JP3156795B2 - 光電変換素子用透明導電膜の製造方法 - Google Patents
光電変換素子用透明導電膜の製造方法Info
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Description
【０００１】［発明の目的］
【産業上の利用分野】本発明は受光素子、特に太陽電池
等の光電変換素子に用いて好適な透明導電膜の製造方法
に関する。
等の光電変換素子に用いて好適な透明導電膜の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の受光素子用の透明導電膜と
しては、ＩＴＯ，ＳｎＯ2，ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用
いたものが知られている。これらのうち、ＩＴＯやＳｎ
Ｏ2を用いたものでは高価格になるとともに、これらの
材料からなる透明導電膜上に電極等の素子を還元雰囲気
で形成する場合、この透明導電膜の抵抗率が上ったり、
透明度が低下してしまうという問題がある。また、前記
素子側に透明導電膜成分が拡散し、素子に悪影響を及ぼ
すという問題もある。
しては、ＩＴＯ，ＳｎＯ2，ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用
いたものが知られている。これらのうち、ＩＴＯやＳｎ
Ｏ2を用いたものでは高価格になるとともに、これらの
材料からなる透明導電膜上に電極等の素子を還元雰囲気
で形成する場合、この透明導電膜の抵抗率が上ったり、
透明度が低下してしまうという問題がある。また、前記
素子側に透明導電膜成分が拡散し、素子に悪影響を及ぼ
すという問題もある。
【０００３】一方、ＺｎＯを用いた場合には、安価であ
るとともに、電気的，化学的に安定であるので劣化や素
子への悪影響はなくなる。
るとともに、電気的，化学的に安定であるので劣化や素
子への悪影響はなくなる。
【０００４】一方、太陽電池においては、変換効率向上
の手段として、透明導電膜に凹凸状の組織（テクスチャ
ー）を付けることが行われている。これは凹凸状の組織
を付けることにより、光を閉じ込むことができ、変換効
率の向上に寄与することによる。
の手段として、透明導電膜に凹凸状の組織（テクスチャ
ー）を付けることが行われている。これは凹凸状の組織
を付けることにより、光を閉じ込むことができ、変換効
率の向上に寄与することによる。
【０００５】このような組織を付ける方法として、基板
自体に凹凸を付けておく方法、成膜された膜の表面を機
械的に荒らす方法、エッチングにより膜の表面に凹凸を
付ける方法等を挙げることができる。
自体に凹凸を付けておく方法、成膜された膜の表面を機
械的に荒らす方法、エッチングにより膜の表面に凹凸を
付ける方法等を挙げることができる。
【０００６】また、成膜条件の適切な設定により、成膜
終了時点で凹凸を生じさせる方法もあり、これまでＳｎ
ＯやＺｎＯについてはＣＶＤ法により凹凸を生成させる
ことが可能であることが知られている。
終了時点で凹凸を生じさせる方法もあり、これまでＳｎ
ＯやＺｎＯについてはＣＶＤ法により凹凸を生成させる
ことが可能であることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、ＺｎＯが安価で、かつ、安定
であることに着目し、光電変換素子を作製した場合に、
光の変換効率が良く、安定した素子特性を得るための透
明導電膜を安価に製造できる製造方法を提供することを
目的とするのものである。
みてなされたものであり、ＺｎＯが安価で、かつ、安定
であることに着目し、光電変換素子を作製した場合に、
光の変換効率が良く、安定した素子特性を得るための透
明導電膜を安価に製造できる製造方法を提供することを
目的とするのものである。
【０００８】［発明の構成］
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の製造方法
は、平坦な基板上に、金属又は半金属を含む酸化亜鉛を
主成分とする焼結体をターゲットとするスパッタリング
により、前記基板に接する面とは反対側の表面にヘーズ
率３乃至２０％の凹凸状の組織を有する酸化亜鉛スパッ
タ膜からなる透明導電膜を形成するものである。
は、平坦な基板上に、金属又は半金属を含む酸化亜鉛を
主成分とする焼結体をターゲットとするスパッタリング
により、前記基板に接する面とは反対側の表面にヘーズ
率３乃至２０％の凹凸状の組織を有する酸化亜鉛スパッ
タ膜からなる透明導電膜を形成するものである。
【００１０】また、前記スパッタリングの条件として、
ガス圧を０．１〜４．０Ｐａとし、あるいは成膜温度を
２００〜３５０℃とし、さらには電力密度を０．５〜５
Ｗ／ｃｍ 2 としたものである。
