JP5730729B2 - Substrate with transparent electrode - Google Patents

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Description

本発明は、主として単結晶シリコン系または非単結晶シリコン系太陽電池の透明電極や裏面電極、ハイブリッド型太陽電池の透明中間層、化合物半導体系太陽電池の透明電極、タッチパネルやPDP、LCDやエレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ材料、化合物半導体高速デバイスに用いる低誘電率膜、表面弾性波素子、赤外線カットなどを目的とした窓ガラスコーティング、ガスセンサー、非線形光学を活用したプリズムシート、透明磁性体、光学記録素子、光スイッチ、光導波路、光スプリッタ、光音響材料、高温発熱ヒーター材料、などの材料において、高い導電性および耐久性を達成可能な透明電極に関するものである。   The present invention mainly includes transparent electrodes and back electrodes of single crystal silicon-based or non-single-crystal silicon solar cells, transparent intermediate layers of hybrid solar cells, transparent electrodes of compound semiconductor solar cells, touch panels, PDPs, LCDs, and electroluminescence. (EL) Display materials, low dielectric constant films used in compound semiconductor high-speed devices, surface acoustic wave elements, window glass coatings for the purpose of cutting infrared rays, gas sensors, prism sheets utilizing nonlinear optics, transparent magnetic materials, optical recording The present invention relates to a transparent electrode capable of achieving high conductivity and durability in materials such as an element, an optical switch, an optical waveguide, an optical splitter, a photoacoustic material, and a high-temperature heating heater material.

太陽電池やエレクトロルミネッセンス照明デバイス、タッチパネルなどに用いられる透明電極付き基板において、重要な要素として「導電性」、「透明性」、「耐久性」がある。透明電極付き基板は、基板上に透明電極を有するものが一般的に用いられているが、このような透明電極としては、酸化インジウム錫(ITO)や酸化錫、酸化亜鉛などの透明導電性酸化物が広く使用されている。 中でもITOは、透明導電材料として非常に優れた材料であり、現在広く透明導電性酸化物層として使用されている。しかしながら、原料のインジウムが枯渇する可能性があり、資源的にもコスト的にもITOに替わる材料の探索が急務となっている。   In a substrate with a transparent electrode used for a solar cell, an electroluminescence lighting device, a touch panel, etc., there are “conductivity”, “transparency”, and “durability” as important elements. As a substrate with a transparent electrode, a substrate having a transparent electrode on the substrate is generally used. As such a transparent electrode, transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), tin oxide, and zinc oxide is used. Things are widely used. Among them, ITO is an excellent material as a transparent conductive material, and is currently widely used as a transparent conductive oxide layer. However, there is a possibility that indium as a raw material may be depleted, and there is an urgent need to search for a material that can replace ITO in terms of resources and cost.

このようなITOに替わる材料として、コスト的に有利な酸化亜鉛(ZnO)が注目されている。しかしながらZnOは、信頼性、すなわち水や空気に対する耐久性が乏しく、特に導電率が容易に変化してしまうといった問題点がある。   As a material replacing such ITO, zinc oxide (ZnO), which is advantageous in terms of cost, has attracted attention. However, ZnO has a problem that reliability, that is, durability against water or air is poor, and in particular, conductivity easily changes.

一般的に酸化亜鉛は、導電性の発現要因となる「酸素欠損」が大きいことが知られており、この酸素欠損のため、信頼性が低いことが想定される。従って、高い信頼性を有する酸化亜鉛透明電極を作製するための方法として、酸素欠損に頼らない導電性を発現させることなどが挙げられる。このようなことから、ZnOの耐久性と導電率を向上させるための検討が数多くなされている。   In general, zinc oxide is known to have a large “oxygen deficiency”, which is a cause of electrical conductivity. Due to this oxygen deficiency, it is assumed that reliability is low. Therefore, as a method for producing a highly reliable zinc oxide transparent electrode, there is a method of developing conductivity that does not depend on oxygen deficiency. For this reason, many studies have been made to improve the durability and conductivity of ZnO.

特許文献1に見られるように、酸化亜鉛透明電極ではアルミニウムを導入することで導電性が向上することは良く知られており、一般的には酸化アルミニウムを2.0重量%程度ドーピングして導電性を確保している。しかしながら、これにより発生した導電性キャリアに由来する自由電子吸収または自由電子反射が起こり、その結果透明性を低下させる可能性がある。この為、なるべくアルミニウムのドーピング量は少ない方が好ましいことが予想されるが、1.0重量%程度とドーピング量が少ない場合、透明電極として十分機能する導電性が得られないといった問題点がある。   As seen in Patent Document 1, it is well known that conductivity is improved by introducing aluminum in a zinc oxide transparent electrode. In general, about 2.0% by weight of aluminum oxide is doped to conduct electricity. The sex is secured. However, free electron absorption or free electron reflection derived from the conductive carriers generated thereby occurs, and as a result, the transparency may be lowered. For this reason, it is expected that the doping amount of aluminum is as small as possible. However, when the doping amount is as low as about 1.0% by weight, there is a problem that the conductivity sufficient to function as a transparent electrode cannot be obtained. .

また耐久性を向上させるために酸化ケイ素をドーピングすることが一般的に知られており、上記特許文献1においては、酸化アルミニウムと酸化ケイ素をドーピングした酸化亜鉛系透明導電膜を用いることにより、また特許文献2では、0.50〜2.75重量%の二酸化ケイ素を有する透明電極付き基板を用いることにより、導電性と耐久性を向上させる旨が各々記載されている。   In addition, it is generally known that silicon oxide is doped to improve durability. In Patent Document 1, a zinc oxide-based transparent conductive film doped with aluminum oxide and silicon oxide is used. Patent Document 2 describes that conductivity and durability are improved by using a substrate with a transparent electrode having 0.50 to 2.75% by weight of silicon dioxide.

しかしながら、特許文献1では、酸化アルミニウムの添加量が2.0重量%程度と多いため、上述したように自由電子吸収の影響を受けて透過率が低下してしまうといった問題点がある。ここで特許文献1においては、透明導電膜の膜厚が1μm程度と厚いものを使用しており、これにより導電性と信頼性を確保していると推測される。しかしながら膜厚が厚いために透過率が低くなるといった問題点もある。また特許文献2では、ZnOに酸化ケイ素のみを添加しているため、耐久性には優れるが、導電性向上の観点からはまだ改善の余地がある。   However, in Patent Document 1, since the amount of aluminum oxide added is as large as about 2.0% by weight, there is a problem that the transmittance is lowered due to the influence of free electron absorption as described above. Here, in Patent Document 1, a transparent conductive film having a thickness of about 1 μm is used, and it is presumed that the conductivity and reliability are ensured. However, there is a problem that the transmittance is lowered due to the thick film thickness. Further, in Patent Document 2, since only silicon oxide is added to ZnO, the durability is excellent, but there is still room for improvement from the viewpoint of improving conductivity.

一般的に、酸化亜鉛や酸化インジウム錫などの透明導電性酸化物層は、その膜厚と導電性がほぼ比例しており、膜厚が厚くなると導電性が向上する。これは、膜厚が厚くなると製膜工程によっては結晶性が向上し、キャリア濃度の上昇と移動度の向上が起こるためであることが知られている。一方で膜厚が厚くなると透明性が悪くなる。このように、導電性と透明性は互いにトレードオフの関係にあることが多いため、両方を高いレベルで達成することは困難である。さらに膜厚が薄くなると耐久性が低下しやすくなり、薄膜で耐久性を向上させることが、高性能の透明電極を得るためには必須の課題である。   In general, a transparent conductive oxide layer such as zinc oxide or indium tin oxide has a film thickness substantially proportional to conductivity, and the conductivity increases as the film thickness increases. It is known that when the film thickness is increased, the crystallinity is improved depending on the film forming process, and the carrier concentration is increased and the mobility is increased. On the other hand, as the film thickness increases, the transparency deteriorates. Thus, since conductivity and transparency are often in a trade-off relationship with each other, it is difficult to achieve both at a high level. Further, as the film thickness becomes thinner, the durability tends to decrease, and improving the durability with a thin film is an essential issue for obtaining a high-performance transparent electrode.

