JP3040373B2 - 薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＩＳ系薄膜太陽
電池の窓層として供されるＺｎＯ系透明導電膜及び該Ｚ
ｎＯ系透明導電膜の製造方法に関する。
電池の窓層として供されるＺｎＯ系透明導電膜及び該Ｚ
ｎＯ系透明導電膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＩＳ（二セレン化銅インジウムＣｕＩ
ｎＳｅ2 又は二硫化銅インジウムＣｕＩｎＳ2 ）系薄膜
太陽電池においては、窓層として供されるｎ形の導電性
を有する透明導電膜が必要である。この透明導電膜に要
求される性能としては、 (1) 上部電極として使用するので抵抗値が低いこと。
（横方向に電流が流れるのでシート抵抗が低いことが必
要で１０Ω／□以下が望ましい。） (2) 光が入射する窓層として働くので、透過率が高いこ
と。（透過率としては、９０％以上（波長８００ｎｍ）
あるいは表面反射量を差し引いて、４００〜１３００ｎ
ｍまでの波長範囲の面積が大きいことが望ましい。） (3) ＣＩＳ系薄膜太陽電池は積層構造であるので、接合
界面特性に損傷を与えないこと。等がある。
ｎＳｅ2 又は二硫化銅インジウムＣｕＩｎＳ2 ）系薄膜
太陽電池においては、窓層として供されるｎ形の導電性
を有する透明導電膜が必要である。この透明導電膜に要
求される性能としては、 (1) 上部電極として使用するので抵抗値が低いこと。
（横方向に電流が流れるのでシート抵抗が低いことが必
要で１０Ω／□以下が望ましい。） (2) 光が入射する窓層として働くので、透過率が高いこ
と。（透過率としては、９０％以上（波長８００ｎｍ）
あるいは表面反射量を差し引いて、４００〜１３００ｎ
ｍまでの波長範囲の面積が大きいことが望ましい。） (3) ＣＩＳ系薄膜太陽電池は積層構造であるので、接合
界面特性に損傷を与えないこと。等がある。
【０００３】この透明導電膜としての酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）の製造方法としては、有機金属化学的気相成長法
（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposit
ion Method）とスパッタ法があり、それぞれの製造方法
の特徴を以下に示す。
Ｏ）の製造方法としては、有機金属化学的気相成長法
（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposit
ion Method）とスパッタ法があり、それぞれの製造方法
の特徴を以下に示す。
【０００４】ＭＯＣＶＤ法においては、その利点とし
て、ドーパント量を調整することで透明導電膜の抵抗
率を任意に変化させることができる。化学反応を利用
した透明導電膜の成長法であるために柔らかいＣＩＳ系
太陽電池の光吸収層に損傷を与えることなく、穏やかな
状態で硬質の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を成長させることがで
きる。透明導電膜表面の凹凸を制御したテクスチャー
構造による光閉じ込め効果により、部分的ではあるが反
射防止膜としての作用が期待できる。
て、ドーパント量を調整することで透明導電膜の抵抗
率を任意に変化させることができる。化学反応を利用
した透明導電膜の成長法であるために柔らかいＣＩＳ系
太陽電池の光吸収層に損傷を与えることなく、穏やかな
状態で硬質の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を成長させることがで
きる。透明導電膜表面の凹凸を制御したテクスチャー
構造による光閉じ込め効果により、部分的ではあるが反
射防止膜としての作用が期待できる。
【０００５】また、その欠点としては、透明導電膜の
透過率と抵抗率を独立して調整することができない。
（この両者の交点が最適値となる。）化学反応促進の
ために基板加熱が必要であり、この加熱の熱応力による
基板の弾性変形及びその変形による膜の剥離等が発生し
易い。製造装置としてバッチ式の反応炉を使用するの
で、工業化時には生産性が劣る可能性が高い。大面積
の薄膜太陽電池を製造する場合には、基板の加熱の均一
性及び原料ガスの流れの均一性を実現することが困難で
ある。抵抗率調整のためのドーパントとして特材ガス
のＢ2 Ｈ6 ガス等を使用する必要があり、除害装置設置
等のコストアップの要因がある。
透過率と抵抗率を独立して調整することができない。
（この両者の交点が最適値となる。）化学反応促進の
ために基板加熱が必要であり、この加熱の熱応力による
基板の弾性変形及びその変形による膜の剥離等が発生し
易い。製造装置としてバッチ式の反応炉を使用するの
で、工業化時には生産性が劣る可能性が高い。大面積
の薄膜太陽電池を製造する場合には、基板の加熱の均一
性及び原料ガスの流れの均一性を実現することが困難で
ある。抵抗率調整のためのドーパントとして特材ガス
のＢ2 Ｈ6 ガス等を使用する必要があり、除害装置設置
等のコストアップの要因がある。
【０００６】スパッタ法においては、従来ＲＦスパッタ
法又はＤＣスパッタ法のいずれかの方法により、Ａｒガ
ス又はＯ2 ／Ａｒ混合ガスをスパッタガスとして、加熱
した基板上に一枚のＺｎＯ：Ａｌ等のターゲットを使用
して１ステップで単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を作製
していた。ＤＣスパッタ法によるＣＩＳ系薄膜太陽電池
の製造方法に関する実施例は少なく、スパッタ法で得ら
れる高性能の窓層はいずれもＺｎＯ：Ａｌ等のターゲッ
トを使用したＲＦスパッタ法によるものである。しか
し、ＲＦスパッタ法は製膜速度が遅く、ＭＯＣＶＤ法と
比較しても製膜速度における利点はない。
法又はＤＣスパッタ法のいずれかの方法により、Ａｒガ
ス又はＯ2 ／Ａｒ混合ガスをスパッタガスとして、加熱
した基板上に一枚のＺｎＯ：Ａｌ等のターゲットを使用
して１ステップで単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を作製
していた。ＤＣスパッタ法によるＣＩＳ系薄膜太陽電池
の製造方法に関する実施例は少なく、スパッタ法で得ら
れる高性能の窓層はいずれもＺｎＯ：Ａｌ等のターゲッ
トを使用したＲＦスパッタ法によるものである。しか
