JP4467707B2 - 導電膜付きガラス板とその製造方法、およびこれを用いた光電変換装置 - Google Patents

導電膜付きガラス板とその製造方法、およびこれを用いた光電変換装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電膜付きガラス板とその製造方法に関し、またこれを用いた太陽電池などの光電変換装置に関する。さらに詳しくは、光吸収能が低い導電膜を有し、光電変換装置に好適な導電膜付きガラス板とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、薄膜光電変換装置は、ガラス基板上に、酸化錫を主成分とする透明導電膜、光電変換層である薄膜シリコン層、アルミニウムなどからなる裏面電極を、この順に形成した構成を有する。このような構成において、光電変換層に光を取り込む窓側に位置する透明導電膜には、高い光透過性能が要求される。また、電極としての機能から、高い導電性(低い抵抗値)も要求される。
【0003】
透明導電膜としては、フッ素をドープした酸化錫(以下、「SnO2:F」という)膜が多用されている。この膜は、錫をドープした酸化インジウム(ITO)膜よりも耐プラズマ性などの化学的安定性に優れており、プラズマCVD法が適用される光電変換層(薄膜シリコン層)の成膜時にも劣化が少ない。フッ素をドーピングすることにより、低抵抗化が図られているものの、電極として望ましい値にまで抵抗値を下げるために、SnO2:F膜はある程度の膜厚を有するように成膜される。このため、光電変換装置の光電変換効率を向上させるためには、SnO2:F膜の単位膜厚当たりの光透過性能を向上させる必要がある。
【0004】
特開平1−259572号公報には、SnO2:F膜を成膜する際に膜中に取り込まれる塩素濃度を0.40重量%以下とすることにより、透明導電膜の光吸収を抑制する方法が開示されている。なお、ここで用いられているガラス板は、予め所定寸法に切断されたソーダライムガラス板である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、SnO2:F膜など導電膜の光透過性能に対する、成膜条件や塩素以外の微量成分の影響は明らかにされてない。そこで、本発明は、これら成膜条件や塩素以外の微量成分も調整し、従来よりも高い光透過性能を備えた導電膜を備えたガラス板と、この導電膜付きガラス板の製造方法を提供することを目的とする。また、この導電膜付きガラス板を用いて光電変換装置の特性を改善することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために鋭意研究した結果、本発明者は、導電膜中のフッ素および炭素の濃度が、酸化錫を主成分とする導電膜の光透過性能に影響を及ぼすことを見い出した。また、上記導電膜を成膜する際の雰囲気中の酸素濃度が上記光透過性能に影響を及ぼすことも見い出した。これらの条件を適切に制御すれば、酸化錫を主成分とする導電膜の吸収係数は従来よりも低減される。すなわち、本発明の導電膜付きガラス板の製造方法は、水蒸気およびフッ素原料を含み、酸素濃度を10体積%以上とした雰囲気における、ジメチル錫ジクロライドまたはモノブチル錫トリクロライドの熱分解酸化反応を伴うCVD法により、酸化錫を主成分とし、400nm以上1100nm以下の波長域において吸収係数が1.2×10 3 cm -1 以下であり、膜中のフッ素濃度が0.03重量%以上0.1重量%以下であり、膜中の錫原子に対する炭素原子の比率が0.015以下であり、膜中の塩素濃度が0.15重量%以下である導電膜を、ガラス板製造工程における590℃以上のガラスリボン上に形成することを特徴とする。
【0007】
本明細書において、吸収係数とは、薄膜に入射した強度I0の光が、膜厚方向に距離d[cm]だけ進んで強度Iとなったとき、IとI0とをI=I0・e-kdの関係式により表示したときの係数k[cm-1]である。
【0008】
上記導電膜の吸収係数は、500nm以上900nm以下の波長域において0.7×103以下であることが好ましく、400nm以上900nm以下のさらに広い波長域において0.7×103cm-1以下であることが特に好ましい。
【0009】
上記導電膜中のフッ素濃度は、0.1重量%以下が好ましく、0.08重量%以下がさらに好ましい。フッ素濃度が高すぎると導電膜の吸収係数が過大となるからである。一方、上記導電膜中のフッ素濃度は、0.03重量%以上が好ましく、0.05重量%以上がさらに好ましい。フッ素濃度が低すぎると導電膜の比抵抗が過となるからである。
【0010】
また、導電膜中の炭素濃度は、錫原子に対する炭素原子の比率(C/Sn原子比)により表示して、0.015以下が好ましく、0.010以下がさらに好ましく、0.007以下が特に好ましい。炭素濃度が高すぎると導電膜の吸収係数が過大となるからである。
【0012】
本発明の製造方法では、酸素体積比を15体積%以上とした雰囲気における熱分解酸化反応により、上記導電膜を形成することが好ましい。この好ましい例によれば、500nm以上900nm以下の波長域において、導電膜の吸収係数を0.7×103cm-1以下とすることができる。
【0014】
