[发明专利]一种具有高绒度的FZO透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种FZO透明导电薄膜的制备方法，尤其涉及一种具有高绒度的FZO透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

目前，一般用SnO₂:F（FTO）透明导电薄膜作为多晶或者非晶Si太阳能电池器件的前电极，通常会通过一定的腐蚀处理使FTO层具备一定的绒面效果，以此来增强光在电池器件中的散射，从而提高光的利用率。但是对于该种太阳能电池器件，目前仍存在一个重大的缺陷，即：在高氢稀释的等离子体作用下，氧化锡易被原子氢还原，大大降低透明导电膜的透过率，从而会显著降低电池器件的性能。

为了解决这一问题，新的透明导电膜开始被研究，以代替FTO在电池器件中的应用。目前较为理想的半导体材料是氧化锌，氧化锌不仅在氢气等离子体条件下很稳定，而且其透光率和电学性能都非常优异。基于上述两方面的优势，ZnO基薄膜完全能够与FTO相媲美，甚至更佳。本征氧化锌的主要问题是电导率不够高。为了解决这一问题，人们采用掺杂的方法来增加其电导率。常用的掺杂元素是Al、Ga、In、B、F等。

理论研究表明，F是ZnO的一种良好的n型掺杂剂，F_O的施主能级距导带底仅为0.08eV，比Al(0.12eV)更小。由ZnO的能带结构可知，价带最高能级主要是由O2p轨道组成，当F以替位形式占据O格点时主要是对价带产生微扰，对导带电子的散射作用小，有利于提高电子迁移率。另外,不像ZnO的金属阳离子掺杂，F是非电学活性的，其扩散到a-Si:H薄膜中不会恶化太阳能电池的性能，表明掺F的ZnO（FZO）透明导电薄膜更适合于在a-Si:H薄膜太阳能电池中应用。对于金属掺杂的 ZnO 薄膜来说，其等离子体频率相对较低（因为载流子浓度高）所以对于波长通常在 1000nm 的光波，都会出现明显的吸收，导致透过率下降，使得其在太阳电池中的应用前景受到影响。而 ZnO:F 对应的等离子波长为 2μm，因此用 ZnO:F 材料制备的透明导电薄膜在2000nm 处仍有较高的透过率。

为了提高ZnO基太阳能器件的性能，必须通过刻蚀方法增强ZnO表面的粗糙度。一般常用的腐蚀剂包括HF、HCl、HNO₃、NaOH、NH₄Cl等，但是这样得到FZO薄膜虽然绒度增加，但是电学性能会出现较大幅度的下降，因此有必要采用新的方法来提高ZnO基薄膜的绒面效果，使其在提高散射能力的同时仍具有较高的电学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种电学性能良好且工艺简单的具有高绒度的FZO透明导电薄膜的制备方法。

本发明的具有高绒度的FZO透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）制备氟掺氧化锌薄膜：将洁净的衬底放入磁控溅射设备生长室内，以Zn_1-xF_xO陶瓷靶为靶材，0<x≦0.3，抽真空至真空度至少为5×10^-6Torr，加热衬底至25～500℃，向生长室中通入Ar，并调节生长气压至1~20mTorr，溅射功率为50～200W，生长15~60min，获得FZO薄膜；

2）湿化学刻蚀：将步骤1）的FZO薄膜浸入体积浓度为0.01 ~ 1.0 %的腐蚀性溶液中保持1~60s，取出后清洗并干燥；

3）等离子刻蚀：将经步骤2）处理的FZO薄膜放入磁控溅射设备生长室中，抽真空至真空度至少为5×10^-6Torr，加热衬底至20～200℃，向生长室内按流量比为100:5-30通入Ar和H₂，调节工作气压至10~50Pa，溅射功率为20-100W，进行等离子刻蚀10-30min，获得具有高绒度的FZO薄膜。

上述技术方案中，所述的衬底为玻璃、石英玻璃、硅片、PC（聚碳酸酯）、PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、PI（聚酰亚胺）或PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。

步骤2）中所述的腐蚀剂溶液为HCl溶液、HF溶液、NaOH溶液、HNO₃溶液或NH₄Cl溶液。