JP2015108168A - Production method of nanostructure thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成できるナノ構造薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a nanostructured thin film capable of forming nanosized protrusions in a wide area with high density.
近年、シリコン太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池等の様々な種類の太陽電池が研究されている。こられの太陽電池において、高い光電変換効率を得る方法として、表面に複数のナノサイズ突起物が形成された、表面積の大きいナノ構造薄膜を電極に用いる方法が検討されている。 In recent years, various types of solar cells such as silicon solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic thin film solar cells have been studied. In these solar cells, as a method for obtaining high photoelectric conversion efficiency, a method of using a nanostructured thin film having a large surface area, in which a plurality of nanosize protrusions are formed on the surface, as an electrode has been studied.
特許文献1には、基材上に、緻密な金属酸化物層(1)と、柱状構造を有する金属酸化物層(2)を有してなる金属酸化物膜が記載されており、この金属酸化物膜を電極として用い、その電極に色素を吸着させ、対極との間に電解質を挟んだ構造の色素増感太陽電池も記載されている。特許文献2には、導電層の表面に、複数の酸化インジウムスズITOナノロッドを備えた酸化インジウムスズITO立体電極が記載されており、この酸化インジウムスズITO立体電極を、有機ソーラー電池、色素増感ソーラー電池、有機発光ダイオード等の有機光電デバイスに応用することができることも記載されている。
特許文献1又は2に記載されたナノ構造薄膜は、斜向蒸着によりナノサイズ突起物が形成されたものである。斜向蒸着によりナノサイズ突起物を形成させる方法は、非特許文献1〜4にも記載されている。しかしながら、斜向蒸着は蒸着金属の付着方向が面内でばらつきやすく、ナノサイズ突起物の密度が不均一となり、ナノサイズ突起物の密度が低い箇所が生じることがあった。
The nanostructure thin film described in
本発明は、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成できるナノ構造薄膜の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the nanostructure thin film which can form a nanosize protrusion in a high density | concentration in a wide area | region.
本発明は、スパッタリングにより基板上にナノサイズ突起物を形成するナノ構造薄膜の製造方法であって、前記基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行い、前記基板の鉛直軸と前記スパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θが、5〜60°であるナノ構造薄膜の製造方法である。
以下、本発明を詳述する。
The present invention relates to a method for producing a nanostructured thin film that forms nano-sized protrusions on a substrate by sputtering, wherein sputtering is performed with a sputtering target inclined to the substrate, and the substrate is vertically This is a method for producing a nanostructured thin film, wherein the angle θ formed by the axis and the vertical axis of the sputtering target is 5 to 60 °.
The present invention is described in detail below.
本発明者は、従来の斜向蒸着の替わりに、スパッタリングにより基板上にナノサイズ突起物を形成することを検討した。
図3に、一般的なスパッタリング方法の一例を模式的に示す。図3に示すように、一般的なスパッタリング方法においては、基板ホルダ1に保持した基板2に対して、ターゲット電極3に取り付けたスパッタリングターゲット4を対向させた状態でスパッタリングを行う。これにより、スパッタリングターゲット4と同素材のスパッタ原子4’が基板2の表面に入射し、基板2の表面に堆積する。しかしながら、このような一般的なスパッタリング方法では、平坦な薄膜ではなくナノ構造薄膜を製造する場合には、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成することは難しかった。
これに対して本発明者は、スパッタリングにより基板上にナノサイズ突起物を形成するナノ構造薄膜の製造方法において、基板に対して、スパッタリングターゲットを特定の角度で傾けて対向させた状態でスパッタリングを行うことにより、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The present inventor considered forming nano-sized protrusions on a substrate by sputtering instead of the conventional oblique deposition.
