JPH10140373A - Production of zinc oxide thin film, semiconductor device substrate using the same and photovolatic device - Google Patents
Production of zinc oxide thin film, semiconductor device substrate using the same and photovolatic deviceInfo
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- JPH10140373A JPH10140373A JP9021466A JP2146697A JPH10140373A JP H10140373 A JPH10140373 A JP H10140373A JP 9021466 A JP9021466 A JP 9021466A JP 2146697 A JP2146697 A JP 2146697A JP H10140373 A JPH10140373 A JP H10140373A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は酸化亜鉛薄膜の製造
方法及びそれを用いた光起電力素子に係わる。The present invention relates to a method for producing a zinc oxide thin film and a photovoltaic element using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、光起電力素子は長波長におけ
る収集効率を改善するために、半導体層の裏面に反射層
を設ける事が知られている。また、該金属層と半導体層
との間に凹凸を有する透明導電層を設けることにより、
反射光の光路長を伸ばす光閉込め効果や、シャント時に
過大な電流が流れることを抑制する効果がある事が知ら
れている。透明導電層にはスパッタ法で形成したZnOが
広く用いられている。2. Description of the Related Art It has been known that a photovoltaic element is provided with a reflective layer on the back surface of a semiconductor layer in order to improve the collection efficiency at a long wavelength. Further, by providing a transparent conductive layer having irregularities between the metal layer and the semiconductor layer,
It is known that there is an optical confinement effect of extending the optical path length of the reflected light and an effect of suppressing the flow of an excessive current during shunting. For the transparent conductive layer, ZnO formed by a sputtering method is widely used.
【0003】例えば「29p-MF-22ステンレス基板上のa-S
iGe太陽電池における光閉じ込め効果」(1990年秋季)第5
1回応用物理学会学術講演会講演予稿集p747、あるいは"
P-IA-15a-SiC/a-Si/a-SiGe Multi-Bandgap Stacked So
lar Cells With Bandgap Profiling,"Sannomiya et a
l.,Technical Digest of the International PVSEC-5,K
yoto,Japan,p381,1990 には反射層と酸化亜鉛層とのコ
ンビネーションにて、光閉じ込め効果による短絡電流の
増大を達成したとしている。[0003] For example, "aS on a 29p-MF-22 stainless steel substrate"
Light confinement effect in iGe solar cells ”(Fall 1990) 5
Proceedings of the 1st JSAP Academic Lecture Meeting p747, or "
P-IA-15a-SiC / a-Si / a-SiGe Multi-Bandgap Stacked So
lar Cells With Bandgap Profiling, "Sannomiya et a
l., Technical Digest of the International PVSEC-5, K
Yoto, Japan, p381, 1990 states that a combination of a reflective layer and a zinc oxide layer achieved an increase in short-circuit current due to the optical confinement effect.
【0004】一方、"Electrolyte Optimization for Ca
thodic Growth of Zinc Oxide Films" M. IZAKI and
T. Omi J.Electrochem.Soc., Vol.143, March 1996,L5
3や特開平8-217443などに、酸化亜鉛薄膜をを亜鉛イオ
ン及び硝酸イオン を含有する水溶液からの電解によっ
て作成する方法が報告されている。On the other hand, "Electrolyte Optimization for Ca"
thodic Growth of Zinc Oxide Films "M. IZAKI and
T. Omi J. Electrochem. Soc., Vol.143, March 1996, L5
3 and JP-A-8-217443 report a method of forming a zinc oxide thin film by electrolysis from an aqueous solution containing zinc ions and nitrate ions.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
にすでに開示された光閉じ込め層は、一般に抵抗加熱や
電子ビームによる真空蒸着法、スッパッタリング法、イ
オンプレーティング法、CVD法などによって形成されて
いる。このため、ターゲット材料などの作成工賃高いこ
と、真空プロセスが必要であること、真空装置の償却費
の大きいこと、材料の利用効率が高くないこと、等の問
題点がある。したがって、これらの技術を用いる光起電
力素子のコストを極めて高いものとして、太陽電池を産
業的に応用しようとする上で大きなバリアとなってい
る。However, as described above, the optical confinement layer already disclosed is generally formed by a vacuum deposition method using a resistance heating or an electron beam, a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or the like. Have been. For this reason, there are problems such as a high labor cost for producing a target material and the like, a necessity of a vacuum process, a large depreciation cost of a vacuum device, and a low efficiency of material use. Therefore, the cost of a photovoltaic element using these technologies is extremely high, and this is a great barrier for industrial application of a solar cell.
【0006】また、前記亜鉛イオン及び酢酸イオンを含
有する水溶液からの電解によって形成された酸化亜鉛薄
膜は安価に形成することが出来るが、以下の問題点を有
している。A zinc oxide thin film formed by electrolysis from an aqueous solution containing zinc ions and acetate ions can be formed at low cost, but has the following problems.
【0007】(1)特に、電流密度を上昇させたり、溶液
の濃度を上げた場合に、堆積上にミクロンオーダーを越
えるような針状や球状や樹脂状などの形状をした異常成
長が生成しやすく、この酸化亜鉛薄膜を光起電力素子の
一部として用いた場合には、これらの異常成長が光起電
力素子のシャントパスを誘発する原因となると考えられ
る。(1) In particular, when the current density is increased or the concentration of the solution is increased, abnormal growth in the form of needles, spheres, resins or the like exceeding micron order is generated on the deposition. When the zinc oxide thin film is used as a part of a photovoltaic element, it is considered that such abnormal growth causes a shunt path of the photovoltaic element.
【0008】(2)酸化亜鉛結晶粒の大きさにばらつきが
生じやすく、大面積化したときの均一性に問題があっ
た。(2) The size of zinc oxide crystal grains tends to vary, and there is a problem in uniformity when the area is increased.
【0009】(3)基体上への密着性が抵抗加熱や電子ビ
ームによる真空蒸着法、スッパッタリング法、イオンプ
レーティング法、CVD法などによって形成されたものに
対して劣っていた。(3) Adhesion to the substrate is inferior to those formed by vacuum evaporation, sputtering, ion plating, CVD, etc. by resistance heating or electron beam.
【0010】(4)平滑な膜厚をもった薄膜しか形成され
ず、光閉じ込め効果のある凸凹形状を備えた堆積膜につ
いては特に触れられていなかった。(4) Only a thin film having a smooth film thickness is formed, and there is no particular mention of a deposited film having an uneven shape having an optical confinement effect.
【0011】(5)光起電力素子の反射層として好適に
用いられるアルミニウムの上には前記電析による酸化亜
鉛薄膜の形成方法は適用することができなかった。(5) The method of forming a zinc oxide thin film by electrodeposition cannot be applied on aluminum which is suitably used as a reflection layer of a photovoltaic element.
【0012】本発明は、電析による酸化亜鉛薄膜の形成
を安定化し、かつ基板密着性に優れた製造方法を提供す
るものである。とくに、光起電力素子の光閉じ込め層に
適用するのに好適な酸化亜鉛薄膜とするものである。The present invention provides a manufacturing method which stabilizes the formation of a zinc oxide thin film by electrodeposition and has excellent substrate adhesion. In particular, it is a zinc oxide thin film suitable for application to a light confinement layer of a photovoltaic element.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、基体上にスパッタ法により第1の酸化亜鉛薄
膜を形成する工程と、少なくとも硝酸イオン、亜鉛イオ
ン、及び炭水化物を含有してなる水溶液に前記基体を浸
漬し、該溶液中に浸漬された電極との間に通電すること
により、第2の酸化亜鉛薄膜を前記第1の酸化亜鉛薄膜上
に形成する工程とを有することを特徴とする酸化亜鉛薄
膜の製造方法である。Means for solving the above problems are to form a first zinc oxide thin film on a substrate by a sputtering method, and to include at least nitrate ions, zinc ions, and carbohydrates. Forming a second zinc oxide thin film on the first zinc oxide thin film by immersing the substrate in an aqueous solution, and applying a current between the electrode and the electrode immersed in the solution. This is a characteristic method for producing a zinc oxide thin film.
【0014】硝酸イオン、亜鉛イオンの濃度はそれぞれ
0.001mol/lから1.0mol/lの範囲にあることが望ましく、
より望ましくは0.01mol/lから0.5mol/lの範囲にあるこ
とが望ましく、最適には0.1mol/lから0.25mol/lの範囲
にあることが望ましい。The concentrations of nitrate ion and zinc ion are respectively
Desirably in the range of 0.001 mol / l to 1.0 mol / l,
More preferably, it is in the range of 0.01 mol / l to 0.5 mol / l, and most preferably, it is in the range of 0.1 mol / l to 0.25 mol / l.
【0015】水溶液中の炭水化物の量は、0.001g/lから
300g/lの範囲にあることが望ましく、より望ましくは0.
005g/lから100g/lの範囲にあることが望ましく、最適に
は0.01g/lから60g/lの範囲にあることが望ましい。The amount of carbohydrate in the aqueous solution is from 0.001 g / l
It is desirably in the range of 300 g / l, more desirably 0.
It is preferably in the range from 005 g / l to 100 g / l, and most preferably in the range from 0.01 g / l to 60 g / l.
【0016】均一性に優れた酸化亜鉛薄膜を作成するこ
とができる詳細な理由は不明であるが、水溶液中の炭水
化物とZn(OH)+などの亜鉛含有イオンとの相互作用によ
って結晶核の生成が均一に起こるためではないかと考え
られる。The detailed reason why a zinc oxide thin film having excellent uniformity can be formed is unknown, but the formation of crystal nuclei by the interaction between a carbohydrate in an aqueous solution and a zinc-containing ion such as Zn (OH) +. It is thought that this may be caused by the uniform occurrence.
【0017】異常成長のない酸化亜鉛薄膜を作成するこ
とができる詳細な理由は不明であるが、基体へ炭水化物
の分子が吸着し、異常成長の発達を妨げる阻止作用が働
くためではないかと考えられる。Although the detailed reason why a zinc oxide thin film free from abnormal growth can be formed is unknown, it is considered that carbohydrate molecules are adsorbed on the substrate and an inhibitory action that prevents the development of abnormal growth acts. .
【0018】密着性に優れた酸化亜鉛薄膜を作成するこ
とができる詳細な理由は不明であるが、基体に吸着され
た亜鉛含有イオンが、酸化亜鉛薄膜表面を拡散して、適
当な位置で結晶格子に組み込まれる過程において緻密な
膜が形成され、その結果基体への密着性に優れた酸化亜
鉛薄膜を作成できるのではないかと考えられる。The detailed reason why a zinc oxide thin film having excellent adhesion can be formed is unknown, but zinc-containing ions adsorbed on the substrate diffuse on the surface of the zinc oxide thin film and crystallize at an appropriate position. It is considered that a dense film is formed in the process of being incorporated into the lattice, and as a result, a zinc oxide thin film having excellent adhesion to the substrate can be produced.
【0019】また、水溶液に投入以前の導電性基体を、
加熱手段を用いて加熱しておくことにより、結晶性薄膜
作成上重要である成膜初期膜成膜時における上記の炭水
化物の効果がより効果的になり良質の酸化亜鉛薄膜を作
成することができるようになる。この場合、導電性基体
の加熱手段としては、ランプヒーターによる加熱や、別
に設けた温湯漕などを用いることができる。Further, the conductive substrate before being put into the aqueous solution is
By heating using a heating means, the effect of the above-mentioned carbohydrate at the time of initial film formation, which is important for forming a crystalline thin film, becomes more effective, and a high-quality zinc oxide thin film can be formed. Become like In this case, as a means for heating the conductive substrate, heating by a lamp heater, a hot water tank provided separately, or the like can be used.
【0020】前記炭水化物がグルーコース(ブドウ糖)、
フルクトース(果糖)などの単糖類である場合には、上記
の炭水化物の効果のうちで、特に均一性をあげる効果が
とくに優れた酸化亜鉛薄膜を作成することができる。ま
た、前記炭水化物がマルトース(麦芽糖)、サッカロース
(ショ糖)などの二糖類である場合には、上記の炭水化物
の効果のうちで、特に異常成長をなくする効果がとくに
優れた酸化亜鉛薄膜を作成することができる。また、前
記炭水化物がデキストリン、デンプンなどの多糖類であ
る場合には、上記の炭水化物の効果のうちで、特に密着
性を上げる効果がとくに優れた酸化亜鉛薄膜を作成する
ことができる。また、これらの炭水化物を組み合わせる
ことによって上記の長所をいかすことで、良質の酸化亜
鉛薄膜を作成することができる。The carbohydrate is glucose (glucose);
When monosaccharides such as fructose (fructose) are used, a zinc oxide thin film can be produced which is particularly excellent in the effect of improving the uniformity among the effects of the above carbohydrates. Further, the carbohydrate is maltose (maltose), saccharose
In the case of a disaccharide such as (sucrose), a zinc oxide thin film having particularly excellent effects of eliminating abnormal growth among the above carbohydrate effects can be produced. In addition, when the carbohydrate is a polysaccharide such as dextrin or starch, a zinc oxide thin film having an excellent effect of improving the adhesiveness among the effects of the carbohydrate can be produced. In addition, by combining these carbohydrates to take advantage of the above advantages, a high-quality zinc oxide thin film can be produced.
【0021】水溶液中に浸漬された電極を亜鉛電極にす
ることで、水溶液中の亜鉛イオンの濃度、PHなどの組成
条件が一定に保たれる。その結果、電解液の組成を一定
に保つために、亜鉛イオンを別途供給するなどの作業を
することなしに長期にわたってほぼ同一条件での薄膜形
成が可能になり、均一性に優れた酸化亜鉛薄膜の形成が
可能になる。By making the electrode immersed in the aqueous solution a zinc electrode, the composition conditions such as the concentration of zinc ions in the aqueous solution and PH are kept constant. As a result, it is possible to form a thin film under the same conditions over a long period of time without having to separately supply zinc ions in order to keep the composition of the electrolyte constant, and a zinc oxide thin film with excellent uniformity Can be formed.
【0022】水溶液の温度が50℃以上の場合、及び/又
は電極に対して印加する電流密度が10mA/dm2から10A/dm
2の範囲ある場合に、純度の高い酸化亜鉛薄膜を効率よ
く作成することが可能になる。When the temperature of the aqueous solution is 50 ° C. or higher, and / or when the current density applied to the electrode is 10 mA / dm 2 to 10 A / dm
In the case of the range of 2 , it becomes possible to efficiently produce a highly pure zinc oxide thin film.
