[发明专利]新型复合型透明导电玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明导电玻璃领域，特别涉及新型复合型透明导电玻璃的制造技术领域。

背景技术

透明导电玻璃由于具备良好的导电性和透光性，目前广泛用做薄膜太阳电池前电极，如图1所示.掺氟氧化锡(SnO₂:F简称FTO)透明导电玻璃除具备良好的透光性和导电性之外，由于具备相对成熟的产业化技术，良好的热稳定性以及较高的绒面度，因而成为目前薄膜太阳电池前电极应用的主要产品。

以玻璃为衬底的硅基薄膜电池结构，为了提高电池效率，如何提高入射光到达有源层的光通量是成为一个主要研究课题。目前的现有技术是通过提高透明导电玻璃(TCO)的绒面度来达到增加入射光通量的目的；但目前产业化广范使用的TCO玻璃结构(浮法玻璃/SnO₂/SiO₂/SnO₂:F)存在如下缺点；

(1)TCO折射率(n～1.9)与硅薄膜折射率(n～3.5)之间的不匹配所造成光学损失的问题。

当一束光由一种介质传播进入另一种介质时，会在界面处发生反射。假定介质1的折射率为n1，介质2的折射率为n2，则光在界面处的反射率估算公式为：

R＝(n1-n2)²/(n1+n2)²

以光从空气(折射率为1)射入玻璃(折射率为1.5)为例，计算得到R₁＝4％；玻璃/TCO膜(折射率为2.0)之间的反射率为R₂＝2％，TCO/Si薄膜(折射率为3.5)之间的反射率为R₃＝7.44％。

总的光反射为ρ＝R₁+96％×R₂+(96％-96％×R₂)×R₃＝13％

(2)传统的TCO膜层材料为掺氟氧化锡(简称FTO)，由于SnO₂中的Sn⁴⁺在H⁺氛围下不稳定，易被还原致使FTO膜层变黑，降低TCO的物理性能(透光性能变差，面电阻增大)。如图二，图三所示。

发明内容

本发明的目的，是针对现有技术存在的缺陷，提供一种能降低膜层对入射光的反射，抑制FTO膜层在CVD等离子下的氢离子还原作用，以提高电池组件效率的复合型透明导电玻璃及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：在原有的掺氟氧化锡膜层上先沉积一层(比如20nm)氧化钛(TiO₂)，目的是为了降低由于折射率不匹配所造成的界面反射损失。在沉积过TiO₂之后，再沉积一层(如10nm)掺铝氧化锌(AZO)，此种做法就是利用氧化锌在氢等离子下强的抗还原能力，有效避免氢离子对氧化物中金属离子的还原，同时保证了透明导电玻璃良好的物理性能。

在沉积一层20nm的TiO₂之后，透明导电玻璃对光的总反射率计算如下：

以光从空气(折射率为1)射入玻璃(折射率为1.5)为例，计算得到R＝4％；玻璃/TCO膜(折射率为2.0)之间的反射率为2％，TCO/TiO₂薄膜(折射率为2.5)之间的反射率为1.2％，TiO₂/Si薄膜之间的反射率为2.8％。总的反射率ρ为：

ρ＝4％+96％×2％+(96％-96％×2％)×1.2％+[(96％-96％×2％)-(96％-96％×2)×1.2％]×2.8％＝8％

由上面计算可以看出，在TCO之上沉积一层TiO₂之后，总的反射率由原来的13％降为8％。

本发明的制备方法是：采用磁控溅射(PVD)的方式，所需的工艺气体为高纯氩气(Ar)和高纯氧气(O₂)。控溅射所需的本底真空为＜10^-4Pa。工艺压强为0.1～0.5Pa。沉积TiO₂膜层所用的靶材为金属Ti或者TiO₂陶瓷靶。沉积AZO膜层所用的靶材为AZO(Al₂O₃wt％0％～3％)陶瓷靶。其工艺原理是Ar气在高电压的作用下，形成气体等离子体(辉光放电)，其中的阳离子(Ar⁺)在电场力作用下高速向靶材冲击，阳离子和靶材进行能量交换，使靶材原子获得足够的能量从靶材表面逸出，沉积到衬底上形成工艺所需的薄膜材料。工艺气体氧气主要是在工艺反应过程中起到补氧的目的，保证TiO₂与AZO具备良好的物理性能。