FIG. 3 schematically shows an example of a general sputtering method. As shown in FIG. 3, in a general sputtering method, sputtering is performed in a state where the
In contrast, in the method of manufacturing a nanostructured thin film in which nano-sized protrusions are formed on a substrate by sputtering, the present inventor performs sputtering in a state where the sputtering target is inclined to face the substrate at a specific angle. As a result, it was found that nano-sized protrusions can be formed in a wide area at a high density, and the present invention has been completed.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法は、スパッタリングにより基板上にナノサイズ突起物を形成するものである。
上記基板は特に限定されないが、透明であることが好ましく、例えば、ガラス基板、金属基板等の無機基板、プラスチックフィルム等が挙げられる。上記プラスチックフィルムとして、PETフィルム、ポリエチレンナフトエートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、シクロオレフィン樹脂フィルム等が好ましい。
上記基板の厚みは特に限定されないが、上記ガラス基板等の無機基板の厚みは、50μm〜10mmが好ましく、上記プラスチックフィルムの厚みは、8〜200μmが好ましい。
In the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, nanosize protrusions are formed on a substrate by sputtering.
Although the said board | substrate is not specifically limited, It is preferable that it is transparent, for example, inorganic substrates, such as a glass substrate and a metal substrate, a plastic film, etc. are mentioned. As the plastic film, a PET film, a polyethylene naphthoate film, a polycarbonate film, a polyimide film, a cycloolefin resin film and the like are preferable.
The thickness of the substrate is not particularly limited, but the thickness of the inorganic substrate such as the glass substrate is preferably 50 μm to 10 mm, and the thickness of the plastic film is preferably 8 to 200 μm.
上記スパッタリングに使用するスパッタ装置は特に限定されず、バッチ式のスパッタ装置であってもよいし、ロールtoロール方式のスパッタ装置であってもよい。 The sputtering apparatus used for the sputtering is not particularly limited, and may be a batch type sputtering apparatus or a roll-to-roll type sputtering apparatus.
上記スパッタリングの条件を調整することにより、上記基板上に目的とするナノサイズ突起物を形成することができる。
なかでも、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行うことが好ましく、アルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行うことがより好ましい。なお、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行うとは、少なくとも、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行う工程が含まれていればよく、その工程の前に酸素ガスを導入してスパッタリングを行ってもよい。酸素ガスを導入する場合は、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気下でスパッタリングを行い、続いて、酸素ガスを含まないアルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行うことが好ましい。
By adjusting the sputtering conditions, a target nano-sized protrusion can be formed on the substrate.
Among these, it is preferable to perform sputtering without introducing oxygen gas, and it is more preferable to perform sputtering in an argon gas atmosphere. Note that sputtering without introducing oxygen gas may include at least a step of performing sputtering without introducing oxygen gas, and even if sputtering is performed by introducing oxygen gas before that step. Good. In the case of introducing oxygen gas, it is preferable to perform sputtering in a mixed gas atmosphere of argon gas and oxygen gas, and then perform sputtering in an argon gas atmosphere not containing oxygen gas.
上記スパッタリングにおいて、上記基板を加熱する温度(製膜温度)は特に限定されないが、好ましい下限が130℃、好ましい上限が500℃である。このような製膜温度とすることにより、ナノサイズ突起物を充分に形成することができる。
なかでも、上記基板が上記ガラス基板等の無機基板である場合、製膜温度の好ましい下限は150℃、より好ましい下限は175℃である。製膜温度を175℃以上とすることにより、目的とする形状のナノサイズ突起物を形成しやすくなる。
また、上記プラスチックフィルムは一般的に薄く熱伝導性が高いため、上記基板が上記プラスチックフィルムである場合、製膜温度の好ましい下限は130℃である。このような製膜温度とすることにより、上記基板として上記プラスチックフィルムを用いることができ、得られたナノ構造薄膜は、太陽電池等の光電デバイスの電極のうちフレキシブルなものにも好適に利用されうるものとなる。
In the sputtering, the temperature at which the substrate is heated (film formation temperature) is not particularly limited, but a preferable lower limit is 130 ° C. and a preferable upper limit is 500 ° C. By setting it as such film forming temperature, a nanosize protrusion can fully be formed.
Especially, when the said board | substrate is inorganic board | substrates, such as the said glass substrate, the minimum with preferable film forming temperature is 150 degreeC, and a more preferable minimum is 175 degreeC. By setting the film forming temperature to 175 ° C. or higher, it becomes easy to form nanosized protrusions having a target shape.
