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WO2006103966A1 - METHOD FOR FORMING In-Ga-Zn-O FILM AND SOLAR CELL - Google Patents

METHOD FOR FORMING In-Ga-Zn-O FILM AND SOLAR CELL Download PDF

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WO2006103966A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming an In—Ga—Zn_O film at high speed and stably.
  • the present invention relates to a solar cell, and more particularly to a pn junction solar cell.
  • Oxide semiconductors are indispensable materials for realizing electronic and optical devices with new physical properties.
  • TiO is an n-type oxide semiconductor whose thin films and particles are photocatalysts and
  • a transparent oxide semiconductor composed of In—Ga—Zn—O is also an indispensable material for an electronic optical device. Recently, it has been shown that the oxide of In—Ga—Zn—O has a large field effect mobility even in an amorphous state, and succeeded in producing a field effect transistor (FET) on PET (Nature 2004 432). ⁇ ⁇ ⁇ page 488).
  • FET field effect transistor
  • a ceramic target is used, and the sputtering is performed in an oxygen-containing atmosphere using an RF sputtering method in which film formation is performed using an RF power source or a metal target.
  • the reactive sputtering method is used.
  • the film can be deposited by pulsed laser deposition.
  • the conventional method has a low film formation rate and poor productivity. Further, stable composition control is difficult and it is difficult to maintain the characteristics.
  • the reactive sputtering method in which sputter film formation is performed in an oxygen-containing atmosphere using a metal target has a low film formation speed and poor productivity because the target is coated with an oxide. Further, when a large voltage is applied to the target coated with an oxide, an arc is generated and a stable discharge cannot be obtained.
  • the sputtering rate differs for each metal element, so that the composition of the target and the composition of the resulting film are shifted. Powerful composition control is difficult. It is also difficult to control the amount of oxygen in the film.
  • RF sputtering using a ceramic target is performed, the deposition rate is slow and productivity is poor.
  • Dye-sensitized solar cells using titanium dioxide have attracted attention as inexpensive and clean solar cells, and various proposals have been made (for example, JP-A-2003-123853). Titanium dioxide is a material that shows almost no response to visible light and has a response only to ultraviolet light because its band gap is about 3.2 eV. Therefore, in dye-sensitized solar cells, visible light response is improved by adsorbing organic dyes that absorb visible light to the surface of titanium dioxide, and high conversion efficiencies of up to about 10% are achieved.
  • the fundamental problem with dye-sensitized solar cells is that conversion efficiency varies greatly depending on the amount of dye adsorbed, and it is necessary to use an electrolyte solution, which makes packaging difficult. , Etc.
  • the present invention solves the above problems and forms an In—Ga—Zn—O film stably at high speed.
  • the primary purpose is to provide a method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a dual force sword type magnetron sputtering method.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a voltage applied to the target electrode in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment.
  • the film formation method of the first aspect is a method of forming an In-Ga-Zn-O film by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas.
  • a target is a metal, alloy or oxide composed of at least one of In, Ga and Zn, and each of In, Ga and Zn is contained in at least one of the targets.
  • At least one of the targets has a composition different from that of the other targets, and sputtering is performed by alternately applying an intermittent voltage to each target.
  • the target composition and the composition of the resulting film are usually different because the sputtering rate differs for each metal element. And fine composition control is difficult.
  • the film may be formed using a plurality of targets containing In, Ga and Zn and having different compositions, and a target made of an alloy of In and Ga or ceramics.
  • the film may be formed using a metal or oxide target made of Zn.
  • a pulse packet composed of a plurality of pulse voltages may be alternately and intermittently applied to each target, thereby allowing a larger current to flow than when applying a single pulse to each target. And stable high-speed film formation is possible.
  • the emission wavelength and emission intensity of the discharge of In, Ga, and Zn during sputtering may be monitored, whereby the amount of sputtering of In, Ga, and Zn can always be accurately recognized. Therefore, the In—Ga—Zn—O film can be formed accurately and stably by controlling the film formation conditions based on the monitoring result.
  • the emission wavelength and emission intensity of the discharge of In, Ga, and Zn may be monitored for each target using a monitor. This makes it possible to individually recognize the discharge status of each target. wear.
  • At least one of the pulse power, the pulse amount, the pulse width, the pressure during film formation, and the oxygen supply amount applied to each target may be changed. And crystallinity can be precisely controlled.
  • the crystallinity of the deposited film may be controlled, whereby the crystallinity of the In-Ga-Zn-O film can be controlled.
  • the substrate temperature during sputtering may be adjusted to 77K to 300K. This reduces the agglomeration energy of sputtered particles that have reached the surface of the In—Ga—Zn— ⁇ film, resulting in film uniformity. And the surface flatness of the film can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of forming an In—Ga—Zn—O film according to the embodiment of the first aspect by a dual force sword magnetron sputtering method, and FIG. It is a figure explaining an example of the voltage applied to the target electrode of.
  • Collimators 30a and 30b are provided in the cover 26, and these collimators 30a and 30b are respectively connected to a plasma emission monitor via a not-shown filter, a filter, and an optical amplifier tube.
  • a voltage in the form of a pulse packet is alternately applied to the target electrodes 20A and 20B to form a glow discharge.
  • the grains from the targets 21a and 21b The child is sputtered and the particles adhere to the substrate 1 above the targets 21a and 21b.
  • the targets 21a and 21b or the sputtered particles are oxidized by oxygen gas.
  • the pulse power, the pulse amount, and the pulse width vary depending on the target volume, the volume in the cover 26, the required film formation speed, etc.
  • the no power is lkW to 20kW, and the pulse amount is 5%. ⁇ 50%, pulse width is controlled within the range of 0.:! ⁇ 500msec. If the panoramic power is 50 kW or more, abnormal discharge occurs and an N-doped ZnO film with a precisely controlled composition cannot be stably formed, while the pulse power is 500 W or less. The deposition speed is slow. If the no-reel amount is 90% or more, continuous discharge occurs. On the other hand, if the amount is 1% or less, the film formation rate becomes slow.
  • the oxygen supply amount is, for example, about:! To 50 sccm. If the amount of oxygen introduced is excessive, the surfaces of the targets 21a and 21b are completely oxidized, and the film formation rate becomes very slow. Such a region where the amount of introduced oxygen is excessive is referred to as a “reactive sputtering region”. On the other hand, if the amount of oxygen introduced is too small, the target surface is not oxidized and film formation is performed. As a result, the amount of oxygen in the film is insufficient. Such a region is referred to as a “metallic sputter region”. In the present embodiment, an appropriate amount of oxygen is introduced based on the density of In, Ga, and Zn in the plasma by the above control.
  • the inside of the cover 20 is set to atmospheric pressure, and the substrate 1 on which the In_Ga_Zn_ ⁇ film is laminated is taken out.
  • the film thickness of the In_Ga_Zn_O film for example, a film having a thickness of about 5 mm to 5 ⁇ m can be formed.
  • an intermittent voltage is alternately applied to the targets 21a and 21b, so that a large current flows through the targets, Stable high-speed film formation can be performed.
  • new metal particles can fly and cover the surface before the oxidation reaction takes place preferentially on the sample surface.
  • Oxygen can be taken into the film, and the In-Ga-Zn_O film can be formed at high speed and reliably. Also, by using this method, abnormal discharge can be greatly suppressed, so that stable long-time discharge is possible and a high-quality film with less damage can be produced.
  • the same number (two) of monitors as the targets 21a and 21b are provided, and the emission wavelengths and the emission intensities of the In, Ga, and Zn discharges in the targets 21a and 21b correspond to each other. Since monitoring is performed using a monitor, the discharge status of each target 21a, 21b can be recognized individually.
  • a force that applies a negative voltage to a normal target may be intermittently applied with a positive voltage to prevent the target from being charged.
  • a positive voltage to prevent the target from being charged.
  • formation of an insulating film such as an oxide on the edge of the target during sputtering can be suppressed.
  • a large current can flow through each target, and stable high-speed film formation is possible.
  • the first target made of In-Ga oxide and the first target made of Zn oxide For example, a first target made of In, a second target made of Ga, and a third target made of Zn may be used.
  • the spatter amount of each metal can be individually adjusted by changing any of the pulse power, pulse amount, and pulse width of each target, so the composition of the In_Ga_Zn_ ⁇ film can be easily controlled. It is.
  • Pulse frequency is 50 Hz
  • applied power is about lkW X 2 target
  • pulse duty ratio is Zn
  • the surface roughness of the film obtained using Dektak 6M was measured and found to be 6.2 nm.
  • a sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that DC 300 W or more was applied to the target. The state of discharge during film formation became extremely unstable.
  • the surface roughness of the film obtained by Dektak 6M was measured and found to be 5.9 nm.
  • the solar cell of the second aspect is a pn junction solar cell in which a p layer and an n layer are stacked.
  • the p layer is made of Cu 2 O, and the 11 layer is in the amorphous state 111-0 & -211
  • In-Ga_Zn_O can be formed on the p-layer at a low temperature. For this reason, there is no significant modification such as grain growth in the Cu layer of the p layer due to heating when forming the n layer.
  • the solar cell of the present invention includes a first electrode made of an indium tin oxide substrate, the p layer made of CuO formed on the indium tin oxide substrate, and the p layer. Been formed
  • the solar cell of the present invention is formed on a first electrode made of a Cu plate, the p layer made of CuO formed by oxidizing the surface of the Cu plate, and the p layer.
  • a first electrode made of a Cu plate the p layer made of CuO formed by oxidizing the surface of the Cu plate, and the p layer.
  • the composition of the n layer is 8 to 67 atm% for In, 8 to 67 atm% for Ga, and 8 to 67 atm% for Zn, where the total of In, Ga and Zn in the n layer is 100 atm%.
  • an amorphous state with a high electron mobility can be easily obtained.
  • it has sufficient visible light transmission, which prevents light from entering the CuO layer, which is a light absorption layer.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the second aspect.
  • the solar cell 30 includes a transparent conductive substrate 31, a P layer 32 and an n layer 33 formed on the transparent conductive substrate 31 by sputtering, and a metal electrode 34 provided on the n layer 33. It consists of.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment having a different second aspect.
  • the solar cell 40 includes a Cu plate 41, a p-layer 42 made of CuO formed by oxidizing the surface of the Cu plate 41, and an In-Ga formed on the p-layer 42 by sputtering.
  • n layer composed of In—Ga—Zn—O and an ITO layer were formed in this order using a sputtering method, and an electrode of A beam was formed on the ITO layer.
  • the n layer and the A1 electrode were formed in the same manner as in Example 4.
  • the ITO layer was formed by reactive sputtering under the following conditions.

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Abstract

Disclosed is a method for rapidly and stably forming an In-Ga-Zn-O film. A first target composed of an In-Ga oxide and a second target composed of a Zn oxide are arranged in a cover (26), and a substrate (1) is arranged above these targets. After creating a vacuum in the cover (26), a mixed gas obtained by adding oxygen in an inert gas is introduced into the cover (26). Pulse-packet voltages are alternately applied to the target (21a) and the target (21b). The emission wavelengths and luminous intensities of the discharges of In, Ga and Zn during sputtering of the targets (21a, 21b) are sensed by PEM (31a, 31b). The sputtering speeds of the targets (21a, 21b) are calculated; and the pulse power, pulse amount and pulse width applied to the targets (21a, 21b), the amount of oxygen supplied into the cover (26) and the pressure within the cover are controlled based on the results of the calculation.