特許文献3では、基板上に酸化アルミニウムを有するZnO(AZO)および酸化ケイ素を有するZnO(SZO)の2層の透明導電膜を積層し、SZOを非晶質とすることにより、透明電極付き基板の導電性を保持したまま耐久性を向上させる旨が記載されている。しかしながら上記透明電極付き基板は、透明導電膜の膜厚が薄く、透過率も高くなっているものの、酸化ケイ素のドーピング量が10重量%程度と多く、導電性の向上(すなわち低抵抗化)の観点からはまだ改善の余地がある。   In Patent Document 3, a transparent electrode substrate is formed by stacking two transparent conductive films of ZnO (AZO) having aluminum oxide and ZnO (SZO) having silicon oxide on the substrate, and making SZO amorphous. It is described that the durability is improved while maintaining the electrical conductivity. However, although the substrate with a transparent electrode has a thin transparent conductive film and a high transmittance, the doping amount of silicon oxide is as large as about 10% by weight, and the conductivity is improved (that is, the resistance is reduced). There is still room for improvement from the point of view.

また上記特許文献1や特許文献4においては、ZnO膜に含まれる酸化ケイ素および酸化アルミニウムの量を膜厚方向に変化させることにより、デバイスの接合を良好にする旨が記載されている。しかしながら、膜厚方向でドーピング量を変化させる場合、多数のターゲットを用いる必要があり、生産性の観点から課題ある。以上のように、これまで耐久性・導電性・透明性に優れた透明電極付き基板を作製することは困難であった。   Patent Document 1 and Patent Document 4 describe that the bonding of devices is improved by changing the amounts of silicon oxide and aluminum oxide contained in the ZnO film in the film thickness direction. However, when changing the doping amount in the film thickness direction, it is necessary to use a large number of targets, which is problematic from the viewpoint of productivity. As described above, it has been difficult to produce a substrate with a transparent electrode that is excellent in durability, conductivity, and transparency.

特開2002−217429号公報JP 2002-217429 A WO2010/026899号公報WO2010 / 026899 特開2010−21048号公報JP 2010-21010 A 特開平5−110125号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-110125

本発明においては、所定の量の酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素を添加した、酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層を用いることにより、膜厚を薄くした場合においても導電性・透明性および耐久性、中でも特に耐久性に優れた透明電極付き基板を提供することを目的とする。   In the present invention, even when the film thickness is reduced by using a transparent conductive oxide layer mainly composed of zinc oxide to which a predetermined amount of aluminum oxide and silicon oxide is added, It aims at providing the board | substrate with a transparent electrode excellent in durability, especially durability.

上記課題を解決する為に、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、透明電極として、所定の量の酸化アルミニウムと酸化ケイ素をドーピングした酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層を用いることで、耐久性・導電性・透明性に優れた透明電極付き基板を作製可能であることを見出した。すなわち、本発明は以下に関する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, a transparent conductive oxide layer mainly composed of zinc oxide doped with a predetermined amount of aluminum oxide and silicon oxide is used as a transparent electrode. It has been found that by using it, it is possible to produce a substrate with a transparent electrode that is excellent in durability, conductivity, and transparency. That is, the present invention relates to the following.

(1)基板上に酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層を有する透明電極付き基板において、該透明導電性酸化物層は、酸化ケイ素を1.2重量%以上2.1重量%以下、酸化アルミニウムを0.2重量%以上1.0重量%未満含有しており、該透明導電性酸化物層の抵抗率は、4.5×10-3Ωcm以下であり、かつ85℃・85%RHの環境下で1000時間放置した時の抵抗率の変化△Rが、温度(T)がT=300K、膜厚(d)が20nm≦d≦120nmのとき、
ΔR=a×exp(−b×d/T)+1.0
[1.2≦a≦3.0、15≦b≦45、a,bは実数] (式1)
を満たすことを特徴とする透明電極付き基板。
(1) In a substrate with a transparent electrode having a transparent conductive oxide layer containing zinc oxide as a main component on the substrate, the transparent conductive oxide layer contains 1.2% by weight or more and 2.1% by weight of silicon oxide. Hereinafter, the aluminum oxide is contained in an amount of 0.2 wt% or more and less than 1.0 wt%, and the resistivity of the transparent conductive oxide layer is 4.5 × 10 −3 Ωcm or less, and 85 ° C. When the temperature change (R) is T = 300K and the film thickness (d) is 20 nm ≦ d ≦ 120 nm when the film is left for 1000 hours in an environment of 85% RH,
ΔR = a × exp (−b × d / T) +1.0
[1.2 ≦ a ≦ 3.0, 15 ≦ b ≦ 45, a and b are real numbers] (Formula 1)
A substrate with a transparent electrode, characterized in that:

(2)85℃・85%RHの環境下で1000時間放置した前後の抵抗率の変化が、0.8〜1.2であることを特徴とする(1)に記載の透明電極付き基板。   (2) The substrate with a transparent electrode according to (1), wherein the change in resistivity before and after being left for 1000 hours in an environment of 85 ° C. and 85% RH is 0.8 to 1.2.

(3)膜厚30nmおよび100nmでの湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化を各々R30およびR100とした時に、R30/R100=0.9〜1.4を満たすことを特徴とする(1)または(2)のいずれかに記載の透明電極付き基板。 (3) R 30 / R 100 = 0.9 to 1.4 is satisfied when the change in resistivity before and after the wet heat durability test at a film thickness of 30 nm and 100 nm is R 30 and R 100 , respectively. (1) The board | substrate with a transparent electrode in any one of (2).

本発明により、太陽電池やタッチパネルやエレクトロルミネッセンス用電極基板などで特に重要な要素である「耐久性」・「透明性」および「導電性」につき、膜厚を薄くした場合においても良好な特性を示す透明電極付き基板を提供することが可能となる。   According to the present invention, “durability”, “transparency”, and “conductivity”, which are particularly important elements in solar cells, touch panels, electroluminescent electrode substrates, etc., have good characteristics even when the film thickness is reduced. It becomes possible to provide the substrate with a transparent electrode shown.

透明電極付き基板の代表的な断面概略図である。It is a typical section schematic diagram of a substrate with a transparent electrode. 本発明における透明電極の膜厚と抵抗変化を示す関係式を表す図である。It is a figure showing the relational expression which shows the film thickness and resistance change of the transparent electrode in this invention.

本発明は、「基板上に酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層を有する透明電極付き基板において、該透明導電性酸化物層は、酸化ケイ素を1.2重量%以上2.1重量%以下、酸化アルミニウムを0.2重量%以上1.0重量%未満含有しており、該透明導電性酸化物層の抵抗率は、4.5×10-3Ωcm以下であり、かつ85℃・85%RHの環境下で1000時間放置した時の抵抗率の変化ΔRについて、該ΔRの湿熱耐久性を膜厚d=100nmで規格化すると、温度(T)がT=300K、膜厚(d)が20nm≦d≦120nmのとき、
ΔR=a×exp(−b×d/T)+1.0
[1.2≦a≦3.0、15≦b≦45、a,bは実数] (式1)
を満たすことを特徴とする透明電極付き基板」に関するものである。
The present invention relates to "a substrate with a transparent electrode having a transparent conductive oxide layer mainly composed of zinc oxide on a substrate, wherein the transparent conductive oxide layer contains 1.2% by weight or more of silicon oxide and 2.1% by weight. The transparent conductive oxide layer has a resistivity of 4.5 × 10 −3 Ωcm or less and 85 ° C. For the change in resistivity ΔR when left for 1000 hours in an environment of 85% RH, when the wet heat durability of ΔR is normalized to a film thickness d = 100 nm, the temperature (T) is T = 300 K, the film thickness ( When d) is 20 nm ≦ d ≦ 120 nm,
ΔR = a × exp (−b × d / T) +1.0
[1.2 ≦ a ≦ 3.0, 15 ≦ b ≦ 45, a and b are real numbers] (Formula 1)
It is related with the board | substrate with a transparent electrode characterized by satisfy | filling.

本発明では、酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層に、酸化ケイ素と酸化アルミニウムを所定の量添加することで、耐久性と導電性・透明性を両立させた透明電極付き基板を作製可能であることを見出した。   In the present invention, a transparent electrode substrate having both durability, conductivity and transparency can be obtained by adding a predetermined amount of silicon oxide and aluminum oxide to a transparent conductive oxide layer mainly composed of zinc oxide. It was found that it can be produced.

