JP2007033272A - Thin film characteristic evaluation method, thin film characteristic evaluation device, and thin film solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film characteristic evaluation device for accurately evaluating characteristics of the surface state of a thin film, and to provide a thin film characteristic evaluation method. <P>SOLUTION: The thin film characteristic evaluation device comprises: a centroid calculation part for finding the centroid of a figure obtained by making a boundary of each crystal parallel to the surface of the thin film on the basis of information indicating positions of each vertex and the boundary of an adjacent crystal of a plurality of crystals on the surface of the thin film including the plurality of the crystals and being projected on a reference plane being a plane including the bottom face of the crystal; and a crystal inclination angle calculation part for calculating a crystal inclination angle being an angle making a vertical line being a vertical straight line on the reference plane by allowing a centroid-vertex straight line connecting the centroid and the vertex to include the centroid. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜特性評価装置および薄膜特性評価方法に関する。   The present invention relates to a thin film characteristic evaluation apparatus and a thin film characteristic evaluation method.

複数の結晶からなる薄膜の表面の状態を、電子顕微鏡や光学顕微鏡のような機器による撮像データに基いて評価することがある。   The state of the surface of a thin film composed of a plurality of crystals may be evaluated based on data captured by an instrument such as an electron microscope or an optical microscope.

このような薄膜の表面状態を評価する技術として、薄膜太陽電池を例として説明する。図８は、薄膜太陽電池の断面を示す図である。図８に示されるように、薄膜太陽電池は、ガラス基板上に透明導電膜、半導体膜（p層、i層、n層）、及び裏面電極膜が順次積層されている。図３Ａは、図８におけるガラス基板、透明導電膜、及び半導体膜の構造を拡大して示した図である。ガラス基板上に設けられた透明導電膜のガラス基板と反対側の表面は、平滑である場合よりも凹凸構造である場合の方が発電効率の観点から好ましい。これは、凹凸構造を有する方が入射した光の反射量をより減少させ、発電に寄与する光の量を増加させるためである。   As a technique for evaluating the surface state of such a thin film, a thin film solar cell will be described as an example. FIG. 8 is a diagram showing a cross section of the thin film solar cell. As shown in FIG. 8, in the thin film solar cell, a transparent conductive film, a semiconductor film (p layer, i layer, n layer), and a back electrode film are sequentially laminated on a glass substrate. FIG. 3A is an enlarged view of the structure of the glass substrate, the transparent conductive film, and the semiconductor film in FIG. From the viewpoint of power generation efficiency, the surface of the transparent conductive film provided on the glass substrate on the side opposite to the glass substrate is preferably an uneven structure rather than a smooth surface. This is because the amount of light that contributes to power generation is increased by further reducing the amount of reflection of incident light in the direction having the concavo-convex structure.

薄膜太陽電池では、この凹凸構造によって発電効率が左右される。よって、高い発電効率を有する薄膜太陽電池を安定的に生産する為には、透明導電膜の表面の凹凸構造を高い発電効率を与える凹凸構造に作成することが望まれる。高い発電効率を与える表面構造を意図的に製膜する為には、透明導電膜の表面状態を的確に把握して発電効率との関係を評価し、その評価結果を透明導電膜の製膜条件に反映させることが重要である。   In the thin film solar cell, the power generation efficiency is influenced by the uneven structure. Therefore, in order to stably produce a thin-film solar cell having high power generation efficiency, it is desired that the concavo-convex structure on the surface of the transparent conductive film be formed into a concavo-convex structure that provides high power generation efficiency. In order to intentionally form a surface structure that provides high power generation efficiency, the surface state of the transparent conductive film is accurately grasped and the relationship with the power generation efficiency is evaluated, and the evaluation result is determined as the film formation conditions for the transparent conductive film. It is important to reflect this in

上記と関連して、特許文献１は、薄膜の構造を示す薄膜情報に基づいて、その薄膜の特徴を示す形状評価パラメータを算出する形状評価部と、その形状評価パラメータの統計処理を行う統計処理部と、を備える薄膜特性評価装置を開示している。即ち、特許文献１には、薄膜表面の所定の領域において、その平面内における位置と膜厚との関係に基いて、その領域における薄膜の形状を示す画像としての画像データを生成し、その画像データに基いて薄膜の表面形状を評価する方法が記載されている。   In relation to the above, Patent Document 1 discloses a shape evaluation unit that calculates a shape evaluation parameter indicating the characteristics of the thin film based on thin film information indicating the structure of the thin film, and a statistical process that performs statistical processing of the shape evaluation parameter. A thin film property evaluation apparatus. That is, Patent Document 1 generates image data as an image showing the shape of a thin film in a predetermined region on the surface of the thin film based on the relationship between the position in the plane and the film thickness. A method for evaluating the surface shape of a thin film based on data is described.

更に、上記と関連して、特許文献２は、半導体薄膜の表面を電子顕微鏡にて撮影した撮像データを画像処理することにより、前記半導体薄膜表面上に形成された複数の凸部の全周囲長の総和と、前記撮像データを撮影した範囲である撮像領域における前記各凸部の面積の総和が占める割合である面積率を計算し、前記全周囲長と前記面積率を用いて前記半導体薄膜表面の凹凸部の成長状態を特定する半導体薄膜表面の凹凸部成長評価方法、を開示している。   Further, in relation to the above, Patent Document 2 discloses that image processing is performed on imaging data obtained by photographing the surface of a semiconductor thin film with an electron microscope, so that the total perimeter of a plurality of convex portions formed on the surface of the semiconductor thin film is obtained. And the area ratio that is the ratio of the total area of the convex portions in the imaging region that is the range in which the imaging data is captured, and using the total perimeter and the area ratio, the surface of the semiconductor thin film Discloses a method for evaluating the growth of uneven portions on the surface of a semiconductor thin film, which specifies the growth state of the uneven portions.

更に、上記と関連して、特許文献３は、表面に存在する凸部に関し、高さの個数分布が、最頻値よりも平均値が大きく、かつ、横軸をnm単位として表示してχ2型の分布関数に従うとみなしたときに最も良く近似できる自由度が３．５〜１５であり、高さ／幅の比の個数分布が、最頻値よりも平均値が大きく、且つ、χ2型の分布関数に従うとみなしたときに最も良く近似できる自由度が１０〜３５であり、高さ５０〜３５０nmの個数が７０％以上であり、高さ／幅の比０．２５〜１．０５の個数が９０％以上である透明導電膜、を開示している。 Further, in relation to the above, Patent Document 3 discloses that the number distribution of heights of the convex portions existing on the surface has an average value larger than the mode value, and the horizontal axis is displayed in units of nm. The degree of freedom that can be best approximated when it is assumed to follow the distribution function of type 2 is 3.5 to 15, the number distribution of the height / width ratio has an average value larger than the mode value, and χ The degree of freedom that can be best approximated when it is assumed to follow the distribution function of type 2 is 10 to 35, the number of 50 to 350 nm in height is 70% or more, and the height / width ratio is 0.25 to 1. A transparent conductive film in which the number of 05 is 90% or more is disclosed.

しかしながら、これらの評価技術により、同程度の表面状態であると評価された透明導電膜を用いた場合でも、未だ発電効率の変動が発生していた。
特開２００４−１３４４３８号 公報 特開平１１−１０８８６５号 公報 特開２００２−２５２３６１号 公報 However, even when a transparent conductive film evaluated to have the same surface condition by these evaluation techniques was used, fluctuations in power generation efficiency still occurred.
JP 2004-134438 A JP-A-11-108865 JP 2002-252361 A

本発明の目的は、薄膜の表面状態の特性を的確に評価することのできる薄膜特性評価装置及び薄膜特性評価方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the thin film characteristic evaluation apparatus and thin film characteristic evaluation method which can evaluate the characteristic of the surface state of a thin film exactly.

本発明の他の目的は、薄膜の表面状態の特性を的確に評価し、その評価に従って薄膜の表面状態が制御された薄膜太陽電池を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a thin film solar cell in which the characteristics of the surface state of the thin film are accurately evaluated and the surface state of the thin film is controlled according to the evaluation.

