[發(fā)明專利]一種鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210469093.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN102931285A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬立云;彭壽;崔介東;王蕓;曹欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院;中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;C23C14/08;C23C14/35;C23C14/54
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標(biāo)事務(wù)所 34113
• 代理人: 倪波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電材料領(lǐng)域，特別涉及一種鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜的制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中使用的透明導(dǎo)電氧化物薄膜TCO，如ITO、AZO、FTO等，它們都受到一定的材料固有缺陷的限制，如折射率不高(約1.8～2左右)、等離子體氣氛中的不穩(wěn)定性（高還原性氣氛如氫氣）等，以其作為硅基薄膜太陽(yáng)能電池的前電極時(shí)，由于其與硅薄膜折射率差異較大以及對(duì)紅外光反射率不高等因素造成的薄膜電池光電轉(zhuǎn)換效率提升的瓶勁效應(yīng)就顯現(xiàn)了出來，而解決這一問題的關(guān)鍵是尋找一種折射率較高同時(shí)在高還原性氣體氫氣等離子體中較為穩(wěn)定的薄膜，且其光電性能與傳統(tǒng)TCO要較為接近，以適應(yīng)于硅基薄膜太陽(yáng)能電池的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)透明導(dǎo)電膜受到固有材料缺陷的限制，存在折射率不高，還原性等離子體氣氛中不穩(wěn)定性的不足，本發(fā)明提出一種具有高折射率、還原性等離子體氣氛中高穩(wěn)定性鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜的制備方法。

一種鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜的制備方法，其特征在于，包括如下主要步驟：

（1）制備TiO₂與Nb₂O₅共摻的氧化物陶瓷靶材

以TiO₂、Nb₂O₅的分析純粉末為主要原料，純度為4N～5N，按照TiO₂與Nb₂O₅的質(zhì)量比為（5～12）：1配料，將混合料放入高溫硅鉬爐中預(yù)燒4～5小時(shí)，預(yù)燒溫度為820～850℃；接著燒結(jié)完成的粉末取出冷卻至室溫后加入聚乙烯醇聚合劑，以對(duì)粉末進(jìn)行造粒，接著將粉末用粉末壓片機(jī)進(jìn)行壓片，壓制成厚度為3～5mm、直徑為40～50mm的靶材圓片；然后將制成的靶材圓片放入硅鉬爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350～1380℃，保溫時(shí)間為3～4小時(shí)，接著冷卻至室溫，制得TiO₂與Nb₂O₅共摻的氧化物陶瓷靶材；

（2）磁控濺射法制備鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜

采用磁控濺射工藝，以步驟(1)中制備的氧化物陶瓷靶作為磁控濺射的靶材，制備鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜，其中濺射功率密度為3.5～5.5W/cm²，濺射所用的襯底為鈉鈣硅玻璃，濺射襯底溫度為550～650℃，濺射工藝壓強(qiáng)為0.8～1.2Pa，靶材與基片的距離為3～5cm，濺射背景壓強(qiáng)為3×10^-4～1×10^-4Pa，濺射過程中除工作氣體氬氣外還通入反應(yīng)氣體，濺射時(shí)間為15～20分鐘。制備完成后，將薄膜在450～500℃的溫度下退火，至此，完成鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜的制備。

所述的磁控濺射法制備該薄膜，通過工藝參數(shù)的調(diào)整，控制薄膜的沉積速率為0.05～0.1nm/s；

所述的磁控濺射過程中的反應(yīng)氣體為氧氣，流量為5～15sccm；

所述的將薄膜在450～500℃的溫度下退火，是在真空環(huán)境下退火，即在薄膜退火的過程中抽高真空，真空度為5×10^-5～1×10^-4Pa；

所述的鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜，特別適用于硅基薄膜太陽(yáng)能電池的前電極，尤其是非晶硅/微晶硅疊層電池的前電極。

二氧化鈦是一種寬禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，為3.0～3.2eV，這與常規(guī)的透明導(dǎo)電氧化物如ITO、AZO、FTO較為接近，而且二氧化鈦的可見光透過率與紅外反射率也較高，同時(shí)二氧化鈦的折射率相比ITO、AZO等更接近硅基材料的折射率，例如鈮摻雜的二氧化鈦薄膜，其折射率可達(dá)2.4～2.7，使得透明導(dǎo)電膜與硅薄膜折射率更為匹配，光線傳輸過程中的界面損失更小，從而有利于光線的透過與電池的吸收。同時(shí)由于鈮離子的摻入，可使載流子濃度大為增加，薄膜導(dǎo)電性能更好，從而使其具備了透明導(dǎo)電膜的特片，成為了一種光電性能較好且特別適合硅基薄膜太陽(yáng)能電池，尤其是非晶硅/微晶硅疊層電池用的透明導(dǎo)電膜。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、以本發(fā)明的鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜作為硅基薄膜太陽(yáng)能電池的前電極時(shí)，尤其是用于非晶硅/微晶硅疊層電池的前透明導(dǎo)電電極時(shí)，由于鈮摻雜二氧化鈦透明導(dǎo)電膜比ITO、FTO、AZO在高還原性氣體氫氣的氣氛中更為穩(wěn)定，不會(huì)被氫氣還原而影響其性能，從而保持了透明導(dǎo)電膜作為前電極的光電性能，保證太陽(yáng)能電池的性能不受影響，其結(jié)果優(yōu)于以ITO或FTO、AZO為前電極的薄膜太陽(yáng)能電池器件；