一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法
2023-04-28 08:06:41 1
專利名稱：一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，屬於薄膜太陽電池製造技術領域。
背景技術：
進入二十一世紀，人類對能源需求爆炸性的增長和化石能源的供應枯竭的矛盾日益突出，全球圍繞能源的爭奪日趨激烈。太陽能被譽為最理想的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的清潔能源，太陽能電池的應用前景十分廣闊。在多種太陽能電池中，薄膜太陽能電池因其具有低成本、低材料消耗的優勢而佔有重要的地位。薄膜太陽能電池主要包括薄膜矽太陽電池，碲化鎘薄膜電池，銅銦鎵硒(CIGS)和多晶矽薄膜太陽電池。在這幾種薄膜電池中，碲化鎘薄膜電池中鎘對環境有較強的汙染，與發展太陽電池的初衷相背離；CIGS薄膜太陽能電池，實驗效率達到20. 3%，已經逼近多晶矽電池的最高效率，但是CIGS的共沉積工藝難度大，很難保證工業生產良品率；而且硒、銦、鎵、碲等都是較稀有的元素，對這種電池的大規模生產會產生很大的制約，最成熟的產品當數薄膜矽太陽能電池。薄膜矽太陽能電池的基本結構(圖1所示)一般包括玻璃基片(1)、透明前電極 (5)、矽薄膜光電轉換層(6)、背電極透明導電膜(7)、背反射層(8)、PVB封裝材料(9)和背板 (10)等。薄膜太陽電池作為一個光學系統，要提高其對太陽光的利用率從而提高轉換效率， 需要對電池組件各層光學薄膜進行合理設計。其中、前電極透明導電薄膜需要具備高光學透過率、高電導率以及對入射光有較強的散射能力，從而提高電池對光的吸收，增大光生電流，提高電池轉換效率。因此，前電極透明導電膜的性能提高及產業化製備技術研究已成為目前薄膜太陽能電池研發的熱點。
背景技術：
中，薄膜矽太陽能電池中作為前電極的TCO薄膜一般具有絨面織構，從而提高對入射光的散射能力、延長光在本徵吸收層中的光程，提高電池對光的吸收。表面絨面結構對不同波段範圍的光的散射能力強烈的依賴於其所具有的特徵尺寸，如具有較小特徵尺寸的表面絨面織構主要對可見光譜中的400-700nm波段有較強的光散射作用。而具有較大特徵尺寸的表面絨面織構(如l-2mm)對光譜中的近紅外部分具有較強的光散射作用。 要實現對整個光譜範圍的有效吸收，將具有較小和較大兩種絨面織構相結合，形成雙結構絨面是比較理想的選擇。如何製備出具有雙結構的絨面TCO薄膜，拓展TCO薄膜對不同波段光的散射能力，拓寬電池對太陽光譜的利用範圍，是目前提高薄膜電池轉換效率的關鍵技術之一，也是本領域亟待解決的技術問題之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，同時對可見光和近紅外光起到良好的光散射作用，拓寬電池對太陽光譜的充分利用，解決背景技術存在的上述問題。本發明的技術方案為一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，包含如下工藝步驟首先採用薄膜沉積技術在基片上製備透明導電氧化物(Transparent conductive Oxide，簡稱TC0)，稱之為TCO 透明導電薄膜，利用溼法刻蝕的方法對其薄膜表面進行刻蝕；通過改變刻蝕工藝參數，來獲得尺寸較大的絨面織構，稱之為絨面織構的TCO薄膜；其次，在此絨面織構的TCO薄膜表面， 採用鍍膜技術，沉積(ZnO:B，簡稱BZO) BZO透明導電薄膜(4)，通過調整BZO透明導電薄膜沉積參數來獲得尺寸較小的絨面織構，使整個透明電極具有雙結構的絨面織構，應用於薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現有效的光散射。在上述具有雙結構的絨面TCO薄膜上製備薄膜電池，步驟如下利用等離子體增強化學氣相沉積技術沉積非晶矽p-i-n或非晶矽p-i-n/微晶矽p-i-n疊層或多結p_i-n 結構或CdTe光電轉換層，利用磁控濺射或低壓化學氣相沉積或旋塗技術製備背電極ZnO或 ΖηΟ/Al或SiO/Ag或Ag，通過電極焊接、弓丨線封裝工藝後，獲得薄膜電池。對於CIGS電池，製備步驟如下在基片上順序沉積背電極層、CIGS吸收層、緩衝層和本徵aio層，然後，採用以上的製備方法製備雙結絨面的τω層，通過電極焊接、引線封裝工藝後，獲得薄膜電池。所說的改變刻蝕工藝參數，包括刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、TCO玻璃在溶液中運動的速率。所說的薄膜太陽能電池為矽基系列薄膜電池、碲化鎘系列薄膜電池、銅銦鎵錫系列薄膜電池或有機化合物材料薄膜電池。所說的TCO透明導電薄膜為氧化鋅(ZnO)薄膜、硼(B )摻雜ZnO薄膜、鋁(Al)摻雜 ZnO薄膜、鎵(Ga)摻雜ZnO薄膜、其他金屬元素摻雜ZnO薄膜，也可以是金屬元素摻雜的氧化錫薄膜。所採用的鍍膜技術為LPCVD技術、磁控濺射技術、脈衝雷射沉積技術、旋塗技術。所說的基片(或稱襯底)為玻璃基片，包括半鋼化玻璃基片、鋼化玻璃基片、聚酯膜基片及柔性襯底基片。本發明的優點和積極效果
1)本發明中雙結構絨面的特徵尺寸，可通過單獨改變沉積工藝的參數(例如環境氣壓、襯底溫度、外加功率等)或單獨改變刻蝕工藝的參數(例如刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、襯底運動速度等)或二者相結合的方式來獲得，方便靈活。2)本發明的工藝中無論是沉積工藝的參數還是刻蝕工藝的參數均可以在較大的範圍內進行調節，從而獲得不同尺寸的雙結構絨面，實現與不同種類薄膜太陽能電池相應光譜響應範圍的匹配。3)本發明中的雙結構的絨面透明電極，拓寬了光散射的光譜範圍，在此雙結構的絨面透明電極上製備的薄膜電池。