以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決する為の手段を説明する。これらの番号・符号は［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにする為に付加されている。但し、付加された番号・符号は［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the [Embodiments of the Invention]. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of the [Embodiments of the Invention]. However, the added numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、
基板上に複数の結晶から構成されて表面に凹凸構造を有する薄膜の所定の領域（２１）において、その複数の結晶のうちの一の頂点（１３）の位置を示す頂点データ及びその一の結晶における頂点（１３）の周囲（２２）の表面形状を示す表面形状データに基いて、その凹凸構造の底面（２３）に形成されるその一の結晶の縁（２４）の重心（１１）を求める重心計算部（２）と、
重心（１１）と頂点（１３）とを結ぶ直線である重心−頂点直線（１４）が、底面（２３）の法線（１５）と成す角度である結晶傾斜角（１６）を算出する結晶傾斜角計算部（３）と、
を備える。
上述の構成により得られる結晶傾斜角は、算出の元となるデータに、結晶間の境界（２２）における膜厚のデータを用いていない。複数の結晶からなる薄膜において、結晶間の境界（２２）部分の膜厚を正確に測定することは、測定機器の性能上困難である。本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、測定機器により容易に測定することのできる頂点（１３）の位置、及び境界の位置に基いて、薄膜表面の形状を示す指標となる結晶傾斜角（１６）を算出することができる。よって、ユーザは薄膜表面の形状を正確に把握することができる。その結晶傾斜角（１６）を指標として薄膜の製膜条件に反映することで、発電効率向上に適した凹凸を持つ表面を安定的に製膜することができる。 The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention comprises:
Vertex data indicating the position of one vertex (13) of the plurality of crystals and the one crystal in a predetermined region (21) of the thin film composed of a plurality of crystals on the substrate and having an uneven structure on the surface The center of gravity (11) of the edge (24) of the one crystal formed on the bottom surface (23) of the concavo-convex structure is obtained based on the surface shape data indicating the surface shape of the periphery (22) of the apex (13). The center of gravity calculator (2);
Crystal tilt for calculating a crystal tilt angle (16), which is an angle formed by a centroid-vertex straight line (14), which is a straight line connecting the centroid (11) and the vertex (13), with the normal (15) of the bottom surface (23). The angle calculator (3);
Is provided.
The crystal tilt angle obtained by the above configuration does not use the data on the film thickness at the boundary (22) between the crystals as the data for calculation. In a thin film composed of a plurality of crystals, it is difficult to accurately measure the film thickness at the boundary (22) portion between the crystals because of the performance of the measuring instrument. The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention is a crystal tilt angle that serves as an index indicating the shape of the thin film surface based on the position of the apex (13) and the position of the boundary that can be easily measured by a measuring instrument. (16) can be calculated. Therefore, the user can accurately grasp the shape of the thin film surface. By reflecting the crystal tilt angle (16) as an index in the film forming conditions of the thin film, it is possible to stably form a surface having irregularities suitable for improving power generation efficiency.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、
更に、
その各結晶について、結晶傾斜角計算部（３）によって計算されたその結晶傾斜角が、予め定められた所定の範囲内に収まっているか否かを判断する結晶傾斜角判断部（４）、
を備える。 The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention comprises:
Furthermore,
For each crystal, a crystal tilt angle determination unit (4) that determines whether the crystal tilt angle calculated by the crystal tilt angle calculation unit (3) is within a predetermined range,
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、
更に、
その複数の結晶のうちで結晶傾斜角判断部（４）によってその結晶傾斜角が所定の範囲内に収まっていると判断された結晶の数が、その複数の結晶の数に対して占める割合である傾斜結晶占有率を算出する占有率算出部（５）、
を備える。
占有率算出部（５）を備えていることにより、その薄膜の所定の領域（１２）における表面状態が、主としてどのような結晶傾斜角をもつ結晶により構成されているかを把握することができる。 The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention comprises:
Furthermore,
Of the plurality of crystals, the ratio of the number of crystals determined by the crystal tilt angle determination unit (4) that the crystal tilt angle is within a predetermined range to the number of the plurality of crystals. Occupancy rate calculation unit (5) for calculating a certain tilted crystal occupancy rate,
Is provided.
By providing the occupancy rate calculation unit (5), it is possible to grasp which crystal inclination angle the surface state of the thin film in the predetermined region (12) is mainly composed of.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）において、
その所定の範囲が、２０°〜５０°であることが好ましい。
本発明の発明者らは、従来考えられていたように透明導電膜の表面構造はピラミッド型が発電効率の向上に最適であるのではなく、その結晶傾斜角が２０°〜５０°であるときに良好な発電効率を示すことを見出した。その結晶傾斜角が２０°より小さいか、または５０°より大きい場合には、発電効率が減少する傾向にある。よって、薄膜の表面状態が、発電効率に有利な状態であるか否かを判断することができる。 In the thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention,
The predetermined range is preferably 20 ° to 50 °.
The inventors of the present invention, as previously considered, have a surface structure of a transparent conductive film in which the pyramid type is not optimal for improving the power generation efficiency, and the crystal inclination angle is 20 ° to 50 °. It has been found that it shows good power generation efficiency. When the crystal tilt angle is smaller than 20 ° or larger than 50 °, the power generation efficiency tends to decrease. Therefore, it can be determined whether the surface state of the thin film is advantageous for power generation efficiency.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、
更に、
占有率算出部により算出されたその傾斜結晶占有率が６０％以上であるか否かを判断する占有率判断部（６）
を備える。
薄膜太陽電池は、ガラス基板上に形成された透明導電膜の表面状態が、結晶傾斜角が２０°〜５０°の範囲に収まる結晶の数が全体の６０％以上を占める状態である場合に、更に良好な発電効率を示す。よって、占有率判断部（６）の判断により、薄膜の表面状態が発電効率に有利な状態であるか否かを、より正確に判断することができる。 The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention comprises:
Furthermore,
Occupancy rate determination unit (6) for determining whether the inclined crystal occupancy rate calculated by the occupancy rate calculation unit is 60% or more
Is provided.
When the surface state of the transparent conductive film formed on the glass substrate is a state in which the number of crystals that fall within a crystal inclination angle of 20 ° to 50 ° occupies 60% or more of the thin film solar cell, Furthermore, it shows good power generation efficiency. Therefore, it is possible to more accurately determine whether or not the surface state of the thin film is advantageous for power generation efficiency by the determination of the occupation rate determination unit (6).

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）は、
更に、
結晶傾斜角計算部（３）により算出された結晶傾斜角（１６）及び占有率算出部（５）により算出されたその占有率とに基いて、結晶傾斜角をＸ軸とし、占有率をＹ軸としたスペクトルが、単一のピークを示しているかどうかを判断する度数分布判断部（７）、
を備える。
度数分布判断部（７）の判断により、その薄膜の表面における結晶傾斜角の頻度分布が２つ以上のピークを有しているがために、表面状態が全体としてが望む状態であると誤判断する可能性を排除することができる。 The thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention comprises:
Furthermore,
Based on the crystal tilt angle (16) calculated by the crystal tilt angle calculation section (3) and the occupancy ratio calculated by the occupancy ratio calculation section (5), the crystal tilt angle is taken as the X axis, and the occupancy ratio is defined as Y. A frequency distribution determination unit (7) for determining whether or not the spectrum as an axis indicates a single peak;
Is provided.
According to the determination of the frequency distribution determination unit (7), since the frequency distribution of the crystal inclination angle on the surface of the thin film has two or more peaks, it is erroneously determined that the surface state is the desired state as a whole. The possibility of doing so can be eliminated.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）において、
度数分布判断部（７）は、そのスペクトルが、自由度４〜２０のχ2分布に従っているか否かを判断する。
度数分布判断部（７）により、自由度が４〜２０のχ2分布に従うと判断されたスペクトルは、所定の領域（２１）における複数の結晶の各々の結晶傾斜角が、単一のピークを持つ頻度分布に従っていることより確実に示す。よって、度数分布判断部（７）の判断により、その薄膜の表面における結晶傾斜角の頻度分布が２つ以上のピークを有しているがために、表面状態が全体としてが望む状態であると誤判断する可能性をより排除することができる。 In the thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention,
Frequency distribution determining section (7), the spectrum is, determines whether the follow chi 2 distribution with degrees of freedom 4-20.
The spectrum determined by the frequency distribution determining unit (7) to follow the χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom has a single peak in each crystal tilt angle of the plurality of crystals in the predetermined region (21). It shows more reliably than following the frequency distribution. Therefore, according to the determination of the frequency distribution determination unit (7), the frequency distribution of the crystal inclination angle on the surface of the thin film has two or more peaks, so that the surface state is the desired state as a whole. The possibility of misjudgment can be further eliminated.