Further, since the plastic film is generally thin and has high thermal conductivity, when the substrate is the plastic film, a preferable lower limit of the film forming temperature is 130 ° C. By setting it as such film forming temperature, the said plastic film can be used as said board | substrate, and the obtained nanostructure thin film is suitably utilized also for a flexible thing among the electrodes of photoelectric devices, such as a solar cell. It will become a thing.
上記スパッタリングに使用するスパッタリングターゲットは特に限定されず、例えば、SnO23.0〜50重量%のITOターゲット等が挙げられる。このようなSnO2含有量とすることにより、ナノサイズ突起物を充分に形成することができる。また、SnO2含有量が多くなるにつれて、ナノサイズ突起物が長くなり密度が高くなるとともに円錐の先端に存在する球の直径が小さくなる傾向がある。SnO2含有量のより好ましい下限は5重量%、より好ましい上限は45重量%であり、更に好ましい下限は7重量%、更に好ましい上限は35重量%である。
Sputtering target used in the sputtering is not particularly limited, for example,
上記スパッタリングの様式は特に限定されず、DCスパッタであってもRFスパッタであってよく、DCスパッタとRFスパッタとの重畳スパッタであってもよい。上記スパッタリングの圧力、投入電力等は特に限定されず、例えば、圧力0.666Pa、投入電力300W等を用いることができる。 The sputtering method is not particularly limited, and may be DC sputtering or RF sputtering, or may be superimposed sputtering of DC sputtering and RF sputtering. The sputtering pressure, input power, and the like are not particularly limited. For example, a pressure of 0.666 Pa, input power of 300 W, or the like can be used.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法においては、上記基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行う。これにより、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成することができる。
この理由ははっきりとは判っていないが、基板に対してスパッタリングターゲットを傾けることで、1)ターゲット材料の基板への到達エネルギーを制御できる、2)アルゴンプラズマによる基板及び生成膜へのダメージ(逆スパッタ)を制御できるためであると推察される。1)のターゲット材料の基板への到達エネルギーはナノサイズ突起物の生成に関与すると考えられ、2)のアルゴンプラズマによるダメージは生成したナノサイズ突起物の逆スパッタによる選択的消失による膜の平坦化に寄与すると考えられる。
In the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, sputtering is performed with the sputtering target inclined and facing the substrate. Thereby, nanosize protrusions can be formed at a high density in a wide region.
The reason for this is not clear, but by tilting the sputtering target with respect to the substrate, 1) the energy of the target material reaching the substrate can be controlled, and 2) the substrate and the generated film are damaged by the argon plasma (reversely) This is presumed to be because the sputtering can be controlled. The energy reached to the substrate of the target material in 1) is considered to be involved in the formation of nano-sized protrusions, and the damage due to argon plasma in 2) is caused by the selective disappearance of the generated nano-sized protrusions by reverse sputtering. It is thought that it contributes to.
