[发明专利]一种改善ZnO薄膜形貌和电学特性的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于太阳电池技术领域，特别是一种改善ZnO薄膜形貌和电学特性的方法。

【背景技术】

透明导电氧化物薄膜(TCO)是薄膜太阳电池必不可少的电极材料。具有绒面形貌的TCO是构成具有陷光(light trapping)结构硅薄膜太阳电池的重要基础。陷光结构的引入可增加入射光的光程，增强电池对光的吸收，对提高器件性能尤为重要。近年来，由于SnO₂薄膜具有很好的电学和光学特性，被广泛用作太阳电池的透明导电膜。然而，这种材料在氢等离子体氛围环境下由于Sn被还原导致其光学特性发生恶化，限制了其在薄膜太阳电池中作为透明导电薄膜的应用，特别是微晶硅薄膜太阳电池，而ZnO薄膜不仅可以在氢等离子体环境中具有高的稳定性，并且能够实现优良光电特性(低电阻率、绒面结构，高透过率)的薄膜生长，从而成为薄膜太阳电池中极具竞争力的透明导电薄膜。因此制备具有绒面形貌的ZnO-TCO是人们所追求的目标。

目前制备具有绒面形貌ZnO-TCO的方法主要有溅射后腐蚀和金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。其中利用磁控溅射法制备Al掺杂ZnO薄膜可得到较低电阻率(5×10^-4Ωcm)，然后再采用稀盐酸(HCl)可腐蚀出弹坑状绒面形貌(参见J.Müller，B.Rech，J.Springer，M.Vanecek.TCO and light trapping in silicon thin film solar cells.Solar Energy，2004，77：917-930)。但是由于需要后续的化学腐蚀，在大面积腐蚀ZnO薄膜形成绒面结构时具有高的风险性和造成材料浪费是其一个存在问题(腐蚀后薄膜厚度减少)。MOCVD技术可直接生长出具有类金字塔结构的ZnO薄膜(参见SylvieSteinhauser，Nuno Oliveira，et al.Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnO：B for use as TCO in thin-film silicon solar cells.Thin Solid Films 515(2007)8558-8561)。但这种技术需要的原材料二乙基锌(DEZn)是一种昂贵的原材料，而且为了获得高的电导率通常需要有毒的掺杂气体硼烷(B₂H₆)。虽然MOCVD技术可以直接制备出具有类金子塔结构的ZnO薄膜，但是由于其表面形貌有较多棱角和锐利的尖峰，将其作为前电极应用在硅薄膜太阳电池中会影响电池器件特性；可以采用等离子体轰击的方法来消除棱角和尖峰(参见M.L.Addonizio，A.Antonaia.Surface morphology and light scattering properties of plasma etched ZnO：B films grown by LP-MOCVDfor silicon thin film solar cells.Thin Solid Films 518(2009)1026-1031)，但是该方法存在较难控制的缺点。采用低成本的超声喷雾热分解法(USP)也可在玻璃衬底上直接制备出具有三角块状绒面形貌的ZnO薄膜，也同样存在棱角和锐利的尖峰；另外其较高的电阻率(3×10^-3Ωcm)，限制了其在硅薄膜太阳电池中应用(参见Jiao Bao-Chen，Zhang Xiao-Dan，Wei Chang-Chun，et al.Double-layer indium doped zinc oxide for silicon thin-film solar cell prepared by ultrasonic spray pyrolysis.Chinese Physics B，20(2011)3：037306)。

【发明内容】

本发明目的是针对现有技术直接制备的绒面ZnO薄膜存在的棱角和锐利尖峰以及降低ZnO薄膜电阻率的问题，提供一种改善ZnO薄膜形貌和电学特性的方法，该方法采用低成本的超声喷雾热分解法(USP)与磁控溅射法相结合获得绒面ZnO薄膜。

本发明的技术方案：

一种改善ZnO薄膜形貌和电学特性的方法，步骤如下：