以下、本発明に係る透明電極付き基板の代表的な態様を説明する。図1に本発明の透明電極付き基板の代表的な模式図を示している。すなわち基板1上に、透明電極として透明導電性酸化物層2が形成された透明電極付き基板(すなわち基板+透明電極)が示されている。   Hereinafter, typical embodiments of the substrate with a transparent electrode according to the present invention will be described. FIG. 1 shows a typical schematic diagram of a substrate with a transparent electrode of the present invention. That is, a substrate with a transparent electrode (that is, a substrate + a transparent electrode) in which a transparent conductive oxide layer 2 is formed as a transparent electrode on the substrate 1 is shown.

本発明における上記基板1については、用途によって使い分けられるものであり、硬質または軟質材料など特に限定されない。例えば、硬質材料としては、単結晶シリコン基板、非単結晶シリコン基板、ガラス、サファイヤなどの酸化物や窒化ガリウムやヒ化ガリウムなどの化合物半導体基板、銅−インジウム−セレン(CIS)や銅−インジウム−ガリウム−セレン(CIGS)などを用いることができる。これらのCISやCIGS上にはバッファー層として硫化カドミウム(CdS)や硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)を製膜しても良い。ガラスの具体例としては、アルカリガラスやホウ珪酸ガラス、無アルカリガラスなどがあげられる。   About the said board | substrate 1 in this invention, it uses properly by an application and is not specifically limited, such as a hard or soft material. For example, hard materials include single crystal silicon substrates, non-single crystal silicon substrates, oxides such as glass and sapphire, compound semiconductor substrates such as gallium nitride and gallium arsenide, copper-indium-selenium (CIS), and copper-indium. -Gallium-selenium (CIGS) etc. can be used. On these CIS and CIGS, cadmium sulfide (CdS), zinc sulfide (ZnS), and zinc oxide (ZnO) may be formed as a buffer layer. Specific examples of the glass include alkali glass, borosilicate glass, and non-alkali glass.

軟質材料を基板として用いた場合には、例えばタッチパネルに用いることができる。その他、フレキシブル有機ELデバイスなどにも適用可能である。タッチパネルに用いる場合には、透明電極が適用可能なものであれば、抵抗膜方式や静電容量方式などいずれの方式にも採用することができる。軟質材料としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などがあげられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂やポリエステル、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン、シクロオレフィンポリマーなどが、熱硬化製性樹脂としては、例えば、ポリウレタンなどがあげられる。中でも、光学等方性と水蒸気遮断性に特に優れているシクロオレフィンポリマー(COP)を主成分とする基板1が好ましい。   When a soft material is used as a substrate, it can be used for a touch panel, for example. In addition, it is applicable to a flexible organic EL device. When used for a touch panel, any method such as a resistive film method or a capacitance method can be adopted as long as a transparent electrode can be applied. Examples of the soft material include a thermoplastic resin and a thermosetting resin. Examples of the thermoplastic resin include acrylic resin, polyester, polycarbonate resin, polyolefin, and cycloolefin polymer. Examples of the thermosetting resin include polyurethane. Among these, the substrate 1 mainly composed of a cycloolefin polymer (COP) that is particularly excellent in optical isotropy and water vapor blocking properties is preferable.

COPとしては、ノルボルネンの重合体やノルボルネンとオレフィンとの共重合体、シクロペンタジエンなどの不飽和脂環式炭化水素の重合体などが挙げられる。水蒸気遮断性の観点から、構成分子の主鎖および側鎖には大きな極性を示す官能基、例えばカルボニル基やヒドロキシル基を含まないことが好ましい。その他耐熱性に優れるという観点から、前記軟質材料として、ポリエチレンナフタレート(PEN)やポリエーテルスルホン(PES)なども使用できる。これらは適宜単独若しくは組み合わせて使用できる。   Examples of COP include norbornene polymers, copolymers of norbornene and olefins, and polymers of unsaturated alicyclic hydrocarbons such as cyclopentadiene. From the viewpoint of water vapor barrier properties, it is preferable that the main chain and side chain of the constituent molecules do not contain a functional group having a large polarity, such as a carbonyl group or a hydroxyl group. In addition, from the viewpoint of excellent heat resistance, polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), or the like can be used as the soft material. These can be used alone or in combination as appropriate.

基板1として上記のような軟質材料を用いた場合の厚みとしては、使用目的により任意に選択することができるが、好ましくは0.03mm〜3.0mm程度をあげることができる。基板の厚みが0.03mm以上の場合、ハンドリングや、強度などの観点から好ましい。また基板の厚みが3.0mm以下の場合、重量が軽量で、機器の厚みに影響を及ぼさないことから、ポータブル機器などへも利用でき、さらには透明性とコストの面からも好ましい。   The thickness when the soft material as described above is used as the substrate 1 can be arbitrarily selected depending on the purpose of use, and preferably about 0.03 mm to 3.0 mm. When the thickness of the substrate is 0.03 mm or more, it is preferable from the viewpoint of handling and strength. In addition, when the thickness of the substrate is 3.0 mm or less, the weight is light and does not affect the thickness of the device, so that it can be used for portable devices and the like, and is preferable from the viewpoint of transparency and cost.

本発明における基板1として前記単結晶や非単結晶シリコン基板を用いた場合、単結晶または非単結晶シリコン基板は真性であってもよいが、イオン注入法などにより不純物をドーピングしたものを好ましく用いることができる。   When the single crystal or non-single-crystal silicon substrate is used as the substrate 1 in the present invention, the single-crystal or non-single-crystal silicon substrate may be intrinsic, but preferably doped with an impurity by an ion implantation method or the like. be able to.

結晶シリコン系太陽電池では結晶シリコンはp型またはn型にドーピングされているものが一般的であり、この上に透明電極として本発明の透明電極(すなわち透明導電性酸化物層2)を使用することで変換効率の向上が可能となる。ドーピングは、特に限定されないが、p型であればホウ素が代表的であり、n型であればリンやアンチモンが代表的である。またこれらの単結晶シリコン基板上に非晶質シリコンを製膜した、いわゆるヘテロ接合型結晶シリコン系太陽電池の透明電極としても使用することができる。   In crystalline silicon solar cells, crystalline silicon is generally doped p-type or n-type, and the transparent electrode (that is, transparent conductive oxide layer 2) of the present invention is used as a transparent electrode on top of this. Thus, the conversion efficiency can be improved. The doping is not particularly limited, but boron is typical for p-type, and phosphorus and antimony are typical for n-type. It can also be used as a transparent electrode of a so-called heterojunction crystal silicon solar cell in which amorphous silicon is formed on these single crystal silicon substrates.

ヘテロ接合型結晶シリコン系太陽電池は、例えば、単結晶シリコン基板上に、非晶質の真性シリコンを3〜200nm、さらに導電性ドーピングされた非晶質シリコンを1〜30nm製膜したものに、透明電極、集電極をこの順に形成したものなどを用いることができる。   Heterojunction type crystalline silicon solar cells, for example, formed by depositing amorphous intrinsic silicon 3 to 200 nm, further conductive doped amorphous silicon 1 to 30 nm on a single crystal silicon substrate, A transparent electrode and a collector electrode formed in this order can be used.

前記の単結晶シリコン基板または非単結晶シリコン基板の厚みは、用途等目的に応じて適宜選択すればよいが、概して80〜1000μmの範囲が好ましく、さらには100〜700μmの範囲が好ましい。前記単結晶シリコン基板を太陽電池の光電変換層やキャリア輸送層として用いる場合には、光電変換層に多くの光を取り込むことにより多くの電流を発生することができる。シリコン基板の厚さは、80μm以上の場合、光電変換を行うために十分な光の取り込み量を確保できるため好ましく、また1000μm以下の場合、光誘起キャリアの拡散・取り出しの観点から好ましい。   The thickness of the single crystal silicon substrate or the non-single crystal silicon substrate may be appropriately selected according to the purpose such as use, but is generally preferably in the range of 80 to 1000 μm, and more preferably in the range of 100 to 700 μm. When the single crystal silicon substrate is used as a photoelectric conversion layer or a carrier transport layer of a solar cell, a large amount of light can be generated by taking in a large amount of light into the photoelectric conversion layer. The thickness of the silicon substrate is preferably 80 μm or more because a sufficient amount of light can be secured for photoelectric conversion. The thickness of 1000 μm or less is preferable from the viewpoint of diffusion and extraction of photoinduced carriers.