なお、本発明の導電膜付きガラス板の製造方法においては、ガラスリボン上に下地膜を介して導電膜を形成することが好ましい。ガラス板に含まれているアルカリ成分が導電膜中に拡散すると、導電膜の導電性などの特性を劣化させることがある。下地膜を形成すれば、アルカリ成分含有ガラス板から導電膜へのアルカリ成分の侵入を抑制できるから、導電膜における光透過性能と導電性との両立にも有利となる。
【0015】
本発明は、上記導電膜付きガラス板を用いた光電変換装置も提供する。この光電変換装置は、上記導電膜付きガラス板の導電膜上に、少なくとも1つの光電変換ユニットおよび裏面電極がこの順に積層されていることを特徴とする。この光電変換装置は、ガラス板側を光線入射側として使用される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上記導電膜は、酸化錫を主成分とすれば特に限定されないが、具体的には、フッ素が上記範囲の濃度となるようにドープされた酸化錫膜(SnO2:F膜)であることが好ましい。この導電膜は、上記吸収係数が得られる範囲内であれば、他の微量成分を含んでいても構わない。例えば、導電性を向上させるために、アンチモンを添加してもよい。また、導電膜には、シリコン、アルミニウム、亜鉛、銅、インジウム、ビスマス、ガリウム、ホウ素、バナジウム、マンガン、ジルコニウムなどが含まれていても構わない。ただし、これらフッ素以外の微量成分の濃度は、0.02重量%以下とすることが好ましい。
【0017】
また、塩素は、後述するように、熱分解酸化反応による酸化錫膜の形成に好適に用い得る錫原料に含まれているが、所定限度を超えて導電膜中に取り込まれないようにすることが好ましい。導電膜中の好適な塩素濃度は、0.15重量%以下、特に0.10重量%以下である。なお、塩素濃度は、原料の熱分解温度を上げたり、原料中に水蒸気を混入することにより低減することができる。
【0018】
導電膜のシート抵抗値は、具体的には5Ω/スクエア(Ω/□)以上40Ω/スクエア以下、特に30Ω/スクエア以下が好ましい。このシート抵抗値の好ましい範囲を考慮すると、導電膜の膜厚は、好ましくは300nm以上1200nm以下、さらに好ましくは400nm以上1000nm以下である。
【0019】
また、本発明の導電膜付きガラス板は、導電膜以外に他の膜を含んでいてもよい。上記のように、ガラス板としてソーダライムガラス板などのアルカリ成分含有ガラス板を用いる場合には、ガラス中のナトリウムなどのアルカリ成分が導電膜中に拡散して導電性を低下させないように、ガラス板と導電膜との間に、下地膜を形成することが好ましい。下地膜としては、例えばシリコン、アルミニウム、錫、チタンおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも一つの金属の酸化物を主成分とする膜が好ましい。下地膜としては酸化シリコンを主成分とする膜または酸化アルミニウムを主成分とする膜が好適である。下地膜は、例えば珪素と錫の酸化物(SiSnO)のように2以上の金属を含む酸化物を主成分としていてもよい。下地膜の別の好ましい例としては、例えば酸炭化珪素(SiOC)のような上記金属の酸炭化物や酸窒化物を主成分とする膜が挙げられる。炭素や窒素の導入により、酸炭化物膜や酸窒化物膜では酸化物膜よりも屈折率がやや高くなる。下地膜の膜厚は、5nm以上100nm以下が好ましい。
【0020】
下地膜は、単層に限らず複層としてもよい。下地膜を複層とする場合には、例えば、ガラス板側から順に、酸化錫を主成分とする第1の下地層と、上記に例示した金属の酸化物を主成分とする第2の下地層を形成した構成が好ましい。このような2層構成の下地膜を含む導電膜付きガラス板の断面図を図1に示す。ガラス板5上に形成された、第1の下地層1(例えば酸化錫膜)の好ましい膜厚は5nm以上100nm以下であり、第2の下地層2(例えば酸化シリコン膜)の好ましい膜厚は5nm以上100nm以下であり、導電膜3(例えばSnO2:F膜)の好ましい膜厚は300nm以上1200nm以下である。
【0021】
導電膜の成膜には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などのいわゆる物理蒸着法を用いてもよいが、化学気相法(以下、「CVD法」という)やスプレー法などのいわゆる化学蒸着法を用いることが好ましい。物理蒸着法では、膜厚の均一性には優れているが、量産時の製造効率や被膜耐久性を考慮すると、原料の熱分解酸化反応を伴う化学蒸着法が優れている。
【0022】
スプレー法としては、金属化合物を含む溶液を高温のガラス板上に噴霧する溶液スプレー法、上記溶液に代えて金属化合物の微粒子を液体に分散させた分散液を用いる分散液スプレー法、上記溶液に代えて金属化合物の粉末を用いる粉末スプレー法などが挙げられる。これに対し、CVD法では、少なくとも錫を含む被膜形成用の蒸気が用いられる。
【0023】
スプレー法は、比較的簡便な装置で実施できるという利点があるが、液滴の制御や排気されるべき生成物(反応生成物、未分解生成物など)の制御が難しいために均一な膜厚を得にくい。また、ガラスの歪みも大きくなる。このため、酸化錫を主成分とする導電膜の成膜法としては、総合的にはCVD法が優れている。
【0024】
CVD法による導電膜の成膜は、所定の大きさに切断し、加熱したガラス板にガス状の原料が吹きつけることにより行うことができる。例えば、ガラス板をメッシュベルトに載せて加熱炉を通過させる間に原料を供給し、所定温度にまで加熱したガラス板の表面で原料を反応させれば、導電膜を成膜できる。
