(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間して配されたターゲットと基板との間に、ターゲット材料を含むプラズマを発生させ、ターゲット材料の薄膜を前記基板の一面に成膜する透明導電膜の製造装置であって、
前記ターゲットにスパッタリング電圧を印加する第一電極と、前記ターゲットと前記基板との間にあって、正電位の電圧を印加する第二電極とを少なくとも備え、
前記第二電極は、前記ターゲットの周縁と前記基板の周縁とを結ぶ面によって区画された領域内よりも外側に形成され、２０Ｖ以上、２００Ｖ以下の電圧が印加されることを特徴とする透明導電膜の製造装置。
【請求項２】
前記ターゲットは、少なくともＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項１記載の透明導電膜の製造装置。
【請求項３】
互いに離間して配されたターゲットと基板との間に、ターゲット材料を含むプラズマを発生させ、ターゲット材料の薄膜を前記基板の一面に成膜する透明導電膜の製造方法であって、
前記ターゲットにスパッタリング電圧を印加するとともに、前記ターゲットと前記基板との間に配された第二電極に正電位の電圧を印加し、前記基板の一面にテクスチャを備えた透明導電膜を形成する工程を備え、
前記第二電極は、前記ターゲットの周縁と前記基板の周縁とを結ぶ面によって区画された領域内よりも外側に形成され、２０Ｖ以上、２００Ｖ以下の電圧が印加されることを特徴とする透明導電膜の製造方法。
【請求項４】
前記ターゲットは、少なくともＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項３記載の透明導電膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池などに好適に用いられる透明導電膜の製造装置、および透明導電膜の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし一方で、単結晶のインゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるために大面積化が難しい。また、インゴットの製造には大量のエネルギーも費やされる。
【０００３】
そこで、アモルファス（非晶質）シリコンの薄膜を利用した太陽電池が開発された。アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するシリコン膜（ｉ型）を、ｐ型・ｎ型のシリコン膜ではさんだｐｉｎ接合と呼ばれる構造となっている。発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、この現象が連続的に繰り返されることで電流が流れ続ける。
【０００４】
このようなアモルファスシリコン太陽電池の発電効率を高めるために、例えば、光入射側の電力取出し電極として機能する透明導電膜（上部電極）の一面にテクスチャ（凹凸）を形成することが知られている（特許文献１）。透明導電膜にテクスチャを形成することによって、この透明導電膜に重ねて成膜されるｉ層、ｐ層・ｎ層からなる発電層や、バッファ層にもテクスチャが形成される。これにより、透明導電膜側から入射した太陽光の光路を長くするとともに、入射した太陽光を発電層内で繰り返し乱反射させ（閉込め効果）、太陽光を効率的に利用して発電効率が高められるものである。
【０００５】
透明導電膜（上部電極）の一面にテクスチャを形成する方法としては、従来、平坦なガラス基板に所定の厚みで、ＺｎＯやＩｎ２Ｏ３などからなる透明導電膜を形成し、後工程でウエットエッチングなどの手法により、透明導電膜の一面にテクスチャを形成する方法が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−１８９４３６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３３８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来例のように、表面が平坦な透明導電膜を成膜した後に、別工程でウエットエッチングなどの手法で透明導電膜にテクスチャを形成する方法では、製造工程が複雑化し、生産性が低下するという課題があった。また、ウエットエッチング工程を付加することによって、透明導電膜の不純物による汚染や薬液による変質等の懸念もある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、透明導電膜の成膜後に別な工程を付加することなく透明導電膜にテクスチャを形成することを可能にし、テクスチャを備えた透明導電膜を容易に形成することが可能な透明導電膜の製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、透明導電膜の成膜後に別な工程を付加することなく透明導電膜にテクスチャを形成することにより、テクスチャを備えた透明導電膜を高い生産性で製造することが可能な透明導電膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は次のような透明導電膜の製造装置を提供した。
