JPH0784651B2 - 透明導電膜およびその製造方法 - Google Patents
透明導電膜およびその製造方法Info
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- JPH0784651B2 JPH0784651B2 JP61142966A JP14296686A JPH0784651B2 JP H0784651 B2 JPH0784651 B2 JP H0784651B2 JP 61142966 A JP61142966 A JP 61142966A JP 14296686 A JP14296686 A JP 14296686A JP H0784651 B2 JPH0784651 B2 JP H0784651B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は透明導電膜およびその製造方法、特に太陽電池
の透明電極として用いるのに好適な透明導電膜およびそ
の製造方法に関するものである。
の透明電極として用いるのに好適な透明導電膜およびそ
の製造方法に関するものである。
（従来の技術） 従来、例えばアモルファス・シリコン太陽電池の窓側電
極として透明導電膜が用いられている。この透明導電膜
としてはITO、SnO2等の金属酸化物をガラス等の透明基
板上に蒸着している。このような透明導電膜の特性とし
ては透過率が高いことおよび比抵抗が低いことが要求さ
れる。特に透過率が高いことは太陽電池の光電変換効率
を向上する上できわめて重要である。従来、金属酸化物
より成る透明導電膜を、表面に凹凸構造を有する柱状結
晶粒を以て形成して多重反射を起させて入射光の反射損
失を減らすことが知られている。
極として透明導電膜が用いられている。この透明導電膜
としてはITO、SnO2等の金属酸化物をガラス等の透明基
板上に蒸着している。このような透明導電膜の特性とし
ては透過率が高いことおよび比抵抗が低いことが要求さ
れる。特に透過率が高いことは太陽電池の光電変換効率
を向上する上できわめて重要である。従来、金属酸化物
より成る透明導電膜を、表面に凹凸構造を有する柱状結
晶粒を以て形成して多重反射を起させて入射光の反射損
失を減らすことが知られている。
（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の透明導電膜の表面は、＜110＞軸方向に
配向した結晶粒より形成されており、（100）面が基板
表面に平行となっている結晶粒が多数存在している。し
たがって多くの入射光はそのまま多重反射されることな
く反射されるので反射損失の低減効果が十分ではなく、
透過率が低い欠点があった。
配向した結晶粒より形成されており、（100）面が基板
表面に平行となっている結晶粒が多数存在している。し
たがって多くの入射光はそのまま多重反射されることな
く反射されるので反射損失の低減効果が十分ではなく、
透過率が低い欠点があった。
本発明の目的は上述した欠点を除去し、多重反射によっ
て反射損失を十分に軽減することができる透明導電膜お
よびその製造方法を提供しようとするものである。
て反射損失を十分に軽減することができる透明導電膜お
よびその製造方法を提供しようとするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、基板上に堆積形成した多結晶金属酸化物より
成る透明導電膜において、膜表面が結晶粒による凹凸構
造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板表面
に対し垂直な方向にほぼ配向していることを特徴とする
ものである。
成る透明導電膜において、膜表面が結晶粒による凹凸構
造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板表面
に対し垂直な方向にほぼ配向していることを特徴とする
ものである。
さらに本発明は、膜表面が金属酸化物の結晶粒による凹
凸構造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板
表面にほぼ垂直な方向に配向している透明導電膜を形成
するに当り、基板および金属酸化物材料を真空容器内に
入れ、金属酸化物材料を加熱して15〜30Å／秒の蒸着速
度で基板上に蒸着することを特徴とするものである。
凸構造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板
表面にほぼ垂直な方向に配向している透明導電膜を形成
するに当り、基板および金属酸化物材料を真空容器内に
入れ、金属酸化物材料を加熱して15〜30Å／秒の蒸着速
度で基板上に蒸着することを特徴とするものである。
（作用） 本発明の透明導電膜においては、金属酸化物の柱状結晶
粒は、その＜111＞軸が基板表面に対して垂直な方向に
強く配勾されているため、結晶粒の（222）面が基板と
平行となっている。したがって透明導電膜の表面の凹凸
構造は第１図（ａ）に示すように三角錘状となり、Ｖ字