附圖1是背景技術薄膜太陽能電池結構示意圖(以薄膜矽電池為例)； 附圖2是本發明雙結構絨面TCO薄膜的膜層結構示意附圖3是本發明工藝流程示意圖中基片1，TCO透明導電薄膜2，絨面織構的TCO薄膜3，BZO透明導電薄膜4，透明
4前電極5，矽薄膜光電轉換層6，背電極透明導電膜7，背反射層8，PVB封裝材料9，背板10。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，具體製造過程如下
①首先將待鍍膜的超白浮法玻璃基片送入玻璃清洗機進行清洗，將潔淨的超白浮法玻璃基片1送入磁控濺射機，鍍膜腔室的本底真空達到2X 10_4Pa，在0. 3Pa的高純氬氣環境下，採用磁控濺射法在玻璃基片上沉積TCO透明導電薄膜2，基片溫度為150°C，沉積膜層厚度為 IOOOnm ；
②將製備好的TCO透明導電薄膜2進行溼法刻蝕，採用稀鹽酸為刻蝕溶液，濃度0.5%、 溫度20°C、刻蝕時間45s、沉積有薄膜的玻璃基片在刻蝕溶液中保持靜止(除了快速放入和快速取出過程之外)，獲得具有較大特徵尺寸的(約600nm)彈坑形的絨面織構的TCO薄膜 3，可見光區透過率大於80% (含玻璃基片)，波長為600nm時霧度高於15%，方塊電阻低於 10 Ω / □；
③在此絨面織構的TCO薄膜3表面，採用LPCVD鍍膜技術沉積一層BZO透明導電薄膜4， 基片溫度為150°C，反應氣體為二乙基鋅和水，沉積室氣壓為30Pa，沉積膜層厚度為800nm， 該BZO透明導電薄膜4本身具有表面特徵尺寸較小的(約300nm)絨面織構，由於BZO透明導電薄膜4在絨面織構的TCO膜層3之上，使BZO透明導電薄膜4同時具有絨面織構的TCO 膜層3的大尺寸絨面織構和自身的小尺寸絨面織構，從而表現出雙結構的絨面織構，應用於薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現有效的光散射；
④在此雙結構的絨面織構透明前電極5上，進行非晶矽薄膜電池製備，沉積矽薄膜光電轉換層6、背電極透明導電膜7，背反射層8，然後鋪設PVB封裝材料9和背板10，通過層壓工藝封裝成電池組件。
權利要求
1.一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於包含如下工藝步驟首先採用薄膜沉積技術在基片(1)上製備透明導電氧化物，稱之為TCO透明導電薄膜(2)，利用溼法刻蝕的方法對其薄膜表面進行刻蝕；通過改變工藝參數，來獲得尺寸較大的絨面織構，稱之為絨面織構的TCO薄膜(3);其次，在此絨面織構的TCO薄膜表面，採用鍍膜技術，沉積BZO 透明導電薄膜(4)，通過調整BZO透明導電薄膜沉積參數來獲得尺寸較小的絨面織構，使整個透明電極具有雙結構的絨面織構，應用於薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現有效的光散射。
2.根據權利要求1所述之雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於所說的改變刻蝕工藝參數，包括刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、TCO玻璃在溶液中運動的速率。
3.根據權利要求1或2所述之雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於所說的薄膜太陽能電池為矽基系列薄膜電池、碲化鎘系列薄膜電池、銅銦鎵錫系列薄膜電池或有機化合物材料薄膜電池。
4.根據權利要求1或2所述之雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於所說的TCO透明導電薄膜為氧化鋅(ZnO)薄膜、硼(B)摻雜ZnO薄膜、鋁(Al)摻雜ZnO薄膜、鎵 (Ga)摻雜ZnO薄膜、其他金屬元素摻雜ZnO薄膜，也可以是金屬元素摻雜的氧化錫薄膜。
5.根據權利要求1或2所述之雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於所採用的鍍膜技術為LPCVD技術、磁控濺射技術、脈衝雷射沉積技術、旋塗技術。
6.根據權利要求1或2所述之雙結構絨面透明導電電極的製備方法，其特徵在於所說的基片為玻璃基片，包括半鋼化玻璃基片、鋼化玻璃基片、聚酯膜基片及柔性襯底基片。
全文摘要
本發明涉及一種雙結構絨面透明導電電極的製備方法，屬於薄膜太陽電池製造技術領域。技術方案是首先採用薄膜沉積技術在基片(1)上製備透明導電氧化物，稱之為TCO透明導電薄膜(2)，利用溼法刻蝕的方法對其薄膜表面進行刻蝕；通過改變工藝參數，來獲得尺寸較大的絨面織構，稱之為絨面織構的TCO薄膜(3)；其次，在此絨面織構的TCO薄膜表面，採用鍍膜技術，沉積BZO透明導電薄膜(4)，通過調整BZO透明導電薄膜沉積參數來獲得尺寸較小的絨面織構，使整個透明電極具有雙結構的絨面織構，應用於薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現有效的光散射，拓寬電池對太陽光譜的充分利用。
文檔編號H01L31/18GK102270705SQ20111022361
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者宋鑫, 張麗, 潘清濤, 胡增鑫, 賈海軍, 麥耀華 申請人:保定天威集團有限公司