JP2014037604A - Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same - Google Patents

Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014037604A
JP2014037604A JP2012181722A JP2012181722A JP2014037604A JP 2014037604 A JP2014037604 A JP 2014037604A JP 2012181722 A JP2012181722 A JP 2012181722A JP 2012181722 A JP2012181722 A JP 2012181722A JP 2014037604 A JP2014037604 A JP 2014037604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
film
substrate
transparent conductive
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012181722A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinsei Isshiki
眞誠 一色
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2012181722A priority Critical patent/JP2014037604A/en
Publication of JP2014037604A publication Critical patent/JP2014037604A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate with transparent conductive oxide film attached thereon in which the mobility of carrier electrons is high, a haze ratio is high, and light absorption is low in a near-infrared region due to the low electron density of sheet carriers, and a method for manufacturing the substrate.SOLUTION: In a method for manufacturing a substrate with transparent conductive oxide film attached thereon in which a transparent conductive oxide film is provided on a substrate having a smooth surface, the transparent conductive oxide film includes at least a first layer composed of a tin oxide film with non-doped fluorine and formed on the substrate, and a second layer composed of a tin oxide film with doped fluorine and formed on the first layer. The first layer and the second layer are formed under pressure of 200 Pa or less by using a CVD method. The film thickness of the first layer is 1200nm or more, the film thickness of the second layer is 100nm or more, the total film thickness of the tin oxide film with doped fluorine included in the transparent conductive oxide film is 1200 to 2000nm, and the total film thickness of the tin oxide film with doped fluorine 100 to 600nm.

Description

本発明は、透明導電性酸化物膜付き基体およびその製造方法に関する。具体的には、キャリア電子の移動度が高く、かつ、近赤外領域(波長800〜2000nm)の光線吸収が少ない透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法に関する。本発明の方法により得られる透明導電性酸化物膜付き基体は、薄膜系太陽電池のような光電変換素子の入射光側電極として好適に用いられる。   The present invention relates to a substrate with a transparent conductive oxide film and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a substrate with a transparent conductive oxide film having high mobility of carrier electrons and low light absorption in the near infrared region (wavelength 800 to 2000 nm). The substrate with a transparent conductive oxide film obtained by the method of the present invention is suitably used as an incident light side electrode of a photoelectric conversion element such as a thin film solar cell.

光電変換素子である薄膜系太陽電池には、発電層の種類により、アモルファスシリコン(a−Si)系、多結晶シリコン系などがあるが、これらの薄膜シリコン系太陽電池には、その入射光側電極として透明導電性酸化物膜が使用されている。この透明導電性酸化物膜は、光電変換効率を高めるために低抵抗・高透明であり、かつ、光散乱性能が大きいことが要求されている。   Thin film solar cells that are photoelectric conversion elements include amorphous silicon (a-Si) and polycrystalline silicon depending on the type of power generation layer. These thin film silicon solar cells include an incident light side. A transparent conductive oxide film is used as an electrode. This transparent conductive oxide film is required to have low resistance and high transparency and high light scattering performance in order to increase photoelectric conversion efficiency.

透明導電性酸化物膜としては酸化スズ膜や酸化インジウム膜などが知られている。中でも酸化スズ膜は化学的に安定な材料であり、また低価格であることから、光電変換素子の入射光側電極として用いられる透明導電性酸化物膜として有用であり、特に、ドーパントとしてフッ素を含有するフッ素ドープ酸化スズ膜は、膜の光線吸収が少なく高透明であることから好ましい。   As the transparent conductive oxide film, a tin oxide film, an indium oxide film, and the like are known. Among these, tin oxide film is a chemically stable material and is inexpensive, and is therefore useful as a transparent conductive oxide film used as an incident light side electrode of a photoelectric conversion element. In particular, fluorine is used as a dopant. The fluorine-doped tin oxide film to be contained is preferable because the film has little light absorption and is highly transparent.

一般に、透明導電性酸化物膜では低抵抗、高透明であることが要求されるが、導電性を左右するキャリア電子密度を高くするにつれて近赤外から可視光域で徐々に光吸収が増加するという矛盾する側面をもっているため、低抵抗、高透明を両立させることは極めて困難である。しかし、光電変換素子の入射光側電極として用いられる透明導電性酸化物膜においては導電性をできるだけ高く維持したまま透明化を図ることが重要であるとされている。
フッ素ドープ酸化スズ膜は比抵抗が10-4Ω・cm台まで到達し、導電性の高い膜が比較的容易に得られる反面、逆に透過率の高い膜は得にくい傾向があった。これはフッ素ドープ酸化スズ膜ではキャリア電子密度を比較的容易に増大することが低抵抗化を可能にしているのであるが、キャリア電子の増加は光学吸収を招くため透過率は低下してしまうためである。
Generally, a transparent conductive oxide film is required to have low resistance and high transparency, but light absorption gradually increases from near infrared to visible light as the carrier electron density that affects conductivity is increased. Therefore, it is extremely difficult to achieve both low resistance and high transparency. However, it is important that the transparent conductive oxide film used as the incident light side electrode of the photoelectric conversion element is transparent while maintaining the conductivity as high as possible.
The fluorine-doped tin oxide film has a specific resistance as high as 10 −4 Ω · cm, and a film having high conductivity tends to be obtained relatively easily, whereas a film having a high transmittance tends to be difficult to obtain. This is because, in the fluorine-doped tin oxide film, it is possible to reduce the resistance by increasing the carrier electron density relatively easily. However, the increase in carrier electrons causes optical absorption, resulting in a decrease in transmittance. It is.

フッ素ドープ酸化スズ膜の形成方法としては、膜厚の制御のしやすさや被覆性の良さなどからCVD法が好ましく用いられる(特許文献1参照)。
特許文献1に記載されているように、フッ素ドープ酸化スズ膜の形成には、従来常圧CVD法が用いられていた。
これに対し、10kPa以下の圧力下にてCVD法を実施する減圧CVD法を用いた場合、より不純物が少ないフッ素ドープ酸化スズ膜を形成することができることから、キャリア電子の移動度が高いフッ素ドープ酸化スズ膜を得ることができると考えられる。
非特許文献1では、減圧CVD法を用いて形成したフッ素ドープ酸化スズ膜で75.8cm2/V・sの移動度を達成している。
As a method for forming the fluorine-doped tin oxide film, a CVD method is preferably used because of easy control of the film thickness and good coverage (see Patent Document 1).
As described in Patent Document 1, an atmospheric pressure CVD method has been conventionally used for forming a fluorine-doped tin oxide film.
On the other hand, when using a low pressure CVD method in which a CVD method is carried out under a pressure of 10 kPa or less, a fluorine-doped tin oxide film with less impurities can be formed, so that the fluorine doping with high carrier electron mobility is possible. It is considered that a tin oxide film can be obtained.
In Non-Patent Document 1, a mobility of 75.8 cm 2 / V · s is achieved with a fluorine-doped tin oxide film formed by using a low pressure CVD method.

フッ素ドープ酸化スズ膜における別の問題点として、ヘイズ率を高めることが困難であることが挙げられる。
薄膜系太陽電池における光電変換効率を高くするための一つの手段として、薄膜系太陽電池の入射光側電極として用いられるフッ素ドープ酸化スズ膜に流れる電流を大きくすることが挙げられる。そのためには、ヘイズ率を高くすることが知られており、例えば、フッ素ドープ酸化スズ膜の表面に凹凸を設ける方法が知られている(特許文献2参照。)。ここで、ヘイズ率を高めるためには、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さを大きくすることが好ましいが、キャリア電子密度が同一の条件で、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さを増加させた場合、フッ素ドープ酸化スズ膜全体としてのキャリア電子の数が増加するので、光学吸収により光線透過率が低下するため、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さを大きくすることができず、ヘイズ率を高めることが困難であった。
なお、特許文献2の段落番号[0072]に記載のように、ヘイズ率はC光源ヘイズ率で表して10%以上であることが求められている。
Another problem in the fluorine-doped tin oxide film is that it is difficult to increase the haze ratio.
One means for increasing the photoelectric conversion efficiency in the thin film solar cell is to increase the current flowing in the fluorine-doped tin oxide film used as the incident light side electrode of the thin film solar cell. For this purpose, it is known to increase the haze ratio. For example, a method of providing irregularities on the surface of a fluorine-doped tin oxide film is known (see Patent Document 2). Here, in order to increase the haze ratio, it is preferable to increase the thickness of the fluorine-doped tin oxide film, but when the thickness of the fluorine-doped tin oxide film is increased under the same carrier electron density, Since the number of carrier electrons in the entire fluorine-doped tin oxide film increases, the light transmittance decreases due to optical absorption, so the thickness of the fluorine-doped tin oxide film cannot be increased, and the haze ratio can be increased. It was difficult.
Note that, as described in paragraph [0072] of Patent Document 2, the haze ratio is required to be 10% or more in terms of the C light source haze ratio.

特許文献2では、透明導電性酸化物膜を、フッ素がドープされた酸化スズ膜と、フッ素がドープされていない酸化スズ膜と、の積層膜とすることにより、透明導電性酸化物膜の厚さ方向において、ドープするフッ素の量の多い領域と少ない領域とを設け、フッ素量の多い領域において面方向の優れた導電性を担保しつつ、全体としてのフッ素量を減らして近赤外光の吸収量を少なくすることができる。なお、特許文献2の透明導電性酸化物膜は、同文献の図1に示すように、フッ素がドープされていない酸化スズ膜の上に、フッ素がドープされた酸化スズ膜が積層された積層膜として構成されている。
なお、特許文献2では、これらフッ素がドープされた酸化スズ膜、および、フッ素がドープされていない酸化スズ膜を、常圧CVD法を用いて形成している。
In Patent Document 2, the transparent conductive oxide film is a laminated film of a tin oxide film doped with fluorine and a tin oxide film not doped with fluorine. In the vertical direction, a region with a large amount of fluorine to be doped and a region with a small amount of fluorine are provided, and while ensuring excellent conductivity in the surface direction in a region with a large amount of fluorine, the total amount of fluorine is reduced to reduce Absorption can be reduced. Note that the transparent conductive oxide film of Patent Document 2 is a laminate in which a fluorine-doped tin oxide film is laminated on a fluorine-doped tin oxide film as shown in FIG. It is configured as a membrane.
In Patent Document 2, the tin oxide film doped with fluorine and the tin oxide film not doped with fluorine are formed using an atmospheric pressure CVD method.

