一種絨面復(fù)合結(jié)構(gòu)ZnO-TCO薄膜的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽(yáng)電池透明導(dǎo)電氧化物薄膜，特別是一種絨面結(jié)構(gòu)ZnO-TCO薄膜的 制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 氫化非晶硅（a-Si:H)的光學(xué)帶寬為1.7eV左右，其吸收系數(shù)在短波方向較高， 而氫化微晶硅（yc-Si:H)的光學(xué)帶寬約為1.leV，其吸收系數(shù)在長(zhǎng)波方向較高，并能吸 收到近紅外長(zhǎng)波區(qū)域，吸收波長(zhǎng)可擴(kuò)展至llOOnm，這就使太陽(yáng)光譜能得到更好利用。此 外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料結(jié)構(gòu)有序性程度高，因此，微晶硅薄膜電池具 有很好的器件穩(wěn)定性，無(wú)明顯衰退現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，微晶硅薄膜太陽(yáng)電池可較好地利用 太陽(yáng)光譜的近紅外光區(qū)域，而新型非晶硅/微晶硅（a-Si:H/yC-Si:H)疊層薄膜太陽(yáng)電 池將擴(kuò)展太陽(yáng)光譜應(yīng)用范圍，整體提高電池穩(wěn)定性和效率，參見(jiàn)：J.Meier，S.Dubail，R. Platz,etc.Sol.EnergyMater.Sol.Cells49(1997)35；ArvindShah,J.Meier,E. Vallat-Sauvain,etc,ThinSolidFilms403-404(2002) 179〇 絨面結(jié)構(gòu)（textured structure)透明導(dǎo)電氧化物-TC0薄膜的應(yīng)用可以增強(qiáng)光散射作用，改善陷光效果，它對(duì)提 高Si基薄膜太陽(yáng)電池的效率和穩(wěn)定性（SW效應(yīng)）起到?jīng)Q定性的影響，參見(jiàn)：A.V.Shah，H. Schade,M.Vanecek,etc,ProgressinPhotovoltaics, 12 (2004) 113。絨面結(jié)構(gòu)主要與薄膜 的晶粒尺寸，晶粒形狀和粗糖度等因素有關(guān)。
[0003] M0CVD(metalorganicchemicalvapordeposition-MOCVD，即金屬有機(jī)物化 學(xué)氣相沉積）技術(shù)可直接生長(zhǎng)出絨面結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜，參見(jiàn)：X.L.Chen，X.H.Geng，J. M.Xue,etc.J.Cryst.Growth, 296 (2006) 43；ff.ff.ffenas,A.Yamada,K.Takahashi,etc,J. Appl.Phys. 70 (1991) 7119 ；S.Fay,U.Kroll,C.Bucher,etc,Sol.EnergyMater.Sol.Cells 86 (2005) 385 ；S.Fay,L·Feitknecht,R.Schluchter,etc,Sol.EnergyMater.Sol.Cells 90(2006)2960。薄膜生長(zhǎng)過(guò)程為無(wú)粒子轟擊的熱分解過(guò)程，沉積溫度低（~423K);可以實(shí) 現(xiàn)高速度、大面積且均勻的ZnO薄膜生長(zhǎng)，符合產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求。典型的MOCVD-ΖηΟ薄膜的 表面形貌，晶粒呈現(xiàn)"類金字塔"狀，XRD衍射譜中對(duì)應(yīng)（110)峰擇優(yōu)取向，特征晶粒尺寸~ 3〇〇-5〇〇11111，平均粗糙度〇1^=4〇-8〇11111，電阻率0~1.5-3\1〇3〇〇11。
[0004] 國(guó)際上研究了絨面結(jié)構(gòu)ZnO薄膜襯底并應(yīng)用于薄膜電池。意大利ENEA研究 組的M.L.Add〇nizi〇等人采用Ar等離子體對(duì)薄膜表面進(jìn)行了不同刻蝕時(shí)間的處理， 隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，薄膜表面的金字塔裝結(jié)構(gòu)逐漸減小，最終變?yōu)閺椏訝罱Y(jié)構(gòu)，雖 然薄膜表面粗糙度和Haze值都有所下降，但表面較為圓滑，改善了TC0層與a-Si電 池P層的接觸特性，電池的Voc、Jsc都有所提高[AddonizioML,AntonaiaA.，Thin SolidFilms，2009,518(4):1026-1031·]。2013 年，荷蘭H.R.Tan等人采用HF和 H202混合溶液對(duì)玻璃表面進(jìn)行濕法腐蝕，獲得了橫向尺寸~20μπι的彈坑狀形貌。沉 積ΑΖ0薄膜后，以其作為前電極制備納米晶硅（nc-Si:Η)電池的Jsc為12.OmA/cm2， 效率為 13.3 %[TanHR，PsomadakiE,Isabella0，etal··AppliedPhysicsLette rs, 2013, 103:173905 (1) -173905 (5) · ]。2013 年，新加坡S.Venkataraj等人采用A1 誘導(dǎo)法 對(duì)玻璃表面進(jìn)行了刻蝕處理，具體方法為：首先，采用蒸發(fā)法在玻璃表面沉積A1薄膜，A1會(huì) 和Si02發(fā)生反應(yīng)生成Si和A1 203，再通過(guò)HN03/HF混合溶液對(duì)其進(jìn)行腐蝕，腐蝕后得到了橫 向尺寸~5μm的彈坑狀結(jié)構(gòu)，制備的AZO/glass在800nm處的Haze值~58%[Venkataraj S,WangJ,VayalakkaraP,etal.IEEEJournalofPhotovoltaics, 3(2):605-612.]
