[发明专利]一种用于薄膜太阳能电池的AZO薄膜绒面结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于薄膜太阳能电池的AZO薄膜绒面结构的制备方法。

背景技术

目前，由于能源缺乏、全球气候变暖以及环境污染的日益严重，促进了可再生能源的快速发展，而太阳能具有清洁、无污染，取之不尽用之不竭等突出优点，成为未来理想能源之一。其中，薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数微米，目前转换效率最高以可达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。

近年来，AZO薄膜（掺铝的氧化锌薄膜）由于具有电阻率低、透光率高等显著特点，作为前电极材料应用于薄膜太阳能电池。但要提高太阳能电池的发光效率，其表面还必须具有合适的绒面结构，因为适当的绒面结构和表面粗糙度可以有效地散射入射光，尤其是长波长光线（红光和近红外线），让光线在电池中形成光陷阱，从而增加光在活性层的有效光程，最终使得电池的吸光层捕获更多的光线，提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。目前，薄膜太阳能电池的AZO薄膜绒面结构的制备方法主要有以下2种：(1) 利用磁控溅射技术在玻璃表面沉积出光滑的AZO薄膜，然后进行化学酸法刻蚀，得到绒面AZO薄膜；酸法刻蚀一般采用体积分数为0.5%的稀盐酸，刻蚀时间为10~30秒，薄膜表面均方根粗糙度为20~150 nm，性能指标可满足薄膜太阳能电池的前电极要求。然而上述先成膜后酸法刻蚀的方法存在以下缺点：(a) 酸法刻蚀大约要消耗三分之一以上的AZO薄膜，只剩下不到三分之二的AZO薄膜能成为绒面结构，造成生产成本增加；(b) 需大量使用较高成本的反应溶液及去离子水；(c) 湿法腐蚀剥蚀硅的厚度一般达到微米量级，不适合于在薄膜电池中使用；(d) 化学药品处理时操作人员面临很大的安全问题；(e) 刻蚀过程会产生大量的废气、废酸，带来环境污染。(2) 通过控制实验参数，直接在光滑玻璃表面溅射出绒面结构的AZO薄膜；然而，该方法得到的绒面结构不显著，无法满足太阳能电池对前电极陷光结构的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种用于薄膜太阳能电池的AZO薄膜绒面结构的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于薄膜太阳能电池的AZO薄膜绒面结构的制备方法，包括如下步骤：

(1) 清洗玻璃基板，然后采用双频容性耦合等离子体放电技术对所述玻璃基板的表面进行刻蚀，使玻璃基板表面具有绒面结构；

(2) 采用磁控溅射技术在上述玻璃基板的绒面结构上沉积AZO薄膜，即可得到AZO薄膜绒面结构。

上文中，所述玻璃基板选用的玻璃可以是铝硅酸盐玻璃（氧化物质量百分比为SiO₂：64.4%；Al₂O₃：13.6%；MgO：4.5%；；Na₂O：12.5%；K₂O：2%；CaO：1%)。

所述清洗可以是放入超声波清洗机内进行，先分别在丙酮和乙醇中，超声波清洗10分钟，然后用去离子水清洗干净，取出后氮气吹干。

清洗的目的是为了除去玻璃表面的油渍和杂质等，为后续的刻蚀做准备。

上述技术方案中，所述步骤(1)中，刻蚀气体为Ar₂和C₄F₈的混合气体，其流量分别为10~20 sccm和1~3 sccm。

上述技术方案中，所述步骤(1)采用的是双频容性耦合等离子体设备，其本底真空为9×10^-4~3×10^-3Pa；工作气压为15~35Pa；高频频率和功率分别为60MHz和200~300W，低频频率和功率分别为2MHz和200~300W，刻蚀时间为10~30min。即双频容性耦合等离子体（DF-CCP）设备。

上述技术方案中，所述步骤(2)中，磁控溅射技术所用靶材为Zn/Al合金；溅射气体为氩气和氧气的混合气体，氩气流量为10~30 sccm，氧气流量为2~10 sccm。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：