図1に、本発明のナノ構造薄膜の製造方法の一例を模式的に示す。図1に示すように、本発明のナノ構造薄膜の製造方法においては、基板ホルダ1に保持した基板2に対して、ターゲット電極3に取り付けたスパッタリングターゲット4を傾けて対向させた状態でスパッタリングを行う。これにより、スパッタリングターゲット4と同素材のスパッタ原子4’が基板2の表面に入射し、基板2の表面に堆積してナノサイズ突起物が形成される。なお、通常は基板ホルダ1を回転させながらスパッタリングを行う。
なお、図1において基板2は水平に図示されているが、基板2に対してスパッタリングターゲット4を傾けて対向させている限りにおいて、基板2及びスパッタリングターゲット4はいずれも水平であってもよいし、水平でなくてもよい。
In FIG. 1, an example of the manufacturing method of the nano structure thin film of this invention is shown typically. As shown in FIG. 1, in the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, sputtering is performed in a state where a sputtering
Although the
本発明のナノ構造薄膜の製造方法においては、上記基板の鉛直軸と上記スパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θ(図1参照)の下限が5°、上限が60°である。角度θが5°未満であると、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成しにくくなる。角度θが60°を超えると、製膜時の結晶性の低下、及び、製膜速度の遅延がみられる。特にITOターゲットを用いる場合は、角度θが60°を超えると、膜質の低下から表面抵抗が増大する傾向にある。角度θの好ましい下限は10°、好ましい上限は55°であり、より好ましい下限は15°、より好ましい上限は45°である。このような好ましい範囲の角度で製膜することで、ナノサイズ突起物の密度を高密度にすることができる。 In the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, the lower limit of the angle θ (see FIG. 1) formed by the vertical axis of the substrate and the vertical axis of the sputtering target is 5 °, and the upper limit is 60 °. When the angle θ is less than 5 °, it becomes difficult to form nano-sized protrusions at a high density in a wide region. When the angle θ exceeds 60 °, a decrease in crystallinity during film formation and a delay in film formation rate are observed. In particular, when an ITO target is used, when the angle θ exceeds 60 °, the surface resistance tends to increase due to deterioration of the film quality. The preferable lower limit of the angle θ is 10 °, the preferable upper limit is 55 °, the more preferable lower limit is 15 °, and the more preferable upper limit is 45 °. By forming the film at an angle in such a preferable range, the density of the nano-sized protrusions can be increased.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法においては、結晶性を高めるために、得られたナノ構造薄膜に対して加熱、プラズマ処理等を行ってもよい。 In the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, the obtained nanostructured thin film may be subjected to heating, plasma treatment or the like in order to enhance crystallinity.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法によれば、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成することができる。
上記ナノサイズ突起物は、1mm2以上の領域、好ましくは100mm2〜1m2もの広い領域に1mm2あたり1×102〜3×109個の密度で形成されることが好ましい。密度が1mm2あたり1×102個未満であると、ナノ構造を有しない薄膜との差異がなく、ナノ構造の効果が得られないことがある。密度が3×109個を超えると、ナノサイズ突起物が多すぎて、密度が不均一になることがある。密度のより好ましい下限は1mm2あたり1×104個、より好ましい上限は1mm2あたり5×108個であり、更に好ましい下限は1mm2あたり1×105個、更に好ましい上限は1mm2あたり1×108個である。
According to the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, nanosized protrusions can be formed in a wide area with a high density.
The nanosized protrusions are, 1 mm 2 or more areas, preferably preferably formed 100 mm 2 to 1 m 2 things a large area in 1 mm 2 per 1 × 10 2 ~3 × 10 9 pieces of density. If density is less than 1 × 10 2 per 1 mm 2, no difference between the thin film having no nanostructures, the effect of the nanostructure can not be obtained. When the density exceeds 3 × 10 9 , there are too many nano-sized protrusions, and the density may become non-uniform. The more preferable lower limit of the density is 1 × 10 4 per 1 mm 2 , the more preferable upper limit is 5 × 10 8 per 1 mm 2 , the more preferable lower limit is 1 × 10 5 per 1 mm 2, and the more preferable upper limit is 1
なお、「ナノサイズ突起物が1mm2以上の領域に1mm2あたり1×102〜3×109個の密度で形成されている」とは、ナノ構造薄膜の表面を観察した電子顕微鏡写真(SEM像)を用いて、1mm2以上の領域にわたる任意の5以上の箇所について算出したナノサイズ突起物の密度の平均値が、1mm2あたり1×102〜3×109個であることを意味する。 “The nano-sized protrusions are formed at a density of 1 × 10 2 to 3 × 10 9 per 1 mm 2 in a region of 1 mm 2 or more” means an electron micrograph of the surface of the nanostructured thin film ( The average value of the density of the nano-sized protrusions calculated for any five or more locations over a region of 1 mm 2 or more using a SEM image) is 1 × 10 2 to 3 × 10 9 per 1 mm 2. means.