Description

明 細 書  Specification

In-Ga-Zn-〇膜の成膜方法及び太陽電池  In-Ga-Zn- ○ film formation method and solar cell

発明の分野  Field of Invention

[0001] 本発明は、 In— Ga— Zn_〇膜を高速かつ安定に成膜する方法に関する。本発明 は太陽電池に係り、特に pn接合型太陽電池に関する。  The present invention relates to a method for forming an In—Ga—Zn_O film at high speed and stably. The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a pn junction solar cell.

発明の背景  Background of the Invention

[0002] 〈成膜方法〉 [0002] <Film formation method>

酸化物半導体は新しい物性を持つ電子 ·光デバイスの実現には必要不可欠の材 料である。例えば、 TiOは n型の酸化物半導体であり、その薄膜や粒子は光触媒や  Oxide semiconductors are indispensable materials for realizing electronic and optical devices with new physical properties. For example, TiO is an n-type oxide semiconductor whose thin films and particles are photocatalysts and

2  2

高屈折率を活力 た光学フィルムとして用いられている。また、近年では、二酸化チタ ンを利用した色素増感型太陽電池力 安価でクリーンな太陽電池として注目されて レヽる(例えば特開 2003— 123853号)。  It is used as an optical film with high refractive index. In recent years, dye-sensitized solar cell power using titanium dioxide has been attracting attention as an inexpensive and clean solar cell (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-123853).

[0003] また、 In— Ga— Zn—〇よりなる透明酸化物半導体も電子 '光デバイスには不可欠 な材料である。最近、 In— Ga— Zn—〇の酸化物がアモルファス状態でも大きな電界 効果移動度を持つことが示され、 PET上への電界効果トランジスタ(FET)の作製に 成功してレヽる(Nature2004年 432卷 488ページ)。  [0003] In addition, a transparent oxide semiconductor composed of In—Ga—Zn—O is also an indispensable material for an electronic optical device. Recently, it has been shown that the oxide of In—Ga—Zn—O has a large field effect mobility even in an amorphous state, and succeeded in producing a field effect transistor (FET) on PET (Nature 2004 432).ペ ー ジ page 488).

[0004] この In— Ga— Zn— O膜を成膜する場合、セラミックスターゲットを使用し、 RF電源 を用いて成膜を行う RFスパッタ法や、金属ターゲットを用い、酸素含有雰囲気中でス パッタする反応性スパッタ法が用いられている。また、パルスレーザー蒸着法によつ てあ成膜すること力 Sできる。  [0004] When forming this In—Ga—Zn—O film, a ceramic target is used, and the sputtering is performed in an oxygen-containing atmosphere using an RF sputtering method in which film formation is performed using an RF power source or a metal target. The reactive sputtering method is used. In addition, the film can be deposited by pulsed laser deposition.

[0005] 上記従来の方法は成膜速度が遅く生産性に乏しい。また、安定な組成制御も難し く特性の維持が困難である。  [0005] The conventional method has a low film formation rate and poor productivity. Further, stable composition control is difficult and it is difficult to maintain the characteristics.

[0006] 例えば、金属ターゲットを用いて酸素含有雰囲気中でスパッタ成膜を行う反応性ス パッタ法は、ターゲットが酸化物で皮膜してしまうために成膜速度が遅く生産性が悪 レ、。また、酸化物で皮膜されたターゲットに大きな電圧を印加すると、アークが発生し 、安定した放電が得られない。一方、合金ターゲットを用いた場合、金属元素ごとに スパッタ率が異なるため、ターゲットの組成と得られる膜の組成がずれることから、細 力な組成制御が困難である。また、膜中の酸素量制御も難しい。また、セラミックスタ 一ゲットを用いた RFスパッタ法を行った場合、成膜速度が遅く生産性が悪い。 [0006] For example, the reactive sputtering method in which sputter film formation is performed in an oxygen-containing atmosphere using a metal target has a low film formation speed and poor productivity because the target is coated with an oxide. Further, when a large voltage is applied to the target coated with an oxide, an arc is generated and a stable discharge cannot be obtained. On the other hand, when an alloy target is used, the sputtering rate differs for each metal element, so that the composition of the target and the composition of the resulting film are shifted. Powerful composition control is difficult. It is also difficult to control the amount of oxygen in the film. In addition, when RF sputtering using a ceramic target is performed, the deposition rate is slow and productivity is poor.

[0007] 〈太陽電池〉 [0007] <Solar cell>

I. 従来、太陽電池に用いられている材料としては、シリコン(単結晶 Si、多結晶 Si及 びアモルファス Si)、 GaAs、 CuInSe及び CdTeを挙げることができる。このうち、シリ コン系太陽電池や GaAS系太陽電池は変換効率が高いものの、材料が高価である。 一方、 CuInSe系や CdTe系の太陽電池は、材料は比較的安価であるもののセレン やカドミウムといった材料が有毒であることから、大量生産されて広範に普及した場合 に環境上問題が生じる。  I. Conventional materials used for solar cells include silicon (monocrystalline Si, polycrystalline Si and amorphous Si), GaAs, CuInSe and CdTe. Of these, silicon solar cells and GaAS solar cells have high conversion efficiency but are expensive. On the other hand, CuInSe-based and CdTe-based solar cells are relatively inexpensive, but materials such as selenium and cadmium are toxic, causing environmental problems when mass-produced and widely used.

[0008] II. 二酸化チタンを利用した色素増感型太陽電池が、安価でクリーンな太陽電池と して注目され、種々の提案がなされている(例えば特開 2003— 123853号)。二酸 化チタンはバンドギャップが 3. 2eV程度であるために可視光には殆ど応答を示さず 、紫外光に対してのみ応答を示す材料である。そこで色素増感型太陽電池では、可 視光を吸収する有機色素を二酸化チタン表面に吸着させることによって可視光応答 性を向上させ、最高で約 10%という高い変換効率を実現している。但し、色素増感 型太陽電池の有する根本的な問題点として、色素の吸着量によって変換効率が大き く変化してしまうこと、電解質溶液を用いる必要があることから、パッケージングが困難 であること、等が挙げられる。  II. Dye-sensitized solar cells using titanium dioxide have attracted attention as inexpensive and clean solar cells, and various proposals have been made (for example, JP-A-2003-123853). Titanium dioxide is a material that shows almost no response to visible light and has a response only to ultraviolet light because its band gap is about 3.2 eV. Therefore, in dye-sensitized solar cells, visible light response is improved by adsorbing organic dyes that absorb visible light to the surface of titanium dioxide, and high conversion efficiencies of up to about 10% are achieved. However, the fundamental problem with dye-sensitized solar cells is that conversion efficiency varies greatly depending on the amount of dye adsorbed, and it is necessary to use an electrolyte solution, which makes packaging difficult. , Etc.

[0009] III. CuAlO /Zn〇という組合せからなる紫外光対応の透明な pn接合型太陽電池  [0009] III. Transparent pn-junction solar cell with a combination of CuAlO / Zn〇 and compatible with ultraviolet light

2  2

が提案されている。また、 Cu O/ZnOという組合せからなる pn接合型太陽電池も提  Has been proposed. We also offer a pn junction solar cell consisting of a combination of Cu 2 O / ZnO.

2  2

案されている。 CuAlO又は Cu〇が p層かつ光吸収層として機能し、 ZnO力 層とし  It has been proposed. CuAlO or CuO functions as a p-layer and a light-absorbing layer.

2 2  twenty two

て機能する。光照射の際、光励起によって pn界面に電子及び正孔を生じさせること によって太陽電池特性が発現する。  Function. During light irradiation, solar cell characteristics are developed by generating electrons and holes at the pn interface by photoexcitation.

特許文献 1 :特開 2003— 123853号公報  Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-123853

非特許文献 1 : Nature2004年 432卷 488ページ  Non-Patent Document 1: Nature 2004 432 卷 488 pages

特許文献 2 :特開 2003— 123853号公報  Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-123853

発明の概要  Summary of the Invention

[0010] 本発明は、上記問題点を解決し、 In— Ga— Zn— O膜を高速かつ安定して成膜す る方法を提供することを第 1の目的とする。 [0010] The present invention solves the above problems and forms an In—Ga—Zn—O film stably at high speed. The primary purpose is to provide a method.

[0011] 本発明の第 1アスペクトの In— Ga— Zn— O膜の成膜方法は、酸素ガスを含む雰囲 気にて、ターゲットを用いてスパッタすることにより、 In—Ga—Zn—O膜を成膜する方 法において、該ターゲットは複数個設けられており、各ターゲットは In、 Ga及び Znの 少なくとも 1種類よりなる金属又は合金または酸化物であり、かつ、 In、 Ga及び Znの それぞれは該ターゲットの少なくとも 1個に含有されており、該ターゲットの少なくとも 1 個は他のターゲットとは異なる組成となっており、各ターゲットに交互に間欠的な電圧 を印加してスパッタを行うことを特徴とするものである。 In the first aspect of the present invention, the In—Ga—Zn—O film is formed by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas. In the method of forming a film, a plurality of the targets are provided, and each target is a metal, alloy, or oxide composed of at least one of In, Ga, and Zn, and includes In, Ga, and Zn. Each is contained in at least one of the targets, and at least one of the targets has a composition different from that of the other targets, and sputtering is performed by alternately applying an intermittent voltage to each target. It is characterized by.

[0012] 本発明は変換効率の高い太陽電池を提供することを第 2の目的とする。 [0012] A second object of the present invention is to provide a solar cell with high conversion efficiency.

[0013] 第 2アスペクトの太陽電池は、 p層と n層とを積層した pn接合型太陽電池において、 該 p層が Cu Oよりなり、該 n層がアモルファス状態の In_Ga_Zn_〇よりなることを [0013] The solar cell of the second aspect is a pn junction solar cell in which a p layer and an n layer are stacked, wherein the p layer is made of Cu 2 O, and the n layer is made of In_Ga_Zn_O in an amorphous state.

2  2

特徴とする。  Features.

図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings

[0014] [図 1]デュアル力ソード方式マグネトロンスパッタリング法を説明するための概略図で ある。  FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a dual force sword type magnetron sputtering method.

[図 2]図 1のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。  FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a voltage applied to the target electrode in FIG.

[図 3]実施の形態に係る太陽電池の模式的な断面図である。  FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment.

[図 4]異なる実施の形態に係る太陽電池の模式的な断面図である。  FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of solar cells according to different embodiments.

詳細な説明  Detailed description

[0015] 第 1アスペクトの成膜方法は、酸素ガスを含む雰囲気にて、ターゲットを用いてスパ ッタすることにより、 In—Ga—Zn—O膜を成膜する方法において、該ターゲットは複 数個設けられており、各ターゲットは In、 Ga及び Znの少なくとも 1種類よりなる金属又 は合金または酸化物であり、かつ、 In、 Ga及び Znのそれぞれは該ターゲットの少なく とも 1個に含有されており、該ターゲットの少なくとも 1個は他のターゲットとは異なる組 成となっており、各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加してスパッタを行うことを 特徴とするものである。  [0015] The film formation method of the first aspect is a method of forming an In-Ga-Zn-O film by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas. Several targets are provided, and each target is a metal, alloy or oxide composed of at least one of In, Ga and Zn, and each of In, Ga and Zn is contained in at least one of the targets. At least one of the targets has a composition different from that of the other targets, and sputtering is performed by alternately applying an intermittent voltage to each target.