状の溝が形成されることになる。したがって入射光はＶ
字状の溝の中で多重反射をすることになり、入射側に反
射されて戻る光は著しく少なくなり、反射損失はきわめ
て少なくなる。
粒は、その＜111＞軸が基板表面に対して垂直な方向に
強く配勾されているため、結晶粒の（222）面が基板と
平行となっている。したがって透明導電膜の表面の凹凸
構造は第１図（ａ）に示すように三角錘状となり、Ｖ字
状の溝が形成されることになる。したがって入射光はＶ
字状の溝の中で多重反射をすることになり、入射側に反
射されて戻る光は著しく少なくなり、反射損失はきわめ
て少なくなる。
これに対し、従来の透明導電膜では第１図（ｂ）に示す
ように結晶粒はその＜110＞軸が基板表面に垂直な方向
に配勾されているため、（100）面が基板と平行となっ
ている。したがって多重反射される光線は少なく、反射
による損失が多いため、透過率は小さいものである。
ように結晶粒はその＜110＞軸が基板表面に垂直な方向
に配勾されているため、（100）面が基板と平行となっ
ている。したがって多重反射される光線は少なく、反射
による損失が多いため、透過率は小さいものである。
また本発明の製造方法のように蒸着速度を15〜30Å／秒
とすることにより、半数以上の結晶粒はその＜111＞軸
が基板表面に対して垂直な方向に配勾することになり、
透過率の高い透明導電膜を得ることがき、特に蒸着速度
を20〜25Å／秒とすることにより70〜80％以上の結晶粒
は、その＜111＞軸が基板表面に対して垂直な方向に配
勾されるようになり、透過率の改善効果は特に顕著とな
ることを確めた。
とすることにより、半数以上の結晶粒はその＜111＞軸
が基板表面に対して垂直な方向に配勾することになり、
透過率の高い透明導電膜を得ることがき、特に蒸着速度
を20〜25Å／秒とすることにより70〜80％以上の結晶粒
は、その＜111＞軸が基板表面に対して垂直な方向に配
勾されるようになり、透過率の改善効果は特に顕著とな
ることを確めた。
（実施例） 本発明による透明導電膜の製造方法の一実施例において
は、電子線ビーム加熱による真空蒸着装置を用い、この
装置に直流アーム放電によるイオン化装置を設ける。ソ
ーダガラス等の基板を真空蒸着装置のホルダに取付け、
真空槽内を５×10-6Torr以下の圧力に減圧する。また、
基板ホルダに隣接して設けたヒータにより基板を200〜5
00℃、好ましくは300〜400℃の温度に保つ。また、蒸着
るつぼ内には、例えばITOの焼結体を収納しておき、こ
れに電子線ビームを照射してITOを基板上に蒸着させ
る。この際蒸着速度および膜厚は水晶振動子の発振周波
数の変化によりモニタする。本発明においては蒸着速度
が15〜30Å／秒、好ましくは20〜25Å／秒となるように
電子線ビームの強度を制御する。このとき通常の酸素雰
囲気蒸着ではITOが還元され、金属インジウムおよび錫
が蒸着されるようになる。そこでアーク放電によりイオ
ン化を行なう。イオン化電力80W（40V×2A）にて還元さ
れたインジウムおよび錫は再び酸化されITO膜が基板上
に堆積形成される。膜厚が600〜10,000Å，好ましくは2
000〜3000Åに達したら蒸着を終了する。このようにし
てIn2O3およびSnO2の混合物より成る透明導電膜が得ら
れる。このようにして得られる膜の比抵抗は約２×10-4
Ω−cmで、従来作られているITO膜の比抵抗と同等であ
る。
は、電子線ビーム加熱による真空蒸着装置を用い、この
装置に直流アーム放電によるイオン化装置を設ける。ソ
ーダガラス等の基板を真空蒸着装置のホルダに取付け、
真空槽内を５×10-6Torr以下の圧力に減圧する。また、
基板ホルダに隣接して設けたヒータにより基板を200〜5
00℃、好ましくは300〜400℃の温度に保つ。また、蒸着
るつぼ内には、例えばITOの焼結体を収納しておき、こ
れに電子線ビームを照射してITOを基板上に蒸着させ
る。この際蒸着速度および膜厚は水晶振動子の発振周波
数の変化によりモニタする。本発明においては蒸着速度
が15〜30Å／秒、好ましくは20〜25Å／秒となるように
電子線ビームの強度を制御する。このとき通常の酸素雰
囲気蒸着ではITOが還元され、金属インジウムおよび錫
が蒸着されるようになる。そこでアーク放電によりイオ
ン化を行なう。イオン化電力80W（40V×2A）にて還元さ
れたインジウムおよび錫は再び酸化されITO膜が基板上
に堆積形成される。膜厚が600〜10,000Å，好ましくは2
000〜3000Åに達したら蒸着を終了する。このようにし
てIn2O3およびSnO2の混合物より成る透明導電膜が得ら
れる。このようにして得られる膜の比抵抗は約２×10-4
Ω−cmで、従来作られているITO膜の比抵抗と同等であ
る。
第２図（ａ）は上述したようにして形成した本発明の透
明導電膜の走査形電子顕微鏡による20,000倍の顕微鏡写
真を示すもので三角形状の柱状結晶粒が多数形成されて
いることがわかる。また、第２図（ｂ）は従来の凹凸構
造を有する透明導電膜の顕微鏡写真を示すもので、四角
形状の柱状結晶粒が多数形成されていることがわかる。
