一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法

2023-06-24 11:29:41

專利名稱：一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜(AZO)製備方法，特別用於薄膜太陽能電池。涉及玻璃加工、薄膜太陽能電池光伏電池和光伏建築一體化材料的製造技術領域。
背景技術：
透明導電氧化物薄膜(TCO)作為前電極被廣泛應用於微電子如光電轉換器件、平板顯示及薄膜太陽能電池等領域。目前，廣泛應用的透明導電氧化物薄膜為氧化銦錫(ITO)，它以製備技術成熟，性能穩定而被公認為光電綜合性能最佳的使用透明導電薄膜。然而，ITO價格昂貴，In元素有毒且資源稀少，ITO靶材較難製備，沉積工藝相對要求嚴格，因此，人們一直在尋找ITO的替代材料。摻鋁氧化鋅薄膜(AZO)作為TCO材料之一，具有優異的光電性能，價格低廉、無毒，化學和熱穩定性好，因而得到了廣泛的關注；另一個重要方面就是經表面刻蝕後的AZO薄膜，與平面AZO薄膜相比透過率相差不大，但其絨面結構陷光效果非常好，可以極大的增加太陽能電池的光電轉換效率，因此非常適合作太陽能電池的前電極，具有很好的應用前景。目前製備絨面AZO透明導電膜的方法一是先用磁控濺射工藝在玻璃上鍍光滑的AZO薄膜,然後用酸腐蝕或離子束刻蝕的方法形成絨面(文獻-Modification of AZOthin-film properties by annealing and ion etching, Vacuum,2010,84,p215_217) ;二是控制實驗參數直接沉積出絨面AZO透明導電膜(文獻磁控濺射技術製備織構化表面Al摻雜ZnO薄膜.光電子.雷射.2010, 21 (4), p559_564)。然而方法一米用酸腐蝕的方法，廢水會對環境造成汙染，並且刻蝕過程複雜；而方法二製得的薄膜絨面效果不顯著，無法滿足太陽能電池絨面AZO透明導電膜的要求。

發明內容
本發明公開了一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法，可以有效克服現有製備絨面AZO透明導電膜存在的環境汙染、刻蝕過程複雜、製得的薄膜絨面效果不顯著，無法滿足太陽能電池絨面AZO透明導電膜的要求等弊端。採用本發明製備方法不僅簡單易行，而且可以有效增加光線在薄膜中的光程，從而增加光的吸收量，進而提高太陽能電池的光電轉化效率。一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法，其特徵在於包括以下步驟(A)用金剛砂粉末6g與6ml水攪拌均勻，製備成刻蝕液待用；(B)將玻璃基片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；用鑷子把玻璃基片夾進裝有鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗，待用；(C)在玻璃基片上均勻旋塗準備好的刻蝕液將清洗過的玻璃基片輕輕放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2min ；
(D)刻蝕之後進行清洗，烘乾，即可得到絨面玻璃基片；(E)在絨面玻璃基片上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度彡10_3Pa，鍍膜時間Ih ；(F)在氮氣和空氣氣氛中，在400°C的溫度範圍內進行熱處理，熱處理時間為15min ;即鍍製成功絨面AZO薄膜。本發明具有以下優點和積極效果I、本發明採用金剛砂對玻璃基片進行前處理，不採用酸腐蝕方法，避免了廢水對環境的汙染。2、本發明比一般的鍍制後刻蝕或直接沉積得到的絨面AZO透明導電膜具有更加優異的絨面效果，可以有效增加光線在薄膜中的光程，從而增加光的吸收量，進而提高太陽能電池的光電轉化效率。