本発明に係る薄膜特性評価装置（１）において、
その基板は、ガラス基板であり、その結晶は透明導電膜であることが好ましい。 In the thin film property evaluation apparatus (1) according to the present invention,
The substrate is a glass substrate, and the crystal is preferably a transparent conductive film.

本発明に係る薄膜太陽電池（１０）は、
ＴＣＯ(Transparent Conductive Oxide:透明導電性酸化物)結晶を含む透明導電膜を有する薄膜太陽電池であって、
そのＴＣＯ結晶が、本発明に係る薄膜特性評価装置（１）によって、その傾斜結晶占有率が６０％以上であると判断された薄膜太陽電池である。この判断により、薄膜太陽電池を選別することで、発電効率の低い薄膜太陽電池を排除することが容易となる。 The thin film solar cell (10) according to the present invention is:
A thin film solar cell having a transparent conductive film including a TCO (Transparent Conductive Oxide) crystal,
The TCO crystal is a thin-film solar cell whose gradient crystal occupancy is determined to be 60% or more by the thin-film characteristic evaluation apparatus (1) according to the present invention. By this determination, it becomes easy to eliminate the thin film solar cells with low power generation efficiency by selecting the thin film solar cells.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
基板上に複数の結晶から構成されて表面に凹凸構造を有する薄膜の所定の領域（２１）において、その複数の結晶のうちの一の頂点（１３）の位置を示す頂点データ及びその一の結晶における頂点（１３）の周囲（２２）の表面形状を示す表面形状データに基いて、その凹凸構造の底面（２３）に形成されるその一の結晶の縁（２４）の重心（１１）を求めるステップ（ステップＳ１０）と、
重心（１１）と頂点（１３）とを結ぶ重心−頂点直線（１４）が、底面（２３）の法線（１５）と成す角度である結晶傾斜角（１６）を算出するステップ（ステップＳ２０）と、
を備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
Vertex data indicating the position of one vertex (13) of the plurality of crystals and the one crystal in a predetermined region (21) of the thin film composed of a plurality of crystals on the substrate and having an uneven structure on the surface The center of gravity (11) of the edge (24) of the one crystal formed on the bottom surface (23) of the concavo-convex structure is obtained based on the surface shape data indicating the surface shape of the periphery (22) of the apex (13). Step (step S10);
A step of calculating a crystal tilt angle (16), which is an angle formed by a centroid-vertex line (14) connecting the centroid (11) and the vertex (13) with a normal (15) of the bottom surface (23) (step S20). When,
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
更に、
結晶傾斜角（１６）が、予め定められた所定の範囲内に収まっているか否かを判断する結晶傾斜角判断ステップ（ステップＳ３０）、
を備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
Furthermore,
A crystal tilt angle determination step (step S30) for determining whether or not the crystal tilt angle (16) is within a predetermined range.
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
更に、
所定の領域（２１）において、その所定の範囲に収まっていると判断された結晶の数が、所定の領域（２１）に含まれる結晶の数に対して占める割合である傾斜結晶占有率を算出するステップ占有率算出ステップ（ステップＳ４０）、
を備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
Furthermore,
In the predetermined region (21), a tilted crystal occupancy ratio, which is a ratio of the number of crystals determined to be within the predetermined range to the number of crystals included in the predetermined region (21), is calculated. Step occupancy calculating step (step S40),
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価方法において、
その所定の範囲は、２０°〜５０°であることが好ましい。 In the thin film property evaluation method according to the present invention,
The predetermined range is preferably 20 ° to 50 °.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
更に、
占有率算出ステップ（Ｓ４０）において算出されたその傾斜結晶占有率が６０％以上であるか否かを判断する占有率判断ステップ（ステップＳ５０）、
を備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
Furthermore,
Occupancy rate determination step (step S50) for determining whether the inclined crystal occupancy rate calculated in the occupancy rate calculation step (S40) is 60% or more,
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
更に、
結晶傾斜角計算部（３）により算出された結晶傾斜角（１６）と占有率算出部により算出されたその占有率とに基いて、結晶傾斜角（１６）をＸ軸とし、占有率をＹ軸としたスペクトルが、単一のピークを示しているかどうかを判断する度数分布判断ステップ（ステップＳ６０）
を備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
Furthermore,
Based on the crystal inclination angle (16) calculated by the crystal inclination angle calculation section (3) and the occupancy ratio calculated by the occupancy ratio calculation section, the crystal inclination angle (16) is taken as the X axis, and the occupancy ratio is defined as Y. Frequency distribution determining step for determining whether or not the spectrum as an axis indicates a single peak (step S60)
Is provided.

本発明に係る薄膜特性評価方法は、
その度数分布判断ステップ（Ｓ６０）は、そのスペクトルが、自由度４〜２０のχ2分布に従っているか否かを判断するステップを備える。 The thin film property evaluation method according to the present invention is as follows:
The frequency distribution determining step (S60) includes a step of determining whether or not the spectrum follows a χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom.

本発明に係る薄膜太陽電池（１０）は、
ガラス基板と、
そのガラス基板上に形成された透明導電膜と、
その透明導電膜上に形成された半導体膜と、
その半導体膜上に形成された裏面電極膜と、
を備え、
その透明導電膜のその半導体膜側の表面は、本発明に係る薄膜特性評価装置（１）によって傾斜結晶占有率が６０％以上であると判断されるものである。 The thin film solar cell (10) according to the present invention is:
A glass substrate;
A transparent conductive film formed on the glass substrate;
A semiconductor film formed on the transparent conductive film;
A back electrode film formed on the semiconductor film;
With
The surface of the transparent conductive film on the side of the semiconductor film is determined to have an inclined crystal occupancy ratio of 60% or more by the thin film characteristic evaluation apparatus (1) according to the present invention.

本発明に係る薄膜太陽電池（１０）は、
その透明導電膜のその半導体膜側の表面が、本発明に係る薄膜特性評価装置（１）によって、そのスペクトルが単一のピークを示していると判断される。 The thin film solar cell (10) according to the present invention is:
The surface of the transparent conductive film on the semiconductor film side is determined by the thin film characteristic evaluation apparatus (1) according to the present invention to have a single peak in the spectrum.

本発明に係る薄膜太陽電池（１０）は、
その透明導電膜のその半導体膜側の表面が、本発明に係る薄膜特性評価装置（１）によって、そのスペクトルが自由度４〜２０のχ２分布に従っていると判断される。 The thin film solar cell (10) according to the present invention is:
The surface of the transparent conductive film on the semiconductor film side is determined by the thin film characteristic evaluation apparatus (1) according to the present invention that the spectrum follows a χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom.

本発明に係る薄膜特性評価プログラム（９）は、
本発明に係る薄膜特性評価方法を、コンピュータによって実現させる為のプログラムである。 The thin film characteristic evaluation program (9) according to the present invention is:
It is a program for realizing the thin film property evaluation method according to the present invention by a computer.

本発明に依れば、薄膜の表面状態の特性を的確に評価することのできる薄膜特性評価装置及び薄膜特性評価方法が提供される。   According to the present invention, a thin film characteristic evaluation apparatus and a thin film characteristic evaluation method capable of accurately evaluating the characteristics of the surface state of a thin film are provided.

更に、本発明に依れば、薄膜の表面状態の特性を的確に評価し、その評価に従って薄膜の表面状態が制御された薄膜太陽電池が提供される。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a thin film solar cell in which the characteristics of the surface state of the thin film are accurately evaluated and the surface state of the thin film is controlled according to the evaluation.

（構成）
以下に図面を参照して実施の形態について説明する。本実施の形態に係る薄膜特性評価装置１は、パーソナルコンピュータなどに例示される情報処理装置である。図１は本実施の形態に係る薄膜特性評価装置１の構成を概略的に示す図である。薄膜特性評価装置１は、演算処理装置８、ハードディスクに例示される記憶部２０、ＲＡＭに例示されるメモリ１７、ディスプレイに例示される表示部１９、マウスやキーボード、通信回線と接続した通信ポートに例示される入力部１８を備える。 (Constitution)
Embodiments will be described below with reference to the drawings. The thin film property evaluation apparatus 1 according to the present embodiment is an information processing apparatus exemplified by a personal computer. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a thin film property evaluation apparatus 1 according to the present embodiment. The thin film characteristic evaluation apparatus 1 includes an arithmetic processing unit 8, a storage unit 20 exemplified by a hard disk, a memory 17 exemplified by a RAM, a display unit 19 exemplified by a display, a mouse and a keyboard, and a communication port connected to a communication line. The illustrated input unit 18 is provided.