【0025】
しかし、CVD法による導電膜の成膜は、フロート法によるガラス製造工程における高温のガラスリボン上に導電膜を成膜して、ガラス成形時の熱エネルギーを利用することが好ましい。この好ましい製法は、大面積の導電膜付きガラス板の製造には有利であり、屋根材用などとして大面積のガラス板への成膜も求められる光電変換装置用導電膜の成膜には特に適している。特に、CVD法を錫フロート槽空間で行えば、軟化点以上の温度を有するガラス表面にも成膜が行えるので、膜の性能および成膜反応速度、成膜反応効率の向上が可能となる。また、ピンホール(膜抜け)などの欠点も抑制される。
【0026】
導電膜を成膜する場合、ガラス板など基板の温度は、590℃以上、特に615℃以上が好ましい。このような高温での成膜は、ガラスリボン上における成膜を実施することにより容易に実現できる。
【0027】
フロート法におけるガラスリボン上にCVD法により成膜するための装置の一形態を図2に示す。図2に示したように、この装置では、溶融炉(フロート窯)11から錫フロート槽(フロートバス)12内に流れ出し、錫浴15上を帯状に移動するガラスリボン10の表面から所定距離を隔て、所定個数のコータ16(図示した形態では3つのコータ16a,16b,16c)が錫フロート槽内に配置されている。これらのコータからは、ガス状の原料が供給され、ガラスリボン10上に連続的に被膜が形成されていく。また、複数のコータを利用すれば、ガラスリボン10上に、下地膜と導電膜とをCVD法により連続的に形成することもできる。導電膜を含む被膜が形成されたガラスリボン10は、ローラ17により引き上げられて、徐冷炉13へと送り込まれる。なお、徐冷炉13で徐冷されたガラスリボンは、図示を省略する切断装置により、所定の大きさのガラス板へと切断される。
【0028】
なお、ガラスリボン上への成膜は、CVD法とスプレー法とを併用して行ってもよい。例えば、CVD法とスプレー法とをこの順に実施することにより(例えば、錫フロート槽空間内においてCVD法による成膜を実施し、錫フロート槽空間よりガラスリボン進行方向下流側においてスプレー法による成膜を実施することにより)、所定の積層構造を実現してもよい。
【0029】
CVD法を用いる場合の錫原料としては、四塩化錫、ジメチル錫ジクロライド、ジブチル錫ジクロライド、テトラメチル錫、テトラブチル錫、ジオクチル錫ジクロライド、モノブチル錫トリクロライド、ジブチル錫ジアセテートなどが挙げられ、特に、ジメチル錫ジクロライド、ジブチル錫ジクロライドが好ましい。錫原料から酸化錫を得るために用いられる酸化原料としては、酸素、水蒸気、乾燥空気などが挙げられる。また、フッ素原料としては、フッ化水素、トリフルオロ酢酸、ブロモトリフルオロメタン、クロロジフルオロメタンなどが挙げられる。また、アンチモンを添加する場合には、五塩化アンチモン、三塩化アンチモンなどを用いてもよい。
【0030】
下地膜として好適な酸化シリコン膜をCVD法で成膜する場合のシリコン原料としては、モノシラン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、1,2-ジメチルシラン、1,1,2-トリメチルジシラン、1,1,2,2-テトラメチルジシラン、テトラメチルオルソシリケート、テトラエチルオルソシリケートなどが挙げられる。また、この場合の酸化原料としては、酸素、水蒸気、乾燥空気、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、オゾンなどが挙げられる。なお、シランを使用した場合にガラス表面に到達するまでにシランの反応を防止する目的で、エチレン、アセチレン、トルエンなどの不飽和炭化水素ガスを併用しても構わない。
【0031】
同じく下地膜として好適な酸化アルミニウム膜をCVD法で成膜する場合のアルミニウム原料としては、トリメチルアルミニウム、アルミニウムトリイソポプロポキサイド、塩化ジエチルアルミニウム、アルミニウムアセチルアセトネート、塩化アルミニウムなどが挙げられる。また、この場合の酸化原料としては、酸素、水蒸気、乾燥空気などが挙げられる。
【0032】
本発明の導電膜付きガラス板は、特に薄膜光電変換装置用基板として好適である。本発明の導電膜付きガラス板を用いた薄膜シリコン系光電変換装置の一形態の断面を図3に示す。この薄膜シリコン系光電変換装置では、ガラス板35上に下地膜(第1、第2の下地膜31,32)および導電膜33がこの順に形成された導電膜付きガラス板30上に、光電変換ユニット37が形成され、さらに裏面電極39が形成されている。
【0033】
光電変換ユニットは図示したように単層としてもよいが、複数層を積層してもよい。光電変換ユニットとしては、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜を光電変換層としたユニット(以下、各ユニットを「非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニット」、「結晶質シリコン系薄膜光電変換ユニット」のように光電変換層の種類を引用して表記する)が挙げられる。
【0034】