【0023】基体表面にZnOが堆積する際の反応には、
硝酸イオンNO3-、亜硝酸イオンNo2-、アンモニウムイオ
ンNH4+、水酸化イオンOH-、亜鉛の水和イオンなどの中
間物質が関与するものと考えられる。水溶液の温度が50
℃よりも低い場合や電極に対して印加する電流密度が上
記の範囲を外れる場合には、これらの中間物質を介在す
る反応が十分に進まずに、金属亜鉛などの酸化亜鉛以外
の物質が析出するようになり、純度の高い酸化亜鉛薄膜
の作成が困難になるものと考えられる。また、電流密度
が10mA/dm2より小さい場合には、十分な反応速度が得ら
ないといった問題点もある。The reaction when ZnO is deposited on the substrate surface is as follows:
It is considered that intermediates such as nitrate ion NO 3− , nitrite ion No 2− , ammonium ion NH 4+ , hydroxide ion OH − , and zinc hydrate ion are involved. The temperature of the aqueous solution is 50
If the temperature is lower than ℃ or the current density applied to the electrode is out of the above range, the reaction mediated by these intermediates will not proceed sufficiently and substances other than zinc oxide such as metallic zinc will precipitate. It is thought that it becomes difficult to form a zinc oxide thin film with high purity. Further, when the current density is smaller than 10 mA / dm 2, there is a problem that a sufficient reaction speed cannot be obtained.
【0024】また前記支持体上に反射率の高い金属によ
る金属層を設けることによって、基体としての反射率を
高めることができ、より光変換効率の高い光起電力素子
を作成することができる。Further, by providing a metal layer of a metal having a high reflectance on the support, the reflectance as a base can be increased, and a photovoltaic element having a higher light conversion efficiency can be manufactured.
【0025】また、前記水溶液の温度、濃度、電流密度
を変化させることで、酸化亜鉛薄膜の粒径、配向性など
を変化させることができ、酸化亜鉛薄膜を複数の特性を
もった複数の層で構成させることで、酸化亜鉛薄膜表面
の凸凹形状にさまざまなバリエーションをもたせること
や、より密着性の良い膜を作成することができる。Further, by changing the temperature, concentration and current density of the aqueous solution, the particle size and orientation of the zinc oxide thin film can be changed, and the zinc oxide thin film is formed into a plurality of layers having a plurality of characteristics. With this configuration, it is possible to provide various variations in the uneven shape of the surface of the zinc oxide thin film, and to create a film having better adhesion.
【0026】特にイオン濃度と電流密度は酸化亜鉛薄膜
の結晶成長に密接に関連したパラメータである。金属イ
オン濃度のわりに電流密度が小さい場合、核の発生が少
なくなるために結晶粒は大きくなり、電流密度を増すほ
どに結晶粒は小さくなる。金属イオンの濃度が小さくて
電流密度がある程度以上高ければ、析出によって濃度分
極を生じ、濃度分極は核生成を促進して成長を阻止する
ので結晶粒は微細になる。以上のように、酸化亜鉛薄膜
の結晶状態はこれらの水溶液のパラメータによって変化
させることが可能である。In particular, ion concentration and current density are parameters closely related to the crystal growth of a zinc oxide thin film. When the current density is small instead of the metal ion concentration, the crystal grains become large because the generation of nuclei is small, and the crystal grains become small as the current density increases. If the concentration of metal ions is low and the current density is higher than a certain level, concentration polarization occurs due to precipitation, and concentration polarization promotes nucleation and inhibits growth, so that crystal grains become fine. As described above, the crystal state of the zinc oxide thin film can be changed by the parameters of these aqueous solutions.
【0027】光起電力素子への応用においては、微細な
結晶で平滑な表面をもち下地との密着性にすぐれた第1
の酸化亜鉛層と、結晶粒が大きく凸凹に富んだ表面をも
ち光閉じ込め効果の大きい第2の酸化亜鉛層との積層構
造とすることが好ましい。このような酸化亜鉛層は基板
への密着性と効果的な光閉じ込めを両立する事が出来
る。In application to a photovoltaic element, a first crystal having a fine crystal and a smooth surface and having excellent adhesion to an underlayer is used.
And a second zinc oxide layer having a large and uneven surface with large crystal grains and a large light confinement effect. Such a zinc oxide layer can achieve both adhesion to the substrate and effective light confinement.
【0028】前記第一酸化亜鉛層の粒径は前記第二の酸
化亜鉛層の粒径の1/10以下であることが望ましい。
また、前記第一の酸化亜鉛層の配向性がc軸であり、前
記第二の酸化亜鉛層の配向性が<101>軸を主とする
ことが望ましい。Preferably, the particle size of the first zinc oxide layer is 1/10 or less of the particle size of the second zinc oxide layer.
Preferably, the orientation of the first zinc oxide layer is the c-axis, and the orientation of the second zinc oxide layer is mainly the <101> axis.
【0029】結晶の配向性は硝酸亜鉛濃度によって制御
することが出来る。硝酸亜鉛濃度が0.1mol/lの場
合には、c軸が傾き六方片が立ち上がった形で配向し、
0.025mol/l以下の場合には、c軸が基体に垂直
に成膜される。The crystal orientation can be controlled by the zinc nitrate concentration. When the zinc nitrate concentration is 0.1 mol / l, the c-axis is inclined and the hexagonal pieces are oriented in a rising shape,
When the content is 0.025 mol / l or less, the film is formed with the c-axis perpendicular to the substrate.
【0030】電析による酸化亜鉛薄膜の形成の前に、ス
パッタ法によって形成する酸化亜鉛薄膜の膜厚は電析が
可能になる程度でできるだけ薄くすることが望ましい。
これにより電析による成膜の経済的効果を生かすことが
できる。Before the formation of the zinc oxide thin film by electrodeposition, the thickness of the zinc oxide thin film formed by the sputtering method is desirably as thin as possible to the extent that electrodeposition is possible.
This makes it possible to make use of the economic effect of film formation by electrodeposition.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】酸化亜鉛薄膜の製造方法 図1に本発明の酸化亜鉛薄膜の形成装置の一例を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION] An example of a zinc oxide thin film forming apparatus of the present invention to the manufacturing method Figure 1 zinc oxide thin film.
【0032】101は耐腐食容器であり、硝酸イオンと亜
鉛イオンおよび炭水化物を含んでなる水溶液102が保持
される。所望の酸化亜鉛膜を得るためには、硝酸イオ
ン、亜鉛イオンの濃度はそれぞれ0.001mol/lから1.0mol
/lの範囲にあることが望ましく、より望ましくは0.01mo
l/lから0.5mol/lの範囲にあることが望ましく、最適に
は0.1mol/lから0.25mol/lの範囲にあることが望まし
い。Reference numeral 101 denotes a corrosion-resistant container, which holds an aqueous solution 102 containing nitrate ions, zinc ions, and carbohydrates. In order to obtain a desired zinc oxide film, the concentration of nitrate ion and zinc ion are each 0.001 mol / l to 1.0 mol.
/ l, more preferably 0.01mo
It is desirably in the range of l / l to 0.5 mol / l, and optimally in the range of 0.1 mol / l to 0.25 mol / l.
【0033】硝酸イオン、亜鉛イオンの供給源として
は、特に限定するものではなく、両方のイオンの供給源
である硝酸亜鉛でもよいし、硝酸イオンの供給源である
硝酸アンモニウムなどの水溶性の硝酸塩と、亜鉛イオン
の供給源である硫酸亜鉛などの亜鉛塩の混合物であって
もよい。The source of supply of nitrate ions and zinc ions is not particularly limited, and zinc nitrate, which is a supply source of both ions, or a water-soluble nitrate such as ammonium nitrate, which is a supply source of nitrate ions, may be used. And a mixture of zinc salts such as zinc sulfate, which is a source of zinc ions.
【0034】また炭水化物の種類は特に制限されるもの
ではないが、グルーコース(ブドウ糖)、フルクトース
(果糖)などの単糖類、マルトース(麦芽糖)、サッカロー
ス(ショ糖)などの二糖類、デキストリン、デンプンなど
の多糖類などや、これらを混合したものを用いることが
できる。The type of carbohydrate is not particularly limited, but includes glucose (glucose), fructose
Monosaccharides such as (fructose), disaccharides such as maltose (maltose) and saccharose (sucrose), polysaccharides such as dextrin and starch, and mixtures thereof can be used.
【0035】水溶液中の炭水化物の量は、異常成長がな
く、均一性及び密着性に優れた酸化亜鉛薄膜を得るため
には、0.001g/lから300g/lの範囲にあることが望まし
く、より望ましくは0.005g/lから100g/lの範囲にあるこ
とが望ましく、最適には0.01g/lから60g/lの範囲にある
ことが望ましい。The amount of carbohydrate in the aqueous solution is preferably in the range of 0.001 g / l to 300 g / l in order to obtain a zinc oxide thin film having no abnormal growth and excellent uniformity and adhesion. It is desirably in the range of 0.005 g / l to 100 g / l, and optimally in the range of 0.01 g / l to 60 g / l.
【0036】103は導電性の基体であって、陰極とされ
ている。104は対向電極であり、液相堆積される金属で
ある亜鉛のほか、白金、炭素などを用いることができ
る。また、対向電極104は陽極とされる。陰極である基
体103と陽極である対向電極104は、負荷抵抗106を経て
電源105に接続されており、ほぼ一定の電流を流すよう
にされている。所望の酸化亜鉛膜を得るためには、電流
密度が10mA/dmから10A/dmの範囲にあることが望まし
い。Reference numeral 103 denotes a conductive base, which is a cathode. Reference numeral 104 denotes a counter electrode, which can be made of zinc, which is a metal to be deposited in a liquid phase, platinum, carbon, or the like. The counter electrode 104 is an anode. The base 103 serving as a cathode and the counter electrode 104 serving as an anode are connected to a power supply 105 via a load resistor 106 so that a substantially constant current flows. In order to obtain a desired zinc oxide film, the current density is desirably in the range of 10 mA / dm to 10 A / dm.
【0037】また、溶液を撹拌して層形成ムラを減ら
し、層形成速度を上げて効率化を図るために、溶液吸入
口を複数もった吸入バー108、同様に溶液射出口を複数
もった射出バー107、溶液循環ポンプ111、溶液吸入バー
108と溶液循環ポンプ111を接続する吸入溶液パイプ10
9、溶液射出バー107と溶液循環ポンプ111を接続する射
出溶液パイプ110とからなる溶液循環系を用いている。
小規模な装置にあっては、このような溶液循環系のかわ
りに、磁気撹拌子を用いることができる。Further, in order to reduce the layer formation unevenness by stirring the solution and increase the layer formation speed for efficiency, the suction bar 108 having a plurality of solution suction ports, and similarly, the injection bar 108 having a plurality of solution injection ports. Bar 107, solution circulation pump 111, solution suction bar
Inhalation solution pipe 10 connecting 108 and solution circulation pump 111
9. A solution circulation system including a solution ejection bar 107 and an injection solution pipe 110 connecting the solution circulation pump 111 is used.
In a small-scale apparatus, a magnetic stirrer can be used instead of such a solution circulation system.
【0038】また、ヒーター112と熱電対113を用いて、
温度をモニターしながら水溶液の温度制御を行う。所望
の酸化亜鉛膜を得るためには水溶液の液温が50℃以上で
あることが望ましい。Further, using a heater 112 and a thermocouple 113,
The temperature of the aqueous solution is controlled while monitoring the temperature. In order to obtain a desired zinc oxide film, the temperature of the aqueous solution is desirably 50 ° C. or higher.
【0039】第1の酸化亜鉛膜の堆積後、条件を変え
て、引き続いて第2の酸化亜鉛膜を堆積してもよい。After the deposition of the first zinc oxide film, the conditions may be changed and a second zinc oxide film may be subsequently deposited.
【0040】酸化亜鉛薄膜を作成する前に基体103を加
熱させるために温湯漕114に基体を浸漬しておいてもよ
い。湯温槽114には、ヒーター115と熱電対116を用いて
温度調整されたお湯が入っており、基体103を加熱でき
るようになっている。Before forming the zinc oxide thin film, the substrate may be immersed in a hot water tank 114 in order to heat the substrate 103. The hot water tank 114 contains hot water whose temperature has been adjusted using a heater 115 and a thermocouple 116 so that the base 103 can be heated.
【0041】連続形成装置 図2の装置は可とう性(柔軟性)を有する長尺シート状の
導電性基体201の表面上に酸化亜鉛層を水溶液中から連
続的に形成することのできる装置である。 Continuous Forming Apparatus The apparatus shown in FIG. 2 is an apparatus capable of continuously forming a zinc oxide layer from the aqueous solution on the surface of a long sheet-shaped conductive substrate 201 having flexibility (flexibility). is there.
【0042】導電性基体201の裏面には、酸化亜鉛膜の
堆積を防ぐための絶縁テープ(不図示)が貼ってある。20
2は導電性基体201をロール状に巻きつけた送り出しロー
ル、203は該導電性基体を巻き取る巻き取りロールで、
導電性基体は多くの搬送ロール204を介して巻き取りロ
ール203に巻き取られていく。各ロールの直径は基板の
塑性変形を防止するために導電性基体の材質に応じて決
定する必要がある。On the back surface of the conductive substrate 201, an insulating tape (not shown) for preventing deposition of a zinc oxide film is stuck. 20
2 is a delivery roll that winds the conductive substrate 201 in a roll shape, 203 is a winding roll that winds the conductive substrate,
The conductive substrate is wound up by a take-up roll 203 via many transport rolls 204. The diameter of each roll must be determined according to the material of the conductive substrate in order to prevent plastic deformation of the substrate.
【0043】205は導電性基体を加熱するための温湯槽
で、ごみを除去するフィルターを内蔵する循環系206が
接続され、温湯槽内部にはヒーター207がある。Reference numeral 205 denotes a hot water tank for heating the conductive substrate, which is connected to a circulation system 206 having a filter for removing dust therein, and a heater 207 inside the hot water tank.
【0044】208は酸化亜鉛層を形成する液相堆積槽
で、同じくごみを除去するフィルターを内蔵する循環系
209が接続され、液相堆積槽内部には亜鉛電極210、ヒー
ター211があり、外部には定電流電源212が接続されてい
る。循環装置209は溶液濃度を監視し、随時溶液を追加
するシステムを持っている。Reference numeral 208 denotes a liquid phase deposition tank for forming a zinc oxide layer, which is also a circulation system having a built-in filter for removing dust.
209 is connected, a zinc electrode 210 and a heater 211 are provided inside the liquid deposition tank, and a constant current power supply 212 is connected outside. The circulation device 209 has a system for monitoring the solution concentration and adding a solution as needed.
【0045】213は洗浄槽で、同じくごみを除去するフ
ィルターを内蔵する循環系214が接続されている。215は
温風乾燥を行なう乾燥室である。A washing tank 213 is connected to a circulation system 214 having a filter for removing dust. 215 is a drying chamber for performing hot air drying.
