[发明专利]一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅薄膜太阳电池领域，特别是一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

氢化非晶硅（a-Si:H）的光学带宽为1.7 eV左右，其吸收系数在短波方向较高，而氢化微晶硅（μc-Si:H）的光学带宽约为1.1 eV，其吸收系数在长波方向较高，并能吸收到近红外长波区域，吸收波长可扩展至1100nm，这就使太阳光谱能得到更好利用。此外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料结构有序性程度高，因此，微晶硅薄膜电池具有很好的器件稳定性，无明显衰退现象。由此可见，微晶硅薄膜太阳电池可较好地利用太阳光谱的近红外光区域，而新型a-Si:H/μc-Si:H叠层薄膜太阳电池将扩展太阳光谱应用范围，整体提高电池稳定性和效率，参见J. Meier, S. Dubail, R. Platz, etc. Solar Energy Materials and Solar Cells, 49 (1997) 35、Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, etc. Thin Solid Films, 403-404 (2002) 179。

根据Drude理论，近红外区的光学特性和材料的载流子浓度密切相关，其等离子体频率和自由载流子浓度的平方根成比例，参见V. Sittinger, F. Ruske, W. Werner, etc. Thin Solid Films 496 (2006) 16：

其中，―等离子体频率，―电子浓度，―基本电荷，―有效电子质量。若载流子浓度较高则增强了对近红外光的吸收。因此，基于μc-Si:H和a-Si:H/μc-Si:H叠层薄膜电池应用，希望p-i-n型电池结构中的前电极TCO在可见光范围和近红外区域高透过率并维持高电导率，有效的途径是制备出较低载流子浓度而较高迁移率的TCO薄膜。利用高价态差（Mo⁶⁺和In³⁺的价态差为3）掺杂的In₂O₃:Mo（Mo掺杂In₂O₃，即IMO）薄膜适应了此方面的应用发展。

目前生长IMO薄膜的方法很多，包括射频/直流溅射（RF/DC Sputtering），电子束反应蒸发（EBRE），脉冲激光沉积技术（PLD）等。2001年，复旦大学的孟扬等，参见Y. Meng, X.L. Yang, H.X. Chen, etc. Thin Solid films, 394 (2001) 219、Y. Meng, X.L. Yang, H.X. Chen, etc. J. Vac. Sci. Tech. A, 20 (2002) 288、孟扬，杨锡良，陈华仙等，光电子技术，21（2001）17，报道了新型高迁移率TCO薄膜- IMO（即Mo掺杂In₂O₃，In₂O₃:Mo），其特点是利用高价态差（Mo⁶⁺和In³⁺的价态差为3）掺杂实现低掺杂提供足够自由载流子，有效降低电离杂质散射，提高电子迁移率。典型IMO电子迁移率为80-130cm²/Vs，电阻率为1.8-3×10^-4Ωcm，可见光平均透过率优于和近红外区（λ=800-1400nm）平均透过率平均为80%以上，其中薄膜厚度为250-400nm。E. Elangovan等，参见E. Elangovan, A. Marques, A.S. Viana, etc. Thin Solid Films, 516 (2008) 1359，利用射频溅射技术研究了功率和薄膜厚度等对In₂O₃:Mo━IMO 薄膜结构和光电性能的影响，IMO 薄膜的最低电阻率为2.65×10^-3Ωcm，而最高迁移率是在非晶化的薄膜获得的数值为19.5cm^2/Vs。C. Warmsingh等，参见C.Warmsingh, Y.Yoshida,and D.W. Readey,etc. Journal of