[0016] 第1ァスぺクトの111ー0&— 211—〇膜の成膜方法にぁっては、ターゲットは複数設け られており、各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加するため、大電流をターゲット に流し、安定した高速成膜を行うことができる。 [0016] 1 1 1-0 & — 2 1 1—O in the first aspect, there are a plurality of targets, and intermittent voltage is alternately applied to each target. Target large current to apply In this way, stable high-speed film formation can be performed.

[0017] また、この方法を用いることによって異常放電を大幅に抑制できることから、安定し た長時間の放電が可能となり、ダメージの少ない高品質の膜が作製可能となる。  [0017] Further, since abnormal discharge can be significantly suppressed by using this method, stable long-time discharge is possible, and a high-quality film with little damage can be produced.

[0018] なお、単一組成のターゲットを用いた反応性スパッタ法によって In_Ga_Zn_〇 膜を成膜する場合、通常は金属元素ごとにスパッタ率が異なることからターゲットの組 成と得られる膜の組成がずれ、細かな組成制御が困難である。  [0018] When the In_Ga_Zn_O film is formed by the reactive sputtering method using a single composition target, the target composition and the composition of the resulting film are usually different because the sputtering rate differs for each metal element. And fine composition control is difficult.

[0019] 本発明の方法では、組成の異なる複数のターゲットを用いてスパッタするため、各 組成のターゲットのスパッタ量を調整して金属元素のスパッタ比を制御することにより 、所望の組成の In_Ga_Zn_〇膜を容易に成膜することができる。  [0019] In the method of the present invention, sputtering is performed using a plurality of targets having different compositions. Therefore, by adjusting the sputtering amount of the target of each composition and controlling the sputtering ratio of the metal element, the In_Ga_Zn_ of the desired composition is obtained. -A film can be easily formed.

[0020] 前記ターゲットのそれぞれは、 In、 Ga及び Znのいずれか 1種類よりなる金属もしく は酸化物であってもよぐこれにより、各金属のスパッタ量を独立して増減することが できるため、組成の制御された In_Ga_Zn_〇膜をより容易に成膜することができ る。  [0020] Each of the targets may be a metal or oxide made of any one of In, Ga, and Zn, and the amount of sputtering of each metal can be increased or decreased independently. Therefore, an In_Ga_Zn_O film with a controlled composition can be formed more easily.

[0021] なお、 In、 Ga及び Znを含有し、かつ互いに組成が異なっている複数のターゲットを 用いて成膜を行ってもよぐまた、 In及び Gaの合金もしくはセラミックスよりなるターゲ ットと Znよりなる金属もしくは酸化物ターゲットを用いて成膜を行ってもよい。  [0021] It should be noted that the film may be formed using a plurality of targets containing In, Ga and Zn and having different compositions, and a target made of an alloy of In and Ga or ceramics. The film may be formed using a metal or oxide target made of Zn.

[0022] 複数のパルス電圧よりなるパルスパケットを各ターゲットに交互に間欠的に印加して もよぐこれにより、各ターゲットに単一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を 流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。  [0022] A pulse packet composed of a plurality of pulse voltages may be alternately and intermittently applied to each target, thereby allowing a larger current to flow than when applying a single pulse to each target. And stable high-speed film formation is possible.

[0023] ターゲットに間欠的に正の電圧を印加してターゲットのチャージングを防止するよう にしてもよぐ各ターゲットにより大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能と なる。  Even if a positive voltage is intermittently applied to the target to prevent charging of the target, a large current can be passed through each target, and stable high-speed film formation is possible.

[0024] スパッタ時における In、 Ga及び Znの放電の発光波長と発光強度をモニタリングし てもよく、これにより、 In、 Ga及び Znのスパッタ量を常時、正確に認識することができ る。従って、このモニタリングの結果に基づいて成膜条件を制御することにより、 In— Ga—Zn—O膜を正確かつ安定的に成膜することができる。  [0024] The emission wavelength and emission intensity of the discharge of In, Ga, and Zn during sputtering may be monitored, whereby the amount of sputtering of In, Ga, and Zn can always be accurately recognized. Therefore, the In—Ga—Zn—O film can be formed accurately and stably by controlling the film formation conditions based on the monitoring result.

[0025] 各ターゲット毎に In、 Ga及び Znの放電の発光波長と発光強度をモニタを用いてモ 二タリングしてもよぐこれにより、各ターゲットの放電状況を個別に認識することがで きる。 [0025] The emission wavelength and emission intensity of the discharge of In, Ga, and Zn may be monitored for each target using a monitor. This makes it possible to individually recognize the discharge status of each target. wear.

[0026] モニタリングに基づいて、各ターゲットに付与するパルス電力、パルス量、パルス幅 及び成膜時の圧力及び酸素供給量の少なくとも一つを変化させてもよぐこれにより 、成膜される組成及び結晶性を精密に制御することができる。  [0026] Based on the monitoring, at least one of the pulse power, the pulse amount, the pulse width, the pressure during film formation, and the oxygen supply amount applied to each target may be changed. And crystallinity can be precisely controlled.

[0027] 特に、酸素の供給量が過剰になると、ターゲットの表面が完全に酸化され、成膜速 度が非常に遅くなる。一方、酸素の導入量が少な過ぎると、ターゲット表面が酸化さ れずに成膜が行われ、その結果、成膜中の酸素量が不足する。しかし、上記の通り、 前記モニタリングに基づいて酸素供給量を制御するため、プラズマ中の In、 Ga及び Znの密度に基づいて適切な量の酸素を導入することができる。これにより、上記 2つ の酸素供給量領域の中間領域である「遷移領域」でのスパッタが可能となる。その結 果、適切な量の酸素を含有した膜を高速で成膜することができる。  [0027] In particular, when the supply amount of oxygen becomes excessive, the surface of the target is completely oxidized, and the film formation rate becomes very slow. On the other hand, if the amount of oxygen introduced is too small, the target surface is not oxidized and film formation is performed. As a result, the amount of oxygen during film formation is insufficient. However, as described above, since the oxygen supply amount is controlled based on the monitoring, an appropriate amount of oxygen can be introduced based on the densities of In, Ga, and Zn in the plasma. This enables sputtering in the “transition region”, which is an intermediate region between the two oxygen supply amount regions. As a result, a film containing an appropriate amount of oxygen can be formed at high speed.

[0028] スパッタ時に基板の温度を調整することにより、成膜される膜の結晶性を制御しても よぐこれにより、 In— Ga— Zn— O膜の結晶性を制御することができる。  [0028] By adjusting the temperature of the substrate during sputtering, the crystallinity of the deposited film may be controlled, whereby the crystallinity of the In-Ga-Zn-O film can be controlled.

[0029] スパッタ時の基板の温度を 77K〜300Kに調整してもよぐこれにより、 In— Ga— Z n—〇膜の表面に到達したスパッタ粒子の凝集エネルギーが減少し、膜の均一性や 膜の表面平坦性の向上が図られる。  [0029] The substrate temperature during sputtering may be adjusted to 77K to 300K. This reduces the agglomeration energy of sputtered particles that have reached the surface of the In—Ga—Zn—〇 film, resulting in film uniformity. And the surface flatness of the film can be improved.

[0030] 以下、図面を参照して本発明の第 1アスペクトの実施の形態について詳細に説明 する。  Hereinafter, embodiments of the first aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[0031] 図 1は第 1アスペクトの実施の形態に係る In— Ga— Zn—〇膜をデュアル力ソード方 式マグネトロンスパッタリング法により成膜する方法を説明するための概略図、図 2は 図 1のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。  [0031] FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of forming an In—Ga—Zn—O film according to the embodiment of the first aspect by a dual force sword magnetron sputtering method, and FIG. It is a figure explaining an example of the voltage applied to the target electrode of.

[0032] 図 1の通り、支持体 20a上に第 1のターゲット 21aを設けてなるターゲット電極 20Aと 、その下方に配置された磁石 22aとから、第 1のスパッタリング部が構成されている。 また、支持体 20b上に第 2のターゲット 21bを設けてなるターゲット電極 20Bと、その 下方に配置された磁石 22bとから、第 2のスパッタリング部が構成されている。これら 第 1のスパッタリング部と第 2のスパッタリング部とは隣接して設置され、これらのスパッ タリング部に、スイッチングユニット 24を介して、交流電源 25が接続されている。本実 施の形態では、第 1のターゲット 21aは Ιη— Gaの酸化物よりなり、第 2のターゲット 21 bは Zn〇よりなつている。なお、それぞれのターゲットは完全には酸化されていないた め、導電性は十分に確保されている。 As shown in FIG. 1, a first sputtering unit is composed of a target electrode 20A in which a first target 21a is provided on a support 20a, and a magnet 22a disposed below the target electrode 20A. In addition, a second sputtering unit is constituted by a target electrode 20B in which a second target 21b is provided on a support 20b and a magnet 22b disposed below the target electrode 20B. The first sputtering unit and the second sputtering unit are installed adjacent to each other, and an AC power supply 25 is connected to these sputtering units via a switching unit 24. In the present embodiment, the first target 21a is made of an oxide of Ιη—Ga, and the second target 21a. b is made of ZnO. In addition, since each target is not completely oxidized, conductivity is sufficiently ensured.

[0033] これらターゲット電極 20A, 20Bはカバー 26によって覆われている。カバー 26は排 気口 28を介してポンプ(図示略)に接続されており、ガス導入口 27を介してガス供給 源(図示略)に接続されてレ、る。 [0033] These target electrodes 20A, 20B are covered with a cover 26. The cover 26 is connected to a pump (not shown) via an exhaust port 28, and connected to a gas supply source (not shown) via a gas inlet 27.

[0034] カバー 26内にコリメータ 30a, 30b力設けられており、これらコリメータ 30a, 30bは、 それぞれ図示しなレ、フィルタ及び光倍増幅管を介して、プラズマェミッションモニター[0034] Collimators 30a and 30b are provided in the cover 26, and these collimators 30a and 30b are respectively connected to a plasma emission monitor via a not-shown filter, a filter, and an optical amplifier tube.

(以下 PEMと称することがある。) 31a, 31bに接続されている。これらコリメータ 30a,(Hereinafter referred to as PEM.) Connected to 31a and 31b. These collimators 30a,

30b、フイノレタ、光倍増幅管及び PEM31a, 31bにより、第 1、第 2のモニタが構成さ れている。 The first monitor and the second monitor are composed of 30b, a fineletter, a photomultiplier tube, and PEMs 31a and 31b.

[0035] PEMは、プラズマの発光をコリメータで集光し、光倍増幅管(PM)で光電変換した 電気信号を監視する装置である。 PEMはある一定の感度に設定されてプラズマの 発光強度をモニタするようになっている。  The PEM is an apparatus that monitors an electrical signal obtained by condensing plasma emission with a collimator and photoelectrically converting it with a photomultiplier tube (PM). PEM is set to a certain sensitivity and monitors the emission intensity of the plasma.

