[发明专利]籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜及制备方法，属于透明导电氧化物(TCO)薄膜技术领域。 

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜是关键的光伏配套材料，占非晶硅、a-Si薄膜电池成本的30-40％。透明导电薄膜在同种材料中兼具通常不兼容的高透明度和高电导率，主要属于n型电子导电，目前常用的主要包括In、Sn和Zn的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。由于三氧化二铟(ITO)、二氧化锡基(FTO)中的重原子在光伏电池吸光层中的扩散、在中高温还原气氛下的性能衰退以及铟资源的稀缺和昂贵，掺杂氧化锌(ZnO)的TCO薄膜成为高效和低成本光伏薄膜电池的最佳选择。 

掺杂氧化锌的透明导电氧化物(TCO)薄膜，包括掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)等，不仅具有优异的低电阻率和高透过率等光电特性，而且其原料价格低、材料无毒，已经成为薄膜太阳能电池中极具竞争力的新一代透明导电材料(T.Tohsophon，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516，2008，4628；Oliver Kluth，Gunnar Schope，etc.ThinSolid Films 442，2003，80；M.Berginski，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516，2008，5836；S.Calnan，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516，2008，1242)。 

目前，掺杂氧化锌的透明导电氧化物薄膜的低成本、规模化制备是高效薄膜电池中的竞争焦点。为了更有效地提高太阳电池的光电转换效率，在目前的工艺中，一种较为有效的措施即是对透明导电电极的结构进行改进，使其表面形成织构结构。传统的方法主要是通过低压化学气相沉积(LPCVD)或者磁控溅射后用稀盐酸或稀硝酸或者等离子干法刻蚀对其表面进行处理以达到表面织构化的目的。(S.Fay··，S.Dubail，etc.Sol.EnergyMater.Sol.Cells 86，2005，385；J.Yoo，J.Lee，etc.Thin Solid Films 480 481，2005，213)。但这两种方法都因工艺复杂且不可控而难以形成质量稳定的织构化ZnO膜。 

另外，湿法表面腐蚀反应还会对膜的内部结构造成一定的损伤，使膜内出现较多的晶界、位错等缺陷，膜的机械强度下降，从而影响太阳电池的性能；而等离子体干法蚀刻还 存在工艺复杂、成本高等问题，难以适用于大规模化生产。 

发明内容

本发明提供了一种籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜，相比较于现有技术，简单易行、制造成本低、无需后续酸腐蚀，同时又具有良好的薄膜性能，且工艺可控、产业化前景好，从而解决了现有技术中存在的问题。 

本发明的第一目的在于提出一种籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜。 

本发明的第二目的在于提出上述籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜的制备方法。 

本发明的第一方面，提供一种籽晶层辅助的表面织构化氧化锌透明导电薄膜，包括一层具有一个固定晶轴取向的氧化锌籽晶层或掺杂氧化锌籽晶层，和在该籽晶层上沿该固定晶轴取向具有表面织构化结构的掺杂氧化锌覆盖层，其中： 

所述掺杂氧化锌的掺杂元素包括B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr和Hf中的一种或几种； 

所述掺杂氧化锌籽晶层或掺杂氧化锌覆盖层中掺杂元素总量为Zn元素的0.25mol％～10mol％，优选0.25mol％～5mol％，进一步优选0.5mol％～3.0mol％； 

所述籽晶层的厚度为20nm～250nm，优选的厚度为80nm～150nm； 

所述籽晶层和覆盖层的总厚度为600nm～3.0μm，优选的总厚度为800nm～1.8μm； 

所述的表面织构化结构为由多个棱锥结构同时分布在同一表面上，单个棱锥结构的底面到顶点的高度，不超过500nm(纳米)。 

所述的单个棱锥优选底面任意两点间的最大长度不超过1.0μm(微米)。 

所述固定晶轴取向优选c轴；所述氧化锌籽晶层或掺杂氧化锌籽晶层的晶型优选闪锌矿结构。 

所述籽晶层辅助的表面织构化掺杂氧化锌透明导电薄膜的表面粗糙度的范围为15nm～60nm，其360nm雾度因子为20％～80％。