ガス圧を０．１〜４．０Ｐａとし、あるいは成膜温度を
２００〜３５０℃とし、さらには電力密度を０．５〜５
Ｗ／ｃｍ 2 としたものである。
【００１１】
【作用】上述した製造方法によれば、ターゲットとして
金属又は半金属を含む酸化亜鉛を主成分とするものを用
い、スパッタリングにより成膜するので、凹凸状組織の
ヘーズ率の広い範囲での制御が容易となり、かつ、低抵
抗の光電変換素子用透明導電膜を安価に製造することが
できる。
金属又は半金属を含む酸化亜鉛を主成分とするものを用
い、スパッタリングにより成膜するので、凹凸状組織の
ヘーズ率の広い範囲での制御が容易となり、かつ、低抵
抗の光電変換素子用透明導電膜を安価に製造することが
できる。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】図１に示す本実施例によって得られた光電
変換素子用透明導電膜（以下「透明導電膜」という。）
１は、平坦なガラス製の基板２上に形成された透明な酸
化亜鉛スパッタ膜３からなり、その表面にヘーズ率３乃
至２０％の組織３ａを具備した構成となっている。
変換素子用透明導電膜（以下「透明導電膜」という。）
１は、平坦なガラス製の基板２上に形成された透明な酸
化亜鉛スパッタ膜３からなり、その表面にヘーズ率３乃
至２０％の組織３ａを具備した構成となっている。
【００１４】次に、前記透明導電膜１の製造方法につい
て図２乃至図７をも参照して説明する。
て図２乃至図７をも参照して説明する。
【００１５】スパッタリング装置におけるターゲットと
して、図２に示すように金属又は半金属を含む酸化亜鉛
を主成分とする焼結体４を用い、基板２と対向させた状
態で以下のスパッタリング条件の下にスパッタリングを
行う。即ち、スパッタガスとスパッタリング装置におけ
るターゲットとして、図２に示すように金属又は半金属
を含む酸化亜鉛を主成分とする焼結体４を用い、基板２
と対向させた状態で以下のスパッタリング条件の下にス
パッタリングを行う。即ち、スパッタガスとしてＡｒを
用い、ガス圧を０．１Ｐａ以上４．０Ｐａ以下とし、成
膜温度を２００℃以上３５０℃以下とし、電力密度を
０．５Ｗ／ｃｍ2以上５Ｗ／ｃｍ2以下としてスパッタリ
ングを行う。
して、図２に示すように金属又は半金属を含む酸化亜鉛
を主成分とする焼結体４を用い、基板２と対向させた状
態で以下のスパッタリング条件の下にスパッタリングを
行う。即ち、スパッタガスとスパッタリング装置におけ
るターゲットとして、図２に示すように金属又は半金属
を含む酸化亜鉛を主成分とする焼結体４を用い、基板２
と対向させた状態で以下のスパッタリング条件の下にス
パッタリングを行う。即ち、スパッタガスとしてＡｒを
用い、ガス圧を０．１Ｐａ以上４．０Ｐａ以下とし、成
膜温度を２００℃以上３５０℃以下とし、電力密度を
０．５Ｗ／ｃｍ2以上５Ｗ／ｃｍ2以下としてスパッタリ
ングを行う。
【００１６】前記金属としては、アルミニウム，スカン
ジウム，ガリウム，イットリウム，インジウム，タリウ
ム等を挙げることができる。また、前記半金属としては
シリコンを挙げることができる。これらの元素は、透明
導電膜１の抵抗率を下げるのに効果がある。
ジウム，ガリウム，イットリウム，インジウム，タリウ
ム等を挙げることができる。また、前記半金属としては
シリコンを挙げることができる。これらの元素は、透明
導電膜１の抵抗率を下げるのに効果がある。
【００１７】このようなスパッタリングにより、平坦な
基板２の一方の面上に前記組織３ａを具備する透明な酸
化亜鉛スパッタ膜３を得ることができる。
基板２の一方の面上に前記組織３ａを具備する透明な酸
化亜鉛スパッタ膜３を得ることができる。
【００１８】ここで、酸化亜鉛スパッタ膜３の成長過程
について説明する。
について説明する。
【００１９】前記酸化亜鉛スパッタ膜３の成長初期にお
いては、前記焼結体４からの酸化亜鉛の粒子が基板２上
で核を作り、この核を基に酸化亜鉛の結晶が成長してい
く。このような結晶の成長は、スパッタリング条件によ
り変化するが、結晶化を促進する適切なスパッタリング
条件を設定することにより、前記核が大きく成長し、し
かも成長に伴ってその表面に凹凸状の組織３ａが生成す
る。
いては、前記焼結体４からの酸化亜鉛の粒子が基板２上
で核を作り、この核を基に酸化亜鉛の結晶が成長してい
く。このような結晶の成長は、スパッタリング条件によ
り変化するが、結晶化を促進する適切なスパッタリング
条件を設定することにより、前記核が大きく成長し、し
かも成長に伴ってその表面に凹凸状の組織３ａが生成す
る。
【００２０】この組織３ａを生成するための条件は、前
記焼結体４からスパッタリングされた粒子のエネルギー
を高くし、さらに飛来した粒子の基板２上での表面拡散
を容易にすることであり、これにより、酸化亜鉛の粒子
は基板２での安定な場所である核に安定化し、いくつか