特開平2−168507号公報JP-A-2-168507 再表2007/058118号公報No. 2007/05811

第三回革新的太陽光発電国際シンポジウム発表資料、“Full spectrum TCO -Improving mobility of SnO2:F by LP-CVD-”Masanobu Isshiki, Junich Okubo, Toru Ikeda and Satoru Takaki, ASAHI GLASS CO., LTD.”2010年10月7日〜8日、開催場所:東工大蔵前会館(Tokyo Tech Front)“Full spectrum TCO-Improving mobility of SnO2: F by LP-CVD-” Masanobu Isshiki, Junich Okubo, Toru Ikeda and Satoru Takaki, ASAHI GLASS CO., LTD. October 7-8, 2010, Venue: Tokyo Tech Front

特許文献2の段落番号[0031]に記載のように、酸化スズ膜の膜厚をある程度大きくすることが、ヘイズ率を高くするうえで好ましい。これは、酸化スズ膜の膜厚を大きくすると、酸化スズ膜の表面に凹凸が形成されるからであり、特許文献2の段落番号[0038]に記載のように、酸化スズ膜の表面に凹凸が存在すると、ヘイズ率が高くなるからである。
図1に示すように、フッ素ドープ酸化スズ膜のC光源ヘイズ率は、フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚に比例して増加する。図1は、特許文献1,2の記載のように、常圧CVD法で形成したフッ素ドープ酸化スズ膜と、減圧CVD法で形成したフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚と、該フッ素ドープ酸化スズ膜のC光源ヘイズ率と、の関係を示したグラフである。
ここで、常圧CVD法、および、減圧CVD法はそれぞれ下記条件で実施した。また、フッ素ドープ酸化スズ膜を形成する基体は、後述する実施例と同様の基体、すなわち、無アルカリガラス基板を用いた。
[常圧CVD法]
主原料としてSnCl4を、副原料としてH2Oを、それぞれ使用し、HFを添加して、基板温度550℃のガラス基板上に、膜厚を変えてフッ素ドープ酸化スズ膜を形成した。成膜時の圧力は大気圧とした。
[減圧CVD法]
原料ガス流量
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :8sccm
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
図1から明らかなように、常圧CVD法で形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜に比べて、減圧CVD法で形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜は、同一膜厚でもC光源ヘイズ率が低くなる。
したがって、減圧CVD法で形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜で、常圧CVD法で形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜と、同程度のC光源ヘイズ率を達成するには、常圧CVD法で形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜よりも、膜厚を大きくする必要がある。
As described in paragraph [0031] of Patent Document 2, it is preferable to increase the thickness of the tin oxide film to some extent in order to increase the haze ratio. This is because when the thickness of the tin oxide film is increased, irregularities are formed on the surface of the tin oxide film. As described in paragraph [0038] of Patent Document 2, irregularities are formed on the surface of the tin oxide film. This is because the haze ratio is increased when there is.
As shown in FIG. 1, the C light source haze ratio of the fluorine-doped tin oxide film increases in proportion to the film thickness of the fluorine-doped tin oxide film. FIG. 1 shows the film thickness of a fluorine-doped tin oxide film for a fluorine-doped tin oxide film formed by an atmospheric pressure CVD method and a fluorine-doped tin oxide film formed by a low-pressure CVD method as described in Patent Documents 1 and 2. And a graph showing the relationship between the fluorine-doped tin oxide film and the C light source haze ratio.
Here, the atmospheric pressure CVD method and the reduced pressure CVD method were performed under the following conditions, respectively. Moreover, the base | substrate which forms a fluorine dope tin oxide film | membrane used the base | substrate similar to the Example mentioned later, ie, an alkali free glass substrate.
[Atmospheric pressure CVD method]
SnCl 4 was used as the main material, H 2 O was used as the auxiliary material, and HF was added to form a fluorine-doped tin oxide film on a glass substrate having a substrate temperature of 550 ° C. while changing the film thickness. The pressure during film formation was atmospheric pressure.
[Low pressure CVD method]
Source gas flow rate SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 8 sccm
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
As is clear from FIG. 1, the fluorine-doped tin oxide film formed by the low pressure CVD method has a lower C light source haze ratio than the fluorine-doped tin oxide film formed by the atmospheric pressure CVD method even if the film thickness is the same. .
Therefore, in order to achieve the same C light source haze ratio with the fluorine-doped tin oxide film formed by the atmospheric pressure CVD method, it is formed by the atmospheric pressure CVD method. It is necessary to make the film thickness larger than the fluorine-doped tin oxide film.

キャリア電子密度が同一の条件で、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さを増加させた場合、フッ素ドープ酸化スズ膜全体としてのキャリア電子の数が増加するので、光学吸収により光線透過率が低下する。このため、光線透過率を低下させることなしに、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さを大きくするためには、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を低くする必要がある。
しかしながら、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を低くすると、図2に示すように、キャリア電子の移動度が低下することが明らかになった。
When the thickness of the fluorine-doped tin oxide film is increased under the same carrier electron density, the number of carrier electrons in the entire fluorine-doped tin oxide film increases, and thus the light transmittance decreases due to optical absorption. For this reason, in order to increase the thickness of the fluorine-doped tin oxide film without reducing the light transmittance, it is necessary to reduce the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film.
However, it has been clarified that when the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film is lowered, the mobility of carrier electrons is lowered as shown in FIG.

図2は、減圧CVD法を用いて形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度(個/cm3)と、キャリア電子の移動度(cm2/V・s)と、の関係を示したグラフである。
ここで、減圧CVD法は下記条件で実施した。また、フッ素ドープ酸化スズ膜を形成する基体は、後述する実施例と同様の基体、すなわち、無アルカリガラス基板を用いた。
原料ガス流量
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :0〜8sccm
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
成膜時間:20分(膜厚800nm相当)
フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子の移動度およびキャリア電子密度は、後述する実施例と同様の手順で測定した。
図2に示すように、原料ガスのうち、HFの流量を下げることで、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を低くすることができる。しかしながら、図2から明らかなように、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を下げると、キャリア電子の移動度が低下する。
FIG. 2 shows the carrier electron density (number / cm 3 ) of the fluorine-doped tin oxide film and the mobility of carrier electrons (cm 2 / V · s) for the fluorine-doped tin oxide film formed by using the low pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship.
Here, the low pressure CVD method was performed under the following conditions. Moreover, the base | substrate which forms a fluorine dope tin oxide film | membrane used the base | substrate similar to the Example mentioned later, ie, an alkali free glass substrate.
Source gas flow rate SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 0 to 8 sccm
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
Deposition time: 20 minutes (equivalent to a film thickness of 800 nm)
The carrier electron mobility and carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film were measured in the same procedure as in the examples described later.
As shown in FIG. 2, the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film can be lowered by reducing the flow rate of HF in the source gas. However, as apparent from FIG. 2, when the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film is lowered, the mobility of carrier electrons is lowered.

図2では、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を下げるために、原料ガスのうち、HFの流量を下げたが、成膜時の基板温度を下げることや、原料ガスのうち、H2Oの流量を上げることでも、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を下げることができる。図示しないが、本願出願人は、これらの手段も試みたが、いずれの方法においても、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度を下げると、キャリア電子の移動度が低下した。 In FIG. 2, in order to lower the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film, the flow rate of HF was reduced among the source gases, but the substrate temperature at the time of film formation was reduced, and among the source gases, H 2 O The carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film can also be lowered by increasing the flow rate of. Although not shown, the applicant of the present application tried these means, but in any of the methods, when the carrier electron density of the fluorine-doped tin oxide film was lowered, the mobility of carrier electrons was lowered.

上記の問題点について、フッ素ドープ酸化スズ膜のシート抵抗に関する下記式を用いて説明する。
シート抵抗R[Ω/□]=1/(シートキャリア電子密度n_sheet[個/cm2]×キャリア電荷e[C]×キャリア電子の移動度μ[cm2/V・s]) (1)
ここで、シートキャリア電子密度(n_sheet)は、下記式で表わされる。
n_sheet[個/cm2]=キャリア電子密度n[個/cm3]×フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚d[nm]×10-7 (2)
上記式(1),(2)から、シートキャリア電子密度n_sheet、および、キャリア電子移動度μを一定に保てば、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さdを変えても、シート抵抗Rは一定に保たれることになる。
しかしながら、シートキャリア電子密度n_sheetを一定に保って、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さdを増加させると、キャリア電子密度nが低下する。
図2に示したように、キャリア電子密度nが低下すると、キャリア電子の移動度μが低下するので、シート抵抗Rが上昇する。
ここで、シート抵抗Rを一定に保つためには、キャリア電子の移動度μが低下する分、キャリア電子密度nを増加させるか、フッ素ドープ酸化スズ膜の厚さdを増加させる必要があるが、これらのいずれを増加させた場合も、シートキャリア電子密度n_sheetが増加する。
The above problem will be described using the following equation regarding the sheet resistance of the fluorine-doped tin oxide film.
Sheet resistance R [Ω / □] = 1 / (sheet carrier electron density n_sheet [piece / cm 2 ] × carrier charge e [C] × carrier electron mobility μ [cm 2 / V · s]) (1)
Here, the sheet carrier electron density (n_sheet) is expressed by the following equation.
n_sheet [pieces / cm 2 ] = carrier electron density n [pieces / cm 3 ] × fluorine-doped tin oxide film thickness d [nm] × 10 −7 (2)
From the above formulas (1) and (2), if the sheet carrier electron density n_sheet and the carrier electron mobility μ are kept constant, the sheet resistance R is constant even if the thickness d of the fluorine-doped tin oxide film is changed. Will be kept.
However, if the thickness d of the fluorine-doped tin oxide film is increased while keeping the sheet carrier electron density n_sheet constant, the carrier electron density n decreases.
As shown in FIG. 2, when the carrier electron density n decreases, the carrier electron mobility μ decreases, so the sheet resistance R increases.
Here, in order to keep the sheet resistance R constant, it is necessary to increase the carrier electron density n or increase the thickness d of the fluorine-doped tin oxide film as much as the carrier electron mobility μ decreases. When any of these is increased, the sheet carrier electron density n_sheet increases.

