CN102280529A - 一种具有高绒度值的透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

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潘清涛
胡增鑫
刘佳
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Abstract

本发明涉及一种具有高绒度值的透明导电薄膜及其制备方法，属于薄膜太阳电池制造技术领域。技术方案是：①在清洗过后的玻璃衬底上，使用磁控溅射工艺制备一层1000nm-1500nm的ZnO透明导电层；②保持气体压强、衬底温度、射频功率不变，单独改变通入反应腔室内的氩气流量，制备ZnO透明导电膜；③将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀；④刻蚀后ZnO透明导电膜经过去离子水清洗，氮气吹干后，即可得到绒面ZnO透明导电膜。本发明的优点和积极效果：高绒度，高光散射能力，高近红外光散射能力，高透过率，低电导，制备的ZnO透明导电薄膜具有高散射透过率、高透过率和低电阻率。

Description

一种具有高绒度值的透明导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有高绒度值的透明导电薄膜及其制备方法，属于薄膜太阳电池制造技术领域。
背景技术
氧化锌(ZnO)透明导电薄膜由于其优良的电学和光学性能，特别适合作为前电极应用于薄膜太阳能电池领域。对于薄膜太阳能电池前电极而言，透过率和电阻率是衡量电极性能是否优异的重要指标。在前电极材料透过率一定的前提下，提升前电极材料光散射能力可以有效增大光程，显著提升吸收层对入射光的利用率。同时可以减小薄膜的厚度，降低电池的制造成本。实现薄膜高散射的方法是对ZnO透明导电膜进行绒面处理，在薄膜表面获得绒面结构。绒度(Haze)是绒面的衡量标准，是指入射光的散射透过率(diffuse transmittance)与总透过率(total transmittance)的比值，表征薄膜对于入射光的散射能力。因此，绒度值是表征透明导电膜性能是否优异的重要指标。
以硅薄膜太阳能电池为例，叠层薄膜太阳能电池技术已经成为发展主流。叠层太阳能电池相对于传统单节薄膜电池的最大优势在于不同的吸收层能够对应吸收不同波长的入射光，扩大了光谱吸收的范围。因此，叠层技术要求导电膜层在全光谱范围内都有较高的散射率。背景技术中，ZnO薄膜虽然在550nm处可以得到较高Haze，但长波长段（> 800nm）的散射能力普遍不佳。中国申请专利CN03137254涉及一种绒面氧化锌透明导电薄膜及其制备方法，公开了使用溅射方法制备绒面ZnO导电薄膜，其绒度在550nm处小于31.6%，800nm处小于10%。中国申请专利CN200910197099涉及一种绒面氧化锌透明导电薄膜制备方法，公开了使用磁控溅射结合湿化学刻蚀法制备绒面透明导电薄膜的方法，结果中未注明所制备的导电薄膜性能。中国申请专利CN201010527670涉及一种绒面氧化锌透明导电薄膜的制备方法，同样使用了溅射加湿化学刻蚀的方法制备绒面ZnO透明导电薄膜，其导电薄膜在380nm-760nm范围内最大绒度值为45%。并将其作为前导电膜层制备叠层硅薄膜太阳能电池，电池的初始转换效率达到12%。
如上所述，背景技术存在的问题是：导电膜层的光散射能力，特别是长波段光散射能力不高，因此有必要进一步改善透明导电层制备工艺以提高叠层薄膜太阳电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高绒度值的透明导电薄膜及其制备方法，进一步改善透明导电层制备工艺以提高电池的光电转换效率，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案为：
一种内具有高绒度值的透明导电薄膜制备方法，包含如下工艺步骤：
①在气体压强1--5mTorr氩气环境中，衬底温度0--300℃，射频功率100--300W的条件下，在清洗过后的玻璃衬底上，使用磁控溅射工艺制备一层1000nm--1500nm的ZnO透明导电层；
②保持气体压强、衬底温度、射频功率不变，单独改变通入反应腔室内的氩气流量，制备ZnO透明导电膜；
③将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀；
④刻蚀后ZnO透明导电膜经过去离子水清洗，氮气吹干后，即可得到绒面ZnO透明导电膜。
所说的改变通入反应腔室内的氩气流量，通入氩气流量范围是2--20sccm。
所述的ZnO透明导电层可以是Al掺杂ZnO，也可以是其它元素掺杂ZnO形成的透明导电薄膜层。
所说的将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀，优选浓度为0.1--2wt%的刻蚀液刻蚀；所说的刻蚀液可以是酸性溶液，也可以是碱性溶液。
一种具有高绒度值的透明导电薄膜，采用如下工艺步骤制成的：①在气体压强1--5mTorr氩气环境中，衬底温度0--300℃，射频功率100--300W的条件下，在清洗过后的玻璃衬底上，使用磁控溅射工艺制备一层1000nm--1500nm的ZnO透明导电层；②保持气体压强、衬底温度、射频功率不变，单独改变通入反应腔室内的氩气流量，制备ZnO透明导电膜；③将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀；④刻蚀后ZnO透明导电膜经过去离子水清洗，氮气吹干后，即可得到绒面ZnO透明导电膜。
所说的绒面ZnO透明导电膜，是一种在400-900nm光谱范围内绒度值大于60%，1100nm波长处的绒度值大于28%的氧化锌透明导电薄膜。
所说的绒面ZnO透明导电膜，电阻率小于等于4×10-4 Ω·cm。
本发明的优点和积极效果：高绒度，550nm处薄膜最大绒度值大于75%；高光散射能力，400nm--900nm光谱范围内绒度值大于60%；高近红外光散射能力，1100nm波长处绒度值大于28%；高透过率，400nm--700nm总透过率大于80%，700--900nm总透过率大于75%；低电导，刻蚀后绒面ZnO导电膜层电阻率小于4×10-4Ω·cm；由于制备的ZnO透明导电薄膜具有高散射透过率、高透过率和低电阻率，因此本专利发明的技术适合用于制备薄膜太阳能电池前电极，包括但不仅限于硅基薄膜太阳能电池。
附图说明
附图1为本发明实施例制备的绒面ZnO透明导电薄膜透过率图表；
附图2为本发明实施例制备的绒面ZnO透明导电薄膜绒度值图表；
附图3为本发明最大绒度透明导电薄膜扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例一，使用浮法玻璃作为前基板，经过超声清洗后，使用射频磁控溅射技术在玻璃上生长铝掺杂氧化锌薄膜。
如上所述的沉积工艺，选用靶材为2wt%Al2O3掺杂ZnO，选取气体压强3mTorr，衬底温度200℃，射频功率250W，通入氩气流量2sccm沉积ZnO透明导电膜。
将磁控溅射制备的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀，优选浓度为1wt%的盐酸刻蚀液刻蚀。控制刻蚀时间80s，即可获得绒面ZnO透明导电薄膜。
所得绒面透明导电膜400nm--900nm平均透过率大于78%，电阻率小于3.2×10-4Ω·cm。
实施例二，如实施例一所述透明导电薄膜制备方法，通入氩气流量改为10sccm，所得绒面透明导电膜400nm--900nm平均透过率大于78%，电阻率小于3×10-4Ω·cm。
实施例三，如实施例一所述透明导电薄膜制备方法，通入氩气流量改为20sccm，所得绒面透明导电膜400nm--900nm平均透过率大于79%，电阻率小于2.8×10-4Ω·cm。
参照附图1、2，随着气体流量的改变，由实施例一到实施例三，所得样品的绒度不断增大。实施例三中900nm波长处绒度值62.8%，样品在400nm--900nm光谱范围内具有优异的光散射能力；1100nm波长处绒度值28.4%，样品在近红外波段具有高的光散射能力。附图3为实施例三所得样品的显微照片，可以看到样品表面具有很高的粗糙度且空洞尺寸大小不一，有利于实现不同波长入射光的散射。

