[發明專利]一種薄膜電池雙結構絨面透明導電氧化物薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110356721.2
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102368513A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 賈海軍;馮燕;張麗;王輝;麥耀華
• 申請（專利權）人: 保定天威集團有限公司
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20
• 代理公司: 唐山順誠專利事務所 13106
• 代理人: 于文順

技術領域

本發明涉及一種薄膜電池雙結構絨面透明導電氧化物薄膜的制備方法，特別是適合薄膜太陽能電池應用的雙結構絨面透明電極，屬于透明導電氧化物薄膜技術領域。

背景技術

全球氣候變暖、人類生態環境惡化、常規能源面臨短缺危險的形勢下，可持續發展戰略已被世界各國所接受。太陽能具有清潔、安全、資源充足、可再生等優點，是二十一世紀最重要的新能源之一，受到了各國政府的重視和支持，光伏產業以連續五年近48％的速度向前發展，由此使得光伏市場急劇擴大，光伏產品供不應求。光伏產品種類繁多，以硅基電池、銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池為主。硅基電池包括單晶硅、多晶硅和薄膜硅電池。其中，薄膜硅太陽能電池具有弱光響應好、高溫效應好、受陰影影響小、年平均發電量高、能夠與建筑物完美結合等優點，而且生產所需原材料豐富、原材料消耗少，能量回收期短、生產過程對環境影響小、適于大批量生產等，因此受到廣泛關注。薄膜硅電池中的非晶硅薄膜電池，帶隙為1.7eV，光譜響應范圍集中在可見光波段，紅外區域利用較少。為了提高光譜利用率、提高電池的轉換效率，將具有不同能帶寬度的材料重疊，可使電池具有更寬光譜范圍內的吸收。以微晶硅為例，微晶硅材料帶隙為1.12eV，對近紅外光有較強的吸收和利用。通過將非晶硅和微晶硅結合，從而實現對可見光和紅外光的吸收和利用。未來高效率電池將開發全光譜多結薄膜電池，拓寬對太陽光譜的充分利用。薄膜太陽電池作為一個光學系統，要提高其對太陽光的利用率從而提高轉換效率，需要對電池組件各層光學薄膜進行合理設計。薄膜硅太陽能電池的基本結構一般包括：前電極透明導電氧化物（TCO）薄膜、硅薄膜光電轉換層、背電極透明導電膜、背反射層等（圖1所示）。其中，前電極透明導電薄膜需要具備高光學透過率、高電導率以及對入射光有較強的散射能力，從而提高電池對光的吸收，增大光生電流，提高電池轉換效率。采用具有絨面織構的TCO薄膜作為薄膜硅太陽能電池的前電極，可以提高對入射光的散射能力（圖2所示）、延長光在本征吸收層中的光程，從而提高電池對光的吸收。經驗證明，具有較小特征尺寸的表面絨面織構主要對可見光譜中的400-700nm波段有較強的光散射作用。而具有較大特征尺寸的表面絨面織構（如1~2μm）對光譜中的近紅外部分具有較強的光散射作用。要實現對整個光譜范圍的有效吸收，將具有較小和較大兩種絨面織構相結合是一種比較理想的選擇。實現TCO薄膜的絨面織構的方法有很多。主要是采用兩種方法，一種是采用沉積工藝直接生長出具有絨面織構的薄膜，另一種是采用沉積工藝獲得平整的TCO薄膜再通過后處理（例如：濕法刻蝕）的方法來獲得所需的絨面織構。采用LPCVD工藝，通常以DEZ和水為原材料沉積出ZnO薄膜，表面絨面織構在薄膜沉積過程中會自然形成，通常沉積的絨面織構的尺寸較小，可以實現對可見光的散射。通過調整工藝參數，例如延長沉積時間，可以獲得較大的絨面尺寸，來增強對近紅外光的散射。沉積加濕法刻蝕工藝中，利用磁控濺射可以獲得平整的TCO薄膜，再通過后續濕法刻蝕來制備絨面ZnO薄膜，此方法可以通過調整沉積或刻蝕工藝參數獲得不同的絨面尺寸，實現對不同波長光的散射。用上述兩種方法，雖然通過調整工藝參數可以改變TCO薄膜絨面尺度的大小，但是很難使薄膜同時具備兩種尺寸的絨面織構，即雙結構，從而無法同時實現對可見光和近紅外光的散射。因此，如何制備出雙結構的絨面TCO薄膜，拓展TCO薄膜對不同波段光的散射能力，拓寬電池對太陽光譜的充分利用，是目前提高薄膜電池轉換效率的關鍵技術之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種薄膜電池雙結構絨面透明導電氧化物薄膜的制備方法，拓寬電池對太陽光譜的利用，提高薄膜電池的轉換效率，解決背景技術存在的上述問題。

本發明的技術方案是：一種薄膜電池的雙結構絨面透明導電氧化物薄膜制備方法，包含如下工藝步驟：①利用等離子體刻蝕的方式對玻璃基片進行前處理轟擊，在玻璃表面形成絨面，通過改變等離子體的氣體電離電壓、離子聚焦電壓、等離子體束流以及等離子體轟擊真空度，在玻璃襯底上刻蝕出絨面織構；②在絨面玻璃表面采用鍍膜技術制備TCO透明導電薄膜，通過改變TCO沉積參數來獲得不同結構及電學性能的TCO薄膜，此時TCO薄膜具有與玻璃襯底相似的絨面織構；③對玻璃表面的TCO薄膜進行濕法刻蝕，通過改變刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、TCO玻璃在溶液中運動的速率，獲得相對應的絨面織構，該TCO薄膜表面刻蝕產生的絨面織構與玻璃襯底的絨面織構的特征尺寸范圍不同時，使整個TCO薄膜具有雙結構的絨面織構。??