專利名稱:一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種Mo薄膜的制備方法,具體來講是一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法。
背景技術(shù):
太陽(yáng)能具有清潔、便利、取之不盡等優(yōu)點(diǎn),是21世紀(jì)最有前景的新能源。以Cudn, Ga) Se2 (CIGS)為光吸收層的太陽(yáng)能電池具有光電 轉(zhuǎn)換效率高,電池穩(wěn)定性好,抗輻照能力強(qiáng),弱光特性好等特點(diǎn)。由于CIGS的光吸收系數(shù)極高,微米級(jí)的厚度即可吸收99%的太陽(yáng)光,非常適合制作薄膜太陽(yáng)能電池。在制備CIGS太陽(yáng)電池的過程中,獲得高質(zhì)量的背接觸層(Back Contact, BC)非常重要。BC層的質(zhì)量直接影響CIGS吸收層薄膜的結(jié)晶、生長(zhǎng)及表面形貌,進(jìn)而對(duì)電池性能產(chǎn)生重要影響。高質(zhì)量的BC層材料必須具備以下幾方面的優(yōu)異性能
(O具有一定的惰性,以抵抗CIGS薄膜沉積過程中高腐蝕性Se氣氛的影響;
(2)具有阻隔性能,以阻止襯底表面的雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入吸收層;
(3)具有低的電阻率,以便與P型CIGS薄膜形成良好的歐姆接觸,降低界面處的少子(電子)復(fù)合率,保證所制備的器件具有良好的電學(xué)性能;
(4)具有高的光反射率,將沒有吸收的太陽(yáng)光反射回CIGS光吸收層薄膜中,從而最大程度地降低光的損失。目前使用的BC層材料主要有Pt,Cr,V,Ag,Ni,Al,Cu和Mo等。相比于其它材料,Mo薄膜能最大限度地滿足上述性能要求,因此Mo薄膜是CIGS太陽(yáng)電池的首選BC層材料。CIGS太陽(yáng)電池需要的Mo薄膜的厚度在微米級(jí),可以用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)等方法制備。由于Mo的熔點(diǎn)高(2623 °C ),用蒸發(fā)技術(shù)很難沉積。磁控濺射法的沉積速率高、薄膜均勻、附著力好,是當(dāng)今沉積Mo薄膜的可靠技術(shù)。背電極Mo薄膜的性質(zhì),例如厚度、導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)等會(huì)直接影響太陽(yáng)能電池的性能??刂芃o薄膜的擇優(yōu)取向是調(diào)節(jié)Mo薄膜的生長(zhǎng)速率、導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)的有效手段,會(huì)影響CIGS太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率、開路電壓、短路電流等性能。濺射條件的差別使獲得Mo薄膜的機(jī)械、光電性能差異較大。已有的研究表明在低基底溫度和低沉積功率下獲得的Mo薄膜主要沿(110)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng),在高基底溫度和高沉積功率下獲得的Mo薄膜沿(222)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。目前尚無有關(guān)(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在此提供一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法。該方法制備的Mo薄膜具有(211)擇優(yōu)取向,該薄膜具有如下典型特征薄膜結(jié)構(gòu)致密,內(nèi)部雜質(zhì)和缺陷密度小,對(duì)入射光的吸收弱,反射率高,且薄膜的制備工藝簡(jiǎn)單,薄膜大面積均勻性好,重復(fù)性好。本發(fā)明提供一種(211)取向的Mo薄膜的制備方法,具體步驟如下(I)清洗基片
將基片在丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗10 min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室。(2)濺射Mo薄膜
在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶,純度達(dá)到99. 99%,調(diào)整濺射靶槍到與基片的距離為50 mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3. O X 10_4 Pa,通入99. 995%的高純氬氣,調(diào)節(jié)濺射工作氣壓為O. 15 Pa,濺射功率為5 W/cm2,待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10 min以去除表面污染物。隨后開始沉積薄膜,沉積2(T40 min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。根據(jù)本發(fā)明所述的一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法,其特征在于步驟I中基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金?!?br>
本發(fā)明的有益效果在于與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所提供的一種(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜的有效的制備方法,具有如下優(yōu)點(diǎn)
