[发明专利]一种双层绒面ZnO基薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层绒面ZnO基薄膜的制备方法，尤其是用于太阳能电池前电极的双层绒面ZnO基薄膜的制备方法。

背景技术

   目前，多晶或者非晶Si太阳能电池器件的前电极一般是SnO₂:F（FTO）薄膜，作为前电极的FTO层必须具备一定的绒面效果来增强光在电池器件中的散射，从而提高光的利用率。但是该种太阳能电池器件存在一个重大的缺陷就是在高氢稀释的等离子体作用下，氧化锡易被原子氢还原，大大降低透明导电膜的透过率，从而显著降低电池器件的性能。特别是在透明导电薄膜上制备的微晶Si太阳能电池。

为了解决这一问题，人们开始研究新的透明导电膜，以代替FTO在电池器件中的应用。较为理想的半导体材料是氧化锌（ZnO）。氧化锌不仅在氢气等离子体条件下很稳定，而且其透光率和电学性能非常优异。基于上述两方面的优点，ZnO基薄膜完全能够与FTO相媲美，甚至更佳。本征氧化锌的主要问题是电导率不够高。为了解决这一问题，人们采用掺杂的方法来增加其电导率。常用的掺杂元素是Al、Ga、In、B、F等。但是为了提高ZnO基太阳能器件的性能，必须通过刻蚀方法增强ZnO表面的粗糙度。一般常用的腐蚀剂包括HF、HCl、HNO₃、NaOH、NH₄Cl等，但是这样得到的单层ZnO基薄膜对光的散射能力依然很低，因此有必要采用新的方法来提高ZnO基薄膜的绒面效果，从而提高散射能力。

发明内容

    本发明的目的是提供一种工艺简单的双层绒面ZnO基薄膜的制备方法。

本发明的双层绒面ZnO基薄膜的制备方法，该双层绒面ZnO基薄膜的化学式为Zn_1-xM_xO ，M = Al、Ga、In、B或F，0<x<0.10，其制备步骤如下：

1）将纯ZnO粉末和纯M氧化物粉末按化学式计量比混合、研磨、1000 ～1500℃烧结，制成ZnO基陶瓷靶材，其中M = Al、Ga、In、B或F；

2）采用磁控溅射方法，以步骤1）的陶瓷靶作为靶材，在经清洗的衬底上沉积ZnO基薄膜，沉积条件为：衬底和靶材的距离为80 mm，生长室的真空度在2×10^-3 Pa以上，生长室通入纯Ar，控制Ar的流量为20～80 sccm，压强为0.1 ~ 10 Pa，调节溅射功率为50 ~ 200 W，衬底温度为25 ~ 500 ℃，溅射时间为10 ~ 90 min；

3）将步骤2）所得的ZnO基薄膜浸没于浓度均为0.5 ～ 6.0 wt%的NH₃·H₂O或Na₂CO₃溶液中，腐蚀1 ~ 30 min，在薄膜表面形成第一层绒面；

4）采用磁控溅射方法，在经步骤3）处理的薄膜表面再次沉积ZnO基薄膜，沉积条件同步骤2）；

5）将步骤4）所得的薄膜浸没于浓度均为0.1 ～ 1.0 wt%的HCl、HF、NaOH或HNO₃溶液中，腐蚀1 ~ 60 s，在薄膜表面形成第二层绒面，得到双层绒面的ZnO基薄膜。

上述的衬底可以是石英、玻璃、聚碳酸酯或苯二甲酸乙二酯。所述的纯ZnO粉末和纯M氧化物粉末的纯度均在99.99%以上。

本发明的优点：

1）双层绒面结构的Zn_1-xM_xO（M = Al、Ga、In、B、F，0<x<0.10，）薄膜具有很高的绒度因子，能够对可见光进行有效的散射，用于太阳能电池前电极可以提高光在太阳能电池器件中的利用率。

2）该种双层绒面的ZnO基薄膜弥补了FTO薄膜在氢等离子体下易还原的缺陷，同时在保持透明导电的特性下仍然能够有效提高光的散射能力。

3）该种双层绒面的ZnO基薄膜的透过率>80%，该透过率仍然能够满足太阳能电池器件的要求。

4）本发明方法重复性好，操作简便，成本低，适用于大面积生长。

附图说明

图1为双层绒面ZnO基薄膜的结构示意图。

图中：1为衬底，2为沉积的第一层ZnO基薄膜，3为第一层绒面，4为沉积的第二层ZnO基薄膜，5为第二层绒面。

图2为ZnO：Al薄膜经过第一步NH₃·H₂O-4 min腐蚀后的扫描图；

图3为ZnO：Al薄膜经过第二步HCl-15 s腐蚀后的扫描图；