CN102498525B - 透明导电膜和具备该透明导电膜的装置 - Google Patents

透明导电膜和具备该透明导电膜的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供长波长一侧的光吸收少、有良好的载流子迁移率、并且能够进一步降低电阻的透明导电膜和具备了该透明导电膜的装置，透明导电膜(2)包括含有氢和铈的氧化铟，实际上由多晶结构构成，电阻率是3.4×10-4Ω·cm。

Description

透明导电膜和具备该透明导电膜的装置
技术领域
本发明涉及透明导电膜和具备该透明导电膜的装置。
背景技术
历来，在液晶显示器装置、有机场致发光装置等图像显示装置、薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池等太阳能电池装置、电子部件等各种装置中使用透明导电膜。
所述透明导电膜优选电阻小。历来，作为透明导电膜，已知由含有锡(Sn)的氧化铟(ITO)构成的透明导电膜或者由氧化锌(ZnO)构成的透明导电膜等。作为以氧化铟为主成分的透明导电膜，除去由ITO构成的透明导电膜以外，例如，公开有由通过溅射法添加了铈(Ce)的氧化铟构成的透明导电膜(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1
专利文献1：特开平8-260134号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，由添加了铈的氧化铟构成的透明导电膜存在难以实现长波长一侧的光吸收少、有良好的载流子迁移率、并且进一步降低电阻这样的问题。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，提供一种长波长一侧的光吸收少、具有良好的载流子迁移率、并且能够进一步降低电阻的透明导电膜和具备该透明导电膜的装置。
用于解决课题的方法
本发明一个方案的透明导电膜是包括含有氢和铈的氧化铟、实质上由多晶体结构(多晶结构)构成的透明导电膜，电阻率为3.4×10-4Ω·cm以下。
根据本发明，由于是包括含有氢和铈的氧化铟、实质上由多晶体结构构成的透明导电膜，并且电阻率为3.4×10-4Ω·cm以下，因此长波长一侧的光吸收少，能够使载子迁移率良好，能够进一步降低电阻。
因而，在适用于液晶显示器装置、有机场致发光装置等图像显示装置、晶体太阳能电池、薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池等太阳能电池装置、电子部件等的情况下，能够提高这些装置的特性。
发明的效果
能够提供长波长一侧的光吸收少、具有良好的载流子迁移率并且能够进一步降低电阻的透明导电膜和具备该透明导电膜的装置。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的透明导电膜的截面图。
图2是表示在本发明的一实施方式的实施例1～实施例7和比较例1～比较例10的膜制作中使用的烧结体、基体的种类、透明导电膜中的铈(Ce)含有量和氢含有量、透明导电膜的电阻率、载流子迁移率和载流子密度的附图。
图3是表示本发明的一实施方式的实施例和比较例的透明导电膜的铈(Ce)浓度与电阻率的关系的附图。
图4是表示本发明的一实施方式的实施例和比较例的透明导电膜的铈(Ce)浓度与载流子迁移率的关系的附图。
图5是表示本发明的一实施方式的实施例和比较例的透明导电膜的方式(Ce)浓度与载流子密度的关系的附图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式的透明导电膜。
1是按以下顺序具备玻璃基板、多晶硅基板、单晶硅基板和实质上本征(真性)的i型非晶硅层和p型非晶硅层而构成的上表面是该p型非晶硅层的单晶硅基板等基体，2是形成在上述基体1上的透明导电膜。
透明导电膜2是含有氢(H)、并且含有铈(Ce)的主成分是由氧化铟构成的膜。即，上述透明导电膜2含有氢(H)、铈(Ce)、In(铟)和氧(O)，作为杂质，由掺杂(dope)有氢(H)和铈(Ce)的氧化铟(In2O3)构成。
另外，透明导电膜2实质上由多晶体结构构成，而且由以覆盖基体上的方式竖立的多个柱形结构构成，虽然极少，但是有非晶质部分。
透明导电膜2的氢(H)的含有量优选1.0×1021atoms/cm3以上，更优选1021atoms/cm3数量级。氢的含有量是透明导电膜2的膜厚方向中的中间位置的含有量的值，大致相当于除去透明导电膜2的两个表面附近的平均含有量。透明导电膜2的氢的含有浓度，除去两个表面附近，优选基体1一侧比膜表面一侧的含有浓度大，更优选朝向基体1一侧逐渐增大的结构。
透明导电膜2的电阻率为3.4×10-4Ω·cm以下。透明导电膜2的电阻率越小越好，但是也可以是3.4×10-4Ω·cm以下1.0×10-4Ω·cm以上。
