一種具有高絨度的fzo透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種FZ0透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，尤其涉及一種具有高絨度的FZ0 透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 目前，一般用Sn02:F(FT0)透明導(dǎo)電薄膜作為多晶或者非晶Si太陽(yáng)能電池器件 的前電極，通常會(huì)通過(guò)一定的腐蝕處理使FT0層具備一定的絨面效果，以此來(lái)增強(qiáng)光在電 池器件中的散射，從而提高光的利用率。但是對(duì)于該種太陽(yáng)能電池器件，目前仍存在一個(gè)重 大的缺陷，即：在高氫稀釋的等離子體作用下，氧化錫易被原子氫還原，大大降低透明導(dǎo)電 膜的透過(guò)率，從而會(huì)顯著降低電池器件的性能。
[0004] 為了解決這一問(wèn)題，新的透明導(dǎo)電膜開(kāi)始被研究，以代替FT0在電池器件中的應(yīng) 用。目前較為理想的半導(dǎo)體材料是氧化鋅，氧化鋅不僅在氫氣等離子體條件下很穩(wěn)定，而且 其透光率和電學(xué)性能都非常優(yōu)異?；谏鲜鰞煞矫娴膬?yōu)勢(shì)，ZnO基薄膜完全能夠與FT0相 媲美，甚至更佳。本征氧化鋅的主要問(wèn)題是電導(dǎo)率不夠高。為了解決這一問(wèn)題，人們采用摻 雜的方法來(lái)增加其電導(dǎo)率。常用的摻雜元素是Al、Ga、In、B、F等。
[0005] 理論研究表明，F(xiàn)是ZnO的一種良好的n型摻雜劑，F(xiàn)。的施主能級(jí)距導(dǎo)帶底僅為 0. 08eV，比A1 (0. 12eV)更小。由ZnO的能帶結(jié)構(gòu)可知，價(jià)帶最高能級(jí)主要是由02p軌道 組成，當(dāng)F以替位形式占據(jù)0格點(diǎn)時(shí)主要是對(duì)價(jià)帶產(chǎn)生微擾，對(duì)導(dǎo)帶電子的散射作用小，有 利于提高電子遷移率。另外，不像ZnO的金屬陽(yáng)離子摻雜，F(xiàn)是非電學(xué)活性的，其擴(kuò)散到 a-Si:H薄膜中不會(huì)惡化太陽(yáng)能電池的性能，表明摻F的ZnO(FZ0)透明導(dǎo)電薄膜更適合于 在a-Si:H薄膜太陽(yáng)能電池中應(yīng)用。對(duì)于金屬摻雜的ZnO薄膜來(lái)說(shuō)，其等離子體頻率相對(duì) 較低（因?yàn)檩d流子濃度高）所以對(duì)于波長(zhǎng)通常在lOOOnm的光波，都會(huì)出現(xiàn)明顯的吸收，導(dǎo) 致透過(guò)率下降，使得其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用前景受到影響。而Zn0:F對(duì)應(yīng)的等離子波長(zhǎng)為 2iim，因此用Zn0:F材料制備的透明導(dǎo)電薄膜在2000nm處仍有較高的透過(guò)率。
[0006] 為了提高ZnO基太陽(yáng)能器件的性能，必須通過(guò)刻蝕方法增強(qiáng)ZnO表面的粗糙度。一 般常用的腐蝕劑包括HF、HC1、HN03、NaOH、NH4C1等，但是這樣得到FZ0薄膜雖然絨度增加， 但是電學(xué)性能會(huì)出現(xiàn)較大幅度的下降，因此有必要采用新的方法來(lái)提高ZnO基薄膜的絨面 效果，使其在提高散射能力的同時(shí)仍具有較高的電學(xué)性能。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種電學(xué)性能良好且工藝簡(jiǎn)單的具有高絨度的FZ0透明導(dǎo) 電薄膜的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的具有高絨度的FZ0透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括如下步驟：1)制備 氟摻氧化鋅薄膜：將潔凈的襯底放入磁控濺射設(shè)備生長(zhǎng)室內(nèi)，以Zni_xFx0陶瓷靶為靶材， 0〈x蘭0. 3,抽真空至真空度至少為5X10 _6Torr，加熱襯底至25?500°C，向生長(zhǎng)室中通入Ar，并調(diào)節(jié)生長(zhǎng)氣壓至l~20mTorr，濺射功率為50?200W，生長(zhǎng)15~60min，獲得FZO薄膜； 2) 濕化學(xué)刻蝕：將步驟1)的FZO薄膜浸入體積濃度為0. 01 ~ 1. 0 %的腐蝕性溶液中 保持l~60s，取出后清洗并干燥； 3) 等離子刻蝕：將經(jīng)步驟2)處理的FZO薄膜放入磁控濺射設(shè)備生長(zhǎng)室中，抽真空至真 空度至少為5X10_6Torr，加熱襯底至20?200°C，向生長(zhǎng)室內(nèi)按流量比為100:5-30通入Ar 和4，調(diào)節(jié)工作氣壓至10~50Pa，濺射功率為20-100W，進(jìn)行等離子刻蝕10-30min，獲得具有 高絨度的FZO薄膜。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述的襯底為玻璃、石英玻璃、硅片、PC(聚碳酸酯)、PET(聚對(duì) 苯二甲酸乙二酯)、PI(聚酰亞胺）或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
[0011] 步驟2)中所述的腐蝕劑溶液為HC1溶液、HF溶液、NaOH溶液、HN03溶液或NH4C1 溶液。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用磁控濺射法結(jié)合濕化學(xué)刻蝕、等離子刻蝕的方 法制備FZ0透明導(dǎo)電薄膜，所獲得的薄膜具有較高的絨度，絨度可高達(dá)50-60%，能夠?qū)梢?jiàn) 光進(jìn)行有效的散射，此外，本發(fā)明采用的Ar/H2等離子處理，一方面等離子體轟擊薄膜表面 進(jìn)一步增大薄膜絨度，另一方面H摻入其中變成替代氧位的％，形成淺施主能級(jí)，使得薄膜 的導(dǎo)電性能明顯提高，有利于其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用，本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，重復(fù) 性好，適用于大面積生長(zhǎng)。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為實(shí)施例1中步驟2所獲得的FZ0薄膜的掃描圖。
