[发明专利]一种双结构绒面透明导电电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双结构绒面透明导电电极的制备方法，属于薄膜太阳电池制造技术领域。

背景技术

进入二十一世纪，人类对能源需求爆炸性的增长和化石能源的供应枯竭的矛盾日益突出，全球围绕能源的争夺日趋激烈。太阳能被誉为最理想的绿色能源，是取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能电池的应用前景十分广阔。在多种太阳能电池中，薄膜太阳能电池因其具有低成本、低材料消耗的优势而占有重要的地位。薄膜太阳能电池主要包括薄膜硅太阳电池，碲化镉薄膜电池，铜铟镓硒（CIGS）和多晶硅薄膜太阳电池。在这几种薄膜电池中，碲化镉薄膜电池中镉对环境有较强的污染，与发展太阳电池的初衷相背离；CIGS薄膜太阳能电池，实验效率达到20.3%，已经逼近多晶硅电池的最高效率，但是CIGS的共沉积工艺难度大，很难保证工业生产良品率；而且硒、铟、镓、碲等都是较稀有的元素，对这种电池的大规模生产会产生很大的制约，最成熟的产品当数薄膜硅太阳能电池。

薄膜硅太阳能电池的基本结构（图1所示）一般包括：玻璃基片（1）、透明前电极（5）、硅薄膜光电转换层（6）、背电极透明导电膜（7）、背反射层（8）、PVB封装材料（9）和背板（10）等。薄膜太阳电池作为一个光学系统，要提高其对太阳光的利用率从而提高转换效率，需要对电池组件各层光学薄膜进行合理设计。其中、前电极透明导电薄膜需要具备高光学透过率、高电导率以及对入射光有较强的散射能力，从而提高电池对光的吸收，增大光生电流，提高电池转换效率。因此，前电极透明导电膜的性能提高及产业化制备技术研究已成为目前薄膜太阳能电池研发的热点。

背景技术中，薄膜硅太阳能电池中作为前电极的TCO薄膜一般具有绒面织构，从而提高对入射光的散射能力、延长光在本征吸收层中的光程，提高电池对光的吸收。表面绒面结构对不同波段范围的光的散射能力强烈的依赖于其所具有的特征尺寸，如具有较小特征尺寸的表面绒面织构主要对可见光谱中的400-700nm波段有较强的光散射作用。而具有较大特征尺寸的表面绒面织构（如1--2mm）对光谱中的近红外部分具有较强的光散射作用。要实现对整个光谱范围的有效吸收，将具有较小和较大两种绒面织构相结合，形成双结构绒面是比较理想的选择。如何制备出具有双结构的绒面TCO薄膜，拓展TCO薄膜对不同波段光的散射能力，拓宽电池对太阳光谱的利用范围，是目前提高薄膜电池转换效率的关键技术之一，也是本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种双结构绒面透明导电电极的制备方法，同时对可见光和近红外光起到良好的光散射作用，拓宽电池对太阳光谱的充分利用，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案为：

一种双结构绒面透明导电电极的制备方法，包含如下工艺步骤：首先采用薄膜沉积技术在基片上制备透明导电氧化物（Transparent conductive Oxide，简称TCO），称之为TCO透明导电薄膜，利用湿法刻蚀的方法对其薄膜表面进行刻蚀；通过改变刻蚀工艺参数，来获得尺寸较大的绒面织构，称之为绒面织构的TCO薄膜；其次，在此绒面织构的TCO薄膜表面，采用镀膜技术，沉积（ZnO:B，简称BZO）BZO透明导电薄膜（4），通过调整BZO透明导电薄膜沉积参数来获得尺寸较小的绒面织构，使整个透明电极具有双结构的绒面织构，应用于薄膜太阳能电池，对可见光和近红外光均能实现有效的光散射。

在上述具有双结构的绒面TCO薄膜上制备薄膜电池，步骤如下：利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积非晶硅p-i-n或非晶硅p-i-n/微晶硅p-i-n叠层或多结p-i-n结构或CdTe光电转换层，利用磁控溅射或低压化学气相沉积或旋涂技术制备背电极ZnO或ZnO/Al或ZnO/Ag或Ag，通过电极焊接、引线封装工艺后，获得薄膜电池。

对于CIGS电池，制备步骤如下：在基片上顺序沉积背电极层、CIGS吸收层、缓冲层和本征ZnO层，然后，采用以上的制备方法制备双结绒面的TCO层，通过电极焊接、引线封装工艺后，获得薄膜电池。

所说的改变刻蚀工艺参数，包括刻蚀溶液的种类、浓度、温度、刻蚀时间、TCO玻璃在溶液中运动的速率。

所说的薄膜太阳能电池为硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池或有机化合物材料薄膜电池。

所说的TCO透明导电薄膜为氧化锌（ZnO）薄膜、硼（B）掺杂ZnO薄膜、铝（Al）掺杂ZnO薄膜、镓（Ga）掺杂ZnO薄膜、其他金属元素掺杂ZnO薄膜，也可以是金属元素掺杂的氧化锡薄膜。