[發明專利]新型多層膜結構的透明導電氧化物薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110075006.1
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102157575A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 竺云;李德軍
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;B32B17/06;C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

技術領域

本發明屬于光伏發電技術領域，涉及薄膜太陽能電池重要組成部分的開發研究工作，更具體的是一種新型多層膜結構的透明導電氧化物薄膜（TCO）及其制備方法。

背景技術

盡管晶硅電池還是目前光伏市場的主流產品，但是隨著光伏發電技術的發展，薄膜太陽電池逐漸產業化，透明導電氧化物薄膜（TCO）作為薄膜太陽電池中必不可少的一部分，在高效率低成本的太陽能電池研究與生產中占有相當重要的地位。因為薄膜太陽電池的前電極采用的是透明導電氧化物（TCO）玻璃，它的性能對于電池的轉換效率有著至關重要的作用。太陽電池要求前電極具有極低的光損失，高透過率和高電導率，并且具有很好的陷光作用。陷光結構具體表現在薄膜表面形成一定的絨面，具有一定的粗糙度，通過對光折射和散射，將入射到薄膜中的光分散到各個角度，從而增加入射光在太陽電池中的光程，提高光的吸收，最終獲得太陽電池的高光電轉換效率。透明導電薄膜要求所選用的半導體材料在可見光區具有高的光穿透性，其材料的帶隙寬度大于3eV；此外，還要求所選材料具有高的電導率，大約在10⁴?Ω^-1cm^-1左右。近年來，透明導電薄膜的材料主要集中在金屬氧化物半導體，如SnO₂、In₂O₃、ZnO等薄膜。而其中的ZnO基透明導電薄膜不僅具有與ITO?(In₂O₃:Sn)?薄膜可比擬的光電特性，而且價格低廉、無毒、在氫等離子體環境中更穩定。

ITO（In₂O₃:Sn）薄膜是一種性能良好的透明導電材料，它在可見光范圍透明，對紅外光有較強的反射，而且具有低的電阻率，與玻璃有較強的附著力，良好的耐磨性和化學穩定性。因此，已被廣泛的應用于各種光電器件、液晶顯示器件（LCD）、電致變色靈巧窗、微波屏蔽和防護鏡及太陽能電池等。針對諸多的應用，人們一直試圖去獲得盡可能低的電阻率，盡可能高的可見光透過率。相應地發展了蒸發技術、熱噴涂、化學氣相沉積技術、濺射沉積技術、溶膠-凝膠法等各種薄膜制備方法。盡管ITO材料光電性能優異，但是因為In元素的存在，使得材料價格較昂貴；此外，其在氫等離子體環境中不穩定，所以為后續的工藝制作過程帶來一定的麻煩。

在薄膜太陽電池應用方面，目前研究最多的一種透明導電薄膜材料是ZnO基的TCO薄膜材料，此材料對于氫離子是穩定的，同時具有較好的光透過率。目前ZnO薄膜通常是利用濺射方法制備的，此種工藝下的薄膜的生長速度很慢，同時膜面不具有理想的絨面結構。因此，要將之應用，通常是采用酸腐蝕的辦法來形成絨面結構。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于設計一種多層膜結構，并提出了一種新的制備方法。本發明成品具有高的光透過率和后續工藝穩定性，本發明成品表面利用了濕法工藝，生成了絨面結構。

為實現上述目的，本發明公開了如下的技術內容：

一種新型多層膜結構的透明導電氧化物薄膜，包括基板（1）、過渡層（2）、ITO層（3）和ZnO基薄膜層（4）；其特征在于過渡層（2）設于基板（1）和ITO層（3）之間，ZnO基薄膜層（4）設于頂層。

本發明所述的氧化物薄膜，其特征在于：所述的基板（1）為超白玻璃，所述的過渡層（2）為SiO₂或者SiN_x，其中x的值在0.1-1.5，所述的ITO層（3）為Sn摻雜In₂O₃的薄膜，所述的ZnO基薄膜層（4）摻雜的元素為Al、Ga或Zr中的一種或多種。

本發明所述的氧化物薄膜，其中過渡層（2）的厚度在10-100nm；ITO層（3）的厚度在10-1000nm；?ZnO基薄膜層（4）的厚度為50-1000nm。

本發明進一步公開了多層膜結構的透明導電氧化物薄膜的制備方法，包含如下的步驟：

A、采用真空沉積法，在所述基板（1）上依次沉積上過渡層（2）、ITO層（3）和ZnO基薄膜層（4），形成該氧化物薄膜半成品；

B、將步驟A所獲得的半成品，浸入酸腐蝕溶液中進行腐蝕；

C、將步驟B中腐蝕后的樣品浸入清洗液進行清洗并烘干，即獲得絨面結構的多層膜結構的透明導電氧化物薄膜。