シートキャリア電子密度n_sheetが増加すると、図3に示すように、近赤外領域(波長800〜2000nm)の光線吸収が増加する。
図3は、減圧CVD法を用いて形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜のシートキャリア電子密度n_sheet(個/cm2)と、500nm、1000nm、1500nmおよび2000nmの各波長ごとの光線吸収率(%)と、の関係を示したグラフである。
ここで、減圧CVD法は下記条件で実施した。また、フッ素ドープ酸化スズ膜を形成する基体は、後述する実施例と同様の基体、すなわち、無アルカリガラス基板を用いた。
原料ガス流量
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :0〜8sccm
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
成膜時間:20分(膜厚800nm相当)
図3に示したように、シートキャリア電子密度n_sheetが増加すると、波長1000nm、1500nmおよび2000nmの近赤外領域の光線吸収が増加する。
When the sheet carrier electron density n_sheet increases, light absorption in the near infrared region (wavelength 800 to 2000 nm) increases as shown in FIG.
FIG. 3 shows the sheet carrier electron density n_sheet (number / cm 2 ) of the fluorine-doped tin oxide film and the respective wavelengths of 500 nm, 1000 nm, 1500 nm, and 2000 nm for the fluorine-doped tin oxide film formed by using the low pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship with the light absorptivity (%).
Here, the low pressure CVD method was performed under the following conditions. Moreover, the base | substrate which forms a fluorine dope tin oxide film | membrane used the base | substrate similar to the Example mentioned later, ie, an alkali free glass substrate.
Source gas flow rate SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 0 to 8 sccm
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
Deposition time: 20 minutes (equivalent to a film thickness of 800 nm)
As shown in FIG. 3, when the sheet carrier electron density n_sheet increases, light absorption in the near-infrared region with wavelengths of 1000 nm, 1500 nm, and 2000 nm increases.

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、キャリア電子の移動度が高く、ヘイズ率が高く、かつ、シートキャリア電子密度が低いため、近赤外領域の光線吸収が少ない透明導電性酸化物膜付き基体およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の方法により製造される透明導電性酸化物膜付き基体は、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、C光源ヘイズ率が10%以上であり、かつ、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下であることが好ましい。
In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention has a high carrier electron mobility, a high haze ratio, and a low sheet carrier electron density. An object is to provide a substrate with a conductive oxide film and a method for producing the same.
The substrate with a transparent conductive oxide film produced by the method of the present invention has a carrier electron mobility μ of 70 [cm 2 / V · s] or more, a C light source haze ratio of 10% or more, and The sheet carrier electron density n_sheet is preferably 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2 ) or less.

本願発明者らは、透明導電性酸化物膜として、フッ素がドープされていない酸化スズ膜と、フッ素がドープされた酸化スズ膜と、の積層膜を、それらの膜厚が所定の条件を満たすように、減圧CVD法を用いて形成することで、キャリア電子の移動度が高く、かつ、シートキャリア電子密度が低い透明導電性酸化物膜付き基体が得られることを見出した。   The inventors of the present invention have prepared a laminated film of a tin oxide film not doped with fluorine and a tin oxide film doped with fluorine as a transparent conductive oxide film, and the film thickness satisfies a predetermined condition. Thus, it has been found that a substrate with a transparent conductive oxide film having a high carrier electron mobility and a low sheet carrier electron density can be obtained by using the low pressure CVD method.

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、表面が平滑な基体上に透明導電性酸化物膜が設けられた透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法であって、
前記透明導電性酸化物膜が、フッ素がドープされていない酸化スズ膜からなり、基体上に形成される第1層と、フッ素がドープされた酸化スズ膜からなり、該第1層上に形成される第2層と、を少なくとも含み、
前記第1層および第2層は、CVD法を用いて、200Pa以下の圧力下で形成され、
前記第1層の膜厚が1200nm以上であり、前記第2層の膜厚が100nm以上であり、
前記透明導電性酸化物膜に含まれる、フッ素がドープされていない酸化スズ膜の合計膜厚が1200〜2000nmであり、
前記透明導電性酸化物膜に含まれる、フッ素がドープされた酸化スズ膜の合計膜厚が100〜600nmであることを特徴とする透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法を提供する。
The present invention has been made based on the above findings, and is a method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film in which a transparent conductive oxide film is provided on a substrate having a smooth surface,
The transparent conductive oxide film is formed of a tin oxide film not doped with fluorine, and is formed of a first layer formed on the substrate and a tin oxide film doped with fluorine, and formed on the first layer. And at least a second layer,
The first layer and the second layer are formed using a CVD method under a pressure of 200 Pa or less,
The film thickness of the first layer is 1200 nm or more, the film thickness of the second layer is 100 nm or more,
The total film thickness of the tin oxide film not doped with fluorine contained in the transparent conductive oxide film is 1200 to 2000 nm,
Provided is a method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film, characterized in that the total film thickness of a fluorine-doped tin oxide film contained in the transparent conductive oxide film is 100 to 600 nm.

本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法において、CVD法による前記第1層の形成時における基体温度が、300〜400℃であることが好ましい。
本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法において、CVD法による前記第2層の形成時における基体温度が、300〜400℃であることが好ましい。
In the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film according to the present invention, the substrate temperature at the time of forming the first layer by a CVD method is preferably 300 to 400 ° C.
In the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film according to the present invention, the substrate temperature at the time of forming the second layer by a CVD method is preferably 300 to 400 ° C.

本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法において、CVD法による前記第1層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対する水の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200であることが好ましい。
本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法において、CVD法による前記第2層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対する水の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200であることが好ましい。
In the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention, the amount of water relative to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of forming the first layer by the CVD method is a flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). It is preferable that it is 100-200.
In the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention, the amount of water relative to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of forming the second layer by the CVD method is a flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). It is preferable that it is 100-200.

本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法において、CVD法による前記第2層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対するフッ化水素の量が流量比(HF/SnCl4)で4〜16であることが好ましい。 In the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention, the amount of hydrogen fluoride with respect to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of forming the second layer by the CVD method is a flow rate ratio (HF / SnCl 4 ). It is preferable that it is 4-16.

また、本発明は、本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法により製造される透明導電性酸化物膜付き基体を提供する。   Moreover, this invention provides the base | substrate with a transparent conductive oxide film manufactured by the manufacturing method of the base | substrate with a transparent conductive oxide film of this invention.

本発明の透明導電性酸化物膜付き基体は、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、C光源ヘイズ率が10%以上であり、かつ、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下であることが好ましい。 The substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention has a carrier electron mobility μ of 70 [cm 2 / V · s] or more, a C light source haze ratio of 10% or more, and a sheet carrier electron density. It is preferable that n_sheet is 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2 ) or less.

また、本発明の透明導電性酸化物膜付き基体は、波長1000nmのヘイズ率が1.5%以上であり、シート抵抗が10Ω/□以下であり、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、かつ、波長1500nmの光線吸収率が8%以下であることが好ましい。 Further, the substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention has a haze ratio at a wavelength of 1000 nm of 1.5% or more, a sheet resistance of 10 Ω / □ or less, and a carrier electron mobility μ of 70 [cm 2. / V · s] and the light absorptance at a wavelength of 1500 nm is preferably 8% or less.

本発明の方法では、透明導電性酸化物膜として、フッ素がドープされていない酸化スズ膜と、フッ素がドープされた酸化スズ膜と、の積層膜を、それらの膜厚が所定の条件を満たすように、減圧CVD法を用いて形成することで、キャリア電子の移動度が高く、ヘイズ率が高く、かつ、シートキャリア電子密度が低い透明導電性酸化物膜付き基体が得られる。具体的には、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、C光源ヘイズ率が10%以上であり、かつ、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下の透明導電性酸化物膜付き基体が得られる。
本発明の方法により得られる透明導電性酸化物膜付き基体は、シートキャリア電子密度が低いため、可視光から近赤外の波長域の光線吸収が少なく、特に、近赤外領域の波長域の光線吸収がフッ素ドープ酸化スズ膜を用いた従来の透明導電性酸化物膜付き基体で比べて少ない。また、透明導電性酸化物膜の膜厚を大きくできるため、C光源ヘイズ率が10%以上と高く、特に、近赤外領域の波長域のヘイズ率が向上する。近赤外領域の波長域におけるこれらの光学特性により、アモルファスシリコンによる光電変換層と、微結晶シリコンによる光電変換層とを積層した、いわゆるタンデム型の太陽電池の入射光側電極として使用した場合に、光線の利用効率が向上する。
In the method of the present invention, as the transparent conductive oxide film, a laminated film of a tin oxide film not doped with fluorine and a tin oxide film doped with fluorine is used. Thus, by forming using the low pressure CVD method, a substrate with a transparent conductive oxide film having high carrier electron mobility, high haze ratio, and low sheet carrier electron density is obtained. Specifically, the carrier electron mobility μ is 70 [cm 2 / V · s] or more, the C light source haze ratio is 10% or more, and the sheet carrier electron density n_sheet is 7.5 × 10 15. A substrate with a transparent conductive oxide film of (pieces / cm 2 ) or less is obtained.
Since the substrate with a transparent conductive oxide film obtained by the method of the present invention has a low sheet carrier electron density, there is little light absorption in the visible to near-infrared wavelength region, and particularly in the near-infrared wavelength region. Light absorption is less than that of a conventional substrate with a transparent conductive oxide film using a fluorine-doped tin oxide film. Moreover, since the film thickness of the transparent conductive oxide film can be increased, the C light source haze ratio is as high as 10% or more, and in particular, the haze ratio in the near infrared wavelength region is improved. Due to these optical characteristics in the near-infrared wavelength region, when used as an incident light side electrode of a so-called tandem solar cell in which a photoelectric conversion layer made of amorphous silicon and a photoelectric conversion layer made of microcrystalline silicon are laminated. , The light utilization efficiency is improved.

