JP2001114533A - 透明導電膜付きガラス板およびこれを用いたガラス物品 - Google Patents
透明導電膜付きガラス板およびこれを用いたガラス物品Info
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Abstract
中で熱処理されると導電性が低下する。予め窒素雰囲気
中などで熱処理して導電性を向上させても、最終製品へ
の加工の際の大気中での加熱により導電性が大きく低下
するため、却って特性不確定要素を持ち込むことにな
る。 【解決手段】 錫フロート層12内のコータ16から被
膜形成原料をガラスリボン10へと供給してCVD法に
より2層の中間膜と酸化錫を主成分とする透明導電膜と
を連続的に成膜する。透明導電膜の膜厚は360nm以
上とする。中間膜の膜厚はともに5〜50nmとする。
成膜時のガラス温度は600℃以上とする。こうして、
大気中450℃で3時間加熱しても、シート抵抗値の増
加が15%以下である透明導電膜を形成する。
Description
透明導電膜が形成された透明導電膜付きガラス板に関す
るものであり、さらに詳しくは熱処理前後の抵抗変化率
が少ない透明導電膜付きガラス板およびこれを用いたガ
ラス物品に関するものである。
導電体として、太陽電池などの光起電力デバイスや、液
晶表示素子、プラズマディスプレイパネルなどの画像表
示装置に広く利用されている。建築物の窓では、Low
−Eガラス、電磁遮蔽ガラスなどとして利用されてい
る。車両の窓ガラスや店舗用冷蔵庫においても、熱線遮
蔽ガラスやくもり止め機能付きガラスなどとして利用さ
れている。透明導電膜としては、フッ素やアンチモンな
どの微量成分をドープした酸化錫膜、錫をドープした酸
化インジウム(ITO)膜などが知られている。透明導
電膜は、スパッタリング法、真空蒸着法などのいわゆる
物理蒸着法によっても成膜されるが、スプレー法や化学
気相法(CVD法)など熱分解酸化反応を伴う化学蒸着
法によっても成膜される。
ス板製造ライン上で透明導電膜を成膜する方法も知られ
ている。例えば、特開平1−96044号公報には、錫
フロート槽内のガラスリボン上に酸化錫膜を成膜する方
法が開示されている。同公報によると、この方法により
成膜された酸化錫膜は、所定膜厚では最も低い抵抗値を
示す。同公報には、酸化錫膜の好ましい膜厚として20
0〜350nmが記載されている。また、特表平4−5
02305号公報にも、錫フロート槽内で酸化錫膜を成
膜する方法が開示されており、具体的には、膜厚約22
0nmの酸化錫膜を成膜した例が記載されている。
された透明導電膜、特に酸化錫膜は、耐薬品性などに優
れ、安価な原料で成膜できる。しかし、熱分解酸化反応
を伴う方法により成膜すると、高い導電性(低い比抵
抗)を有する透明導電膜を得ることが難しい。
分解酸化反応を伴う方法により成膜した透明導電膜を、
窒素雰囲気中や水素雰囲気中で熱処理することにより、
透明導電膜の導電性を改善する方法が開示されている。
同公報には、上記熱処理により、膜厚約200nmの酸
化錫膜の抵抗値を低下させた例が記載されている。
10号公報に記載の方法によれば、確かに、透明導電膜
の抵抗値は一旦低下する。しかし、透明導電膜が形成さ
れたガラス板は、最終製品へと加工する工程において、
再度加熱されることが多い。例えば、ガラス板の曲げ加
工や強化処理は、ガラス板を加熱してから行われる。複
層ガラスの製造にも、加熱を要する封止剤が使用される
ことがある。光起電力デバイスや画像表示装置は、透明
導電膜付きガラス板が基板として使用され、この基板の
加工工程において加熱が必須とされる場合もある。この
加熱は大気中で行われることが多い。大気中で加熱され
ると、酸化錫膜など透明導電膜の抵抗値は増加する傾向
を示す。
気中で加熱すると、大気中での熱処理後の抵抗値の変化
が大きくなる。したがって、透明導電膜の導電性につい
て、却って不確定要素を持ち込むことになる。このよう
な不確定要素は、最終製品の特性を安定させるためには
望ましくない。
させるという観点から、高い導電性を有しながらも、大
気中での加熱に伴う導電性の変化が抑制された透明導電
膜付きガラス板を提供することを目的とする。
に、本発明者は、まず、加工に伴う熱処理として、大気
中450℃での熱処理を想定することとした。従来の透
明導電膜付きガラス板は、この条件で3時間程度熱処理
