(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有量が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーである水素と、含有量が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下であるセリウムを含有する酸化インジウムを含み、
実質的に多結晶構造からなり、
金属薄膜層を含まず、
比抵抗が３．４×１０−４Ω・ｃｍ以下である、
透明導電膜。
【請求項２】
請求項１に記載の透明導電膜を用いたことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の透明導電膜を用いたことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電膜及びこれを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶ディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の画像表示装置、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等の太陽電池装置、電子部品等の各種装置に透明導電膜が使用されている。【０００３】
斯かる透明導電膜は、電気抵抗が小さいことが望ましい。従来、透明導電膜としては、錫（Ｓｎ）を含有する酸化インジウム（ＩＴＯ)からなる透明導電膜や酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる透明導電膜等が知られている。酸化インジウムを主成分とする透明導電膜としては、ＩＴＯからなる透明導電膜の他、例えば、スパッタリング法によるセリウム（Ｃｅ）を添加した酸化インジウムからなる透明導電膜が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６０１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、セリウムが添加された酸化インジウムからなる透明導電膜は、長波長側の光吸収が少なく、良好なキャリア移動度にし、電気抵抗をより低くすることが困難であるという問題がある。【０００６】
本発明は、上記の点を鑑みなされたものであり、長波長側の光吸収が少なく、良好なキャリア移動度にし、電気抵抗をより低くすることが可能な透明導電膜及びこれを備えた装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係る透明導電膜は、水素及びセリウムを含有する酸化インジウムを含み、実質的に多結晶構造からなる透明導電膜であって、比抵抗が３．４×１０−４Ω・ｃｍ以下である。【０００８】
本発明によれば、水素及びセリウムを含有する酸化インジウムを含み、実質的に多結晶構造からなる透明導電膜であって、比抵抗が３．４×１０−４Ω・ｃｍ以下であるので、長波長側の光吸収が少なく、キャリア移動度を良好にでき、電気抵抗をより低くすることができる。【０００９】
従って、液晶ディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の画像表示装置、結晶太陽電池、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等の太陽電池装置、電子部品等に適用した場合、これら装置の特性を向上できる。
【発明の効果】
【００１０】
長波長側の光吸収が少なく、良好なキャリア移動度にし、電気抵抗をより低くすることが可能な透明導電膜及びこれを備えた装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る透明導電膜の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る実施例１〜実施例７及び比較例1〜比較例１０の膜作製に用いた焼結体、基体の種類、透明導電膜中のセリウム（Ｃｅ）含有量及び水素含有量、透明導電膜の比抵抗、キャリア移動度及びキャリア密度を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る実施例及び比較例にかかる透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）濃度と比抵抗の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る実施例及び比較例にかかる透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）濃度とキャリア移動度の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る実施例及び比較例にかかる透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）濃度とキャリア密度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る透明導電膜について図を用いて説明する。
【００１３】
１は、ガラス基板、多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、及び実質的に真性なｉ型アモルファスシリコン層及びｐ型アモルファスシリコン層をこの順序で備えてなる上表面が該ｐ型アモルファスシリコン層である単結晶シリコン基板等の基体であり、２は前記基体１上に形成された透明導電膜である。
【００１４】
透明導電膜２は、水素（Ｈ）を含有すると共に、セリウム（Ｃｅ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる膜である。即ち、上記透明導電膜２は、水素（Ｈ）、セリウム（Ｃｅ）、Ｉｎ（インジウム）及び酸素（Ｏ）を含有し、不純物として水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）がドープされた酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる。
【００１５】
また、透明導電膜２は、実質的に多結晶構造からなり、且つ基体上を覆いつくすように立ってなる多数の柱状構造からなり、極めて少ないが、非晶質部分を有する。
【００１６】
透明導電膜２の水素（Ｈ）の含有量は、１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上が好ましく、１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーがより好ましい。水素の含有量は、透明導電膜２の膜厚方向における中間位置の含有量の値であり、透明導電膜２の両表面近傍を除いての平均含有量に略相当する。透明導電膜２の水素の含有濃度は、両表面近傍を除いて基体１側の方が膜表面側より含有濃度が大きくなるのが好ましく、基体１側に向かって徐々に大きくなる構成がより好ましい。
【００１７】
