[發明專利]一種絨面結構BZO/HGZO復合薄膜及應用

無效

• 申請號: 201110058727.1
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102176471A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 陳新亮;耿新華;王斐;閆聰博;張德坤;孫建;魏長春;張建軍;張曉丹;趙穎
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0232;H01L31/18;C23C16/40;C23C16/44;C23C14/35;C23C14/06;H01L31/20;H01L31/042
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于硅薄膜太陽電池領域，特別是一種絨面結構BZO/HGZO復合薄膜及在太陽電池中的應用。

背景技術

氫化非晶硅（a-Si:H）的光學帶寬為1.7?eV左右，其吸收系數在短波方向較高，而氫化微晶硅（μc-Si:H）的光學帶寬約為1.1?eV，其吸收系數在長波方向較高，并能吸收到近紅外長波區域，吸收波長可擴展至1100nm，這就使太陽光譜能得到更好利用。圖1給出了a-Si:H、μc-Si:H材料的吸收系數和相應的太陽光譜利用范圍。此外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料結構有序性程度高，因此，微晶硅薄膜電池具有很好的器件穩定性，無明顯衰退現象。由此可見，微晶硅薄膜太陽電池可較好地利用太陽光譜的近紅外光區域，而新型非晶硅/微晶硅（a-Si:H/μc-Si:H）疊層薄膜太陽電池將擴展太陽光譜應用范圍，整體提高電池穩定性和效率，參見J.?Meier,?S.?Dubail,?R.?Platz,?etc.?Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells,?49?(1997)?35、Arvind?Shah,?J.?Meier,?E.?Vallat-Sauvain,?etc.?Thin?Solid?Films,?403-404?(2002)?179。

晶粒尺寸對可比擬波長的光具有良好的散射作用。研究表明，絨面結構（textured?structure）透明導電氧化物━TCO薄膜的應用可以增強光散射作用，改善陷光效果，它對提高Si基薄膜太陽電池的效率和穩定性（SW效應）起到決定性的影響，參見A.?V.?Shah,?H.?Schade,?M.?Vanecek,?etc.?Progress?in?Photovoltaics,?12?(2004)?113。絨面結構主要與薄膜的晶粒尺寸、晶粒形狀和粗糙度等因素有關。圖2形象地描述了Si薄膜太陽電池中的陷光結構，參見J.?Müller,?B.?Rech,?J.?Springer,?etc.?Solar?Energy,?77?(2004)?917。

根據Drude理論，近紅外區的光學特性和材料的載流子濃度密切相關，其等離子體頻率和自由載流子濃度的平方根成比例，參見V.?Sittinger,?F.?Ruske,?W.?Werner,?etc.?Thin?Solid?Films?496?(2006)?16：

其中，―等離子體頻率，―電子濃度，―基本電荷，―有效電子質量。若載流子濃度較高則增強了對近紅外光的吸收。因此，基于μc-Si和a-Si/μc-Si疊層薄膜電池應用，希望p-i-n型電池結構中的前電極TCO具有良好的光散射特征，在可見光范圍和近紅外區域高透過率并維持高電導率，有效的途徑是制備出絨面結構和較低載流子濃度而較高遷移率的TCO薄膜。若能結合高電導HGZO薄膜和絨面結構BZO薄膜的優點，制備新型高絨面結構BZO/HGZO復合薄膜將適應此方面的要求。

所有金屬摻雜元素中，Ga和Zn半徑相近，而且Ga-O鍵和Zn-O鍵的鍵長相近，容易實現替位摻雜，即使搞得摻雜濃度下，ZnO晶格畸變較小；并且Ga化學活性低，不容易發生氧化作用。因此，磁控濺射過程中，Ga作為摻雜劑是制備良好光電性能ZnO薄膜的較理想選擇。E.?Fortunato等，參見E.?Fortunato,?L.Raniero,?L.Silva,?etc.?Solar?Energy?Materials?&?Solar?Cells?92?(2008)?1605，利用射頻磁控濺射技術研究了低溫（室溫條件下）Ga摻雜ZnO-TCO薄膜的微觀結構及光電性能，濺射靶材為ZnO:Ga₂O₃陶瓷靶（Ga₂O₃，2.0wt.%），通過優化工藝，薄膜電阻率達~2.8×10^-4Ωcm，電子遷移率~18cm²/Vs，可見光范圍薄膜透過率為80%。