薄膜特性評価装置１には、薄膜特性評価プログラムとして、重心計算部２、結晶傾斜角計算部３、結晶傾斜角判断部４、占有率算出部５、及び度数分布判断部７が演算処理装置８にインストールされている。   The thin film property evaluation apparatus 1 includes, as a thin film property evaluation program, a centroid calculation unit 2, a crystal inclination angle calculation unit 3, a crystal inclination angle determination unit 4, an occupation rate calculation unit 5, and a frequency distribution determination unit 7. Installed on.

記憶部２０には、透明導電膜の所定の領域２１における結晶の数を示す結晶数データ、各結晶の頂点１３の位置を示す頂点データ(Tx,Ty,Tz)、頂点１３の周囲２２での表面形状を示す表面形状データ（Sx,Sy,Sz）、が格納されている。図５を参照して、ある結晶についての頂点データ及び表面形状データが示す内容を説明する。表面形状データは、頂点１３の周囲２２の表面形状を、基板平面上での二次元位置（Sx,Sy）と、基板平面からの高さ(Sz)を用いて三次元的に表現している。また、頂点データは、頂点１３の位置を、基板平面上の位置（Tx,Ty）と基板からの高さ（Tｚ）により三次元的に示している。尚、ここで、表面形状データは、一の結晶と隣りの結晶との境界２５における高さを示すデータを含んでいない。境界２５部分の高さは正確な測定が困難であり、境界２５部分の高さについてのデータを排除することで正確に表面形状を評価することができる。   The storage unit 20 stores crystal number data indicating the number of crystals in a predetermined region 21 of the transparent conductive film, vertex data (Tx, Ty, Tz) indicating the position of the vertex 13 of each crystal, Surface shape data (Sx, Sy, Sz) indicating the surface shape is stored. With reference to FIG. 5, the contents of vertex data and surface shape data for a certain crystal will be described. The surface shape data represents the surface shape of the periphery 22 of the apex 13 in a three-dimensional manner using the two-dimensional position (Sx, Sy) on the substrate plane and the height (Sz) from the substrate plane. . The vertex data indicates the position of the vertex 13 three-dimensionally by a position (Tx, Ty) on the substrate plane and a height (Tz) from the substrate. Here, the surface shape data does not include data indicating the height at the boundary 25 between one crystal and the adjacent crystal. It is difficult to accurately measure the height of the boundary 25 portion, and the surface shape can be accurately evaluated by eliminating the data on the height of the boundary 25 portion.

図４は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope:原子間力電子顕微鏡やＳＰＭ（scanning probe microscope:走査型プローブ顕微鏡）等によって取得された透明導電膜の表面の三次元データを示している。半導体導電膜の表面をこれらの測定機器で測定することにより、透明導電膜の所定の領域２１における表面の形状を基板平面上の座標（ｘ、ｙ）と、基板からの厚み（t）とで表す三次元データ(x,y,t)が取得される。取得された三次元データから、加工処理を施して、上述の結晶数データ、頂点データ、及び表面形状データが生成される。透明導電膜の表面の三次元データからこれらのデータを生成する方法については、特開２００４‐１３４４３８に記載の方法が用いられる。即ち、所定の領域２１における三次元データ（x,y,t）から、境界２５の位置が生成される。続いて、境界２５で囲まれた領域が結晶として定義される。所定の領域２１内では複数の結晶が定義されるので、これにより結晶数データが生成される。また、各結晶の頂点の位置が、頂点データ(Tx,Ty,Tz)として定義され、更にその周囲２２の表面形状が表面形状データ(Sx,Sy,Sz)として定義される。生成された頂点データ及び表面形状データに基いて、各結晶の縁２４が検出される。即ち、頂点１３の座標から、表面形状データが表す表面形状を底面２３まで外挿し、底面２３と外挿された表面形状とが交わることで形成される縁２４が検出される。ここで、底面２３は、図３Ａ、Ｂに示されるように、凹凸構造の底面を示している。すなわち、底面２３は、所定の領域２１内における三次元データにおいて最も厚みが小さい点を通り、且つ、基板平面と平行な平面である。画像に変換したデータと比較し、95％以上の結晶において粒界が規定されるよう、縁２４の検出を調整することが好ましい。生成されたこれらのデータは、入力部１８を介して外部から薄膜特性評価装置１の記憶部２０に格納される。   4 shows three-dimensional data of the surface of the transparent conductive film obtained by an AFM (Atomic Force Microscope), an SPM (scanning probe microscope), etc. By measuring the surface with these measuring devices, the three-dimensional data representing the shape of the surface of the transparent conductive film in the predetermined region 21 by coordinates (x, y) on the substrate plane and thickness (t) from the substrate. (x, y, t) is acquired, and the above-mentioned crystal number data, vertex data, and surface shape data are generated from the acquired three-dimensional data, and the surface of the transparent conductive film is generated. A method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-134438 is used to generate these data from the three-dimensional data, that is, the position of the boundary 25 from the three-dimensional data (x, y, t) in the predetermined region 21. Produced Subsequently, a region surrounded by the boundary 25 is defined as a crystal, and a plurality of crystals are defined in the predetermined region 21. Thus, crystal number data is generated. Is defined as vertex data (Tx, Ty, Tz), and the surface shape of the periphery 22 is defined as surface shape data (Sx, Sy, Sz). Accordingly, the edge 24 of each crystal is detected, that is, formed by extrapolating the surface shape represented by the surface shape data to the bottom surface 23 from the coordinates of the vertex 13 and intersecting the bottom surface 23 and the extrapolated surface shape. 3A and B, the bottom surface 23 indicates the bottom surface of the concavo-convex structure, that is, the bottom surface 23 is the three-dimensional data in the predetermined region 21. Pass through the point where the thickness is the smallest and It is preferable to adjust the detection of the edge 24 so that the grain boundaries are defined in more than 95% of the crystals compared to the data converted into the image. Data is stored in the storage unit 20 of the thin film property evaluation apparatus 1 from the outside via the input unit 18.

重心計算部２は、各結晶についての縁２４のデータを参照して、図５の上側の図に示されるように、縁２４により形成される二次元図形の重心１１を計算する機能を実現する。   The center-of-gravity calculation unit 2 refers to the data of the edge 24 for each crystal and realizes the function of calculating the center of gravity 11 of the two-dimensional figure formed by the edge 24 as shown in the upper diagram of FIG. .

結晶傾斜角計算部３は、各結晶についての頂点データを参照して、図５の下側の図に示す様に、重心１１と頂点１３とを結ぶ重心−頂点直線１４が底面２３の法線１５と成す角度を計算する機能を実現する。結晶傾斜角計算部３は、計算した角度を結晶傾斜角１６として結晶の夫々を特定する情報と対応付けて結晶傾斜角判断部４及び度数分布判断部７に通知する。   The crystal inclination angle calculation unit 3 refers to the vertex data for each crystal, and the centroid-vertex line 14 connecting the centroid 11 and the vertex 13 is the normal of the bottom surface 23 as shown in the lower diagram of FIG. The function of calculating the angle formed by 15 is realized. The crystal tilt angle calculation unit 3 notifies the crystal tilt angle determination unit 4 and the frequency distribution determination unit 7 of the calculated angle as the crystal tilt angle 16 in association with information specifying each crystal.

結晶傾斜角判断部４は、結晶傾斜角計算部３から通知された結晶傾斜角１６が、２０°〜５０°の範囲内であるか否かを判断する機能を実現する。更に、結晶傾斜角判断部４は、その判断結果の情報を、基板表面平面２３上の座標データ等の結晶を特定する情報と関連付けて記憶部２０に格納する。   The crystal tilt angle determination unit 4 realizes a function of determining whether or not the crystal tilt angle 16 notified from the crystal tilt angle calculation unit 3 is within a range of 20 ° to 50 °. Further, the crystal tilt angle determination unit 4 stores information on the determination result in the storage unit 20 in association with information for specifying a crystal such as coordinate data on the substrate surface plane 23.

