[发明专利]一种玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜的制备方法及其应用

说明书

【技术领域】

本发明属于透明导电氧化物薄膜领域，特别是一种玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜的制备方法及其应用的方法。

【背景技术】

透明导电氧化物(Transparent conductive oxides-TCO)薄膜指对可见光(λ＝380～800nm)的平均透过率高(T≥80％)，低电阻率(ρ≤10^-3Ωcm)的氧化物薄膜。广泛研究和应用的TCO薄膜主要是F掺杂的SnO₂:F薄膜、Sn掺杂的In₂O₃:Sn(ITO)薄膜和Al掺杂的ZnO:Al薄膜。在太阳电池应用领域，由于ITO和SnO₂薄膜在氢等离子环境中容易被还原变黑导致其光学特性恶化，成为应用中的障碍。近年来，ZnO薄膜具有成本低，无毒，易于光刻加工并且在H等离子体环境中化学稳定性好，在Si薄膜太阳电池中获得了良好应用研究[参见J.Meier，S.Dubail，R.Platz，etc.Solar Energy Materials and Solar Cells，49(1997)35.]。

对于Si薄膜太阳电池，主要包括非晶硅a-Si:H电池、微晶硅uc-Si:H电池以及非晶/微晶叠层“micromorph”电池来说，TCO薄膜的陷光(light trapping)作用对器件性能尤为重要[参见Arvind Shah，J.Meier，E.Vallat-Sauvain，etc.Thin Solid Films，403-404(2002)179.和A.V Shah，H.Schade，M.Vanecek，etc.Progress in Photovoltaics，12(2004)113.]，即提高光散射能力，增加入射光的光程。陷光结构的应用可以有效增强本征层(有源层)的光学吸收，提高短路电流密度，从而提高电池效率。通常绒面结构前电极和背反射电极可实现陷光作用。绒面结构可通过调节薄膜晶粒尺寸大小、晶粒形状等特征实现粗糙表面，并且其物理化学性能有助于后续薄膜沉积(如Si薄膜)。

磁控溅射技术应用最为广泛。但磁控溅射技术获得的ZnO薄膜表面平整，晶粒较小(30nm-100nm)，难以形成良好的光散射作用；此外，取得良好光电性能的ZnO-TCO通常需要的生长温度较高(＞200℃)。然而，MOCVD技术(金属有机化学气相沉积技术)可实现低温(135-150℃)薄膜生长，晶粒较大(300nm-500nm)，能直接形成绒面结构[参见X.L.Chen，X.H.Geng，J.M.Xue，etc.Journal of Crystal Growth，296(2006)43.；陈新亮，薛俊明，孙建等，半导体学报，2007，28(7)：1072；S.U.Kroll，C.Bucher，etc.Sol.Energy Mater.Sol.Cells 86(2005)385和S.L.Feitknecht，R.Schluchter，etc.Sol.Energy Mater.Sol.Cells90(2006)2960.]，可以实现高速率大面积薄膜沉积。

因此，利用MOCVD技术(金属有机化学气相沉积技术)生长绒面结构ZnO-TCO薄膜，可作为绒面结构前电极和背反射电极应用于柔性衬底硅基薄膜太阳电池，提高电池光电转换效率和稳定性。然而，为了进一步提高薄膜在可见光及近红外区域的光学性能，主要是应用于微晶硅(μc-Si)薄膜电池及非晶硅(a-Si)/微晶硅(μc-Si)叠层薄膜电池，ZnO-TCO薄膜性能仍需改进和提高。

据文献调研，利用MOCVD技术两步法生长ZnO-TCO薄膜并应用于柔性薄膜电池尚未见报道。为实现ZnO-TCO薄膜在可见光及近红外区域的具有良好的光电性能，本发明提出利用MOCVD技术在低温条件下两步法生长适用于pin型结构Si薄膜太阳电池的ZnO-TCO薄膜材料。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种玻璃衬底绒面结构ZnO薄膜的制备方法及其应用，该方法制备的ZnO-TCO薄膜具有低温生长特性，并且具有绒面结构和可见光及近红外光区域光学透过率及光散射散射性能好，应用于薄膜太阳电池中光电转换效率高，且工艺兼容，操作简单、易于实施于生产实践，便于大面积推广。

本发明的技术方案：