【0046】この装置によれば酸化亜鉛薄膜の形成を低
コストに行うことが出来る。According to this apparatus, a zinc oxide thin film can be formed at low cost.
【0047】(基体)本発明で用いられる基体は、磁性あ
るいは非磁性の各種金属の支持体を母体としたものであ
る。なかでもステンレススチール板、鋼板、銅版、真鍮
板、アルミニウム板などは、価格が比較的安くて好適で
ある。(Substrate) The substrate used in the present invention has a base of a magnetic or non-magnetic metal support. Among them, stainless steel plates, steel plates, copper plates, brass plates, aluminum plates, and the like are preferable because they are relatively inexpensive.
【0048】これらの金属板は、一定の形状に切断して
も良いし、板厚によっては長尺のシート状の形状で用い
ても良い。この場合にはコイル状に巻くことができるの
で、連続生産に適合性が良く、保管や輸送も容易にな
る。また、用途によってはシリコンなどの結晶基板、ガ
ラスやセラミックスの板を用いることもできる。支持体
の表面は研磨しても良いが、例えばブライトアニール処
理されたステンレス板のように仕上がりの良い場合には
そのまま用いても良い。These metal plates may be cut into a predetermined shape, or may be used in a long sheet-like shape depending on the plate thickness. In this case, since it can be wound in a coil shape, it is suitable for continuous production, and storage and transportation become easy. Further, depending on the use, a crystal substrate such as silicon, a glass or ceramic plate can be used. The surface of the support may be polished, but may be used as it is when the finish is good such as a stainless steel plate subjected to a bright annealing treatment.
【0049】光起電力素子への応用 本発明の方法で形成された酸化亜鉛薄膜を適用した光起
電力素子の断面模式図を図3に示す。図中301-1は支持
体、301-2は金属層、301-3は透明導電層、302は本発明
の方法で形成された酸化亜鉛層、303は半導体層、304は
透明導電層、305が集電電極である。上記の支持体301-
1、金属層301-2、透明導電膜層301-3が本発明でいう導
電性基体301を形成している。[0049] The cross section view of a photovoltaic element to which the zinc oxide thin film formed by the method of application the present invention to a photovoltaic element shown in FIG. In the figure, 301-1 is a support, 301-2 is a metal layer, 301-3 is a transparent conductive layer, 302 is a zinc oxide layer formed by the method of the present invention, 303 is a semiconductor layer, 304 is a transparent conductive layer, 305 Is a collecting electrode. The above support 301-
1. The metal layer 301-2 and the transparent conductive film layer 301-3 form the conductive substrate 301 according to the present invention.
【0050】酸化亜鉛層302は、粒径及び結晶軸の配向
性の異なる複数の層を積層したものでもよい。The zinc oxide layer 302 may be formed by laminating a plurality of layers having different grain sizes and different orientations of crystal axes.
【0051】太陽光は、光起電力素子の304側から入射
される。500nmより短い短波長の光は、次の半導体層303
でほとんど吸収されてしまう。一方、バンド吸収端より
長い波長である700nm程度より波長の長い光は、その一
部が半導体層303を透過して、透過層である酸化亜鉛膜3
02を通り抜け、金属層301-2あるいは支持体301-1で反射
され、再び透過層である酸化亜鉛膜302を通り抜け、半
導体層303にその一部もしくは多くが吸収される。The sunlight enters from the photovoltaic element 304 side. Short-wavelength light shorter than 500 nm is transmitted to the next semiconductor layer 303.
It is almost absorbed by. On the other hand, light having a wavelength longer than about 700 nm, which is a wavelength longer than the band absorption edge, partially passes through the semiconductor layer 303, and the zinc oxide film 3 serving as a transmission layer
02, the light is reflected by the metal layer 301-2 or the support 301-1, again passes through the zinc oxide film 302, which is a transmission layer, and is partially or largely absorbed by the semiconductor layer 303.
【0052】このとき、支持体301-1及び/または金属層
301-2及び/または透明層である酸化亜鉛層302及び/また
は半導体層303に凸凹が形成されていて光の行路を曲げ
るに足るものであると、光路が傾くことによって半導体
層303を透過する光路長が伸び、吸収が大きくなること
が期待される。この光路長の伸びることによる吸収の増
大は、光に対して殆ど透明な層では殆ど問題にならない
ほど小さいが、ある程度吸収の存在する領域、即ち光の
波長が物質の吸収端近傍の波長であると、指数関数的に
なる。透明層である酸化亜鉛層302は可視光から近赤外
光に対して透明であるから、600nmから1200nmの光は半
導体層303において吸収されることになる。At this time, the support 301-1 and / or the metal layer
301-2 and / or the zinc oxide layer 302 which is a transparent layer and / or the semiconductor layer 303 is formed with irregularities and is sufficient to bend the path of light, and the semiconductor layer 303 is transmitted by tilting the optical path. It is expected that the optical path length will increase and the absorption will increase. The increase in absorption due to the extension of the optical path length is so small that it hardly causes a problem in a layer almost transparent to light, but the region where absorption is present to some extent, that is, the wavelength of light is a wavelength near the absorption edge of the substance. Becomes exponential. Since the zinc oxide layer 302, which is a transparent layer, is transparent to visible light to near-infrared light, light of 600 nm to 1200 nm is absorbed in the semiconductor layer 303.
【0053】金属層301-2は必須のものではないが、ス
テンレススチールや鋼板のようにそのままでは反射性が
低い基板や、ガラスやセラミックスのようにそのままで
は導電性の低い材料からなる支持体では、その上に銀や
銅あるいは金あるいはアルミニウムのような反射率の高
い金属層301-2を設けるのが好ましい。また、金属層301
-2にアルミニウムをもちいた場合には、上記の水溶液に
アルミニウムが溶解するのを防ぐため、金属層301-2上
に極薄の透明導電膜層301-3を用いる。Although the metal layer 301-2 is not essential, it may be used for a substrate having low reflectivity as it is, such as stainless steel or steel plate, or a support made of a material having low conductivity, such as glass or ceramics. It is preferable to provide a metal layer 301-2 having high reflectivity such as silver, copper, gold, or aluminum thereon. Also, the metal layer 301
When aluminum is used for -2, an extremely thin transparent conductive film layer 301-3 is used on the metal layer 301-2 in order to prevent aluminum from dissolving in the above aqueous solution.
【0054】(半導体層)半導体層の材料としては、p
n接合、pin接合、ショットキー接合、ヘテロ接合な
どが挙げられ、半導体材料としては、水素化非晶質シリ
コン、水素化非晶質シリコンゲルマニウム、水素化非晶
質シリコンカーバイド、微結晶シリコンまたは多結晶シ
リコン等が使用できる。(Semiconductor layer) The material of the semiconductor layer is p
Examples include an n-junction, a pin junction, a Schottky junction, and a heterojunction. As the semiconductor material, hydrogenated amorphous silicon, hydrogenated amorphous silicon germanium, hydrogenated amorphous silicon carbide, microcrystalline silicon, or polycrystalline silicon is used. Crystalline silicon or the like can be used.
【0055】特に、長尺基板上に連続的に形成するのに
好適なのはアモルファスあるいは微結晶のSi、C、Ge、
またはこれらの合金である。同時に、水素及び/又はハ
ロゲン原子が含有される。その好ましい含有量は0.1
乃至40原子%である。さらに、酸素、窒素などを含有し
てもよい。これらの不純物濃度は5×1019cm-3以下が望
ましい。さらにp型半導体とするにはIII属元素、n
型半導体とするにはV属元素を含有する。In particular, amorphous or microcrystalline Si, C, Ge, and Si are suitable for continuous formation on a long substrate.
Or these alloys. At the same time, hydrogen and / or halogen atoms are contained. Its preferred content is 0.1.
About 40 atomic%. Further, it may contain oxygen, nitrogen and the like. The concentration of these impurities is preferably 5 × 10 19 cm −3 or less. To further form a p-type semiconductor, a group III element, n
To form a type semiconductor, a V element is contained.
【0056】スタックセルの場合、光入射側に近いpin
接合のi型半導体層はバンドギャップが広く、遠いpin
接合なるにしたがいバンドギャップが狭くなるのが好ま
しい。また、i層の内部ではその膜厚の中央よりもp層寄
りにバンドギャップの極小値があるのが好ましい。In the case of a stacked cell, the pin near the light incident side
The junction i-type semiconductor layer has a wide band gap and
It is preferable that the band gap becomes narrower as the bonding is performed. Further, it is preferable that the band gap has a minimum value closer to the p layer than the center of the film thickness in the i layer.
【0057】光入射側のドープ層は光吸収の少ない結晶
性の半導体か、又はバンドギャップの広い半導体が適し
ている。As the doped layer on the light incident side, a crystalline semiconductor with little light absorption or a semiconductor with a wide band gap is suitable.
【0058】(半導体層の製造方法)上述の半導体層を形
成するには、マイクロ波(MW)プラズマCVD法または
高周波(RF)プラズマCVD法が適している。以下の手順で
形成する。〔ここで必要であれば成膜装置の図面を参照
する。周知の装置であれば特に図面は必要ではない。〕(Method of Manufacturing Semiconductor Layer) In order to form the above-described semiconductor layer, a microwave (MW) plasma CVD method or a radio frequency (RF) plasma CVD method is suitable. It is formed by the following procedure. [Here, if necessary, refer to the drawing of the film forming apparatus. The drawing is not particularly required if it is a known device. ]
【0059】(1) 減圧状態にできる堆積室(真空チャ
ンバー)内を所定の初期圧力に減圧する。 (2) 堆積室に原料ガス、希釈ガスなどの材料ガスを導
入し、真空ポンプによって排気しつつ、堆積室内を所定
の堆積圧力に設定する。 (3) 基板をヒーターによって所定の温度に設定する。 (4) MW-CVDでは、マイクロ波電源によって発振された
マイクロ波を、導波管によって導き、誘電体窓(アルミ
ナセラミックス等)を介して前記堆積室に導入する。た
だし、マイクロ波の周波数が100MHz〜1GHzと低い場合
は、金属電極から印加することもできる。RF-CVDでは、
高周波電源からの高周波を放電電極を介して前記堆積室
に導入する。 (5) 原料ガスのプラズマを生起させて分解し、堆積室
内に配置された基板上に、堆積膜を形成する。(1) The inside of the deposition chamber (vacuum chamber) which can be reduced in pressure is reduced to a predetermined initial pressure. (2) A material gas such as a source gas or a dilution gas is introduced into the deposition chamber, and the deposition chamber is set to a predetermined deposition pressure while being evacuated by a vacuum pump. (3) The substrate is set to a predetermined temperature by a heater. (4) In MW-CVD, a microwave oscillated by a microwave power supply is guided by a waveguide and introduced into the deposition chamber via a dielectric window (alumina ceramics or the like). However, when the frequency of the microwave is as low as 100 MHz to 1 GHz, it can be applied from a metal electrode. In RF-CVD,
A high frequency from a high frequency power supply is introduced into the deposition chamber via a discharge electrode. (5) The plasma of the source gas is generated and decomposed to form a deposited film on the substrate placed in the deposition chamber.
【0060】MW-CVD法の場合、堆積室内の基板温度は10
0〜450℃、内圧は0.5〜30mTorr、マイクロ波パワーは
0.01〜1W/cm3、マイクロ波の周波数は0.1〜10GH
z、堆積速度は、0.05〜20nm/secが好ましい範囲として
挙げられる。In the case of the MW-CVD method, the substrate temperature in the deposition chamber is 10
0 ~ 450 ℃, internal pressure 0.5 ~ 30mTorr, microwave power
0.01-1W / cm3, microwave frequency is 0.1-10GH
z, the deposition rate is preferably in the range of 0.05 to 20 nm / sec.
【0061】RF-CVD法の場合、RF高周波の周波数は、0.
1〜100MHz、堆積室内の基板温度は、100〜350℃、内圧
は、0.1〜10Torr、RFパワーは、0.001〜0.5W/c
m3、堆積速度は、0.01〜3nm/secが好適な条件として挙
げられる。In the case of the RF-CVD method, the frequency of the RF high frequency is 0.
1 to 100 MHz, substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 350 ° C., internal pressure is 0.1 to 10 Torr, RF power is 0.001 to 0.5 W / c.
m 3 and the deposition rate are preferably 0.01 to 3 nm / sec.
【0062】本発明の光起電力装置に好適なIV族及びIV
族合金系非晶質半導体層の堆積に適した原料ガスは、Si
H4、Si2H6等のシリコン原子を含有したガス化し得る化
合物、GeH4等のゲルマニウム原子を含有したガス化し得
る化合物を主とする。Group IV and IV suitable for the photovoltaic device of the present invention
The source gas suitable for depositing the group III alloy amorphous semiconductor layer is Si.
A gasizable compound containing a silicon atom such as H4, Si2H6 or the like, or a gasizable compound containing a germanium atom such as GeH4 is mainly used.
【0063】さらに、炭素、窒素、酸素等を含有したガ
ス化し得る化合物を併用してもよい。Further, a gasizable compound containing carbon, nitrogen, oxygen and the like may be used in combination.
【0064】p型層とするためのドーパントガスとして
はB2H6、BF3等が用いられる。B2H6, BF3 or the like is used as a dopant gas for forming a p-type layer.
【0065】n型層とするためのドーパントガスとして
はPH3、PF3等が用いられる。As a dopant gas for forming an n-type layer, PH3, PF3 or the like is used.
【0066】特に微結晶あるいは多結晶半導体やSiC
等の光吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積す
る場合は水素ガスによる原料ガスの希釈率を高くし、マ
イクロ波パワー、あるいはRFパワーは比較的高いパワ
ーを導入するのが好ましい。In particular, a microcrystalline or polycrystalline semiconductor or SiC
In the case of depositing a layer having a small light absorption or a wide band gap, it is preferable to increase the dilution ratio of the raw material gas with the hydrogen gas and to introduce a relatively high microwave power or RF power.
【0067】(透明電極)透明電極107はその膜厚を適
当に設定することにより反射防止膜の役割をかねること
が出来る。(Transparent Electrode) The transparent electrode 107 can also function as an anti-reflection film by appropriately setting its film thickness.
【0068】透明電極107はITO、ZnO、InO3等の材料
を、蒸着、CVD、スプレー、スピンオン、浸漬などの方
法を用いて形成される。これらの化合物に導電率を変化
させる物質を含有してもよい。The transparent electrode 107 is formed of a material such as ITO, ZnO, and InO 3 by using a method such as vapor deposition, CVD, spray, spin-on, and immersion. These compounds may contain a substance that changes electric conductivity.