占有率算出部５は、記憶部２０に格納された結晶数データ及び各結晶についての結晶傾斜各判断部４による判断結果を参照して、結晶傾斜角が２０°〜５０°の範囲内にある結晶の数が所定の領域２１に含まれる結晶の数のうちで占める割合である晶占有率を算出する機能を実現する。更に、占有率算出部５は、算出した傾斜結晶占有率を占有率判断部６に通知する。   The occupancy rate calculation unit 5 refers to the crystal number data stored in the storage unit 20 and the determination result of each crystal tilt determination unit 4 for each crystal, and the crystal tilt angle is in the range of 20 ° to 50 °. A function of calculating a crystal occupancy ratio, which is a ratio of the number of crystals in the number of crystals included in the predetermined region 21, is realized. Furthermore, the occupation rate calculation unit 5 notifies the occupation rate determination unit 6 of the calculated inclined crystal occupation rate.

占有率判断部６は、占有率算出部５より通知された傾斜結晶占有率が、６０％以上であるか否かを判断する機能を実現する。更に、占有率判断部６は傾斜結晶占有率の判断結果を、基板上の座標データ等の透明導電膜の所定の領域２１を特定する情報と関連付けて記憶部２０に格納するとともに、表示部１９に表示する機能を実現する。   The occupancy rate determination unit 6 realizes a function of determining whether or not the tilted crystal occupancy rate notified from the occupancy rate calculation unit 5 is 60% or more. Further, the occupancy rate determination unit 6 stores the determination result of the tilted crystal occupancy rate in the storage unit 20 in association with information specifying the predetermined region 21 of the transparent conductive film such as coordinate data on the substrate, and the display unit 19 Realize the function to display.

度数分布判断部７は、結晶傾斜角計算部３より通知された各結晶の結晶傾斜角についての情報に基いて、図６に示すように、結晶傾斜角をＸ軸、占有率をＹ軸としたスペクトルを作成する。更に、度数分布判断部７は、そのスペクトルが単一のピークを示しているか否かを判断する機能を実現する。更に、度数分布判断部７は、そのスペクトルが自由度４〜２０のχ2分布に従っているか否かを判断する機能を実現する。更に、度数分布判断部７は、判断した結果を、透明導電膜の所定の領域２１を特定する情報と関連付けて記憶部２０に格納するとともに、表示部１９に表示する機能を実現する。 Based on the information about the crystal tilt angle of each crystal notified from the crystal tilt angle calculation unit 3, the frequency distribution determination unit 7 uses the crystal tilt angle as the X axis and the occupation ratio as the Y axis as shown in FIG. Create the spectrum. Furthermore, the frequency distribution determination unit 7 realizes a function of determining whether or not the spectrum shows a single peak. Further, the frequency distribution determination unit 7 realizes a function of determining whether or not the spectrum follows a χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom. Further, the frequency distribution determination unit 7 stores the determination result in association with information specifying the predetermined region 21 of the transparent conductive film in the storage unit 20 and realizes a function of displaying on the display unit 19.

（動作）
続いて、本実施の形態に係る薄膜特性評価方法について説明する。 (Operation)
Subsequently, the thin film property evaluation method according to the present embodiment will be described.

まず、本実施の形態においては、薄膜特性評価の対象として薄膜太陽電池の透明導電膜を用いた場合について説明する。薄膜太陽電池は、ガラス基板上にＴＣＯ結晶からなる透明導電膜、主としてＳｉからなる半導体膜（p層、i層、n層）、及び裏面電極膜、が順次積層した構成を有する。半導体膜はアモルファス型シリコンであっても良いし、図１０に示すようなアモルファス型シリコンに微結晶型シリコンを直列に積層したタンデム型でも良い。   First, in the present embodiment, a case where a transparent conductive film of a thin film solar cell is used as an object for thin film characteristic evaluation will be described. A thin film solar cell has a structure in which a transparent conductive film made of TCO crystal, a semiconductor film (p layer, i layer, n layer) mainly made of Si, and a back electrode film are sequentially laminated on a glass substrate. The semiconductor film may be amorphous silicon or a tandem type in which microcrystalline silicon is stacked in series on amorphous silicon as shown in FIG.

薄膜太陽電池における透明導電膜の表面、即ち透明導電膜の半導体膜側の表面形状を測定する為には、Ｓｉを主とする半導体膜を除去する必要がある。半導体膜を除去する方法としては、薄膜太陽電池を、２５℃、２２vol%の硝酸中に１５分間浸漬させて裏面電極膜を除去した後、６０℃、２０質量％の水酸化カリウム水溶液中に１５分間浸漬させてシリコンを主成分とする半導体膜をエッチングする方法がある。透明導電膜を構成するＴＣＯ結晶の構造、透過率、反射率、及び電気特性に対する影響がないために、このようにエッチング処理を２段階にわけて施すことが好ましい。   In order to measure the surface of the transparent conductive film in the thin film solar cell, that is, the surface shape of the transparent conductive film on the semiconductor film side, it is necessary to remove the semiconductor film mainly composed of Si. As a method for removing the semiconductor film, a thin film solar cell is immersed in nitric acid at 25 ° C. and 22 vol% for 15 minutes to remove the back electrode film, and then 15% in a 20% by mass potassium hydroxide aqueous solution at 60 ° C. There is a method in which a semiconductor film containing silicon as a main component is etched by being immersed for a minute. Since there is no influence on the structure, transmittance, reflectance, and electrical characteristics of the TCO crystal constituting the transparent conductive film, it is preferable to perform the etching process in two stages as described above.

このようにして透明導電膜の表面を露出させたサンプルをＡＦＭ等を用いて測定し、透明導電膜の表面形状の三次元データを取得する。図４はその三次元データの例を示す図である。図４に示す様に、その三次元データは、透明導電膜の表面形状を、基板表面を含む二次元平面である基板平面２３上の位置（x,y）と、基板からの高さ（ｔ）を用いて示している。その三次元データに既知の処理を施して、所定の領域における結晶の数を示す結晶数データ、各結晶の頂点の三次元的な位置を示す頂点データ（Tx,Ty,Tz）、及び頂点１３の周囲２２の表面形状を示す表面形状データ（Sx、Sy、Sz）が生成される。生成された結晶数データ、頂点データ、及び表面形状データは、入力部１８を介して薄膜特性評価装置１に入力され、薄膜特性評価装置の記憶部２０に格納される。   Thus, the sample which exposed the surface of the transparent conductive film is measured using AFM etc., and the three-dimensional data of the surface shape of a transparent conductive film is acquired. FIG. 4 is a diagram showing an example of the three-dimensional data. As shown in FIG. 4, the three-dimensional data includes the surface shape of the transparent conductive film, the position (x, y) on the substrate plane 23 that is a two-dimensional plane including the substrate surface, and the height (t ). The three-dimensional data is subjected to known processing to obtain crystal number data indicating the number of crystals in a predetermined region, vertex data (Tx, Ty, Tz) indicating the three-dimensional position of each crystal vertex, and vertex 13 Surface shape data (Sx, Sy, Sz) indicating the surface shape of the periphery 22 is generated. The generated crystal number data, vertex data, and surface shape data are input to the thin film property evaluation apparatus 1 via the input unit 18 and stored in the storage unit 20 of the thin film property evaluation apparatus.

図２は、本実施の形態に係る薄膜特性評価方法の動作の流れを示すフローチャートである。本実施の形態に係る薄膜特性評価方法は、画像データへ変換するステップ（ステップＳ１）、空間フィルタ処理を行うステップ（ステップＳ２）、重心を計算するステップ（ステップＳ１０）、結晶傾斜角を算出するステップ（ステップＳ２０）、結晶傾斜角を判断するステップ（ステップＳ３０）、傾斜結晶占有率を算出するステップ（ステップＳ４０）、傾斜結晶占有率を判断するステップ（ステップＳ５０）、度数分布を判断するステップ（ステップＳ６０）、及び出力するステップ（ステップＳ７０）を備えている。   FIG. 2 is a flowchart showing an operation flow of the thin film property evaluation method according to the present embodiment. In the thin film property evaluation method according to the present embodiment, the step of converting to image data (step S1), the step of performing spatial filtering (step S2), the step of calculating the center of gravity (step S10), and the crystal tilt angle are calculated. Step (Step S20), Step for determining crystal tilt angle (Step S30), Step for calculating tilt crystal occupancy (Step S40), Step for determining tilt crystal occupancy (Step S50), Step for determining frequency distribution (Step S60) and an output step (Step S70).