の核はより成長が促進され、核が強調化されることにな
る。そして、このようにして強調化された核の表面が図
７，図８に示すようなヘーズ率５％又は１５％の組織３
ａとなる。
記焼結体４からスパッタリングされた粒子のエネルギー
を高くし、さらに飛来した粒子の基板２上での表面拡散
を容易にすることであり、これにより、酸化亜鉛の粒子
は基板２での安定な場所である核に安定化し、いくつか
の核はより成長が促進され、核が強調化されることにな
る。そして、このようにして強調化された核の表面が図
７，図８に示すようなヘーズ率５％又は１５％の組織３
ａとなる。
【００２１】上述した粒子のエネルギーを高くし、表面
拡散を容易にするためのスパッタリング条件は図３に示
す斜線を付した範囲Ａ又はＢである。
拡散を容易にするためのスパッタリング条件は図３に示
す斜線を付した範囲Ａ又はＢである。
【００２２】即ち、ガス圧としては０．１乃至０．４Ｐ
ａ、好ましくは０．２乃至０．４Ｐａの低い範囲であ
る。ガス圧を下げることで、スパッタリングされた粒子
の成膜空間内での衝突を少なくし、粒子のエネルギー損
失を減らしてこの粒子のエネルギーを高くするのであ
る。
ａ、好ましくは０．２乃至０．４Ｐａの低い範囲であ
る。ガス圧を下げることで、スパッタリングされた粒子
の成膜空間内での衝突を少なくし、粒子のエネルギー損
失を減らしてこの粒子のエネルギーを高くするのであ
る。
【００２３】電力密度としては、０．５乃至５Ｗ／ｃｍ
2好ましくは２乃至５Ｗ／ｃｍ2とする。このような強い
電力で焼結体４のスパッタリングを行うことにより、粒
子のエネルギーを高くする。
2好ましくは２乃至５Ｗ／ｃｍ2とする。このような強い
電力で焼結体４のスパッタリングを行うことにより、粒
子のエネルギーを高くする。
【００２４】基板温度としては、２００乃至３５０℃と
高くし、基板２上での粒子の表面拡散を容易にする。
高くし、基板２上での粒子の表面拡散を容易にする。
【００２５】尚、図３における前記範囲Ａ，Ｂ以外の範
囲Ｃ，Ｄ，Ｅでは、各々図４，図５，図６に示すように
組織３ａのヘーズ率は各々略０％となり、このような組
織３ａの場合には光の閉じ込め効果を利用した高効率の
光電変換素子を得ることができない。
囲Ｃ，Ｄ，Ｅでは、各々図４，図５，図６に示すように
組織３ａのヘーズ率は各々略０％となり、このような組
織３ａの場合には光の閉じ込め効果を利用した高効率の
光電変換素子を得ることができない。
【００２６】一方、ヘーズ率が２０％を超えると、この
透明導電膜１上に形成する層を均一にできないため光電
変換素子を均一に作製できず、やはり実用化が困難とな
る。この結果、ヘーズ率の範囲は３乃至２０％好ましく
は、略５％から略１５％とすることが最適である。
透明導電膜１上に形成する層を均一にできないため光電
変換素子を均一に作製できず、やはり実用化が困難とな
る。この結果、ヘーズ率の範囲は３乃至２０％好ましく
は、略５％から略１５％とすることが最適である。
【００２７】尚、図４乃至図８として示す組織３ａの写
真は、横が約７μｍ，縦が約４．３μｍの寸法に相当す
るものである。
真は、横が約７μｍ，縦が約４．３μｍの寸法に相当す
るものである。
【００２８】上述したヘーズ率は、以下の如く定義され
る。即ち、試料なしで、標準板を用いたときの入射光線
をＴ1 、試料有りで標準板を用いたときの全光線透過光
をＴ2 、試料なしで暗箱を用いたときの拡散光をＴ3 、
試料有りで、暗箱を用いたときの拡散透過光をＴ4 とす
るとき、拡散透過率Ｔｄ＝［｛Ｔ4 −Ｔ3 （Ｔ2 ／Ｔ1
）｝／Ｔ1 ］×１００（％）と表すことができ、ま
た、全光線透過率Ｔｔ＝（Ｔ2 ／Ｔ1 ）×１００（％）
と表すことができる。
る。即ち、試料なしで、標準板を用いたときの入射光線
をＴ1 、試料有りで標準板を用いたときの全光線透過光
をＴ2 、試料なしで暗箱を用いたときの拡散光をＴ3 、
試料有りで、暗箱を用いたときの拡散透過光をＴ4 とす
るとき、拡散透過率Ｔｄ＝［｛Ｔ4 −Ｔ3 （Ｔ2 ／Ｔ1
）｝／Ｔ1 ］×１００（％）と表すことができ、ま
た、全光線透過率Ｔｔ＝（Ｔ2 ／Ｔ1 ）×１００（％）
と表すことができる。
【００２９】そして、ヘーズ率Ｈ＝（Ｔｄ／Ｔｔ）×１
００（％）と表すことができる。
００（％）と表すことができる。
【００３０】以上詳述した透明導電膜１によれば、ヘー
ズ率が３乃至２０％の組織３ａを表面に具備するので、
これを用いた光電変換素子は光の閉じ込めが良好とな
り、変換効率が良好となる。
ズ率が３乃至２０％の組織３ａを表面に具備するので、
これを用いた光電変換素子は光の閉じ込めが良好とな
り、変換効率が良好となる。
【００３１】また、既述した製造方法によれば、酸化亜
鉛を主成分とし、かつ、金属又は半金属を酸化亜鉛中に
含む焼結体をターゲットとするスパッタリングにより、