図1は、常圧CVD法で形成したフッ素ドープ酸化スズ膜と、減圧CVD法で形成したフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚(nm)と、該フッ素ドープ酸化スズ膜のC光源ヘイズ率(%)と、の関係を示したグラフである。FIG. 1 shows a fluorine-doped tin oxide film formed by atmospheric pressure CVD method and a fluorine-doped tin oxide film formed by low-pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship between C light source haze rate (%). 図2は、減圧CVD法を用いて形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜のキャリア電子密度(個/cm3)と、キャリア電子の移動度(cm2/V・s)と、の関係を示したグラフである。FIG. 2 shows the carrier electron density (number / cm 3 ) of the fluorine-doped tin oxide film and the mobility of carrier electrons (cm 2 / V · s) for the fluorine-doped tin oxide film formed by using the low pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship. 図3は、減圧CVD法を用いて形成されるフッ素ドープ酸化スズ膜について、フッ素ドープ酸化スズ膜のシートキャリア電子密度n_sheet(個/cm2)と、500nm、1000nm、1500nmおよび2000nmの各波長ごとの光線吸収率(%)と、の関係を示したグラフである。FIG. 3 shows the sheet carrier electron density n_sheet (number / cm 2 ) of the fluorine-doped tin oxide film and the respective wavelengths of 500 nm, 1000 nm, 1500 nm, and 2000 nm for the fluorine-doped tin oxide film formed by using the low pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship with the light absorptivity (%). 図4は、減圧CVD法を用いて形成される積層膜(SnO2膜とフッ素ドープSnO2膜との積層膜)について、該積層膜のキャリア電子密度(個/cm3)と、キャリア電子の移動度(cm2/V・s)と、の関係を示したグラフである。なお、図4には、図2のプロットも合わせて示した。4, the laminated film formed by low pressure CVD method (laminated film of a SnO 2 film and the fluorine-doped SnO 2 film), a carrier electron density of the laminated film (the number / cm 3), the carrier electrons It is the graph which showed the relationship with mobility (cm < 2 > / V * s). In FIG. 4, the plot of FIG. 2 is also shown. 図5は、減圧CVD法を用いて形成される積層膜(SnO2膜とフッ素ドープSnO2膜との積層膜)について、該積層膜のシートキャリア電子密度n_sheet(個/cm2)と、500nm、1000nm、1500nmおよび2000nmの各波長ごとの光線吸収率(%)と、の関係を示したグラフである。FIG. 5 is a diagram illustrating a laminated film (a laminated film of a SnO 2 film and a fluorine-doped SnO 2 film) formed by using a low pressure CVD method, a sheet carrier electron density n_sheet (number / cm 2 ) of the laminated film, and 500 nm. , 1000 nm, 1500 nm, and 2000 nm are graphs showing the relationship with the light absorption rate (%) for each wavelength. 図6は、図3および図5のプロットのうち、波長1500nmの光線吸収率に関するプロットのみを抜き出したグラフである。FIG. 6 is a graph in which only the plot relating to the light absorption rate at a wavelength of 1500 nm is extracted from the plots of FIGS. 3 and 5. 図7は、減圧CVD法を用いて形成される積層膜(SnO2膜とフッ素ドープSnO2膜との積層膜)について、該積層膜の膜厚と、550nmおよび1000nmの各波長ごとのヘイズ率(%)と、の関係を示したグラフである。FIG. 7 shows the film thickness of the laminated film (stacked film of SnO 2 film and fluorine-doped SnO 2 film) formed by using the low pressure CVD method and the haze ratio for each wavelength of 550 nm and 1000 nm. It is the graph which showed the relationship with (%).

以下、本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法について説明する。
本発明の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法は、基体上に透明導電性酸化物膜が設けられた透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法である。
本発明の製造方法では、基体上に形成される透明導電性酸化物膜が、フッ素がドープされていない酸化スズ膜(SnO2膜)からなり、基体上に形成される第1層と、フッ素がドープされた酸化スズ膜(フッ素ドープSnO2膜)からなり、該第1層上に形成される第2層と、を少なくとも含む。本発明の透明導電性酸化物膜において、上記の第1層および第2層が基体上に形成された積層膜をなす。なお、上記で第1層と、第2層と、を少なく含むと記載しているのは、第1層および第2層の積層膜上に、さらに、1組以上の積層膜(SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜をこの順に形成された積層膜)を形成する場合があるためである。
Hereinafter, the manufacturing method of the base | substrate with a transparent conductive oxide film of this invention is demonstrated.
The method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention is a method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film in which a transparent conductive oxide film is provided on the substrate.
In the production method of the present invention, the transparent conductive oxide film formed on the substrate is made of a tin oxide film (SnO 2 film) not doped with fluorine, and the first layer formed on the substrate, fluorine A tin oxide film doped with (fluorine-doped SnO 2 film), and at least a second layer formed on the first layer. The transparent conductive oxide film of the present invention forms a laminated film in which the first layer and the second layer are formed on a substrate. In addition, it is described in the above that the first layer and the second layer are included in a small amount because one or more sets of stacked films (SnO 2 film) are further formed on the stacked films of the first layer and the second layer. And a fluorine-doped SnO 2 film formed in this order).

本発明の製造方法では、上記第1層としてのSnO2膜、および、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の形成にCVD法を用いる。その理由は、膜厚の制御のしやすさや被覆性の良さなどである。
但し、上記第1層としてのSnO2膜、および、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の形成時において、200Pa以下の圧力下にてCVD法を用いる。以下、本明細書において、200Pa以下の圧力下で実施するCVD法のことを「減圧CVD法」という。
ここで、減圧CVD法を実施する際の雰囲気圧力は、100Pa以下であることがより好ましい。
但し、減圧CVD法を実施する際の雰囲気圧力が低すぎると、基体表面に到達する膜材料(膜材料の原子の数)が減少してしまうため、成膜レートが低くなり実用的でない。このため、減圧CVD法を実施する際の雰囲気圧力は10Pa以上であることが好ましく、20Pa以上であることがより好ましく、50Pa以上であることがさらに好ましい。
In the production method of the present invention, SnO 2 film serving as the first layer, and, using the CVD method for forming fluorine-doped SnO 2 film serving as the second layer. The reason for this is the ease of control of the film thickness and the good coverage.
However, SnO 2 film serving as the first layer, and, during the formation of the fluorine-doped SnO 2 film serving as the second layer, using a CVD method at a pressure of at 200 Pa. Hereinafter, in this specification, a CVD method performed under a pressure of 200 Pa or less is referred to as a “low pressure CVD method”.
Here, it is more preferable that the atmospheric pressure when performing the low pressure CVD method is 100 Pa or less.
However, if the atmospheric pressure when performing the low pressure CVD method is too low, the film material (the number of atoms of the film material) reaching the surface of the substrate is decreased, so that the film formation rate is lowered and is not practical. For this reason, it is preferable that the atmospheric pressure at the time of implementing low pressure CVD method is 10 Pa or more, It is more preferable that it is 20 Pa or more, It is further more preferable that it is 50 Pa or more.

本発明では、上記第1層としてのSnO2膜、および、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の形成を、200Pa以下の圧力下でCVDを実施することにより、不純物が少ない、SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜を形成することができる。
特許文献2では、透明導電性酸化物膜を、フッ素がドープされた酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜)と、フッ素がドープされていない酸化スズ層(SnO2膜)と、の積層膜としているが、これらの酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜およびSnO2膜)の形成に常圧CVD法を用いているため、形成される酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜およびSnO2膜)は不純物が多く含んだものとなる。このため、膜厚を大きくすると、光線吸収により可視光から近赤外の波長域の光線の透過率が低下するので、酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜およびSnO2膜)の膜厚を大きくすることができず、積層膜の合計膜厚の上限は1200nmとされている。また、特許文献2では、積層膜における、フッ素がドープされていない酸化スズ層(SnO2膜)の厚さと、フッ素がドープされた酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜)の厚さとの比について、3/7〜7/3であるのが好ましい、と記載されているが、透明導電性酸化物膜のシート抵抗を低くするためには、フッ素がドープされていない酸化スズ層(SnO2膜)よりも、フッ素がドープされた酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜)の厚さを大きくする必要がある。このため、同文献に記載の実施例では、フッ素がドープされた酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜)のほうが、厚さが大きくなっている。
In the present invention, the SnO 2 film as the first layer and the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer are formed by performing CVD under a pressure of 200 Pa or less, thereby reducing SnO 2. A film and a fluorine-doped SnO 2 film can be formed.
In Patent Document 2, the transparent conductive oxide film is a laminated film of a tin oxide layer doped with fluorine (fluorine-doped SnO 2 film) and a tin oxide layer not doped with fluorine (SnO 2 film). However, since the atmospheric pressure CVD method is used for forming these tin oxide layers (fluorine-doped SnO 2 film and SnO 2 film), the formed tin oxide layers (fluorine-doped SnO 2 film and SnO 2 film) It contains a lot of impurities. For this reason, if the film thickness is increased, the transmittance of light in the visible to near-infrared wavelength region is reduced by light absorption, so the film thickness of the tin oxide layer (fluorine-doped SnO 2 film and SnO 2 film) is increased. Therefore, the upper limit of the total film thickness of the laminated film is set to 1200 nm. In Patent Document 2, the ratio of the thickness of the tin oxide layer (SnO 2 film) not doped with fluorine to the thickness of the tin oxide layer doped with fluorine (fluorine-doped SnO 2 film) in the laminated film is disclosed. 3/7 to 7/3, but in order to reduce the sheet resistance of the transparent conductive oxide film, a tin oxide layer (SnO 2 film not doped with fluorine) is used. ), The thickness of the tin oxide layer doped with fluorine (fluorine-doped SnO 2 film) needs to be increased. For this reason, in the Example described in this document, the thickness of the tin oxide layer doped with fluorine (fluorine-doped SnO 2 film) is larger.

これに対し、本願発明では、減圧CVD法を用いることで、上記第1層としてのSnO2膜、および、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の不純物が少なくなるので、膜厚を大きくしても、光線吸収による可視光から近赤外の波長域の光線の透過率の低下が少ない。
本願発明では、上記第1層としてのSnO2膜の膜厚を1200nm以上とし、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の膜厚を100nm以上とする。したがって、積層膜の合計膜厚の上限が1200nmとされており、フッ素がドープされていない酸化スズ層(SnO2膜)よりもフッ素がドープされた酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜)の厚さを大きくする必要がある特許文献2の積層膜とは、積層膜の構成が明らかに異なっている。
In contrast, in the present invention, by using the low pressure CVD method, SnO 2 film serving as the first layer, and, since the impurity of fluorine-doped SnO 2 film serving as the second layer is reduced, increasing the thickness Even so, there is little decrease in the transmittance of light in the wavelength range from visible light to near infrared due to light absorption.
In the present invention, the film thickness of the SnO 2 film as the first layer is 1200 nm or more, and the film thickness of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is 100 nm or more. Therefore, the upper limit of the total film thickness of the laminated film is set to 1200 nm, and the thickness of the tin oxide layer (fluorine-doped SnO 2 film) doped with fluorine rather than the tin oxide layer (SnO 2 film) not doped with fluorine. The structure of the laminated film is clearly different from that of Patent Document 2 in which the thickness needs to be increased.