し、ＲＦスパッタ法は製膜速度が遅く、ＭＯＣＶＤ法と
比較しても製膜速度における利点はない。
【０００７】ＤＣスパッタ法の特徴を以下に示す。その
利点として、大面積薄膜作製技術として確立している
ので大面積の薄膜太陽電池の製造には有利である。透
明導電膜の高速製膜が可能で、工業化時には高生産性が
可能である。ＺｎＯターゲット中のＡｌ、Ｇａ等の合
金元素量により抵抗率の調整が可能なので、ＭＯＣＶＤ
法で作製したＺｎＯ：Ｂの透明導電膜の膜厚に対して１
／２〜２／３に薄膜化すると、透過率を増大することも
可能である。ＺｎＯ透明導電膜の成長初期から均一な
膜が成長できる。反応性スパッタ法を利用することに
より金属亜鉛ターゲットあるいは、Ａｌやそれ以外の種
々のドーパント（Ｂ、Ｉｎ、Ｇａ）等を合金化した亜鉛
ターゲットと酸素混合ガスを使用して抵抗値を制御した
ＺｎＯ透明導電膜の成長が可能である。
利点として、大面積薄膜作製技術として確立している
ので大面積の薄膜太陽電池の製造には有利である。透
明導電膜の高速製膜が可能で、工業化時には高生産性が
可能である。ＺｎＯターゲット中のＡｌ、Ｇａ等の合
金元素量により抵抗率の調整が可能なので、ＭＯＣＶＤ
法で作製したＺｎＯ：Ｂの透明導電膜の膜厚に対して１
／２〜２／３に薄膜化すると、透過率を増大することも
可能である。ＺｎＯ透明導電膜の成長初期から均一な
膜が成長できる。反応性スパッタ法を利用することに
より金属亜鉛ターゲットあるいは、Ａｌやそれ以外の種
々のドーパント（Ｂ、Ｉｎ、Ｇａ）等を合金化した亜鉛
ターゲットと酸素混合ガスを使用して抵抗値を制御した
ＺｎＯ透明導電膜の成長が可能である。
【０００８】また、その欠点としては、ＭＯＣＶＤ法
と同程度の膜性能（キャリア濃度、移動度）を有するＺ
ｎＯ系透明導電膜を製造するには、２００°Ｃ以上の基
板加熱を行う必要がある。ＤＣスパッタ法はＲＦスパ
ッタ法と比べてエネルギー密度が高いので、接合界面又
は光吸収層表面の損傷が起こり易い。抵抗調整用の合
金元素量はターゲット中の濃度として一定であるので、
抵抗率を任意に調整できない。（但し、狭い範囲なら
ば、スパッタガス中に酸素を混入することで微調整は可
能である。）高性能のＣＩＳ系薄膜太陽電池を製造で
きる基板加熱温度範囲では表面の凹凸を制御したテクス
チャー構造が作製できない。
と同程度の膜性能（キャリア濃度、移動度）を有するＺ
ｎＯ系透明導電膜を製造するには、２００°Ｃ以上の基
板加熱を行う必要がある。ＤＣスパッタ法はＲＦスパ
ッタ法と比べてエネルギー密度が高いので、接合界面又
は光吸収層表面の損傷が起こり易い。抵抗調整用の合
金元素量はターゲット中の濃度として一定であるので、
抵抗率を任意に調整できない。（但し、狭い範囲なら
ば、スパッタガス中に酸素を混入することで微調整は可
能である。）高性能のＣＩＳ系薄膜太陽電池を製造で
きる基板加熱温度範囲では表面の凹凸を制御したテクス
チャー構造が作製できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的
は、ＭＯＣＶＤ法で作製したＺｎＯ：Ｂ透明導電膜と同
等の性能のものを、ＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法
により作製することにより、スパッタ衝撃の影響を低減
し、高速、且つ大面積で製膜することである。
問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的
は、ＭＯＣＶＤ法で作製したＺｎＯ：Ｂ透明導電膜と同
等の性能のものを、ＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法
により作製することにより、スパッタ衝撃の影響を低減
し、高速、且つ大面積で製膜することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、裏面電極層上
に、光吸収層（ｐ形）、界面層（バッファー層）、窓層
（ｎ形）及び上部電極の順に積層される薄膜太陽電池の
窓層の製造方法であって、界面層上に低出力のＲＦスパ
ッタ法により界面保護膜として作用する第１の膜を作製
する工程と、前記第１の膜上にスパッタ法により第２の
透明導電膜を作製する工程と、前記第２の透明導電膜上
にスパッタ法により第３の透明導電膜を作製する工程と
からなり、前記各工程において、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲットを用いる薄膜太陽電池のＺｎＯ系透
明導電膜の製造方法である。
に、光吸収層（ｐ形）、界面層（バッファー層）、窓層
（ｎ形）及び上部電極の順に積層される薄膜太陽電池の
窓層の製造方法であって、界面層上に低出力のＲＦスパ
ッタ法により界面保護膜として作用する第１の膜を作製
する工程と、前記第１の膜上にスパッタ法により第２の
透明導電膜を作製する工程と、前記第２の透明導電膜上
にスパッタ法により第３の透明導電膜を作製する工程と
からなり、前記各工程において、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲットを用いる薄膜太陽電池のＺｎＯ系透
明導電膜の製造方法である。
【００１１】本発明は、裏面電極層上に、光吸収層（ｐ
形）、界面層（バッファー層）、窓層（ｎ形）及び上部
電極の順に積層される薄膜太陽電池の窓層の製造方法で
あって、界面層上に低出力のＲＦマグネトロンスパッタ
法により界面保護膜として作用する第１の膜を作製する
工程と、前記第１の膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法
により第２の透明導電膜を作製する工程と、前記第２の
透明導電膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法により第３
の透明導電膜を作製する工程とからなり、前記各工程に
おいて、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａターゲットを用
いる薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法であ
る。
形）、界面層（バッファー層）、窓層（ｎ形）及び上部
電極の順に積層される薄膜太陽電池の窓層の製造方法で
あって、界面層上に低出力のＲＦマグネトロンスパッタ
法により界面保護膜として作用する第１の膜を作製する