すなわち、本発明の透明導電膜の製造装置は、互いに離間して配されたターゲットと基板との間に、ターゲット材料を含むプラズマを発生させ、ターゲット材料の薄膜を前記基板の一面に成膜する透明導電膜の製造装置であって、
前記ターゲットにスパッタリング電圧を印加する第一電極と、前記ターゲットと前記基板との間にあって、正電位の電圧を印加する第二電極とを少なくとも備え、
前記第二電極は、前記ターゲットの周縁と前記基板の周縁とを結ぶ面によって区画された領域内よりも外側に形成され、２０Ｖ以上、２００Ｖ以下の電圧が印加されることを特徴とする。
【００１０】
前記ターゲットは、少なくともＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明は次のような透明導電膜の製造方法を提供した。
すなわち、本発明の透明導電膜の製造方法は、互いに離間して配されたターゲットと基板との間に、ターゲット材料を含むプラズマを発生させ、ターゲット材料の薄膜を前記基板の一面に成膜する透明導電膜の製造方法であって、
前記ターゲットにスパッタリング電圧を印加するとともに、前記ターゲットと前記基板との間に配された第二電極に正電位の電圧を印加し、前記基板の一面にテクスチャを備えた透明導電膜を形成する工程を備え、
前記第二電極は、前記ターゲットの周縁と前記基板の周縁とを結ぶ面によって区画された領域内よりも外側に形成され、２０Ｖ以上、２００Ｖ以下の電圧が印加されることを特徴とする。
【００１２】
前記第二電極には、２０Ｖ以上、２００Ｖ以下の電圧を印加するのが好ましい。前記ターゲットは、少なくともＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の透明導電膜の製造装置によれば、ターゲットと基板との間に第二電極を形成し、この第二電極に正電位の電圧を印加することによって、表面にテクスチャを形成しつつ透明導電膜を成膜することができる。即ち、透明導電膜を成膜工程だけで、表面にテクスチャを備えた透明導電膜を得ることができる。
【００１４】
従来は表面にテクスチャを備えた透明導電膜を得るには、表面が平坦な透明導電膜を成膜後に、ウエットエッチングなどによって透明導電膜の表面にテクスチャを形成する必要があった。しかし、本発明によれば、第二電極を形成して正電位の電圧を印加することで、透明導電膜を成膜しつつ表面にテクスチャを形成することが可能となり、透明導電膜の成膜後にテクスチャを形成する別な工程が不要となる。これにより、テクスチャを備えた透明導電膜を容易に、かつ高い生産性で製造することが可能になる。
また、ウエットエッチングなどの工程によって透明導電膜の不純物による汚染や薬液による変質等の懸念がなく、高い精度でテクスチャを備えた透明導電膜を製造することができる。
【００１５】
また、本発明の透明導電膜の製造方法によれば、表面にテクスチャを形成しつつ透明導電膜を成膜することができるので、透明導電膜の成膜後にテクスチャを形成する別な工程が不要となり、テクスチャを備えた透明導電膜を容易に、かつ高い生産性で製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る透明導電膜の製造装置、および透明導電膜の製造方法の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１７】
まず、本発明の透明導電膜の製造装置の一例として、太陽電池の透明導電膜を形成するのに好適なスパッタ装置（成膜装置）を説明する。
図１は、第１の実施形態のスパッタ装置（透明導電膜の製造装置）を示す概略構成図である。スパッタ装置１（透明導電膜の製造装置）は、インターバック式のスパッタ装置であり、例えば、無アルカリガラス基板（図示せず）等の基板を搬入／搬出する仕込み／取り出し室２と、基板上にＺｎＯ系やＩｎ２Ｏ３系の透明導電膜を成膜する耐圧の成膜室（真空容器）３とを備えている。
【００１８】
仕込み／取出し室２には、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段４が設けられ、この室内には、基板を保持・搬送するための基板トレイ５が移動可能に配置されている。成膜室３の内部には、基板を加熱するためのヒータ１１が設けられている。また、成膜室３の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段１３、ターゲットを保持するバッキングプレート（第一電極）２３に負電位のスパッタ電圧を印加する第一電源１４、この室内にガスを導入するガス導入手段１５、および後述する第二電極２７に正電位の電圧を印加する第二電源１６が設けられている。
【００１９】
図２は、図１に示すスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。成膜室３の内部には、一面に透明導電膜を形成する基板（ガラス基板）２１を支持するための基板トレイ２２が設けられている。この基板トレイ２２の近傍に、基板２１を加熱するヒータ１１（図１参照）が配されていれば良い。
【００２０】
基板トレイ２２に対向して、バッキングプレート（第一電極）２３が形成される。このバッキングプレート（第一電極）２３は、基板トレイ２２と対面する一面側にターゲット２４が固定され、このターゲット２４に対して負電位のスパッタリング電圧を印加する電極の役割を果たす。バッキングプレート２３は、負電位のスパッタリング電圧を印加する第一電源１４に接続されていれば良い。
