[發明專利]一種用于硅薄膜電池陷光結構研究的化學氣相沉積設備

有效

• 申請號: 201110156698.2
• 申請日: 2011-06-13
• 公開（公告）號: CN102220565A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 陳新亮;趙穎;張曉丹;任慧志;張德坤;魏長春;張建軍;耿新華
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C16/44
• 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

本發明涉及真空鍍膜技術領域，特別是涉及一種用于硅薄膜電池陷光結構研究的化學氣相沉積設備，適用于生長透明導電氧化物TCO薄膜，然后應用于硅Si薄膜太陽電池。

背景技術

對于硅薄膜太陽電池來說，為了提高它的性能，目前的關鍵問題是進一步提高光電轉換效率和改善穩定性，其中，加入陷光結構是一種有效的方法。陷光結構通過反射、折射和散射，將入射角度比較單一的光線分散到各個角度，從而增加光在太陽電池中的光程，使入射的太陽光被限制在前電極、背電極之間，從而提高太陽光的收集效率。

硅薄膜太陽電池的厚度很小，例如一般非晶硅薄膜太陽電池的厚度約0.5微米，微晶硅薄膜太陽電池的厚度約1.5微米，由于其材料的不平整性線度過小，使得對光線的折射和反射的影響很弱，所以就需要一個外加的陷光結構。現在非晶硅薄膜太陽電池采用的陷光結構有兩種，一種是絨面透明前電極，另一種是復合背反射電極。

其中，絨面透明前電極具有同入射光波長相比擬的凹凸起伏的絨面結構，可以實現對入射太陽光的散射，增大入射光在電池中的光程，以增大電池的短路電流，從而提高電池的光電轉換效率。該絨面結構一般是由一層透明導電膜構成，如SnO₂或ZnO等；另外，硅薄膜太陽電池要求透明電極具有極低的光、電損失、高透過率和電導率，以及在氫等離子體轟擊下保持較好的穩定性。

而復合背反射電極是由一層透明導電膜和一層金屬反射層構成復合背反射層，如：ZnO/Ag或ZnO/Al等，通過光的干涉增強作用增加背電極對光的反射，使未能被電池吸收而到達背電極的光子被反射到電池的本征吸收層進行再次吸收，從而增加了電池對入射光的收集效率、增大短路電流、提高電池的轉化效率。而且可以通過進一步減薄本征吸收層，增強內建電場，從而在一定程度上達到了抑制光致衰退，改善電池的穩定性。另外，氧化鋅ZnO還可以阻擋金屬背電極元素如Ag或Al向太陽電池n+層的擴散，改善界面及電池性能。

新型硼摻雜氧化鋅ZnO:B（BZO）薄膜價格便宜，源材料豐富，主體源材料無毒，并且在氫等離子體中穩定性優于摻氟氧化錫（SnO:F）FTO薄膜，同時具有可同FTO相比擬的光電特性，因此在硅基薄膜太陽電池的中有廣泛的應用前景。硼摻雜氧化鋅的ZnO:B（BZO）可以作為絨面前電極，ZnO/Ag或ZnO/Al可作為背反射電極。

當前，常用的ZnO薄膜制備工藝是磁控濺射和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）技術。相比于磁控濺射技術，除了維持或者獲得良好的電學性能之外，MOCVD技術生長的ZnO-TCO薄膜具有絨面結構、較高的可見光和近紅外區域透過率以及高的鍍膜速率，且易于實現大面積推廣應用。通常實驗室生長ZnO薄膜采用單室沉積技術（即整個實驗過程在一個真空室完成），因此樣品的尺寸面積小，鍍膜效率較低，無法適應大面積產業化的需求，并且無法控制ZnO薄膜的具體生長過程。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術分析和存在問題，提供一種用于硅薄膜電池陷光結構研究的化學氣相沉積設備，該設備可以對樣品進行大面積的鍍膜、提高鍍膜的效率，以適應大面積產業化的實驗需求，并且可以控制薄膜的具體生長過程，操作簡單且可靠穩定，可以明顯提高硅薄膜太陽電池的性能，具有重大的生產實踐意義。

本發明的技術方案：