低抵抗の前記透明導電膜１を低コストで製造できる。
鉛を主成分とし、かつ、金属又は半金属を酸化亜鉛中に
含む焼結体をターゲットとするスパッタリングにより、
低抵抗の前記透明導電膜１を低コストで製造できる。
【００３２】次に、前記透明導電膜１を用いた太陽電池
１０について図９を参照して説明する。
１０について図９を参照して説明する。
【００３３】１モル％のアルミニウム添加の透明導電膜
１としての膜厚１μｍの酸化亜鉛スパッタ膜（ヘーズ率
１５％）３上に、ｐ型ａ−ｓｉｃ：Ｈ層（膜厚１００オ
ングストローム）５，ｉ型ａ−ｓｉ：Ｈ層（膜厚５００
０オングストローム）６及びｎ型ａ−ｓｉ：Ｈ層７から
なるａ−ｓｉ半導体層８をＣＶＤ法により成膜し、この
ａ−ｓｉ半導体層８上に金属電極としてＡｌ電極９を形
成し太陽電池１０を構成した。
１としての膜厚１μｍの酸化亜鉛スパッタ膜（ヘーズ率
１５％）３上に、ｐ型ａ−ｓｉｃ：Ｈ層（膜厚１００オ
ングストローム）５，ｉ型ａ−ｓｉ：Ｈ層（膜厚５００
０オングストローム）６及びｎ型ａ−ｓｉ：Ｈ層７から
なるａ−ｓｉ半導体層８をＣＶＤ法により成膜し、この
ａ−ｓｉ半導体層８上に金属電極としてＡｌ電極９を形
成し太陽電池１０を構成した。
【００３４】前記酸化亜鉛スパッタ膜３のスパッタリン
グ条件は、ガス圧０．４Ｐａ，電力密度１．５Ｗ／ｃｍ
2，基板温度２５０℃とした。
グ条件は、ガス圧０．４Ｐａ，電力密度１．５Ｗ／ｃｍ
2，基板温度２５０℃とした。
【００３５】一方、比較例として、膜厚１μｍに成膜し
た前記範囲Ｅに属するヘーズ率略０％の酸化亜鉛スパッ
タ膜を用い、上述した場合と同様なａ−ｓｉ半導体層８
及びＡｌ電極９を形成した太陽電池を構成した。
た前記範囲Ｅに属するヘーズ率略０％の酸化亜鉛スパッ
タ膜を用い、上述した場合と同様なａ−ｓｉ半導体層８
及びＡｌ電極９を形成した太陽電池を構成した。
【００３６】前記太陽電池１０及び比較例の太陽電池に
対し、各々６５０ｎｍの波長で一定フォトンの光を入射
した結果、太陽電池１０の場合には発生する電気エネル
ギー、即ち、量子効率が５３％であるのに対し、比較例
の太陽電池の場合には３７％であった。
対し、各々６５０ｎｍの波長で一定フォトンの光を入射
した結果、太陽電池１０の場合には発生する電気エネル
ギー、即ち、量子効率が５３％であるのに対し、比較例
の太陽電池の場合には３７％であった。
【００３７】これにより、前記凹凸状の組織３ａを有す
る酸化亜鉛スパッタ膜３により量子効率が向上すること
が判明した。
る酸化亜鉛スパッタ膜３により量子効率が向上すること
が判明した。
【００３８】本発明は、上述した実施例のほか、その要
旨の範囲内で種々の変形が可能である。
旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、ヘーズ率
を適切に制御した凹凸状の組織を具備する酸化亜鉛スパ
ッタ膜が得られるので、光電変換素子を作製した場合変
換効率が良好で、かつ、素子特性の安定した透明導電膜
を提供できる。
を適切に制御した凹凸状の組織を具備する酸化亜鉛スパ
ッタ膜が得られるので、光電変換素子を作製した場合変
換効率が良好で、かつ、素子特性の安定した透明導電膜
を提供できる。
【００４０】また、スパッタリングによりヘーズ率を広
い範囲で制御することができ、上述した透明導電膜を安
価に製造可能な製造方法を提供することができる。
い範囲で制御することができ、上述した透明導電膜を安
価に製造可能な製造方法を提供することができる。
【図１】本実施例により得られた光電変換素子用透明導
電膜を示す断面図
電膜を示す断面図
【図２】本実施例の光電変換素子用透明導電膜の製造工
程を示す概略断面図
程を示す概略断面図
【図３】本実施例におけるスパッタリング条件を示す説
明図
明図
【図４】ヘーズ率略０％の組織を示す写真
【図５】ヘーズ率略０％の組織を示す写真
【図６】ヘーズ率略０％の組織を示す写真
【図７】ヘーズ率略５％の組織を示す写真
【図８】ヘーズ率略１５％の組織を示す写真
【図９】本実施例の透明導電膜を含む太陽電池の断面図
１ 透明導電膜 ２ 基板 ３ 酸化亜鉛スパッタ膜 ３ａ 組織 ４ 焼結体 １０ 太陽電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−33811（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−236525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−175465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212070（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−62974（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137675（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 平坦な基板上に、金属又は半金属を含む
