JP5602251B2 - 透明電極基板およびその製造方法、光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュール - Google Patents
透明電極基板およびその製造方法、光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュール Download PDFInfo
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Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法を模式的に示す断面図である。ここでは、ドーパントを含む材料からなるドーパント含有薄膜として、アルミニウム(Al)薄膜を例にとって説明する。まず、図1(a)に示すように透光性絶縁基板1上にアルミニウム薄膜2、酸化亜鉛(ZnO)系薄膜3を順次積層する。透光性絶縁基板1は、ガラスや透明樹脂、プラスチック、石英などの種々の透光性を有する絶縁基板が用いられる。
図6は、本発明の実施の形態2にかかる透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法を模式的に示す断面図である。実施の形態2にかかる透明電極の製造方法は、実施の形態1にかかる透明電極の製造方法と比較して、熱拡散工程の前後双方の時点においてエッチング工程を行う点が異なる。以下において、実施の形態1と同じ部材については同じ符号を付す。
図7は、本発明の実施の形態3にかかる透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法を模式的に示す断面図である。実施の形態3にかかる透明電極の製造方法は、実施の形態1にかかる透明電極の製造方法と比較して、酸化亜鉛系薄膜の形成にMOCVD法を用いることによりエッチングの工程を省略していることが異なる。以下において、実施の形態1と同じ部材については同じ符号を付す。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はその趣旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1では、実施の形態1で述べた透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法により透明電極および光電変換セルを作製した。まず、透光性絶縁基板として厚さ5mmのガラス基板を準備し、その上に高周波(RF:Radio Frequency)スパッタリング法によりアルミニウム薄膜、1×1021cm−3のアルミニウム原子をドープしたベース酸化亜鉛薄膜をこの順に積層して、図1(a)に示した構造体を形成した。このとき、アルミニウム薄膜の厚さは50nmとし、ベース酸化亜鉛薄膜の厚さは1μmとした。高周波スパッタリング法によるそれぞれの薄膜の製膜の際の基板温度は200℃とした。
実施例2では、実施の形態2で述べた透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法により透明電極および光電変換セルを作製した。まず、透光性絶縁基板として厚さ5mmのガラス基板を準備し、その上に高周波スパッタリング法によりアルミニウム薄膜、1×1021cm−3のアルミニウム原子をドープしたベース酸化亜鉛薄膜をこの順に積層して、図6(a)に示した構造を形成した。このとき、アルミニウム薄膜の厚さは50nmとし、ベース酸化亜鉛薄膜の厚さは1μmとした。高周波スパッタリング法によるそれぞれの薄膜の製膜の際の基板温度は200℃とした。
実施例3では、実施の形態3で述べた透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法により透明電極および光電変換セルを作製した。まず、透光性絶縁基板として厚さ5mmのガラス基板を準備し、その上に高周波(RF:Radio Frequency)スパッタリング法によりアルミニウム薄膜を形成した後、MOCVD法により、1×1021cm−3のアルミニウム原子をドープした表面凹凸を有する酸化亜鉛薄膜を積層して、図7(a)に示した構造を形成した。このとき、アルミニウム薄膜の厚さは50nm、表面凹凸を有する酸化亜鉛薄膜の平均厚さは1.5μmとした。アルミニウム薄膜の製膜の際の基板温度は200℃、表面凹凸を有する酸化亜鉛薄膜の成膜の際の基板温度も200℃とした。