【0069】(集電電極)集電電極108は集電効率を向
上させるために設けられる。その製造方法として、マス
クを用いてスパッタによって電極パターンの金属を形成
する方法や、導電性ペーストあるいは半田ペーストを印
刷する方法、金属線を導電性ペーストで固着する方法な
どがある。(Current Collecting Electrode) The current collecting electrode 108 is provided to improve current collecting efficiency. Examples of the manufacturing method include a method of forming a metal of an electrode pattern by sputtering using a mask, a method of printing a conductive paste or a solder paste, and a method of fixing a metal wire with a conductive paste.
【0070】なお、必要に応じて光起電力素子100の両
面に保護層を形成することがある。同時に鋼板等の補強
材を併用してもよい。Incidentally, protective layers may be formed on both surfaces of the photovoltaic element 100 as required. At the same time, a reinforcing material such as a steel plate may be used in combination.
【0071】[0071]
【実施例】酸化亜鉛膜の作成例 溶液循環系を省略した図1に示される装置を用いた。負
側の電極103としては、厚さ0.12ミリのステンレ
ス430BAに、銅を2000Åスパッタしたものを用
い裏面をテープで覆い、正側の電極104としては厚さ
1ミリの4−Nの亜鉛を使用した。EXAMPLE An example of preparation of a zinc oxide film The apparatus shown in FIG. 1 omitting the solution circulation system was used. The negative electrode 103 is a stainless steel 430BA having a thickness of 0.12 mm, which is formed by sputtering 2,000 ° of copper, and the back surface is covered with a tape. The positive electrode 104 is a 1-mm-thick 4-N zinc. It was used.
【0072】溶液は硝酸亜鉛の水溶液とし、100ml
に2gの割合でサッカロースを加えた。硝酸亜鉛濃度は
0.1M/lから0.0025M/lに変えた。液温
は、室温から85℃まで変え、印加電流は、0.3〜1
00mA/cm2(0.03〜10A/dm2)の範囲
で変化させた。溶液循環系を省略したかわりに、液は磁
気攪拌子にて常時攪拌した。The solution was an aqueous solution of zinc nitrate, 100 ml
Was added with sucrose at a rate of 2 g. The zinc nitrate concentration was changed from 0.1 M / l to 0.0025 M / l. The liquid temperature was changed from room temperature to 85 ° C., and the applied current was 0.3 to 1
It was changed in the range of 00 mA / cm2 (0.03 to 10 A / dm2). Instead of omitting the solution circulation system, the solution was constantly stirred with a magnetic stirrer.
【0073】(実施例1−1)印加電流密度を約1mA
/cm2で一定とし、溶液の硝酸亜鉛濃度を0.1M/
l、0.025M/l、0.01M/l、0.0025
M/l、に対して、液温を室温から85℃程度まで変化
させて、成膜を行った。成膜された膜は、液温が60℃
以上の場合、X線回析装置にて六方晶の酸化亜鉛である
ことが同定され、その結晶粒径をSEMにて観察したと
ころ、図4で示されるような結果であった。60℃より
液温が低いと、金属亜鉛の析出も起こり、一定サイズの
酸化亜鉛は観察されなくなった。さらに、液温が60℃
以上の場合、結晶粒の配向性をX線回析から評価する
と、硝酸亜鉛濃度を0.1M/lの場合には、c軸が傾
き六方片が立ち上がった形で配向し、0.025M/l
以下の場合には、c軸が基体に垂直に成膜されているこ
とが判った。(Example 1-1) The applied current density was about 1 mA.
/ Cm2 and the concentration of zinc nitrate in the solution was 0.1 M /
1, 0.025 M / l, 0.01 M / l, 0.0025
The film was formed by changing the liquid temperature from room temperature to about 85 ° C. with respect to M / l. The deposited film has a liquid temperature of 60 ° C.
In the above case, the powder was identified to be hexagonal zinc oxide by an X-ray diffractometer, and its crystal grain size was observed by SEM. The results were as shown in FIG. When the liquid temperature was lower than 60 ° C., deposition of metallic zinc also occurred, and zinc oxide of a certain size was not observed. Furthermore, when the liquid temperature is 60 ° C
In the above case, when the orientation of the crystal grains is evaluated from X-ray diffraction, when the zinc nitrate concentration is 0.1 M / l, the c-axis is tilted and the hexagonal pieces are oriented in the form of rising, and 0.025 M / l l
In the following cases, it was found that the film was formed with the c-axis perpendicular to the substrate.
【0074】(実施例1−2)次に、温度を65℃で一
定とし、溶液の硝酸亜鉛濃度を0.1M/l、0.02
5M/l、0.01M/lに対して、印加電流密度を約
0.5mA/cm2〜約100mA/cm2で変化させ
て、成膜を行った。堆積速度を印加電流密度の依存性と
してプロットしたのが図5である。いずれの濃度でも、
印加電流密度が5mA/cm2程度までは、ほぼ直線的
に堆積速度が増加している。印加電流密度が5mA/c
m2を越えると堆積速度が下がると共に、SEM像観察
によると異常成長が見られ、酸化亜鉛ではなく金属亜鉛
の析出がみられたが、攪拌によりこれを防ぐことは可能
である。攪拌により少なくとも1から100mA/cm
2の範囲で良好な堆積が可能であった。つまり溶液系か
らの成長エージェントの補給が反応を律速していること
が判る。ここでも、成膜速度によらず、溶液の硝酸亜鉛
濃度が0.1M/lの時にはc軸が傾いて配向し、0.
025M/lおよび0.01M/lの時にはc軸配向と
なって結晶粒が成長していることが見いだされた。Example 1-2 Next, the temperature was kept constant at 65 ° C., and the concentration of zinc nitrate in the solution was adjusted to 0.1 M / l, 0.02
Film formation was performed by changing the applied current density from about 0.5 mA / cm2 to about 100 mA / cm2 with respect to 5 M / l and 0.01 M / l. FIG. 5 plots the deposition rate as a function of the applied current density. At any concentration,
Up to an applied current density of about 5 mA / cm 2, the deposition rate increases almost linearly. 5 mA / c applied current density
If it exceeds m2, the deposition rate decreases, and abnormal growth is observed according to SEM image observation. Precipitation of metal zinc instead of zinc oxide was observed, but this can be prevented by stirring. At least 1 to 100 mA / cm by stirring
In the range of 2, good deposition was possible. That is, it is understood that the supply of the growth agent from the solution system controls the reaction. Also here, regardless of the film forming rate, when the zinc nitrate concentration of the solution is 0.1 M / l, the c-axis is inclined and oriented.
At 025 M / l and 0.01 M / l, it was found that the crystal grains grew with c-axis orientation.
【0075】0.1M/lの時のc軸が傾いて配向して
いるサンプルからのX線回析パターンを図6に、0.0
25M/lの時のc軸配向となって結晶粒が成長してい
るサンプルからのX線回析パターンを図7に、それぞれ
示す。下地基板の影響は補正してある。SEM像の違い
も明確であって、図6のX線回析パターンを示すサンプ
ルは、六角の結晶片総てが立ち上がったモルフォロジー
を示す一方、図7のX線回析パターンを示すサンプル
は、六角の結晶片の上面だけが面内に観察される。温度
の変化は、粒径を変えるのみで、このSEM像の見えか
たの違いとはならない。FIG. 6 shows an X-ray diffraction pattern from a sample in which the c-axis is inclined and oriented at 0.1 M / l.
FIG. 7 shows an X-ray diffraction pattern from a sample in which crystal grains are grown with a c-axis orientation at 25 M / l. The effect of the underlying substrate has been corrected. The difference between the SEM images is also clear. The sample showing the X-ray diffraction pattern in FIG. 6 shows the morphology in which all hexagonal crystal fragments have risen, while the sample showing the X-ray diffraction pattern in FIG. Only the upper surface of the hexagonal crystal piece is observed in the plane. The change in temperature only changes the particle size, and does not make a difference in the appearance of the SEM image.
【0076】堆積反応に1価のイオンが介在しているか
2価のイオンが介在しているか判断するため、酸化亜鉛
の密度からどのくらいの成膜速度が期待されるかを計算
したものが図3中の破線であり、誤差の範囲で十分に、
1価のイオンが関与している、すなわち1価収集である
ことが判った。このことから、おそらく水溶液中から酸
化亜鉛を成長させるのに鍵となる因子はZn(NO3)
+であることが推定される。In order to determine whether monovalent ions or divalent ions are present in the deposition reaction, FIG. The broken line in the middle is enough within the range of the error,
It was found that monovalent ions were involved, ie, monovalent collection. Thus, perhaps the key factor in growing zinc oxide from aqueous solution is Zn (NO3)
+ Is estimated.
【0077】すなわち、上述の実施例より、約50℃よ
り高い温度で酸化亜鉛の堆積が良好におこなわれ、その
結晶粒径は溶液濃度と液温に依ること、堆積速度は印加
する電流密度に依存すること、配向性は溶液濃度に依存
すること、それらを支配している因子がZn(NO3)
+であるらしいこと、が見出だされた。このことは、溶
液濃度と液温を適宜選ぶと、硝酸亜鉛とサッカロースを
含む水溶液から、所定の結晶粒の酸化亜鉛膜を所望の配
向性(c軸を傾けるか垂直にするか)で成膜できること
を示している。That is, from the above-described embodiment, zinc oxide is deposited favorably at a temperature higher than about 50 ° C., the crystal grain size depends on the solution concentration and the liquid temperature, and the deposition rate depends on the applied current density. Dependence, the orientation depends on the solution concentration, and the factor controlling them is Zn (NO3).
It seems that it seems to be +. This means that by appropriately selecting the solution concentration and the solution temperature, a zinc oxide film having predetermined crystal grains is formed from an aqueous solution containing zinc nitrate and saccharose with a desired orientation (whether the c-axis is inclined or vertical). Indicates that you can do it.
【0078】(実施例2−1)5×5cmのステンレス
(430BA)基板の上に水溶液から酸化亜鉛を300
0オングストローム堆積した。即ち、99.99%の亜
鉛板を正極とし、該ステンレス基板を負極として、70
度に保った、サッカロース20g/lを加えた0.1M
/l硝酸亜鉛水溶液に浸漬し、この水溶液を攪拌しなが
ら、ガルバノスタットを用いて、間隙3.5cmの両極
間の間に、20mAの電流を流した。10分後には、散
乱による乳白色を呈する酸化亜鉛の膜が析出した。この
時の水溶液の水素イオン濃度(pH)は5.4であっ
た。これを圧搾空気で水切りして得られた膜を膜aとす
る。(Example 2-1) On a 5 × 5 cm stainless (430BA) substrate, 300 zinc oxide was added from an aqueous solution.
0 Å was deposited. That is, a 99.99% zinc plate was used as a positive electrode, and the stainless steel substrate was used as a negative electrode.
0.1M with sucrose 20g / l added
Then, a current of 20 mA was passed between the electrodes having a gap of 3.5 cm using a galvanostat while the aqueous solution was immersed in an aqueous zinc nitrate solution. After 10 minutes, a milky white zinc oxide film was deposited by scattering. At this time, the hydrogen ion concentration (pH) of the aqueous solution was 5.4. This is drained with compressed air to obtain a film a.
【0079】(実施例2−2)実施例1−1の水溶液を
純水で40倍に希釈加え、温度を85度に保った以外は
実施例1−1と同じ手順にて同じく3000オングスト
ロームの酸化亜鉛層を得た。pHは6.4であり、透明
な干渉色を呈する膜が堆積した。これを膜bとする。(Example 2-2) The same procedure as in Example 1-1 was repeated except that the aqueous solution of Example 1-1 was diluted 40 times with pure water and the temperature was maintained at 85 ° C. A zinc oxide layer was obtained. The pH was 6.4, and a film having a transparent interference color was deposited. This is referred to as a film b.
【0080】(参考例2−3)実施例1−1と同じステ
ンレス基板の上にDCマグネトロン・スパッタで酸化亜
鉛を同様の厚みで蒸着した。即ち、酸化亜鉛ターゲット
を用い、Arを2sccm流しながら10mTorrに
て100Wのパワーで5分間スパッタし、3000オン
グストロームの酸化亜鉛層を得た。膜の外観は実施例1
−2の様に干渉色を呈する透明な膜であった。これを膜
cとする。REFERENCE EXAMPLE 2-3 Zinc oxide was deposited on the same stainless steel substrate as in Example 1-1 by DC magnetron sputtering to have the same thickness. That is, using a zinc oxide target, sputtering was performed for 5 minutes at a power of 100 W at 10 mTorr while flowing Ar at 2 sccm to obtain a 3000 Å zinc oxide layer. Example 1
A transparent film exhibiting an interference color like -2. This is referred to as a film c.
【0081】(参考例2−4)同様のステンレス基板の
上に参考例2−3と同じくDCマグネトロン・スパッタ
で酸化亜鉛を5倍の厚みで蒸着した。厚みを厚くするた
めに、蒸着時間を5倍とした。できた膜は1.5ミクロ
ンであった。膜の外観は干渉色を呈する透明な膜であっ
た。これを膜dとする。REFERENCE EXAMPLE 2-4 Zinc oxide was deposited on the same stainless steel substrate in the same manner as in Reference Example 2-3 to a thickness of 5 times by DC magnetron sputtering. In order to increase the thickness, the deposition time was increased five times. The resulting film was 1.5 microns. The appearance of the film was a transparent film exhibiting interference colors. This is referred to as a film d.
【0082】(実施例2−5)堆積時間を3分としたほ
かは実施例1−2と同じ方法で、透明な干渉色を呈す
る、約1000オングストロームの酸化亜鉛層を堆積さ
せた。この後、約1000オングストロームの酸化亜鉛
層が堆積したステンレス基板を電極として、堆積時間を
7分としたほかは実施例1−1と同じ方法で、約200
0オングストロームの酸化亜鉛層を積層せしめた。この
複合の膜を膜eとする。(Example 2-5) A zinc oxide layer having a transparent interference color and having a thickness of about 1000 angstroms was deposited in the same manner as in Example 1-2 except that the deposition time was changed to 3 minutes. Thereafter, a stainless steel substrate on which a zinc oxide layer of about 1000 Å was deposited was used as an electrode, and the deposition time was about 7 minutes, except that the deposition time was about 7 minutes.
A 0 Å layer of zinc oxide was deposited. This composite film is referred to as a film e.
【0083】膜aの分光全反射率は、膜厚が薄いにも関
わらず、近赤外領域で干渉パターンがぼやけ、極めて散
乱特性の良いことを示していた。The spectral total reflectance of the film a showed that the interference pattern was blurred in the near-infrared region even though the film thickness was thin, indicating that the scattering characteristics were extremely good.
