[发明专利]用于高效薄膜太阳电池的氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

用于高效薄膜太阳电池的氧化锌透明导电薄膜的制备方法，本发明涉及透明导电氧化物薄膜技术领域；以低掺杂比例三氧化二铝和氟化镁共掺杂氧化锌为靶材；在去离子水中混入电子清洗液，利用超声清洗机对玻璃衬底清洗10min，然后再放入去离子水中超声清洗10min，最后用N₂吹干；将清洗干净的玻璃衬底放入真空腔室，然后对腔室进行抽真空处理，待真空度小于5×10^‑5Pa，向腔室通入氩气，调节腔内溅射气压，达到预设值；开启溅射电源进行预溅射处理5min，然后开始在玻璃衬底沉积ZnO薄膜。提高薄膜在紫外和近红外区域的透过率，该ZnO薄膜具有低电阻率、高宽光谱透过率、性能稳定的特点。

技术领域

本发明涉及透明导电氧化物薄膜技术领域，具体涉及用于高效薄膜太阳电池的氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜因其独特的光学透过和良好的导电特性，作为电极材料被广泛地用于硅基、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)以及钙钛矿等薄膜太阳电池，是整个电池不可或缺的部分。这就要求它们：①在太阳电池可利用的光谱范围内有高的透过率，用以增加电池吸收层对入射光的利用率，提高电池的短路电流密度；②高电导率，减小电池的串联电阻提高电池的转换效率；③无毒、廉价、原材料丰富、易于制备，性能稳定。目前，常用的TCO薄膜有Sn掺杂In₂O₃(ITO)、F掺杂SnO₂(FTO)，以及掺杂的ZnO薄膜。其中，ITO和FTO薄膜应用比较广泛。但是，不足之处在于：In、Sn有毒、且地壳储量稀缺、价格昂贵。相比之下，掺杂ZnO薄膜具有电阻率低、可见光透过率高、价格低廉、资源丰富、无毒等优点，有望成为ITO等薄膜的替代材料。人们已经对B掺杂ZnO(BZO)、Al掺杂ZnO(AZO)和Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜进行了广泛的研究，制备了可见光区透过率高、电阻率较低(～10^-4Ω·cm)的ZnO薄膜，作为电极材料被成功的用于Si基和CIGS薄膜太阳电池。

但是，上述ZnO薄膜在追求高电导的同时，而忽视了因高自由载流子浓度所导致的对近红外波段光吸收、反射增加，透过率降低的问题，这势必影响到它们在宽光谱高效叠层太阳电池中的应用。此外，ZnO薄膜的光学带隙只有3.37eV，使得其对紫外波段光的吸收增大，透过率较低，制约了其在钙钛矿等对紫外光比较敏感的薄膜太阳电池中的应用。因此，结合ZnO薄膜无毒、廉价、储量丰富等优点，如何在保持高电导的前提下，提高薄膜迁移率，展宽透过窗口(同时扩展短波和长波透过率)，以及提高ZnO薄膜高温稳定性，对于提升薄膜太阳电池的转换效率、降低生产成本具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理、操作方便的用于高效薄膜太阳电池的氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其依靠提高载流子迁移率而非增加载流子浓度来改善薄膜的导电能力，同时借助等电子材料Mg的掺杂展宽ZnO薄膜的光学带隙，提高薄膜在紫外和近红外区域的透过率，该ZnO薄膜具有低电阻率、高宽光谱透过率、性能稳定的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它的操作步骤如下：

1、以低掺杂比例三氧化二铝(Al₂O₃)和氟化镁(MgF₂)共掺杂氧化锌(ZnO)为靶材；

2、在去离子水中混入电子清洗液，利用超声清洗机对玻璃衬底清洗10min，然后再放入去离子水中超声清洗10min，最后用N₂吹干；

3、将清洗干净的玻璃衬底放入真空腔室，然后对腔室进行抽真空处理，待真空度小于5×10^-5Pa，向腔室通入氩气，调节腔内溅射气压，达到预设值；

4、开启溅射电源进行预溅射处理5min，然后开始在玻璃衬底沉积ZnO薄膜。