するとシート抵抗値(面積抵抗値)が大きく上昇する。
しかし、透明導電膜付きガラス板の加工工程を考慮する
と、上記程度の加熱温度、加熱時間を経てもシート抵抗
値の変化が小さいことが望まれる。
確保するために、窒素雰囲気中や水素雰囲気中で予め加
熱するのではなく、透明導電膜の膜厚を360nm以
上、好ましくは400nm以上とすることとした。透明
導電膜の厚膜化による低抵抗化は、大気中での熱処理に
よる影響を受けにくい。さらに、本発明者は、透明導電
膜とガラス板との間に形成する中間膜の構成、透明導電
膜の成膜条件などを種々検討した結果、上記熱処理によ
る透明導電膜のシート抵抗値の変化率を、上記熱処理前
におけるシート抵抗値を基準として15%以下にまで抑
制することに成功した。
ラス板の好ましい形態について説明する。透明導電膜
は、酸化物を主成分とする膜が好ましく、特に酸化錫を
主成分とする膜が好ましい。透明導電膜には、フッ素、
アンチモンなどの微量成分を適宜添加して導電性を高め
ることが好ましい。透明導電膜の膜厚は360nm以
上、さらに370nm以上、特に400nm以上の厚膜
とすることが好ましい。透明導電膜の膜厚の上限は、特
に制限されないが、1200nm程度が適当である。
が介在していることが好ましい。中間膜は、ガラス板に
含まれるアルカリ成分の透明導電膜への拡散を抑制する
アルカリバリア層となる。アルカリ成分による透明導電
膜の抵抗値の上昇を抑えるために、ガラス板と透明導電
膜との間には、少なくとも2層の中間膜を形成すること
が好ましい。
参照してさらに説明する。ガラス板1側に近い第1の中
間膜2としては、例えば、酸化錫を主成分とする膜が好
適である。第1の中間膜上に積層される第2の中間膜3
としては、例えば酸化珪素および酸化アルミニウムから
選ばれる少なくとも一方を主成分とする膜が好ましく、
特に酸化珪素を主成分とする膜が好適である。両中間膜
とも、好ましい膜厚の範囲は5nm〜50nmである。
中間膜の膜厚が薄すぎるとアルカリバリア性能が低下し
て透明導電膜4のシート抵抗値が大きく低下するおそれ
がある。一方、中間膜が厚すぎると透明導電膜付きガラ
ス板の光学特性や外観が劣化する場合がある。中間膜に
も、フッ素、塩素その他の微量成分が含まれていても構
わない。また、透明導電膜や中間膜には、上記に記載し
た以外にも、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、バナジ
ウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、チタン、タング
ステン、亜鉛その他の微量成分が含まれていても構わな
い。
D法などの被膜形成原料の熱分解酸化反応を伴う方法が
適している。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、被膜形成原料の蒸気が
ガラス板上に供給される。
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、膜厚の均一性を確保しにくい。また、ガラスの
歪みも大きくなる。このため、透明導電膜の成膜法とし
ては、総合的にはCVD法が優れている。
の大きさに切断し、加熱したガラス板にガス状の原料を
吹きつけて行うことができる。例えば、ガラス板をメッ
シュベルトを用いて加熱炉を通過させて所定温度にまで
加熱し、さらにガラス板の表面に被膜形成原料を供給し
てガラス板の熱により反応させれば、透明導電膜を成膜
できる。CVD法などによる透明導電膜の成膜は、フロ
ート法によるガラス製造工程のガラスリボン上において
行うことが好ましい。この好ましい製法によれば、ガラ
ス成形時の熱エネルギーを活用できる。また、大面積の
成膜にも有利である。
より透明導電膜を成膜する際のガラスの温度は、400
℃以上700℃以下が適当であるが、シート抵抗値の変
化を抑制するためにはガラスの温度がさらに高いことが
好ましく、具体的には600℃以上、特に620℃以上
が好ましい。透明導電膜を高温で成膜するとシート抵抗
値の変化が抑制される理由は必ずしも明らかではない
が、結晶粒径の変化や不純物の再配列などの熱処理に伴
う構造変化が生じにくくなるためと考えられる。中間膜
についても、構造変化は望ましくないため、600℃以
上、特に620℃以上のガラス上における、被膜形成原
料の熱分解酸化反応、特にCVD法により形成すること