[0005] 綜述所述，開(kāi)發(fā)具有適合太陽(yáng)電池應(yīng)用的絨面Zn0-TC0薄膜成為當(dāng)前科研工作中 的重點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種寬光譜高絨度絨面結(jié)構(gòu)TC0薄膜，從而提高Si薄膜電池 在光電性能，獲得一種寬光譜高絨度絨面結(jié)構(gòu)Zn0-TC0薄膜及其應(yīng)用方法，采用濕法刻蝕 技術(shù)獲得粗糙表面的微米結(jié)構(gòu)玻璃襯底，而后采用M0CVD技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)Ζη0:Β薄膜。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0008] -種絨面微納結(jié)構(gòu)Zn0-TC0薄膜的制備方法，所述絨面結(jié)構(gòu)Zn0-TC0薄膜的結(jié)構(gòu) 特征為微米結(jié)構(gòu)玻璃/M0CVD-Zn0納米結(jié)構(gòu)，制備步驟如下：
[0009] 1)先用去離子水和稀鹽酸溶液對(duì)玻璃表面進(jìn)行清洗，然后采用蒙砂粉進(jìn)行蒙砂刻 蝕，刻蝕時(shí)間為1分35秒，處理完之后，為去除蒙砂過(guò)程中生成的附著物，需要用主要成分 為冊(cè)/氏30 4的拋光液對(duì)其進(jìn)行拋光處理；拋光次數(shù)為1-12次，每次拋光時(shí)間為5分鐘；獲 得的微米級(jí)玻璃襯底，其彈坑狀尺寸為~5-20μm;
[0010] 2)以純度為99. 995 %二乙基鋅和水為原料，氫稀釋濃度為1. 0 %的硼烷B2H6作 為摻雜氣體，利用M0CVD技術(shù)在上述粗糙微米玻璃上生長(zhǎng)納米尺寸（300-800nm)高電導(dǎo) Ζη0:Β透明導(dǎo)電薄膜，薄膜厚度1000-3000nm，利用M0CVD技術(shù)的工藝參數(shù)：襯底溫度為 135-165°C，B2H6摻雜氣體流量為二乙基鋅流量的1. 0%，反應(yīng)壓力為1.OTorr，生長(zhǎng)速率為 20-100nm/min〇
[0011] 進(jìn)一步的，步驟1)中所述的拋光次數(shù)為3次。
[0012] 一種所制備的絨面結(jié)構(gòu)Zn0-TC0薄膜的應(yīng)用，用于pin型Si基薄膜太陽(yáng)電池。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果：濕法刻蝕技術(shù)可獲得不同彈坑狀微米結(jié)構(gòu)玻璃襯底，而 M0CVD技術(shù)可調(diào)節(jié)獲得納米尺寸Ζη0:Β薄膜，獲得的玻璃襯底/ZnO薄膜具有微納米復(fù)合結(jié) 構(gòu)，提高光散射特性，實(shí)現(xiàn)較高光電轉(zhuǎn)化效率。
[0014] 本發(fā)明的基本思想是結(jié)合M0CVD技術(shù)生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)ZnO晶粒尺寸和微米級(jí)粗糙 絨面結(jié)構(gòu)玻璃的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新型復(fù)合微米納米結(jié)構(gòu)Ζη0:Β薄膜，并將其應(yīng)用于Si基薄膜太 陽(yáng)電池。首先，利用蒙砂刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)玻璃襯底，其彈坑狀尺寸為5-25μm;其次， M0CVD技術(shù)在粗糙的微米尺寸玻璃襯底上制備納米級(jí)尺寸ZnO:B透明導(dǎo)電薄膜，金字塔狀 晶粒尺寸300-800nm。新型復(fù)合絨面結(jié)構(gòu)Ζη0:Β應(yīng)用于Si基薄膜太陽(yáng)電池。
[0015] 采用蒙砂刻蝕法對(duì)平面玻璃（超白玻璃）表面進(jìn)行濕法腐蝕處理，從而獲得微米 級(jí)尺寸彈坑狀結(jié)構(gòu)，其橫向尺寸范圍為~8至25μm。當(dāng)拋光次數(shù)（X)為1時(shí)，玻璃的表面 粗糙度（RMSroughness)達(dá)到409.Onm，在400nm-1100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)絨度（Haze)值~ 80%。復(fù)合結(jié)構(gòu)