[发明专利]一种薄膜太阳能电池AZO薄膜的等离子体织构方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工业领域，尤其是太阳能电池方面，特别涉及一种薄膜太阳能电池AZO薄膜的等离子体织构方法。

背景技术

随着能源紧缺、环境污染问题的加剧，各国都在加紧光伏行业的发展步伐。目前，为了解决太阳能电池成本高、效率低的问题，各种新工艺和新技术被应用在电池的制备上。在太阳能电池提高转化效率的技术中，光学优化是一种重要的优化技术，其目的是增加太阳能电池内部的入射光强或光子通量。增加光子通量意味着太阳能电池可以更加有效的利用入射光子，增加光生电流，实现更加高的转化效率，降低光伏发电的成本。实现光学优化的方式主要有减反膜、聚光系统、陷光结构。其中，陷光结构是通过增加光子进入太阳能电池后的光程长即陷光作用(Light Trapping Effect)来提高太阳能电池的转换效率。

表面织构化(Texturing)是在太阳能电池前表面或背表面制备不规则的凹槽或倒金字塔结构，形成陷光结构，使光线在太阳能电池中产生散射和反射，从而使光线传播方向与表面法线的夹角增大，进入太阳能电池的光线可以经过不同的光程传播，增加了电池对光子的吸收。

掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为一种透明导电氧化物薄膜(TCO)，不仅具备高可见光透过率和低电阻率的优点，还具有ITO、FTO等其他TCO所不具备的优点：原料丰富易得，铝掺杂容易，环境友好，且在高温氢等离子体环境中化学稳定性高，是薄膜太阳能电池理想的电极材料，并得到广泛应用，对其表面织构化的研究也越来越多。目前，AZO表面织构化的方法主要有两种，一是对沉积的AZO膜进行湿法刻蚀，二是在制备AZO薄膜时，通过控制工艺参数直接在玻璃基板上溅射出绒面的AZO薄膜。湿法刻蚀主要是使用稀释的酸或碱溶液对AZO表面进行化学腐蚀达到织构化效果，酸溶液主要有盐酸、硫酸、氢氟酸等，碱溶液主要有氢氧化钠、氯化铵溶液等。湿法刻蚀具有大面积处理基片、刻蚀速度快等优点，但是，由于刻蚀速度过快，不容易控制刻蚀过程，同时，酸或碱溶液的使用，容易造成环境污染。对于直接制备绒面AZO薄膜的方式，由于溅射沉积时粒子能量有限，其织构化效果不明显。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种薄膜太阳能电池AZO薄膜的等离子体织构方法。其原理是：通过射频源的感应耦合作用将功率加到反应室内，使通入的气体电离产生等离子体，等离子体中含有离子、电子、自由基等活性粒子；这些活性粒子撞击AZO薄膜表面实现物理刻蚀，并且与其表面发生化学反应实现化学刻蚀。

本发明所采用的技术方案是：一种薄膜太阳能电池AZO薄膜的等离子体织构方法，其步骤包括：

步骤一、清洗AZO玻璃基片，通过进样室把清洗干净的AZO玻璃基片送到等离子体刻蚀设备反应室的基片架上；

步骤二、开加热电源，对基片架进行加热；

步骤三、对反应室抽真空，直到反应室的本底真空度为1×10^-4-3×10^-3Pa；

步骤四、同时通入反应气体氮气和氢气，并且调整反应室工作气压为0.3-15Pa；

步骤五、开启射频电源，预热5分钟，设置功率，调节匹配，直至起辉产生等离子体；

步骤六、继续通入氮气和氢气，并保持加热温度，同时开始计时刻蚀；

步骤七、达到刻蚀时间后，关闭射频电源，关闭加热电源，关闭气体，对反应室抽气，两个小时后，取出AZO玻璃基片，即完成AZO玻璃基片的刻蚀。

所述的AZO玻璃基片AZO薄膜厚度为400nm-2μm。

所述的步骤一AZO玻璃基片的清洗步骤包括：先用去污粉加清水冲洗，直至没有气泡，然后用丙酮清洗，再用95％的乙醇冲洗后，用乙醇溶液再超声清洗20分钟，最后用去离子水冲洗后，用去离子水再超声清洗20分钟，然后用高纯氮气吹干。

所述步骤二基片架加热温度为150-300℃。

所述步骤四通入的氮气流量为5-20sccm，氢气流量为1-10sccm。

所述步骤五的射频电源频率为400KHz-13.56MHz，功率为300-2000W。

所述步骤六的刻蚀时间为1-20分钟。

综上所述本发明具有以下有益效果：

1、本发明包括物理性刻蚀和化学性刻蚀，可以达到湿法刻蚀的效果，同时因为不使用腐蚀性溶液，避免反应溶液处理不当对环境造成的污染。

2、本发明不仅可以对AZO表面产生各向同性刻蚀，同时对AZO织构化表面陷坑深度上有各向异性的刻蚀，提高AZO织构化表面的光陷阱效果。