が好ましい。
成膜すれば、高い基板温度を保ちながら効率よく成膜で
きる。特に、錫フロート槽空間でCVD法を行えば、軟
化点以上の温度を有するガラス表面にも成膜が行うこと
ができる。錫フロート槽空間での成膜は、成膜速度、原
料反応効率の点でも好ましい結果が得られる。また、膜
のピンホール(膜抜け)などの欠点も抑制できる。さら
に、中間膜と透明導電膜とを、上記に記載した程度の高
温で連続して成膜できる。
ン上における成膜方法についてさらに説明する。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上に連続して被膜が形
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、複数の膜をCVD法により連続的に
積層できる。ガラスリボンの温度は、コータ16の直前
で所定温度となるように、錫フロート槽内に配置された
ヒータおよびクーラ(図示省略)により調整される。透
明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。徐冷炉13で徐冷されたガラス板は、図示を
省略するフロート法汎用の切断装置により、所定の大き
さのガラス板へと切断される。
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る。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、ジフ
ルオロエ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
などを用いることができる。
形成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などが、酸化剤として
は、酸素、水蒸気、乾燥空気、二酸化炭素、一酸化炭
素、二酸化窒素などが挙げられる。
に達するまでの酸化を防止し、酸化珪素膜の屈折率を制
御するため、エチレン、アセチレン、トルエンなど不飽
和炭化水素ガスを添加してもよい。
膜を形成す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
などが挙げられる。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。この酸化錫膜にも、フッ素やアンチモン
を添加してもかまわない。
大気中で3時間熱処理しても、透明導電膜付きガラス板
のシート抵抗値の変化率を15%以下、特に10%以下
にまで抑制した透明導電膜付きガラス板を製造できる。
熱処理前のシート抵抗値は、25Ω/スクエア(Ω/
□)以下、特に20Ω/□以下が好ましい。
透明導電膜を形成したガラス板が利用されていた各種ガ
ラス物品に特に制限することなく使用できる。ここで
は、ガラス物品として、太陽電池および複層ガラスを例
として説明する。
を用いたアモルファスシリコン太陽電池の一例の断面図
である。このアモルファスシリコン太陽電池では、ガラ
ス板21上に、第1の中間膜22、第2の中間膜23、
透明導電膜24がこの順に形成され、さらに透明導電膜
上に光電変換層としてアモルファスシリコン(a−S
i:H)層25が形成されている。アモルファスシリコ
ン(a−Si:H)層は、水素ガスで希釈されたモノシ
ランを原料とし、グロー放電を用いたプラズマCVD法
により作製される。アモルファスシリコン層25は、p
in接合が形成されるように、透明導電膜側から順に、
p層(膜厚:10nm程度)、i層(膜厚:300〜3
50nm程度)、n層(膜厚:40nm程度)が積層さ
れて構成されている。アモルファスシリコン層25の表
面上には、金属電極層26が形成される。アモルファス
シリコン太陽電池の作製工程において、透明導電膜は、
a−Si:H層形成に先立ち、洗浄、乾燥、焼成の各工
程を経る。焼成の際、透明導電膜は、通常、大気中にお
いて450℃程度で加熱される。この焼成は、洗浄後も
なお透明導電膜に残留している汚れの除去、および透明
導電膜の結晶性向上のために行われる。
を用いたいわゆる真空断熱ガラスの一例を示す。この真
空断熱ガラスでは、一対のガラス板31,32の間に多
数の円柱状のスペーサ33を介在させ、このスペーサに
より間隔を保持しながら、図示を省略する減圧用のガラ
ス貫通孔からガラス板間を減圧してある。こうして形成