特許文献2の積層膜は、積層膜を構成する酸化スズ層(フッ素ドープSnO2膜およびSnO2膜)を常圧CVD法で形成するため、不純物が多く含むことから、光線吸収による可視光から近赤外の波長域の光線透過率の低下を少なくするため、膜厚を大きくすることができなかったが、本願発明では、減圧CVD法を用いることから、上記第1層としてのSnO2膜の膜厚を1200nm以上としても、該SnO2膜に含まれる不純物が少なくなる。そのため、光線吸収による可視光から近赤外の波長域の光線透過率の低下も少なくなる。ここで、上記第1層としてのSnO2膜の結晶性は、膜厚を大きくするほど向上するので、膜厚が1200nm以上のSnO2膜の表面付近は結晶性が高い状態となっている。第2層としての、フッ素ドープSnO2膜も膜厚を大きくするほど結晶性が向上するが、下地となるSnO2膜の表面付近が、結晶性が高い状態となっているため、第2層としての、フッ素ドープSnO2膜は、膜厚が小さくても、結晶性が高い状態となる。そして、フッ素ドープSnO2膜の結晶性が高いほど、キャリア電子の移動度が高くなるので、図4に示すように、より低いキャリア電子密度で、高いキャリア電子の移動度を達成できる。 Since the laminated film of Patent Document 2 includes a tin oxide layer (fluorine-doped SnO 2 film and SnO 2 film) constituting the laminated film by an atmospheric pressure CVD method, since it contains a large amount of impurities, visible light due to light absorption Although the film thickness could not be increased in order to reduce the decrease in light transmittance in the near-infrared wavelength region, the SnO 2 film as the first layer is used in the present invention because the reduced pressure CVD method is used. Even if the film thickness is 1200 nm or more, impurities contained in the SnO 2 film are reduced. Therefore, a decrease in light transmittance in the wavelength range from visible light to near infrared due to light absorption is also reduced. Here, since the crystallinity of the SnO 2 film as the first layer increases as the film thickness increases, the vicinity of the surface of the SnO 2 film having a film thickness of 1200 nm or more is in a state of high crystallinity. The crystallinity of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer increases as the film thickness increases. However, since the vicinity of the surface of the SnO 2 film serving as the base is in a state of high crystallinity, the second layer The fluorine-doped SnO 2 film has a high crystallinity even if the film thickness is small. Then, the higher the crystallinity of the fluorine-doped SnO 2 film, the higher the mobility of carrier electrons. Therefore, as shown in FIG. 4, high carrier electron mobility can be achieved with a lower carrier electron density.

図4は、減圧CVD法を用いて形成される積層膜、すなわち、第1層としてのSnO2膜と、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜と、の積層膜について、該積層膜のキャリア電子密度(個/cm3)と、キャリア電子の移動度(cm2/V・s)と、の関係を示したグラフである。なお、図4には、図2のプロットも合わせて示した。
ここで、減圧CVD法は下記条件で実施した。また、フッ素ドープ酸化スズ膜を形成する基体は、後述する実施例と同様の基体、すなわち、無アルカリガラス基板を用いた。
原料ガス流量
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :0sccm(SnO2膜)、8sccm(フッ素ドープSnO2膜)
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜の成膜時間を変えることで、積層膜におけるこれらの膜の膜厚を変化させた。積層膜の合計膜厚は、約800nmから約3200nmの範囲であり、SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜の膜厚は、それぞれ、約200nmから約2700nm、および、約200nmから約600nmの範囲であった。
図4に示したように、第1層としてのSnO2膜と、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜と、の積層膜では、フッ素ドープSnO2膜のみの場合に比べて、キャリア電子密度nの低下に対する、キャリア電子の移動度μの低下がきわめて少なかった。
FIG. 4 shows a layered film formed by using a low pressure CVD method, that is, a layered film of a SnO 2 film as a first layer and a fluorine-doped SnO 2 film as a second layer. 5 is a graph showing the relationship between electron density (pieces / cm 3 ) and carrier electron mobility (cm 2 / V · s). In FIG. 4, the plot of FIG. 2 is also shown.
Here, the low pressure CVD method was performed under the following conditions. Moreover, the base | substrate which forms a fluorine dope tin oxide film | membrane used the base | substrate similar to the Example mentioned later, ie, an alkali free glass substrate.
Source gas flow rate SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 0 sccm (SnO 2 film), 8 sccm (fluorine-doped SnO 2 film)
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
By changing the film formation time of the SnO 2 film and the fluorine-doped SnO 2 film, the film thickness of these films in the laminated film was changed. The total film thickness of the laminated film ranges from about 800 nm to about 3200 nm, and the film thicknesses of the SnO 2 film and the fluorine-doped SnO 2 film range from about 200 nm to about 2700 nm and from about 200 nm to about 600 nm, respectively. there were.
As shown in FIG. 4, in the laminated film of the SnO 2 film as the first layer and the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer, the carrier electron density as compared with the case of only the fluorine-doped SnO 2 film. There was very little decrease in the mobility μ of carrier electrons with respect to the decrease in n.

図5は、減圧CVD法を用いて形成される、第1層としてのSnO2膜と、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜と、の積層膜について、該積層膜のシートキャリア電子密度n_sheet(個/cm2)と、500nm、1000nm、1500nmおよび2000nmの各波長ごとの光線吸収率(%)と、の関係を示したグラフである。
図5に示すように、第1層としてのSnO2膜と、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜と、の積層膜の場合も、図3に示したフッ素ドープSnO2膜のみの場合と同様に、シートキャリア電子密度n_sheetが増加すると、近赤外領域の光線吸収が増加する。
図6は、図3および図5のプロットのうち、波長1500nmの光線吸収率に関するプロットのみを抜き出したグラフである。
図6に示すように、波長1500nmの光線吸収率は、シートキャリア電子密度が同一であれば、フッ素ドープ酸化スズ膜と、積層膜(第1層としてのSnO2膜と、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜と、の積層膜)と、で差がなかった。この結果から、シートキャリア電子密度が同一の場合、波長1500nmの光線吸収率は、透明導電性酸化物膜の膜厚には依存しないことがわかる。
なお、図示しないが、他の近赤外領域の波長域(波長1000nm、2000nm)の光線吸収率も図6と同様の傾向を示す。
FIG. 5 shows a sheet carrier electron density n_sheet of a laminated film of a SnO 2 film as a first layer and a fluorine-doped SnO 2 film as a second layer formed by using a low pressure CVD method. It is the graph which showed the relationship between (piece / cm < 2 >) and the light absorptivity (%) for each wavelength of 500 nm, 1000 nm, 1500 nm, and 2000 nm.
As shown in FIG. 5, the laminated film of the SnO 2 film as the first layer and the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer also includes the case of only the fluorine-doped SnO 2 film shown in FIG. Similarly, when the sheet carrier electron density n_sheet increases, light absorption in the near infrared region increases.
FIG. 6 is a graph in which only the plot relating to the light absorption rate at a wavelength of 1500 nm is extracted from the plots of FIGS. 3 and 5.
As shown in FIG. 6, when the sheet carrier electron density is the same, the light absorption rate at a wavelength of 1500 nm is as follows: a fluorine-doped tin oxide film, a laminated film (SnO 2 film as the first layer, and There was no difference between the fluorine-doped SnO 2 film and the laminated film. From this result, it is understood that when the sheet carrier electron density is the same, the light absorption rate at a wavelength of 1500 nm does not depend on the film thickness of the transparent conductive oxide film.
Although not shown, the light absorptance in other near-infrared wavelength regions (wavelengths 1000 nm and 2000 nm) also shows the same tendency as in FIG.

図4〜図6の結果から、要求されるキャリア電子の移動度の達成できる限り、シートキャリア電子密度を低くすることが、近赤外領域の波長域の光線吸収を低くするうえで、好ましいことがわかる。
ここで、シートキャリア電子密度(n_sheet)に関する関係式(上記式(2))から、シートキャリア電子密度を低くするには、キャリア電子密度n、および、フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚のうち、いずれか一方を低くすればよいことになる。これらのうち、フッ素ドープ酸化スズ膜の膜厚を低くするほうが、条件の設定が容易である。
このような理由から、本願発明では、上記第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の膜厚を、上記第1層としてのSnO2膜の膜厚よりも小さくする。
From the results of FIGS. 4 to 6, it is preferable to lower the sheet carrier electron density in order to reduce the light absorption in the near infrared wavelength region as long as the required carrier electron mobility can be achieved. I understand.
Here, from the relational expression (the above formula (2)) regarding the sheet carrier electron density (n_sheet), in order to reduce the sheet carrier electron density, among the carrier electron density n and the film thickness of the fluorine-doped tin oxide film, One of them can be lowered. Of these, the setting of conditions is easier when the thickness of the fluorine-doped tin oxide film is reduced.
For this reason, in the present invention, the film thickness of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is made smaller than the film thickness of the SnO 2 film as the first layer.