非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットは、pin型の順にプラズマCVD法により各半導体層を堆積して形成される。具体的には、例えば、導電型決定不純物原子であるボロンが0.01原子%以上ドープされたp型微結晶シリコン系層、光電変換層となる真性非晶質シリコン層、および導電型決定不純物原子であるリンが0.01%以上ドープされたn型微結晶シリコン系層をこの順に堆積すればよい。しかし、これら各層は上記に限定されず、例えばp型微結晶シリコン系層において不純物原子をアルミニウムなどとしてもよく、p型層として非晶質シリコン系層を用いてもよい。また、p型層として、非晶質または微結晶のシリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムなどの合金材料を用いてもよい。
【0035】
なお、導電型(p型、n型)微結晶シリコン系層の膜厚は、3nm以上100nm以下が好ましく、5nm以上50nm以下がさらに好ましい。
【0036】
真性非晶質シリコン層は、プラズマCVD法によって下地温度を450℃以下として形成することが好ましい。この層は、導電型決定不純物原子の密度が1×1018cm-3以下である実質的に真性半導体である薄膜として形成される。真性非晶質シリコン層の膜厚は0.05μm以上0.5μm以下が好ましい。ただし、非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットでは、真性非晶質シリコン層に代えて、合金材料である非晶質シリコンカーバイド層(例えば10原子%以下の炭素を含有する非晶質シリコンからなる非晶質シリコンカーバイド層)や非晶質シリコンゲルマニウム層(例えば30原子%以下のゲルマニウムを含有する非晶質シリコンからなる非晶質シリコンゲルマニウム層)を形成してもよい。
【0037】
結晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットも、非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットと同様の手順でpin型各半導体層をこの順にプラズマCVD法により堆積して形成されうる。
【0038】
裏面電極としては、Al,Ag,Au,Cu,PtおよびCrから選ばれる少なくとも1つの材料からなる少なくとも1層の金属層をスパッタリング法または蒸着法により形成することが好ましい。また、光電変換ユニットと金属電極との間に、ITO、SnO2、ZnOなどの導電性酸化物からなる層を形成しても構わない。
【0039】
本発明の光電変換装置は、結晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットを含むことが好ましい。このユニットは、非晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットと比較して発生する開放端電圧が低く、発生する短絡電流密度が高いため、ガラス板上の導電膜のシート抵抗値よりも光線透過率が光電変換効率により大きく寄与するからである。
【0040】
なお、本明細書では、部分的に非晶質を含んでいても体積結晶化分率50%以上であれば「結晶質」に相当するものとする。また、「シリコン系」の材料には、非晶質または結晶質のシリコンに加え、非晶質シリコンゲルマニウムなどシリコンを50原子%以上含む半導体材料も該当するものとする。
【0041】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【0042】
まず、導電膜の吸収係数、および導電膜中のフッ素等元素濃度の測定方法について説明する。
(吸収係数の測定)
ガラス板上に成膜された導電膜上に、屈折率が1.79のヨウ化メチレンを塗布し、さらにその上に厚さ1mmのカバーガラス(コーニング社製#7059)を密着させて導電膜の表面凹凸による散乱ロスを解消したサンプルを作製した。このサンプルの可視光域における透過率および反射率を分光光度計を用いて測定し、その結果から吸収率を求めた。一方、導電膜を形成しない上記ガラス板にヨウ化メチレンを塗布し、その上から上記カバーガラスを密着させて参照用サンプルとし、この参照用サンプルについても上記と同様に可視光域における吸収率を求めた。なお、下地膜を介して導電膜を形成した場合は、参照用サンプルには同条件で下地膜を形成したものを用いた。サンプルの吸収率から参照用サンプルの吸収率を差し引き、さらに多重反射を考慮した方程式を解くことによって、導電膜の吸収係数を求めた。
【0043】
(元素濃度の測定)
フッ素濃度および塩素濃度は、電子線マイクロアナライザーの特性X線の強度から算出した。また、錫原子に対する炭素原子の比率は、X線光電子分光分析によって、Sn3d5/2とC1sとのピークエリアから相対感度係数を用いて算出した原子濃度(%)から求めた。
【0044】
以下の各実施例では、上記で説明したようなガラスリボン上への成膜装置を用い、CVD法により、導電膜を含む各膜を成膜した。なお、錫フロート槽内が槽外よりもやや高圧に維持されるように、錫フロート槽空間内には98体積%の窒素と2体積%の水素とを供給し、槽内を非酸化性雰囲気に保持した。また、この錫フロート槽内には、溶融炉で溶融した通常の板ガラス組成のソーダライムシリカガラスを流し込んだ。なお、徐冷炉で徐冷したガラスリボンは、さらに下流側で所定の大きさに切断した。以下、具体的な成膜法について説明する。