ステップＳ１０
画像データ変換ステップ及び空間フィルタ処理ステップにより、所定の領域２１内での境界２５が定義され、結晶の位置が定義された後に、ステップＳ１０にて、重心計算部２が記憶部２０に格納された表面形状データ及び頂点データを参照して、所定の領域２１における複数の結晶のうちの一の結晶について、頂点１３の周囲２２の表面形状を底面２３まで外挿し、底面２３上で結晶の縁２４が形成する図形の重心１１の位置情報を計算する。重心計算部２は、計算した重心１１の位置情報を結晶傾斜角算出部３へ通知して、ステップＳ２０へ進む。 Step S10
After the boundary 25 in the predetermined region 21 is defined by the image data conversion step and the spatial filter processing step and the position of the crystal is defined, the centroid calculation unit 2 is stored in the storage unit 20 in step S10. With reference to the surface shape data and the vertex data, for one of the plurality of crystals in the predetermined region 21, the surface shape of the periphery 22 of the vertex 13 is extrapolated to the bottom surface 23, and the edge 24 of the crystal is formed on the bottom surface 23. The position information of the center of gravity 11 of the figure formed by is calculated. The center-of-gravity calculation unit 2 notifies the calculated position information of the center of gravity 11 to the crystal inclination angle calculation unit 3, and proceeds to step S20.

ステップＳ２０
続いて、結晶傾斜角算出部３が、記憶部２０に格納された頂点データと結晶傾斜角算出部３より通知された重心１１の位置情報とに基いて、重心１１と頂点1３を結ぶ直線が、底面２３の法線１５と成す角度である結晶傾斜角１６を算出する。結晶傾斜角算出部３は、算出した結晶傾斜角１６を結晶傾斜角判断部４及び度数分布判断部７に通知して次のステップＳ３０へ進む。 Step S20
Subsequently, the crystal inclination angle calculation unit 3 creates a straight line connecting the gravity center 11 and the vertex 13 based on the vertex data stored in the storage unit 20 and the positional information of the gravity center 11 notified from the crystal inclination angle calculation unit 3. Then, a crystal tilt angle 16 that is an angle formed with the normal line 15 of the bottom surface 23 is calculated. The crystal tilt angle calculation unit 3 notifies the calculated crystal tilt angle 16 to the crystal tilt angle determination unit 4 and the frequency distribution determination unit 7, and proceeds to the next step S30.

ステップＳ３０
次に、結晶傾斜角判断部４が、結晶傾斜角算出部３より通知された結晶傾斜角が所定の範囲内であるか否かを判断する。更に、結晶傾斜角判断部４は、その判断結果を結晶を特定する情報と関連付けて記憶部２０に格納する。尚、その所定の範囲内は、その結晶が有する光閉じ込め効果の観点から、２０°〜５０°に設定しておくことが好ましい。即ち、結晶傾斜角が２０°〜５０°の結晶が多数を占める透明導電膜においては良好な発電効率を得られる傾向にある。一方、結晶傾斜角が２０°より小さいか、又は、５０°よりも大きい結晶が多数を占める透明導電膜では、十分な発電効率が得られない傾向にある。よって、ステップＳ３０による判断により、薄膜の表面状態が発電効率に有利な状態であるか否かを判別することができる。 Step S30
Next, the crystal tilt angle determination unit 4 determines whether or not the crystal tilt angle notified from the crystal tilt angle calculation unit 3 is within a predetermined range. Further, the crystal tilt angle determination unit 4 stores the determination result in the storage unit 20 in association with information for specifying a crystal. The predetermined range is preferably set to 20 ° to 50 ° from the viewpoint of the light confinement effect of the crystal. That is, good power generation efficiency tends to be obtained in a transparent conductive film in which a large number of crystals having a crystal inclination angle of 20 ° to 50 ° are present. On the other hand, in a transparent conductive film in which a large number of crystals have a crystal inclination angle smaller than 20 ° or larger than 50 °, sufficient power generation efficiency tends not to be obtained. Therefore, whether or not the surface state of the thin film is advantageous for power generation efficiency can be determined by the determination in step S30.

次に、所定の領域内において、上述のステップＳ１０〜ステップＳ３０までの処理が行われていない結晶が未だ存在する場合にはステップＳ１０の処理へと戻り、全ての結晶について処理が行われた場合には、ステップＳ４０へと進む。   Next, when there are crystals that have not been subjected to the above-described steps S10 to S30 in the predetermined region, the process returns to step S10, and all the crystals have been processed. Then, the process proceeds to step S40.

ステップＳ４０
続いて、占有率算出部５が、ステップＳ３０にて結晶傾斜角が所定の範囲内であると判断された結晶の数が、所定の領域内の結晶の数に対して占める割合である占有率を算出する。占有率算出部５は、算出した占有率を表示部１９に表示するとともに占有率判断部６に通知してステップＳ５０へ進む。 Step S40
Subsequently, the occupation ratio, which is the ratio of the number of crystals, for which the crystal inclination angle is determined to be within the predetermined range in step S30, to the number of crystals in the predetermined area by the occupation ratio calculation unit 5 Is calculated. The occupation rate calculation unit 5 displays the calculated occupation rate on the display unit 19 and notifies the occupation rate determination unit 6 to proceed to step S50.

ステップＳ５０
ステップＳ４０にて、占有率判断部６に傾斜結晶占有率が通知されると、ステップＳ５０にて占有率判断部６が、通知された傾斜結晶占有率が６０％以上であるか否かを判断する。占有率判断部６は、ステップＳ４０における判断結果を、その領域を特定する情報と対応付けて表示部１９に表示するとともに、記憶部２０へ格納した後、ステップＳ６０へ進む。図７は薄膜太陽電池の初期のセル効率を示すグラフであり、結晶傾斜角が２０°〜５０°である結晶の割合をＸ軸とし、サンプルの発電効率を標準品の発電効率で除算して百分率で表示した数字をＹ軸とした場合のグラフを示している。図７に示されるように、結晶傾斜角が２０°〜５０°である結晶の割合が６０％をこえる透明導電膜を含む薄膜太陽電池は、標準品よりも良好な発電効率を示している。また、図示していないが、薄膜太陽電池の安定化後のグラフも、初期におけるグラフと同様の傾向である。よって、ステップＳ４０による判断により、薄膜の表面状態が発電効率に有利な状態であるか否かを更に詳細に判別することができる。 Step S50
In step S40, when the occupancy rate determination unit 6 is notified of the inclined crystal occupancy rate, in step S50, the occupancy rate determination unit 6 determines whether the notified inclined crystal occupancy rate is 60% or more. To do. The occupation rate determination unit 6 displays the determination result in step S40 on the display unit 19 in association with the information specifying the area, and stores the result in the storage unit 20, and then proceeds to step S60. FIG. 7 is a graph showing the initial cell efficiency of a thin-film solar cell, where the ratio of crystals having a crystal tilt angle of 20 ° to 50 ° is taken as the X axis, and the power generation efficiency of the sample is divided by the power generation efficiency of the standard product. The graph when the number displayed in percentage is the Y-axis is shown. As shown in FIG. 7, a thin film solar cell including a transparent conductive film having a crystal inclination angle of 20 ° to 50 ° exceeding 60% shows better power generation efficiency than a standard product. Although not shown, the graph after stabilization of the thin-film solar cell has the same tendency as the graph in the initial stage. Therefore, it can be determined in more detail whether or not the surface state of the thin film is advantageous for power generation efficiency by the determination in step S40.

ステップＳ６０
図６は、結晶傾斜角をＸ軸とし、占有率をＹ軸とたときのスペクトルの例である。度数分布判断部７は、ステップＳ２０において結晶傾斜角算出部３より通知された結晶傾斜角と、記憶部２０に格納された結晶数データに基いて、図６に例示されるようなスペクトルを作成する。更に、度数分布判断部７は、スペクトルが単一のピークを形成しているか否かを判断する。図９は、図６に例示されるスペクトルに自由度８のχ２分布のスペクトルを重ねたときの図である。度数分布判断部７は、図９に示されるように、結晶傾斜角をＸ軸とし、占有率をＹ軸としたときのスペクトルが、自由度４〜２０のχ2分布に近似できるか否かを判断する。 Step S60
FIG. 6 is an example of a spectrum when the crystal tilt angle is taken as the X axis and the occupation ratio is taken as the Y axis. The frequency distribution determination unit 7 creates a spectrum as illustrated in FIG. 6 based on the crystal tilt angle notified from the crystal tilt angle calculation unit 3 in step S20 and the crystal number data stored in the storage unit 20. To do. Further, the frequency distribution determination unit 7 determines whether or not the spectrum forms a single peak. FIG. 9 is a diagram when a spectrum of χ 2 distribution with 8 degrees of freedom is superimposed on the spectrum illustrated in FIG. 6. Frequency distribution determining unit 7, as shown in FIG. 9, the crystals inclination angle to the X axis, the spectrum when the occupancy is Y-axis, whether it approximates the chi 2 distribution with degrees of freedom 4-20 Judging.

