[发明专利]一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池的前电极透明导电膜制造技术领域，具体是一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法及其制得产品。 

背景技术

透明导电薄膜已被广泛运用在日常的光电产品——太阳电池透明电极、液晶显示、触摸控制显示器、抗辐射线高透光保护镜及汽车前窗玻璃加热电路等，是光电产品的关键材料之一，是我国急需解决的具有共性重大基础研究问题之一。 

目前应用于太阳电池（如图1所示）前电极上的透明导电膜主要有两种。一种是锡掺氧化铟（ITO），这种透明导电膜对可见光透过率可达90%以上，电阻率可低至10^-5Ω·cm，产品成熟。但是，这种产品最大的缺陷是：化学元素铟在地球上属于稀缺元素，在自然界中贮存量少，价格较高，不环保；另一种是掺氟的SnO₂导电膜(SnO₂:F，简称为FTO)，可以做为ITO导电膜的替换用品。但SnO₂导电膜用作太阳能电池前电极时，在等离子体环境下其电学性能不够稳定，将影响电池性能。 

公开的文献报道结果绝大部分只是拓展到900nm波长有较好的光透过率，尽管Yang M等人在拓宽红外光透过率方面取得了很好的效果，但还是使用了地球上稀缺的铟元素。可知，目前在拓宽ZnO基薄膜可见-近红外光高透过率方面的工作仍然任重道远。因此，在研究方法和思路上突破plasma频率理论限制，通过对ZnO薄膜进行掺杂改性，研究提高载流子迁移率和减小掺杂ZnO薄膜载流子有效质量的理论和方法，在保证薄膜良好导电性能的前提下，达到拓宽红外光透过范围目的，这是掺杂ZnO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的关键基础问题之一。 

由于绒面结构TCO 薄膜的应用可以增强光散射作用，改善陷光效果，对提高Si 基薄膜太阳电池的效率和稳定性能起到决定性的影响。J. Hü pkes等人报道，通过优化磁控溅射工艺，在沉积压强在4.3 Pa条件下制备的样品，通过酸刻方法，获得陨石坑结构表面形貌；国内段苓伟、薛俊明等人报道，适当氧流量制备具有花瓣状薄膜表面形貌，酸刻后薄膜表面为陨石坑状。这种方法获得的绒面结构，具有较好的陷光作用，适宜用于太阳电池前电极，但大面积腐蚀ZnO 薄膜形成绒面结构时具有高的风险性和造成材料浪费，这种方法需要先进行磁控溅射制备而后刻蚀二步完成，增加了工艺的复杂性。解决陨石坑状绒面ZnO_-TCO本征制备，及解决ZnO_-TCO与p-SiC: H窗口层之间的高势垒问题，是掺杂ZnO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的另外两个关键基础问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高导电性、高透光性、较高绒度、本征陨石坑绒面、优异陷光性能、宽谱域光透过性、与p-型窗口层接触势垒低的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法及其制得产品。 

本发明的技术方案是：一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤： 

（1）装片：选用摩尔比为Li:Zn=3.5～5.5:96.5～94.5的Li₂O和ZnO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得Li₂O:ZnO陶瓷靶材；将上述制得的Li₂O:ZnO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；

（2）ZnO:Li薄膜层的生长：先将真空室的背景气压抽至4.5～8.0×10^-4 Pa，通入溅射气源Ar、其气体流量为29.4～30sccm，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在0.7～1.0Pa，溅射功率200～300 W，然后在温度为450～550℃和200～250℃的衬底上分别沉积30～40min和40～50min，制得ZnO:Li薄膜层；

（3）ZnO:Li-H过渡疏松层的生长：先保持通入溅射气体Ar，加入另一种掺杂气体H₂，H₂流量0.6～1.2sccm，使Ar和H₂总流量保持在30～31.2sccm，调整溅射气压维持在0.7～1.0Pa；溅射功率为300～350W，偏压50～100V，然后在温度为100～150℃的衬底上沉积10～15min，即在ZnO:Li薄膜层基础上得到一层厚度为50～100nm 的ZnO:Li-H过渡疏松层；