工程と、前記第１の膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法
により第２の透明導電膜を作製する工程と、前記第２の
透明導電膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法により第３
の透明導電膜を作製する工程とからなり、前記各工程に
おいて、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａターゲットを用
いる薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法であ
る。
【００１２】本発明は、前記ＲＦスパッタ法又はＲＦマ
グネトロンスパッタ法においては、パワー密度が２．２
Ｗ／ｃｍ2 以下で、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａ透明
導電膜を作製する薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の
製造方法である。
グネトロンスパッタ法においては、パワー密度が２．２
Ｗ／ｃｍ2 以下で、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａ透明
導電膜を作製する薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の
製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明は、薄膜太陽電池の窓層として供されるＺ
ｎＯ系透明導電膜及びその製造方法に関するものであっ
て、従来のＭＯＣＶＤ法で作製したＺｎＯ：Ｂ透明導電
膜と同等の性能で、かつ、耐湿性に優れたＺｎＯ系透明
導電膜を、ＲＦスパッタ及びＤＣスパッタ法により製膜
することにより、接合界面へのスパッタ衝撃の影響を低
減し、高速に、且つ大面積の太陽電池を作製することが
できる。
する。本発明は、薄膜太陽電池の窓層として供されるＺ
ｎＯ系透明導電膜及びその製造方法に関するものであっ
て、従来のＭＯＣＶＤ法で作製したＺｎＯ：Ｂ透明導電
膜と同等の性能で、かつ、耐湿性に優れたＺｎＯ系透明
導電膜を、ＲＦスパッタ及びＤＣスパッタ法により製膜
することにより、接合界面へのスパッタ衝撃の影響を低
減し、高速に、且つ大面積の太陽電池を作製することが
できる。
【００１４】先ず、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａター
ゲットを用いて低出力（５００Ｗ又は２．２Ｗ／ｃｍ2
以下）のＲＦスパッタ法により、接合面へのスパッタ衝
撃が少なく、接合界面保護膜として作用する第１の導電
膜を高抵抗バッファー層（界面層）上に形成し、その
後、複数の処理工程に分けて夫々ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲットを用いて高速製膜が可能なＤＣスパ
ッタ法により、窓層として供される第２の導電膜及び第
３の導電膜を形成することにより、接合面へのスパッタ
衝撃の影響を低減し、高速に、且つ大面積の太陽電池を
作製することができる。
ゲットを用いて低出力（５００Ｗ又は２．２Ｗ／ｃｍ2
以下）のＲＦスパッタ法により、接合面へのスパッタ衝
撃が少なく、接合界面保護膜として作用する第１の導電
膜を高抵抗バッファー層（界面層）上に形成し、その
後、複数の処理工程に分けて夫々ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲットを用いて高速製膜が可能なＤＣスパ
ッタ法により、窓層として供される第２の導電膜及び第
３の導電膜を形成することにより、接合面へのスパッタ
衝撃の影響を低減し、高速に、且つ大面積の太陽電池を
作製することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明は、前記薄膜太陽電池の窓層として供され
る透明導電膜及び該透明導電膜の製造方法に関する。
する。本発明は、前記薄膜太陽電池の窓層として供され
る透明導電膜及び該透明導電膜の製造方法に関する。
【００１６】図１は本発明の透明導電膜を用いたＣＩＳ
系薄膜太陽電池の概略構成図である。薄膜太陽電池１は
基板２、裏面電極層３、光吸収層（ｐ形半導体）４、バ
ッファー層（界面層）５、窓層６及び上部電極７の順に
積層された積層構造体であり、特に、窓層６として供さ
れるｎ形の半導体である透明導電膜に特徴を有し、前記
窓層６は、界面層５上に形成され界面保護膜として作用
する第１の透明導電膜と、前記第１の導電膜上に形
成される第２の透明導電膜と、前記第２の透明導電膜
上に形成される第３の透明導電膜とからなる積層体
である。
系薄膜太陽電池の概略構成図である。薄膜太陽電池１は
基板２、裏面電極層３、光吸収層（ｐ形半導体）４、バ
ッファー層（界面層）５、窓層６及び上部電極７の順に
積層された積層構造体であり、特に、窓層６として供さ
れるｎ形の半導体である透明導電膜に特徴を有し、前記
窓層６は、界面層５上に形成され界面保護膜として作用
する第１の透明導電膜と、前記第１の導電膜上に形
成される第２の透明導電膜と、前記第２の透明導電膜
上に形成される第３の透明導電膜とからなる積層体
である。
【００１７】本発明の製造方法に使用される製造装置の
概略構成を図２に示す。製造装置は少なくとも、ＲＦス
パッタ処理部I 、ＤＣスパッタ処理部II、ＤＣスパッタ
処理部III 及びこれら各スパッタ処理部にスパッタリン
グ処理対象物である下記基板部材Ｘを搬送する搬送手段
（図示せず）から構成される。
概略構成を図２に示す。製造装置は少なくとも、ＲＦス
パッタ処理部I 、ＤＣスパッタ処理部II、ＤＣスパッタ
処理部III 及びこれら各スパッタ処理部にスパッタリン
グ処理対象物である下記基板部材Ｘを搬送する搬送手段
（図示せず）から構成される。
【００１８】以下に本発明の製造方法を図１及び図２を
参照して説明する。先ず、図２に図示の前記製造装置で
ＺｎＯ透明導電膜を作製する前に、基板２上に裏面電極
層３、光吸収層（ｐ形半導体）４及びバッファー層（界
面層）５が形成されたもの（図１の斜線部分：以下、基
板部材Ｘという。）が準備される。
参照して説明する。先ず、図２に図示の前記製造装置で
ＺｎＯ透明導電膜を作製する前に、基板２上に裏面電極
