[发明专利]制造具有光捕获特征的TCO衬底的工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池领域。确切地说，本发明揭示一种制造具有光捕获特征的透明传导氧化物(TCO)衬底的工艺。

背景技术

对于大多数薄膜太阳能电池来说，将透明传导氧化物(TCO)作为前电极是必要的。透明传导氧化物提供较低的电损失和光学损失，以及额外的光学功能，如光散射。在理想的情况下，散射的光被限制在多层式薄膜太阳能电池内(这种现象称为光捕获)，且几乎完全被吸收。确切地说，硅太阳能电池依赖于有效的光捕获。改进薄膜太阳能电池的效率的一种方式是增加TCO层中的光捕获现象。通常，TCO层的具有随机表面纹理或粗糙度的表面可允许光在TCO层中更多地散射，且因此增加光捕获。

目前，存在两种常见的控制TCO层的表面结构以增加光捕获的方式。第一种方式利用大气压化学气相沉积(APCVD)方法在衬底上沉积材料，以生长具有带四面体状或金字塔状纹理的表面的TCO层。请参看图1，其是SEM(扫描电子显微镜)图像，展示了通过APCVD方法制作的TCO层的表面。如图1所示，通过改变例如气体种类、气体流速、温度等参数来控制此方法，以便使表面上沉积有不同大小的突起。

由于APCVD方法的成本较高，所以另一种方法——湿式蚀刻，已引起了更多的注意。请参看图2，其展示了通过湿式蚀刻方法制作的TCO层的表面的SEM图像。通过湿式蚀刻方法获得具有粗糙凹点的表面。与APCVD相反，表面结构是从上往下蚀刻的。通过控制湿式蚀刻的参数(例如蚀刻溶液的浓度以及蚀刻时间)，可实现表面上的不同粗糙程度，从而获得经蚀刻的膜的不同特性，例如透射率扩散或透射率、雾度等等。表面粗糙程度将引起不同程度的光捕获现象。确切地说，具有稳定浓度的蚀刻溶液对于控制表面粗糙程度来说非常重要。然而，在大规模商业生产中，难以使蚀刻溶液保持在稳定的浓度。因此，产品的结果难以具有可重现性。

因此，虽然可通过上述两种方法来实现具有光捕获特征的TCO层，但有必要提供一种简单、低价、具有高度可重现性的制造光捕获TCO衬底的工艺。

发明内容

鉴于所描述的问题，本发明提供一种制造具有光捕获特征的透明传导氧化物(TCO)衬底的工艺，其包括：

在衬底上形成金属层；

使所述金属层退火，使得所述金属层的金属元素自聚集，从而形成多个岛状结构金属突起；以及

在所述岛状结构金属突起和所述衬底上形成透明传导氧化物层。

本发明还提供一种具有光捕获特征的TCO衬底，其包括：

衬底；

多个岛状结构金属突起，其形成于所述衬底上；以及

TCO层，其形成于所述衬底和所述岛状结构金属突起上。

附图说明

图1是展示通过APCVD方法制作的TCO层的表面的SEM图像。

图2是展示通过湿式蚀刻方法制作的TCO层的表面的SEM图像。

图3展示铝在高温下的自聚集特性将形成岛状结构铝突起。

图4是展示通过溅镀或蒸镀方法形成的TCO的光滑形状的示意性横截面图。

图5是展示通过化学气相沉积(CVD)形成的TCO的锯齿状形状的示意性横截面图。

图6是描绘用于制造本发明的实施例的TCO衬底的工艺中的步骤的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种通过利用金属元素在高温下的自聚集特性来制造具有光捕获特征的透明传导氧化物衬底的工艺。具体来说，使温度升高到接近于金属的熔点将使金属退火，使得经退火的金属自聚集，并形成岛状结构(图3)。所需要的温度必须略低于金属的熔点，但不能比熔点低150℃以上(mp-150℃≤t＜mp)。优选的是，mp-100℃≤t＜mp。选定金属层优选具有低于衬底的熔点的熔点。优选的是，金属层的熔点低于800℃。

作为本发明的一方面，所述工艺可无需任何蚀刻步骤而进行，且因此可代替常规的APCVD或湿式蚀刻方法。通过本发明而制作的TCO层可提高太阳能电池的效率。此外，TCO层的特性具有高度可重现性，因为所述工艺中的控制参数较少且较简单。

本发明提供一种制造具有光捕获特征的透明传导氧化物衬底的工艺，其包括：

在衬底上形成金属层；

使所述金属层退火，使得所述金属层的金属元素自聚集，从而形成多个岛状结构金属突起；以及

在所述岛状结构金属突起和所述衬底上形成透明传导氧化物。

可通过溅镀、蒸镀或电镀方法来形成所述金属层。可通过溅镀、化学气相沉积(CVD)或蒸镀方法来形成所述透明传导氧化物。

所述衬底可为玻璃或聚酰亚胺。