圖1302. 5號金剛砂刻蝕後的玻璃基片表面的AFM形貌；圖2303號金剛砂刻蝕後的玻璃基片表面的AFM形貌；圖3304號金剛砂刻蝕後的玻璃基片表面的AFM形貌；圖4302. 5號金剛砂刻蝕後的玻璃基底上蒸鍍的AZO薄膜絨面的AFM形貌；圖5303號金剛砂刻蝕後的玻璃基底上蒸鍍的AZO薄膜絨面的AFM形貌；圖6304號金剛砂刻蝕後的玻璃基底上蒸鍍的AZO薄膜絨面的AFM形貌；圖7未刻蝕玻璃基底製得的AZO薄膜的光譜透過率；圖8對玻璃基底進行絨面處理製備的AZO薄膜的光譜透過率。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。實施例I :(I)用302. 5型號的金剛砂粉末6g與6ml水攪拌均勻，製成刻蝕液待用；(2)將載玻片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；用鑷子把玻璃基片夾進裝有適當濃度鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗，待用。(3)在玻璃基片上均勻旋塗準備好的刻蝕液將清洗過的載玻片輕輕放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2min ；(4)刻蝕之後進行清洗，烘乾，即可得到絨面的玻璃基片；表面形貌如如圖I所示。(5)在處理好的絨面玻璃上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度彡10_3Pa，鍍膜時間lh。(6)在氮氣和空氣氣氛中，在400°C的溫度範圍內進行熱處理，熱處理時間為15min。鍍製成功的AZO薄膜，表面形貌如圖4所示。實施例2 (I)用303型號的金剛砂粉末6g與6ml水攪拌均勻，製備成刻蝕液待用；(2)將載玻片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；用鑷子把玻璃基片夾進裝有適當濃度鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗，待用；(3)在玻璃基片上均勻旋塗準備好的刻蝕液將清洗過的載玻片輕輕放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2min ；(4)刻蝕之後進行清洗，烘乾，即可得到絨面的玻璃基片。表面形貌如如圖2所示。(5)清洗好絨面玻璃，在處理好的絨面玻璃上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度(10_3Pa，鍍膜時間Ih ；(6)在氮氣和空氣氣氛中，在400°C的溫度下進行熱處理，熱處理時間為15min。鍍製成功的AZO薄膜。表面形貌如圖5所示。實施例3 (I)用304型號的金剛砂粉末6g與6ml水攪拌均勻，製備成刻蝕液待用；(2)將載玻片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；用鑷子把玻璃基片夾進裝有適當濃度鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗，待用；(3)在玻璃基片上均勻旋塗準備好的刻蝕液，將清洗過的載玻片輕輕放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2min ；(4)刻蝕之後進行清洗，烘乾，即可得到絨面的玻璃基片；表面形貌如如圖3所示。(5)清洗好絨面玻璃，在處理好的絨面玻璃上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度(10_3Pa，鍍膜時間lh。(6)在氮氣和空氣氣氛中，在400°C的溫度範圍內進行熱處理，熱處理時間為15min。鍍製成功的AZO薄膜。表面形貌如圖6所示。圖1-3為302. 5，303，304號金剛砂刻蝕出的玻璃基片表面的AFM形貌，掃描範圍均為Sum X 8um，觀察三幅圖的AFM表面形貌可以發現，用金剛砂刻過的玻璃已呈現凹凸不平的表面形貌結構。三種型號的金剛砂中，302. 5型號的金剛砂的顆粒最大，304型號的金剛砂的顆粒最小。圖I中刻蝕玻璃的凹坑的坑深約為160nm，圖2中蝕刻玻璃的坑深為約150nm,圖3中蝕刻玻璃的坑深為約為140nm。圖4_6為在刻蝕過的玻璃上通過真空蒸發鍍膜法製備的AZO薄膜的AFM表面形貌，雖然圖片有拉絲現象，但依然可以看到薄膜表面凹凸不平的絨面結構。從而證明了這種方法的可行性。針對不同的要求可以選用不同型號的金剛砂，根據需要的粗糙度可以改變刻蝕時間的不同及薄膜鍍制時間的控制來獲得。圖7為 未刻蝕玻璃基底製得的AZO薄膜的光譜透過率，圖8為對玻璃基底進行絨面處理製備的AZO薄膜的光譜透過率，比較圖I和圖8可知，光譜透過率並未發生明顯變化，可見光光譜透過率仍能保持在80%以上。
權利要求
1.一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法，其特徵在於包括以下步驟 (A)用金剛砂粉末6g與6ml水攪拌均勻，製備成刻蝕液待用； (B)將玻璃基片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；用鑷子把玻璃基片夾進裝有鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗，待用； (C)在玻璃基片上均勻旋塗準備好的刻蝕液將清洗過的玻璃基片輕輕放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2min ； (D)刻蝕之後進行清洗，烘乾，即可得到絨面玻璃基片； (E)在絨面玻璃基片上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度彡10_3Pa，鍍膜時間Ih； (F)在氮氣和空氣氣氛中，在400°C的溫度範圍內進行熱處理，熱處理時間為15min；BP鍍製成功絨面AZO薄膜。
全文摘要
一種太陽能電池前電極的絨面摻鋁氧化鋅薄膜製備方法，步驟如下用金剛砂粉末與水攪拌均勻製備成刻蝕液待用；將玻璃基片放進去離子水中，超聲清洗15分鐘；再用鑷子把玻璃基片夾進裝有鹽酸的大燒杯中，超聲清洗15分鐘後放進裝有純乙醇和丙酮的燒杯中清洗待用；將清洗過的玻璃基片放於刻蝕液上，沿順時針方向均勻用力對玻璃基片進行刻蝕，刻蝕時間為2分鐘；刻蝕之後清洗，烘乾即可得到絨面玻璃基片；在絨面玻璃基片上真空蒸發鍍制AZO薄膜，真空度≤10-3Pa，鍍膜時間1個小時；在氮氣和空氣氣氛中，在400℃的溫度範圍內進行熱處理，熱處理時間為15min；即鍍製成絨面AZO薄膜。本發明不採用酸腐蝕方法，避免了廢水對環境的汙染，並有效提高了太陽能電池的光電轉化效率。
文檔編號H01L31/18GK102623549SQ201110443079
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者倪爭技, 莊松林, 張大偉, 王振雲, 王文娜, 王 琦, 陶春先, 黃元申 申請人:上海理工大學