次に、積層膜を構成する第1層および第2層の膜厚について記載する。
本発明では、第1層としてのSnO2膜の膜厚を1200nm以上とする。第1層としてのSnO2膜の膜厚が1200nm未満だと、SnO2膜の表面付近の結晶性が低くなる。そのため、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の結晶性も低くなり、キャリア電子の移動度が低くなる。膜厚を大きくすれば、フッ素ドープSnO2膜の結晶性が高くなるが、この場合、光線吸収が増加するため、可視光から近赤外の波長域の光線透過率が低下する。
第1層としてのSnO2膜の膜厚は、1400nm以上であることが好ましく、1600nm以上であることがより好ましく、1800nm以上であることがさらに好ましい。
但し、第1層としてのSnO2膜の膜厚が大きすぎると、光線吸収が増加し、可視光から近赤外の波長域の光線透過率が低下するため、SnO2膜の膜厚は2000nm以下とする。ここで、第1層および第2層の積層膜上に、さらに、1組以上の積層膜(SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜をこの順に形成された積層膜)を形成する場合は、全てのSnO2膜の合計膜厚を2000nm以下とする。
第1層としてのSnO2膜は、フッ素がドープされた第2層(フッ素ドープSnO2膜)に比べて、ドーパントを含まないため、キャリア電子が少なく、光線吸収が少ない膜であるが、膜厚が大きくなると、第1層のSnO2膜であっても、光線吸収が増加する。
ここで、ドーパントを含まないSnO2膜は、キャリア電子が少ない膜であるため、可視光域での光線吸収が、近赤外域での光線吸収より増加する傾向にある。このために、特に可視光域で発電効率の高い太陽電池(例えば、アモルファス−Si系太陽電池など)と組み合せる場合には、第1層としてのSnO2膜の膜厚は2000nm以下にすることが好ましい。
また減圧CVD法は、成膜速度が常圧CVD法に比べ、一般に低いことから、第1層としてのSnO2膜の膜厚が小さい方が成膜コストの観点から好ましい。
Next, the film thicknesses of the first layer and the second layer constituting the laminated film will be described.
In the present invention, the thickness of the SnO 2 film as the first layer is set to 1200 nm or more. When the film thickness of the SnO 2 film as the first layer is less than 1200 nm, the crystallinity near the surface of the SnO 2 film is lowered. Therefore, the crystallinity of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is also lowered, and the mobility of carrier electrons is lowered. Increasing the film thickness increases the crystallinity of the fluorine-doped SnO 2 film, but in this case, the light absorption increases, so that the light transmittance in the visible to near-infrared wavelength range decreases.
The film thickness of the SnO 2 film as the first layer is preferably 1400 nm or more, more preferably 1600 nm or more, and further preferably 1800 nm or more.
However, if the thickness of the SnO 2 film as the first layer is too large, the light absorption increases and the light transmittance in the wavelength range from visible light to near infrared decreases, so the thickness of the SnO 2 film is 2000 nm. The following. Here, when one or more sets of laminated films (a laminated film in which a SnO 2 film and a fluorine-doped SnO 2 film are formed in this order) are further formed on the laminated film of the first layer and the second layer, all The total film thickness of the SnO 2 film is 2000 nm or less.
The SnO 2 film as the first layer is a film that contains fewer dopants and has less light absorption than the second layer doped with fluorine (fluorine-doped SnO 2 film). As the thickness increases, light absorption increases even in the case of the first layer of SnO 2 film.
Here, since the SnO 2 film containing no dopant is a film with few carrier electrons, the light absorption in the visible light region tends to increase more than the light absorption in the near infrared region. For this reason, the thickness of the SnO 2 film as the first layer should be 2000 nm or less when combined with a solar cell having high power generation efficiency particularly in the visible light region (for example, an amorphous-Si solar cell). Is preferred.
In addition, since the low pressure CVD method generally has a lower film formation rate than the atmospheric pressure CVD method, it is preferable from the viewpoint of film formation cost that the SnO 2 film as the first layer is smaller.

本発明では、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜を100nm以上とする。第2層としてのフッ素ドープSnO2膜が100nm未満だと、キャリア電子の移動度が低下する。
第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の膜厚は、200nm以上であることが好ましく、300nm以上であることがより好ましく、400nm以上であることがさらに好ましい。
In the present invention, the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is 100 nm or more. If the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is less than 100 nm, the mobility of carrier electrons decreases.
The film thickness of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is preferably 200 nm or more, more preferably 300 nm or more, and further preferably 400 nm or more.

但し、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の膜厚が大きすぎると、光線吸収が増加し、可視光から近赤外の波長域の光線透過率が低下するため、フッ素ドープSnO2膜の膜厚は400nm以下とする。ここで、第1層および第2層の積層膜上に、さらに、1組以上の積層膜(SnO2膜およびフッ素ドープSnO2膜をこの順に形成された積層膜)を形成する場合は、全てのフッ素ドープSnO2膜の合計膜厚を600nm以下とする。
フッ素ドープSnO2膜の合計膜厚は、500nm以下であることが好ましい。
However, if the thickness of the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is too large, it increased light absorption, since light transmittance in the wavelength range of near infrared from the visible light is lowered, the fluorine-doped SnO 2 film The film thickness is 400 nm or less. Here, when one or more sets of laminated films (a laminated film in which a SnO 2 film and a fluorine-doped SnO 2 film are formed in this order) are further formed on the laminated film of the first layer and the second layer, all The total film thickness of the fluorine-doped SnO 2 film is 600 nm or less.
The total film thickness of the fluorine-doped SnO 2 film is preferably 500 nm or less.

第2層としてのフッ素ドープSnO2膜におけるフッ素の含有量は、SnO2に対するフッ素の含有量で、0.01〜4mol%であることが、キャリア電子密度が適度になるので好ましい。
フッ素ドープSnO2膜におけるフッ素の含有量は、SnO2に対するフッ素の含有量で、0.01〜2mol%であることがより好ましく、0.02〜1mol%であることがさらに好ましい。
The fluorine content in the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer is preferably 0.01 to 4 mol% in terms of fluorine content with respect to SnO 2 , since the carrier electron density becomes appropriate.
The fluorine content in the fluorine-doped SnO 2 film is more preferably 0.01 to 2 mol%, further preferably 0.02 to 1 mol% in terms of the fluorine content relative to SnO 2 .

次に、透明導電性酸化物膜を形成する基体や、第1層としてのSnO2膜、および、第2層としてのフッ素ドープSnO2膜の形成に使用する減圧CVD法の実施条件について、さらに記載する。 Next, with regard to the conditions for the low-pressure CVD method used for forming the substrate on which the transparent conductive oxide film is formed, the SnO 2 film as the first layer, and the fluorine-doped SnO 2 film as the second layer, Describe.

<基体>
透明導電性酸化物膜を形成する基体には、透明導電性酸化物膜を形成する面が平滑であるものを用いる。ここで、面が平滑とは、算術平均粗さ(Ra)が10nm以下であることを意味する。なお、算術平均粗さ(Ra)はJIS B 0601(2001年)に準拠する。
透明導電性酸化物膜を形成する面が平滑であることが求められるのは、透明導電性酸化物膜を形成する面が平滑でないと、該面に形成される透明導電性酸化物膜の光線吸収が増加するためである。透明導電性酸化物膜を形成する面は、好ましくは、Raで2nm以下、より好ましくはRaで1nm以下である。
<Substrate>
As the substrate on which the transparent conductive oxide film is formed, a substrate having a smooth surface on which the transparent conductive oxide film is formed is used. Here, the smooth surface means that the arithmetic average roughness (Ra) is 10 nm or less. In addition, arithmetic mean roughness (Ra) is based on JIS B 0601 (2001).
The surface on which the transparent conductive oxide film is formed is required to be smooth because if the surface on which the transparent conductive oxide film is formed is not smooth, the light beam of the transparent conductive oxide film formed on the surface This is because absorption increases. The surface on which the transparent conductive oxide film is formed is preferably 2 nm or less in Ra, more preferably 1 nm or less in Ra.

基材の形状は、透明導電性酸化物膜を形成する面が平滑であることが求められることから、平滑な平面を有する板状である。該基体としては、ガラス基体、セラミックス基体、プラスチック基体、金属基体などが挙げられる。該基体は透光性に優れた透明の基体であることが好ましく、ガラス基板であることが強度および耐熱性の点から好ましい。ガラス基板としては、無色透明なソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス基板、無アルカリガラス基板、その他の各種ガラスからなる透明ガラス板を用いることができる。
太陽電池のような光電変換素子の入射光側電極として用いる場合、ガラス基板の厚さは0.2〜6.0mmであることが好ましい。この範囲であると、ガラス基板の強度が強く、透過率が高い。また、十分絶縁性で、かつ化学的、物理的耐久性が高いことが望ましい。
なお、ソーダライムシリケートガラスなどのナトリウムを含有するガラスからなるガラス基板、または低アルカリ含有ガラスからなるガラス基板の場合には、ガラスからその上面に形成される透明導電性酸化物膜へのアルカリ成分の拡散を最小限にするために、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜などのアルカリバリア層をガラス基板面に施してもよい。
また、ガラス基板の表面に、ガラス基板の表面と、その上に設けられる層との屈折率の差異を軽減するための層をさらに有していてもよい。
Since the surface on which the transparent conductive oxide film is formed is required to be smooth, the shape of the substrate is a plate having a smooth flat surface. Examples of the substrate include a glass substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate, and a metal substrate. The substrate is preferably a transparent substrate excellent in translucency, and a glass substrate is preferable from the viewpoint of strength and heat resistance. As the glass substrate, use a transparent glass plate made of colorless and transparent soda lime silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, lithium aluminosilicate glass, quartz glass, borosilicate glass substrate, non-alkali glass substrate, and other various glasses. Can do.
When used as an incident light side electrode of a photoelectric conversion element such as a solar cell, the glass substrate preferably has a thickness of 0.2 to 6.0 mm. Within this range, the strength of the glass substrate is high and the transmittance is high. Moreover, it is desirable that it is sufficiently insulating and has high chemical and physical durability.
In addition, in the case of a glass substrate made of glass containing sodium such as soda lime silicate glass or a glass substrate made of low alkali content glass, an alkali component from the glass to the transparent conductive oxide film formed on the upper surface thereof In order to minimize the diffusion of silicon, an alkali barrier layer such as a silicon oxide film, an aluminum oxide film, or a zirconium oxide film may be provided on the glass substrate surface.
Moreover, you may further have the layer for reducing the difference in the refractive index of the surface of a glass substrate, and the layer provided on it on the surface of a glass substrate.

<減圧CVD法によるSnO2膜の形成>
減圧CVD法によるSnO2膜の形成は以下の手順で実施すればよい。
チャンバ内を200Pa以下の所定の圧力に保持した状態で、該チャンバ内の所定の位置に配置された基体を所定の基体温度に保持し、原料ガスである四塩化スズ(SnCl4)、および、水(H2O)を、窒素、アルゴン等のキャリアガスとともに原料ガス供給ノズルから同時に吹き付けることで、基体上にSnO2膜を形成することができる。
<Formation of SnO 2 film by low pressure CVD method>
The formation of the SnO 2 film by the low pressure CVD method may be performed by the following procedure.
In a state where the chamber is maintained at a predetermined pressure of 200 Pa or less, a substrate disposed at a predetermined position in the chamber is maintained at a predetermined substrate temperature, tin tetrachloride (SnCl 4 ) as a source gas, and By simultaneously spraying water (H 2 O) from a source gas supply nozzle together with a carrier gas such as nitrogen or argon, a SnO 2 film can be formed on the substrate.