[0036] ターゲット 21a用のフィルタとしては、少なくとも In及び Gaの発光スペクトルの波長 2 30. 6nmや 209. lnmを選択的に通過させることが可能なものが用いられる。また、 ターゲット 21b用のフィルタとしては、少なくとも Znの発光スペクトルの波長 202. 5n m、 213nmや 334nmを選択的に通過させることが可能なものが用いられる。  [0036] As the filter for the target 21a, a filter that can selectively pass at least wavelengths of 23.06 nm and 209. lnm of emission spectra of In and Ga is used. As the filter for the target 21b, a filter that can selectively pass at least wavelengths of 202.5 nm, 213 nm, and 334 nm of the emission spectrum of Zn is used.

[0037] 上記装置を用いて In— Ga— Zn— O膜を成膜する際には、先ずカバー 26内部に おけるターゲット 21a, 21bの上方に基板 1を配置し、ポンプによってカバー 26内を 真空にした後、アルゴン等の不活性ガス中に酸素を含有させた混合ガスをカバー 26 内に導入し、カバー 26内を所定の圧力とする。  [0037] When forming an In—Ga—Zn—O film using the above apparatus, first, the substrate 1 is placed above the targets 21a, 21b in the cover 26, and the inside of the cover 26 is evacuated by a pump. After that, a mixed gas containing oxygen in an inert gas such as argon is introduced into the cover 26, and the inside of the cover 26 is brought to a predetermined pressure.

[0038] 基板 1としては、例えばケィ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等の ガラスを使用することができる。また、アクリル等の種々のプラスチック基板等を使用 することもできる。また PETなどの高分子フィルム基材も用いることができる。基板の 厚さは 0. 1〜: 10mmが一般的であり、 0. 3〜5mmが好ましレ、。ガラス板は、化学的 に、或いは熱的に強化させたものが好ましレ、。  [0038] As the substrate 1, for example, glass such as alkali silicate glass, non-alkali glass, or quartz glass can be used. Also, various plastic substrates such as acrylic can be used. A polymer film substrate such as PET can also be used. The thickness of the substrate is generally 0.1 to 10mm, preferably 0.3 to 5mm. The glass plate is preferably chemically or thermally reinforced.

[0039] 次いで、例えば、図 2の通り、ターゲット電極 20A, 20Bに交互にパルスパケット状 の電圧を印加して、グロ一放電を形成させる。これにより、ターゲット 21a, 21bから粒 子がスパッタされ、この粒子がターゲット 21a, 21bの上方の基板 1上に付着する。こ の際、ターゲット 21a, 21b又はスパッタされた粒子は、酸素ガスによって酸化される。 Next, as shown in FIG. 2, for example, a voltage in the form of a pulse packet is alternately applied to the target electrodes 20A and 20B to form a glow discharge. As a result, the grains from the targets 21a and 21b The child is sputtered and the particles adhere to the substrate 1 above the targets 21a and 21b. At this time, the targets 21a and 21b or the sputtered particles are oxidized by oxygen gas.

[0040] ターゲット 21a, 21bのスパッタ時における In、 Ga及び Znの放電の発光波長と発光 強度が、コリメータ 30a, 30b、フィルタ及び光倍増幅管を介して電気信号となり、 PE M31a, 31bによって検知される。これらの電気信号から第 1のターゲット 21aのスパ ッタ速度と第 2のターゲット 21bのスパッタ速度が算出される。この算出結果に基づき 、各ターゲット 21a, 21bに付与されるパルス電力、パルス量及びパルス幅、カバー 2 6内に導入する酸素量、並びにカバー内の圧力が制御される。  [0040] The emission wavelength and emission intensity of the In, Ga, and Zn discharges during sputtering of the targets 21a and 21b become electrical signals via the collimators 30a and 30b, the filter, and the optical amplification tube, and are detected by the PE M31a and 31b Is done. From these electric signals, the sputtering speed of the first target 21a and the sputtering speed of the second target 21b are calculated. Based on the calculation result, the pulse power applied to each target 21a, 21b, the pulse amount and the pulse width, the oxygen amount introduced into the cover 26, and the pressure in the cover are controlled.

[0041] 前記パルス電力、パルス量及びパルス幅は、ターゲットの体積、カバー 26内の体 積、要求される成膜速度等によって異なる力 例えばノ^レス電力は lkW〜20kW、 パルス量は 5%〜50%、パルス幅は 0.:!〜 500msecの範囲内で制御される。パノレ ス電力が 50kW以上であると異常放電が発生し、組成が精密に制御された Nドープ Z n〇膜を安定して成膜することができず、一方、パルス電力が 500W以下であると成 膜速度が遅くなる。ノ^レス量が 90%以上であると連続放電となってしまい、一方、 1 %以下であると、成膜速度が遅くなる。  [0041] The pulse power, the pulse amount, and the pulse width vary depending on the target volume, the volume in the cover 26, the required film formation speed, etc. For example, the no power is lkW to 20kW, and the pulse amount is 5%. ~ 50%, pulse width is controlled within the range of 0.:!~500msec. If the panoramic power is 50 kW or more, abnormal discharge occurs and an N-doped ZnO film with a precisely controlled composition cannot be stably formed, while the pulse power is 500 W or less. The deposition speed is slow. If the no-reel amount is 90% or more, continuous discharge occurs. On the other hand, if the amount is 1% or less, the film formation rate becomes slow.

[0042] 前記酸素供給量は、例えば:!〜 50sccm程度である。酸素の導入量が過剰になる と、ターゲット 21a, 21bの表面が完全に酸化され、成膜速度が非常に遅くなる。この ような酸素の導入量が過剰な領域を「反応性スパッタ領域」と称する。一方、酸素の 導入量が少な過ぎると、ターゲット表面が酸化されずに成膜が行われ、その結果、成 膜中の酸素量が不足する。このような領域を「金属的スパッタ領域」と称する。本実施 の形態では、上記制御により、プラズマ中の In、 Ga及び Znの密度に基づいて適切な 量の酸素が導入される。  [0042] The oxygen supply amount is, for example, about:! To 50 sccm. If the amount of oxygen introduced is excessive, the surfaces of the targets 21a and 21b are completely oxidized, and the film formation rate becomes very slow. Such a region where the amount of introduced oxygen is excessive is referred to as a “reactive sputtering region”. On the other hand, if the amount of oxygen introduced is too small, the target surface is not oxidized and film formation is performed. As a result, the amount of oxygen in the film is insufficient. Such a region is referred to as a “metallic sputter region”. In the present embodiment, an appropriate amount of oxygen is introduced based on the density of In, Ga, and Zn in the plasma by the above control.

[0043] 前記成膜時のカバー 26内の圧力は好ましくは 0. 01〜30Pa特に 0. l〜10Paの 範囲内で制御される。  [0043] The pressure in the cover 26 during the film formation is preferably controlled within a range of 0.01 to 30 Pa, particularly 0.1 to 10 Pa.

[0044] 基板 1上に成膜された In_Ga_Zn_〇膜が所定厚さとなった後、スパッタを終了し [0044] After the In_Ga_Zn_ ○ film formed on the substrate 1 reaches a predetermined thickness, the sputtering is finished.

、カバー 20内を大気圧にして In_Ga_Zn_〇膜が積層された基板 1を取り出す。 Then, the inside of the cover 20 is set to atmospheric pressure, and the substrate 1 on which the In_Ga_Zn_ ○ film is laminated is taken out.

[0045] In_Ga_Zn_〇膜の膜厚としては、例えば 5 Α〜5 μ m程度のものが成膜可能で ある。 [0046] 本実施の形態に係る In— Ga—Zn—O膜の成膜方法にあっては、各ターゲット 21a , 21bに交互に間欠的な電圧を印加するため、大電流をターゲットに流し、安定した 高速成膜を行うことができる。前述の通り、このような高速成膜を行うことによって、試 料表面で酸化反応が優先的に起こる前に新たな金属粒子が飛翔して表面を覆うこと ができるため、試料表面に吸着している酸素を膜中に取り込むことができ、 In-Ga- Zn_〇膜を高速かつ確実に成膜することができる。また、この方法を用いることによ つて異常放電を大幅に抑制できることから、安定した長時間の放電が可能となりダメ ージの少ない高品質の膜が作製可能となる。 [0045] As the film thickness of the In_Ga_Zn_O film, for example, a film having a thickness of about 5 mm to 5 μm can be formed. In the In—Ga—Zn—O film forming method according to the present embodiment, an intermittent voltage is alternately applied to the targets 21a and 21b, so that a large current flows through the targets, Stable high-speed film formation can be performed. As described above, by performing such high-speed film formation, new metal particles can fly and cover the surface before the oxidation reaction takes place preferentially on the sample surface. Oxygen can be taken into the film, and the In-Ga-Zn_O film can be formed at high speed and reliably. Also, by using this method, abnormal discharge can be greatly suppressed, so that stable long-time discharge is possible and a high-quality film with less damage can be produced.

[0047] また、各ターゲット 21a, 21bに単一のパルスを印加してもょレ、が、図 2の通り、各タ 一ゲット 21a, 21bにパルスパケットを印加することにより、各ターゲット 21a, 21bに単 一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を流すことができ、安定した高速成膜 が可能となる。  [0047] Further, as shown in FIG. 2, by applying a pulse packet to each target 21a, 21b, a single pulse is applied to each target 21a, 21b. Larger current can be applied compared to when a single pulse is applied to 21b, and stable high-speed film formation is possible.

[0048] 本実施の形態にあっては、スパッタ時における In、 Ga及び Znの放電の発光波長と 発光強度をモニタによってモニタリングすることにより、 In、 Ga及び Znのスパッタ量を 常時、正確に認識することができる。従って、このモニタリングの結果に基づいて成膜 条件を制御することにより、組成が制御された In— Ga— Zn— O膜を正確かつ安定的 に成膜することができる。  [0048] In the present embodiment, by monitoring the emission wavelength and emission intensity of the discharge of In, Ga, and Zn during sputtering, the amount of sputtering of In, Ga, and Zn is always accurately recognized. can do. Therefore, by controlling the film formation conditions based on the results of this monitoring, an In—Ga—Zn—O film with a controlled composition can be formed accurately and stably.

なお、得られた膜中の Inと Gaとの比が所望のものと異なっている場合には、 InGa の含有比が適切なものを第 1のターゲットとして使用することで、組成が制御された In Ga— Zn— O膜を正確かつ安定的に成膜することができる。  When the ratio of In to Ga in the obtained film is different from the desired ratio, the composition was controlled by using an appropriate InGa content ratio as the first target. In Ga—Zn—O film can be formed accurately and stably.

[0049] 本実施の形態にあっては、ターゲット 21a, 21bと同数(2個)のモニタが設けられ、 各ターゲット 21a, 21bにおける In、 Ga及び Znの放電の発光波長と発光強度を対応 するモニタを用いてモニタリングするため、各ターゲット 21a, 21bの放電状況を個別 に認識することができる。  [0049] In the present embodiment, the same number (two) of monitors as the targets 21a and 21b are provided, and the emission wavelengths and the emission intensities of the In, Ga, and Zn discharges in the targets 21a and 21b correspond to each other. Since monitoring is performed using a monitor, the discharge status of each target 21a, 21b can be recognized individually.

[0050] 本実施の形態にあっては、モニタリングに基づいて、各ターゲット 21a, 21bに付与 するパルス電力、パルス量、パルス幅、成膜時の圧力を変化させることにより、成膜さ れる組成及び結晶性を精密に制御することができる。  [0050] In the present embodiment, a composition to be formed by changing the pulse power, the pulse amount, the pulse width, and the pressure during film formation applied to each target 21a, 21b based on monitoring. And crystallinity can be precisely controlled.