ステップＳ７０
最後に、度数分布判断部７は、ステップＳ６０における判断結果をその領域を特定する情報と対応付けて表示部１９に表示するとともに、記憶部２０へと格納する。 Step S70
Finally, the frequency distribution determination unit 7 displays the determination result in step S60 on the display unit 19 in association with the information for specifying the region, and stores it in the storage unit 20.

上述のステップＳ１０〜Ｓ７０までの一連の処理を終了して、本実施の形態における薄膜特性評価方法の動作を終了する。   A series of processes from the above-described steps S10 to S70 are finished, and the operation of the thin film characteristic evaluation method in the present embodiment is finished.

（作用・効果）
本実施の形態に依れば、所定の領域における各結晶の頂点データ（Tx,Ty,Tz）と、頂点の周辺の表面形状を示す表面形状データ（Sx,Sy,Sz）のみに基いて、透明導電膜の表面形状を示す指標となる結晶傾斜角を算出することができる。傾斜結晶角算出の元となるデータは、隣りの結晶との境界部分の高さの位置情報を含んでいない。図３Ｂにて線で囲まれた部分のように、透明導電膜の膜厚が急激に谷に落ち込むようにして境界が形成されている部分においては、膜厚（高さ）を既存の測定機器においては正確に測定することは困難である。よって、本実施の形態に依れば、境界部分の高さの位置情報を結晶角算出の元としていないことにより、透明導電膜の表面形状をより的確に把握することができる。 (Action / Effect)
According to the present embodiment, based only on the vertex data (Tx, Ty, Tz) of each crystal in a predetermined region and the surface shape data (Sx, Sy, Sz) indicating the surface shape around the vertex, It is possible to calculate a crystal tilt angle that serves as an index indicating the surface shape of the transparent conductive film. The data that is the basis for calculating the tilted crystal angle does not include positional information on the height of the boundary with the adjacent crystal. In the part where the boundary is formed so that the film thickness of the transparent conductive film falls rapidly into the valley, as in the part surrounded by the line in FIG. 3B, the film thickness (height) is measured using the existing measuring device. In this case, it is difficult to measure accurately. Therefore, according to the present embodiment, the surface shape of the transparent conductive film can be grasped more accurately by not using the positional information on the height of the boundary portion as the source of the crystal angle calculation.

さらに、本実施の形態によれば、薄膜太陽電池に用いられた透明導電膜において、結晶傾斜角が２０°〜５０°を有する結晶が全体の６０％以上を超えているか否かを判断することができる。この判断により、ある薄膜太陽電池が、その透明導電膜の表面形状を示すデータから、高い発電効率を示すものであるか否かを判別することができる。よって、高い発電効率を示す薄膜太陽電池と低い発電効率を示す薄膜太陽電池との選別をより的確に行うことができる。   Furthermore, according to this Embodiment, in the transparent conductive film used for the thin film solar cell, it is judged whether the crystal | crystallization which has a crystal inclination angle of 20 degrees-50 degrees exceeds 60% or more of the whole. Can do. By this determination, it can be determined whether or not a certain thin-film solar cell exhibits high power generation efficiency from data indicating the surface shape of the transparent conductive film. Therefore, the thin film solar cell exhibiting high power generation efficiency and the thin film solar cell exhibiting low power generation efficiency can be more accurately selected.

また、本実施に形態に係る薄膜特性評価方法を用いて、結晶傾斜角が２０°〜５０°の結晶が全体の６０％以上を占めていると判断された透明導電膜の表面は、高い光閉じ込め効果を有しており、高い発電効率を示す薄膜太陽電池を提供できる。   In addition, using the thin film characteristic evaluation method according to the present embodiment, the surface of the transparent conductive film that has been determined that crystals having a crystal inclination angle of 20 ° to 50 ° occupy 60% or more of the entire surface has high light. A thin film solar cell having a confinement effect and exhibiting high power generation efficiency can be provided.

薄膜特性評価装置１の概略的な構成図を示す。1 is a schematic configuration diagram of a thin film property evaluation apparatus 1. 薄膜特性評価方法の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of the thin film characteristic evaluation method. 薄膜太陽電池の断面の図を示す図である。It is a figure which shows the figure of the cross section of a thin film solar cell. ＴＣＯ表面形状がランダムな凹凸を有する薄膜太陽電池の断面の図を示す図である。It is a figure which shows the figure of the cross section of the thin film solar cell which has the unevenness | corrugation with random TCO surface shape. 薄膜表面の三次元データの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the three-dimensional data on the surface of a thin film. 重心及び結晶傾斜角の求め方を説明する図である。It is a figure explaining how to obtain | require a gravity center and a crystal inclination angle. 結晶傾斜角と占有率との関係を示すスペクトルである。It is a spectrum which shows the relationship between a crystal inclination angle and an occupation rate. 結晶傾斜角が２０°〜５０°の結晶の占有率と、薄膜太陽電池の発電効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the occupation rate of the crystal | crystallization whose crystal inclination angle is 20 degrees-50 degrees, and the power generation efficiency of a thin film solar cell. 薄膜太陽電池の断面の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cross section of a thin film solar cell. 結晶傾斜角と占有率との関係を示すスペクトルである。It is a spectrum which shows the relationship between a crystal inclination angle and an occupation rate. 薄膜太陽電池の断面の構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the cross section of a thin film solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

１ 薄膜特性評価装置
２ 重心計算部
３ 結晶傾斜角計算部
４ 結晶傾斜角判断部
５ 占有率算出部
６ 占有率判断部
７ 度数分布判断部
８ 演算処理装置
９ 薄膜特性評価プログラム
１０ 薄膜太陽電池
１１ 重心
１３ 頂点
１４ 重心−頂点直線
１５ 法線
１６ 結晶傾斜角
１７ メモリ
１８ 入力部
１９ 表示部
２０ 記憶部
２１ 所定の領域
２２ 周囲
２３ 底面
２４ 縁
２５ 境界 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film characteristic evaluation apparatus 2 Center of gravity calculation part 3 Crystal inclination angle calculation part 4 Crystal inclination angle judgment part 5 Occupancy ratio calculation part 6 Occupancy ratio judgment part 7 Frequency distribution judgment part 8 Arithmetic processing device 9 Thin film characteristic evaluation program 10 Thin film solar cell 11 Center of gravity 13 Vertex 14 Center of gravity-Vertex straight line 15 Normal 16 Crystal tilt angle 17 Memory 18 Input unit 19 Display unit 20 Storage unit 21 Predetermined region 22 Perimeter 23 Bottom 24 Edge 25 Boundary

Claims (17)