この他、例えば、ガラス基板上に、透明電極層、1つ以上の非単結晶シリコン光電変換ユニット、さらに裏面電極をこの順に有する薄膜シリコン太陽電池においても、透明電極層や、光電変換ユニットと裏面電極間に挿入する透明電極などとして、本発明の透明導電性酸化物層2を適用することができる。   In addition, for example, in a thin-film silicon solar cell having a transparent electrode layer, one or more non-single-crystal silicon photoelectric conversion units, and a back electrode in this order on a glass substrate, the transparent electrode layer, the photoelectric conversion unit, and the back surface The transparent conductive oxide layer 2 of the present invention can be applied as a transparent electrode inserted between the electrodes.

本発明における基板1として、ガラスあるいはサファイヤを用いる場合、基板1の厚みは、使用目的により任意に選択することができるが、取り扱いと重量のバランスを加味して、0.5mm〜4.5mmが好ましい範囲として例示できる。ガラス等の基板が0.5mm以上の厚みの場合、強度などの観点から好ましい。また4.5mm以下の厚みの場合、重量が軽量で、機器の厚みに影響を及ぼさないことから、ポータブル機器などへも利用でき、さらには透明性とコストの面からも好ましい。   When glass or sapphire is used as the substrate 1 in the present invention, the thickness of the substrate 1 can be arbitrarily selected depending on the purpose of use, but it is 0.5 mm to 4.5 mm in consideration of the balance between handling and weight. It can be illustrated as a preferred range. A substrate such as glass having a thickness of 0.5 mm or more is preferable from the viewpoint of strength and the like. In addition, when the thickness is 4.5 mm or less, the weight is light and does not affect the thickness of the device, so that it can be used for portable devices and the like, and is preferable from the viewpoint of transparency and cost.

本発明における透明導電性酸化物層2の最も重要な特徴は、酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物を有し、かつ当該透明導電性酸化物が所定の量の酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含有することである。このような透明導電性酸化物層2を用いることにより、耐久性と導電性を両立して向上することが可能となる。これは、酸化ケイ素により導電性の付与に加えて耐久性の向上を可能とし、さらに13族元素である酸化アルミニウムを添加することでより導電性を向上できるためと考えられる。   The most important feature of the transparent conductive oxide layer 2 in the present invention is that it has a transparent conductive oxide mainly composed of zinc oxide, and the transparent conductive oxide contains predetermined amounts of silicon oxide and aluminum oxide. It is to contain. Use of such a transparent conductive oxide layer 2 makes it possible to improve both durability and conductivity. This is presumably because the silicon oxide can improve the durability in addition to imparting conductivity, and can further improve the conductivity by adding aluminum oxide which is a group 13 element.

酸化ケイ素により耐久性が向上する理由は明確になっていないが、本来イオン結合性の強い酸化亜鉛に対して共有結合性の強い酸化ケイ素を導入することで、外部の環境、特に水分に対する耐久性が向上するためと推測される。酸化アルミニウムにより導電性が向上する理由は、12族元素である亜鉛に13族元素である酸化アルミニウムを適量導入することで、導電性キャリアである電子を注入することができるためと考えられる。   The reason why durability is improved by silicon oxide is not clear, but by introducing silicon oxide with strong covalent bond to zinc oxide, which has strong ion binding, it is durable against external environment, especially moisture. Is estimated to improve. The reason why the conductivity is improved by aluminum oxide is thought to be that electrons, which are conductive carriers, can be injected by introducing an appropriate amount of aluminum oxide, which is a group 13 element, into zinc, which is a group 12 element.

13族元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどが挙げられる
が、本発明においては、導電性キャリアの注入がガリウムやインジウムと比べて少なく、
移動度を向上させることで導電性の向上が可能となる観点からアルミニウムを用いる。こ
こで、「酸化亜鉛を主成分とする」とは、透明電極すなわち透明導電性酸化物層2のうち
、酸化亜鉛を50重量%より多く含むことを意味し、70%重量以上が好ましく、80重量%以上、さらには90重量%以上がより好ましい。
Examples of the group 13 element include boron, aluminum, gallium, and indium. In the present invention, the conductive carrier injection is less than gallium and indium.
Aluminum is used from the viewpoint of improving the conductivity by improving the mobility. Here, “having zinc oxide as a main component” means that the transparent electrode, that is, the transparent conductive oxide layer 2 contains more than 50% by weight of zinc oxide, preferably 70% by weight or more, wt% or more, still more preferably at least 90 wt%.

本発明における酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物は、酸化ケイ素および酸化アルミニウムの添加量は、各々透明導電性酸化物に対して1.2重量%以上2.1重量%以下および0.2重量%以上1.0重量%未満であることを特徴としている。   In the transparent conductive oxide mainly composed of zinc oxide in the present invention, the addition amount of silicon oxide and aluminum oxide is 1.2 wt% or more and 2.1 wt% or less and 0 wt%, respectively, with respect to the transparent conductive oxide. .2% by weight or more and less than 1.0% by weight.

酸化ケイ素が1.2重量%以上の場合、耐久性の観点から好ましく、2.1重量%以下の場合、導電性の観点から好ましい。また酸化アルミニウムが0.2重量%以上の場合、導電性の観点から好ましく、1.0重量%未満の場合、透明性の観点から好ましい。   When silicon oxide is 1.2% by weight or more, it is preferable from the viewpoint of durability, and when it is 2.1% by weight or less, it is preferable from the viewpoint of conductivity. Moreover, when aluminum oxide is 0.2 weight% or more, it is preferable from an electroconductive viewpoint, and when less than 1.0 weight%, it is preferable from a transparency viewpoint.

ここで、上述したように酸化アルミニウムは、導電性の観点から、1.0重量%以上有する必要があると考えられてきたが、本発明においては敢えて1.0重量%未満とした場合も、導電性も確保できることを見出した。これは、本発明においては、酸化アルミニウム以外に所定量の酸化ケイ素を有するため、酸化ケイ素との「共ドーピング効果」によるものであると推測される。   Here, as described above, it has been considered that the aluminum oxide needs to be 1.0% by weight or more from the viewpoint of electrical conductivity. It has been found that conductivity can be secured. This is presumed to be due to the “co-doping effect” with silicon oxide because it has a predetermined amount of silicon oxide in addition to aluminum oxide in the present invention.

すなわち酸化ケイ素および酸化アルミニウムの添加量を上記の範囲とすることで、膜厚を薄くした場合においても耐久性、導電性、透明性に優れた透明電極を作製することが可能となる。さらに酸化ケイ素は、1.5重量%以上が好ましく、2.0重量%以下が好ましい。また酸化アルミニウムは、0.3重量%以上が好ましく、0.7重量%以下が好ましい。この範囲とすることで、より耐久性、導電性、透明性に優れた透明電極を作製することができる。   That is, by setting the addition amounts of silicon oxide and aluminum oxide in the above range, it is possible to produce a transparent electrode excellent in durability, conductivity, and transparency even when the film thickness is reduced. Further, silicon oxide is preferably 1.5% by weight or more, and more preferably 2.0% by weight or less. Aluminum oxide is preferably 0.3% by weight or more, and preferably 0.7% by weight or less. By setting it as this range, the transparent electrode more excellent in durability, electroconductivity, and transparency can be produced.

また本発明における透明導電性酸化物層は、酸化ケイ素および酸化アルミニウムの添加量が、膜厚方向でほぼ均一であることが好ましい。すなわち濃度分布がないことが好ましい。このような透明導電性酸化物層を用いることにより、膜厚方向での均一な導電が可能となる。これは、透明導電性酸化物層を一つの電極と考えた場合には非常に重要な要素である。なぜならば、種々のデバイスにおいて電極の導電性が均一でないものは、その導電性の制御とデバイスの設計の難度が上がるからである。また生産性の観点からも膜厚方向でほぼ均一であることが好ましい。上記添加量は、膜厚方向のX線光電子分光や二次イオン質量分析などにより測定することができる。   In the transparent conductive oxide layer in the present invention, it is preferable that the addition amount of silicon oxide and aluminum oxide is substantially uniform in the film thickness direction. That is, it is preferable that there is no concentration distribution. By using such a transparent conductive oxide layer, uniform conduction in the film thickness direction is possible. This is a very important factor when the transparent conductive oxide layer is considered as one electrode. This is because, in various devices, if the conductivity of the electrode is not uniform, the difficulty in controlling the conductivity and designing the device increases. From the viewpoint of productivity, it is preferable that the film thickness is substantially uniform in the film thickness direction. The addition amount can be measured by X-ray photoelectron spectroscopy in the film thickness direction, secondary ion mass spectrometry, or the like.