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の四塩化スズ(SnCl4)に対する水(H2O)の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200であることが好ましい。H2OはSnCl4からSnO2への酸化反応を進行させるための酸化剤として作用する。そのため、H2Oが少なすぎると酸化反応が不十分になり、形成される膜が着色する場合があるので、流量比(H2O/SnCl4)で100以上とすることが好ましい。一方、H2Oが多い場合、形成される膜の特性的には問題はないが、設備上大量のH2Oを供給することは困難となるため、流量比(H2O/SnCl4)で200以下であることが好ましい。
流量比(H2O/SnCl4)が120〜200であることがより好ましく、150〜200であることがさらに好ましい。
When the low pressure CVD method is performed, the amount of water (H 2 O) to tin tetrachloride (SnCl 4 ) in the raw material gas is preferably 100 to 200 in terms of a flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). H 2 O acts as an oxidizing agent for proceeding the oxidation reaction from SnCl 4 to SnO 2 . Therefore, if the amount of H 2 O is too small, the oxidation reaction becomes insufficient and the formed film may be colored. Therefore, the flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ) is preferably 100 or more. On the other hand, when H 2 O is large, because there is no problem in the characteristic of the film formed, which becomes difficult to supply a large amount of H 2 O on the equipment, the flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4) And preferably 200 or less.
The flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ) is more preferably 120 to 200, and further preferably 150 to 200.

減圧CVD法実施時において、基体温度は300〜400℃であることが好ましい。基体温度が300℃よりも低くなると、SnO2膜の成膜レートが低くなり、かつ、形成されるSnO2膜のキャリア電子密度が高くなるので、形成される透明導電性酸化物膜のシートキャリア電子密度が高くなる。基体温度が400℃よりも高くなると、形成される透明導電性酸化物膜のキャリア電子の移動度が低下する。
基体温度は340〜390℃であることがより好ましく、360〜380℃であることがさらに好ましい。
When the low pressure CVD method is performed, the substrate temperature is preferably 300 to 400 ° C. When the substrate temperature is lower than 300 ° C., the film formation rate of the SnO 2 film is lowered, and the carrier electron density of the formed SnO 2 film is increased, so that the sheet carrier of the formed transparent conductive oxide film The electron density increases. When the substrate temperature is higher than 400 ° C., the mobility of carrier electrons in the formed transparent conductive oxide film decreases.
The substrate temperature is more preferably 340 to 390 ° C, and further preferably 360 to 380 ° C.

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の四塩化スズ(SnCl4)に対するキャリアガス(例えば、窒素)の量が流量比(キャリアガス/SnCl4)で1〜50であることが好ましい。 When carrying out the low pressure CVD method, the amount of carrier gas (for example, nitrogen) with respect to tin tetrachloride (SnCl 4 ) in the raw material gas is preferably 1 to 50 in terms of a flow rate ratio (carrier gas / SnCl 4 ).

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の水(H2O)に対するキャリアガス(例えば、窒素)の量が流量比(キャリアガス/H2O)で0.2〜5であることが好ましい。 When carrying out the low pressure CVD method, the amount of carrier gas (for example, nitrogen) with respect to water (H 2 O) in the raw material gas is preferably 0.2 to 5 in terms of flow rate ratio (carrier gas / H 2 O).

<減圧CVD法によるフッ素ドープSnO2膜の形成>
減圧CVD法によるフッ素ドープSnO2膜の形成は以下の手順で実施すればよい。
チャンバ内を200Pa以下の所定の圧力に保持した状態で、上記の手順でSnO2膜が形成された基体を、該チャンバ内の所定の位置に配置し、該基体を所定の基体温度に保持し、原料ガスである四塩化スズ(SnCl4)、および、水(H2O)、および、フッ化水素(HF)を、窒素、アルゴン等のキャリアガスとともに原料ガス供給ノズルから同時に吹き付けることで、SnO2膜上にフッ素ドープSnO2膜を形成することができる。
<Formation of fluorine-doped SnO 2 film by low pressure CVD method>
The formation of the fluorine-doped SnO 2 film by the low pressure CVD method may be performed according to the following procedure.
With the chamber maintained at a predetermined pressure of 200 Pa or less, the substrate on which the SnO 2 film is formed by the above procedure is placed at a predetermined position in the chamber, and the substrate is held at a predetermined substrate temperature. By simultaneously blowing the source gas tin tetrachloride (SnCl 4 ), water (H 2 O), and hydrogen fluoride (HF) together with the carrier gas such as nitrogen and argon from the source gas supply nozzle, it is possible to form a fluorine-doped SnO 2 film on the SnO 2 film.

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の四塩化スズ(SnCl4)に対する水(H2O)の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200であることが好ましい。H2OはSnCl4からSnO2への酸化反応を進行させるための酸化剤として作用する。そのため、H2Oが少なすぎると酸化反応が不十分になり、形成される膜が着色する場合があるので、流量比(H2O/SnCl4)で100以上とすることが好ましい。一方、H2Oが多い場合、形成される膜の特性的には問題はないが、設備上大量のH2Oを供給することは困難となるため、流量比(H2O/SnCl4)で200以下であることが好ましい。
流量比(H2O/SnCl4)が120〜200であることがより好ましく、150〜200であることがさらに好ましい。
When the low pressure CVD method is performed, the amount of water (H 2 O) to tin tetrachloride (SnCl 4 ) in the raw material gas is preferably 100 to 200 in terms of a flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). H 2 O acts as an oxidizing agent for proceeding the oxidation reaction from SnCl 4 to SnO 2 . Therefore, if the amount of H 2 O is too small, the oxidation reaction becomes insufficient and the formed film may be colored. Therefore, the flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ) is preferably 100 or more. On the other hand, when H 2 O is large, because there is no problem in the characteristic of the film formed, which becomes difficult to supply a large amount of H 2 O on the equipment, the flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4) And preferably 200 or less.
The flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ) is more preferably 120 to 200, and further preferably 150 to 200.

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の四塩化スズ(SnCl4)に対するフッ化水素(HF)の量が流量比(HF/SnCl4)で4〜16であることが好ましい。ドーパントの原料であるHFが少なすぎると、形成される膜中のキャリア濃度が低くなるので、流量比(HF/SnCl4)で4以上であることが好ましい。HFが多すぎるとキャリアを作るドーパントとして働かず、単なる不純物として取り込まれるフッ素が増加し、移動度低下の要因となるので、流量比(HF/SnCl4)で16以下であることが好ましい。 When the low pressure CVD method is performed, the amount of hydrogen fluoride (HF) to tin tetrachloride (SnCl 4 ) in the raw material gas is preferably 4 to 16 in terms of a flow rate ratio (HF / SnCl 4 ). If the amount of HF that is a dopant raw material is too small, the carrier concentration in the film to be formed becomes low. Therefore, the flow rate ratio (HF / SnCl 4 ) is preferably 4 or more. If the amount of HF is too large, it does not work as a dopant for forming carriers, but fluorine taken as a simple impurity increases and causes a decrease in mobility. Therefore, the flow rate ratio (HF / SnCl 4 ) is preferably 16 or less.

減圧CVD法実施時において、基体温度は300〜400℃であることが好ましい。基体温度が300℃よりも低くなると、フッ素ドープSnO2膜の成膜レートが極端に低下し、かつ、反応が十分に進まないため、膜中に残留する不純物量が増加してしまう。基体温度が400℃よりも高くなると、理由は不明であるが、形成される透明導電性酸化物膜の移動度が低下なる傾向があることが発明者等の経験上分かっている。
基体温度は340〜390℃であることがより好ましく、360〜380℃であることがさらに好ましい。
When the low pressure CVD method is performed, the substrate temperature is preferably 300 to 400 ° C. When the substrate temperature is lower than 300 ° C., the deposition rate of the fluorine-doped SnO 2 film is extremely lowered, and the reaction does not proceed sufficiently, so that the amount of impurities remaining in the film increases. The reason is unknown when the substrate temperature is higher than 400 ° C., but the inventors have found that the mobility of the transparent conductive oxide film formed tends to decrease.
The substrate temperature is more preferably 340 to 390 ° C, and further preferably 360 to 380 ° C.

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の四塩化スズ(SnCl4)に対するキャリアガス(例えば、窒素)の量が流量比(キャリアガス/SnCl4)で1〜50であることが好ましい。 When carrying out the low pressure CVD method, the amount of carrier gas (for example, nitrogen) with respect to tin tetrachloride (SnCl 4 ) in the raw material gas is preferably 1 to 50 in terms of a flow rate ratio (carrier gas / SnCl 4 ).

減圧CVD法実施時において、原料ガス中の水(H2O)に対するキャリアガス(例えば、窒素)の量が流量比(キャリアガス/H2O)で0.2〜5であることが好ましい。 When carrying out the low pressure CVD method, the amount of carrier gas (for example, nitrogen) with respect to water (H 2 O) in the raw material gas is preferably 0.2 to 5 in terms of flow rate ratio (carrier gas / H 2 O).

上記した手順で得られる本発明の透明導電性酸化物膜付基体は、キャリア電子の移動度が高く、後述する実施例に記載の手順で測定されるキャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上となる。
この結果、本発明の透明導電性酸化物膜付基体は、シート抵抗が10Ω/□以下となる。
The substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention obtained by the above-described procedure has high carrier electron mobility, and the carrier electron mobility μ measured by the procedure described in Examples described later is 70 [cm 2. / V · s] or more.
As a result, the sheet resistance of the substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention is 10Ω / □ or less.

また、上記した手順で得られる本発明の透明導電性酸化物膜付基体は、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下となる。この結果、近赤外領域の波長域における光線吸収率が低くなる。具体的には、後述する実施例に記載の手順で測定される波長1500nmにおける光線吸収率が8%以下となる。 Further, the substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention obtained by the above-described procedure has a sheet carrier electron density n_sheet of 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2 ) or less. As a result, the light absorptance in the near infrared wavelength range is reduced. Specifically, the light absorptance at a wavelength of 1500 nm measured by the procedure described in the examples described later is 8% or less.

