[发明专利]一种提高氧化锌透明导电薄膜化学稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池制造技术领域，具体涉及一种提高氧化锌透明导电薄膜化学稳定性的方法。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求将越来越多。在传统的化石能源使用过程中不仅面临着储量日趋减少的问题，还在使用过程中对环境造成了巨大的污染。所以，追求和使用清洁的、可再生的新能源成为当今人类共同关注的话题。太阳能作为一种绿色的清洁能源具有取之不尽、用之不竭的优势，被誉为最理想的绿色能源。太阳电池是一种直接把太阳能转换成电能的装置，具有广阔的应用前景。但是，目前光伏产业发展面临的最大问题在于：发电成高于传统的能源，其中电池组件的成本已占据系统价格的50％以上，因此开发高效、低成本、长寿命的太阳电池成为全世界研究的热点。目前占据国际光伏市场份额90％以上的产品均为晶体硅电池。但是，硅材料在生产过程中能耗比较大，以及晶体硅电池对原材料消耗大的缺点严重的制约着它们的发展。近年来，薄膜太阳电池以成本低、材料消耗少的优势受到越来越多的重视。主要的薄膜太阳电池包括硅基薄膜太阳电池、碲化镉太阳电池、铜铟镓硒太阳电池、有机太阳电池、染料敏化太阳电池以及最近发展迅速的钙钛矿太阳电池等。作为上述薄膜太阳电池的电极材料，透明导电氧化物(TCO)薄膜是不可或缺的部分，其光、电及稳定性成为影响电池转换效率的一个重要的因素。目前常用的TCO薄膜有Sn掺杂In₂O₃薄膜(In₂O₃：Sn，ITO)、F掺杂SnO₂薄膜(SnO₂：F，FTO)以及Al、Ga等掺杂的ZnO薄膜。虽然，ITO和FTO的光电性能较优，但是受其主要成分In、Sn等原材料稀缺和毒性的制约，它们的大规模应用受到限制。ZnO薄膜以原材料丰富，无毒、掺杂后可见光区透过率高、导电性能优良的特性得到了广泛的研究，被认为是ITO的替代材料。

在Si基薄膜太阳电池中，为了增加电池吸收层对入射光的利用率，通常会在薄膜表面引入一定的绒面结构，利用其对入射光的散射增加光在吸收层中的光程。由于ZnO薄膜具有易于通过酸、碱溶液腐蚀制备出一定绒面结构和在H等离子体环境中性能稳定的特性，已经作为电极材料广泛的应用在Si基薄膜太阳电池中。但是，对于有机、染料敏化以及钙钛矿等采用溶液法制备的太阳电池而言，由于制备的溶液具有一定的腐蚀性，这就限制了ZnO作为电极材料在上述电池中的应用。因此，在维持高电导和高透过的基础上，如何提高ZnO薄膜的化学稳定性对于扩展ZnO透明导电薄膜在太阳能电池领域的应用范围，对于降低电池的生产成本具有重要的研究意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高氧化锌透明导电薄膜化学稳定性的方法，可有效的提高氧化锌薄膜的耐酸、碱腐蚀能力，实现ZnO透明导电薄膜作为电极材料在有机、染料敏化以及钙钛矿等采用溶液法制备的太阳电池中的应用，以达到降低电池生产成本的效果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提高氧化锌透明导电薄膜化学稳定性的方法，包括如下步骤：

S1、将衬底依次在电子清洗液、去离子水中进行超声清洗，然后用氮气吹干；

S2、将干净的衬底放入溅射腔室，然后对溅射腔室抽真空，待真空度达到5×10⁵Pa时，分别向溅射腔室通入氩气和氢气作为溅射气体，并通过闸板阀和混合气体流量对腔内气压进行调控；

S3、待腔室内的氩气稳定后，以高价态元素掺杂氧化锌为溅射靶材，采用磁控溅射技术在室温下进行氧化锌透明导电薄膜沉积，制备具有低电阻率、宽光谱透过且耐酸碱腐蚀的氧化锌透明导电薄膜。

其中，所述的高价态元素掺杂氧化锌为难溶于酸、碱溶液的高价态金属氧化物。

其中，所述的衬底为玻璃或聚酰亚胺等柔性材料。

其中，所述的衬底温度为25℃至350℃。

其中，所述氩气的流量为20-100sccm，氢气的流量为0.2-30sccm，氢气流量占溅射气体总流量的0.6％-20％，溅射气压0.2-1.0Pa。

其中，所述高价态元素掺杂氧化锌陶瓷靶材为ZnO：Nb₂O₅或ZnO：V₂O₅等。

其中，所述磁控溅射制备技术为脉冲直流磁控溅射或射频磁控溅射。