[发明专利]一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法及应用

说明书

一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法及应用，属于光电子器件领域。利用真空镀膜技术生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过PS微球模板或光刻模板技术辅助构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T。相比于常规TCO薄膜，本发明设计和实现的多功能复合薄膜Glass/Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T具有生长温度低，器件界面处低损伤，微观网格结构可调控，兼具透明导电以及传输电子或空穴等性能。该类型复合薄膜Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T可应用于光电子器件领域。

技术领域

本发明属于光电子器件(如太阳电池和发光二极管等)领域，特别是复合多功能透明导电薄膜及太阳电池应用。

背景技术

透明导电氧化物(transparent conductive oxide-TCO)薄膜材料是太阳电池的重要组成部分，参见文献：A.V.Shah,H.Schade,M.Vanecek,et al.Progress inPhotovoltaics 12(2004)113-142、J.Müller,B.Rech,J.Springer,et al.Solar Energy77(2004)917-930。当前薄膜电池中应用最为广泛的TCO薄膜是F掺杂SnO₂薄膜(SnO₂:F-FTO)和Sn掺杂In₂O₃薄膜(In₂O₃:Sn-ITO)。常规FTO和ITO薄膜通常需要较高的生长温度较高(～200-500℃)。TCO薄膜在多种光电器件(如太阳电池，发光二极管等)中扮演着重要的角色。对于太阳电池方面的应用来说，TCO可作为硅异质结太阳电池和薄膜太阳电池(硅基薄膜，CIGS，CdTe，Perovskite，OPV)的透明电极和抗反射层。

作为太阳电池电极层，TCO应该在约320-1200nm有很高的透过率，对于传统的ZnO,ITO或FTO薄膜来说，很难平衡近红外(NIR)与近紫外(NUV)的透过率。当载流子浓度提高，由于B-M效应造成带隙展宽获得更好的NUV透过率时，由于高的载流子浓度增加载流子的吸收因而导致了NIR透过率的减小。为了能够解决这种矛盾，如对于ZnO-TCO薄膜来说，采用MgO作为一种掺杂剂或降低，参考文献：S.H.Jang,S.F.Chichibu,Structural,elastic,andpolarization parameters and band structures of wurtzite ZnO and MgO,Journalof Applied Physics,2012,112:073503-073506；X.Gu,L.Zhu,Z.Ye,et al.Highlytransparent and conductive Zn_0.85Mg_0.15O:Al thin films prepared by pulsed laserdeposition,Solar Energy Materials and Solar Cells,2008,92:343-347；S.W.Shin,I.Y.Kim,G.H.Lee,et al,Design and growth of quaternary Mg and Ga codoped ZnOthin films with transparent conductive characteristics,Crystal GrowthDesign,2011,11:4819-4824。这样既展宽了带隙，又不会因为高的载流子减少了近红外边的透过率，这将同时改善近红外和近紫外的透过率。因此，这将有利于改善硅基太阳电池的量子效率。此外，引入氢气能够改善ZnO薄膜的电学性能，参考文献：Y.R.Park,J.Kim,Y.S.Kim,.Effect of hydrogen doping in ZnO thin films by pulsed DC magnetronsputtering,Applied Surface Science,2009,255:9010-9014.)，H能够作为浅施主改善薄膜的特性，参见文献：Chris G.Van de Walle.Hydrogen as a Cause of Doping in ZincOxide,Physical Review Letters 85(2000)1012-1015。