯ：ＧＤＣ＝７：３
作製温度： ７００℃
レーザー： ５３２ｍｍ、３２０ｍＪ／ｐｕｌｓ、１０Ｈｚ、
８００００ｓｈｏｔ
基板ターゲット間距離： ３ｃｍ
酸素分圧： １００Ｐａ
膜厚： ５０μｍ
【００４９】
図７に、本願発明に係る固体酸化物燃料電池の断面の写真を示す。
図７より本願発明のレーザー蒸着法により、多孔質基板上に膜形状が異なる２種類の薄膜、具体的には膜厚が約５μｍの緻密な電解質膜および膜厚が約５０μｍの多孔質空気極膜が積層していることが分かる。
【００５０】
図８に、本願発明に係る空気極の表面の写真を示す。
図８より、空気極の表面は、空気極として必要な形状である多孔質状になっていることが分かる。
【００５１】
図９に、上記条件により作製した本願発明に係る固体酸化物燃料電池の発電特性を示す。なお測定条件は、動作温度が７００℃、酸素及び水素の流量が１００ｍｌ／分である。
図９より、レーザー蒸着法で作製した単セルが開放電圧約０．６Ｖ、出力密度が約６５０ｍＷ／ｃｍ２の特性を持ち、燃料電池として動作していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】固体酸化物燃料電池の層構造
【図２】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の薄膜製造装置の概略図
【図３】基板加熱機構
【図４】基板移動機構
【図５】光路変更機構
【図６】反射ミラー位置可変機構
【図７】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の断面写真
【図８】本願発明に係る空気極の表面写真
【図９】本願発明に係る固体酸化物燃料電池の発電特性
【符号の説明】
【００５３】
１ 真空チャンバー
２ ターゲット載置台
３ ターゲット
４ プルーム
５ 基板
６ 基板固定金具
７ レーザー発振器
８ ポンプ
９ 反射ミラー
１０ 集光レンズ
１１ レーザー光導入窓
１２ 基板加熱装置
１３ ガス導入配管
２１ 真空チャンバーの蓋
２２ 真空チャンバーの蓋の凹部
２３ 断熱用セラミック
２４ ハロゲンランプ
２５ 熱電対
２６ 冷却ファン
３１ 真空チャンバーのフランジ
３２ Ｏ―リング
３３ 高さ調整リング
４１ 回転部材
４２ 回転軸
４３ アーム
４４ 取っ手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー堆積法による固体酸化物燃料電池セルの成膜方法であって、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより複数の性質の異なる膜を形成することを特徴とする固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項２】
上記基板は、支持基板であり、該基板表面に多孔質膜、緻密膜及び多孔質膜をこの順序で形成することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項３】
上記基板は、燃料極を兼用する多孔質基板であり、該多孔質基板表面に緻密膜及び多孔質膜をこの順序で形成することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項４】
上記成膜条件は、レーザーエネルギー密度、パルスレーザー繰返し周波数、レーザー出力、レーザー波長、酸素分圧、基板温度、レーザーのショット数、ターゲット材料及び基板ターゲット間距離であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項５】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲット載置台及び基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、該真空チャンバーの外部の大気中に基板加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項６】
上記基板加熱装置は、上記真空チャンバーの蓋の中央部分に設けられた凹部に収納されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲットを載置するターゲット載置台及び基板を保持する基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、上記真空チャンバーの蓋の中央部分に設けられた凹部の該真空チャンバー側底面に該基板固定金具が設けられており、該真空チャンバーの開口部には、広めのフランジが形成され、該真空チャンバーの蓋の位置を該フランジ上で移動可能とすることにより、該基板と該ターゲットの相対位置を変更することができる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項８】
上記真空チャンバーのフランジと上記真空チャンバーの蓋の間に高さ調整リングを脱着可能としたことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー内のターゲットに向けてレーザー光を照射するための光学系を具備しており、該光学系は、レーザー光源、反射ミラー及び集光レンズを有し、該集光レンズは、レーザー光の光軸に垂直な面内において移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項１０】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー内のターゲットに向けてレーザー光を照射するための光学系を具備しており、該光学系は、レーザー光源、反射ミラー及び集光レンズを有し、該反射ミラーは、スライド移動式に構成されており、使用するレーザー波長に応じて使い分けが可能であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項１１】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲット載置台及び基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、ターゲット及びターゲット載置台は、回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項１】
レーザー堆積法による固体酸化物燃料電池セルの成膜方法であって、基板を真空チャンバーに入れた状態において、少なくとも一つの成膜条件を変更することにより複数の性質の異なる膜を形成することを特徴とする固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項２】
上記基板は、支持基板であり、該基板表面に多孔質膜、緻密膜及び多孔質膜をこの順序で形成することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項３】
上記基板は、燃料極を兼用する多孔質基板であり、該多孔質基板表面に緻密膜及び多孔質膜をこの順序で形成することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項４】
上記成膜条件は、レーザーエネルギー密度、パルスレーザー繰返し周波数、レーザー出力、レーザー波長、酸素分圧、基板温度、レーザーのショット数、ターゲット材料及び基板ターゲット間距離であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法。
【請求項５】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲット載置台及び基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、該真空チャンバーの外部の大気中に基板加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項６】
上記基板加熱装置は、上記真空チャンバーの蓋の中央部分に設けられた凹部に収納されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲットを載置するターゲット載置台及び基板を保持する基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、上記真空チャンバーの蓋の中央部分に設けられた凹部の該真空チャンバー側底面に該基板固定金具が設けられており、該真空チャンバーの開口部には、広めのフランジが形成され、該真空チャンバーの蓋の位置を該フランジ上で移動可能とすることにより、該基板と該ターゲットの相対位置を変更することができる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項８】
上記真空チャンバーのフランジと上記真空チャンバーの蓋の間に高さ調整リングを脱着可能としたことを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー内のターゲットに向けてレーザー光を照射するための光学系を具備しており、該光学系は、レーザー光源、反射ミラー及び集光レンズを有し、該集光レンズは、レーザー光の光軸に垂直な面内において移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項１０】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー内のターゲットに向けてレーザー光を照射するための光学系を具備しており、該光学系は、レーザー光源、反射ミラー及び集光レンズを有し、該反射ミラーは、スライド移動式に構成されており、使用するレーザー波長に応じて使い分けが可能であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【請求項１１】
成膜装置であって、該成膜装置は、真空チャンバー、該真空チャンバーの内部にターゲット載置台及び基板固定金具、該真空チャンバーの側壁の一部にレーザー光を導入するレーザー光導入窓並びに該真空チャンバーの壁を貫通するガス導入配管を有し、ターゲット及びターゲット載置台は、回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池セルの成膜方法の実施に使用する成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３０１７９７（Ｐ２００９−３０１７９７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５３２７６（Ｐ２００８−１５３２７６）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【Ｆターム（参考）】
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