[0051] 本実施の形態にあっては、モニタリングに基づいて酸素供給量を制御することによ り、酸素供給量を精密に制御することができる。このため、酸化数が精密に制御され た In— Ga—Zn—O膜を安定して供給することが可能となる。また、適切な量の酸素 を供給することにより、「遷移領域」でのスパッタが可能となり、その結果、適切な量の 酸素を含有した膜を高速で成膜することができる。 [0051] In the present embodiment, the oxygen supply amount is controlled based on monitoring. Thus, the oxygen supply amount can be precisely controlled. Therefore, it is possible to stably supply an In—Ga—Zn—O film whose oxidation number is precisely controlled. Further, by supplying an appropriate amount of oxygen, sputtering in the “transition region” becomes possible. As a result, a film containing an appropriate amount of oxygen can be formed at a high speed.

[0052] また、従来の流量計を用いた酸素供給量制御で In_Ga_Zn_〇膜を作製した場 合、 In_Ga_Zn_〇膜の酸化数を安定して制御することは難しい。その理由として 、例えば、ターゲットの消耗が進むにつれて成膜レートが変化し、成膜時の酸素流量 を初めとするスパッタ条件が変化するからである。本実施の形態では、成膜時に第 1 ,第 2のターゲット 21a, 21bにおける In、 Ga及び Znの発光波長と発光量をモニタリ ングし、プラズマ中の In、 Ga及び Znの密度からチャンバ一内に導入する酸素量を制 御する Plasma Emission Monitor Control (PEMコントローノレ)を用いるため、酸ィ匕 数が制御された In_Ga_Zn_0膜を安定して成膜することが可能となる。  [0052] In addition, when the In_Ga_Zn_O film is formed by controlling the oxygen supply amount using a conventional flow meter, it is difficult to stably control the oxidation number of the In_Ga_Zn_O film. This is because, for example, the film formation rate changes as the target is consumed, and the sputtering conditions such as the oxygen flow rate during film formation change. In this embodiment, the emission wavelengths and amounts of In, Ga, and Zn in the first and second targets 21a, 21b are monitored during film formation, and the inside of the chamber is determined from the density of In, Ga, and Zn in the plasma. Since Plasma Emission Monitor Control (PEM control) is used to control the amount of oxygen introduced into the substrate, it is possible to stably form an In_Ga_Zn_0 film in which the number of oxygen atoms is controlled.

[0053] 上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるも のではない。例えば、通常ターゲットには負の電圧を印加する力 ターゲットに間欠 的に正の電圧を印加してターゲットのチャージングを防止してもよい。この場合、負の 電圧によってターゲットに蓄積された荷電が正の電圧により解消されるため、スパッタ リング中にターゲットの縁部に酸化物等の絶縁膜が形成することが抑えられる。これ により、各ターゲットにより大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。  The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a force that applies a negative voltage to a normal target may be intermittently applied with a positive voltage to prevent the target from being charged. In this case, since the charge accumulated in the target due to the negative voltage is eliminated by the positive voltage, formation of an insulating film such as an oxide on the edge of the target during sputtering can be suppressed. As a result, a large current can flow through each target, and stable high-speed film formation is possible.

[0054] また、スパッタ時に基板の温度を調整することにより、 In— Ga— Zn— O膜の結晶性 を制御してもよい。  [0054] The crystallinity of the In-Ga-Zn-O film may be controlled by adjusting the temperature of the substrate during sputtering.

特に、スパッタ時の基板の温度を 77K〜300Kに調整してもよぐこの場合、 In— G a—Zn—O膜の表面に到達したスパッタ粒子の凝集エネルギーが減少し、膜の均一 性や膜の表面平坦性の向上が図られる。  In particular, the substrate temperature during sputtering may be adjusted to 77K to 300K. In this case, the agglomeration energy of the sputtered particles reaching the surface of the In—Ga—Zn—O film is reduced, and the uniformity of the film is reduced. The surface flatness of the film can be improved.

[0055] 上記実施の形態では、 2つのスパッタリング部に共通のスイッチングユニット 24を設 置したバイポーラ型デュアルマグネトロンスパッタリング法を用いた力 各スパッタリン グ部に個別にスイッチングユニットを設置したュニポーラ型デュアルマグネトロンスパ ッタリング法を用いてもよい。  [0055] In the above embodiment, a force using the bipolar dual magnetron sputtering method in which the common switching unit 24 is installed in the two sputtering units. The unipolar dual magnetron in which the switching unit is individually installed in each sputtering unit. A sputtering method may be used.

[0056] 上記実施の形態では In— Ga酸化物よりなる第 1のターゲットと Zn酸化物よりなる第 2のターゲットを用いた力 S、これに限定されるものではなぐ例えば、 Inよりなる第 1の ターゲットと、 Gaよりなる第 2のターゲットと、 Znよりなる第 3のターゲットを用いてもよ レ、。この場合、各ターゲットのパルス電力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変 化させることにより各金属のスパッタ量を個別に調整することができるため、 In_Ga _Zn_〇膜の組成の制御が容易である。 [0056] In the above embodiment, the first target made of In-Ga oxide and the first target made of Zn oxide. For example, a first target made of In, a second target made of Ga, and a third target made of Zn may be used. ,. In this case, the spatter amount of each metal can be individually adjusted by changing any of the pulse power, pulse amount, and pulse width of each target, so the composition of the In_Ga_Zn_〇 film can be easily controlled. It is.

[0057] また、組成の異なる複数の In_Ga_Zn酸化物をターゲットとして用いてもよレ、。例 えば、第 1のターゲットとして所望の In_Ga_Zn_〇膜中の In、 Ga及び Znの含有 比と比べて Inの含有比が大きい合金を用レ、、第 2のターゲットとして所望の In_Ga_ Zn_〇膜中の In、 Ga及び Znの含有比と比べて Gaの含有比が大きい合金を用い、 第 3のターゲットとして所望の In_Ga_Zn_〇膜中の In、 Ga及び Znの含有比と比 ベて Znの含有比が大きい合金を用いてもよレ、。この場合も、各ターゲットのパルス電 力、パルス量、及びパルス幅のいずれかを変化させることにより各金属のスパッタ量 を調整することができるため、 In—Ga— Zn—〇膜の組成の制御が容易である。  [0057] Alternatively, a plurality of In_Ga_Zn oxides having different compositions may be used as a target. For example, an alloy having a larger In content ratio than the content ratio of In, Ga and Zn in the desired In_Ga_Zn_〇 film as the first target is used, and the desired In_Ga_Zn_〇 as the second target. Use an alloy with a large Ga content ratio compared to the In, Ga, and Zn content ratio in the film, and use Zn as the third target in comparison with the In, Ga, and Zn content ratio in the desired In_Ga_Zn_ film. An alloy with a large content ratio may be used. In this case as well, the spatter amount of each metal can be adjusted by changing any of the pulse power, pulse amount, and pulse width of each target, so the composition of the In-Ga-Zn-O film can be controlled. Is easy.

[0058] 以下、実施例:!〜 3及び比較例 1, 2について説明する力 本発明の第 1アスペクト は実施例 1〜3に限定されるものではない。  [0058] Hereinafter, the ability to explain Examples:! To 3 and Comparative Examples 1 and 2 The first aspect of the present invention is not limited to Examples 1 to 3.

[0059] 〈実施例 1〉  <Example 1>

図 1の装置を用いて成膜を行った。第 1のターゲットとして、 In50atm%、 Ga50at m%よりなる In— Ga酸化物ターゲット(100mm φ X厚さ 5mm)を用い、第 2のターゲ ットとして Zn酸化物ターゲット(100mm φ X厚さ 5mm)を用いた。基板にはコーニン グ 7059無アルカリガラス(縦 80mm X横 25mm X厚さ 1 · 1mm)を用いた。  Film formation was performed using the apparatus shown in FIG. The first target is an In—Ga oxide target (100 mm φ X thickness 5 mm) consisting of In50 atm% and Ga 50 at m%, and the second target is a Zn oxide target (100 mm φ X thickness 5 mm). Was used. Corning 7059 alkali-free glass (length 80 mm x width 25 mm x thickness 1 · 1 mm) was used for the substrate.

[0060] 先ず、カバー内部に基板を導入し、ポンプによってカバー内を 5· 0 X 10— 4Pa以下 の真空にした後、 80sccmのアルゴン、 20sccmの酸素よりなる混合ガスをカバー 26 内に導入した。そして、各ターゲット電極に交互にパルス状の電圧を印加することに ょって111_0& _ 211 _〇膜を作製した。 [0060] First, the substrate is put inside the cover, introduced after the inside of the cover below the vacuum 5 · 0 X 10- 4 Pa by the pump, argon 80 sccm, the mixed gas composed of oxygen 20sccm in the cover 26 did. Then, 111_0 & _211_0 films were fabricated by alternately applying a pulsed voltage to each target electrode.

[0061] パルス周波数は 50Hz、印加電力は約 lkW X 2ターゲット、パルスの Duty比は Zn  [0061] Pulse frequency is 50 Hz, applied power is about lkW X 2 target, pulse duty ratio is Zn

: InGa = 50 : 50とした。成膜時の圧力は 0. 7Paとした。  : InGa = 50: 50. The pressure during film formation was 0.7 Pa.

[0062] 得られた膜の厚さを Veeco社製 Dektak 6Mを用いて測定し、成膜時の成膜速度 を算出したところ、 62. 6nmZminであった。また、得られた膜について XRD結晶構 造解析を行ったところ、アモルファス状態であることが確認された。 [0062] The thickness of the obtained film was measured using Dektak 6M manufactured by Veeco, and the film formation rate at the time of film formation was calculated to be 62.6 nmZmin. In addition, the XRD crystal structure of the obtained film As a result of structural analysis, it was confirmed to be in an amorphous state.

[0063] EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成は111:0&:211=1.1:1.0:0 .9であった。  As a result of composition analysis by EDX, the obtained film composition was 111: 0 &: 211 = 1.1: 1.0: 0.9.

Dektak 6Mを用いて得られた膜の表面のラタネスフアクターを測定したところ、 6. 2nmであった。  The surface roughness of the film obtained using Dektak 6M was measured and found to be 6.2 nm.

[0064] 〈実施例 2〉 <Example 2>

実施例 1の結果に基づき、パルスの Duty比を Zn:InGa = 53:47にしたこと以外は 実施例 1と同様にして In—Ga—Zn—O膜を作製し、 EDXによる組成分析を行った。 その結果、得られた膜組成は111:0&:211=1.1:1.0:1.0であった。 Based on the results of Example 1, except that the pulse duty ratio was changed to Zn: InGa = 53:47, an In-Ga-Zn-O film was prepared in the same manner as in Example 1, and the composition analysis was performed by EDX. It was. As a result, the obtained film composition was 111: 0 &: 2 1 1 = 1.1: 1.0: 1.0.

[0065] 〈比較例 1〉 <Comparative Example 1>

In-Ga- Zn合金ターゲット(組成比: In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (atm% ) )を 1個のみ用 レ、、該ターゲットに DC200Wを印加したことのほかは実施例 1と同様にして試料を作 製し、実施例 1と同様にして、膜厚測定を行い、成膜速度を算出した。その結果、成 膜速度は 8.7nm/minであり、極めて遅いものとなった。  Only one In-Ga-Zn alloy target (composition ratio: In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (atm%)) was used, and Example 1 was applied except that DC 200 W was applied to the target. Samples were prepared in the same manner, and the film thickness was measured in the same manner as in Example 1 to calculate the film formation rate. As a result, the deposition rate was 8.7 nm / min, which was extremely slow.