透明导电膜2的铈(Ce)的含有量期望是1.0×1020atoms/cm3以上1.4×1021atoms/cm3以下，优选2.4×1020atoms/cm3以上1.2×1021atoms/cm3以下，更优选4.8×1020atoms/cm3以上1.1×1021atoms/cm3以下，进一步优选7.5×1020atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下，特别优选7.5×1020atoms/cm3以上8.5×1020atoms/cm3以下。
以下，说明本实施方式的透明导电膜的制造方法。
首先，准备通过洗净去除了表面杂质的基体1。
另外，上述基体1是在n型单晶硅基板上顺序形成实质上本征的i型非晶硅层和p型非晶硅层而构成的基体的情况下，在通过洗净n型单晶硅基板而去除了杂质以后，例如使用RF等离子体CVD法，在频率：约13.56MHz、形成温度：约100℃～约300℃，反应压力：约5Pa～约100Pa，RF功率：约1mW/cm2～约500mW/cm2的条件下，在n型单晶硅基板上，顺序形成上述i型非晶硅层和上述p型非晶硅层，然后再次进行洗净。
接着，使用离子镀法，在Ar与O2的混合气体和水蒸汽的气氛中和在室温下，在基体1上形成由含有氢(H)和铈(Ce)作为杂质的氧化铟构成的透明导电膜。此处，作为材料源，使用含有规定量的掺杂用的氧化铈(CeO2)粉末的In2O3粉末的烧结体。该情况下，通过使用改变了氧化铈(CeO2)粉末的含有量的烧结体，能够使上述透明导电膜中的铈(Ce)量变化。
接着，为了进行结晶化，把上述透明导电膜例如在约200℃下进行1小时左右的退火(anneal)，制作透明导电膜2。另外，在制造各种装置时，在制造过程中兼有退火处理的情况下，也可以不另外设置该退火工序。
本实施方式的透明导电膜2根据后向散射电子绕射(EBSD)、透射型电子显微镜(TEM)和X线绕射(XRD)的测定结果，判明了实质上由具有多晶体结构的柱形结构构成，虽然极少，但是有非晶质部分。
图2是表示本实施方式的实施例1～实施例7和比较例1～比较例10的膜制作中使用的烧结体中的氧化铈(CeO2)量、基体的种类、透明导电膜中的铈(Ce)含有量和氢含有量、透明导电膜的电阻率、载流子迁移率和载流子密度的附图。而且，透明导电膜中的Ce的量使用卢瑟福(rutherford)后向散射分析法(RBS)进行测定。另外，透明导电膜中的氢的量使用氢前向散射分析法(HFS)进行测定。
图中，在氢含有量的栏中“多”是指透明导电膜中的氢(H)量约为2.0×1021atoms/cm3，“少”是指9.0×1020atoms/cm3，基体的栏的“(111)Si基板”意味着在n型单晶硅基板上顺序具备层厚约5nm的实质上本征的i型非晶硅层和层厚约5nm的p型非晶硅层而构成的基体。
比较例1～10除去烧结体、水蒸汽的量以外，按照与本实施方式的制造方法相同的方法制作。而且，比较例1～7是含有氢(H)和铈(Ce)的主成分由氧化铟构成的透明导电膜，比较例8～比较例10的透明导电膜是含有氢(H)和锡(Sn)的主成分由氧化铟构成的透明导电膜。
图3是表示上述实施例1～实施例7的透明导电膜2和比较例1～10的透明导电膜的电阻率与该透明导电膜中的铈(Ce)的量的关系的附图。此处，实线是透明导电膜中的氢(H)量为2.0×1021atoms/cm3的情况，虚线是透明导电膜中的氢(H)量为9.0×1020atoms/cm3的情况。而且，电阻率使用霍尔效应测定装置以范德堡法(Van der PauwMethod)进行测定。
从图2和图3可知，在透明导电膜的铈(Ce)的含有量在1.0×1020atoms/cm3以上1.4×1021atoms/cm3以下的范围内透明导电膜中的氢(H)量为2.0×1021atoms/cm3的1021atoms/cm3数量级的情况下，与透明导电膜中的氢(H)量为9.0×1020atoms/cm3的1020atoms/cm3数量级的情况相比较，电阻率小，为3.4×10-4Ω·cm以下。
进而判明，在透明导电膜中的氢(H)量是2.0×1021atoms/cm3的1021atoms/cm3的数量级的情况下，优选透明导电膜的铈(Ce)的含有量在2.4×1020atoms/cm3以上1.2×1021atoms/cm3以下的范围内电阻率小至2.5×10-4Ω·cm以下，优选在4.8×1020atoms/cm3以上1.1×1021atoms/cm3以下的范围内电阻率小至2.2×10-4Ω·cm以下，更加优选在7.5×1020atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下的范围内，特别是可以为7.5×1020atoms/cm3以上8.5×1020atoms/cm3以下。
图4是表示上述实施例1～实施例7的透明导电膜2和比较例1～比较例10的透明导电膜的载流子迁移率与膜中的铈(Ce)的量的关系的附图。图中，实线是透明导电膜中的氢(H)量为2.0×1021atoms/cm3的情况，虚线是透明导电膜中的氢(H)量为9.0×1020atoms/cm3的情况。而且，载流子迁移率使用霍尔效应测定装置进行测定。
由于载流子迁移率其值越大，越减小电阻率，作为装置的电极的特性越好，因此优选载流子迁移率高。
