[發明專利]一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩定性的方法

在審

• 申請號: 201710370997.3
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107217232A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 王延峰;孟旭東;韓冰;褚潤增;馮浩;牛國振;南景宇;楊富
• 申請（專利權）人: 河北北方學院
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35;C23C14/02
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技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池制造技術領域，具體涉及一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩定性的方法。

背景技術

隨著社會的發展，人類對能源的需求將越來越多。在傳統的化石能源使用過程中不僅面臨著儲量日趨減少的問題，還在使用過程中對環境造成了巨大的污染。所以，追求和使用清潔的、可再生的新能源成為當今人類共同關注的話題。太陽能作為一種綠色的清潔能源具有取之不盡、用之不竭的優勢，被譽為最理想的綠色能源。太陽電池是一種直接把太陽能轉換成電能的裝置，具有廣闊的應用前景。但是，目前光伏產業發展面臨的最大問題在于：發電成高于傳統的能源，其中電池組件的成本已占據系統價格的50％以上，因此開發高效、低成本、長壽命的太陽電池成為全世界研究的熱點。目前占據國際光伏市場份額90％以上的產品均為晶體硅電池。但是，硅材料在生產過程中能耗比較大，以及晶體硅電池對原材料消耗大的缺點嚴重的制約著它們的發展。近年來，薄膜太陽電池以成本低、材料消耗少的優勢受到越來越多的重視。主要的薄膜太陽電池包括硅基薄膜太陽電池、碲化鎘太陽電池、銅銦鎵硒太陽電池、有機太陽電池、染料敏化太陽電池以及最近發展迅速的鈣鈦礦太陽電池等。作為上述薄膜太陽電池的電極材料，透明導電氧化物(TCO)薄膜是不可或缺的部分，其光、電及穩定性成為影響電池轉換效率的一個重要的因素。目前常用的TCO薄膜有Sn摻雜In₂O₃薄膜(In₂O₃：Sn，ITO)、F摻雜SnO₂薄膜(SnO₂：F，FTO)以及Al、Ga等摻雜的ZnO薄膜。雖然，ITO和FTO的光電性能較優，但是受其主要成分In、Sn等原材料稀缺和毒性的制約，它們的大規模應用受到限制。ZnO薄膜以原材料豐富，無毒、摻雜后可見光區透過率高、導電性能優良的特性得到了廣泛的研究，被認為是ITO的替代材料。

在Si基薄膜太陽電池中，為了增加電池吸收層對入射光的利用率，通常會在薄膜表面引入一定的絨面結構，利用其對入射光的散射增加光在吸收層中的光程。由于ZnO薄膜具有易于通過酸、堿溶液腐蝕制備出一定絨面結構和在H等離子體環境中性能穩定的特性，已經作為電極材料廣泛的應用在Si基薄膜太陽電池中。但是，對于有機、染料敏化以及鈣鈦礦等采用溶液法制備的太陽電池而言，由于制備的溶液具有一定的腐蝕性，這就限制了ZnO作為電極材料在上述電池中的應用。因此，在維持高電導和高透過的基礎上，如何提高ZnO薄膜的化學穩定性對于擴展ZnO透明導電薄膜在太陽能電池領域的應用范圍，對于降低電池的生產成本具有重要的研究意義。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩定性的方法，可有效的提高氧化鋅薄膜的耐酸、堿腐蝕能力，實現ZnO透明導電薄膜作為電極材料在有機、染料敏化以及鈣鈦礦等采用溶液法制備的太陽電池中的應用，以達到降低電池生產成本的效果。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩定性的方法，包括如下步驟：

S1、將襯底依次在電子清洗液、去離子水中進行超聲清洗，然后用氮氣吹干；

S2、將干凈的襯底放入濺射腔室，然后對濺射腔室抽真空，待真空度達到5×10⁵Pa時，分別向濺射腔室通入氬氣和氫氣作為濺射氣體，并通過閘板閥和混合氣體流量對腔內氣壓進行調控；

S3、待腔室內的氬氣穩定后，以高價態元素摻雜氧化鋅為濺射靶材，采用磁控濺射技術在室溫下進行氧化鋅透明導電薄膜沉積，制備具有低電阻率、寬光譜透過且耐酸堿腐蝕的氧化鋅透明導電薄膜。

其中，所述的高價態元素摻雜氧化鋅為難溶于酸、堿溶液的高價態金屬氧化物。

其中，所述的襯底為玻璃或聚酰亞胺等柔性材料。

其中，所述的襯底溫度為25℃至350℃。

其中，所述氬氣的流量為20-100sccm，氫氣的流量為0.2-30sccm，氫氣流量占濺射氣體總流量的0.6％-20％，濺射氣壓0.2-1.0Pa。

其中，所述高價態元素摻雜氧化鋅陶瓷靶材為ZnO：Nb₂O₅或ZnO：V₂O₅等。

其中，所述磁控濺射制備技術為脈沖直流磁控濺射或射頻磁控濺射。