[0066] 〈比較例 2〉 <Comparative Example 2>

ターゲットに DC300W以上を印加したこと以外は比較例 1と同様にして試料を作製 した。成膜時に放電の状態が極めて不安定なものとなった。  A sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that DC 300 W or more was applied to the target. The state of discharge during film formation became extremely unstable.

[0067] 〈実施例 3〉 <Example 3>

成膜時の基板温度を 223k (— 50°C)に調整したこと以外は実施例 1と同様にして 試料を作製した。実施例 1と同様に膜厚測定を用い、成膜速度を算出したところ、 65 . InmZ mmであつに。  A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during film formation was adjusted to 223 k (−50 ° C.). The film thickness was measured in the same manner as in Example 1, and the film formation rate was calculated to be 65. InmZ mm.

[0068] また、得られた膜について XRD結晶構造解析を行ったところ、アモルファス状態で あることが確認された。  [0068] Further, when an XRD crystal structure analysis was performed on the obtained film, it was confirmed to be in an amorphous state.

[0069] EDXによる組成分析を行ったところ、得られた膜組成は111:0&:211=1.1:1.0:0 .9であった。 As a result of composition analysis by EDX, the obtained film composition was 1 1 1: 0 &: 2 1 1 = 1.1: 1.0: 0.9.

Dektak 6Mによって得られた膜の表面のラタネスフアクターを測定したところ、 5. 9nmであった。  The surface roughness of the film obtained by Dektak 6M was measured and found to be 5.9 nm.

[0070] 第 2アスペクトの太陽電池は、 p層と n層とを積層した pn接合型太陽電池において、 該 p層が Cu Oよりなり、該11層がァモルファス状態の111ー0&— 211—〇ょりなることを[0070] The solar cell of the second aspect is a pn junction solar cell in which a p layer and an n layer are stacked. The p layer is made of Cu 2 O, and the 11 layer is in the amorphous state 111-0 & -211

2 2

特徴とする。  Features.

[0071] 第 2アスペクトの太陽電池にあっては、 n層としてアモルファス状態の In—Ga—Zn _0を用いることから、 n層と p層との接合界面に不連続性ゃボイド等が発生すること が防止されて良好な接合界面が形成され、これにより大きな変換効率を得ることがで きる。  [0071] In the solar cell of the second aspect, since In-Ga-Zn_0 in an amorphous state is used as the n layer, discontinuities, such as voids, are generated at the junction interface between the n layer and the p layer. This is prevented and a good bonding interface is formed, whereby a large conversion efficiency can be obtained.

[0072] また、 In_Ga_Zn_〇はアモルファス状態でも大きな電子移動度を有することから 電力を取り出し易ぐこの点からも大きな変換効率を得ることができる。  [0072] Since In_Ga_Zn_O has a large electron mobility even in an amorphous state, a large conversion efficiency can be obtained also from this point that electric power can be easily extracted.

[0073] さらに、アモルファス状態の In—Ga—Zn—Oを形成すればよいことから、 In-Ga _Zn_〇を低温にて p層上に形成することができる。このため、 n層を形成するときの 加熱によって p層の Cu〇に粒成長等の著しい変性が生じることがなぐ p層と n層との  [0073] Furthermore, since it is only necessary to form In-Ga-Zn-O in an amorphous state, In-Ga_Zn_O can be formed on the p-layer at a low temperature. For this reason, there is no significant modification such as grain growth in the Cu layer of the p layer due to heating when forming the n layer.

2  2

接合界面が劣化することが防止され、これにより大きな変換効率を得ることができる。  It is possible to prevent the bonding interface from deteriorating, thereby obtaining a large conversion efficiency.

[0074] かかる本発明の太陽電池は、インジウム錫酸化物基板よりなる第 1の電極と、該イン ジゥム錫酸化物基板上に形成された Cu〇よりなる前記 p層と、該 p層上に形成された [0074] The solar cell of the present invention includes a first electrode made of an indium tin oxide substrate, the p layer made of CuO formed on the indium tin oxide substrate, and the p layer. Been formed

2  2

In— Ga— Zn—〇よりなる前記 n層と、該 n層上に形成された第 2の電極とを有してい てもよい。  You may have the said n layer which consists of In-Ga-Zn-0, and the 2nd electrode formed on this n layer.

[0075] また、かかる本発明の太陽電池は、 Cu板よりなる第 1の電極と、該 Cu板の表面を酸 化して形成された Cu Oよりなる前記 p層と、該 p層上に形成された In— Ga— Zn— O  [0075] Further, the solar cell of the present invention is formed on a first electrode made of a Cu plate, the p layer made of CuO formed by oxidizing the surface of the Cu plate, and the p layer. In—Ga—Zn—O

2  2

よりなる前記 n層と、該 n層上に形成されたインジウム錫酸化物よりなる電極膜と、該 電極膜上に形成された第 2の電極とを有していてもよい。このように、 Cu板を酸化す ることにより、第 1の電極と Cu〇よりなる p層とを容易に形成することができる。また、 n  And an electrode film made of indium tin oxide formed on the n layer, and a second electrode formed on the electrode film. Thus, by oxidizing the Cu plate, the first electrode and the p layer made of CuO can be easily formed. N

2  2

層と第 2の電極との間にインジウム錫酸化物よりなる電極膜を形成することにより、直 列抵抗成分を大幅に減少させることが出来、その結果、変換効率の向上を得ることが 出来る。  By forming an electrode film made of indium tin oxide between the layer and the second electrode, the series resistance component can be greatly reduced, and as a result, the conversion efficiency can be improved.

[0076] また、 In_Ga_Zn_〇はアモルファス状態であり、低温にて p層上に形成すること ができることから、 p層又は n層を安価な高分子基板上に形成してもよい(請求項 4)。 この場合、太陽電池の低コストィ匕が図られる。  [0076] Since In_Ga_Zn_O is in an amorphous state and can be formed on the p layer at a low temperature, the p layer or the n layer may be formed on an inexpensive polymer substrate. ). In this case, the low cost of the solar cell can be achieved.

[0077] この太陽電池の p層及び n層は、スパッタ法、反応性スパッタ法、 CVD法又は蒸着 法によって容易に形成することができる。 [0077] The p layer and n layer of this solar cell are formed by sputtering, reactive sputtering, CVD, or vapor deposition. It can be easily formed by the method.

[0078] n層の組成としては、 n層中の In, Ga及び Znの合計を 100atm%とすると、 Inは 8〜 67atm%、 Gaは:!〜 50atm%、 Znは 8〜67atm%であると、電子移動度が高ぐま たアモルファス状態を容易に得ることが出来る。また、可視光の透過性も十分あり、光 吸収層である Cu〇層への光の入射をさまたげなレ、ものとなる。  [0078] The composition of the n layer is 8 to 67 atm% for In, 8 to 67 atm% for Ga, and 8 to 67 atm% for Zn, where the total of In, Ga and Zn in the n layer is 100 atm%. Thus, an amorphous state with a high electron mobility can be easily obtained. In addition, it has sufficient visible light transmission, which prevents light from entering the CuO layer, which is a light absorption layer.

2  2

[0079] この太陽電池は、変換効率が 0. 67%以上であることが好ましい。  [0079] This solar cell preferably has a conversion efficiency of 0.67% or more.

[0080] この p層の平均粒径が 10nm〜10 μ mである場合、さらにホール移動度が高ぐ つ p層と n層との界面接合性も良好なものとなる。  [0080] When the average particle size of the p layer is 10 nm to 10 µm, the hole mobility is further increased, and the interfacial bonding property between the p layer and the n layer is improved.

[0081] 以下に、図面を参照して本発明の第 2アスペクトの実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the second aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.

[0082] 図 3は第 2アスペクトの実施の形態に係る太陽電池の模式的な断面図である。太陽 電池 30は、透明導電性基板 31と、この透明導電性基板 31上にスパッタリングによつ て形成された P層 32及び n層 33と、この n層 33上に設けられた金属電極 34とからな る。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the second aspect. The solar cell 30 includes a transparent conductive substrate 31, a P layer 32 and an n layer 33 formed on the transparent conductive substrate 31 by sputtering, and a metal electrode 34 provided on the n layer 33. It consists of.

[0083] 透明導電性基板 31及び電極 34の表面には導線 36が接合されている。  A conductive wire 36 is bonded to the surfaces of the transparent conductive substrate 31 and the electrode 34.

[0084] 透明導電性基板 31としては、導電性金属酸化物薄膜や金属等の導電性材料から なる基板が用いられる。導電性金属酸化物の好ましい例としては、 In O : Sn (lTO) As the transparent conductive substrate 31, a substrate made of a conductive material such as a conductive metal oxide thin film or metal is used. As a preferred example of the conductive metal oxide, In 2 O 3: Sn (lTO)

2 3 twenty three

、 SnO : Sb、 SnO : F、 Zn〇:Al、 ZnO : F、 CdSnOを挙げることができる。 SnO: Sb, SnO: F, ZnO: Al, ZnO: F, CdSnO.

2 2 4  2 2 4

[0085] 透明導電性基板 31の厚さは 0. 1〜: 10mmが一般的であり、 0. 3〜5mmが好まし レ、。  [0085] The thickness of the transparent conductive substrate 31 is generally 0.1 to 10 mm, preferably 0.3 to 5 mm.

[0086] なお、この透明導電性基板 31の代わりに、透明基板上に上記透明導電性基板 1を 形成したものを用いてもよい。この場合、透明基板としては、例えばケィ酸アルカリ系 ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスを使用することができる。また、アタリ ルゃ PETなどの高分子フィルム基材も用いることができる。これら高分子基板を用い る場合、低コスト化が図られる。基板の厚さは 0. 1〜: 10mmが一般的であり、 0. 3〜 5mmが好ましい。ガラス板は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。  [0086] Instead of the transparent conductive substrate 31, a substrate obtained by forming the transparent conductive substrate 1 on a transparent substrate may be used. In this case, for example, glass such as alkali silicate glass, non-alkali glass, or quartz glass can be used as the transparent substrate. A polymer film substrate such as Atalya PET can also be used. When these polymer substrates are used, the cost can be reduced. The thickness of the substrate is generally from 0.1 to 10 mm, preferably from 0.3 to 5 mm. The glass plate is preferably chemically or thermally strengthened.

[0087] p層 32は Cu Oである。この Cu〇は、 p層としての機能と共に光吸収層としての機  [0087] The p layer 32 is Cu 2 O. This Cu ○ functions as a p-layer as well as a light-absorbing layer.

2 2  twenty two

能も有する。  It also has the ability.

[0088] 成膜された Cu Oの平均粒径は lOnm lO z mであることが好ましレ、。 10nmより 小さいと Cu Oが十分に粒成長することができずに結晶性が悪くなり、このため p層に[0088] The average particle diameter of the deposited Cu 2 O is preferably lOnm lO zm. From 10nm If it is small, Cu O cannot sufficiently grow and crystallinity deteriorates.