層３、光吸収層（ｐ形半導体）４及びバッファー層（界
面層）５が形成されたもの（図１の斜線部分：以下、基
板部材Ｘという。）が準備される。
【００１９】先ず、最初の処理工程では、前記基板部材
Ｘが前記製造装置のＲＦスパッタ処理部I に搬送され、
ＲＦスパッタ処理部I において、ＺｎＯ：Ａｌあるいは
ＺｎＯ：Ｇａターゲット２１を用いてパワー密度が２．
２Ｗ／ｃｍ2 以下の低出力でＲＦスパッタリングを行う
ことにより、界面保護膜として作用する膜厚１００ｎｍ
以下の第１の透明導電膜が前記基板部材Ｘの高抵抗の
バッファー層（界面層）５上に形成される。このＲＦス
パッタ処理工程では、スパッタ出力が低出力であるた
め、接合界面へのスパッタ衝撃の影響が少ない。なお、
前記ＲＦスパッタ処理工程では、ＲＦマグネトロンスパ
ッタ法の他に、各種ＲＦスパッタ法を適用し得る。
Ｘが前記製造装置のＲＦスパッタ処理部I に搬送され、
ＲＦスパッタ処理部I において、ＺｎＯ：Ａｌあるいは
ＺｎＯ：Ｇａターゲット２１を用いてパワー密度が２．
２Ｗ／ｃｍ2 以下の低出力でＲＦスパッタリングを行う
ことにより、界面保護膜として作用する膜厚１００ｎｍ
以下の第１の透明導電膜が前記基板部材Ｘの高抵抗の
バッファー層（界面層）５上に形成される。このＲＦス
パッタ処理工程では、スパッタ出力が低出力であるた
め、接合界面へのスパッタ衝撃の影響が少ない。なお、
前記ＲＦスパッタ処理工程では、ＲＦマグネトロンスパ
ッタ法の他に、各種ＲＦスパッタ法を適用し得る。
【００２０】次に、前記基板部材Ｘは前記製造装置の第
１ＤＣスパッタ処理部IIに搬送され、該第１ＤＣスパッ
タ処理部IIにおいて、ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎＯ：Ｇ
ａターゲット２２を用いてＤＣスパッタリングを行うこ
とにより、第２の透明導電膜が前記基板部材Ｘの第１
の透明導電膜上に形成される。
１ＤＣスパッタ処理部IIに搬送され、該第１ＤＣスパッ
タ処理部IIにおいて、ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎＯ：Ｇ
ａターゲット２２を用いてＤＣスパッタリングを行うこ
とにより、第２の透明導電膜が前記基板部材Ｘの第１
の透明導電膜上に形成される。
【００２１】更に、前記基板部材Ｘは前記製造装置の第
２ＤＣスパッタ処理部III に搬送され、該第２ＤＣスパ
ッタ処理部III において、ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲット２３を用いてＤＣスパッタリングを
行うことにより、第３の透明導電膜が前記基板部材Ｘ
の第２の透明導電膜上に形成される。なお、前記第２
及び第３のＤＣスパッタ処理工程では、ＤＣマグネトロ
ンスパッタ法の他に、各種ＤＣスパッタ法又は全てのＲ
Ｆスパッタ法を適用し得る。
２ＤＣスパッタ処理部III に搬送され、該第２ＤＣスパ
ッタ処理部III において、ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎ
Ｏ：Ｇａターゲット２３を用いてＤＣスパッタリングを
行うことにより、第３の透明導電膜が前記基板部材Ｘ
の第２の透明導電膜上に形成される。なお、前記第２
及び第３のＤＣスパッタ処理工程では、ＤＣマグネトロ
ンスパッタ法の他に、各種ＤＣスパッタ法又は全てのＲ
Ｆスパッタ法を適用し得る。
【００２２】以上のように、本発明の製造方法において
は、前記ＺｎＯ系透明導電膜を作製するにあたり、ＲＦ
スパッタ法とＤＣスパッタ法とを併用するとともに、Ｄ
Ｃスパッタ法においては、第１ＤＣスパッタ処理部IIと
第２ＤＣスパッタ処理部IIIで、複数の処理工程に分け
て夫々ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎＯ：Ｇａターゲットを
用いてＤＣスパッタ処理することにより、第２の透明導
電膜及び第３の透明導電膜を形成するので、同一膜
層を得るための各スパッタ処理工程でのターゲット一枚
当たりの出力を低減（１／ターゲットの枚数）すること
ができ、スパッタ衝撃の影響が低減される。
は、前記ＺｎＯ系透明導電膜を作製するにあたり、ＲＦ
スパッタ法とＤＣスパッタ法とを併用するとともに、Ｄ
Ｃスパッタ法においては、第１ＤＣスパッタ処理部IIと
第２ＤＣスパッタ処理部IIIで、複数の処理工程に分け
て夫々ＺｎＯ：ＡｌあるいはＺｎＯ：Ｇａターゲットを
用いてＤＣスパッタ処理することにより、第２の透明導
電膜及び第３の透明導電膜を形成するので、同一膜
層を得るための各スパッタ処理工程でのターゲット一枚
当たりの出力を低減（１／ターゲットの枚数）すること
ができ、スパッタ衝撃の影響が低減される。
【００２３】また、ＲＦスパッタ処理部I 、第１ＤＣス
パッタ処理部II及び第２ＤＣスパッタ処理部III におい
ては、夫々の処理部において作製される透明導電膜、
及びの膜厚に応じて基板部材Ｘの搬送速度が調節さ
れる。
パッタ処理部II及び第２ＤＣスパッタ処理部III におい
ては、夫々の処理部において作製される透明導電膜、
及びの膜厚に応じて基板部材Ｘの搬送速度が調節さ
れる。
【００２４】なお、前記実施例においては、ＤＣスパッ
タ処理を２工程に分けて行ったが、必要に応じてその工
程数を増加または減少してもよい。
タ処理を２工程に分けて行ったが、必要に応じてその工
程数を増加または減少してもよい。
【００２５】次に、本発明の製造方法により製膜された
窓層として供せられる透明導電膜を用いた太陽電池の特
性を以下に示す。本発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパ
ッタ法で作製した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、
第３層がＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太
陽電池（第３層のＤＣスパッタ電流：０．４Ａ）（Ａ）
と、本発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製
した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層がＺｎ
Ｏ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池（第３