また、上記した手順で得られる本発明の透明導電性酸化物膜付基体は、ヘイズ率が高く、C光源ヘイズ率が10%以上となる。また、近赤外領域の波長域におけるヘイズ率も高くなる。具体的には、後述する実施例に記載の手順で測定される波長1000nmのヘイズ率が1.5%以上となる。   Moreover, the base | substrate with a transparent conductive oxide film of this invention obtained by an above-described procedure has a high haze rate, and C light source haze rate becomes 10% or more. In addition, the haze ratio in the near-infrared wavelength range is also increased. Specifically, the haze ratio at a wavelength of 1000 nm measured by the procedure described in the examples described later is 1.5% or more.

以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
無アルカリガラス基板に、第1層として、フッ素がドープされていない酸化スズ膜を以下の成膜条件で成膜した。
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :0sccm
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
次に、第2層として、フッ素がドープされた酸化スズ膜を以下の成膜条件で成膜した。
SnCl4:2sccm
2O :400sccm
HF :8sccm
雰囲気圧力:100Pa
基板温度:360℃
得られた透明導電性酸化物膜付き基体について、キャリア電子の移動度、キャリア電子密度およびシート抵抗は、サンプルを1cm×1cmに切断し、BioRad社製 HL5500を用いて、Van der Pauw法を用いた測定を行うことで求めた。
なお、膜厚は、Veeco社製 触針式表面形状測定器 DEKTAK150にて測定した。
結果を表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to this.
Example 1
A tin oxide film not doped with fluorine was formed as a first layer on an alkali-free glass substrate under the following film formation conditions.
SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 0 sccm
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
Next, a tin oxide film doped with fluorine was formed as the second layer under the following film formation conditions.
SnCl 4 : 2 sccm
H 2 O: 400 sccm
HF: 8 sccm
Atmospheric pressure: 100Pa
Substrate temperature: 360 ° C
About the obtained base | substrate with a transparent conductive oxide film, a carrier electron mobility, a carrier electron density, and sheet resistance cut a sample into 1 cm x 1 cm, and used Van der Pauw method using BioRad HL5500. It was obtained by performing the measurement.
The film thickness was measured with a stylus type surface shape measuring device DEKTAK150 manufactured by Veeco.
The results are shown in Table 1.

同様に実施例2、比較例1〜3は、第1層および第2層の膜厚を表1のように変えて成膜した。
表1の結果より、本発明の透明導電性酸化物膜付き基体は、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、C光源ヘイズ率が10%以上であり、かつ、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下であった。
またシートキャリア電子密度が7.5×1015(個/cm2)であることから、波長1500nmの光線吸収は図3から8%以下であると推定できる。
Similarly, Example 2 and Comparative Examples 1 to 3 were formed by changing the film thicknesses of the first layer and the second layer as shown in Table 1.
From the results of Table 1, the substrate with a transparent conductive oxide film of the present invention has a carrier electron mobility μ of 70 [cm 2 / V · s] or more, a C light source haze ratio of 10% or more, In addition, the sheet carrier electron density n_sheet was 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2 ) or less.
Since the sheet carrier electron density is 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2 ), it can be estimated from FIG. 3 that the light absorption at a wavelength of 1500 nm is 8% or less.

Claims (9)

表面が平滑な基体上に透明導電性酸化物膜が設けられた透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法であって、
前記透明導電性酸化物膜が、フッ素がドープされていない酸化スズ膜からなり、基体上に形成される第1層と、フッ素がドープされた酸化スズ膜からなり、該第1層上に形成される第2層と、を少なくとも含み、
前記第1層および第2層は、CVD法を用いて、200Pa以下の圧力下で形成され、
前記第1層の膜厚が1200nm以上であり、前記第2層の膜厚が100nm以上であり、
前記透明導電性酸化物膜に含まれる、フッ素がドープされていない酸化スズ膜の合計膜厚が1200〜2000nmであり、
前記透明導電性酸化物膜に含まれる、フッ素がドープされた酸化スズ膜の合計膜厚が100〜600nmであることを特徴とする透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。
A method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film in which a transparent conductive oxide film is provided on a substrate having a smooth surface,
The transparent conductive oxide film is formed of a tin oxide film not doped with fluorine, and is formed of a first layer formed on the substrate and a tin oxide film doped with fluorine, and formed on the first layer. And at least a second layer,
The first layer and the second layer are formed using a CVD method under a pressure of 200 Pa or less,
The film thickness of the first layer is 1200 nm or more, the film thickness of the second layer is 100 nm or more,
The total film thickness of the tin oxide film not doped with fluorine contained in the transparent conductive oxide film is 1200 to 2000 nm,
The manufacturing method of the base | substrate with a transparent conductive oxide film characterized by the total film thickness of the tin oxide film | membrane doped with the fluorine contained in the said transparent conductive oxide film being 100-600 nm.
CVD法による前記第1層の形成時における基体温度が、300〜400℃である、請求項1に記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。   The manufacturing method of the base | substrate with a transparent conductive oxide film of Claim 1 whose base | substrate temperature at the time of formation of the said 1st layer by CVD method is 300-400 degreeC. CVD法による前記第2層の形成時における基体温度が、300〜400℃である、請求項1または2に記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。   The manufacturing method of the base | substrate with a transparent conductive oxide film of Claim 1 or 2 whose base | substrate temperature at the time of formation of the said 2nd layer by CVD method is 300-400 degreeC. CVD法による前記第1層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対する水の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200である、請求項1〜3のいずれかに記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。 The amount of water with respect to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of forming the first layer by the CVD method is 100 to 200 in flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). Of manufacturing a substrate with a transparent conductive oxide film. CVD法による前記第2層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対する水の量が流量比(H2O/SnCl4)で100〜200である、請求項1〜4のいずれかに記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。 5. The amount of water relative to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of forming the second layer by a CVD method is 100 to 200 as a flow rate ratio (H 2 O / SnCl 4 ). Of manufacturing a substrate with a transparent conductive oxide film. CVD法による前記第2層の形成時における原料ガス中の四塩化スズに対するフッ化水素の量が流量比(HF/SnCl4)で4〜16である、請求項1〜5のいずれかに記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法。 The amount of hydrogen fluoride with respect to tin tetrachloride in the raw material gas at the time of formation of the second layer by a CVD method is 4 to 16 in terms of a flow rate ratio (HF / SnCl 4 ). Of manufacturing a substrate with a transparent conductive oxide film. 請求項1〜6のいずれかに記載の透明導電性酸化物膜付き基体の製造方法により製造される透明導電性酸化物膜付き基体。   A substrate with a transparent conductive oxide film produced by the method for producing a substrate with a transparent conductive oxide film according to claim 1. キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、C光源ヘイズ率が10%以上であり、かつ、シートキャリア電子密度n_sheetが7.5×1015(個/cm2)以下である、請求項7に記載の透明導電性酸化物膜付き基体。 The carrier electron mobility μ is 70 [cm 2 / V · s] or more, the C light source haze ratio is 10% or more, and the sheet carrier electron density n_sheet is 7.5 × 10 15 (pieces / cm 2). The substrate with a transparent conductive oxide film according to claim 7, wherein: 波長1000nmのヘイズ率が1.5%以上であり、シート抵抗が10Ω/□以下であり、キャリア電子の移動度μが70[cm2/V・s]以上であり、かつ、波長1500nmの光線吸収率が8%以下である、請求項7または8に記載の透明導電性酸化物膜付き基体。 A haze ratio at a wavelength of 1000 nm is 1.5% or more, a sheet resistance is 10 Ω / □ or less, a carrier electron mobility μ is 70 [cm 2 / V · s] or more, and a light beam having a wavelength of 1500 nm The substrate with a transparent conductive oxide film according to claim 7 or 8, wherein the absorptance is 8% or less.
JP2012181722A 2012-08-20 2012-08-20 Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same Pending JP2014037604A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012181722A JP2014037604A (en) 2012-08-20 2012-08-20 Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012181722A JP2014037604A (en) 2012-08-20 2012-08-20 Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014037604A true JP2014037604A (en) 2014-02-27

Family

ID=50285962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012181722A Pending JP2014037604A (en) 2012-08-20 2012-08-20 Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014037604A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5012793B2 (en) Substrate with transparent conductive oxide film and photoelectric conversion element
JP5068946B2 (en) Transparent conductive substrate for solar cell and method for producing the same
US6380480B1 (en) Photoelectric conversion device and substrate for photoelectric conversion device
JP5841074B2 (en) Glass substrate coated with a layer of improved mechanical strength
US20150311361A1 (en) Transparent conductive glass substrate with surface electrode, method for producing same, thin film solar cell, and method for manufacturing thin film solar cell
KR101225739B1 (en) ZnO BASED TRANSPARENT CONDUCTIVE THIN FILM FOR PHOTOVOLTAIC AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
TW201012773A (en) Transparent conductive film substrate and solar cell using the substrate
JP4468894B2 (en) Transparent conductive substrate, manufacturing method thereof, and photoelectric conversion element
TW201246277A (en) Method of manufacturing transparent conductive substrate with surface electrode and method of manufacturing thin film solar cell
JP2005347490A (en) Substrate with transparent conductive oxide film, its manufacturing method and photoelectric transfer element
JP2013211255A (en) Base with transparent conductive oxide films
JP2001060707A (en) Photoelectric transfer device
JP5469298B2 (en) Transparent conductive film for photoelectric conversion device and method for producing the same
JP2014037604A (en) Substrate with transparent conductive oxide film attached thereon and method for manufacturing the same
US20110020621A1 (en) Glass-type substrate coated with thin layers and production method
JP2014038807A (en) Substrate with transparent conductive oxide film and manufacturing method therefor
EP2752883B1 (en) Thin film solar cell module and its production process
JP2012162761A (en) Method for forming fluorine-doped tin oxide film
JP5790421B2 (en) Method for forming fluorine-doped tin oxide film
JP4529370B2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
CN116669448B (en) TCO conductive film glass for perovskite solar cell and preparation process thereof
JP2012084843A (en) Substrate with transparent conductive oxide film and photoelectric conversion element
WO2022114028A1 (en) Glass substrate with transparent conductive film and solar cell
JP2014160689A (en) Base material with transparent conductive oxide film
JP5613296B2 (en) Transparent conductive film for photoelectric conversion device, photoelectric conversion device, and manufacturing method thereof