【0045】
(実施例1)
最上流側に位置するコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約30nmの酸化シリコン膜を成膜した。続いて、下流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、ヘリウム、メチルアルコールおよびフッ化水素からなる混合ガスを供給し、酸化シリコン膜上に、膜厚が約700nmのSnO2:F膜を成膜した。なお、混合ガス中、メチルアルコールは、水蒸気と同様、錫原料の反応を制御して膜中の塩素濃度を調整するために混合した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約650℃であった。
【0046】
(実施例2)
最上流側のコータを使用した下地膜の成膜は行わず、下流側のコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、ヘリウムおよびトリフルオロ酢酸からなる混合ガスを供給して行った。SnO2:F膜の膜厚は約600nmとなった。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約650℃であった。
【0047】
(実施例3)
最上流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約30nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約30nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータからジメチル錫クロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約600nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約635℃であった。
【0048】
(実施例4)
最上流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約40nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約15nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータからジメチル錫クロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約650nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約641℃であった。
【0049】
(実施例5)
最上流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約35nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約20nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータからジメチル錫クロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約700nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約648℃であった。
【0050】
(実施例6)
最上流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約45nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約30nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータからジメチル錫クロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約750nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約637℃であった。
【0051】
(実施例7)
最上流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約35nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約25nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータからジメチル錫クロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、トリフルオロ酢酸からなる混合ガスを供給し、膜厚が約900nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約651℃であった。
【0052】
(実施例8)