透明導電膜２の比抵抗は、３．４×１０−４Ω・ｃｍ以下である。透明導電膜２の比抵抗は小さいほどよいが、３．４×１０−４Ω・ｃｍ以下１．０×１０−４Ω・ｃｍ以上であってもよい。
【００１８】
透明導電膜２のセリウム（Ｃｅ）の含有量は、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下が望ましく、好ましくは２．４×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．２×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、より好ましくは４．８×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、更に好ましくは７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、特に好ましくは７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下である。
【００１９】
以下に本実施形態に係る透明導電膜の製造方法を説明する。
【００２０】
まず、洗浄することにより表面の不純物を除去した基体１を準備する。
【００２１】
なお、上記基体１が、ｎ型単結晶シリコン基板上に実質的に真性なｉ型アモルファスシリコン層及びｐ型アモルファスシリコン層をこの順序で形成してなる基体である場合は、ｎ型単結晶シリコン基板を洗浄することにより不純物を除去した後、例えば、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、周波数：約１３．５６ＭＨｚ、形成温度：約１００℃〜約３００℃、反応圧力：約５Ｐａ〜約１００Ｐａ、ＲＦパワー：約１ｍＷ／ｃｍ２〜約５００ｍＷ／ｃｍ２の条件で、ｎ型単結晶シリコン基板上に、上記ｉ型アモルファスシリコン層および上記ｐ型アモルファスシリコン層をこの順で形成し、その後、再度洗浄を行った。
【００２２】
次に、イオンプレーティング法を用いて、ＡｒとＯ２の混合ガス及び水蒸気の雰囲気中および室温下で、基体１上に、不純物として水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する酸化インジウムからなる透明導電膜を形成する。ここで、材料源として、ドーピング用の酸化セリウム（ＣｅＯ２）粉末を所定量含むＩｎ２Ｏ３粉末の焼結体を用いた。この場合、酸化セリウム（ＣｅＯ２）粉末の含有量を変えた焼結体を用いることにより、上記透明導電膜中のセリウム（Ｃｅ）量を変化させることができる。
【００２３】
次に、上記透明導電膜を、結晶化を進めるため、例えば、約２００℃で1時間程度アニールし、透明導電膜２を作製する。なお、各種装置を製造する際には、製造工程でアニール処理を兼ねる場合は、当該アニール工程を別に設けなくともよい。
【００２４】
本実施形態の透明導電膜２は、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びＸ線回折（ＸＲＤ）の測定結果から、実質的に多結晶構造を有する柱状構造からなり、極めて少ないが、非晶質部分を有することが判った。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る実施例１〜実施例７及び比較例1〜比較例１０の膜作製に用いた焼結体中の酸化セリウム（ＣｅＯ２）量、基体の種類、透明導電膜中のセリウム（Ｃｅ）含有量及び水素含有量、透明導電膜の比抵抗、キャリア移動度及びキャリア密度を示す図である。尚、透明導電膜中のＣｅの量はラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ）を用いて測定した。また、透明導電膜中の水素の量は水素前方散乱分析法（ＨＦＳ）を用いて測定した。
【００２６】
図中、水素含有量の欄において「多」は、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が約２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ、「少」は９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３であり、基体の欄の「（１１１）Ｓｉ基板」は、ｎ型単結晶シリコン基板上に層厚約５ｎｍの実質的に真性なｉ型アモルファスシリコン層及び層厚約５ｎｍのｐ型アモルファスシリコン層をこの順序で備えてなる基体を意味する。
【００２７】
比較例1〜１０は、焼結体、水蒸気の量以外は、本実施形態の製造方法と同様の方法で作製した。なお、比較例1〜７は、水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる透明導電膜、比較例８〜比較例１０の透明導電膜は、水素（Ｈ）及び錫（Ｓｎ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる透明導電膜である。
【００２８】
図３は、上記実施例１〜実施例７の透明導電膜２及び比較例1〜１０の透明導電膜の比抵抗と該透明導電膜中のセリウム（Ｃｅ）の量との関係を示す図にしたものである。ここで、図中、実線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものであり、点線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものである。尚、比抵抗は、ホール効果測定装置を用いてファン・デル・パウ法で測定した。
【００２９】
図２及び図３から、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲では、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合に比べ、比抵抗が小さく、３．４×１０-4Ω・ｃｍ以下であることがわかる。
【００３０】
更に、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量が２．４×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．２×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲で比抵抗が２．５×１０-4Ω・ｃｍ以下と小さくより望ましく、４．８×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲で比抵抗が２．２×１０-4Ω・ｃｍ以下と小さくより好ましく、７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲が更に好ましく、特に７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下がよいことが判る。
【００３１】
図４は、上記実施例１〜実施例７の透明導電膜２及び比較例1〜比較例１０の透明導電膜のキャリア移動度と膜中のセリウム（Ｃｅ）の量との関係を示す図である。図中、実線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものであり、点線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものである。尚、キャリア移動度は、ホール効果測定装置を用いて測定した。