これら第２図（ａ）および（ｂ）の写真において下方の
白抜きの枠の長さは１μｍである。この従来の透明導電
膜は（100）面が基板表面と平行に配勾しているのに対
し、本発明の透明導電膜では（222）面が基板表面と平
行、すなわち＜111＞軸が基板表面に対して垂直になる
ように配勾している。
明導電膜の走査形電子顕微鏡による20,000倍の顕微鏡写
真を示すもので三角形状の柱状結晶粒が多数形成されて
いることがわかる。また、第２図（ｂ）は従来の凹凸構
造を有する透明導電膜の顕微鏡写真を示すもので、四角
形状の柱状結晶粒が多数形成されていることがわかる。
これら第２図（ａ）および（ｂ）の写真において下方の
白抜きの枠の長さは１μｍである。この従来の透明導電
膜は（100）面が基板表面と平行に配勾しているのに対
し、本発明の透明導電膜では（222）面が基板表面と平
行、すなわち＜111＞軸が基板表面に対して垂直になる
ように配勾している。
このことをさらに確認すめために本発明の透明導電膜の
原子面（222），（440），（400）および（211）による
Ｘ線回折ピークの相対強度比を求めた結果を第３図に示
す。このグラフから明らかなように本発明の透明導電膜
では（222）面が基板表面と平行になっており、＜111＞
軸が基板表面と垂直となるように著しく配勾しているこ
とがわかる。
原子面（222），（440），（400）および（211）による
Ｘ線回折ピークの相対強度比を求めた結果を第３図に示
す。このグラフから明らかなように本発明の透明導電膜
では（222）面が基板表面と平行になっており、＜111＞
軸が基板表面と垂直となるように著しく配勾しているこ
とがわかる。
第４図は本発明の透明導電膜を具える太陽電池の一例の
構成を示す断面図であり、ガラス基板１の上に透明導電
膜２を形成し、その上にアモルフアス・シリコン膜３を
堆積し、さらにその上にアルミニウムの金属電極膜４を
形成したものである。ガラス基板１側から入射した光は
透明導電膜２を経てアモルフアス・シリコン膜３に入射
することになるが、透明導電膜２の、アモルフアス・シ
リコン膜３と接触する表面は＜111＞軸がガラス基板１
の表面と垂直となるように配勾されており、凹凸構造と
なっているため、結晶粒の（100）面の平行な面による
多重反射が顕著となり、アモルフアス・シリコン膜３に
入射する光量が著しく増大することになる。
構成を示す断面図であり、ガラス基板１の上に透明導電
膜２を形成し、その上にアモルフアス・シリコン膜３を
堆積し、さらにその上にアルミニウムの金属電極膜４を
形成したものである。ガラス基板１側から入射した光は
透明導電膜２を経てアモルフアス・シリコン膜３に入射
することになるが、透明導電膜２の、アモルフアス・シ
リコン膜３と接触する表面は＜111＞軸がガラス基板１
の表面と垂直となるように配勾されており、凹凸構造と
なっているため、結晶粒の（100）面の平行な面による
多重反射が顕著となり、アモルフアス・シリコン膜３に
入射する光量が著しく増大することになる。
第５図はガラス基板１から透明導電膜２に入射する光の
反射率を示すものであり、曲線Ａは本発明によるものを
示し、曲線Ｂは従来の凹凸構造を有するものを示す。こ
れらの曲線から明らかなように本発明の透明導電膜によ
ればほぼ全波長域に亘り従来のものに比べて反射率が低
下していることがわかる。特に600〜800nmの波長域にお
ける反射率の低下が顕著に現われている。
反射率を示すものであり、曲線Ａは本発明によるものを
示し、曲線Ｂは従来の凹凸構造を有するものを示す。こ
れらの曲線から明らかなように本発明の透明導電膜によ
ればほぼ全波長域に亘り従来のものに比べて反射率が低
下していることがわかる。特に600〜800nmの波長域にお
ける反射率の低下が顕著に現われている。
第４図に示した太陽電池のＡ・Ｍ（Air Mass）1.5（100
mW/cm2）でのＩ−Ｖ特性を第６図の曲線Ａで示す。ま
た、第６図の曲線Ｂは従来の凹凸構造を有する透明導電
膜を有する太陽電池のＩ−Ｖ特性を示し、曲線Ｃは従来
の無配勾性の透明導電膜を有する太陽電池のＩ−Ｖ特性
を示すものである。これらの曲線から明らかなように、
本発明による透明導電膜を有する太陽電池の短絡電流は
20mA/cm2で、従来の凹凸構造を有するもの（18mA/cm2）
および無配勾性構造を有するもの（16mA/cm2）に比べて
それぞれ13％および25％も増大しており、大きな光電変
換効率を有している。
mW/cm2）でのＩ−Ｖ特性を第６図の曲線Ａで示す。ま
た、第６図の曲線Ｂは従来の凹凸構造を有する透明導電
膜を有する太陽電池のＩ−Ｖ特性を示し、曲線Ｃは従来
の無配勾性の透明導電膜を有する太陽電池のＩ−Ｖ特性
を示すものである。これらの曲線から明らかなように、
本発明による透明導電膜を有する太陽電池の短絡電流は
20mA/cm2で、従来の凹凸構造を有するもの（18mA/cm2）
および無配勾性構造を有するもの（16mA/cm2）に比べて
それぞれ13％および25％も増大しており、大きな光電変
換効率を有している。