(O由貫穿整個(gè)薄膜的柱狀晶的組成,柱狀晶排列緊密,內(nèi)部雜質(zhì)少,電子在傳輸過程中受到的雜質(zhì)散射少,薄膜的電阻率低,有利于減小太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻,提高電池的性能。(2)表面形貌為微米級(jí)的金字塔形結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)排列均勻,表面缺陷密度低,能減少載流子復(fù)合,提高電池性能。(3)對(duì)太陽(yáng)光譜的光子吸收少,在40(T2400 nm的光譜范圍內(nèi)的反射率高,有利于充分利用太陽(yáng)光,提高電池的輸出功率。(4)制備工藝簡(jiǎn)單,薄膜大面積均勻性好,高性能的薄膜能夠穩(wěn)定重復(fù)地制備。
圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備的Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制備的Mo薄膜的表面和斷面形貌。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備的Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的Mo薄膜的表面和斷面形貌。圖5是本發(fā)明實(shí)施例3制備的Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖6是本發(fā)明實(shí)施例3制備的Mo薄膜的表面和斷面形貌。圖7是本發(fā)明實(shí)施例3制備的Mo薄膜的反射光譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
實(shí)施例I :一種(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜的有效的制備方法,具體步驟是
(I)清洗基片
將基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗10 min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室。(2)濺射Mo薄膜
在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶(純度達(dá)到99. 99%),調(diào)整濺射靶槍到與基片的距離為50 mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3. O X 10_4 Pa,通入99. 995%的高純氬氣至氣壓為
O.15 Pa,調(diào)節(jié)濺射功率至5 W/cm2。待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10 min以去除表面污染,隨后開始沉積薄膜。沉積20 min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。本實(shí)施例制備的Mo薄膜X射線衍射圖譜如圖I所示,XRD圖譜顯示Mo薄膜為多晶結(jié)構(gòu),衍射峰全部對(duì)應(yīng)于體心立方Mo的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS 00-004-0809)。標(biāo)準(zhǔn)圖譜中Mo的(211)晶面和(110)晶面的衍射峰強(qiáng)度比是O. 24,隨機(jī)取向的Mo粉末(110)晶面衍射峰更強(qiáng)。圖I中Mo的(211)晶面和(110)晶面的衍射峰強(qiáng)度比為2. 57,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隨機(jī)取向的值,說明Mo薄膜沿(211)晶面擇優(yōu) 取向。圖2為獲得Mo薄膜的表面和斷面形貌。表面形貌顯示薄膜表面致密,三角形的顆粒分布均勻,邊界明顯,顆粒間沒有裂紋。插圖的斷面形貌顯示薄膜由柱狀晶組成,晶粒尺寸均勻,結(jié)合緊密,缺陷密度低。薄膜的方塊電阻為0.5Ω/□,計(jì)算得到的Mo薄膜的電阻率為4.64Χ10_5 Ω -cm,滿足作為CIGS電池背電極層的要求。實(shí)施例2 :—種(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜的有效的制備方法,具體步驟是
(I)清洗基片
將基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗10 min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室。(2)濺射Mo薄膜
在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶(純度達(dá)到99. 99%),調(diào)整濺射靶槍到與基片的距離為50 mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3. O X 10_4 Pa,通入99. 995%的高純氬氣至氣壓為