【0084】膜aからeをSEMにて観察したところ、
膜aと膜eは1.2ミクロンの前後の径の扁状の多結晶
構造であり、膜bは0.1ミクロン前後の径の鱗状の多
結晶構造であり、膜c及びdはSEMにては分解能が不
十分で配向性を評価するだけの形状が見られなかった
が、数百オングストロームの粒径の粒状集合構造である
ことは確認できた。When the films a to e were observed by SEM,
The film a and the film e have a flat polycrystalline structure with a diameter of about 1.2 μm, the film b has a scale-like polycrystalline structure with a diameter of about 0.1 μm, and the films c and d are Although the resolution was insufficient and the shape was not enough to evaluate the orientation, it was confirmed that it was a granular aggregate structure with a particle size of several hundred angstroms.
【0085】膜aからcをX線回析によって評価したと
ころ、膜aは図6に示す様な結果となり、酸化亜鉛の六
方晶系の回析でc軸が垂直から倒れているものが主要な
部分を占めることが解った。この時のX線回析の<00
2>の強度が<101>の強度の30%であった。膜b
とcは<002>の回析ピークが主要であり、膜bの回
析パターン例は、図7に示すようにc軸に配向している
ことが判明した。When the films a to c were evaluated by X-ray diffraction, the results of the film a were as shown in FIG. 6, and those whose c-axis was tilted from vertical in the hexagonal diffraction of zinc oxide were mainly used. It turns out that it occupies a part. At this time, X-ray diffraction <00
The intensity of 2> was 30% of the intensity of <101>. Membrane b
And c mainly have a diffraction peak of <002>, and it was found that the example of the diffraction pattern of the film b is oriented along the c-axis as shown in FIG.
【0086】更に、膜a、b、c、d、eの上に、順次
a−Si(n)、a−SiGe(i)、mc−Si
(p)をマイクロ波CVDで蒸着し、次にITOを60
0オングストロームに蒸着し、更に銀でグリットを形成
して上部取出し電極とした。この様にして作製した太陽
電池をソーラーシュミレータのもとで評価したところ、
膜aの短絡電流密度Jscは10.2mA、膜bの短絡
電流密度Jscは9.5mA、膜cの短絡電流密度Js
cは8.6mA、膜dの短絡電流密度Jscは9.3m
A、膜eの短絡電流密度Jscは10.0mA、と大き
な違いを生じた。Further, a-Si (n), a-SiGe (i) and mc-Si are sequentially formed on the films a, b, c, d and e.
(P) is deposited by microwave CVD and then ITO is
Evaporation was performed to 0 angstrom, and a grit was formed with silver to obtain an upper extraction electrode. When the solar cell fabricated in this way was evaluated under a solar simulator,
The short-circuit current density Jsc of the film a is 10.2 mA, the short-circuit current density Jsc of the film b is 9.5 mA, and the short-circuit current density Js of the film c is
c is 8.6 mA, and the short-circuit current density Jsc of the film d is 9.3 m.
A and the short-circuit current density Jsc of the film e were 10.0 mA, which was a great difference.
【0087】更にまた、膜a、b、c、d、eを基板ご
と折り曲げて剥離性を検討した。膜aは、折り曲げ部分
で剥離が始まり、曲げ戻しでほとんど剥離してしまっ
た。一方膜b、c、d、eは180度の角度で折り曲げ
ても剥離は観察されず、密着性の高いことが確認され
た。Further, the films a, b, c, d and e were bent together with the substrate, and the peelability was examined. The film a started peeling at the bent portion and almost peeled off at the time of bending back. On the other hand, when the films b, c, d, and e were bent at an angle of 180 degrees, no peeling was observed, and it was confirmed that the adhesiveness was high.
【0088】光起電力素子への応用例 (実施例3)半導体層にpin接合を3つ有する太陽電池を作
成した。具体的には、支持体(SUS430 15×15cm2 厚さ0.
2mm)/金属層Ag/透明導電層ZnO/半導体層/透明導電層ITO
/集電電極Crで構成された太陽電池を作成した。 Example of Application to Photovoltaic Element (Example 3) A solar cell having three pin junctions in a semiconductor layer was prepared. Specifically, the support (SUS430 15 × 15cm2 thickness 0.
2mm) / Metal layer Ag / Transparent conductive layer ZnO / Semiconductor layer / Transparent conductive layer ITO
/ A solar cell composed of the current collecting electrode Cr was created.
【0089】まず、支持体上に金属層Agを通常のスパッ
タ法で作成して、導電性基体を作成した。次に、図1の
装置を用いて温湯槽で85℃の温水に浸して予め加熱した
導電性基体上に、表1の条件に示すようにグルコースを
含有した硝酸イオンと亜鉛イオンを含む水溶液を用いて
透明導電層ZnOを2.0μmの厚さで作成した。First, a metal layer Ag was formed on a support by a normal sputtering method to form a conductive substrate. Next, an aqueous solution containing nitrate ions and zinc ions containing glucose as shown in the conditions of Table 1 was placed on a conductive substrate pre-heated by immersing in hot water at 85 ° C. in a hot water bath using the apparatus of FIG. A transparent conductive layer ZnO was formed with a thickness of 2.0 μm using the above.
【0090】半導体層は第1のn型ドープ層 a-Si:H:P/第
1のi層 a-SiGe:H/第1のp型ドープ層 μc-Si:H:B/第2のn型ドープ層 a-Si:H:P/第2のi層 a-Si
Ge:H/第2のp型ドープ層 μc-Si:H:B/第3のn型ドープ層 a-Si:H:P/第3のi層 a-S
i:H/第3のp型ドープ層 μc-Si:H:Bといった構成のものをプラズマCVD法で作成
した。透明導電層ITOは通常のスパッタ法、集電電極Cr
は通常の真空蒸着法で作成した。透明導電層ITOは、マ
スキングによって半導体層の上に1cm2の面積をもった円
形状に計100個作成してサブセルとし、それぞれのサブ
セル上に集電電極を作成した。The semiconductor layer is a first n-type doped layer a-Si: H: P /
1 i-layer a-SiGe: H / first p-type doped layer μc-Si: H: B / second n-type doped layer a-Si: H: P / second i-layer a-Si
Ge: H / second p-type doped layer μc-Si: H: B / third n-type doped layer a-Si: H: P / third i-layer aS
A structure such as i: H / third p-type doped layer μc-Si: H: B was formed by a plasma CVD method. The transparent conductive layer ITO is formed by a normal sputtering method,
Was prepared by a normal vacuum deposition method. A total of 100 transparent conductive layer ITOs were formed in a circular shape having an area of 1 cm2 on the semiconductor layer by masking to form subcells, and current collecting electrodes were formed on each subcell.
【0091】(比較例1)透明導電層ZnOを表2に示す条件
で作成した以外は、実施例3と同様に、半導体層にpin接
合を3つ有する図3の太陽電池を作成した。実施例3と同
様に、透明導電層ITOは、マスキングによって図3に示す
ように半導体層の上に1cm2の面積をもった円形状に計10
0個作成しサブセルとし、それぞれのサブセル上に集電
電極を作成した。Comparative Example 1 A solar cell of FIG. 3 having three pin junctions in the semiconductor layer was produced in the same manner as in Example 3, except that the transparent conductive layer ZnO was produced under the conditions shown in Table 2. As in Example 3, the transparent conductive layer ITO was formed into a circular shape having an area of 1 cm2 on the semiconductor layer by masking as shown in FIG.
Zero cells were formed as subcells, and a current collecting electrode was formed on each subcell.
【0092】実施例3の太陽電池と比較例1の太陽電池の
太陽電池特性をソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW/
cm2、表面温度25℃)を用いて測定した。同時にシャント
抵抗(Rsh)を測定してリーク電流の発生の程度を評価し
た。シャント抵抗については、実用に耐えうるための基
準を設け、その基準を上回ったものを良品とみなし、良
品率から酸化亜鉛薄膜の異常成長の発生度を評価した。
また、良品と判断されたサブセルの太陽電池特性を調
べ、光変換効率の標準偏差からそのばらつき具合を調
べ、酸化亜鉛薄膜の均一性として評価した。また、HH試
験(高温高湿試験)を行なった太陽電池を碁盤目テープ法
を用いて密着性を評価した。HH試験は、それぞれの太陽
電池を環境試験箱に投入し、温度85℃、湿度85%の状態
で100時間保持する方法で行なった。碁盤目テープ法
は、環境試験箱から取り出した太陽電池を1mmのすきま
間隔にカッターナイフで支持体に達する切り傷を碁盤目
状につけ、この碁盤目の上に粘着テープを張り、はがし
たあとの膜の付着状態を目視によって観察する方法で行
なった。The solar cell characteristics of the solar cell of Example 3 and the solar cell of Comparative Example 1 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW /
cm2, surface temperature 25 ° C). At the same time, the shunt resistance (Rsh) was measured to evaluate the degree of leakage current. With respect to the shunt resistance, a criterion for withstanding practical use was established, and a value exceeding the criterion was regarded as a non-defective product.
In addition, the solar cell characteristics of the sub-cells that were determined to be non-defective were examined, the degree of variation was examined from the standard deviation of light conversion efficiency, and the zinc oxide thin film was evaluated as uniform. The adhesion of the solar cells subjected to the HH test (high-temperature high-humidity test) was evaluated by using a grid tape method. The HH test was performed by placing each solar cell in an environmental test box and maintaining the temperature at 85 ° C. and a humidity of 85% for 100 hours. The cross-cut tape method uses a cutter knife to cut the solar cell taken out of the environmental test box with a cutter knife at intervals of 1 mm in a cross-cut pattern, attaches an adhesive tape on the cross-cut, and removes it. It was performed by a method of visually observing the adhered state of the film.
【0093】その結果、実施例3の太陽電池は比較例1の
太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率の
標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れて
いたが、とくに良品サブセルの光変換効率の標準偏差は
比較例1の1/5と小さかった。As a result, the solar cell of Example 3 was superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of the non-defective subcells, and the adhesion test by the cross-cut tape method. The standard deviation of the light conversion efficiency of the non-defective subcell was as small as 1/5 of Comparative Example 1.
【0094】(実施例4)実施例3におけるグルコースをサ
ッカロースに変えたほかは実施例3と同様にして太陽電
池を作成した。条件を表3に示す。(Example 4) A solar cell was produced in the same manner as in Example 3 except that glucose in Example 3 was changed to saccharose. Table 3 shows the conditions.
【0095】その結果、実施例4の太陽電池は比較例1の
太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率の
標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れて
いたが、とくに良品率は100%であった。As a result, the solar cell of Example 4 was superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of non-defective subcells, and the adhesion test by the cross-cut tape method. The non-defective rate was 100%.
【0096】(実施例5)実施例3におけるグルコースをデ
キストリンに変えたほかは実施例3と同様にして太陽電
池を作成した。条件を表4に示す。(Example 5) A solar cell was produced in the same manner as in Example 3 except that glucose in Example 3 was changed to dextrin. Table 4 shows the conditions.
【0097】その結果、実施例5の太陽電池は比較例1の
太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率の
標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れて
いたが、とくに碁盤目テープ法による密着性試験が優れ
ていた。As a result, the solar cell of Example 5 was superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of non-defective subcells, and the adhesion test by the cross-cut tape method. The adhesion test by the cross-cut tape method was excellent.
【0098】(実施例6)実施例3におけるグルコースをグ
ルコース、サッカロース、及びデキストリンの混合物に
変えたほかは実施例3と同様にして太陽電池を作成し
た。条件を表5に示す。(Example 6) A solar cell was produced in the same manner as in Example 3, except that glucose in Example 3 was changed to a mixture of glucose, saccharose, and dextrin. Table 5 shows the conditions.
【0099】その結果、実施例6の太陽電池は比較例1の
太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率の
標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れて
いた。As a result, the solar cell of Example 6 was superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of non-defective subcells, and the adhesion test by the grid tape method.
【0100】(実施例7)実施例6における硝酸イオン濃度
を2倍にした他は実施例6と同様に光起電力素子を作成し
た。条件を表6に示す。Example 7 A photovoltaic device was prepared in the same manner as in Example 6, except that the nitrate ion concentration in Example 6 was doubled. Table 6 shows the conditions.
【0101】その結果、実施例7の太陽電池は比較例1の
太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率の
標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れて
いた。As a result, the solar cell of Example 7 was superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of non-defective subcells, and the adhesion test by the grid tape method.
【0102】(実施例8)図1の装置を用いて表7に示す条
件でNESAガラス上にZnOを2.0μmの厚さで堆積させたサ
ンプルを作成した。サンプルは表7に示した温度ごとに6
種類作成した。サンプルの透過率をスペクトロメーター
で測定し、800nmの透過率の値を比較したところ、水溶
液温度が50℃以上の5サンプルはほぼ同様な透過率を示
したが、水溶液温度が40℃のサンプルは50℃以上のサン
プルに対して10%低い透過率を示した。Example 8 Using the apparatus shown in FIG. 1, a sample was prepared by depositing ZnO to a thickness of 2.0 μm on NESA glass under the conditions shown in Table 7. Samples are 6 for each temperature shown in Table 7.
Type created. When the transmittance of the sample was measured with a spectrometer and the values of the transmittance at 800 nm were compared, five samples with an aqueous solution temperature of 50 ° C or higher showed almost the same transmittance, but the sample with an aqueous solution temperature of 40 ° C did not. It showed a 10% lower transmittance for samples above 50 ° C.
【0103】続いて実施例3と同様に光起電力素子を作
成した。Subsequently, a photovoltaic element was produced in the same manner as in Example 3.
【0104】実施例8の太陽電池の太陽電池特性をソー
ラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm2、表面温度25℃)
を用いて測定した。その結果、水溶液温度が50℃以上の
5つの太陽電池は、ほぼ同様な光変換効率を示したが、
水溶液温度が40℃の太陽電池は50℃以上の太陽電池に対
して10%低い光変換効率を示した。The solar cell characteristics of the solar cell of Example 8 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2, surface temperature 25 ° C.).
It measured using. As a result, the temperature of the aqueous solution
Five solar cells showed almost the same light conversion efficiency,
A solar cell with an aqueous solution temperature of 40 ° C showed 10% lower light conversion efficiency than a solar cell with a temperature of 50 ° C or higher.
【0105】以上のことから、硝酸イオンと亜鉛イオン
と炭水化物を含有してなる水溶液の温度が50℃以上で優
れた光起電力素子ができることがわかった。From the above, it has been found that an excellent photovoltaic element can be obtained when the temperature of the aqueous solution containing nitrate ions, zinc ions and carbohydrates is 50 ° C. or higher.