本発明は上述した実施例に限定されるもものではなく幾
多の変更を加えることができる。例えば上述した例では
透明導電膜をITOを以て形成したがSnO2を以て形成する
こともできる。さらに上述した実施例ではITOの焼結体
を電子線ビームにより加熱したが、他の手段、例えばレ
ーザビームによって加熱することもできる。
多の変更を加えることができる。例えば上述した例では
透明導電膜をITOを以て形成したがSnO2を以て形成する
こともできる。さらに上述した実施例ではITOの焼結体
を電子線ビームにより加熱したが、他の手段、例えばレ
ーザビームによって加熱することもできる。
さらに、第４図に示した太陽電池においては、ガラス基
板上に透明導電膜を形成したが、第７図に示すようにＰ
型シリコンウエファ11上にn+型単結晶シリコン層12を成
長させ、その上に本発明の透明導電膜13を形成すること
もできる。
板上に透明導電膜を形成したが、第７図に示すようにＰ
型シリコンウエファ11上にn+型単結晶シリコン層12を成
長させ、その上に本発明の透明導電膜13を形成すること
もできる。
（発明の効果） 上述したように本発明の透明導電膜によれば、＜111＞
軸を基板表面に垂直な方向に配勾させたため入謝光は多
重反射されるようになり、反射による損失を大幅に低減
することができる。したがって、このような透明導電膜
を有する太陽電池では大きな短絡電流が得られ、光電変
換効率が著しく向上する。また、本発明の方法によれ
ば、蒸着速度を15〜30Å／秒の範囲とするという簡単な
処理によって半数以上の柱状結晶粒を、その＜111＞軸
が基板表面と垂直な方向となるように強く配勾させるこ
とができ、従来の製造設備をほぼそのまま用いて高い透
過率を有する透明導電膜を形成することができる。
軸を基板表面に垂直な方向に配勾させたため入謝光は多
重反射されるようになり、反射による損失を大幅に低減
することができる。したがって、このような透明導電膜
を有する太陽電池では大きな短絡電流が得られ、光電変
換効率が著しく向上する。また、本発明の方法によれ
ば、蒸着速度を15〜30Å／秒の範囲とするという簡単な
処理によって半数以上の柱状結晶粒を、その＜111＞軸
が基板表面と垂直な方向となるように強く配勾させるこ
とができ、従来の製造設備をほぼそのまま用いて高い透
過率を有する透明導電膜を形成することができる。
第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の透明導電膜と従来
の透明導電膜の表面の凹凸構造を模式的に示す断面図、 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明による透明導電膜と
従来の透明導電膜の粒子構造の顕微鏡写真、 第３図は本発明による透明導電膜のＸ線回折ピークの相
対強度比を示すグラフ、 第４図は本発明による透明導電膜を有する太陽電池の一
例の構造を示す断面図、 第５図は本発明による透明導電膜と従来の透明導電膜の
分光反射率を示すグラフ、 第６図は本発明による透明導電膜と従来の透明導電膜を
具える太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフ、 第７図は本発明による透明導電膜を有する太陽電池の他
の実施例の構成を示す断面図である。 １……ガラス基板、２……透明導電膜 ３……アモルフアス・シリコン膜 ４……金属電極膜 11……ｐ型シリコンウエファ 12……n+型シリコン層、13……透明導電膜
の透明導電膜の表面の凹凸構造を模式的に示す断面図、 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明による透明導電膜と
従来の透明導電膜の粒子構造の顕微鏡写真、 第３図は本発明による透明導電膜のＸ線回折ピークの相
対強度比を示すグラフ、 第４図は本発明による透明導電膜を有する太陽電池の一
例の構造を示す断面図、 第５図は本発明による透明導電膜と従来の透明導電膜の
分光反射率を示すグラフ、 第６図は本発明による透明導電膜と従来の透明導電膜を
具える太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフ、 第７図は本発明による透明導電膜を有する太陽電池の他
の実施例の構成を示す断面図である。 １……ガラス基板、２……透明導電膜 ３……アモルフアス・シリコン膜 ４……金属電極膜 11……ｐ型シリコンウエファ 12……n+型シリコン層、13……透明導電膜
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に堆積形成した多結晶金属酸化物よ
り成る透明導電膜において、膜表面が結晶粒による凹凸
構造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板表
面に対し垂直な方向にほぼ配向していることを特徴とす
る透明導電膜。 - 【請求項２】前記多結晶金属酸化膜がIn2O3とSnO2との