した減圧層34の気圧は、例えば1.0Pa以下、特に
0.1Pa以下が好ましい。減圧層34は、ガラス板3
1,32の外周に沿って配置されたシール部材35によ
り予め封止されている。シール部材35としては、低融
点ガラス(例えば融点400〜600℃)が適してい
る。この低融点ガラスは、封止の際に軟化点を超える温
度にまで加熱される。
としては、本発明の透明導電膜付きガラス板が用いられ
ている。透明導電膜を含む被膜36は、減圧層側に配置
することが好ましい。なお、ここでは、図示を省略した
が、複層ガラスとして用いる場合に、2層の中間膜を含
む被膜36が好適である。ガラス板間が減圧されている
ため、真空断熱ガラスによれば、ガラス板間の間隔が狭
くても大きな断熱効果が得られる。この断熱効果は、ガ
ラス板の一方を透明導電膜付きガラス板とすることによ
り、さらに向上する。しかも、本発明の透明導電膜付き
ガラス板は、封止などに伴って熱処理されても抵抗値が
大きく増加せず、Low−Eガラスとしての性能も劣化
しにくい。
発明は以下の実施例により制限されるものではない。
置を用い、CVD法により、ガラスリボン上に下記に示
す被膜を成膜した。錫フロート槽内には、1500〜1
600℃に加熱して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。槽内にお
けるガラスリボンの温度は600〜750℃程度であ
り、表面に膜を形成する部分におけるガラスリボンの温
度は約650℃であった。
位置する第1のコータからジメチル錫ジクロライド(蒸
気)、酸素および窒素からなる混合ガスを供給して、膜
厚が35nmの酸化錫膜(SnO2膜)を成膜し、次い
で第2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て、SnO2膜上に、
膜厚が25nmの酸化珪素膜(SiO2膜)を成膜し
た。引き続いて、第3のコータから、ジメチル錫ジクロ
ライド(蒸気)、酸素、窒素、ヘリウムおよびフッ化水
素(蒸気)からなる混合ガスを供給して、SiO2膜上
に、膜厚が690nmのフッ素がドープされた酸化錫膜
(SnO2:F膜)を成膜した。成膜後、ガラスリボン
は徐冷炉で徐冷し、さらに搬送下流側に配置した切断機
により、所定寸法に切断した。
膜)のシート抵抗値は、9.9Ω/□であった。
気中、450℃で3時間熱処理した。熱処理後の透明導
電膜のシート抵抗値は9.9Ω/□であり、熱処理前と
同じであった。
内最上流側に位置する第1のコータからモノブチル錫ト
リクロライド(蒸気)、酸素、窒素およびヘリウムから
なる混合ガスを供給して膜厚が25nmのSnO2膜を
成膜し、次いで第2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て、Sn
O2膜上に、膜厚が25nmのSiO2膜を成膜した。引
き続いて、第3のコータから、モノブチル錫トリクロラ
イド(蒸気)、酸素、窒素およびフッ化水素(蒸気)か
らなる混合ガスを実施例1とは異なるガス組成で供給し
て、SiO2膜上に、膜厚が690nmのSnO2:F膜
を成膜した。成膜後、ガラスリボンは徐冷炉で徐冷し、
さらに搬送下流側に配置した切断機により、所定寸法に
切断した。
膜)のシート抵抗値は、13.6Ω/□であった。
気中、450℃で3時間熱処理した。熱処理後の透明導
電膜のシート抵抗値は、14.4Ω/□であった。
となるように切断した厚さ1.1mmの無アルカリガラ
ス(コーニング社製♯7059)を洗浄し、さらに乾燥
させた。このガラス板上に、大気開放型の搬送炉内にお
いて、CVD法により、膜厚が600nmのSnO2:
F膜を成膜した。成膜は、ガラス板をメッシュベルトを
用いて約550℃に加熱された炉内を搬送しながら、炉
内に設置したコータから、ジメチル錫ジクロライド(蒸
気)、酸素、窒素およびトリフルオロ酢酸(蒸気)から
なる混合ガスを供給して行った。
膜)のシート抵抗値は、19.0Ω/□であった。
気中、450℃で3時間熱処理した。熱処理後の透明導
電膜のシート抵抗値は、23.0Ω/□であった。
となるように切断した厚さ3mmのソーダライムガラス
を洗浄し、さらに乾燥させた。このガラス板上に、大気
開放型の搬送炉内において、CVD法により、厚さ20
nmのSiO2膜を成膜し、引き続いて厚さ800nm
のSnO2:F膜を成膜した。成膜は、ガラス板をメッ
シュベルトを用いて約550℃に加熱された炉内を搬送