上記ナノサイズ突起物は、上記基板に対して垂直方向の高さHと、上記基板に対して水平方向の断面の幅Wとの比率H/Wが1〜1000であることが好ましい。得られたナノ構造薄膜のいずれの箇所においても実質的に比率H/Wが同比率のナノサイズ突起物が同一密度で形成されていることが好ましい。比率H/Wが1未満であると、ナノサイズ突起物が充分に形成されず、得られたナノ構造薄膜の導通性能が低下することがある。比率H/Wが1000を超えると、ナノサイズ突起物が物理的な力で破壊されやすくなることがある。 In the nano-sized protrusion, a ratio H / W between a height H in a direction perpendicular to the substrate and a width W in a cross section in the horizontal direction with respect to the substrate is preferably 1 to 1000. It is preferable that nano-sized protrusions having substantially the same ratio H / W are formed at the same density at any location of the obtained nanostructured thin film. When the ratio H / W is less than 1, nanosized protrusions are not sufficiently formed, and the conduction performance of the obtained nanostructured thin film may be deteriorated. When the ratio H / W exceeds 1000, the nano-sized protrusions may be easily broken by physical force.
上記ナノサイズ突起物の形状は特に限定されず、例えば、ロッド状(円錐状、円筒状)、こぶ状、四角柱状、四角錐状等が挙げられるが、ロッド状が好ましく、円錐状がより好ましい。これらの形状は、単一の形状のみが存在していてもよいし、2種以上の形状が混在していてもよい。
上記円錐状として、高さ10nm〜150μm、底面直径1〜500nmの円錐状が好ましく、この場合、円錐の先端に直径1〜500nmの球を有する形状であることがより好ましい。上記四角柱状及び/又は四角錐状として、高さ10nm〜100μm、底面の辺が1〜500nmの四角柱状及び/又は四角錐状が好ましい。
また、上記ナノサイズ突起物は、分岐構造を有するものを含んでいてもよい。上記分岐構造は、ランダムな構造であってもよいが、上記基板から伸びる主たる幹となる突起部分からほぼ90°方向に分岐した枝を有する構造が好ましく、このような枝を多数有する樹状(ツリー状)構造がより好ましい。上記樹状構造においては、主たる幹となる突起部分と各枝とがクロス状を形成していることが更に好ましい。
The shape of the nano-sized protrusion is not particularly limited, and examples thereof include a rod shape (conical shape, cylindrical shape), a hump shape, a quadrangular prism shape, a quadrangular pyramid shape, etc., but a rod shape is preferable, and a conical shape is more preferable. . As for these shapes, only a single shape may be present, or two or more shapes may be mixed.
The conical shape is preferably a conical shape having a height of 10 nm to 150 μm and a bottom surface diameter of 1 to 500 nm. In this case, it is more preferably a shape having a sphere having a diameter of 1 to 500 nm at the tip of the cone. As the quadrangular prism shape and / or the quadrangular pyramid shape, a quadrangular prism shape and / or a quadrangular pyramid shape having a height of 10 nm to 100 μm and a bottom side of 1 to 500 nm are preferable.
Moreover, the said nanosize protrusion may contain what has a branched structure. The branch structure may be a random structure, but a structure having branches branched in a direction of approximately 90 ° from a main trunk projecting portion extending from the substrate is preferable, and a tree-like structure having a large number of such branches ( A tree-like structure is more preferable. In the above-mentioned dendritic structure, it is more preferable that the main trunk protrusion and each branch form a cross shape.