本発明における透明導電性酸化物層2の形成には、例えば、スパッタリング法や有機金属化学気相堆積法(MOCVD)や熱CVD法、プラズマCVD法、分子線ビームエピタキシー法(MBE)やパルスレーザー堆積法(PLD)などが挙げられる。   For the formation of the transparent conductive oxide layer 2 in the present invention, for example, sputtering, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), thermal CVD, plasma CVD, molecular beam epitaxy (MBE), pulse laser, etc. Examples thereof include a deposition method (PLD).

この際、製膜温度としては、基板のガラス転位温度に達しない温度であれば、特に限定されない。一般的に透明導電性酸化物は高めの温度で製膜した方が、結晶性が向上するために導電性が高くなることが知られている。このため、製膜はできる限り高温で製膜することが好ましく、上記のように基板のガラス転移温度に近いほうがより好ましい。一方で、生産性の観点からは、室温で製膜することが好ましい。特に、ロールトゥロール製膜を行うことができるフィルム基板の場合には、室温製膜での生産性への効果は明確である。   At this time, the film forming temperature is not particularly limited as long as it does not reach the glass transition temperature of the substrate. In general, it is known that a transparent conductive oxide film is formed at a higher temperature to improve conductivity because crystallinity is improved. For this reason, it is preferable to form the film at as high a temperature as possible, and it is more preferable that the film is close to the glass transition temperature of the substrate as described above. On the other hand, it is preferable to form a film at room temperature from the viewpoint of productivity. In particular, in the case of a film substrate capable of roll-to-roll film formation, the effect on productivity at room temperature film formation is clear.

またガラスや高い軟化(溶融)温度を有する軟質な材料からなる基板1上に透明導電性酸化物層2を形成した透明電極付き基板は、導電性と光線透過率を上げるためにアニール処理をすることができる。   The substrate with a transparent electrode in which the transparent conductive oxide layer 2 is formed on the substrate 1 made of glass or a soft material having a high softening (melting) temperature is subjected to an annealing process in order to increase conductivity and light transmittance. be able to.

アニール雰囲気は真空または不活性ガス雰囲気下が好ましい。上記雰囲気下でアニール処理することにより、酸素雰囲気など活性ガス下でアニール処理した場合に生じうる、透明導電性酸化物の熱酸化などを防ぐことができ、導電率の低下などを抑制できる。例えば、透明導電性酸化物として酸化亜鉛を用いる場合のアニール温度は、酸化亜鉛の結晶性が向上する温度以上基板の溶融温度以下であることが好ましい。具体的には200〜450℃程度、より好ましくは220〜300℃でアニールすることで、良好な透明電極付き基板を作製することができる。   The annealing atmosphere is preferably a vacuum or an inert gas atmosphere. By annealing in the above atmosphere, thermal oxidation of the transparent conductive oxide, which can occur when annealing is performed under an active gas such as an oxygen atmosphere, can be prevented, and a decrease in conductivity can be suppressed. For example, the annealing temperature when zinc oxide is used as the transparent conductive oxide is preferably not less than the temperature at which the crystallinity of zinc oxide is improved and not more than the melting temperature of the substrate. Specifically, a favorable substrate with a transparent electrode can be produced by annealing at about 200 to 450 ° C., more preferably 220 to 300 ° C.

透明導電性酸化物層2の膜厚は、10〜500nmの範囲が好ましく、さらには15〜200nmの範囲であることがより好ましく、特には30〜100nmの範囲であることが好ましい。この範囲の膜厚の透明導電性酸化物層を用いることで、高い透明性と導電性を併せ持つ透明電極付き基板を作製することができる。   The film thickness of the transparent conductive oxide layer 2 is preferably in the range of 10 to 500 nm, more preferably in the range of 15 to 200 nm, and particularly preferably in the range of 30 to 100 nm. By using a transparent conductive oxide layer having a thickness in this range, a substrate with a transparent electrode having both high transparency and conductivity can be produced.

本発明において、「耐久性」とは、以下に示す湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化のことをいう。すなわち「耐久性に優れる」とは、湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化が少ないことを意味する。   In the present invention, “durability” means a change in resistivity before and after the wet heat durability test shown below. That is, “excellent in durability” means that there is little change in resistivity before and after the wet heat durability test.

本発明における透明電極(透明導電性酸化物層)の抵抗率は、湿熱耐久性試験前後ともに4.5×10-3Ωcm以下であることを特徴する。上記抵抗率は、3.2×10-3Ωcm以下であることがより好ましい。また5×10−5Ωcm以上であることが好ましい。抵抗率を上記範囲にすることで、種々のデバイスを作製した時に、透明導電性酸化物層による抵抗のロスが少ない、すなわち導電性の高い透明電極を作製可能となると考えられる。 The resistivity of the transparent electrode (transparent conductive oxide layer) in the present invention is 4.5 × 10 −3 Ωcm or less before and after the wet heat durability test. The resistivity is more preferably 3.2 × 10 −3 Ωcm or less. Further, it is preferably 5 × 10 −5 Ωcm or more. By making the resistivity within the above range, it is considered that when various devices are produced, a transparent electrode having a low resistance loss due to the transparent conductive oxide layer, that is, a highly conductive electrode can be produced.

また本発明における透明電極(透明導電性酸化物層)は、85℃・85%RHの条件下で1000時間放置したとき(湿熱耐久試験後)の抵抗率の変化が、0.8〜1.2であることが好ましく、0.9〜1.1であることがより好ましい。抵抗率の変化を上記範囲にすることで、安定した品質の透明電極の実現が期待できる。ここで抵抗率の変化とは、(湿熱耐久試験後の抵抗率)÷(湿熱耐久試験前の抵抗率)を意味する。   In addition, the transparent electrode (transparent conductive oxide layer) in the present invention has a change in resistivity of 0.8 to 1 when left for 1000 hours under the conditions of 85 ° C. and 85% RH (after wet heat durability test). 2 is preferable, and 0.9 to 1.1 is more preferable. By making the change in resistivity within the above range, a transparent electrode with stable quality can be expected. Here, the change in resistivity means (resistivity after wet heat durability test) / (resistivity before wet heat durability test).

また本発明における透明電極(透明導電性酸化物層)は、85℃・85%RHの環境下で1000時間放置した時の抵抗率の変化△Rが、温度(T)がT=300K、膜厚(d)が20nm≦d≦120nmのとき、以下の(式1)を満たすことを特徴とする。
ΔR=a×exp(−b×d/T)+1.0
[1.2≦a≦3.0、15≦b≦45、a,bは実数] (式1)
Further, the transparent electrode (transparent conductive oxide layer) in the present invention has a resistivity change ΔR when left in an environment of 85 ° C. and 85% RH for 1000 hours, a temperature (T) of T = 300K, a film When the thickness (d) is 20 nm ≦ d ≦ 120 nm, the following (Equation 1) is satisfied.
ΔR = a × exp (−b × d / T) +1.0
[1.2 ≦ a ≦ 3.0, 15 ≦ b ≦ 45, a and b are real numbers] (Formula 1)

ここでΔRは、膜厚d=100nmで湿熱耐久性を規格化したものであり、温度(T)は抵抗測定時の温度である。またaは抵抗変化の大きさに関する係数、bは膜厚への依存度および温度に関する係数である。ここで温度(T)は抵抗測定時の温度であり、(式1)はT=300Kを代入して以下のように表すことができる。
ΔR=a×exp(−b×d/300)+1.0
Here, ΔR is a value obtained by standardizing wet heat durability with a film thickness d = 100 nm, and a temperature (T) is a temperature at the time of resistance measurement. Further, a is a coefficient relating to the magnitude of resistance change, and b is a coefficient relating to the degree of dependence on the film thickness and temperature. Here, the temperature (T) is a temperature at the time of resistance measurement, and (Equation 1) can be expressed as follows by substituting T = 300K.
ΔR = a × exp (−b × d / 300) +1.0

またΔRは、膜厚dが20nm≦d≦120nmのそれぞれの膜厚における抵抗率の変化を、膜厚d=100nmで規格化したものであり、またaは抵抗変化の大きさに関する係数、bは膜厚への依存度および温度に関する係数である。ここで「膜厚d=100nmで規格化したもの」とは、膜厚d=Lnm(20nm≦L≦120nm)のときの湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化(Rとする)を求め、d=100nmでの抵抗率の変化(R100)に対する相対値を求めたものを意味する。 ΔR is the change in resistivity at each film thickness d of 20 nm ≦ d ≦ 120 nm normalized by the film thickness d = 100 nm, and a is a coefficient relating to the magnitude of the resistance change, b Is a coefficient related to the degree of dependence on the film thickness and temperature. Here, “standardized with a film thickness d = 100 nm” means a change in resistivity (referred to as R L ) before and after the wet heat durability test when the film thickness d = Lnm (20 nm ≦ L ≦ 120 nm). It means a value obtained by calculating a relative value with respect to the change in resistivity (R 100 ) at d = 100 nm.

