[发明专利]太阳电池用宽光谱陷光透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电薄膜制备工艺技术领域，尤其是一种适用于薄膜太阳电池的具有良好陷光结构的宽光谱陷光的氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

光伏作为未来能源主力，必须大幅提高效率、降低成本才能得以生存。透明导电薄膜作为太阳电池的重要组成部分，其绒度特性对电池的性能影响至关重要。当前薄膜电池中应用最为广泛的TCO薄膜是F掺杂SnO₂薄膜（SnO₂:F）和Sn掺杂In₂O₃薄膜（In₂O₃:Sn）。F掺杂SnO₂薄膜通常是利用常压CVD（APCVD）技术制备，生长温度较高（~500℃），具有一定的绒面结构，但此种类型TCO不利于低温沉积和强H等离子体环境中生长的薄膜电池材料而言，限制了其进一步应用。而Sn掺杂In₂O₃薄膜，其薄膜组成中的In元素稀有且成本较高，且不容易获得粗糙的表面形貌，在强H等离子体环境中性能容易恶化，也限制了其在薄膜太阳电池中的广泛应用。相比于In₂O₃和SnO₂薄膜材料，ZnO薄膜具有源材料丰富，无毒且相对生长温度低和在强H等离子体环境中性能稳定等特点获得了广泛研究和应用。研究表明：对于Si基薄膜太阳电池（非晶硅电池、微晶硅电池以及非晶/微晶叠层电池）来说，TCO薄膜的陷光作用对器件性能尤为重要。陷光的结构可以提高光散射能力，增加入射光的光程。因此，陷光结构的应用可以有效增强本征层的光学吸收，提高短路电流密度，从而提高电池效率，而且更为重要的是：陷光的引入，可以减薄电池有源层的厚度，这对降低成本是非常重要的。

目前制备带有陷光结构的透明导电薄膜的方法之一是对溅射产生的掺杂ZnO（ZnO：Al、ZnO：Ga、ZnO：B、ZnO：H、ZnO：Mo或ZnO：W）薄膜进行湿法腐蚀处理得到“弹坑状”的陷光结构，从而提高对入射光的散射，增加有源层对光的吸收。该技术的特点是：腐蚀获得的大“弹坑状”的表面形貌，可以实现电池中长波长光的散射和衍射，从而提高长波长光的利用率。传统的溅射后经湿法腐蚀处理的薄膜虽然可以形成“弹坑状”的陷光结构，对入射光起到了一定的散射作用，增加了入射光在硅基薄膜电池中的光程，达到了提高光利用率，提高的电池效率的目的。但是，一次腐蚀形成的大的“弹坑状”绒度虽然增加了长波长的光程，电池的长波响应得到了提高，虽然起到了陷光的效果，但是电池的短波光损失比较大。因此，该工艺导致电池的长波长响应提高，但短波长光没有充分利用。

另外一种方法，就是利用MOCVD技术直接生长出具有“类金字塔”结构的ZnO薄膜，该方法制备的透明导电薄膜可以实现电池中短波长光的强耦合，进而提高电池的短波长光的利用率，但通常由于其获得“类金字塔”结构尺寸在500nm以下，所以长波长光的陷光利用不好。

发明内容

本发明旨在为克服现有技术的不足，提供一种薄膜太阳电池用宽光谱陷光透明导电薄膜及其制备方法。该方法中的宽光谱陷光的氧化锌薄膜能够实现良好的陷光效果，增加入射光在硅基薄膜电池中的光程，以达到提高光利用率，进而提高电池效率的目的，而且最为重要的是通过控制制备工艺可同时实现增强对短波、长波光进行高效利用的功能。

本发明为实现上述目的，设计了一种能够提高薄膜太阳电池性能的具有宽光谱陷光的透明导电氧化锌薄膜及其制备方法，其基本思想是：利用对沉积的薄膜首先进行湿法腐蚀处理得到具有对入射的长波长光起陷光作用的大“弹坑状”的陷光绒面层ZnO薄膜，然后在此带有大“弹坑状”的陷光结构的ZnO薄膜上采用MOCVD沉积技术再次沉积的一层兼有小“类金字塔”绒度的ZnO薄膜。

本发明提供的薄膜太阳电池用宽光谱陷光透明导电薄膜，依次包括：衬底层，衬底层上对入射的长波长光起陷光作用的具有大“弹坑状”的陷光绒面层简称长波长陷光层，以及陷光绒面层上采用MOCVD技术沉积的对入射的短波长光起陷光作用的具有小“类金字塔”绒度的陷光层简称短波长陷光层；

长波长陷光层：是在衬底层上一次沉积和一次湿法腐蚀处理后得到的具有大“弹坑状”的陷光绒面结构的ZnO薄膜，所述的大“弹坑状”为微米级尺寸；

短波长陷光层：是在具有大“弹坑状”的陷光绒面结构的ZnO薄膜上采用MOCVD沉积技术沉积的一层兼有小“类金字塔”绒度的ZnO薄膜，所述的小“类金字塔”为纳米级尺寸。