[发明专利]透明导电膜与制备方法、溅射靶与透明导电性基板及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜技术领域，尤其涉及一种透明导电膜与制备方法、溅射靶与透明导电性基板及太阳能电池。

背景技术

氧化锌是一种宽禁带半导体，具有60毫电子伏特的高束缚能，其带隙宽度约为3.3电子伏特，对可见光具有高透过率，而且容易实现n型掺杂。氧化锌有很多种光电产品的应用，譬如：太阳能产品，发光二极管，蓝光激光二极管，平面显示器等。由于现代科技的发展对新能源的需求和应用越来越广泛，氧化物透明导电膜作为一种重要的光电子功能材料，广泛应用于太阳能电池、平板显示、热辐射反射镜等领域。以氧化锌为基体进行掺杂的氧化锌基透明导电膜已经成为当前的研究重点。常见的氧化锌基透明导电膜时常利用掺杂铝、镓、铟等元素来增进n型导电膜的导电率。如此的三价阳离子的掺杂可以达到好的电子导电率与高的可见光透过率。

（1）CN 103646972 B，应用整体厚度为1800nm氧化锌基透明导电膜，利用掺杂物质为B、Al、Ga 中的一种或几种做梯度掺杂和氢等离子体刻蚀工艺制备出的前电极氧化锌薄膜，700-2000nm近红外波段光学透过率高达77.7%，提升1.7%，该掺杂工艺大大提高膜层的陷光效果，改善了近红外光区域的光学透过率。

（2）CN 105565798 A，采用溅射方式镀制掺杂Ba₂O₃的氧化锌薄膜500nm，掺杂Ba₂O₃氧化锌薄膜於550nm波长处的透光率高于85%，电阻率平均大于10^-1 Ωcm。

（3）CN 102719797 A制备具有上转换功能的氧化锌基透明导电薄膜，以ZnO为基体材料，在ZnO 基体材料中掺杂Al³⁺、Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺元素中的一种、两种或两种以上，控制Zn与所掺杂元素的原子摩尔比为10：1~100：1。该透明导电薄膜的制备方法为：将ZnO与Al₂O₃、Yb₂O₃、Er₂O₃、Tm₂O₃中的一种、两种或两种以上进行配制并制备溅射用陶瓷靶材，控制Zn 与所掺杂金属离子的原子摩尔比为10：1～100：1，在溅射设备中溅射制得ZnO 基透明导电薄膜。ZnO 基透明导电薄膜在可见光区(400~900nm)的平均透过率在75%~98% 范围内，其电阻率在8.0×10^-3~1.0×10^-4 Ω•cm 范围内，可吸收800nm~1700nm 波长的近红外光并发出可见光。

（4）CN 101834009 B发明中涉及一种用铟掺杂氧化锌透明导电膜材料及其制备方法。该方法采用多靶共溅磁控溅射技术，采用氧化锌陶瓷靶和铟金属靶共溅的方法，在普通碱玻璃及石英玻璃衬底上制备出具有多晶结构的ZnO:In 透明导电膜。工艺条件为：氩气和氧气混合工作气体压强为0.2～2.0Pa，氧气与氩气体积比为0～0.2，氧化锌靶及铟靶溅射功率分别为50～200W 和5～40W，衬底温度为室温～ 500℃，偏压为0～-200V。制得的透明导电膜中铟原子数含量低至2％，具有很好的导电性能，在400～1100nm透过率大于90％。

（5）CN102534498A公开了一种掺镓氧化锌透明导电膜的制备方法，包括步骤：制备Ga₂O₃:ZnO 陶瓷靶材；对镀膜设备的腔体进行真空处理；调整磁控溅射镀膜工艺参数，进行镀膜处理。制备掺镓氧化锌透明导电膜，所用的靶材是单一Ga成份的靶材，通过调整磁控溅射镀膜工艺参数，制备出不同Ga含量的薄膜；本发明的掺镓氧化锌透明导电膜电阻率随着Ga 含量的增加，先降低后升高，在Ga 含量为4.6wt％时达到最低6.6×10^-4 Ω•cm，且其可见光平均透过率大于85％。

上述已有技术存在如下不足之处：由于本征ZnO材料的电阻率较高，为了满足作为透明导电材料的要求，需要通过掺杂Al、Ga等元素来提高透明导电膜的导电能力，但是由于氧化锌基透明导电膜有近红外光(本文中尤指800-1300nm)的光吸收现象，此现象导致近红外光能量无法穿透导电膜，从而造成太阳能材料无法吸收转成电能。因此，为了提高太阳能电池的转换效率，需要提供一种既能够满足低电阻率要求、又具有高近红外光区平均透光率的透明导电膜。

发明内容