【００３２】
キャリア移動度は、その値が大きいほど、比抵抗を減少させ、デバイスの電極としての特性が良好になるので、キャリア移動度は高い方が好ましい。
【００３３】
図２及び図４から、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲では、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合に比べ、キャリア移動度が大きく、７０ｃｍ２/Ｖｓ以上と大きいことが判る。
【００３４】
更に、透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３の１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーの場合、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．２×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲でキャリア移動度が約９０ｃｍ２/Ｖｓ以上となり望ましく、２．４×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲が好ましく、４．８×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲がより好ましく、特に７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下がよいことが判る。
【００３５】
上述の上記透明導電膜の比抵抗及びキャリア移動度の観点から、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量は１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．４×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下が望ましく、好ましくは２．４×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．１×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、より好ましくは４．８×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上１．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下、更に好ましくは７．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上８．５×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下であることが判る。
【００３６】
図５は、上記実施例１〜実施例７の透明導電膜２及び比較例1〜比較例１０の透明導電膜のキャリア密度と膜中のセリウム（Ｃｅ）の量との関係を示す図である。図中、実線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が２.０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものであり、点線は透明導電膜中の水素（Ｈ）量が９.０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のものである。尚、キャリア密度は、ホール効果測定装置を用いて測定した。
【００３７】
キャリア密度は、その値が大きいほど、長波長側の光を吸収し、また、キャリア自身が散乱要因になるため、結果としてキァリア移動度を減少させてしまうため、比抵抗が同じであれば、キャリア密度は小さい方が望ましい。ただし、キャリア密度が低くなりすぎると、膜中の粒界散乱が増加し、結果として移動度を減少させてしまうため、ある一定の範囲にあることが望ましい。
【００３８】
図２及び図５から、透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以上２．０×１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３以下の範囲においては、キャリア密度が２．０×１０２０ｃｍ−３以上３．５×１０２０ｃｍ−３以下であり、良好な範囲であるが、当該範囲の中、該透明導電膜のセリウム（Ｃｅ）の含有量は、より高濃度側またはより低濃度側がよりよいことが判る。
【００３９】
なお、図２〜図４から、水素（Ｈ）及び錫（Ｓｎ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる透明導電膜である比較例８〜比較例１０は、比抵抗は小さいものの、キャリア移動度は６０ｃｍ２/Ｖｓ未満であり、水素含有量が１０２１ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のオーダーである水素（Ｈ）及びセリウム（Ｃｅ）を含有する主成分が酸化インジウムからなる透明導電膜の方が好ましいことが判る。
【００４０】
本発明にかかる透明導電膜は、液晶ディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の画像表示装置、結晶太陽電池、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等の太陽電池、電子部品等に適宜使用できる。
【００４１】
例えば、ガラス基板上に、テクスチャー構造を有する透明導電膜、一導電型アモルファスシリコン層、実質的に真性なｉ型アモルファスシリコン層、該一導電型とは逆導電型のアモルファスシリコン層及び透明導電膜がこの順序に形成された薄膜太陽電池の透明導電膜に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
長波長側の光吸収が少なく、良好なキャリア移動度を有し、電気抵抗をより低くすることが可能な透明導電膜及びこれを備えた装置を提供することができるので、液晶ディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の画像表示装置、結晶太陽電池、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等の太陽電池、電子部品等の分野において利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  基体
２  透明導電膜
【図１】
0005895144.tif 000002
【図２】
0005895144.tif 000003
【図３】
0005895144.tif 000004
【図４】
0005895144.tif 000005
【図５】
0005895144.tif 000006