【0106】(実施例9)図1の装置を用いて表8に示す条
件でNESAガラス上にZnOを2μmの厚さで堆積させたサン
プルを作成した。サンプルは表8に示した電流密度ごと
に6種類作成した。サンプルの透過率をスペクトロメー
ターで測定し、800nmの透過率の値を比較したところ、
電流密度が10mA/dm2から10A/dm2の4サンプルでは、ほぼ
同様な透過率を示したが、電流密度が5mA/dm2と20A/dm2
のサンプルは10mA/dm2から10A/dm2の4サンプル
に対して5%低い透過率を示した。Example 9 Using the apparatus shown in FIG. 1, a sample was prepared by depositing ZnO to a thickness of 2 μm on NESA glass under the conditions shown in Table 8. Six types of samples were prepared for each current density shown in Table 8. When the transmittance of the sample was measured with a spectrometer and the values of the transmittance at 800 nm were compared,
The four samples with current densities of 10 mA / dm2 to 10 A / dm2 showed almost the same transmittance, but the current densities were 5 mA / dm2 and 20 A / dm2.
The sample No. 4 showed 5% lower transmittance than the four samples from 10 mA / dm2 to 10 A / dm2.
【0107】続いて実施例3と同様に光起電力素子を作
成した。Subsequently, a photovoltaic element was produced in the same manner as in Example 3.
【0108】実施例9の太陽電池の太陽電池特性をソー
ラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm2、表面温度25℃)
を用いて測定した。その結果、電流密度が10mA/dm2から
10A/dm2の4つの太陽電池は、ほぼ同様な光変換効率を示
したが、電流密度が5mA/dm2と20A/dm2のの太陽電池は電
流密度が10mA/dm2から10A/dm2の太陽電池に対して5%低
い光変換効率を示した。The solar cell characteristics of the solar cell of Example 9 were measured using a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2, surface temperature 25 ° C.).
It measured using. As a result, the current density increases from 10 mA / dm2
The four solar cells with 10A / dm2 showed almost the same light conversion efficiency, but the solar cells with current densities of 5mA / dm2 and 20A / dm2 changed from 10mA / dm2 to 10A / dm2. 5% lower light conversion efficiency.
【0109】以上のことから、印加する電流密度が10mA
/dm2から10A/dm2の範囲で優れた光起電力素子ができる
ことがわかった。As described above, the applied current density is 10 mA.
It has been found that an excellent photovoltaic element can be formed in the range from / dm2 to 10A / dm2.
【0110】(実施例10)実施例6における亜鉛イオン濃
度を半分にし、印加電流密度を2倍にした第1の酸化亜鉛
層を形成し(表9)、続いて、硝酸亜鉛濃度を半分にし、
印加電流密度を1/10にして第2の酸化亜鉛層を形成した
(表10)。その後実施例3と同様にして光起電力素子を作
成した。Example 10 A first zinc oxide layer was formed in which the zinc ion concentration in Example 6 was halved and the applied current density was doubled (Table 9). Subsequently, the zinc nitrate concentration was halved. ,
A second zinc oxide layer was formed with an applied current density of 1/10
(Table 10). Thereafter, a photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 3.
【0111】その結果、実施例10の太陽電池は比較例1
の太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光変換効率
の標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験とも優れ
ていた。As a result, the solar cell of Example 10 was compared with Comparative Example 1
Compared with the solar cell of No. 1, the non-defective product ratio, the standard deviation of the light conversion efficiency of the non-defective sub cell, and the adhesion test by the grid tape method were also excellent.
【0112】(実施例11)他の実施形態の例として長尺シ
ートを用いて図3の構成の太陽電池を作成した。半導体
層は実施例3と同様にpin接合を3つ有するものを用い
た。成膜方法は生産性の高いRoll-to-Roll方式で行なっ
た。Example 11 As an example of another embodiment, a solar cell having the structure shown in FIG. 3 was prepared using a long sheet. A semiconductor layer having three pin junctions as in Example 3 was used. The film was formed by a roll-to-roll system with high productivity.
【0113】まず、Roll-to-Roll方式を用いたスパッタ
リング法を用いてSUS430BA(厚さ0.15mm)からなる支持体
上にアルミニウムからなる金属層0.1μmと酸化亜鉛から
なる透明導電層0.1μmを形成し導電性基体401を作成
し、その後図2に示す装置で酸化亜鉛層を電気化学的に
形成した。条件を表11に示す。First, a metal layer made of aluminum 0.1 μm and a transparent conductive layer made of zinc oxide 0.1 μm were formed on a support made of SUS430BA (thickness 0.15 mm) by a sputtering method using a roll-to-roll method. Then, a conductive substrate 401 was formed, and then a zinc oxide layer was formed electrochemically by the apparatus shown in FIG. Table 11 shows the conditions.
【0114】その後、rolltoroll装置によって実施例3
と同様の太陽電池を作成した。Thereafter, the third embodiment is performed by a roll-to-roll apparatus.
A solar cell similar to the above was created.
【0115】その結果、実施例9のすべての太陽電池は
比較例1の太陽電池に比べて良品率、良品サブセルの光
変換効率の標準偏差、碁盤目テープ法による密着性試験
とも優れていたが、とくに碁盤目テープ法による密着性
試験が優れていた。As a result, all of the solar cells of Example 9 were superior to the solar cell of Comparative Example 1 in terms of the yield rate, the standard deviation of the light conversion efficiency of non-defective subcells, and the adhesion test by the grid tape method. In particular, the adhesion test by the cross-cut tape method was excellent.
【0116】(実施例12−1)約5cm角で厚さ0.
12ミリのステンレス430BAを基体とし、表12の条
件で第1の酸化亜鉛層を形成し、表13の条件で第2の酸化
亜鉛層を形成した。SEM像では、第一の酸化亜鉛層は
ほぼ0.05ミクロンの結晶粒からなり、X線回析では
c軸配向していた。第二の酸化亜鉛層は、ほぼ0.3ミ
クロンの結晶粒が<101>軸配向していた。(Example 12-1) About 5 cm square and 0.1 mm thick.
A first zinc oxide layer was formed under the conditions shown in Table 12, and a second zinc oxide layer was formed under the conditions shown in Table 13, using 12 mm stainless steel 430BA as a base. In the SEM image, the first zinc oxide layer was composed of crystal grains of about 0.05 μm, and was c-axis oriented by X-ray diffraction. In the second zinc oxide layer, crystal grains of about 0.3 μm were oriented in the <101> axis.
【0117】さらにこのあと、半導体層として、CVD
法により、n型非晶質シリコン(a−Si)を200
Å、ノンドープ非晶質シリコン(a−Si)を2000
Å、p型微結晶シリコン(mc−Si)を140Åの順
に積層した。さらに、酸素雰囲気の加熱蒸着でITOを
650Å蒸着し、反射防止効果のある上部電極としての
透明導電膜とした。この上に銀によるグリッドを加熱蒸
着により堆積して上部取り出し電極とした。Thereafter, a semiconductor layer is formed by CVD.
N-type amorphous silicon (a-Si)
を, 2000 of non-doped amorphous silicon (a-Si)
Å, p-type microcrystalline silicon (mc-Si) was stacked in the order of 140 積 層. Further, ITO was deposited at 650 ° by heating in an oxygen atmosphere to form a transparent conductive film as an upper electrode having an antireflection effect. A silver grid was deposited thereon by heating evaporation to form an upper extraction electrode.
【0118】この素子を疑似太陽光のしたで測定したと
ころ、短絡電流密度Jscが11.0mAであった。The device was measured under simulated sunlight, and the short-circuit current density Jsc was 11.0 mA.
【0119】(実施例12−2)第一及び第二の酸化亜
鉛層の形成条件を、それぞれ表14及び表15に示す条件に
した他は、実施例12-1と同様に光起電力素子を作成し
た。Example 12-2 A photovoltaic device was manufactured in the same manner as in Example 12-1, except that the conditions for forming the first and second zinc oxide layers were as shown in Tables 14 and 15, respectively. It was created.
【0120】第一の酸化亜鉛層のSEM像は、ほぼ0.
05ミクロンの結晶粒が、X線回析でc軸に配向してお
り、第二の粒径の、第二の配向性を持つ六方晶系多結晶
からなる第二の酸化亜鉛層のSEM像は、ほぼ1.3ミ
クロンの結晶粒がc軸を傾けて配向していた。The SEM image of the first zinc oxide layer is approximately 0.
SEM image of a second zinc oxide layer composed of a hexagonal polycrystal having a second grain size and a second grain size in which crystal grains of 05 microns are oriented along the c-axis by X-ray diffraction. In this case, crystal grains of about 1.3 μm were oriented with the c-axis tilted.
【0121】この素子を疑似太陽光の下で測定したとこ
ろ、短絡電流密度Jscが11.5mAであった。When the device was measured under simulated sunlight, the short-circuit current density Jsc was 11.5 mA.
【0122】(比較例2)酸化亜鉛層を形成しなかった
ほかは、実施例1と同じ条件で、光起電力素子を作成し
た。この素子を疑似太陽光の下で測定したところ、短絡
電流密度Jscは、7.3mAであった。したがって本
発明の素子は優れた特性を有することがわかった。(Comparative Example 2) A photovoltaic element was produced under the same conditions as in Example 1 except that no zinc oxide layer was formed. When this device was measured under simulated sunlight, the short-circuit current density Jsc was 7.3 mA. Therefore, it was found that the device of the present invention had excellent characteristics.
【0123】(実施例13)約5cm角で厚さ0.12
ミリのステンレス430BAを基体とし、これをアルカ
リ洗浄し、表面に近赤外で反射特性のよい金属層として
銅を2000Åスパッタしたのちに、実施例12-2と同様
の条件で酸化亜鉛層を形成し、光起電力素子を作成し
た。(Example 13) Approximately 5 cm square with a thickness of 0.12
Millimeter stainless steel 430BA was used as a substrate, this was washed with an alkali, and a surface was sputtered with copper as a metal layer having near-infrared and good reflection characteristics at 2000 °, and then a zinc oxide layer was formed under the same conditions as in Example 12-2. Then, a photovoltaic element was created.
【0124】この素子を疑似太陽光の下で測定したとこ
ろ、短絡電流密度Jscが13.9mAと優れた特性を
示した。When this device was measured under simulated sunlight, the short-circuit current density Jsc was 13.9 mA, showing excellent characteristics.
【0125】(比較例3)酸化亜鉛層と形成しなかった
ほかは、実施例14と同じ条件で光起電力素子を形成し
た。この素子を擬似太陽光の下で測定したところ、短絡
電流密度Jscは8.3mAであった。(Comparative Example 3) A photovoltaic element was formed under the same conditions as in Example 14 except that no zinc oxide layer was formed. When this device was measured under simulated sunlight, the short-circuit current density Jsc was 8.3 mA.
【0126】したがって本発明の素子は優れた特性を有
することがわかった。Therefore, it was found that the device of the present invention had excellent characteristics.
【0127】(実施例14)図8に示す連続形成装置で
本発明の酸化亜鉛層を2層形成した。Example 14 Two zinc oxide layers of the present invention were formed using the continuous forming apparatus shown in FIG.
【0128】まずオイルで防錆された支持体ロール80
3は脱脂浴槽806にてオイル分を脱脂される。脱脂浴
805は、水1リットル中に硫酸60mlと塩酸(37
%塩化水素水(以下同様))70mlを含んでなる水溶
液である。温度は室温とする。First, a support roll 80 rust-proofed with oil
In No. 3, oil is degreased in a degreasing bath 806. The degreasing bath 805 contains 60 ml of sulfuric acid and 37 ml of hydrochloric acid (37
% Aqueous hydrogen chloride (the same applies hereinafter). The temperature is room temperature.
【0129】しかるのち搬送ローラー807を経て、水
洗槽810に搬送される。水洗シャワー808と811
にて水洗が十分に行われる。水量は最低毎分2リットル
あることが好ましい。Thereafter, the sheet is conveyed to a washing tank 810 via a conveying roller 807. Wash shower 808 and 811
Washing is performed sufficiently. Preferably, the amount of water is at least 2 liters per minute.
【0130】次に支持体ロールは、搬送ローラー812
を経て、酸性蝕刻浴槽815に搬送される。ここで、フ
ッ酸および硝酸による支持体803の蝕刻が行われる。
用いる酸性蝕刻浴814は、硝酸5に対してフッ酸(4
6%フッ化水素酸、以下同様)3、酢酸1を混合したも
のである。温度は室温とする。この蝕刻によりこの後に
形成される金属層が支持体により密着する効果がある。
また、蝕刻による凹凸が後で形成される酸化亜鉛薄膜の
凹凸形成に効果的な役割を果たす。これによりより効果
的な光閉込め効果を有する光起電力素子とすることが出
来る。Next, the support roll is transported by the transport roller 812.
Is transferred to the acidic etching bath 815. Here, the support 803 is etched with hydrofluoric acid and nitric acid.
The acidic etching bath 814 used is a hydrofluoric acid (4
6% hydrofluoric acid, the same applies hereinafter) 3, and acetic acid 1. The temperature is room temperature. This etching has an effect that a metal layer to be formed later adheres to the support.
In addition, the unevenness due to the etching plays an effective role in forming the unevenness of the zinc oxide thin film formed later. Thereby, a photovoltaic element having a more effective light confinement effect can be obtained.
【0131】さらに脱脂浴後の水洗浴と同様の水洗浴槽
819に搬送される。次工程の金属層形成浴がアルカリ
性であるから、弱アルカリのシャワーとすることも可能
である。Further, it is transported to a washing bath 819 similar to the washing bath after the degreasing bath. Since the metal layer forming bath in the next step is alkaline, it is possible to use a weak alkaline shower.
【0132】支持体ロール803は搬送ローラー82
1、822を経て、金属層形成浴槽826にて金属層を
形成する。金属形成浴825は、水1リットル中に、ピ
ロ燐酸銅80g、ピロ燐酸カリウム300g、アンモニ
ア水(比重0.88)6ml、硝酸カリウム10gから
なる。液温は、50℃〜60℃で制御する。pHは8.
2〜8.8の範囲に入るようにする。陽極824には銅
板を用いる。本装置にては支持体ロール803が接地電
位とされているので、陽極の銅板での電流を読んで層形
成を制御する。本例では電流密度3A/dm2とした。
また、層形成速度は60Å/sであり、金属形成浴中で
形成された金属層802の層厚は4000Åであった。The support roll 803 is
After the steps 1 and 822, a metal layer is formed in a metal layer forming bath 826. The metal forming bath 825 is composed of 80 g of copper pyrophosphate, 300 g of potassium pyrophosphate, 6 ml of aqueous ammonia (specific gravity 0.88), and 10 g of potassium nitrate in one liter of water. The liquid temperature is controlled at 50C to 60C. pH is 8.
It should be in the range of 2-8.8. A copper plate is used for the anode 824. In this apparatus, since the support roll 803 is set to the ground potential, the layer formation is controlled by reading the current in the anode copper plate. In this example, the current density was set to 3 A / dm2.
The layer forming speed was 60 ° / s, and the thickness of the metal layer 802 formed in the metal forming bath was 4000 °.