最上流側のコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約85nmの酸化錫膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約7nmの酸化シリコン膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、ヘリウム、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約480nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約645℃であった。
【0053】
(実施例9)
最上流側のコータから、モノシラン、エチレン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約65nmの酸炭化珪素(SiOC)膜を成膜した。ここでは、エチレンの含有率を増やして膜に炭素を導入した。次いで、下流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、トリフルオロ酢酸からなる混合ガスを供給し、膜厚が約550nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約640℃であった。
【0054】
(実施例10)
最上流側のコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、ヘリウム、窒素、テトラエトシキシラン(蒸気)からなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約55nmの錫と珪素の酸化物(SnSiO)膜を成膜した。次いで、下流側のコータから、テトラエトシキシラン(蒸気)、酸素、窒素、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)からなる混合ガスを供給し、酸化錫膜上に、膜厚が約35nmの珪素と錫の酸化物(SiSnO)膜を成膜した。引き続き、さらに下流側のコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、フッ化水素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約430nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約655℃であった。なお、SnSiO膜では、錫原子が珪素原子よりも多く、SiSnO膜では、その逆となるように、原料比を調整した。
【0055】
(比較例1)
錫フロート槽内のコータは使用せず、錫フロート槽と徐冷炉との間に設置したコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、ヘリウム、トリフルオロ酢酸、メタノールからなる混合ガスを供給し、ガラスリボン上に、膜厚が約650nmのSnO2:F膜を成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約585℃であった。
【0056】
(比較例2)
予め450mm×450mmの大きさに切断した通常の板ガラス組成を有するソーダライムガラス板をメッシュベルトに載せて加熱炉を通過させ、約570℃にまで加熱した。この加熱したガラス板をさらに搬送しながら、ガラス搬送路上方に設置したコータから、モノシラン、酸素および窒素からなる混合ガスを供給し、膜厚が約30nmの酸化シリコン膜を成膜した。さらに、ガラス搬送路下流側上方に設置した別のコータから、モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、水蒸気、窒素、トリフルオロ酢酸からなる混合ガスを供給し、膜厚が約600nmのSnO2:F膜を成膜した。
【0057】
(比較例3)
SnO2:F膜を成膜する際の酸素濃度を大きく低下させた点を除いては、その他の条件が実施例3とほぼ同一となるようにして、実施例3と同じ膜厚を備えた酸化錫膜、酸化シリコン膜、およびSnO2:F膜をこの順に成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約615℃であった。
【0058】
(比較例4)
SnO2:F膜を成膜する際の酸素濃度と水蒸気濃度とを低下させた点を除いては、その他の条件が比較例2とほぼ同一となるようにして、比較例2と同じ膜厚を備えた酸化シリコン膜とSnO2:F膜とをこの順に成膜した。
【0059】
(比較例5)
SnO2:F膜を成膜する際の水蒸気濃度を変化させた点を除いては、比較例3とほぼ同一の条件により、比較例3と同じ膜厚を備えた酸化錫膜、酸化シリコン膜、およびSnO2:F膜をこの順に成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約612℃であった。
【0060】
(比較例6)
SnO2:F膜を成膜する際の酸素濃度および水蒸気濃度を変化させ、メチルアルコール0.5体積%を添加した点を除いては、比較例2とほぼ同一の条件により、比較例2と同じ膜厚を備えた酸化シリコン膜、およびSnO2:F膜をこの順に成膜した。SnO2:F膜成膜時のガラスリボンの温度は約564℃であった。
【0061】
以上の実施例および比較例から得られた導電膜付きガラス板について、導電膜の吸収係数、導電膜中のフッ素、塩素、メチルアルコール(MeOH)の濃度およびC/Sn原子比、シート抵抗値、成膜ガス中の酸素および水蒸気の濃度を、表1にまとめて示す。
