[发明专利]一种用于硅薄膜电池陷光结构研究的化学气相沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，特别是涉及一种用于硅薄膜电池陷光结构研究的化学气相沉积设备，适用于生长透明导电氧化物TCO薄膜，然后应用于硅Si薄膜太阳电池。

背景技术

对于硅薄膜太阳电池来说，为了提高它的性能，目前的关键问题是进一步提高光电转换效率和改善稳定性，其中，加入陷光结构是一种有效的方法。陷光结构通过反射、折射和散射，将入射角度比较单一的光线分散到各个角度，从而增加光在太阳电池中的光程，使入射的太阳光被限制在前电极、背电极之间，从而提高太阳光的收集效率。

硅薄膜太阳电池的厚度很小，例如一般非晶硅薄膜太阳电池的厚度约0.5微米，微晶硅薄膜太阳电池的厚度约1.5微米，由于其材料的不平整性线度过小，使得对光线的折射和反射的影响很弱，所以就需要一个外加的陷光结构。现在非晶硅薄膜太阳电池采用的陷光结构有两种，一种是绒面透明前电极，另一种是复合背反射电极。

其中，绒面透明前电极具有同入射光波长相比拟的凹凸起伏的绒面结构，可以实现对入射太阳光的散射，增大入射光在电池中的光程，以增大电池的短路电流，从而提高电池的光电转换效率。该绒面结构一般是由一层透明导电膜构成，如SnO₂或ZnO等；另外，硅薄膜太阳电池要求透明电极具有极低的光、电损失、高透过率和电导率，以及在氢等离子体轰击下保持较好的稳定性。

而复合背反射电极是由一层透明导电膜和一层金属反射层构成复合背反射层，如：ZnO/Ag或ZnO/Al等，通过光的干涉增强作用增加背电极对光的反射，使未能被电池吸收而到达背电极的光子被反射到电池的本征吸收层进行再次吸收，从而增加了电池对入射光的收集效率、增大短路电流、提高电池的转化效率。而且可以通过进一步减薄本征吸收层，增强内建电场，从而在一定程度上达到了抑制光致衰退，改善电池的稳定性。另外，氧化锌ZnO还可以阻挡金属背电极元素如Ag或Al向太阳电池n+层的扩散，改善界面及电池性能。

新型硼掺杂氧化锌ZnO:B（BZO）薄膜价格便宜，源材料丰富，主体源材料无毒，并且在氢等离子体中稳定性优于掺氟氧化锡（SnO:F）FTO薄膜，同时具有可同FTO相比拟的光电特性，因此在硅基薄膜太阳电池的中有广泛的应用前景。硼掺杂氧化锌的ZnO:B（BZO）可以作为绒面前电极，ZnO/Ag或ZnO/Al可作为背反射电极。

当前，常用的ZnO薄膜制备工艺是磁控溅射和金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术。相比于磁控溅射技术，除了维持或者获得良好的电学性能之外，MOCVD技术生长的ZnO-TCO薄膜具有绒面结构、较高的可见光和近红外区域透过率以及高的镀膜速率，且易于实现大面积推广应用。通常实验室生长ZnO薄膜采用单室沉积技术（即整个实验过程在一个真空室完成），因此样品的尺寸面积小，镀膜效率较低，无法适应大面积产业化的需求，并且无法控制ZnO薄膜的具体生长过程。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种用于硅薄膜电池陷光结构研究的化学气相沉积设备，该设备可以对样品进行大面积的镀膜、提高镀膜的效率，以适应大面积产业化的实验需求，并且可以控制薄膜的具体生长过程，操作简单且可靠稳定，可以明显提高硅薄膜太阳电池的性能，具有重大的生产实践意义。

本发明的技术方案：