層のＤＣスパッタ電流：０．６Ａ）（Ｂ）と、本発明の
ＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓層の第
１〜３層がＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる積層構造の
太陽電池（Ｃ）と、ＤＣスパッタ法で作製した窓層が単
層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる太陽電池（Ｄ）の
太陽電池特性の比較結果を図３に示す。
窓層として供せられる透明導電膜を用いた太陽電池の特
性を以下に示す。本発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパ
ッタ法で作製した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、
第３層がＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太
陽電池（第３層のＤＣスパッタ電流：０．４Ａ）（Ａ）
と、本発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製
した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層がＺｎ
Ｏ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池（第３
層のＤＣスパッタ電流：０．６Ａ）（Ｂ）と、本発明の
ＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓層の第
１〜３層がＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる積層構造の
太陽電池（Ｃ）と、ＤＣスパッタ法で作製した窓層が単
層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる太陽電池（Ｄ）の
太陽電池特性の比較結果を図３に示す。
【００２６】ＺｎＯ系透明導電膜の良否は、太陽電池特
性のうち、短絡電流密度（ＪSC）により膜自体の直列抵
抗値を、曲線因子（ＦＦ）により光吸収層表面又は接合
界面の界面接合特性に及ぼす影響を、夫々評価すること
ができる。前記図３の比較結果より、短絡電流密度（Ｊ
SC）、曲線因子（ＦＦ）及び、その積（ＪSC×ＦＦ）の
いずれも、単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を用いた太陽
電池（Ｄ）に比べて、本発明の第１及び２層がＺｎＯ：
Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構
造の太陽電池（Ａ) 及び（Ｂ) 並びに第１〜３層がＺｎ
Ｏ：Ａｌからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽電
池（Ｃ）の方が良好な結果を示すことが判明した。
性のうち、短絡電流密度（ＪSC）により膜自体の直列抵
抗値を、曲線因子（ＦＦ）により光吸収層表面又は接合
界面の界面接合特性に及ぼす影響を、夫々評価すること
ができる。前記図３の比較結果より、短絡電流密度（Ｊ
SC）、曲線因子（ＦＦ）及び、その積（ＪSC×ＦＦ）の
いずれも、単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を用いた太陽
電池（Ｄ）に比べて、本発明の第１及び２層がＺｎＯ：
Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構
造の太陽電池（Ａ) 及び（Ｂ) 並びに第１〜３層がＺｎ
Ｏ：Ａｌからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽電
池（Ｃ）の方が良好な結果を示すことが判明した。
【００２７】この結果より、ＤＣスパッタ法で作製した
窓層が積層構造のＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜を使用するこ
とにより、従来の単層又は積層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電
膜における膜の問題点であった、直列抵抗成分が大きい
ために、短絡電流密度（ＪSC）が低いという欠点を改善
でき、更に、低いＤＣスパッタ電流で製膜できるため、
界面接合特性を劣化させる欠点も透明導電膜の膜厚を薄
膜化することで解決できる。
窓層が積層構造のＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜を使用するこ
とにより、従来の単層又は積層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電
膜における膜の問題点であった、直列抵抗成分が大きい
ために、短絡電流密度（ＪSC）が低いという欠点を改善
でき、更に、低いＤＣスパッタ電流で製膜できるため、
界面接合特性を劣化させる欠点も透明導電膜の膜厚を薄
膜化することで解決できる。
【００２８】本発明で提案する窓層が積層構造のＺｎＯ
系透明導電膜を使用した太陽電池と単層のＺｎＯ：Ａｌ
透明導電膜を用いた太陽電池の変換効率〔％〕の比較結
果を図４に示す。
系透明導電膜を使用した太陽電池と単層のＺｎＯ：Ａｌ
透明導電膜を用いた太陽電池の変換効率〔％〕の比較結
果を図４に示す。
【００２９】（ａ）は単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を
用いた太陽電池の特性、（ｂ）は第１及び２層がＺｎ
Ｏ：Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透
明導電膜を用いた太陽電池の特性、（ｃ）は本発明の第
１乃至３層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電
膜を用いた太陽電池（Ｇａの含有量：第１層３．４％、
第２及び３層５．７％）、（ｄ）は本発明の第１乃至３
層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用い
た太陽電池（Ｇａの含有量：第１乃至３層５．７％）の
特性である。
用いた太陽電池の特性、（ｂ）は第１及び２層がＺｎ