混合物より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の透明導電膜。 - 【請求項３】膜表面が金属酸化物の結晶粒による凹凸構
造を有しかつ半数以上の結晶粒の＜111＞軸が基板表面
にほぼ垂直な方向に配向している透明導電膜を形成する
に当り、基板および金属酸化物材料を真空容器内に入
れ、金属酸化物材料を加熱して15〜30Å／秒の蒸着速度
で基板上に蒸着することを特徴とする透明導電膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61142966A JPH0784651B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 透明導電膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61142966A JPH0784651B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 透明導電膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63456A JPS63456A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0784651B2 true JPH0784651B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=15327799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61142966A Expired - Fee Related JPH0784651B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 透明導電膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0784651B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6930025B2 (en) | 2001-02-01 | 2005-08-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Transparent conductive film formation process, photovoltaic device production process, transparent conductive film, and photovoltaic device |
| JP4555116B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2010-09-29 | 大日本印刷株式会社 | 積層体 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5788028A (en) * | 1980-11-14 | 1982-06-01 | Asahi Glass Co Ltd | Formation of electrically conductive transparent film of indium oxide |
| JPS5857756A (ja) * | 1981-10-01 | 1983-04-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 非晶質太陽電池 |
| JPS59151705A (ja) * | 1983-02-18 | 1984-08-30 | 株式会社日立製作所 | 透明導電性膜を有する基体及びその製造方法 |
| JPS59159574A (ja) * | 1983-03-02 | 1984-09-10 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | アモルフアス太陽電池 |
| JPS6034076A (ja) * | 1983-08-05 | 1985-02-21 | Taiyo Yuden Co Ltd | 非晶質シリコン太陽電池 |
| JPS60240166A (ja) * | 1984-05-14 | 1985-11-29 | Taiyo Yuden Co Ltd | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 |
| JPS6196775A (ja) * | 1984-10-17 | 1986-05-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP61142966A patent/JPH0784651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63456A (ja) | 1988-01-05 |
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