基板上に複数の結晶から構成されて表面に凹凸構造を有する薄膜の所定の領域において、前記複数の結晶のうちの一の頂点の位置を示す頂点データ及び前記一の結晶における前記頂点の周囲の表面形状を示す表面形状データに基いて、前記凹凸構造の底面に形成される前記一の結晶の縁の重心を求める重心計算部と、
前記重心と前記頂点とを結ぶ直線である重心−頂点直線が、前記底面の法線と成す角度である結晶傾斜角を算出する結晶傾斜角計算部と、
を具備した
薄膜特性評価装置。 In a predetermined region of a thin film composed of a plurality of crystals on the substrate and having a concavo-convex structure on the surface, vertex data indicating the position of one vertex of the plurality of crystals and the periphery of the vertex in the one crystal Based on the surface shape data indicating the surface shape, a center of gravity calculation unit for obtaining the center of gravity of the edge of the one crystal formed on the bottom surface of the uneven structure;
A crystal tilt angle calculation unit for calculating a crystal tilt angle, which is an angle formed by a centroid-vertex straight line that is a straight line connecting the centroid and the vertex, and a normal line of the bottom surface;
An apparatus for evaluating thin film characteristics. 請求項１に記載された薄膜特性評価装置であって、
更に、
前記結晶傾斜角が、予め定められた所定の範囲内に収まっているか否かを判断する結晶傾斜角判断部、
を具備した
薄膜特性評価装置。 A thin film property evaluation apparatus according to claim 1,
Furthermore,
A crystal tilt angle determination unit for determining whether or not the crystal tilt angle is within a predetermined range,
An apparatus for evaluating thin film characteristics. 請求項２に記載された薄膜特性評価装置であって、
更に、
前記所定の領域において、前記所定の範囲内に収まっていると判断された前記結晶の数が、前記所定の領域に含まれる前記結晶の数に対して占める割合である傾斜結晶占有率を算出する占有率算出部、
を具備した
薄膜特性評価装置。 A thin film property evaluation apparatus according to claim 2,
Furthermore,
In the predetermined region, a tilted crystal occupancy ratio that is a ratio of the number of the crystals determined to be within the predetermined range to the number of the crystals included in the predetermined region is calculated. Occupancy rate calculator,
An apparatus for evaluating thin film characteristics. 請求項３に記載された薄膜特性評価装置であって、
更に、
前記結晶傾斜角計算部により算出された前記結晶傾斜角及び前記占有率算出部により算出された前記占有率とに基いて、前記結晶傾斜角をＸ軸とし、前記占有率をＹ軸としたスペクトルが、単一のピークを示しているかどうかを判断する度数分布判断部
を具備した
薄膜特性評価装置。 The thin film property evaluation apparatus according to claim 3,
Furthermore,
Based on the crystal inclination angle calculated by the crystal inclination angle calculation section and the occupancy ratio calculated by the occupancy ratio calculation section, a spectrum having the crystal inclination angle as the X axis and the occupancy ratio as the Y axis. Is a thin film characteristic evaluation apparatus including a frequency distribution determination unit that determines whether or not a single peak is indicated. 請求項４に記載された薄膜特性評価装置であって、
前記度数分布判断部は、前記スペクトルが、自由度４〜２０のχ2分布に従っているか否かを判断する
薄膜特性評価装置。 The thin film property evaluation apparatus according to claim 4,
The frequency distribution determination unit is a thin film characteristic evaluation apparatus that determines whether the spectrum follows a χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom. 請求項１乃至５のいずれかに記載された薄膜特性評価装置であって、
前記基板は、ガラス基板であり、前記結晶は透明導電膜である
薄膜特性評価装置。 A thin film property evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The said board | substrate is a glass substrate, The said crystal | crystallization is a thin film characteristic evaluation apparatus which is a transparent conductive film. 基板上に複数の結晶から構成されて表面に凹凸構造を有する薄膜の所定の領域において、前記複数の結晶のうちの一の頂点の位置を示す頂点データ及び前記一の結晶における前記頂点の周囲の表面形状を示す表面形状データに基いて、前記凹凸構造の底面に形成される前記一の結晶の縁の重心を求めるステップと、
前記重心と前記頂点とを結ぶ直線である重心−頂点直線が、前記底面の法線と成す角度である結晶傾斜角を算出するステップと、
を具備した
薄膜特性評価方法。 In a predetermined region of a thin film composed of a plurality of crystals on the substrate and having a concavo-convex structure on the surface, vertex data indicating the position of one vertex of the plurality of crystals and the periphery of the vertex in the one crystal Determining the center of gravity of the edge of the one crystal formed on the bottom surface of the concavo-convex structure based on the surface shape data indicating the surface shape;
Calculating a crystal tilt angle, which is an angle formed by a centroid-vertex line, which is a straight line connecting the centroid and the vertex, with a normal line of the bottom surface;
A thin film characteristic evaluation method comprising: 請求項7に記載された薄膜特性評価方法であって、
更に、
前記結晶傾斜角が、予め定められた所定の範囲内に収まっているか否かを判断する結晶傾斜角判断ステップ、
を具備した
薄膜特性評価方法。 The thin film property evaluation method according to claim 7,
Furthermore,
A crystal tilt angle determining step for determining whether or not the crystal tilt angle is within a predetermined range.
A thin film characteristic evaluation method comprising: 請求項８に記載された薄膜特性評価方法であって、
更に、
前記所定の領域において、前記所定の範囲内に収まっていると判断された結晶の数が、前記所定の領域に含まれる結晶の数に対して占める割合である傾斜結晶占有率を算出するステップ
を具備した
薄膜特性評価方法。 The thin film property evaluation method according to claim 8,
Furthermore,
Calculating a tilted crystal occupancy ratio that is a ratio of the number of crystals determined to be within the predetermined range in the predetermined region to the number of crystals included in the predetermined region; A thin film characteristic evaluation method provided. 請求項９に記載された薄膜特性評価方法であって、
前記所定の範囲が、２０°〜５０°である
薄膜特性評価方法。 The thin film property evaluation method according to claim 9,
The thin film characteristic evaluation method wherein the predetermined range is 20 ° to 50 °. 請求項１０に記載された薄膜特性評価方法であって、
更に、
前記占有率算出ステップにおいて算出された前記傾斜結晶占有率が６０％以上であるか否かを判断する占有率判断ステップ、
を具備した
薄膜特性評価方法。 The thin film property evaluation method according to claim 10,
Furthermore,
Occupancy rate determination step of determining whether or not the tilted crystal occupancy rate calculated in the occupancy rate calculation step is 60% or more;
A thin film characteristic evaluation method comprising: 請求項９乃至１１に記載された薄膜特性評価方法であって、
更に、
前記結晶傾斜角計算部により算出された前記結晶傾斜角と前記占有率算出部により算出された前記占有率とに基いて、前記結晶傾斜角をＸ軸とし、前記占有率をＹ軸としたスペクトルが、単一のピークを示しているかどうかを判断する度数分布判断ステップ
を具備した
薄膜特性評価方法。 The thin film property evaluation method according to claim 9, wherein:
Furthermore,
Based on the crystal tilt angle calculated by the crystal tilt angle calculation unit and the occupancy rate calculated by the occupancy rate calculation unit, a spectrum having the crystal tilt angle as the X axis and the occupancy rate as the Y axis Is a frequency distribution judging step for judging whether or not a single peak is shown. 請求項１２に記載された薄膜特性評価方法であって、
前記度数分布判断ステップは、前記スペクトルが自由度４〜２０のχ2分布に従っているか否かを判断するステップを備える
薄膜特性評価方法。 A thin film property evaluation method according to claim 12,
The frequency distribution determining step includes a step of determining whether or not the spectrum follows a χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom. ガラス基板と、
前記ガラス基板上に形成された透明導電膜と、
前記透明導電膜上に形成された半導体膜と、
前記半導体膜上に形成された裏面電極膜と、
を具備し、
前記透明導電膜の前記半導体膜側の表面は、請求項３乃至５に記載された薄膜特性評価装置によって前記傾斜結晶占有率が６０％以上であると判断される
薄膜太陽電池。 A glass substrate;
A transparent conductive film formed on the glass substrate;
A semiconductor film formed on the transparent conductive film;
A back electrode film formed on the semiconductor film;
Comprising
A thin film solar cell in which the inclined crystal occupancy is determined to be 60% or more by the thin film property evaluation apparatus according to claim 3 on the surface of the transparent conductive film on the semiconductor film side. 請求項１４に記載された薄膜太陽電池であって、
前記透明導電膜の前記半導体膜側の表面は、請求項４に記載された薄膜特性評価装置によって、前記スペクトルが単一のピークを示していると判断される
薄膜太陽電池。 The thin-film solar cell according to claim 14,
The surface of the transparent conductive film on the side of the semiconductor film is a thin film solar cell in which the spectrum is judged to have a single peak by the thin film characteristic evaluation apparatus according to claim 4. 請求項１５に記載された薄膜太陽電池であって、
前記透明導電膜の前記半導体膜側の表面は、請求項５に記載された薄膜特性評価装置によって、前記スペクトルが自由度４〜２０のχ2分布に従っていると判断される
薄膜太陽電池。 The thin film solar cell according to claim 15,
The surface of the transparent conductive film on the semiconductor film side is a thin film solar cell in which the spectrum is determined to follow the χ 2 distribution with 4 to 20 degrees of freedom by the thin film property evaluation apparatus according to claim 5. 請求項７乃至１３のいずれかに記載された薄膜特性評価方法を、コンピュータによって実現させる為の
薄膜特性評価プログラム。 A thin film characteristic evaluation program for realizing the thin film characteristic evaluation method according to any one of claims 7 to 13 by a computer.
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