Ｏ：Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透
明導電膜を用いた太陽電池の特性、（ｃ）は本発明の第
１乃至３層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電
膜を用いた太陽電池（Ｇａの含有量：第１層３．４％、
第２及び３層５．７％）、（ｄ）は本発明の第１乃至３
層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用い
た太陽電池（Ｇａの含有量：第１乃至３層５．７％）の
特性である。
【００３０】前記図４の比較結果より、太陽電池の変換
効率では、単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を用いた太陽
電池（ａ）と比べて、本発明のＺｎＯ：Ａｌ及びＺｎ
Ｏ：Ｇａの積層構造並びにＺｎＯ：Ｇａのみの積層構造
の太陽電池（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が良好な結果を示す
ことが判明した。
効率では、単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を用いた太陽
電池（ａ）と比べて、本発明のＺｎＯ：Ａｌ及びＺｎ
Ｏ：Ｇａの積層構造並びにＺｎＯ：Ｇａのみの積層構造
の太陽電池（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が良好な結果を示す
ことが判明した。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明は、低出力のＲＦ
スパッタ法によりＺｎＯ系透明導電膜の一部を製膜した
後、残りのＺｎＯ系透明導電膜部分をＤＣスパッタ法を
複数工程にわけてスパッタ処理することにより、スパッ
タ衝撃の影響を低減しつつ、ＭＯＣＶＤ法で作製したＺ
ｎＯ：Ｂ透明導電膜と同等の性能を有する透明導電膜
を、高速、且つ大面積で製膜することができる。また、
ＺｎＯ：Ｇａ層を積層構造の中に取り入れることによ
り、耐湿性を確保することができる。
スパッタ法によりＺｎＯ系透明導電膜の一部を製膜した
後、残りのＺｎＯ系透明導電膜部分をＤＣスパッタ法を
複数工程にわけてスパッタ処理することにより、スパッ
タ衝撃の影響を低減しつつ、ＭＯＣＶＤ法で作製したＺ
ｎＯ：Ｂ透明導電膜と同等の性能を有する透明導電膜
を、高速、且つ大面積で製膜することができる。また、
ＺｎＯ：Ｇａ層を積層構造の中に取り入れることによ
り、耐湿性を確保することができる。
【００３２】更に、ＤＣスパッタ法で作製した積層構造
のＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜を使用することにより、ＤＣ
スパッタ法における高速製膜が可能であるという長所を
生かしつつ、直列抵抗値を低減して、短絡電流密度（Ｊ
SC）を大きくすることができると共に、透明導電膜の膜
厚を薄膜化することにより、接合界面又は光吸収層表面
の損傷を防止して、界面接合特性を改善することが可能
となり、曲線因子（ＦＦ）を大きくできる。
のＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜を使用することにより、ＤＣ
スパッタ法における高速製膜が可能であるという長所を
生かしつつ、直列抵抗値を低減して、短絡電流密度（Ｊ
SC）を大きくすることができると共に、透明導電膜の膜
厚を薄膜化することにより、接合界面又は光吸収層表面
の損傷を防止して、界面接合特性を改善することが可能
となり、曲線因子（ＦＦ）を大きくできる。
【図１】本発明の製造方法で作製されるＺｎＯ系透明導
電膜を用いたＣＩＳ系薄膜太陽電池の概略構造図であ
る。
電膜を用いたＣＩＳ系薄膜太陽電池の概略構造図であ
る。
【図２】本発明の製造方法に使用される製造装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で
作製した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層が
ＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池
（第３層のＤＣスパッタ電流：０．４Ａ）（Ａ）と、本
発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓
層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇ
ａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池（第３層のＤ
Ｃスパッタ電流：０．６Ａ）（Ｂ）と、本発明のＲＦス
パッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓層の第１乃至
３層がＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる積層構造の太陽
電池（Ｃ）と、ＤＣスパッタ法で作製した窓層が単層の
ＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる太陽電池（Ｄ）の太陽
電池特性の比較結果を示す図である。
作製した窓層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層が
ＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池
（第３層のＤＣスパッタ電流：０．４Ａ）（Ａ）と、本
発明のＲＦスパッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓
層の第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３層がＺｎＯ：Ｇ
ａ透明導電膜からなる積層構造の太陽電池（第３層のＤ
Ｃスパッタ電流：０．６Ａ）（Ｂ）と、本発明のＲＦス
パッタ法及びＤＣスパッタ法で作製した窓層の第１乃至
３層がＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる積層構造の太陽
電池（Ｃ）と、ＤＣスパッタ法で作製した窓層が単層の
ＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜からなる太陽電池（Ｄ）の太陽
電池特性の比較結果を示す図である。
【図４】単層のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜を用いた太陽電
池の特性（ａ）と、第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３
層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用い
た太陽電池の特性（ｂ）と、本発明の第１乃至３層がＺ
ｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽
電池（Ｇａの含有量：第１層３．４％、第２及び３層
５．７％）（ｃ）と、本発明の第１乃至３層がＺｎＯ：
Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽電池
（Ｇａの含有量：第１乃至３層５．７％）（ｄ）との変
換効率〔％〕の比較結果を示す図である。
池の特性（ａ）と、第１及び２層がＺｎＯ：Ａｌ、第３
層がＺｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用い
た太陽電池の特性（ｂ）と、本発明の第１乃至３層がＺ
ｎＯ：Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽
電池（Ｇａの含有量：第１層３．４％、第２及び３層
５．７％）（ｃ）と、本発明の第１乃至３層がＺｎＯ：
Ｇａからなる積層構造の透明導電膜を用いた太陽電池
（Ｇａの含有量：第１乃至３層５．７％）（ｄ）との変
換効率〔％〕の比較結果を示す図である。
【符号の説明】 １ 薄膜太陽電池 ２ 基板 ３ 裏面電極 ４ 光吸収層（ｐ型） ５ 界面層（バッファー層） ６ 窓層（ｎ型） 第１の導電膜（界面保護膜） 第２の導電膜 第３の導電膜 ７ 上部電極 I ＲＦスパッタ処理部 II 第１ＤＣスパッタ処理部 III 第２ＤＣスパッタ処理部 Ｘ 基板部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−8578（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−115215（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−338624（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−282871（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 H01B 13/00
Claims (3)
- 【請求項１】 裏面電極層上に、光吸収層（ｐ形）、界
面層（バッファー層）、窓層（ｎ形）及び上部電極の順
に積層される薄膜太陽電池の窓層の製造方法であって、
界面層上に低出力のＲＦスパッタ法により界面保護膜と
して作用する第１の膜を作製する工程と、前記第１の膜
上にスパッタ法により第２の透明導電膜を作製する工程
と、前記第２の透明導電膜上にスパッタ法により第３の
透明導電膜を作製する工程とからなり、前記各工程にお
いて、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａターゲットを用い
ることを特徴とする薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜
の製造方法。 - 【請求項２】 裏面電極層上に、光吸収層（ｐ形）、界
面層（バッファー層）、窓層（ｎ形）及び上部電極の順
に積層される薄膜太陽電池の窓層の製造方法であって、
界面層上に低出力のＲＦマグネトロンスパッタ法により
界面保護膜として作用する第１の膜を作製する工程と、
前記第１の膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法により第
２の透明導電膜を作製する工程と、前記第２の透明導電
膜上にＤＣマグネトロンスパッタ法により第３の透明導
電膜を作製する工程とからなり、前記各工程において、
ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａターゲットを用いること
を特徴とする薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造
方法。 - 【請求項３】 前記ＲＦスパッタ法又はＲＦマグネトロ
ンスパッタ法においては、パワー密度が２．２Ｗ／ｃｍ
2 以下で、ＺｎＯ：Ａｌ又はＺｎＯ：Ｇａ透明導電膜を
作製することを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜太
陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10098228A JP3040373B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10098228A JP3040373B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 薄膜太陽電池のＺｎＯ系透明導電膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11284211A JPH11284211A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3040373B2 true JP3040373B2 (ja) | 2000-05-15 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3040373B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102804399A (zh) * | 2009-06-16 | 2012-11-28 | Lg伊诺特有限公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| CN103038895A (zh) * | 2010-07-30 | 2013-04-10 | Lg伊诺特有限公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| US8546797B2 (en) | 2009-10-20 | 2013-10-01 | Stanley Electric Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor device |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2003264307A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池及びその製造方法 |
