[发明专利]薄膜太阳能电池的绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法

说明书

技术领域   

本发明涉及一种薄膜太阳能电池的绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法，制备大面积均匀且低成本绒面TCO薄膜，属于薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术

在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源面临短缺危险的形势下，可持续发展战略已被世界各国所接受。太阳能具有清洁、安全、资源充足、可再生等优点，是二十一世纪最重要的新能源之一，受到了各国政府的重视和支持，光伏产业以连续五年近48％的速度向前发展，由此使得光伏市场急剧扩大，光伏产品供不应求。光伏产品种类繁多，以硅基电池、铜铟镓锡电池和碲化镉电池为主。硅基电池包括单晶硅、多晶硅和薄膜硅电池。其中，薄膜硅太阳能电池具有弱光响应好、高温效应好、受阴影影响小、年平均发电量高、能够与建筑物完美结合等优点，而且生产所需原材料丰富、原材料消耗少，能量回收期短、生产过程对环境影响小、适于大批量生产等，因此受到广泛关注。

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。以薄膜硅太阳能电池为例，其基本结构一般包括：前玻璃、前电极透明导电氧化物（TCO）薄膜、硅薄膜光电转换层、背电极透明导电薄膜、背反射层、封装材料、背电极等。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。采用具有绒面织构的TCO薄膜作为薄膜硅太阳能电池的前电极，可以提高对入射光的散射能力、延长光在本征吸收层中的光程，从而提高电池对光的吸收，此为陷光效应。

背景技术实现TCO薄膜的绒面织构的方法有很多。目前，各研究机构对小面积（例如1×1cm²、5.2×5.2cm²、30×30cm²）绒面TCO薄膜样品的制备方法进行了深入研究，多家企业也对大面积（1.1×1.3m²、2.3×2.5m²）绒面TCO薄膜产品的生产工艺技术进行了不断改进与优化。主流技术有两种：一种是采用沉积工艺直接生长出具有绒面织构的薄膜，另一种是采用沉积工艺获得较平整的TCO薄膜再通过后处理（例如：湿法刻蚀）的方法来获得所需的绒面织构。

在直接生长绒面薄膜的沉积工艺中，例如采用低压化学气相沉积（LPCVD）工艺，通常以DEZ和水为原材料沉积出ZnO薄膜，表面绒面织构在薄膜沉积过程中会自然形成，这种方法已被应用于大面积大规模生产中。不足之处在于，该工艺窗口较窄，要想获得高雾度的薄膜，必须增加膜层厚度，而增加厚度又会导致透光率的降低，从而影响电池性能。同时由于原材料价格昂贵，维护频率高等导致生产成本难以降低。与此相比，沉积加湿法刻蚀工艺中，利用磁控溅射可以获得平整的TCO薄膜，再通过后续湿法刻蚀来制备绒面ZnO薄膜。与LPCVD工艺相比，此种工艺可以分别单独调节薄膜的光学电学性质，工艺灵活。更重要的是可以在较薄的TCO薄膜上获得高雾度的织构薄膜。根据改进的汤森薄膜（参考文献：O. Kluth, G. Sch?pe, J. Hüpkes, C. Agashe, J. Müller, B. Rech, Thin Solid Films 442, 80 (2003)），要想获得高雾度的薄膜，温度和气压必须在合适的范围内。磁控溅射大面积TCO薄膜即使电阻很均匀，在后续湿法刻蚀工艺中获得非常均匀的雾度分布也并不容易，主要是由于薄膜自身结构在大面积范围内上并不是完全一致。雾度分布的不均匀性可导致薄膜电池效率下降。另外薄膜沉积过程中使用高温也对磁控溅射设备提出了更高的要求，再加上高能耗，势必增加成本。

因此，沉积加刻蚀技术制备大面积绒面TCO透明导电薄膜中如何获得均匀性良好的TCO薄膜并降低成本，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜太阳能电池的绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法，制备大面积均匀且低成本绒面TCO薄膜，制备方法与通常的薄膜太阳能电池组件生产线（硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓硒系列薄膜电池、有机化合物材料系列薄膜电池等）兼容，解决背景技术存在的上述问题。