(式1)の関係を満たすことにより、湿熱耐久性と透明性に優れた透明電極付き基板を作製することができる。ここで、透過率と膜厚は、ランベルト・ベールの法則「I=I×e-αd(I:入射光強度、α:吸収係数、d:膜厚)」に従うため、膜厚を適正な範囲とすることで、透明性を制御することができる。 By satisfy | filling the relationship of (Formula 1), the board | substrate with a transparent electrode excellent in wet heat durability and transparency can be produced. Here, the transmittance and the film thickness conform to Lambert-Beer's law “I = I 0 × e −αd (I 0 : incident light intensity, α: absorption coefficient, d: film thickness)”. The transparency can be controlled by setting the thickness within the range.

上述したように本発明においては、酸化ケイ素および酸化アルミニウムを、各々透明導電性酸化物に対して1.2重量%以上2.1重量%以下および0.2重量%以上1.0重量%未満添加することにより、a,bが上記範囲、すなわち(式1)を満たすことができる。本発明においては、a、bの値を上記範囲とすることで、広い膜厚の範囲において高い湿熱耐久性を示すことが可能となる。   As described above, in the present invention, silicon oxide and aluminum oxide are added in an amount of 1.2 wt% or more and 2.1 wt% or less and 0.2 wt% or more and less than 1.0 wt%, respectively, with respect to the transparent conductive oxide. By adding, a and b can satisfy the above range, that is, (Equation 1). In the present invention, by setting the values of a and b within the above ranges, high wet heat durability can be exhibited in a wide film thickness range.

本発明における透明電極(透明導電性酸化物層)の膜厚(d)と、膜厚100nmで規格化した後の抵抗率の変化(ΔR)の関係を図2に示す。すなわち図2は、湿熱耐久性の膜厚依存性について表している。すなわち図2の比較例2あるいは比較例5に示すように、透明導電性酸化物層は、20nm程度と極薄膜では、一般的に抵抗率の変化が極端に悪くなる傾向がある。それは透明導電性酸化物層の結晶構造に依存するもので、上記膜厚では結晶が十分に成長しない為に湿熱耐久性が悪くなると考えられている。これに対し、本発明における透明導電性酸化物層は、図2の実施例1に示すように、膜厚が20nm程度と薄い場合であっても、抵抗率の変化が小さくなる。   FIG. 2 shows the relationship between the film thickness (d) of the transparent electrode (transparent conductive oxide layer) in the present invention and the change in resistivity (ΔR) after standardization with a film thickness of 100 nm. That is, FIG. 2 shows the film thickness dependence of wet heat durability. That is, as shown in Comparative Example 2 or Comparative Example 5 in FIG. 2, when the transparent conductive oxide layer is about 20 nm and an extremely thin film, the change in resistivity generally tends to be extremely worse. It depends on the crystal structure of the transparent conductive oxide layer, and it is considered that the wet heat durability deteriorates because the crystal does not grow sufficiently at the above film thickness. In contrast, the transparent conductive oxide layer in the present invention has a small change in resistivity even when the film thickness is as thin as about 20 nm as shown in Example 1 in FIG.

これに対し、a、bの値を上記範囲外、例えば、a<1.2、且つ50<bとした場合には、ΔRの膜厚依存性は小さくなるが、一般的に導電性が悪くなる傾向がある。
これは、bが温度に関する係数であることから、結晶粒子間のポテンシャルバリアに関係していると考えられ、bが大きくなりすぎると、ポテンシャルバリアが高くなる、すなわち結晶粒子間での電子の運動が妨げられるため、導電性が低下すると予想される。
On the other hand, when the values of a and b are out of the above ranges, for example, when a <1.2 and 50 <b, the film thickness dependency of ΔR becomes small, but generally the conductivity is poor. Tend to be.
This is considered to be related to the potential barrier between crystal grains because b is a coefficient related to temperature. When b is too large, the potential barrier becomes high, that is, the movement of electrons between crystal grains. This is expected to reduce the conductivity.

本発明における透明電極付き基板は、膜厚30nmおよび100nmでの湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化を各々R30およびR100とした時に、R30/R100=0.9〜1.4を満たすことが好ましい。特に、例えばタッチパネルのような、薄い膜厚の透明導電性酸化物層として使用する場合には、この値が0.9〜1.2であることが好ましい。ここで、一般的に膜厚が薄いほど抵抗率の変化は大きくなる、すなわち透明導電性酸化物層の湿熱耐久性は劣るため、本発明のような湿熱耐久性に優れる透明電極付き基板が有効となる。 In the substrate with a transparent electrode in the present invention, R 30 / R 100 = 0.9 to 1.4 when the change in resistivity before and after the wet heat durability test at a film thickness of 30 nm and 100 nm is R 30 and R 100 , respectively. It is preferable to satisfy. In particular, when used as a thin transparent conductive oxide layer such as a touch panel, this value is preferably 0.9 to 1.2. Here, in general, the smaller the film thickness, the larger the change in resistivity, that is, the wet heat durability of the transparent conductive oxide layer is inferior, so that a substrate with a transparent electrode having excellent wet heat durability as in the present invention is effective. It becomes.

透明導電性酸化物層2に含まれるドーピング量の検出方法は、通常元素分析に用いられる手法であれば、どのような方法を用いてもかまわないが、例えば、原子吸光分析や蛍光X線分析などの元素分析手段や、X線光電子分光やオージェ電子分光、電子線マイクロアナライザなどの分光学的手法や、二次イオン質量分析などの手法を用いることができる。中でも、エネルギー分散型蛍光X線分析(EDX)は走査電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)による形状観察と同時に精度良く元素分析を行うことができ、かつ比較的簡便な手法であるため好ましい。   Any method can be used for detecting the doping amount contained in the transparent conductive oxide layer 2 as long as it is a method usually used for elemental analysis. For example, atomic absorption analysis or fluorescent X-ray analysis is possible. Elemental analysis means such as X-ray photoelectron spectroscopy, Auger electron spectroscopy, and electron beam microanalyzer, and secondary ion mass spectrometry can be used. Above all, energy dispersive X-ray fluorescence analysis (EDX) is a relatively simple technique that can perform elemental analysis with high accuracy simultaneously with shape observation with a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM). preferable.

本発明における透明電極付き基板の表面抵抗は、使用用途によってさまざまであるが、10000Ω/□以下の範囲で使用され、例えばタッチパネルに用いる場合、50〜500Ω/□の範囲で、薄膜シリコン太陽電池に用いる場合、一般的に5〜2500Ω/□の範囲で使用されうる。   The surface resistance of the substrate with a transparent electrode in the present invention varies depending on the application, but is used in a range of 10,000 Ω / □ or less. For example, when used for a touch panel, the surface resistance is 50 to 500 Ω / □ in a thin film silicon solar cell. When used, it can generally be used in the range of 5 to 2500 Ω / □.