しながら、炉内に設置したコータから、SiO2膜成膜
の際には、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、SnO2:F膜成膜の際には、
モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、窒素およ
びトリフルオロ酢酸(蒸気)からなる混合ガスを供給し
て行った。
膜)のシート抵抗値は、11.0Ω/□であった。
気中、450℃で3時間熱処理した。熱処理後の透明導
電膜のシート抵抗値は、26.1Ω/□であった。
果を、シート抵抗値の増加率とともに表1に示す。
得られた透明導電膜付きガラス板の熱処理前後の可視光
透過率に変化は認められなかった。
となるように切断した厚さ3mmのソーダライムガラス
を洗浄し、さらに乾燥させた。このガラス板上に、大気
開放型の搬送炉内において、CVD法により、厚さ20
nmのSiO2膜を成膜し、引き続いて厚さ920nm
のSnO2:F膜を成膜した。成膜は、ガラス板をメッ
シュベルトを用いて約550℃に加熱された炉内を搬送
しながら、炉内に設置したコータから、SiO2膜成膜
の際には、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、SnO2:F膜成膜の際には、
モノブチル錫トリクロライド(蒸気)、酸素、窒素およ
びトリフルオロ酢酸(蒸気)からなる混合ガスを供給し
て行った。
膜)の面積抵抗値は、10.2Ω/□であった。
素気流中、450℃で3時間熱処理した。熱処理後のS
nO2:F膜のシート抵抗値は、7.4Ω/□にまで減
少した。さらに、このSnO2:F膜が形成されたガラ
ス板を、大気中において450℃で3時間熱処理した。
大気中での熱処理後のSnO2:F膜のシート抵抗値
は、12.8Ω/□となった。SnO2:F膜のシート
抵抗値は、窒素気流中および大気中での熱処理を経て、
これら熱処理前のシート抵抗値を基準にすると、25.
5%変化したことになる。
大気中での熱処理による導電性の変化を抑制した透明導
電膜付きガラス板を提供できる。この透明導電膜付きガ
ラス板を用いれば、各種デバイスの性能の向上および安
定化を実現できる。
断面図である。
ン上に成膜する際の装置の構成例を示す図である。
モルファスシリコン太陽電池の一例を示す断面図であ
る。
層ガラスの一例を示す断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 ガラス板と、前記ガラス板上に形成され
た膜厚が360nm以上の透明導電膜とを含み、450
℃の大気中における3時間の熱処理による前記透明導電
膜のシート抵抗値の増加率を、前記熱処理前におけるシ
ート抵抗値を基準として、15%以下としたことを特徴
とする透明導電膜付きガラス板。 - 【請求項2】 熱処理前の透明導電膜のシート抵抗値が
25Ω/スクエア以下である請求項1に記載の透明導電
膜付きガラス板。 - 【請求項3】 透明導電膜とガラス板との間に、少なく
とも2層の中間膜が形成された請求項1または2に記載
の透明導電膜付きガラス板。 - 【請求項4】 透明導電膜とガラス板との間に、前記ガ
ラス板側から順に、膜厚が5nm以上50nm以下であ
る第1中間膜および膜厚が5nm以上50nm以下であ
る第2中間膜が形成された請求項3に記載の透明導電膜
付きガラス板。 - 【請求項5】 透明導電膜とガラス板との間に中間膜が
形成され、前記中間膜および透明導電膜が、共に、60
0℃以上のガラス板またはガラス板製造工程におけるガ
ラスリボン上における、被膜形成原料の熱分解酸化反応
により形成された請求項1または2に記載の透明導電膜
付きガラス板。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の透明導
電膜付きガラス板の透明導電膜上に光電変換層が形成さ
れたことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項7】 複数のガラス板を減圧層を介して対向す
るように配置した複層ガラスであって、前記ガラス板の
少なくとも1枚を請求項1〜5のいずれかに記載の透明
導電膜付きガラス板としたことを特徴とする複層ガラ
ス。
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