【0062】
Figure 0004467707
【0063】
Figure 0004467707
【0064】
Figure 0004467707
【0065】
なお、表1における吸収係数は測定波長ごとの数値である。
【0066】
表1に示したように、実施例1〜10により得た導電膜は、400nm〜1100nmの波長域(太陽光線領域)のいずれの波長においても、吸収係数が1.2×103cm-1以下となった。この波長域における低い吸収係数は、結晶質シリコン系薄膜光電変換ユニットを有する光電変換装置に特に適している。また、実施例2〜10により得た導電膜は、500nm〜900nmの波長域において吸収係数が0.7×103cm-1以下となった。さらに、実施例2,4〜10により得た導電膜は、400〜1100nmの波長域において吸収係数が0.7×103cm-1以下となった。
【0067】
(実施例11)
実施例2の導電膜付きガラス板の導電膜上に、非晶質シリコン光電変換ユニットからなる薄膜光電変換装置をプラズマCVD法により形成した。非晶質シリコン光電変換ユニットに含まれるpin接合において、用いたp型非晶質シリコンカーバイド層の厚さは15nm、n型非晶質シリコン層の厚さは30nmとした。また、真性非晶質シリコン層(i型)はRFプラズマCVD法により形成した。成膜条件としては、シランの反応ガス、約40Paの反応室内圧力、15mW/cm2のRFパワー密度、および150℃の成膜温度を用いた。この成膜条件と同じ条件でガラス基板上に直接300nmの厚さまで堆積された真性非晶質シリコン膜の暗導電率は5×10-10S/cmであった。なお、真性非晶質シリコン層の膜厚は300nmとした。最後に、非晶質シリコン光電変換ユニット上に、裏面電極として厚さ80nmのITO膜と厚さ300nmのAg膜とをこの順にスパッタリング法により堆積した。
【0068】
こうして作製した薄膜光電変換装置(光電変換面積1cm2)に入射光としてAM1.5の光を100mW/cm2の光量で照射したときの出力特性を測定した。その結果、開放端電圧が0.90V、短絡電流密度が16.0mW/cm2、曲線因子が70.1%、そして変換効率が10.1%であった。さらに48℃においてAM1.5の光を100mW/cm2の光量で照射して光劣化試験を行ったところ、550時間の照射後に変換効率が8.3%まで劣化した。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来よりも高い光透過性能を有する導電膜を備えたガラス板を提供することができる。このガラス板は、高い光透過性能と高い導電性との両立が求められる光電変換装置に特に好適である。本発明により提供される光電変換装置は、従来よりも光電変換特性に優れたものとなる。もっとも、本発明の導電膜付きガラス板は、例えば画像表示装置、複写機などの部品として、あるいは窓ガラスなどとしても、優れた効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の導電膜付きガラス板の一形態を示す断面図である。
【図2】 本発明の導電膜付きガラス板を製造するために用い得る装置の構成を示す図である。
【図3】 本発明の光電変換装置の一形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1,31 (第1の)下地層
2,32 (第2の)下地層
3,33 導電膜
5,35 ガラス板
10 ガラスリボン
11 溶融炉
12 錫フロート槽
13 徐冷炉
16 コータ
17 ローラ
30 導電膜付きガラス板
37 光電変換ユニット
39 裏面電極

Claims (6)

  1. 水蒸気およびフッ素原料を含み、酸素濃度を10体積%以上とした雰囲気における、ジメチル錫ジクロライドまたはモノブチル錫トリクロライドの熱分解酸化反応を伴うCVD法により、酸化錫を主成分とし、400nm以上1100nm以下の波長域において吸収係数が1.2×103cm-1以下であり、膜中のフッ素濃度が0.03重量%以上0.1重量%以下であり、膜中の錫原子に対する炭素原子の比率が0.015以下であり、膜中の塩素濃度が0.15重量%以下である導電膜を、ガラス板製造工程における590℃以上のガラスリボン上に形成することを特徴とする導電膜付きガラス板の製造方法。
  2. 導電膜の吸収係数が、500nm以上900nm以下の波長域において0.7×103cm-1以下である請求項1に記載の導電膜付きガラス板の製造方法
  3. ガラスリボン上に、下地膜を介して導電膜を形成する請求項1に記載の導電膜付きガラス板の製造方法
  4. 下地膜が、ガラスリボン上に形成された酸化錫膜および該酸化錫膜上に形成された酸化シリコン膜を備えた2層構成である、請求項3に記載の導電膜付きガラス板の製造方法。
  5. 導電膜のシート抵抗値が、5Ω/スクエア以上40Ω/スクエア以下である、請求項1に記載の導電膜付きガラス板の製造方法。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法により得た導電膜付きガラス板を含み、導電膜上に、少なくとも1つの光電変換ユニットおよび裏面電極がこの順に積層されていることを特徴とする光電変換装置。
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