Claims (8)

1.一种具有高绒度值的透明导电薄膜制备方法，其特征在于包含如下工艺步骤：①在气体压强1--5mTorr氩气环境中，衬底温度0--300℃，射频功率100--300W的条件下，在清洗过后的玻璃衬底上，使用磁控溅射工艺制备一层1000nm--1500nm的ZnO透明导电层；②保持气体压强、衬底温度、射频功率不变，单独改变通入反应腔室内的氩气流量，制备ZnO透明导电膜；③将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀；④刻蚀后ZnO透明导电膜经过去离子水清洗，氮气吹干后，即可得到绒面ZnO透明导电膜。
2.根据权利要求1所述之具有高绒度值的透明导电薄膜制备方法，其特征在于所说的改变通入反应腔室内的氩气流量，通入氩气流量范围是    2--20sccm。
3.根据权利要求1或2所述之具有高绒度值的透明导电薄膜制备方法，其特征在于所述的ZnO透明导电层可以是Al掺杂ZnO，也可以是其它元素掺杂ZnO形成的透明导电薄膜层。
4.根据权利要求1或2所述之具有高绒度值的透明导电薄膜制备方法，其特征在于所说的将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀，优选浓度为0.1--2wt%的刻蚀液刻蚀；所说的刻蚀液可以是酸性溶液，也可以是碱性溶液。
5.一种具有高绒度值的透明导电薄膜，其特征在于：采用如下工艺步骤制成的：①在气体压强1--5mTorr氩气环境中，衬底温度0--300℃，射频功率100--300W的条件下，在清洗过后的玻璃衬底上，使用磁控溅射工艺制备一层1000nm--1500nm的ZnO透明导电层；②保持气体压强、衬底温度、射频功率不变，单独改变通入反应腔室内的氩气流量，制备ZnO透明导电膜；③将得到的ZnO透明导电膜进行湿法刻蚀；④刻蚀后ZnO透明导电膜经过去离子水清洗，氮气吹干后，即可得到绒面ZnO透明导电膜。
6.根据权利要求1或2所述之具有高绒度值的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于所说的基片为玻璃基片，包括半钢化玻璃基片、钢化玻璃基片、聚酯膜基片及柔性衬底基片。
7.根据权利要求5所述之具有高绒度值的透明导电薄膜，其特征在于所说的绒面ZnO透明导电膜，是一种在400-900nm光谱范围内绒度值大于60%，1100nm波长处的绒度值大于28%的氧化锌透明导电薄膜。
8.根据权利要求5所述之具有高绒度值的透明导电薄膜，其特征在于所说的绒面ZnO透明导电膜，电阻率小于等于4×10-4Ω·cm。
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