【００２１】
ターゲット２４の縁部に近接して、バッキングプレート２３の周縁部を覆うように、シールド電極２６が更に形成されているのが好ましい。シールド電極２６は、接地配線Ｇに接続される。こうしたシールド電極２６は、ターゲット２４が載置された領域よりも外側のバッキングプレート２３の周縁部がプラズマガスによってスパッタリングされてしまうのを防ぐ役割を果たす。
【００２２】
互いに対面するバッキングプレート（第一電極）２３と基板トレイ２２との間、即ち、ターゲット２４と基板２１との間には、第二電極２７が形成される。この第二電極２７は、例えば、ターゲット２４の周縁と基板２１の周縁とを結ぶ面Ｓによって区画された領域Ｅよりも外側で、側端がこの面Ｓに臨むように配されていれば良い。この第二電極２７は、負電位の電圧が印加するための第二電源１６に接続され、スパッタリング時に負電位の電圧が印加される。こうした第二電極２７の作用は後述する。
【００２３】
以上のような構成の本発明のスパッタ装置（透明導電膜の製造装置）の作用、および本発明の透明導電膜の製造方法を述べる。本発明の透明導電膜の製造方法によって、例えばガラス基板上に透明導電膜を形成する場合、図３に示すように、スパッタ装置の基板トレイ２２に基板（ガラス基板）２１を保持させる。また、この基板トレイ２２に対面するバッキングプレート２３に、成膜したい透明導電膜の材料を含むターゲット２４を保持させる。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系の透明導電膜を形成する際には、ＺｎＯ、またはこれを含む材料からなるターゲット２４を選択すれば良い。
【００２４】
基板（ガラス基板）２１とターゲット２４とをセットした後、成膜室３内を真空にするとともに、基板（ガラス基板）２１を所定の温度、例えば２００℃まで加熱する。そして、スパッタリングガス、例えばＡｒガスを所定の流量で流しつつ、バッキングプレート２３に対して第一電源１４から負電位の電圧、例えば−５００Ｖのスパッタリング電圧を印加する。また、第二電極２７に対して第二電源１６から正電位の電圧、例えば＋２００Ｖの電圧を印加する。
【００２５】
バッキングプレート２３に対して負電位のスパッタリング電圧が印加されるとプラズマが発生し、このプラズマによって励起されたスパッタリングガスのイオンがターゲット２４に衝突し、ターゲット２４の材料がスパッタリングされ、対面する基板２１の表面に堆積されて、透明導電膜３１が基板２１の一面に成膜される。
【００２６】
こうしたスパッタリング時に、第二電極１６に正電位の電圧が印加されると、スパッタリングガスのイオンが成膜中の透明導電膜３１の表面を叩き、透明導電膜３１の表面にテクスチャ（凹凸）Ｄが形成される。例えば、ＤＣスパッタリングでは、ターゲット２４の近傍にシースと称される電位勾配が存在し、スパッタリングガスとしてＡｒを用いた場合、このシースで加速されたＡｒ＋がターゲット２４に衝突してスパッタリングを引き起こすと共に、プラズマ自体は若干マイナス側のポテンシャルとなる。
【００２７】
この時、第二電極１６に正電位の電圧が印加されていると、図４のグラフに示すように、第二電極１６に正電位の電圧を印加しない時（グラフの点線を参照）と比べて、プラズマポテンシャルが全体的にプラス側にシフトする（グラフの実線を参照）。これにより、第二電極１６を設けない場合（従来）には、若干マイナス側のポテンシャルであったプラズマがプラス側にシフトされ、その結果、基板２１側では反発されたＡｒ＋が成膜中の透明導電膜３１の表面に打ち込まれ、表面にテクスチャ（凹凸）Ｄが形成されつつ、透明導電膜３１が成膜される。
【００２８】
このように、ターゲット２４と基板２１との間に第二電極２７を形成し、この第二電極２７に正電位の電圧を印加することによって、表面にテクスチャＤを形成しながら透明導電膜３１を成膜することができる。即ち、透明導電膜３１を成膜工程だけで、表面にテクスチャＤを備えた透明導電膜３１を得ることができる。
【００２９】
従来は、こうした表面にテクスチャを備えた透明導電膜を得るには、表面が平坦な透明導電膜を成膜後に、ウエットエッチングなどによって透明導電膜の表面にテクスチャを形成する必要があった。しかし、本発明では、第二電極２７を形成して正電位の電圧を印加することで、透明導電膜を成膜しつつ表面にテクスチャを形成することが可能となり、透明導電膜の成膜後にテクスチャを形成する別な工程が不要となる。これにより、テクスチャを備えた透明導電膜を容易に、かつ高い生産性で製造することが可能になる。また、ウエットエッチングなどの工程によって透明導電膜の不純物による汚染や薬液による変質等の懸念がなく、高い精度でテクスチャを備えた透明導電膜を製造することができる。
【００３０】
上述した本発明の透明導電膜の製造装置や製造方法において、基板２１は、無アルカリガラス基板などであればよい。バッキングプレート（第一電極）２３は、板状の金属プレートであればよい。ターゲット２４は、透明導電膜３１を形成する材料を含んでいればよく、材料例として、少なくともＺｎＯまたはＩｎ２Ｏ３を含む材料が、光透過性、導電性の面から好ましく挙げられる。また、こうしたターゲット２４をバッキングプレート２３に保持させる方法としては、ロウ材等によるボンディング（固定）によりターゲット２４を固定すればよい。