【0133】その後、水洗槽833で水洗されたのち、
支持体ロール803は搬送ローラー835、836を経
て、第一の酸化亜鉛層形成浴槽840に搬送され、第一
の酸化亜鉛層103が形成される。透明導電性層形成浴
839は、水1リットル中に硝酸亜鉛・6水塩1g、サ
ッカロース20gを含んでなり、85℃の温度に保たれ
る。pHは5.9から6.4に保持される。対向電極8
38は表面をバフ研磨した亜鉛が用いられる。この亜鉛
対向電極に流す電流密度は2A/dm2とした。また、
層形成速度は100Å/sであり、第一の酸化亜鉛層1
03の層厚は1μmであった。Thereafter, after being washed in a washing tank 833,
The support roll 803 is transported to the first zinc oxide layer forming bath 840 via the transport rollers 835 and 836, and the first zinc oxide layer 103 is formed. The transparent conductive layer forming bath 839 contains 1 g of zinc nitrate hexahydrate and 20 g of saccharose in 1 liter of water, and is maintained at a temperature of 85 ° C. The pH is kept between 5.9 and 6.4. Counter electrode 8
38 is made of zinc whose surface is buffed. The current density applied to the zinc counter electrode was 2 A / dm2. Also,
The layer formation rate was 100 ° / s, and the first zinc oxide layer 1
03 had a thickness of 1 μm.
【0134】その後、水洗槽847で水洗されたのち、
支持体ロール803は搬送ローラー849、850を経
て、第二の酸化亜鉛層形成浴槽854に搬送され、第二
の酸化亜鉛層104が形成される。第二の酸化亜鉛層形
成浴839は、水1リットル中に硝酸亜鉛・6水塩30
g、サッカロース20gを含んでなり、75℃の温度に
保たれる。pHは5.2から5.8に保持される。対向
電極852は表面パフ研磨した亜鉛が用いられる。この
亜鉛対向電極に流す電流密度は2A/dm2とした。ま
た、層形成速度は100Å/sであり、第二の酸化亜鉛
層形成浴中で形成された、第二の酸化亜鉛層104の層
厚は1μmであった。Then, after being washed with water in a washing tank 847,
The support roll 803 is transported to the second zinc oxide layer forming bath 854 via the transport rollers 849 and 850, and the second zinc oxide layer 104 is formed. The second zinc oxide layer forming bath 839 contains zinc nitrate hexahydrate 30 in 1 liter of water.
g, 20 g of saccharose and maintained at a temperature of 75 ° C. The pH is kept between 5.2 and 5.8. For the counter electrode 852, zinc whose surface is puffed is used. The current density applied to the zinc counter electrode was 2 A / dm2. The layer formation rate was 100 ° / s, and the layer thickness of the second zinc oxide layer 104 formed in the second zinc oxide layer forming bath was 1 μm.
【0135】さらに、支持体ロール803は水洗槽86
1に送られて水洗される。Further, the support roll 803 is attached to the washing tank 86.
It is sent to 1 and washed with water.
【0136】しかるのち支持体ロール803は搬送ロー
ラー863を経て乾燥炉864に送られる。乾燥炉86
4は温風ノズル865と赤外線ヒーター866からなっ
ており、温風は溌水も同時に行う。温風ノズル865か
らの温風は150℃で制御し、赤外線ヒーター866は
200℃で制御した。最後に巻き取りローラー802に
よって巻き取られる。After that, the support roll 803 is sent to the drying furnace 864 via the transport roller 863. Drying furnace 86
Reference numeral 4 denotes a hot air nozzle 865 and an infrared heater 866, and the hot air simultaneously repels water. The hot air from the hot air nozzle 865 was controlled at 150 ° C, and the infrared heater 866 was controlled at 200 ° C. Finally, it is taken up by a take-up roller 802.
【0137】支持体ロールのプロセススピードは20c
m/minとした。支持体ロールにかかわっている張力
は10kgとした。張力は巻き取りローラー802に組
み込まれた不図示の張力調整クラッチによって制御され
る。The process speed of the support roll is 20 c
m / min. The tension related to the support roll was 10 kg. The tension is controlled by a tension adjustment clutch (not shown) incorporated in the winding roller 802.
【0138】金属層形成浴槽826は空気攪拌とし、第
一の酸化亜鉛層形成浴槽840及び第二の酸化亜鉛層形
成浴槽854は機械攪拌とした。また、いずれも、ガラ
ス電極を用いた温度補正を内蔵したpH計にて常時浴の
pHモニターし、金属層形成浴槽826ではアンモニア
を追加し、第一の酸化亜鉛層形成浴槽840及び第二の
酸化亜鉛層形成浴槽854では適宜硝酸亜鉛を追加して
浴のpHを制御した。The metal layer forming bath 826 was agitated with air, and the first zinc oxide layer forming bath 840 and the second zinc oxide layer forming bath 854 were mechanically stirred. In each case, the pH of the bath was constantly monitored by a pH meter with a built-in temperature correction using a glass electrode, ammonia was added in the metal layer forming bath 826, and the first zinc oxide layer forming bath 840 and the second In the zinc oxide layer forming bath 854, the pH of the bath was controlled by appropriately adding zinc nitrate.
【0139】その後、roll to roll装置で光起電力素子
を作成した。After that, a photovoltaic element was prepared by a roll-to-roll apparatus.
【0140】本実施例においては、金属形成浴625と
して、水1リットル中に、ピロ燐酸銅80g、ピロ燐酸
カリウム300g、アンモニア水(比重0.88)6m
l、硝酸カリウム10gからなる水溶液を選んだが、ピ
ロ燐酸銅は60〜110g、ピロ燐酸カリウムは100
〜500g、アンモニア水は1〜10ml,硝酸カリウ
ムは5〜20gの範囲で使用できる。ピロ燐酸カリウム
は、成膜される銅の凹凸に寄与し、多く入れると凹凸性
が抑制される。また過剰なピロ燐酸カリウムは、オルソ
燐酸の生成が起こり、電流密度の減少を招く。硝酸カリ
ウムもアンモニア水も少ないと凹凸制が増大に寄与す
る。密着性の点からはある程度の存在が好ましい。In this embodiment, 80 g of copper pyrophosphate, 300 g of potassium pyrophosphate, and 6 m of aqueous ammonia (specific gravity 0.88) were used as the metal forming bath 625 in one liter of water.
1, an aqueous solution consisting of 10 g of potassium nitrate was selected, but copper pyrophosphate was 60 to 110 g, and potassium pyrophosphate was 100 g.
500 g, ammonia water 1-10 ml, and potassium nitrate 5-20 g. Potassium pyrophosphate contributes to the unevenness of the copper to be formed, and when added in a large amount, the unevenness is suppressed. Excess potassium pyrophosphate causes orthophosphoric acid to be generated, resulting in a decrease in current density. When the amount of potassium nitrate and the amount of ammonia water are both small, the unevenness contributes to the increase. From the point of adhesion, a certain amount is preferable.
【0141】本実施例においては、第一の酸化亜鉛層形
成839は、水1リットル中に硝酸亜鉛・6水塩1g、
サッカロース20gを含んでなる水溶液を選んだが、硝
酸亜鉛・6水塩は0.1g〜80g、サッカロースを3
g〜100g、さらに硝酸を50mlを上限として加え
ることもできるし、また、pHの管理を容易にする目的
で酢酸を3〜20ml加えてもよい。In this embodiment, the first zinc oxide layer formation 839 is composed of 1 g of zinc nitrate hexahydrate in 1 liter of water,
An aqueous solution containing 20 g of saccharose was selected, but 0.1 g to 80 g of zinc nitrate hexahydrate and 3 g of sucrose were used.
g to 100 g, and 50 ml of nitric acid as an upper limit, or 3 to 20 ml of acetic acid for the purpose of facilitating pH control.
【0142】本実施例においては、第二の酸化亜鉛層形
成浴853は、水1リットル中に硝酸亜鉛・6水塩30
g、サッカロース20gを含んでなる水溶液を選んだ
が、硝酸亜鉛・6水塩は1g〜80g、サッカロースを
3g〜100g、さらに硝酸を50mlを上限として加
えることもできるし、また、pHの管理を容易にする目
的で酢酸を3〜20ml加えてもよい。In the present embodiment, the second zinc oxide layer forming bath 853 contains zinc nitrate hexahydrate 30 liters in one liter of water.
g, an aqueous solution containing 20 g of saccharose was selected, but zinc nitrate hexahydrate can be added up to 1 g to 80 g, saccharose to 3 g to 100 g, and nitric acid up to 50 ml, and the pH can be easily controlled. Acetic acid may be added in an amount of 3 to 20 ml for the purpose.
【0143】(比較例4)銅と酸化亜鉛をステンレス上
にスパッタ装置で堆積したほかは実施例14と同じ条件で
光起電力素子を作成した。実施例14の素子は比較例4の
素子に比べて1.13倍の光電変換効率を示し、本発明
による光起電力素子の優れていることが示された。主に
これは、短絡電流の改善によるもので、本発明による酸
化亜鉛多結晶膜のc軸が傾いた配向形状が、光起電力素
子の光閉じ込めに極めて有効に働いていることを示して
いる。Comparative Example 4 A photovoltaic element was prepared under the same conditions as in Example 14 except that copper and zinc oxide were deposited on stainless steel by a sputtering apparatus. The device of Example 14 exhibited 1.13 times the photoelectric conversion efficiency as compared with the device of Comparative Example 4, indicating that the photovoltaic device according to the present invention was excellent. This is mainly due to the improvement of the short-circuit current, and indicates that the orientation shape in which the c-axis of the zinc oxide polycrystalline film according to the present invention is inclined works extremely effectively in confining the light of the photovoltaic device. .
【0144】次にこの素子を、85℃−85%RHの環
境試験箱に入れ、1V逆バイアスをかけ、時間経過とと
もに特性モニターした。比較例4の素子が10分で使用
不可能シャントのレベルに近づき1時間で使用に耐えな
くなったのに対し、実施例14の素子は、16時間にわた
って使用可能域に留まった。したがって本発明の素子
は、すぐれた特性を有することがわかった。Next, this device was placed in an environmental test box at 85 ° C. and 85% RH, and a 1 V reverse bias was applied thereto, and the characteristics were monitored over time. While the device of Comparative Example 4 approached the unusable shunt level in 10 minutes and became unusable in 1 hour, the device of Example 14 stayed in the usable range for 16 hours. Therefore, it was found that the device of the present invention had excellent characteristics.
【0145】(実施例15)水洗ならびに溶液の温度を
全工程にわたってほぼ75℃とした例を次に示す。図8
で示した装置を用い、水洗は全て75℃の温水とし、す
べての浴の温度も75℃とした。ただし、蝕刻浴は、硝
酸3、フッ酸2、酢酸3を混合したものとし、金属層形
成浴は、実施例14と同じもの、第一の酸化亜鉛層形成
浴839は、水1リットル中に硝酸亜鉛・6水塩3g、
硝酸2ml、酢酸1ml、サッカロース90gを含んで
なるものを、第二の酸化亜鉛層形成浴853は、水1リ
ットル中に硝酸亜鉛・6水塩30g、硝酸2ml、酢酸
1ml、サッカロース90gを含んでなるものを用い
た。また、電流密度は、金属層形成浴で2A/dm2、
第一の酸化亜鉛層形成浴839で0.4A/dm2、第
二の酸化亜鉛層形成浴853で0.6A/dm2とし
た。(Example 15) An example in which the temperature of the solution was washed and the temperature of the solution was set to approximately 75 ° C throughout the entire process was as follows. FIG.
Was used, and the temperature of all baths was set to 75 ° C., and the temperature of all baths was set to 75 ° C. However, the etching bath was a mixture of nitric acid 3, hydrofluoric acid 2, and acetic acid 3. The metal layer forming bath was the same as in Example 14, and the first zinc oxide layer forming bath 839 was in 1 liter of water. 3 g of zinc nitrate hexahydrate,
The second zinc oxide layer forming bath 853 contains 2 ml of nitric acid, 1 ml of acetic acid and 90 g of saccharose, and 30 g of zinc nitrate hexahydrate, 2 ml of nitric acid, 1 ml of acetic acid and 90 g of saccharose in 1 liter of water. Was used. The current density was 2 A / dm2 in the metal layer forming bath,
0.4 A / dm2 was set in the first zinc oxide layer forming bath 839 and 0.6 A / dm2 in the second zinc oxide layer forming bath 853.
【0146】この時、金属層202の層形成速度30Å
/s、層厚2000Åであり、第一の酸化亜鉛層103
の層形成速度10Å/s、層厚2000Å、第二の酸化
亜鉛層104の層形成速度10Å/s、層厚12000
Åであった。At this time, the formation speed of the metal layer 202 is 30 °.
/ S, a layer thickness of 2000 ° and a first zinc oxide layer 103
Layer formation speed 10 ° / s, layer thickness 2000 °, layer formation speed of the second zinc oxide layer 104 10 ° / s, layer thickness 12000
Was Å.
【0147】この後、実施例14と同様に光起電力素子
を作成した。Thereafter, a photovoltaic element was produced in the same manner as in Example 14.
【0148】(比較例5)銅と酸化亜鉛をステンレス上
にスパッタ装置で堆積したほかは、実施例14と同じ条
件で光起電力素子を作成した。実施例15の素子は比較例
5の素子と比べて1.17倍の光電変換効率をを示し
た。(Comparative Example 5) A photovoltaic element was prepared under the same conditions as in Example 14 except that copper and zinc oxide were deposited on stainless steel by a sputtering apparatus. The device of Example 15 is a comparative example
The photoelectric conversion efficiency was 1.17 times that of the device of No. 5.
【0149】更に、本実施例にて形成された光起電力素
子を85℃−85%RHの環境試験箱に入れ、1Vの逆
のバイアイをかけ、時間経過とともに特性をモニターし
たところ、17時間使用可能域に留まり、すぐれた安定
性を示した。したがって本発明の素子はすぐれた特性を
有することがわかった。Further, the photovoltaic device formed in this example was put into an environmental test box at 85 ° C. and 85% RH, and a reverse eye was applied to the photovoltaic device at 1 V, and the characteristics were monitored over time. It stayed in the usable range and showed excellent stability. Therefore, it was found that the device of the present invention had excellent characteristics.
【0150】本実施例の方法では、温度がプロセスに亘
って一定となっているため、支持体ローラーが各浴に入
る都度、条件が設定値と大きく変わる不都合を回避で
き、装置全体の長さを最小に押さえることができるとと
もに、装置の低コスト化に寄与でき、ひいては光起電力
素子の低価格化に貢献することができる。In the method of this embodiment, since the temperature is constant throughout the process, each time the support roller enters each bath, it is possible to avoid the inconvenience that the condition is largely changed from the set value, and the length of the entire apparatus is reduced. Can be minimized, and the cost of the device can be reduced, and the cost of the photovoltaic element can be reduced.