[0015] 圖2為實(shí)施例1中步驟3所獲得的FZ0薄膜的掃描圖。
[0016] 圖3為實(shí)施例1中步驟2的FZ0薄膜與步驟3所獲得的FZ0薄膜的煙霧度對(duì)比圖。
[0017] 圖4為實(shí)施例1中步驟2的FZ0薄膜與步驟3所獲得的FZ0薄膜分別作為非晶硅 太陽(yáng)能電池前電極時(shí)的電池量子效率對(duì)比圖。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0020] 實(shí)施例1 1) 將潔凈的玻璃片放入磁控濺射設(shè)備生長(zhǎng)室內(nèi)，以Zni_xFx0陶瓷靶為靶材，^0. 03,抽 真空至真空度至少為5Xl(T6T〇rr，加熱襯底至300°C，向生長(zhǎng)室中通入Ar，并調(diào)節(jié)生長(zhǎng)氣壓 至8mTorr，濺射功率為100W，生長(zhǎng)60min，獲得厚度為700nm左右的FZ0薄膜； 2) 將FZ0薄膜放入體積濃度為0. 5%的HC1溶液中靜置15s，取出后清洗并干燥；獲得 的FZ0薄膜的SEM圖如圖1所示； 3) 將步驟2)中得到的FZ0薄膜重新放入磁控濺射設(shè)備的腔體，打開(kāi)真空系統(tǒng)，抽真空 至真空度下降至5Xl(T6T〇rr，加熱襯底至200°C，向腔體中按流量比100:10通入Ar和H2， 調(diào)節(jié)腔體內(nèi)氣壓到20Pa，開(kāi)啟襯底電源，設(shè)置濺射功率為80W，進(jìn)行等離子刻蝕20min，獲得 具有高絨度的FZO薄膜，其SEM圖如圖2所示； 表1為步驟2所得的FZ0薄膜及步驟3所得的FZ0薄膜的電學(xué)性能的對(duì)比，可知經(jīng)兩 種刻蝕方法結(jié)合處理的FZ0薄膜具有更好的電學(xué)性能。
[0021] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有高絨度的FZO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 制備氣慘氧化鋒薄膜：將潔凈的襯底放入磁控姍射設(shè)備生長(zhǎng)室內(nèi)，W化i_yF/)陶瓷祀 為祀材，0<J蘭0. 3,抽真空至真空度至少為5Xl〇-6Torr，加熱襯底至25?50(TC，向生長(zhǎng)室 中通入Ar，并調(diào)節(jié)生長(zhǎng)氣壓至1?20mTorr，姍射功率為50?200W，生長(zhǎng)15?60min，獲得FZ0 薄膜； 2) 濕化學(xué)刻蝕；將步驟1)的FZ0薄膜浸入體積濃度為0.01 ~ 1.0 %的腐蝕性溶液中 保持]-60s，取出后清洗并干燥； 3) 等離子刻蝕；將經(jīng)步驟2)處理的FZ0薄膜放入磁控姍射設(shè)備生長(zhǎng)室中，抽真空至真 空度至少為5 X l(T6Torr，加熱襯底至20?20(TC，向生長(zhǎng)室內(nèi)按流量比為100:5-30通入Ar 和&，調(diào)節(jié)工作氣壓至10?50Pa，姍射功率為20-100W，進(jìn)行等離子刻蝕10-30min，獲得具有 高絨度的FZ0薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的具有高絨度的FZ0透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于所述的 襯底為玻璃、石英玻璃、娃片、PC、陽(yáng)T、PI或PMMA。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的具有高絨度的FZ0透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于步驟2) 中所述的腐蝕劑溶液為HC1溶液、HF溶液、化0H溶液、HN03溶液或畑典1溶液。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的一種具有高絨度的FZO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括如下步驟：1）采用磁控濺射法制備氟摻氧化鋅薄膜；2）將步驟1）的FZO薄膜浸入體積濃度為0.01~1.0%的腐蝕性溶液中刻蝕，取出后清洗并干燥；3）將經(jīng)步驟2）處理的FZO薄膜再放入磁控濺射設(shè)備生長(zhǎng)室中，進(jìn)行等離子刻蝕10-30min，獲得具有高絨度的FZO薄膜。本發(fā)明采用磁控濺射法結(jié)合濕化學(xué)刻蝕、等離子刻蝕的方法制備FZO透明導(dǎo)電薄膜，所獲得的薄膜具有較高的絨度，且電學(xué)性能明顯提高，有利于其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用，此外，本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，適用于大面積生長(zhǎng)。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-0224, H01L31-20, H01B13-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104576775
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410754677
【發(fā)明人】朱麗萍, 張翔宇
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日