[發(fā)明專利]寬光譜陷光氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210148419.2
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102664198A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉丹;王延峰;趙穎;黃茜;魏長春
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0236;C23C14/58
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電薄膜制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于薄膜太陽電池的具有良好陷光結(jié)構(gòu)的寬光譜陷光氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

光伏作為未來能源主力，必須大幅提高效率、降低成本才能得以生存。透明導(dǎo)電薄膜作為太陽電池的重要組成部分，其絨度特性對電池的性能影響至關(guān)重要。當(dāng)前薄膜電池中應(yīng)用最為廣泛的TCO薄膜是F摻雜SnO₂薄膜（SnO₂:F）和Sn摻雜In₂O₃薄膜（In₂O₃:Sn）。F摻雜SnO₂薄膜通常是利用常壓CVD（APCVD）技術(shù)制備，生長溫度較高（~500℃），具有一定的絨面結(jié)構(gòu)，但此種類型TCO不利于低溫沉積和強(qiáng)H等離子體環(huán)境中生長的薄膜電池材料而言，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。而Sn摻雜In₂O₃薄膜，其薄膜組成中的In元素稀有且成本較高，且不容易獲得粗糙的表面形貌，在強(qiáng)H等離子體環(huán)境中性能容易惡化，也限制了其在薄膜太陽電池中的廣泛應(yīng)用。相比于In₂O₃和SnO₂薄膜材料，ZnO薄膜具有源材料豐富，無毒且相對生長溫度低和在強(qiáng)H等離子體環(huán)境中性能穩(wěn)定等特點(diǎn)獲得了廣泛研究和應(yīng)用。研究表明：對于Si基薄膜太陽電池（非晶硅電池、微晶硅電池以及非晶/微晶疊層電池）來說，TCO薄膜的陷光作用對器件性能尤為重要。陷光的結(jié)構(gòu)可以提高光散射能力，增加入射光的光程。因此，陷光結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以有效增強(qiáng)本征層的光學(xué)吸收，提高短路電流密度，從而提高電池效率，而且更為重要的是：陷光的引入，可以減薄電池有源層的厚度，這對降低成本是非常重要的。

目前制備帶有陷光結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電薄膜的方法主要是對濺射產(chǎn)生的摻雜ZnO（ZnO：Al、ZnO：Ga、ZnO：B、ZnO：H、ZnO：Mo或ZnO：W）薄膜進(jìn)行濕法腐蝕處理得到“彈坑狀”的陷光結(jié)構(gòu)，從而提高對入射光的散射，增加有源層對光的吸收。但傳統(tǒng)的濺射后經(jīng)濕法腐蝕處理的薄膜雖然可以形成“彈坑狀”的陷光結(jié)構(gòu)，對入射光起到一定的散射作用，增加了入射光在硅基薄膜電池中的光程，達(dá)到了提高光利用率，提高電池效率的目的。但是，一次腐蝕形成的大的“彈坑狀”陷光結(jié)構(gòu)雖然增加了對入射的長波長光的散射，電池的長波響應(yīng)得到了提高，起到了對入射的長波長光的陷光效果，但是不利于對入射的短波長光的陷光，導(dǎo)致電池對短波長光的吸收損失比較大。因此，該工藝導(dǎo)致電池的長波長響應(yīng)提高，但短波長光響應(yīng)降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種有利于提高薄膜太陽電池性能的具有寬光譜陷光的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。該方法中的寬光譜陷光氧化鋅薄膜能夠?qū)崿F(xiàn)良好的陷光效果，增加入射光在硅基薄膜電池中的光程，以達(dá)到提高光利用率，進(jìn)而提高電池效率的目的，而且最為重要的是通過控制制備工藝可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對短波、長波長光進(jìn)行高效利用的功能。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)了一種能夠提高薄膜太陽電池性能的具有寬光譜陷光的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，其基本思想是：利用對襯底上沉積的薄膜首先進(jìn)行濕法腐蝕處理，得到具有對入射的長波長光起陷光作用的大“彈坑狀”的陷光絨面層，然后在此帶有大“彈坑狀”的陷光結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜上再次沉積ZnO薄膜并對其進(jìn)行二次濕法腐蝕處理得到對入射的短波長光起陷光作用的小“彈坑狀”薄膜。

本發(fā)明提供的薄膜太陽電池用寬光譜陷光氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，依次包括：襯底層、對入射的長波長光起陷光作用的大“彈坑狀”的陷光絨面層簡稱長波長陷光絨面層，以及對入射的短波長光起陷光作用的小“彈坑狀”的陷光絨面層簡稱短波長陷光絨面層；

長波長陷光絨面層：是在襯底層上一次沉積和一次濕法腐蝕處理后得到的具有大“彈坑狀”的陷光ZnO薄膜，所述的大“彈坑狀”為微米級尺寸；

短波長陷光絨面層：是在大“彈坑狀”的散射層上二次沉積和二次濕法腐蝕處理后得到的小“彈坑狀”的陷光ZnO薄膜，所述的小“彈坑狀”為納米級尺寸。

所述的襯底層為硬質(zhì)襯底如玻璃、不銹鋼等，或柔性襯底材料如聚合物材料。

所述的寬光譜陷光的薄膜太陽電池用ZnO透明導(dǎo)電薄膜為摻雜氧化鋅材料，具體為ZnO：Al、ZnO：Ga、ZnO：B、ZnO：H、ZnO：Mo或ZnO：W等中的至少一種，n型半導(dǎo)體材料；所述的長波長陷光絨面層和短波長陷光絨面層的厚度分別為0.5-1.5μm之間。