酸化亜鉛を主成分とする焼結体をターゲットとするスパ
ッタリングにより、前記基板に接する面とは反対側の表
面にヘーズ率３乃至２０％の凹凸状の組織を有する酸化
亜鉛スパッタ膜からなる透明導電膜を形成することを特
徴とする光電変換素子用透明導電膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記スパッタリングは、ガス圧を０．１
〜４．０Ｐａとした請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記スパッタリングは、成膜温度を２０
０〜３５０℃とした請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記スパッタリングは、電力密度を０．
５〜５Ｗ／ｃｍ 2 とした請求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08630591A JP3156795B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 光電変換素子用透明導電膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08630591A JP3156795B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 光電変換素子用透明導電膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0575153A JPH0575153A (ja) | 1993-03-26 |
| JP3156795B2 true JP3156795B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=13883127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08630591A Expired - Lifetime JP3156795B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 光電変換素子用透明導電膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3156795B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19713215A1 (de) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Solarzelle mit texturierter TCO-Schicht sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen TCO-Schicht für eine solche Solarzelle |
| JP2001217440A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | ハイブリッド型薄膜光電変換装置とそれに用いられる透光性積層体 |
| WO2003036657A1 (fr) | 2001-10-19 | 2003-05-01 | Asahi Glass Company, Limited | Substrat a couche d'oxyde conductrice transparente, son procede de production et element de conversion photoelectrique |
| EP2333818B1 (en) | 2008-09-30 | 2019-12-25 | LG Chem, Ltd. | Transparent conductive film, and transparent electrode comprising same |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP08630591A patent/JP3156795B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0575153A (ja) | 1993-03-26 |
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