[發明專利]一種氧化鋅基透明導電薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210172083.3
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102747334A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 宋偉杰;魏鐵峰;楊曄;張賢鵬;黃金華;蘭品軍;朱科
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明涉及光電材料技術領域，尤其涉及一種高折射率氧化鋅基透明導電薄膜及其制備方法。

背景技術

透明導電氧化物（Transparent?Conductive?Oxides，TCO）薄膜因具有低的電阻率、可見光區域高透射率、紅外光區高反射率以及紫外光區高吸收率等特點獲得了廣泛應用。近年來，由于各類新型光電器件特別是太陽能光伏技術和固態照明技術的迅猛發展，使得對高性能透明導電薄膜的研究不斷深入開展。

在透明導電氧化物薄膜TCO中，摻錫氧化銦透明導電薄膜（indium?tin?oxide,ITO）的技術是成熟的，但由于In、Sn等材料自然儲量少、制備工藝復雜、成本高、有毒、穩定性差，因此限制了它的廣泛應用。不同元素（鋁、鎵、銦、硼、錫等）摻雜的氧化鋅（zinc?oxide,ZnO）薄膜材料由于具有優良的光電特性潛質和低廉的原料成本，最有希望替代氧化銦錫薄膜作為透明電極應用在平板顯示及太陽能光伏領域中。

在太陽能光伏領域中，薄膜硅太陽能電池以其相對簡單的制作過程，較為低廉的成本，已經得到迅猛的發展。但是當前大規模產業化的薄膜硅太陽能電池轉換效率只有8%~10%，是晶體硅太陽能電池組件的一半左右，因此利用新的技術和工藝進一步提升電池的效率并降低成本一直是科研人員和生產商追逐的目標。

對于薄膜硅太陽能電池，提高硅層對光的吸收將有助于提高電池的電流密度，顯著影響電池的效率。由于光會在兩層不同的介質處發生反射，兩介質折射率相差越大，反射也越大。在superstrate型薄膜硅電池中，TCO薄膜的折射率（n～1.9）與硅薄膜的折射率（n～3.4）相差很大，在界面處會有超過10%的光被反射，為了減弱界面處光的反射，提高組件光能利用率，采用具有一定絨度的TCO層是目前被普遍認可的重要技術，其核心思想是改變TCO薄膜與硅薄膜之間的形貌，以增加光入射到硅薄膜中的幾率，但這并未減小由于折射率差而導致的反射。

M.Berginski等人（Properties?of?TiO₂?layers?as?antireflection?coating?for?amorphous?silicon?based?thin-film?solar?cells,Proceedings?of?the?22^nd?EUPVSEC,September?3-7,Mailand?Italy(2007),p.2079）公開了一種解決方法，即使用濺射沉積的TiO₂（n~2.5）薄膜作為中間減反層提高了單結a-Si與μc-Si的量子效率，但是TiO₂電導率相對較低，該材料的引入使得電極的歐姆電阻增加，電池的填充因子降低，在一定程度上降低了組件效率。由此可見實現具有較高折射率的TCO薄膜的制備，提高電池組件中TCO薄膜特別是ZnO基透明導電薄膜與Si薄膜的折射率匹配度對提升薄膜太陽能電池的效率具有重要的意義。

對于調節ZnO基透明導電薄膜折射率，研究者們進行了不同的嘗試，Xue等人在其關于Al的摻雜濃度對AZO薄膜光學參數影響的文章中（參見Effects?of?Al?doping?concentration?on?optical?parameters?of?ZnO:Al?thin?films?by?sol–gel?technique，Physica?B?381(2006)209-213）公開了不同含量的Al摻雜對AZO薄膜折射率的影響，在紫外波段(以300nm處為例)，當Al含量從0.01mol%提高到1mol%時，折射率從~1.6變為~1.8，但在可見光范圍內（以550nm處為例），折射率基本保持在~1.6，沒有明顯變化，這說明高含量的鋁摻雜不能提升薄膜的折射率。

Caglar等人（Effects?of?In,Al?and?Sn?dopants?on?the?structural?and?optical?properties?of?ZnO?thin?films，SpectrochimicaActa?Part?A?67(2007)1113–1119）公開了不同摻雜元素（In,Al，Sn）對ZnO薄膜折射率的影響，發現折射率在可見光范圍內（400~800nm）為1.9左右，沒有明顯變化，很難滿足實際的需求。