O.15 Pa,調(diào)節(jié)濺射功率至5 W/cm2。待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10 min以去除表面污染,隨后開始沉積薄膜,沉積30 min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。本實(shí)施例制備的Mo薄膜X射線衍射圖譜如圖3所示,XRD圖譜顯示Mo薄膜為多晶結(jié)構(gòu)。圖3中Mo的(211)晶面和(110)晶面的衍射峰強(qiáng)度比為4. 85,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隨機(jī)取向的O. 22,說明Mo薄膜沿(211)晶面擇優(yōu)取向。圖4為獲得Mo薄膜的表面和斷面形貌。表面形貌顯示薄膜表面致密,片狀和三角形的顆粒分布均勻,邊界明顯,顆粒間沒有裂紋。插圖的斷面形貌顯示薄膜由柱狀晶組成,晶粒尺寸均勻,結(jié)合緊密,缺陷密度低。薄膜的方塊電阻為O. 385 Ω/ 口,計(jì)算得到的Mo薄膜的電阻率為4. 08Χ10_5Ω · cm,滿足作為CIGS電池背電極層的要求。實(shí)施例3 :—種(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜的有效的制備方法,具體步驟是
(I)清洗基片
將基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗10 min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室。(2)濺射Mo薄膜
在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶(純度達(dá)到99. 99%),調(diào)整濺射靶槍到與基片的距離為50 mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3. O X 10_4 Pa,通入99. 995%的高純氬氣至氣壓為
O.15 Pa,調(diào)節(jié)濺射功率至5 W/cm2。待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10 min以去除表面污染,隨后開始沉積薄膜,沉積40 min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。本實(shí)施例制備的Mo薄膜X射線衍射圖譜如圖5所示,XRD圖譜顯示Mo薄膜為多晶結(jié)構(gòu),Mo的(211)晶面和(110)晶面的衍射峰強(qiáng)度比為9. 1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隨機(jī)取向的O. 22,說明Mo薄膜沿(211)晶面擇優(yōu)取向。圖6為Mo薄膜的表面和斷面形貌。表面形貌顯示薄膜表面致密,片狀和三角形的顆粒分布均勻,邊界明顯,顆粒間沒有裂紋。插圖的斷面形貌顯示薄膜由柱狀晶組成,晶粒尺寸均勻,結(jié)合緊密,缺陷密度低。薄膜的方塊電阻為O. 27 Ω / 口,計(jì)算得到的Mo薄膜的電阻率為3. 63 X 10_5 Ω -cm.本實(shí)施例制備的Mo薄膜的光反射譜如圖7所示,在40(T2400nm的可見光、近紅夕卜、中紅外的范圍內(nèi),其光反射率達(dá)到了 70%以上,能夠有效地將太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)的光子反射回CIGS光吸收層中,滿足Mo薄膜作為CIGS電池背 電極層的要求。
權(quán)利要求
1.一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法,其特征在于具體步驟是; (1)清洗基片 將基片在丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗10 min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室; (2)濺射Mo薄膜 在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶,純度達(dá)到99. 99%,調(diào)整濺射靶槍到與基片的距離為50 mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3. O X 10_4 Pa,通入99. 995%的高純氬氣,調(diào)節(jié)濺射工作氣壓為O. 15 Pa,濺射功率為5 W/cm2,待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10 min以去除表面污染物; 隨后開始沉積薄膜,沉積2(T40 min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法,其特征在于步驟I中基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種(211)擇優(yōu)取向Mo薄膜的制備方法,其步驟為;(1)清洗基片將基片在丙酮、乙醇、去離子水中各超聲清洗10min,然后用氮?dú)飧稍锖蠓湃霝R射真空室;(2)濺射Mo薄膜在磁控濺射靶槍上安裝高純Mo靶,純度達(dá)到99.99%,調(diào)整濺射靶槍到基片的距離為50mm,將真空時(shí)的本底真空抽到小于3.0×10-4Pa,通入99.995%的高純氬氣,調(diào)節(jié)濺射工作氣壓為0.15Pa,濺射功率為5W/cm2,待輝光穩(wěn)定后,預(yù)濺射靶材10min以去除表面污染物。隨后開始沉積薄膜,沉積20~40min后停止,得到具有(211)擇優(yōu)取向的Mo薄膜。該薄膜結(jié)晶質(zhì)量高,表面形貌均勻,電阻率低,適合于用作銅銦鎵硒薄膜電池的背電極層。
文檔編號(hào)C23C14/14GK102912304SQ201210351218
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者余洲, 劉連, 李珂 申請(qǐng)人:成都欣源光伏科技有限公司