2 2

おけるホール移動度が小さくなる。一方、 10 μ ΐηより大きいと p層の表面が粗くなりす ぎて ρ層と η層との接合性が悪くなり、変換効率が低下する。また、リーク電流成分も 大幅に増大する。  The hole mobility is reduced. On the other hand, if it is larger than 10 μΐη, the surface of the p layer becomes too rough and the bonding property between the ρ layer and the η layer deteriorates, and the conversion efficiency decreases. Also, the leakage current component increases significantly.

[0089] ρ層の厚さは例えば 100nm〜3 μ m好ましくは 300nm〜l μ mである。 p層の電子 移動度は 0. 01〜: 100cm2/V' sec特に:!〜 100cm2ZV' secであることが好ましい The thickness of the ρ layer is, for example, 100 nm to 3 μm, preferably 300 nm to 1 μm. The electron mobility of the p-layer is preferably from 0.01 to 100 cm 2 / V 'sec, particularly from! to 100 cm 2 ZV' sec.

[0090] n層 33はアモルファス状態の In_Ga_Zn_〇である。このアモルファス状態の InThe n layer 33 is In_Ga_Zn_O in an amorphous state. In this amorphous state

— Ga—Zn—Oは粒界を形成することがなく均一であることから、結晶性の Cu O表面 — Since Ga—Zn—O is uniform without forming grain boundaries, the crystalline Cu 2 O surface

2 を一様におおう様に形成され、その結果、 n層と p層との接合界面に不連続性やボイ ド等が発生することが防止され、良好な接合界面が形成される。これにより大きな変 換効率を得ることができる。  As a result, discontinuities and voids are prevented from occurring at the junction interface between the n layer and the p layer, and a good junction interface is formed. As a result, a large conversion efficiency can be obtained.

[0091] また、 In— Ga— Zn 〇はアモルファス状態でも大きな電子移動度を有することから 電力を取り出し易ぐこの点からも大きな変換効率を得ることができる。  In addition, since In—Ga—ZnO has a large electron mobility even in an amorphous state, it is possible to obtain a large conversion efficiency from this point of easily taking out electric power.

[0092] さらに、アモルファス状態の In— Ga—Zn—Oを形成すればよいことから、 In— Ga[0092] Further, since In-Ga-Zn-O in an amorphous state may be formed, In-Ga

— Zn 〇を低温にて p層上に形成することができる。このため、 n層を形成するときの 加熱によって p層の Cu〇に粒成長等の著しい変性が生じることがなぐ p層と n層との — Zn ○ can be formed on the p-layer at low temperature. For this reason, there is no significant modification such as grain growth in the Cu layer of the p layer due to heating when forming the n layer.

2  2

接合界面が劣化することが防止され、これにより大きな変換効率を得ることができる。  It is possible to prevent the bonding interface from deteriorating, thereby obtaining a large conversion efficiency.

[0093] n層中の In, Ga及び Znの合計を 100atm%とすると、 Inは 8〜67atm%、 Gaは 1 〜50atm%、 Znは 8〜67atm%であることが好ましレ、。かかる組成の In—Ga—Zn Oは、電子の十分な移動度と、可視光の透過性、 Cu〇層との接合性の全てを満 [0093] When the total of In, Ga and Zn in the n layer is 100 atm%, In is preferably 8 to 67 atm%, Ga is 1 to 50 atm%, and Zn is 8 to 67 atm%. In—Ga—Zn O with such a composition satisfies all of the sufficient mobility of electrons, the transmittance of visible light, and the bonding property with the CuO layer.

2  2

たすことが出来る。  I can help.

[0094] n層の厚さは例えば 100nm〜5 μ m好ましくは 300nm〜l μ mである。  [0094] The thickness of the n layer is, for example, 100 nm to 5 μm, preferably 300 nm to 1 μm.

[0095] n層は、成膜面の温度が室温〜 200°Cの範囲となる条件で成膜することが好ましい 。この場合、 n層と p層との接合性が良好になると共に、 p層内の Cu Oに粒成長等の [0095] The n layer is preferably formed under the condition that the temperature of the film formation surface is in the range of room temperature to 200 ° C. In this case, the bondability between the n layer and the p layer is improved, and the Cu O in the p layer has a grain growth or the like.

2  2

変性が生じることを抑制することができる。また、基板として高分子基板を用いること ができる。  It can suppress that modification | denaturation arises. In addition, a polymer substrate can be used as the substrate.

[0096] 金属電極 34としては、白金、 Al、 Cu、 Ti、 Ni等が使用できる。 [0097] 本実施の形態では、 DC電源を用い、酸素とアルゴンの混合ガス雰囲気中に透明 導電性基板 1を設置し、 Cuターゲットに電圧を印加してスパッタする。スパッタされた Cuは透明導電性基板 1の表面等で酸化され、透明導電性基板 1上に Cu O層が形 [0096] As the metal electrode 34, platinum, Al, Cu, Ti, Ni, or the like can be used. In the present embodiment, a transparent conductive substrate 1 is placed in a mixed gas atmosphere of oxygen and argon using a DC power source, and a voltage is applied to a Cu target for sputtering. The sputtered Cu is oxidized on the surface of the transparent conductive substrate 1 and the Cu O layer is formed on the transparent conductive substrate 1.

2 成される。次いで In— Ga— Znよりなるターゲットに電圧を印加してスパッタする。スパ ッタされた In, Ga及び Znは Cu〇層の表面等で酸化され、 Cu〇層上に In— Ga— Z  2 Made. Next, sputtering is performed by applying a voltage to a target made of In—Ga—Zn. Sputtered In, Ga, and Zn are oxidized on the surface of the CuO layer, etc.

2 2  twenty two

n_〇層が形成される。  n_ ○ layer is formed.

[0098] なお、 In_Ga_Znよりなる 1種類のターゲットを用いる代わりに、 In, Ga及び Znの 少なくとも 1種類よりなる異なる組成を有する複数種類のターゲットを用いて In_Ga _ Zn _〇層を形成してもよレヽ。  [0098] Instead of using one type of target composed of In_Ga_Zn, the In_Ga_Zn_O layer may be formed using a plurality of types of targets having different compositions composed of at least one of In, Ga, and Zn. Yo!

[0099] 次いで、 In_Ga_Zn_〇よりなる n層上に電極を形成することにより、太陽電池 10 が得られる。  Next, a solar cell 10 is obtained by forming an electrode on the n layer made of In_Ga_Zn_O.

[0100] このようにして得られた太陽電池 10は、変換効率が 0. 67%以上の機能性の高い ものであることが好ましい。  [0100] The solar cell 10 thus obtained preferably has a high functionality with a conversion efficiency of 0.67% or more.

[0101] 本実施の形態では反応性スパッタ法によって p層及び n層の成膜を行った力 Cu [0101] In this embodiment, the force Cu is applied to form the p-layer and n-layer by reactive sputtering.

2 2

Oターゲット及び In— Ga— Zn— Oターゲットを用い、スパッタ法によって ρ層及び n層 の成膜を行ってもよい。また、 CVD法、蒸着法等によって p層及び n層の成膜を行つ てもよい。 The ρ layer and the n layer may be formed by sputtering using an O target and an In—Ga—Zn—O target. Further, the p layer and the n layer may be formed by CVD, vapor deposition or the like.

[0102] 図 4は第 2アスペクトの異なる実施の形態に係る太陽電池の模式的な断面図である 。太陽電池 40は、 Cu板 41と、この Cu板 41の表面を酸化させることによって形成され た Cu Oよりなる p層 42と、この p層 42上にスパッタリングによって形成された In— Ga  [0102] FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment having a different second aspect. The solar cell 40 includes a Cu plate 41, a p-layer 42 made of CuO formed by oxidizing the surface of the Cu plate 41, and an In-Ga formed on the p-layer 42 by sputtering.

2  2

— Zn—〇よりなる n層 43及び ITO (インジウム錫酸化物)層 45と、この ΙΤΟ層 45上に 設けられた金属電極 44とからなる。 Cu Oよりなる p層 42は、 Cu板 41を大気中にて  — Consists of an n layer 43 and an ITO (indium tin oxide) layer 45 made of Zn—O, and a metal electrode 44 provided on the plating layer 45. The p-layer 42 made of Cu 2 O has the Cu plate 41 in the atmosphere.

2  2

熱処理することにより形成する。 Cu板 41及び電極 44に導線 46が接続される。この 太陽電池 40も変換効率の高レ、ものとなる。  It is formed by heat treatment. A conductive wire 46 is connected to the Cu plate 41 and the electrode 44. This solar cell 40 also has a high conversion efficiency.

[0103] 以下、実施例 4, 5及び比較例 3について説明するが、第 2アスペクトは実施例 4, 5 に限定されるものではない。 Hereinafter, Examples 4 and 5 and Comparative Example 3 will be described, but the second aspect is not limited to Examples 4 and 5.

[0104] 〈実施例 4〉 <Example 4>

ITOガラス基板上に、反応性スパッタ法を用いて Cu〇よりなる p層と In_Ga_Zn Oよりなる n層をこの順に成膜した。成膜条件は以下の通りとした。 A p-layer made of CuO and In_Ga_Zn on an ITO glass substrate using reactive sputtering An n layer made of O was formed in this order. The film forming conditions were as follows.

[P層]  [P layer]

ターゲット: Cu、到達真空度: 5· 0 X 10— 4Pa、成膜時圧力: 0· 7Pa Target: Cu, ultimate vacuum: 5 · 0 X 10— 4 Pa, pressure during film formation: 0 · 7 Pa

成膜時ガス流量: Ar/O = 95/5sccm、印加電力: DC50W、  Gas flow rate during deposition: Ar / O = 95 / 5sccm, applied power: DC50W,

2  2

成膜時間:30分、膜厚: 350nm  Deposition time: 30 minutes, film thickness: 350 nm

[n層]  [n layers]

ターゲット: InGaZnO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1)、  Target: InGaZnO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1),

到達真空度: 5. 0 X 10— 4Pa、成膜時圧力: 0. 7Pa、 Ultimate vacuum: 5.0 X 10— 4 Pa, film-forming pressure: 0.7 Pa,

成膜時ガス流量: Ar/O = 80/20sccm  Gas flow rate during deposition: Ar / O = 80 / 20sccm

2 、  2,

印加電力: DC50W、成膜時間: 30分、膜厚: 300nm  Applied power: DC50W, deposition time: 30 minutes, film thickness: 300nm

[0105] この n層上に Al (厚さ lOOnm)を形成して電極とした。 [0105] Al (thickness lOOnm) was formed on this n layer to form an electrode.

得られた太陽電池について、 ITOガラス基板及び A1電極に導線を接合し、ソーラ 一シミュレーターを用いて変換効率の測定を行った。なお、測定は AMI . 5の条件 下、 30°C、大気中という環境下で行った。なお、素子のサイズは 10mm X 10mmで ある。  About the obtained solar cell, the conducting wire was joined to the ITO glass substrate and the A1 electrode, and the conversion efficiency was measured using a solar simulator. The measurement was performed under the conditions of AMI.5 and 30 ° C in the atmosphere. The element size is 10mm x 10mm.

その結果、変換効率 77は 1. 9%であった。  As a result, the conversion efficiency 77 was 1.9%.

[0106] 〈実施例 5〉 <Example 5>

厚み 0· 3mmの Cu板を大気中、 450°Cにて 6時間熱処理して、 Cu板表面に Cu O  A Cu plate with a thickness of 0.3 mm is heat-treated in air at 450 ° C for 6 hours, and Cu O is applied to the Cu plate surface.