【0151】[0151]
【発明の効果】本発明の酸化亜鉛薄膜製造方法によれ
ば、真空プロセスが不要であるため、大幅に作成コスト
を低減する。また、歩留が高く、均一性、密着性に優れ
た酸化亜鉛薄膜の製造が可能になる。According to the method for producing a zinc oxide thin film of the present invention, since a vacuum process is not required, the production cost is greatly reduced. In addition, it is possible to produce a zinc oxide thin film having a high yield and excellent uniformity and adhesion.
【0152】また、本発明の方法で形成された酸化亜鉛
薄膜を有する光起電力素子は、作成コストを大幅に低減
し、かつ歩留が高く、均一性や耐環境性を向上すること
ができる。Further, the photovoltaic device having the zinc oxide thin film formed by the method of the present invention can greatly reduce the production cost, increase the yield, and improve the uniformity and environmental resistance. .
【図1】本発明の酸化亜鉛製造装置FIG. 1 is an apparatus for producing zinc oxide according to the present invention.
【図2】本発明の酸化亜鉛の連続製造装置FIG. 2 is an apparatus for continuously producing zinc oxide according to the present invention.
【図3】本発明の酸化亜鉛を光起電力素子に応用した例FIG. 3 shows an example in which the zinc oxide of the present invention is applied to a photovoltaic device.
【図4】本発明の酸化亜鉛の粒径の温度依存性FIG. 4 shows the temperature dependence of the particle size of zinc oxide of the present invention.
【図5】本発明の酸化亜鉛の堆積速度の電流密度依存性FIG. 5 shows current density dependence of deposition rate of zinc oxide of the present invention.
【図6】硝酸亜鉛濃度0.1mol/lで作成された酸
化亜鉛層のX線回折強度FIG. 6 shows the X-ray diffraction intensity of a zinc oxide layer prepared at a zinc nitrate concentration of 0.1 mol / l.
【図7】硝酸亜鉛濃度0.025mol/lで作成され
た酸化亜鉛層のX線回折強度FIG. 7 shows the X-ray diffraction intensity of a zinc oxide layer prepared at a zinc nitrate concentration of 0.025 mol / l.
【図8】本発明の酸化亜鉛の連続製造装置FIG. 8 is an apparatus for continuously producing zinc oxide of the present invention.
101 耐腐食性容器 102 水溶液 103 導電性基体 104 対向電極 105 電源 106 負荷抵抗 107 射出バー 108 吸入バー 109 吸入溶液パイプ 110 射出溶液パイプ 111 溶液循環ポンプ 112 ヒーター 113 熱電対 114 温湯槽 115 ヒーター 116 熱電対 201 導電性基体 201 送り出しロール 203 巻き取りロール 204 搬送ロール 205 温湯槽 206 循環系 207 ヒーター 208 液相堆積槽 209 循環系 210 亜鉛電極 211 ヒーター 211 定電流電源 213 洗浄槽 214 循環系 215 乾燥室 301 導電性基体 301−1 支持体 301−2 金属層 301−3 透明導電層 302 酸化亜鉛層 303 半導体層 304 透明導電層 305 集電電極 801 送り出しローラー 802 送き取りローラー 803 支持体ロール 804、807、809、812、813、816、8
18、821、822、823、829、830、83
2、835、836、837、843、844、84
6、849、850、851、857、858、86
0、863 搬送ローラー 805 脱脂浴 806 脱脂浴槽 808、811、817、820、831、834、8
45、848、859、862 水洗シャワー 810、819、833、847、861 水洗槽 814 酸性蝕刻浴 815 酸性蝕刻浴槽 824 陽極 825 金属形成浴 826 金属形成浴槽 827、841、855 電線 828、842、856 電源 838、852 対向電極 839 第一の酸化亜鉛層形成浴 840 第一の酸化亜鉛層形成浴槽 853 第二の酸化亜鉛層形成浴 854 第二の酸化亜鉛層形成浴槽 864 乾燥炉 865 温風ノズル 866 赤外線ヒーター101 Corrosion-resistant container 102 Aqueous solution 103 Conductive substrate 104 Counter electrode 105 Power supply 106 Load resistance 107 Injection bar 108 Suction bar 109 Suction solution pipe 110 Injection solution pipe 111 Solution circulation pump 112 Heater 113 Thermocouple 114 Hot water tank 115 Heater 116 Thermocouple 201 conductive substrate 201 delivery roll 203 take-up roll 204 transport roll 205 hot water tank 206 circulation system 207 heater 208 liquid phase deposition tank 209 circulation system 210 zinc electrode 211 heater 211 constant current power supply 213 cleaning tank 214 circulation system 215 drying chamber 301 conductive Base 301-1 support 301-2 metal layer 301-3 transparent conductive layer 302 zinc oxide layer 303 semiconductor layer 304 transparent conductive layer 305 current collecting electrode 801 feed roller 802 feed Take the roller 803 support roll 804,807,809,812,813,816,8
18, 821, 822, 823, 829, 830, 83
2,835,836,837,843,844,84
6, 849, 850, 851, 857, 858, 86
0, 863 Conveying roller 805 Degreasing bath 806 Degreasing bath 808, 811, 817, 820, 831, 834, 8
45,848,859,862 Rinse shower 810,819,833,847,861 Rinse tank 814 Acid etch bath 815 Acid etch bath 824 Anode 825 Metal forming bath 826 Metal forming bath 827,841,855 Electric wire 828,842,856 Power supply 838, 852 Counter electrode 839 First zinc oxide layer forming bath 840 First zinc oxide layer forming bath 853 Second zinc oxide layer forming bath 854 Second zinc oxide layer forming bath 864 Drying furnace 865 Hot air nozzle 866 Infrared ray heater
フロントページの続き (72)発明者 近藤 隆治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Ryuji Kondo 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc.
Claims (43)
鉛薄膜を形成する工程と、少なくとも硝酸イオン、亜鉛
イオン、及び炭水化物を含有してなる水溶液に前記基体
を浸漬し、該溶液中に浸漬された電極との間に通電する
ことにより、第2の酸化亜鉛薄膜を前記第1の酸化亜鉛薄
膜上に形成する工程とを有することを特徴とする酸化亜
鉛薄膜の製造方法。1. A step of forming a first zinc oxide thin film on a substrate by a sputtering method, and immersing the substrate in an aqueous solution containing at least nitrate ions, zinc ions, and carbohydrates, and immersing the substrate in the solution. Forming a second zinc oxide thin film on the first zinc oxide thin film by applying a current between the first zinc oxide thin film and the first electrode.
糖類であることを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄
膜の製造方法。2. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the carbohydrate is a monosaccharide, a disaccharide, or a polysaccharide.
混合物であることを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛
薄膜の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the carbohydrate is a mixture of two or more carbohydrates.
ol/lから1.0mol/lであることを特徴とする請求項1記載
の酸化亜鉛薄膜の製造方法。4. The concentration of the carbohydrate in an aqueous solution is 0.001 m.
2. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the concentration is from ol / l to 1.0 mol / l.
銅板、真鍮板、アルミニウム板から選ばれる一種である
ことを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄膜の製造方
法。5. The method according to claim 1, wherein the conductive substrate is a stainless steel plate, a steel plate,
2. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the method is one selected from a copper plate, a brass plate, and an aluminum plate.
する請求項1記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。6. The method according to claim 1, wherein the electrode is a zinc electrode.
を特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。7. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the temperature of the aqueous solution is 50 ° C. or higher.
dm2であることを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄膜
の製造方法。8. The current density of the current is from 10 mA / dm 2 to 10 A /
2. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the thickness is dm2.
たものであることを特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛
薄膜の製造方法。9. The method according to claim 1, wherein the base is formed by forming a metal layer on a support.
を特徴とする請求項9記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the metal layer is aluminum.
を特徴とする請求項9記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。11. The method according to claim 9, further comprising the step of etching the support.
又は樹脂であることを特徴とする請求項9記載の酸化亜
鉛薄膜の製造方法。12. The support is made of glass, ceramics,
10. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 9, wherein the zinc oxide thin film is a resin.
を特徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。13. The method according to claim 1, wherein the conductive substrate is a long substrate.
徴とする請求項1記載の酸化亜鉛薄膜の製造方法。14. The method for producing a zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the aqueous solution further contains an acid.
亜鉛薄膜を形成する工程と、少なくとも硝酸イオン、亜
鉛イオン、及び炭水化物を含有してなる水溶液に前記基
体を浸漬し、該溶液中に浸漬された電極との間に通電す
ることにより、第2の酸化亜鉛薄膜を前記第1の酸化亜鉛
薄膜上に形成する工程と、半導体層を形成する工程を含
むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。15. A step of forming a first zinc oxide thin film on a substrate by a sputtering method, immersing the substrate in an aqueous solution containing at least nitrate ions, zinc ions, and carbohydrates, and immersing the substrate in the solution. A step of forming a second zinc oxide thin film on the first zinc oxide thin film by applying a current to the first electrode and a step of forming a semiconductor layer. Manufacturing method.
多糖類であることを特徴とする請求項15記載の光起電力
素子の製造方法。16. The method for producing a photovoltaic device according to claim 15, wherein the carbohydrate is a monosaccharide, a disaccharide, or a polysaccharide.
の混合物であることを特徴とする請求項15記載の光起電
力素子の製造方法。17. The method according to claim 15, wherein the carbohydrate is a mixture of two or more carbohydrates.
1mol/lから1.0mol/lであることを特徴とする請求項15記
載の光起電力素子の製造方法。18. The concentration of the carbohydrate in an aqueous solution is 0.00
16. The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 15, wherein the concentration is 1 mol / l to 1.0 mol / l.
板、銅板、真鍮板、アルミニウム板から選ばれる一種で
あることを特徴とする請求項15記載の光起電力素子の製
造方法。19. The method according to claim 15, wherein the conductive substrate is one selected from a stainless steel plate, a steel plate, a copper plate, a brass plate, and an aluminum plate.
とする請求項15記載の光起電力素子の製造方法。20. The method according to claim 15, wherein the electrode is a zinc electrode.
とを特徴とする請求項15記載の光起電力素子の製造方
法。21. The method according to claim 15, wherein the temperature of the aqueous solution is 50 ° C. or higher.
A/dm2であることを特徴とする請求項15記載の光起電力
素子の製造方法。22. The current density of the current is 10 mA / dm 2 to 10
16. The method for producing a photovoltaic device according to claim 15, wherein the ratio is A / dm2.
したものであることを特徴とする請求項15記載の光起電
力素子の製造方法。23. The method according to claim 15, wherein the base is formed by forming a metal layer on a support.
を特徴とする請求項23記載の光起電力素子の製造方法。24. The method according to claim 23, wherein the metal layer is made of aluminum.
とを特徴とする請求項23記載の光起電力素子の製造方
法。25. The method according to claim 23, further comprising the step of etching the support.
又は樹脂であることを特徴とする請求項23記載の光起電
力素子の製造方法。26. The support, wherein the support is made of glass, ceramics,
24. The method for producing a photovoltaic element according to claim 23, wherein the method is a resin.
を特徴とする請求項15記載の光起電力素子の製造方法。27. The method according to claim 15, wherein the conductive substrate is a long substrate.
徴とする請求項15記載の光起電力素子の製造方法。28. The method according to claim 15, wherein the aqueous solution further contains an acid.
ことを特徴とする請求項15記載の光起電力素子の製造方
法。29. The method according to claim 15, wherein the semiconductor layer is a non-single-crystal semiconductor.
亜鉛薄膜を形成する工程と、少なくとも硝酸イオン、亜
鉛イオン、及び炭水化物を含有してなる水溶液に前記基
体を浸漬し、該溶液中に浸漬された電極との間に通電す
ることにより、第2の酸化亜鉛薄膜を前記第1の酸化亜鉛
薄膜上に形成する工程とを有することを特徴とする半導
体素子基板の製造方法。30. A step of forming a first zinc oxide thin film on a substrate by a sputtering method, and immersing the substrate in an aqueous solution containing at least nitrate ions, zinc ions, and carbohydrates, and immersing the substrate in the solution. Forming a second zinc oxide thin film on the first zinc oxide thin film by applying a current between the first zinc oxide thin film and the first electrode.
多糖類であることを特徴とする請求項30記載の半導体素
子基板の製造方法。31. The method according to claim 30, wherein the carbohydrate is a monosaccharide, a disaccharide, or a polysaccharide.
の混合物であることを特徴とする請求項30記載の半導体
素子基板の製造方法。32. The method according to claim 30, wherein the carbohydrate is a mixture of two or more carbohydrates.
1mol/lから1.0mol/lであることを特徴とする請求項30記
載の半導体素子基板の製造方法。33. The concentration of the carbohydrate in an aqueous solution is 0.00
31. The method for manufacturing a semiconductor device substrate according to claim 30, wherein the concentration is 1 mol / l to 1.0 mol / l.
板、銅板、真鍮板、アルミニウム板から選ばれる一種で
あることを特徴とする請求項30記載の半導体素子基板の
製造方法。34. The method according to claim 30, wherein the conductive substrate is one selected from a stainless steel plate, a steel plate, a copper plate, a brass plate, and an aluminum plate.
とする請求項30記載の半導体素子基板の製造方法。35. The method according to claim 30, wherein the electrode is a zinc electrode.
とを特徴とする請求項30記載の半導体素子基板の製造方
法。36. The method according to claim 30, wherein the temperature of the aqueous solution is 50 ° C. or higher.
A/dm2であることを特徴とする請求項30記載の半導体素
子基板の製造方法。37. The current density of the current is 10 mA / dm 2 to 10
31. The method for manufacturing a semiconductor device substrate according to claim 30, wherein the ratio is A / dm2.
したものであることを特徴とする請求項30記載の半導体
素子基板の製造方法。38. The method according to claim 30, wherein the base is formed by forming a metal layer on a support.
を特徴とする請求項38記載の半導体素子基板の製造方
法。39. The method according to claim 38, wherein the metal layer is aluminum.
とを特徴とする請求項38記載の半導体素子基板の製造方
法。40. The method according to claim 38, further comprising etching the support.
又は樹脂であることを特徴とする請求項38記載の半導体
素子基板の製造方法。41. The support comprises glass, ceramics,
39. The method for manufacturing a semiconductor element substrate according to claim 38, wherein the method is a resin.
を特徴とする請求項30記載の半導体素子基板の製造方
法。42. The method according to claim 30, wherein the conductive substrate is a long substrate.
徴とする請求項30記載の半導体素子基板の製造方法。43. The method according to claim 30, wherein the aqueous solution further contains an acid.
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JP9021466A JPH10140373A (en) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Production of zinc oxide thin film, semiconductor device substrate using the same and photovolatic device |
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