[發明專利]一種A1摻雜ZnO透明導電微/納米線陣列膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310289805.8
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103413842A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陳建林;陳薦;郭辰熹;胡琳琳;唐植懿
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/0232;H01L31/02;H01L31/18;H01L21/208;B82Y40/00
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技術領域

本發明涉及新能源材料領域，尤其涉及一種應用于薄膜太陽電池的特殊形貌與結構的透明導電氧化物薄膜及其生長方法。?

背景技術

透明導電氧化物(Transparent?Conductive?Oxide，簡稱TCO)是一類可見光透明的寬帶隙氧化物半導體通過摻雜或其它缺陷化學原理而獲得的具有優良導電性的材料。TCO薄膜同時具有透光性和導電性，可作為光電器件的透明電極而得到廣泛應用。現有的TCO薄膜的材料體系主要包括SnO₂、In₂O₃、ZnO、CdO等及其復合氧化物的寬帶隙氧化物半導體(E_g＞3eV)，通過引入非化學計量比或適當的摻雜，使它們具有高可見光透射率(λ＝380nm～780nm，＞80％)與低電阻率(＜10^-3Ω·cm)的特性。?

TCO薄膜是薄膜太陽電池的關鍵材料之一，它用作非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池、銅銦硒或銅銦鎵硒太陽電池、硫化鎘/碲化鎘太陽電池、染料敏化納米晶太陽電池、有機太陽電池等的透明電極。對TCO薄膜一般應滿足下列要求：(1)具有低電阻率；(2)高可見光透過率，即吸收率與反射率要盡可能低；(3)化學和力學穩定性好；(4)具有較優的刻蝕性能。如果需要，TCO薄膜還需具有足夠的表面粗糙度，即具有絨面結構。透明電極的絨面結構具有陷光作用，即?增加入射光的光程，通過對光的反射、折射和散射，將入射到薄膜中的光線分散到各個角度，增加光在太陽電池吸收層中的光程，增加光的吸收，從而提高太陽電池的光電轉換效率。例如，文獻報道a-Si:H/μc-Si:H(p-i-n結構)薄膜太陽電池，TCO前電極一般都具有絨面陷光結構。?

近年來，由于薄膜太陽電池產業的迅猛發展，對大面積TCO薄膜提出巨大的市場需求。用于薄膜太陽電池的透明導電膜玻璃，它要求具有優良的導電性、透光性和穩定性及具有光散射作用的絨面織構的特點，而且要求能大面積成膜。常用的透明導電膜是氧化錫(SnO₂)，一般采用含鈉離子較低的玻璃為襯底。但在非晶硅電池模板的生產過程中，沉積微晶硅時需要很高的氫稀釋度，SnO₂易被原子氫還原，大大降低可見光透過率。為解決這一問題，人們開始研究新型透明導電膜，較為理想的材料是摻雜型ZnO透明導電薄膜。目前，制備ZnO-TCO薄膜的主要方法有磁控濺射法、脈沖激光沉積法(PLD)、電子束蒸發法、金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)、噴霧熱分解法和溶膠-凝膠法(sol-gel)等。磁控濺射法、電子束蒸發法、PLD法和MOCVD法制備TCO薄膜的結晶性好、電阻率低，其中磁控濺射法是目前最為成熟的工藝，但都存在投資大、設備復雜、沉積速率低、沉積面積小等缺點。溶膠-凝膠法與噴霧熱分解法可以實現大面積成膜、低成本制備TCO薄膜，但成膜質量較差，且制成的膜的電阻率較高。采用電沉積法可以低成本、大面積成膜制備致密ZnO薄膜或ZnO納米線陣列膜，但未有電沉積法生長摻雜型ZnO微/納米線?(或棒)陣列膜的文獻報道。?

發明內容

本發明所采用的技術方案如下所示：?

一種Al摻雜ZnO透明導電微/納米線陣列膜的生長方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：?

(1)準備材料：透明導電玻璃、六水合硝酸鋅、九水合硝酸鋁、去離子水。?

(2)配制溶液：按比例稱量六水合硝酸鋅和九水合硝酸鋁為溶質，以去離子水為溶劑，配制硝酸鋅與硝酸鋁混合溶液。?

(3)陣列膜的制備：以硝酸鋅和硝酸鋁混合水溶液為電沉積溶液，白金鈦網或鉑為陽極(惰性電極)，透明導電膜玻璃為陰極，接通電源，在透明導電膜玻璃上電沉積法生長一層Al摻雜ZnO透明導電微/納米線陣列膜。?

(4)熱處理：在空氣氣氛下，約530℃，保溫1h，隨爐降溫；真空條件下或N₂+H₂氣氛下的熱處理，約450℃，保溫0.5～1h，隨爐降溫。?

所述六水合硝酸鋅和九水合硝酸鋁為鋅源和鋁源，二者的混合水溶液為電沉積溶液，混合溶液中較佳的Al／Zn原子比例為2at.％～6at.％。?

所述硝酸鋅濃度為0.001M～0.05M，硝酸鋁濃度則按權利要求2中Al／Zn原子比例進行配制，極板間距離為1cm～5cm，電沉積溫度為80±3℃，電沉積生長時間為30～90min，較佳的電流密度范圍為?-1mA／cm²至-10mA／cm²。?