以下に、実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本発明において、表面抵抗測定は抵抗率計ロレスタGP MCT−610(三菱化学社製)を用いた。各層の膜厚は分光エリプソメーターVASE(J.Aウーラム社製)を使用した。フィッティングはTauc−Lorentzモデルにより行った。透過率はヘイズメーターNDH−5000(日本電色社製)を使用した。元素分析は、フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)S−4800(日立ハイテクノロジー社製)にEDX測定ユニットを取り付けて測定した。濃度の均一性は、二次イオン質量分析装置SIMS4100(CAMECA社製)により、酸素プラズマをイオンとして測定して確認した。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the present invention, a resistivity meter Loresta GP MCT-610 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used for the surface resistance measurement. Spectral ellipsometer VASE (manufactured by JA Woollam) was used for the film thickness of each layer. Fitting was performed using the Tauc-Lorentz model. The transmittance was a haze meter NDH-5000 (manufactured by Nippon Denshoku). Elemental analysis was performed by attaching an EDX measurement unit to a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) S-4800 (manufactured by Hitachi High-Technology Corporation). The uniformity of concentration was confirmed by measuring oxygen plasma as ions with a secondary ion mass spectrometer SIMS4100 (manufactured by CAMEA).

(実施例1)
基板として無アルカリガラス(厚み0.7mm、商品名OA−10、日本電気硝子社製)を用い、この基板上に透明導電性酸化物層として亜鉛−ケイ素−アルミニウム複合酸化物(ASZO)を80nm製膜した。製膜条件は、基板温度を室温とし、ターゲットとして亜鉛−ケイ素−アルミニウム複合酸化物(ASZO、組成ZnO:SiO2:Al23=97.5:2.0:0.5)を、キャリアガスとしてアルゴンを100sccm使用して、0.2Paの圧力で0.8W/cmのパワー密度をかけて製膜した。
Example 1
Alkali-free glass (thickness 0.7 mm, trade name OA-10, manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was used as the substrate, and zinc-silicon-aluminum composite oxide (ASZO) 80 nm as a transparent conductive oxide layer on this substrate. A film was formed. The film formation conditions are as follows: the substrate temperature is room temperature, and a zinc-silicon-aluminum composite oxide (ASZO, composition ZnO: SiO 2 : Al 2 O 3 = 97.5: 2.0: 0.5) is used as a target. Using argon as a gas at 100 sccm, a film was formed at a pressure of 0.2 Pa and a power density of 0.8 W / cm 2 .

このようにして作製した透明電極付き基板を形成する透明電極(すなわち透明導電性酸化物層)のシート抵抗を測定したところ、400Ω/□であった(抵抗率:3.2×10-3Ωcm)。また、製膜時間を変える以外は上記の製膜条件と同じ条件で、透明電極の膜厚dを20〜120nmの範囲で10nmずつ変化させた透明電極付き基板を作製した。 The sheet resistance of the transparent electrode (that is, the transparent conductive oxide layer) forming the transparent electrode substrate thus prepared was measured and found to be 400Ω / □ (resistivity: 3.2 × 10 −3 Ωcm). ). Moreover, the board | substrate with a transparent electrode which changed the film thickness d of the transparent electrode 10 nm in the range of 20-120 nm on the same conditions as said film forming conditions except changing film forming time was produced.

以下の実施例2〜16、比較例1〜3においても同様に、各々の実施例または比較例につき、透明電極の膜厚を20〜120nmの範囲で10nmずつ変化させた透明電極付き基板を作製した。   Similarly in the following Examples 2 to 16 and Comparative Examples 1 to 3, a substrate with a transparent electrode was produced by changing the film thickness of the transparent electrode by 10 nm in the range of 20 to 120 nm for each Example or Comparative Example. did.

(実施例2〜16、比較例1〜3)
以下表1に示すように、酸化亜鉛・酸化ケイ素・酸化アルミニウムの組成比を変えて透明電極付き基板を作製した。湿熱耐久性試験は、各実施例および比較例で作製した透明電極付基板を85℃・85%RHの環境で1000時間放置し、その前後のシート抵抗を比較することで実施した。この際、(抵抗率の変化)=(湿熱耐久試験後の抵抗率)÷(湿熱耐久試験前の抵抗率)として抵抗率の変化を求めた。
(Examples 2-16, Comparative Examples 1-3)
As shown in Table 1 below, substrates with transparent electrodes were prepared by changing the composition ratio of zinc oxide, silicon oxide, and aluminum oxide. The wet heat durability test was conducted by leaving the substrates with transparent electrodes prepared in each of the examples and comparative examples in an environment of 85 ° C. and 85% RH for 1000 hours, and comparing the sheet resistance before and after that. At this time, the change in resistivity was determined as (change in resistivity) = (resistivity after wet heat durability test) ÷ (resistivity before wet heat durability test).

実施例1〜16および比較例1〜3のサンプルについて、膜厚と湿熱耐久性について評価し、それぞれの結果を式1でフィッティングした。この際、上述したように、シート抵抗は、温度T=300Kにて測定を行い、また各膜厚(20〜120nm)における抵抗率の変化(ΔR)は膜厚d=100nmでの値を1.0に規格化して使用した。すなわち例えば膜厚d=20nmの場合の抵抗率の変化(R20)を求め、膜厚d=100nmでの値との相対値を使用した。以上より求めたaおよびbの値を表1に示す。
また表1における光線透過率(%)は、膜厚80nmでの値を測定した。
About the sample of Examples 1-16 and Comparative Examples 1-3, the film thickness and wet heat durability were evaluated, and each result was fitted by Formula 1. At this time, as described above, the sheet resistance is measured at a temperature T = 300K, and the change in resistivity (ΔR) at each film thickness (20 to 120 nm) is 1 at the film thickness d = 100 nm. It was standardized to 0.0. That is, for example, a change in resistivity (R 20 ) when the film thickness d = 20 nm was obtained, and a relative value to the value at the film thickness d = 100 nm was used. Table 1 shows the values of a and b obtained from the above.
Moreover, the light transmittance (%) in Table 1 was measured at a film thickness of 80 nm.

また膜厚30nmおよび100nmでの湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化を各々R30およびR100とした時の比R30/R100を求めた。また表2に、膜厚と抵抗率の変化(ΔR)との関係、すなわち膜厚と湿熱耐久性の関係を示す。 Further, the ratio R 30 / R 100 was determined when the changes in resistivity before and after the wet heat durability test at film thicknesses of 30 nm and 100 nm were R 30 and R 100 , respectively. Table 2 shows the relationship between the film thickness and the change in resistivity (ΔR), that is, the relationship between the film thickness and wet heat durability.

比較例1または比較例4と、実施例を比較すると、酸化アルミニウムを含まない比較例1または0.1重量%有する比較例4に対し、0.2〜1.0重量%未満有する実施例では抵抗率が大幅に低下した。一方、比較例3、5では、酸化アルミニウムがそれぞれ1.0重量%、0.5重量%と多いにも関らず、抵抗率が低下しなかった。これは、比較例3では、酸化ケイ素の量が4.0重量%と多く、偏析した酸化ケイ素が導電性キャリアの輸送を妨げた為と考えられる。また比較例5では、酸化ケイ素の量が1.0重量%と少なく全体のドーピング量が少ないためと考えられる。   When Comparative Example 1 or Comparative Example 4 is compared with Examples, in Comparative Example 1 not containing aluminum oxide or Comparative Example 4 having 0.1% by weight, in Examples having less than 0.2 to 1.0% by weight, The resistivity dropped significantly. On the other hand, in Comparative Examples 3 and 5, the resistivity did not decrease despite the high aluminum oxide content of 1.0% by weight and 0.5% by weight, respectively. This is presumably because in Comparative Example 3, the amount of silicon oxide was as large as 4.0% by weight, and segregated silicon oxide hindered the transport of conductive carriers. In Comparative Example 5, it is considered that the amount of silicon oxide is as small as 1.0% by weight and the total doping amount is small.

また比較例2または比較例5と、実施例を比較すると、酸化ケイ素を含まない比較例2または1.0重量%有する比較例5に対し、1.2〜2.1重量%含有する実施例では抵抗率の変化が小さくなった。   Further, when Comparative Example 2 or Comparative Example 5 is compared with Examples, Comparative Example 2 containing no silicon oxide or Comparative Example 5 having 1.0% by weight contains 1.2 to 2.1% by weight. Then, the change of resistivity became small.

