[发明专利]一种玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜及应用

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳电池透明导电氧化物薄膜领域，特别是一种玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜及应用。

【背景技术】

透明导电氧化物(Transparent conductive oxides-TCO)薄膜指对可见光(λ＝380～780nm)的平均透过率高(T≥80％)，低电阻率(ρ≤10^-3Ωcm)的氧化物薄膜。广泛研究和应用的TCO薄膜主要是F掺杂的SnO₂:F薄膜，Sn掺杂的In₂O₃:Sn(ITO)薄膜和Al掺杂的ZnO:Al薄膜。在太阳电池应用领域，由于ITO和SnO₂薄膜在H等离子环境中容易被还原变黑导致其光学特性恶化，成为应用中的障碍。近年来，ZnO薄膜具有成本低，无毒，易于光刻加工并且在H等离子体环境中化学稳定性好，在Si薄膜太阳电池中获得了良好应用研究[参见J.Meier，S.Dubail，R.Platz，etc.Solar Energy Materials and Solar Cells，49(1997)35.]。

对于Si薄膜太阳电池(主要包括非晶硅(a-Si:H)电池、微晶硅(μc-Si:H)电池以及非晶/微晶叠层“micromorph”电池)来说，TCO薄膜的陷光(lighttrapping)作用对器件性能尤为重要[参见A.V.Shah，J.Meier，E.Vallat-Sauvain，etc.Thin Solid Films，403-404(2002)179.和A.V.Shah，H.Schade，M.Vanecek，etc.Progress in Photovoltaics，12(2004)113.]，即提高光散射能力，增加入射光的光程。陷光结构的应用可以有效增强本征层(有源层)的光学吸收，提高短路电流密度，从而提高电池效率。通常绒面结构前电极和背反射电极可实现陷光作用。绒面结构可通过调节薄膜晶粒尺寸大小，晶粒形状等特征实现粗糙表面，并且其物理化学性能有助于后续薄膜沉积(如Si薄膜)。

应用于Si薄膜太阳电池及其组件的ZnO-TCO薄膜，国际上主要是磁控溅射(magnetron sputtering-MS)和金属有机物化学气相沉积(metal organic chemicalvapor deposition-MOCVD)技术。利用磁控溅射法制备薄膜太阳电池用ZnO薄膜，通常采用Al掺杂得到较低电阻率(～10^-4Ωcm)的镜面结构；为更好地应用于太阳电池前电极，溅射后的ZnO薄膜须采取湿法刻蚀才能形成绒面结构[参见O.Kluth，B.Rech，L.Houben，etc.Thin Solid Films 351(1999)247.]，以期获得良好光散射能力。然而，调制绒面结构时，湿法腐蚀起关键作用，在大面积腐蚀ZnO薄膜形成绒面结构时具有一定的风险性和造成材料浪费(腐蚀后薄膜厚度减少)。MOCVD技术可直接生长出绒面结构的ZnO薄膜[参见X.L.Chen，X.H.Geng，J.M.Xue，etc.Journal of Crystal Growth，296(2006)43.和S.，U.Kroll，C.Bucher，etc.Sol.Energy Mater.Sol.Cells 86(2005)385.]，薄膜生长过程为无粒子轰击的热分解过程，沉积温度相对低(～423K)。但是，相比较而言，磁控溅射生长的薄膜的光电特性和稳定性较好。

本发明根据磁控溅射技术生长ZnO-TCO薄膜的特点，通过优化调节工艺技术，即调节衬底温度，溅射气压，O₂流量，溅射功率等参数，提供一种利用磁控溅射技术直接生长获得粗糙的绒面结构ZnO薄膜(即无需后续湿法刻蚀技术制绒)，并将其应用于硅基薄膜太阳电池应用的方法。上述技术特征区别于当前其他磁控溅射获得绒面结构ZnO薄膜的方法。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种镀膜温度相对低、生长速率快、光散射性能强的玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜及应用。

本发明的技术方案：