比較例では、従来の透明電極の製造方法および光電変換装置の製造方法により透明電極および光電変換セルを作製した。比較例の透明電極の製造方法では、アルミニウムが酸化亜鉛薄膜の製膜時に膜中に均一にドーピングされる点のみが実施例1〜実施例3と異なる。また、比較例の光電変換装置の製造方法では、透明電極として比較例1の酸化亜鉛薄膜を使用する点のみが実施例1〜実施例3と異なる。
2 アルミニウム薄膜
3 酸化亜鉛系薄膜
4 厚さ方向における連続的なアルミニウム濃度勾配を有する酸化亜鉛系薄膜
5 表面凹凸および厚さ方向におけるアルミニウム濃度勾配を有する酸化亜鉛系薄膜
6 表面凹凸を有する酸化亜鉛系薄膜
7 表面凹凸分布および厚さ方向における連続的なアルミニウム濃度勾配を有する酸化亜鉛系薄膜
11 光電変換層
12 裏面透明導電層
13 裏面電極層
Claims (10)
- 透光性絶縁基板上に酸化亜鉛を主成分としてドーパント元素を少なくとも1種類以上含む酸化亜鉛系薄膜からなる透明電極が形成された透明電極基板であって、
前記酸化亜鉛系薄膜は、表面に凹凸形状を備え、前記透光性絶縁基板側から表面側に向かって連続的に減少する前記ドーパント元素の濃度勾配を有し、
前記酸化亜鉛系薄膜における前記ドーパント元素の濃度は、前記透光性絶縁基板から厚み50nmの領域では1.5原子%以上3原子%以下であり、表面から厚み300nmの領域では0.2原子%以上1原子%以下であること、
を特徴とする透明電極基板。 - 前記凹凸形状は、形状の異なる凹凸形状が混在していること、
を特徴とする請求項1に記載の透明電極基板。 - 請求項1または2に記載の透明電極基板と、
前記透明電極基板の前記透明電極上に形成された光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された裏面電極層と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。 - 透光性絶縁基板上に酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系薄膜からなる透明電極を形成する透明電極基板の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上に、前記酸化亜鉛系薄膜に対するドーパント元素を少なくとも1種類以上含むドーパント含有薄膜を形成する第1工程と、
前記ドーパント含有薄膜上に、前記酸化亜鉛系薄膜に対するドーパント元素を少なくとも1種類以上含むベース酸化亜鉛系薄膜を形成する第2工程と、
前記ドーパント含有薄膜から前記ベース酸化亜鉛系薄膜に対してドーパント元素を拡散させることにより、前記透光性絶縁基板側から表面側に向かって前記ドーパント元素の濃度が連続的に減少し、前記透光性絶縁基板から厚み50nmの領域では1.5原子%以上3原子%以下、表面から厚み300nmの領域では0.2原子%以上1原子%以下のドーパント元素の濃度勾配を有する前記酸化亜鉛系薄膜を形成する第3工程と、
前記ドーパント元素が拡散された前記酸化亜鉛系薄膜の表面に凹凸形状を形成する第4工程と、
を含むことを特徴とする透明電極基板の製造方法。 - 前記第3工程では、熱拡散により前記ドーパント元素を拡散させること、
を特徴とする請求項4に記載の透明電極基板の製造方法。 - 前記第2工程と前記第3工程との間に、前記ベース酸化亜鉛系薄膜の表面に凹凸形状を形成する第5工程を有し、
前記第4工程では、前記第5工程で形成した凹凸形状と異なる形状の凹凸形状を部分的に形成すること、
を特徴とする請求項4または5に記載の透明電極基板の製造方法。 - 前記ドーパント含有薄膜は、前記ベース酸化亜鉛系薄膜の膜厚の0.1%〜20%の膜厚を有するアルミニウム薄膜であること、
を特徴とする請求項4〜6のいずれか1つに記載の透明電極基板の製造方法。 - 前記第4工程で前記凹凸形状を形成する代わりに、前記第2工程で前記ベース酸化亜鉛系薄膜として表面に凹凸形状を有する酸化亜鉛系薄膜を形成すること、
を特徴とする請求項4または5に記載の透明電極基板の製造方法。 - 透光性絶縁基板上に透明電極と光電変換層と裏面電極層とをこの順で備える光電変換装置の製造方法であって、
請求項4〜請求項8のいずれか1つに記載の透明電極基板の製造方法により前記透光性絶縁基板上に前記透明電極を形成する工程と、
前記透明電極上に前記光電変換層と前記裏面電極層とをこの順で形成する工程と、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項3に記載の光電変換装置の少なくとも2つ以上が電気的に接続されてなること、
を特徴とする光電変換モジュール。
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