具体的には、上述したように、比較例2または比較例5と、実施例1について図2に記載されている。これらは膜厚が100nm程度と厚い場合は抵抗率の変化はほぼ同程度(ΔR=1.00)であるが、膜厚が薄くなるにつれて、比較例2および比較例5ではΔRが大きく、膜厚20nmの場合、各々ΔR=2.80および2.00となった。一方、実施例1では膜厚が20nmと薄い場合においてもΔRが小さく、ΔR=1.50であった。従って、本発明の透明電極を用いることにより、耐久性に優れた透明電極付き基板が作製できたと考えられる。   Specifically, as described above, Comparative Example 2 or Comparative Example 5 and Example 1 are described in FIG. When the film thickness is as thick as about 100 nm, the change in resistivity is about the same (ΔR = 1.00). However, as the film thickness becomes thinner, ΔR increases in Comparative Example 2 and Comparative Example 5. When the thickness was 20 nm, ΔR = 2.80 and 2.00, respectively. On the other hand, in Example 1, even when the film thickness was as thin as 20 nm, ΔR was small and ΔR = 1.50. Therefore, it is considered that a substrate with a transparent electrode excellent in durability could be produced by using the transparent electrode of the present invention.

ここで比較例2では、酸化ケイ素を含まないにも関らず抵抗率が低下したが、これは酸化アルミニウムが3.0重量%と多いためと考えられる。また比較例3では、光線透過率が81.9%と最も低くなった。これは、酸化ケイ素=4.0重量%および酸化アルミニウム=1.0重量%と、不純物量が多いためと考えられる。   Here, in Comparative Example 2, the resistivity decreased despite the absence of silicon oxide, which is considered to be because the amount of aluminum oxide is as large as 3.0% by weight. In Comparative Example 3, the light transmittance was the lowest at 81.9%. This is considered to be due to the large amount of impurities, that is, silicon oxide = 4.0% by weight and aluminum oxide = 1.0% by weight.

また酸化ケイ素が多い場合、すなわち比較例1、3、4ではaの値が1.2よりも小さくなり、一方、少ない場合、すなわち比較例2ではaの値が3.0よりも大きくなる傾向があった。   In addition, when the amount of silicon oxide is large, that is, in Comparative Examples 1, 3, and 4, the value of a tends to be smaller than 1.2, whereas when it is small, that is, in Comparative Example 2, the value of a tends to be larger than 3.0. was there.

実施例のうち、抵抗率および抵抗率の変化のいずれも小さい実施例5〜12がより好ましいと考えられる。これは、酸化アルミニウムを0.8重量%と、比較的多く添加したために導電性が向上し(すなわち抵抗率が低下し)、また酸化ケイ素を添加したため耐久性が向上した(すなわち抵抗率の変化が少なかった)ことに起因すると考えられる。   Among Examples, Examples 5 to 12 in which both the resistivity and the change in resistivity are small are considered to be more preferable. This is because the conductivity was improved (ie, the resistivity was lowered) due to the relatively high addition of 0.8% by weight of aluminum oxide, and the durability was improved (ie, the change in resistivity) because of the addition of silicon oxide. This is probably due to the fact that

また抵抗率の観点からは、室温よりも200℃に加熱したほうが良いことがわかる。
これは、上述したように、高温加熱により結晶性が向上し、導電性が高くなったためと考えられる。一方で、生産性を考えた場合には、室温で製膜をしても相応の品質の透明電極付き基板が作製可能であることがわかる。以上より、本発明の透明電極を用いることにより、膜厚が薄い場合においても耐久性、導電性、透明性に優れた透明電極付き基板を作製できたと考えられる。
From the viewpoint of resistivity, it can be seen that heating to 200 ° C. is better than room temperature.
As described above, this is considered to be because the crystallinity is improved by high-temperature heating and the conductivity is increased. On the other hand, in view of productivity, it can be seen that a substrate with a transparent electrode of appropriate quality can be produced even if the film is formed at room temperature. From the above, it is considered that by using the transparent electrode of the present invention, a substrate with a transparent electrode excellent in durability, conductivity, and transparency can be produced even when the film thickness is thin.

Figure 0005730729
Figure 0005730729

1 基板
2 透明導電性酸化物層
1 substrate 2 transparent conductive oxide layer

Claims (6)

基板上に酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物層を有する透明電極付き基板において、
該透明導電性酸化物層は、酸化ケイ素を1.2重量%以上2.1重量%以下、酸化アルミニウムを0.2重量%以上1.0重量%未満含有しており、
該透明導電性酸化物層の抵抗率は、4.5×10−3Ωcm以下であり、
かつ85℃・85%RHの環境下で1000時間放置した時の抵抗率の変化ΔRについて、該ΔRの湿熱耐久性を膜厚d=100nmで規格化すると
温度(T)がT=300K、膜厚(d)が20nm≦d≦120nmのとき、
ΔR=a×exp(−b×d/T)+1.0
[1.2≦a≦3.0、15≦b≦45、a,bは実数] (式1)
を満たすことを特徴とする透明電極付き基板。
In the substrate with a transparent electrode having a transparent conductive oxide layer mainly composed of zinc oxide on the substrate,
The transparent conductive oxide layer contains 1.2 wt% or more and 2.1 wt% or less of silicon oxide and 0.2 wt% or more and less than 1.0 wt% of aluminum oxide,
The resistivity of the transparent conductive oxide layer is 4.5 × 10 −3 Ωcm or less,
In addition, regarding the change in resistivity ΔR when left in an environment of 85 ° C. and 85% RH for 1000 hours , the wet heat durability of ΔR is normalized with a film thickness d = 100 nm .
When the temperature (T) is T = 300K and the film thickness (d) is 20 nm ≦ d ≦ 120 nm,
ΔR = a × exp (−b × d / T) +1.0
[1.2 ≦ a ≦ 3.0, 15 ≦ b ≦ 45, a and b are real numbers] (Formula 1)
A substrate with a transparent electrode, characterized in that:
膜厚30nmおよび100nmでの湿熱耐久試験前後の抵抗率の変化を各々RChanges in resistivity before and after the wet heat durability test at film thicknesses of 30 nm and 100 nm were respectively R 3030 およびRAnd R 100100 とした時に、RR 3030 /R/ R 100100 =0.9〜1.4を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の透明電極付き基板。It satisfy | fills = 0.9-1.4, The board | substrate with a transparent electrode of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 請求項1または2に記載の透明電極付き基板を備えた太陽電池。The solar cell provided with the board | substrate with a transparent electrode of Claim 1 or 2. 請求項1または2に記載の透明電極付き基板を備えたヘテロ接合太陽電池であって、A heterojunction solar cell comprising the substrate with a transparent electrode according to claim 1 or 2,
前記基板として、単結晶シリコン基板を用い、As the substrate, a single crystal silicon substrate is used,
前記基板上に、非晶質の真性シリコン、導電性ドーピングされた非晶質シリコン、透明電極および集電極をこの順に有し、On the substrate, there is amorphous intrinsic silicon, conductive doped amorphous silicon, a transparent electrode and a collector electrode in this order,
前記透明電極として、前記透明導電性酸化物層が用いられる、ヘテロ接合太陽電池。A heterojunction solar cell in which the transparent conductive oxide layer is used as the transparent electrode.
請求項1または2に記載の透明電極付き基板を備えた薄膜シリコン太陽電池であって、A thin-film silicon solar cell comprising the substrate with a transparent electrode according to claim 1 or 2,
前記基板として、ガラス基板を用い、As the substrate, a glass substrate is used,
前記基板上に、透明電極層、1つ以上の非単結晶シリコン光電変換ユニット、裏面電極をこの順に有し、On the substrate, a transparent electrode layer, one or more non-single crystal silicon photoelectric conversion units, and a back electrode in this order,
前記透明電極層として、前記透明導電性酸化物層が用いられる、薄膜シリコン太陽電池。A thin film silicon solar cell in which the transparent conductive oxide layer is used as the transparent electrode layer.
前記非単結晶シリコン光電変換ユニットと裏面電極の間に透明電極を有し、Having a transparent electrode between the non-single crystal silicon photoelectric conversion unit and the back electrode;
前記透明電極として、前記透明導電性酸化物層が用いられる、請求項5に記載の薄膜シリコン太陽電池。The thin film silicon solar cell according to claim 5, wherein the transparent conductive oxide layer is used as the transparent electrode.
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