从图2和图4判明了，在透明导电膜的铈(Ce)的含有量在1.0×1020atoms/cm3以上1.4×1021atoms/cm3以下的范围内透明导电膜中的氢(H)量为2.0×1021atoms/cm3的1021atoms/cm3的数量级的情况下，与透明导电膜中的氢(H)量为9.0×1020atoms/cm3的1020atoms/cm3的数量级的情况相比较，载流子迁移率大，为70cm2/Vs以上，较大。
进而判明了，在透明导电膜中的氢(H)量是2.0×1021atoms/cm3的1021atoms/cm3数量级的情况下，期望透明导电膜的铈(Ce)的含有量为1.0×1020atoms/cm3以上1.2×1021atoms/cm3以下的范围内载流子迁移率为90cm2/Vs以上，优选2.4×1020atoms/cm3以上1.1×1021atoms/cm3以下的范围，更优选4.8×1020atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下的范围，特别是可以为7.5×1020atoms/cm3以上8.5×1020atoms/cm3以下。
从上述的透明导电膜的电阻率和载流子迁移率的观点出发，判明了期望透明导电膜的铈(Ce)的含有量为1.0×1020atoms/cm3以上1.4×1021atoms/cm3以下，优选为2.4×1020atoms/cm3以上1.1×1021atoms/cm3以下，更优选4.8×1020atoms/cm3以上1.0×1021atoms/cm3以下，进一步优选7.5×1020atoms/cm3以上8.5×1020atoms/cm3以下。
图5是表示上述实施例1～实施例7的透明导电膜2和比较例1～比较例10的透明导电膜的载流子密度与膜中的铈(Ce)的量的关系的附图。图中，实线是透明导电膜中的氢(H)量为2.0×1021atoms/cm3的情况，虚线是透明导电膜中的氢(H)量为9.0×1020atoms/cm3的情况。另外，载流子密度使用霍尔效应测定装置进行测定。
载流子密度，由于其值越大，越吸收长波长一侧的光，另外，载流子自身成为散射的主要原因，因此其结果是由于使载流子迁移率减少，所以如果电阻率相同，则优选载流子密度小。但是，如果载流子密度过低，则膜中的粒界散射增加，其结果是由于使迁移率减少，因此优选处在某个一定的范围。
从图2和图5判明了在透明导电膜的铈(Ce)的含有量在1.0×1020atoms/cm3以上2.0×1021atoms/cm3以下的范围中，载流子密度为2.0×1020cm-3以上3.5×1020cm-3以下，是良好的范围，而在该范围中，该透明导电膜的铈(Ce)的含有量在更高浓度一侧或更低浓度一侧更好。
而且，从图2～图4判明了，含有氢(H)和锡(Sn)的主成分由氧化铟构成的透明导电膜的比较例8～比较例10，虽然电阻率小，但是载流子迁移率未满60cm2/Vs，含有氢含有量为1021atoms/cm3数量级的氢(H)和铈(Ce)的主成分由氧化铟构成的透明导电膜为优选。
本发明的透明导电膜能够适用于液晶显示器装置、有机场致发光装置等图像显示装置、结晶太阳能电池、薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池等太阳能电池、电子部件等。
例如，也可以适用于在玻璃基板上顺序地形成有具有纹理(texture)结构的透明导电膜、一个(一种)导电型非晶硅层、实质上本征的i型非晶硅层、与该一个导电型相反的导电型的非晶硅层和透明导电膜的薄膜太阳能电池的透明导电膜中。
产业上的可利用性
由于能够提供长波长一侧的光吸收少、有良好的载流子迁移率、并且能够进一步降低电阻的透明导电膜和具备该透明导电膜的装置，因此能够在液晶显示器装置、有机场致发光装置等图像显示装置、结晶太阳能电池、薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池等太阳能电池、电子部件等领域中利用。
符号的说明
1：基体
2：透明导电膜

Claims (5)

1.一种透明导电膜，其特征在于：
包括含有氢和铈的氧化铟，实质上由具有多晶体结构的柱状结构构成，且具有极少的非晶质部分，所述透明导电膜的电阻率为3.4×10－4Ω·cm以下。
2.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：
所述铈的含有量为1.0×1020atoms／cm3以上1.4×1021atoms／cm3以下。
3.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：
上述氢的含有量是1021atoms／cm3数量级。
4.一种装置，其特征在于：
使用了权利要求1～3中的任一项所述的透明导电膜。
5.一种太阳能电池，其特征在于：
使用了权利要求1～3中的任一项所述的透明导电膜。
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