| US6822158B2 (en) * | 2002-03-11 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin-film solar cell and manufacture method therefor |
| SE0400582D0 (sv) * | 2004-03-05 | 2004-03-05 | Forskarpatent I Uppsala Ab | Method for in-line process control of the CIGS process |
| KR100682741B1 (ko) | 2005-06-17 | 2007-02-15 | 한국과학기술연구원 | 산화 아연 계 투명 전도성 산화물 박막의 제조 방법 |
| WO2008059857A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Kaneka Corporation | Dispositif de conversion photoélectrique en film mince |
| EP2028695A1 (de) * | 2007-07-12 | 2009-02-25 | Applied Materials, Inc. | Verfahren zur Erzeugung einer transparenten leitfähigen Oxidbeschichtung |
| US20100252110A1 (en) | 2007-09-28 | 2010-10-07 | Fujifilm Corporation | Solar cell |
| JP4974986B2 (ja) | 2007-09-28 | 2012-07-11 | 富士フイルム株式会社 | 太陽電池用基板および太陽電池 |
| JP4670877B2 (ja) * | 2008-02-25 | 2011-04-13 | 住友金属鉱山株式会社 | 酸化亜鉛系透明導電膜積層体と透明導電性基板およびデバイス |
| US20110018089A1 (en) * | 2008-03-07 | 2011-01-27 | Hideki Hakuma | Stack structure and integrated structure of cis based solar cell |
| JP5352878B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-11-27 | 公立大学法人高知工科大学 | 表示用基板及びその製造方法並びに表示装置 |
| JP5006245B2 (ja) * | 2008-04-15 | 2012-08-22 | 本田技研工業株式会社 | カルコパイライト型薄膜太陽電池の製造方法およびその装置 |
| JP2010199305A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置の製造方法 |
| KR101091361B1 (ko) * | 2010-07-30 | 2011-12-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 |
| KR20130027991A (ko) * | 2011-09-08 | 2013-03-18 | 서울옵토디바이스주식회사 | 투명 전극용 ｉｔｏ층, 이를 포함하는 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| CN103681888B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-08-17 | 上海交通大学 | 表面分布有掺杂ZnO纳米线的硅基薄膜太阳电池 |
| JP2020204057A (ja) * | 2019-06-14 | 2020-12-24 | 株式会社アルバック | 透明導電性酸化物膜の形成方法、スパッタ装置、および、太陽電池 |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP10098228A patent/JP3040373B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN102804399A (zh) * | 2009-06-16 | 2012-11-28 | Lg伊诺特有限公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| JP2012530378A (ja) * | 2009-06-16 | 2012-11-29 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 太陽電池及びその製造方法 |
| US8546797B2 (en) | 2009-10-20 | 2013-10-01 | Stanley Electric Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor device |
| CN103038895A (zh) * | 2010-07-30 | 2013-04-10 | Lg伊诺特有限公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| CN103038895B (zh) * | 2010-07-30 | 2016-01-20 | Lg伊诺特有限公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
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