なお、ナノサイズ突起物の比率H/W、及び、形状は、ナノ構造薄膜の断面又は表面を観察した電子顕微鏡写真(SEM像)から求めることができる。ナノサイズ突起物の比率H/Wとは、30個以上のナノサイズ突起物の平均値を意味する。 The ratio H / W and shape of the nano-sized protrusion can be obtained from an electron micrograph (SEM image) obtained by observing the cross section or surface of the nanostructure thin film. The ratio H / W of nano-sized protrusions means an average value of 30 or more nano-sized protrusions.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜は、上記基板と上記ナノサイズ突起物との間に、上記ナノサイズ突起物と同素材からなる下地導電層を有していてもよい。このような下地導電層の厚みは特に限定されないが、5nm〜100μmが好ましい。
従来のナノ構造薄膜の製造方法においては、通常の各種製膜方法で基板上に下地導電層を形成した後、斜向蒸着により下地導電層上にナノサイズ突起物を形成していた(即ち、下地導電層とナノサイズ突起物とをそれぞれ別の手段で形成していた)。従って、ナノ構造薄膜を製造するには手間がかかるうえに、下地導電層と電気的に導通できていない突起が形成されることがあり、導通性能が低下する原因となっていた。
これに対して本発明のナノ構造薄膜の製造方法においては、上記基板上に同素材からなる上記下地導電層と上記ナノサイズ突起物とを1工程で形成させることができるため、得られたナノ構造薄膜の導通性能が向上する。なお、「同素材からなる」とは、構成元素が同一であることを意味する。構成元素が同一であれば、必ずしも各構成元素の組成比が同一である必要はない。
The nanostructure thin film obtained by the method for producing a nanostructure thin film of the present invention may have an underlying conductive layer made of the same material as the nanosize protrusion between the substrate and the nanosize protrusion. Good. The thickness of such a base conductive layer is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 100 μm.
In the conventional method for producing a nanostructured thin film, a base conductive layer is formed on a substrate by various conventional film forming methods, and then nano-sized protrusions are formed on the base conductive layer by oblique deposition (that is, The underlying conductive layer and the nano-sized protrusion were formed by different means). Therefore, it takes time to manufacture the nanostructured thin film, and in addition, protrusions that cannot be electrically connected to the underlying conductive layer may be formed, which causes a decrease in the conductive performance.
On the other hand, in the method for producing a nanostructured thin film of the present invention, since the base conductive layer and the nanosize protrusions made of the same material can be formed on the substrate in one step, the obtained nano The conduction performance of the structural thin film is improved. Note that “consisting of the same material” means that the constituent elements are the same. If the constituent elements are the same, the composition ratios of the constituent elements are not necessarily the same.
上記下地導電層及び上記ナノサイズ突起物の素材は、導電性を有する限り特に限定されないが、上記下地導電層及び上記ナノサイズ突起物が、少なくとも、インジウム、スズ及び酸素を含有することが好ましく、更に、窒素を含有することが好ましい。上記下地導電層及び上記ナノサイズ突起物の素材として、具体的には例えば、インジウムを含有する酸化スズ、アルミニウムを含有する酸化スズ、亜鉛を含有する酸化スズ、ガリウムを含有する酸化スズ、窒素を含有する酸化スズ等が挙げられる。 The material of the base conductive layer and the nanosize protrusion is not particularly limited as long as it has conductivity, but the base conductive layer and the nanosize protrusion preferably include at least indium, tin, and oxygen. Furthermore, it is preferable to contain nitrogen. Specific examples of the material for the base conductive layer and the nano-sized protrusion include tin oxide containing indium, tin oxide containing aluminum, tin oxide containing zinc, tin oxide containing gallium, and nitrogen. Examples thereof include tin oxide.
本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜においては、上記基板上に上記下地導電層が直接形成されていてもよいが、上記基板の表面に表面処理が施されていたり、上記基板と上記下地導電層との間に薄膜層が形成されていたりしてもよい。
上記薄膜層として、例えば、上記基板が上記プラスチックフィルムである場合に該プラスチックフィルムのガスバリア性を高めることのできる薄膜層等が挙げられる。上記薄膜層は、得られたナノ構造薄膜が太陽電池等の光電デバイスの電極として使用される場合には、透明であることが好ましい。上記薄膜層として、具体的には例えば、SiO2、Al2O3等の金属酸化物層、アクリル、シリコーン等からなる透明樹脂層等が挙げられる。
In the nanostructure thin film obtained by the method for producing a nanostructure thin film of the present invention, the base conductive layer may be directly formed on the substrate, but the surface of the substrate is subjected to surface treatment, A thin film layer may be formed between the substrate and the base conductive layer.