【００３１】
バッキングプレート（第一電極）２３に印加する負電位の電圧値は、例えば、−５００Ｖ〜−１００Ｖ程度であればよい。また、第二電極２７に印加する正電位の電圧値は例えば、＋２０Ｖ〜＋２００Ｖの範囲であればよい。基板２１上に形成された透明導電膜３１のヘイズ率は、例えば、５〜２０％程度である。
【００３２】
図５は、本発明の透明導電膜の製造装置（スパッタ装置）の別な実施形態を示す断面図である。図５に示すスパッタ装置（透明導電膜の製造装置）５１は、基板５２を保持する基板トレイ５３，５３…を複数備え、互いに連結された構成を成す。それぞれの基板トレイ５３は端部が隣接する基板トレイ５３との間で係合可能に重なる形状を成しており、これら基板トレイ５３，５３…が一方向Ｌに移動可能とされる。
【００３３】
こうした構成のスパッタ装置５１では、１枚の基板５２に透明導電膜を形成した後、基板トレイ５３，５３…を一方向Ｌに移動させ、隣接する基板トレイ５３に保持された基板５２に透明導電膜を形成することを繰り返すことで、多数の基板５２，５２…に連続して効率的に透明導電膜を形成することができる。そして、基板トレイ５３の端部を隣接する基板トレイ５３との間で係合可能に重なる形状にすることで、意図しない領域がスパッタリングされることを防止することができる。
【００３４】
以上のような本発明の透明導電膜の製造装置や製造方法によって形成される、テクスチャを備えた透明導電膜の好ましい適用例を以下に例示する。
【００３５】
［アモルファスシリコン太陽電池］
図６に示すように、アモルファスシリコン太陽電池６０は、ガラス基板６１上に透明導電膜（上部電極）６２、ｐ層６３ｐ、ｉ層６３ｉ、ｎ層６３ｎの３層からなる発電層６３、バッファ層６４、金属膜からなる裏面電極６５とが積層されてなる。
【００３６】
そして、透明導電膜（上部電極）６２の一面にテクスチャＤを形成することにより、この透明導電膜６２に重ねて成膜した発電層６３、バッファ層６４、裏面電極６５にも、それぞれテクスチャＤが形成される。こうしたテクスチャＤによって、ガラス基板６１から入射した太陽光の光路が延長され、また、入射した太陽光がテクスチャＤによって発電層６３内で繰り返し乱反射されるため、発電効率を高めることが可能になる。
【００３７】
［ＬＣＤ画素電極］
ＬＣＤの画素電極として用いられる透明導電膜にテクスチャを形成することによって、透明導電膜の表面積が増加し、ドレイン電極と透明導電膜（画素電極）との密着性が向上する。
【００３８】
［静電容量式タッチパネル］
静電容量式タッチパネルの検出回路用透明導電膜の上層にはＳｉＯ２を主体とした表面ハードコートが形成される。こうしたＳｉＯ２などの表面ハードコートと、ＩＴＯなどの透明導電膜とは、線膨張係数が違うために平滑面どうしの接合では剥離しやすいが、透明導電膜にテクスチャを形成することによって、表面ハードコートと透明導電膜との密着性を高めることが可能になる。
【００３９】
［抵抗膜式タッチパネル］
抵抗膜式タッチパネルでは上部電極と下部電極との接触による抵抗値の変化によって位置の特定（検出）を行う。こうした抵抗膜式タッチパネルのＴＣＯ層（透明電極膜）は、上部電極と下部電極との接触、摺動が繰り返されるために、損傷、磨耗しやすいが、ＴＣＯ層（透明電極膜）にテクスチャを形成することによって、アンカー効果により上部電極と下部電極との摩擦を低減させ、耐摺動特性を改善することが可能になる。また、抵抗膜式タッチパネルのＡＲ膜（反射防止膜）にもテクスチャを形成することで、光を散乱させ、光の干渉によるニュートンリングの発生を防止することも可能になる。
【００４０】
［熱線反射くもりガラス］
ＩＴＯなどの透明導電膜は、短波長側ではバンド間遷移による光子エネルギー吸収が生じ、近赤外領域では主に自由電子の反射によって熱線の透過率が低下する。こうした作用を利用して、透明導電膜にテクスチャを形成し、熱線反射機能を備えたくもりガラス（透明導電膜）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の透明導電膜の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の透明導電膜の製造装置の一例を示す要部断面図である。
【図３】本発明の透明導電膜の製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図４】第二電極によるプラズマポテンシャルのシフトを示すグラフである。
【図５】本発明の透明導電膜の製造装置の別な一例を示す要部断面図である。
【図６】ア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。
【符号の説明】
【００４２】
１  スパッタ装置（透明導電膜の製造装置）
２１  基板
２３  バッキングプレート（第一電極）
２４  ターゲット
２７  第二電極
【図１】
0005248192.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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