[發明專利]一種鈮摻雜二氧化鈦透明導電膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210469093.3
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102931285A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 馬立云;彭壽;崔介東;王蕓;曹欣
• 申請（專利權）人: 蚌埠玻璃工業設計研究院;中國建材國際工程集團有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C14/08;C23C14/35;C23C14/54
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所 34113
• 代理人: 倪波

技術領域

本發明涉及半導體光電材料領域，特別涉及一種鈮摻雜二氧化鈦透明導電膜的制備方法。

背景技術

現有技術中使用的透明導電氧化物薄膜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定性（高還原性氣氛如氫氣）等，以其作為硅基薄膜太陽能電池的前電極時，由于其與硅薄膜折射率差異較大以及對紅外光反射率不高等因素造成的薄膜電池光電轉換效率提升的瓶勁效應就顯現了出來，而解決這一問題的關鍵是尋找一種折射率較高同時在高還原性氣體氫氣等離子體中較為穩定的薄膜，且其光電性能與傳統TCO要較為接近，以適應于硅基薄膜太陽能電池的需求。

發明內容

針對現有技術中常規透明導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定性的不足，本發明提出一種具有高折射率、還原性等離子體氣氛中高穩定性鈮摻雜二氧化鈦透明導電膜的制備方法。

一種鈮摻雜二氧化鈦透明導電膜的制備方法，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的質量比為（5～12）：1配料，將混合料放入高溫硅鉬爐中預燒4～5小時，預燒溫度為820～850℃；接著燒結完成的粉末取出冷卻至室溫后加入聚乙烯醇聚合劑，以對粉末進行造粒，接著將粉末用粉末壓片機進行壓片，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行燒結，燒結溫度為1350～1380℃，保溫時間為3～4小時，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℃，濺射工藝壓強為0.8～1.2Pa，靶材與基片的距離為3～5cm，濺射背景壓強為3×10^-4～1×10^-4Pa，濺射過程中除工作氣體氬氣外還通入反應氣體，濺射時間為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電膜的制備。

所述的磁控濺射法制備該薄膜，通過工藝參數的調整，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電膜，特別適用于硅基薄膜太陽能電池的前電極，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體材料，為3.0～3.2eV，這與常規的透明導電氧化物如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2.4～2.7，使得透明導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。同時由于鈮離子的摻入，可使載流子濃度大為增加，薄膜導電性能更好，從而使其具備了透明導電膜的特片，成為了一種光電性能較好且特別適合硅基薄膜太陽能電池，尤其是非晶硅/微晶硅疊層電池用的透明導電膜。

本發明的優點：

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