As said thin film layer, when the said board | substrate is the said plastic film, the thin film layer etc. which can improve the gas barrier property of this plastic film are mentioned, for example. The thin film layer is preferably transparent when the obtained nanostructure thin film is used as an electrode of a photoelectric device such as a solar cell. Specific examples of the thin film layer include metal oxide layers such as SiO 2 and Al 2 O 3 , transparent resin layers made of acrylic, silicone, and the like.
図2に、本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜の一例を模式的に示す。図2に示すナノ構造薄膜5は、基板6上に形成された下地導電層7と、下地導電層7に接する、下地導電層7と同素材からなるナノサイズ突起物8とを有する。
In FIG. 2, an example of the nanostructure thin film obtained by the manufacturing method of the nanostructure thin film of this invention is shown typically. A nanostructure
本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜は、広い領域に高い密度で形成されたナノサイズ突起物を有するため、太陽電池等の光電デバイスの電極として好適に利用されうるものである。即ち、例えば、本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜を電極として用いることにより、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。この理由としては、電極面積の増加と、電荷発生部への電極の近接化とにより、電荷キャリアの効率的な収集がなされるためと推察される。
光電デバイスとしては、太陽電池のほかに、LED、有機EL等も挙げられる。
更に、本発明のナノ構造薄膜の製造方法により得られたナノ構造薄膜は、センサー用電極としても好適に利用することができる。
The nanostructured thin film obtained by the method for producing a nanostructured thin film of the present invention has nanosized protrusions formed at a high density in a wide area, and therefore can be suitably used as an electrode of a photoelectric device such as a solar cell. It is. That is, for example, by using the nanostructure thin film obtained by the method for producing a nanostructure thin film of the present invention as an electrode, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be increased. This is presumably because charge carriers are efficiently collected by increasing the electrode area and bringing the electrode closer to the charge generation portion.
As the photoelectric device, in addition to the solar battery, an LED, an organic EL, and the like can be given.
Furthermore, the nanostructured thin film obtained by the method for producing a nanostructured thin film of the present invention can be suitably used as a sensor electrode.
本発明によれば、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成できるナノ構造薄膜の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the nanostructure thin film which can form a nanosize protrusion in a wide area | region with high density can be provided.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
DCマグネトロンスパッタ装置のターゲット電極にスパッタリングターゲットとしてSnO27.0重量%のITOターゲットを取り付け、アルゴンガス雰囲気下で基板(コーニングガラス#1737基板、厚み0.7mm)を加熱して該基板にスパッタリングを行い、基板上に下地導電層とナノサイズ突起物とを有するナノ構造薄膜を得た。
このときの基板の鉛直軸とスパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θは5°であった。また、アルゴン圧は0.666Pa、製膜温度は300℃、投入電力は300W、製膜時間は10分であった。
Example 1
A sputtering target SnO 2 7.0 wt% ITO target was attached to the target electrode of a DC magnetron sputtering apparatus, and a substrate (Corning glass # 1737 substrate, thickness 0.7 mm) was heated in an argon gas atmosphere to perform sputtering on the substrate. The nanostructure thin film which has a base conductive layer and a nanosize protrusion on a substrate was obtained.
At this time, the angle θ formed by the vertical axis of the substrate and the vertical axis of the sputtering target was 5 °. The argon pressure was 0.666 Pa, the film forming temperature was 300 ° C., the input power was 300 W, and the film forming time was 10 minutes.
(実施例2〜5)
角度θを表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、基板上に下地導電層とナノサイズ突起物とを有するナノ構造薄膜を得た。
(Examples 2 to 5)
A nanostructured thin film having a base conductive layer and a nanosize protrusion on the substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle θ was changed as shown in Table 1.
(比較例1)
基板に対して、スパッタリングターゲットを平行に対向させた状態でスパッタリングを行ったこと以外は実施例1と同様にして、薄膜を得た。
(Comparative Example 1)
A thin film was obtained in the same manner as in Example 1 except that sputtering was performed with the sputtering target facing the substrate in parallel.