2 よりなる P層(厚み 350nm)を形成した。次いで、この Cu Oよりなる p層上に、反応性  A P layer (thickness 350 nm) consisting of 2 was formed. Next, on this p layer of Cu 2 O, the reactivity

2  2

スパッタ法を用いて In— Ga— Zn—〇よりなる n層及び ITO層をこの順に形成し、この ITO層上に Aはりなる電極を形成した。 n層及び A1電極は実施例 4と同様にして形成 した。 ITO層は以下の条件による反応性スパッタによって形成した。  An n layer composed of In—Ga—Zn—O and an ITO layer were formed in this order using a sputtering method, and an electrode of A beam was formed on the ITO layer. The n layer and the A1 electrode were formed in the same manner as in Example 4. The ITO layer was formed by reactive sputtering under the following conditions.

[ΠΌ層]  [Midori]

ターゲット:インジウム錫合金(In: Sn= 97: 3atm%)、  Target: Indium tin alloy (In: Sn = 97: 3atm%),

到達真空度: 5. 0 X 10— 4Pa、成膜時圧力: 0. 7Pa、 Ultimate vacuum: 5.0 X 10— 4 Pa, film-forming pressure: 0.7 Pa,

成膜時ガス流量: Ar/O = 95/5sccm、印加電力: DC50W、  Gas flow rate during deposition: Ar / O = 95 / 5sccm, applied power: DC50W,

2  2

成膜時間:30分、膜厚: lOOnm  Deposition time: 30 minutes, film thickness: lOOnm

[0107] 得られた太陽電池について、 Cu板及び A1電極に導線を接合し、実施例 4と同様、 ソーラーシミュレーターを用いて変換効率の測定を行った。 [0107] About the obtained solar cell, a conductor was joined to the Cu plate and the A1 electrode, and as in Example 4, Conversion efficiency was measured using a solar simulator.

その結果、変換効率 77は 2. 1%であった。  As a result, the conversion efficiency 77 was 2.1%.

[0108] 〈比較例 3〉 <Comparative Example 3>

n層を ZnOとしたこと以外は実施例 4と同様にして太陽電池を得た。なお、 Zn〇は 以下の条件による反応性スパッタによって形成した。  A solar cell was obtained in the same manner as in Example 4 except that the n layer was ZnO. ZnO was formed by reactive sputtering under the following conditions.

[n層(ZnO)コ  [n layer (ZnO)

ターゲット: Zn、到達真空度: 5. 0 X 10— 4Pa、成膜時圧力: 0. 7Pa、 Target: Zn, ultimate vacuum: 5.0 X 10— 4 Pa, film-forming pressure: 0.7 Pa,

成膜時ガス流量: Ar/O = 80/20sccm、印加電力: DC50W、  Gas flow rate during deposition: Ar / O = 80 / 20sccm, applied power: DC50W,

2  2

成膜時間: 30分、膜厚: 280nm  Deposition time: 30 minutes, film thickness: 280nm

[0109] 得られた太陽電池について、実施例 4と同様にソーラーシミュレーターを用いて変 換効率の測定を行った。 [0109] The conversion efficiency of the obtained solar cell was measured using a solar simulator in the same manner as in Example 4.

その結果、変換効率 ηは 0. 2%であった。  As a result, the conversion efficiency η was 0.2%.

[0110] 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れるこ となく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。 [0110] Although the present invention has been described in detail using specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

なお、本出願は、 2005年 3月 25日付で出願された日本特許出願(特願 2005— 0 89078)及び 2005年 6月 1曰付で出願された曰本特許出願(特願 2005— 161582 )に基づいており、その全体が引用により援用される。  This application consists of a Japanese patent application filed on March 25, 2005 (Japanese Patent Application 2005-0 89078) and a Japanese patent application filed June 1, 2005 (Japanese Patent Application 2005-161582). Which is incorporated by reference in its entirety.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims [1] 酸素ガスを含む雰囲気にて、ターゲットを用いてスパッタすることにより、 In-Ga- Zn_〇膜を成膜する方法において、  [1] In a method of forming an In-Ga-Zn_O film by sputtering using a target in an atmosphere containing oxygen gas, 該ターゲットは複数個設けられており、  A plurality of the targets are provided, 各ターゲットは In、 Ga及び Znの少なくとも 1種類よりなる金属又は合金または酸化 物であり、かつ、 In、 Ga及び Znのそれぞれは該ターゲットの少なくとも 1個に含有さ れており、  Each target is a metal or alloy or oxide composed of at least one of In, Ga and Zn, and each of In, Ga and Zn is contained in at least one of the targets, 該ターゲットの少なくとも 1個は他のターゲットとは異なる組成となっており、 各ターゲットに交互に間欠的な電圧を印加してスパッタを行うことを特徴とする In— At least one of the targets has a composition different from that of other targets, and sputtering is performed by alternately applying intermittent voltage to each target. Ga— Zn— O膜の成膜方法。 A method for forming a Ga—Zn—O film. [2] 請求項 1において、前記ターゲットのそれぞれは、 In、 Ga及び Znのいずれか 1種類 よりなる金属または酸化物であることを特徴とする In— Ga— Zn—〇膜の成膜方法。 [2] The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein each of the targets is a metal or an oxide of any one of In, Ga, and Zn. [3] 請求項 1において、前記ターゲットは、 In、 Ga及び Znを含有し、かつ互いに組成が 異なる合金であることを特徴とする In— Ga— Zn— O膜の成膜方法。 [3] The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein the target is an alloy containing In, Ga, and Zn and having different compositions. [4] 請求項 1において、前記ターゲットの少なくとも 1個は In及び Gaよりなる合金または 酸化物であり、前記ターゲットの残りは Znよりなる金属もしくは酸化物であることを特 徴とする In— Ga— Zn— O膜の成膜方法。 [4] The In—Ga of claim 1, wherein at least one of the targets is an alloy or oxide made of In and Ga, and the remainder of the target is a metal or oxide made of Zn. —Zn—O film formation method. [5] 請求項 1において、複数のパルス電圧よりなるパルスパケットを各ターゲットに交互 に間欠的に印加することを特徴とする In_Ga_Zn_0膜の成膜方法。 [5] The method of forming an In_Ga_Zn_0 film according to claim 1, wherein a pulse packet including a plurality of pulse voltages is alternately and intermittently applied to each target. [6] 請求項 1において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ター ゲットのチャージングを防止することを特徴とする In _Ga_Zn_〇膜の成膜方法。 6. The method of forming an In_Ga_Zn_O film according to claim 1, wherein charging of the target is prevented by intermittently applying a positive voltage to each target. [7] 請求項 1において、スパッタ時における In、 Ga及び Znの放電の発光波長と発光強 度をモニタリングすることを特徴とする In -Ga-Zn-〇膜の成膜方法。 [7] The method for forming an In-Ga-Zn-0 film according to claim 1, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering are monitored. [8] 請求項 7において、前記ターゲット毎に、スパッタ時における In、 Ga及び Znの放電 の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とする In— Ga— Zn— O膜の成 膜方法。 [8] The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 7, wherein the emission wavelength and emission intensity of discharge of In, Ga, and Zn during sputtering are monitored for each target. [9] 請求項 7において、前記モニタリングに基づいて、各ターゲットに付与するノ^レス電 力、パルス量、パルス幅、成膜時の圧力及び酸素供給量の少なくとも一つを変化さ せることにより、成膜される膜の組成及び結晶性を制御することを特徴とする In— Ga Zn— O膜の成膜方法。 [9] In Claim 7, based on the monitoring, at least one of a no-load power, a pulse amount, a pulse width, a pressure during film formation, and an oxygen supply amount applied to each target is changed. To control the composition and crystallinity of the film to be formed. [10] 請求項 1において、スパッタ時に基板の温度を調整することにより、成膜される膜の 結晶性を制御することを特徴とする In— Ga— Zn— O膜の成膜方法。 10. The method for forming an In—Ga—Zn—O film according to claim 1, wherein the crystallinity of the film to be formed is controlled by adjusting the temperature of the substrate during sputtering. [11] 請求項 10において、スパッタ時に基板の温度を 77K〜300Kに調整することを特 徴とする In— Ga— Zn— Ο膜の成膜方法。 [11] The method for forming an In—Ga—Zn—coating film according to claim 10, wherein the temperature of the substrate is adjusted to 77K to 300K during sputtering. [12] p層と n層とを積層した pn接合型太陽電池において、 [12] In a pn junction solar cell in which a p layer and an n layer are stacked, 該 p層が Cu Oよりなり、  The p layer is made of Cu 2 O, 2  2 該 n層がァモルファス状態の In _ Ga _ Zn _〇よりなることを特徴とする太陽電池。  The solar cell, wherein the n layer is composed of In_Ga_Zn_O in an amorphous state. [13] 請求項 12において、インジウム錫酸化物基板と、 [13] The indium tin oxide substrate according to claim 12, 該インジウム錫酸化物基板上に形成された前記 p層と、  The p-layer formed on the indium tin oxide substrate; 該 p層上に形成された前記 n層と、  The n layer formed on the p layer; 該 n層上に形成された電極とを有することを特徴とする太陽電池。  A solar cell comprising an electrode formed on the n layer. [14] 請求項 12において、 Cu板と、 [14] In claim 12, a Cu plate; 該 Cu板の表面を酸化して形成された前記 p層と、  The p layer formed by oxidizing the surface of the Cu plate; 該 p層上に形成された前記 n層と、  The n layer formed on the p layer; 該 n層上に形成されたインジウム錫酸化物よりなる電極膜と、  An electrode film made of indium tin oxide formed on the n layer; 該電極膜上に形成された電極とを有することを特徴とする太陽電池。  A solar cell comprising an electrode formed on the electrode film. [15] 請求項 12において、前記 p層又は前記 n層は高分子基板上に形成されていること を特徴とする太陽電池。 15. The solar cell according to claim 12, wherein the p layer or the n layer is formed on a polymer substrate. [16] 請求項 12において、前記 p層及び n層はスパッタ法、反応性スパッタ法、 CVD法又 は蒸着法によって形成されたことを特徴とする太陽電池。 16. The solar cell according to claim 12, wherein the p layer and the n layer are formed by a sputtering method, a reactive sputtering method, a CVD method, or an evaporation method. [17] 請求項 12において、前記 n層中の In, Ga及び Znの合計を 100atm。/oとすると、 [17] The sum of In, Ga and Zn in the n layer is 100atm in claim 12. / o Inは 8〜67atm%、  In is 8 ~ 67atm%, Gaは:!〜 50atm%、  Ga:! ~ 50atm%, Znは 8〜67atm%  Zn 8 ~ 67atm% であることを特徴とする太陽電池。  A solar cell characterized by being [18] 請求項 12において、該太陽電池の変換効率が 0. 67。/0以上であることを特徴とす る太陽電池。 18. The conversion efficiency of the solar cell according to claim 12, wherein the conversion efficiency of the solar cell is 0.67. / 0 or more Solar cell. 請求項 12において、前記 p層の平均粒径が lOnm〜: 10 μ ΐηであることを特徴とす る太陽電池。  13. The solar cell according to claim 12, wherein an average particle size of the p layer is lOnm˜: 10 μΐη.
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