(比較例2、3)
角度θを表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、薄膜を得た。
(Comparative Examples 2 and 3)
A thin film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle θ was changed as shown in Table 1.
<評価>
実施例、比較例で得られたナノ構造薄膜について、下記の評価を行った。結果を表1に示した。
<Evaluation>
The following evaluation was performed about the nanostructure thin film obtained by the Example and the comparative example. The results are shown in Table 1.
(1)ナノサイズ突起物の観察
ナノ構造薄膜の表面を観察した電子顕微鏡写真(SEM像)を用いて、1mm2以上の領域にわたる任意の5以上の箇所について算出したナノサイズ突起物の密度の平均値を求めた。また、電子顕微鏡写真(SEM像)から、ナノサイズ突起物の比率H/W、及び、形状を求めた。なお、比較例1〜3で得られた薄膜はナノサイズ突起物が充分に形成されていない平坦な薄膜であり、比率H/Wが1以上となるナノサイズ突起物は得られなかったことがわかった。
(1) Observation of nano-sized protrusions Using the electron micrograph (SEM image) obtained by observing the surface of the nanostructured thin film, the density of the nano-sized protrusions calculated for any five or more locations over a region of 1 mm 2 or more. The average value was obtained. Moreover, the ratio H / W and the shape of the nano-sized protrusion were obtained from an electron micrograph (SEM image). The thin films obtained in Comparative Examples 1 to 3 were flat thin films in which nano-sized protrusions were not sufficiently formed, and nano-sized protrusions having a ratio H / W of 1 or more were not obtained. all right.
(2)導通性能
実施例で得られたナノ構造薄膜について、抵抗率計(Loresta AX MCP−T370、三菱化学アナリテック社製)を用いて4探針法により表面抵抗(Ω/sq)を測定した。なお、ナノサイズ突起物は得られなかったが参考までに比較例1〜3で得られた薄膜についても表面抵抗を測定した。なお、表面抵抗が100Ω/sq以下であれば、太陽電池等の光電デバイスの電極として好適に利用可能であるとみなすことができる。
(2) Conductivity performance The surface resistance (Ω / sq) of the nanostructure thin film obtained in the example was measured by a four-probe method using a resistivity meter (Loresta AX MCP-T370, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech). did. In addition, although the nanosize protrusion was not obtained, the surface resistance was measured also about the thin film obtained by Comparative Examples 1-3 for reference. In addition, if surface resistance is 100 ohm / sq or less, it can be considered that it can utilize suitably as an electrode of photoelectric devices, such as a solar cell.
本発明によれば、ナノサイズ突起物を広い領域に高い密度で形成できるナノ構造薄膜の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the nanostructure thin film which can form a nanosize protrusion in a wide area | region with high density can be provided.
1 基板ホルダ
2 基板
3 ターゲット電極
4 スパッタリングターゲット
4’ スパッタ原子
5 ナノ構造薄膜
6 基板
7 下地導電層
8 ナノサイズ突起物
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行い、
前記基板の鉛直軸と前記スパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θが、5〜60°である
ことを特徴とするナノ構造薄膜の製造方法。 A method for producing a nanostructured thin film that forms nanosize protrusions on a substrate by sputtering,
Sputtering is performed with the sputtering target inclined and opposed to the substrate,
The method for producing a nanostructured thin film, wherein an angle θ formed by a vertical axis of the substrate and a vertical axis of the sputtering target is 5 to 60 °.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2013250208A JP2015108168A (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Production method of nanostructure thin film |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106782748A (en) * | 2017-03-03 | 2017-05-31 | 东南大学 | A kind of method for making nano silver wire flexible transparent conductive film |
-
2013
- 2013-12-03 JP JP2013250208A patent/JP2015108168A/en active Pending
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| CN106782748A (en) * | 2017-03-03 | 2017-05-31 | 东南大学 | A kind of method for making nano silver wire flexible transparent conductive film |
| CN106782748B (en) * | 2017-03-03 | 2018-04-24 | 东南大学 | A kind of method for making nano silver wire flexible transparent conductive film |
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