一種tco薄膜的製作方法

2023-10-11 09:04:14

一種tco薄膜的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種TCO薄膜，它包括下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層，以及位於下層氧化鋅接觸層和上層氧化鋅緩衝層之間的TCO中間層。該TCO薄膜為多層膜結構，且改變前電極TCO薄膜表面為U型絨面結構。本實用新型在維持TCO膜層及其界面良好導電性的同時，可大大提高膜層的陷光效果，改善近紅外光區域的光學透過率，其400-1100nm波段霧度平均值由27.3%提升至34.9%，700-2000nm近紅外波段光學透過率由76%提升至77.7%，提高電池的光電轉換效率。
【專利說明】—種TCO薄膜
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於薄膜製備技術，尤其涉及一種薄膜太陽能電池的透明導電氧化物薄膜(TC0薄膜)。
【背景技術】
[0002]以帶絨面的TCO薄膜作為前、背電極被廣泛的應用在薄膜太陽能電池行業中，在傳導電流的同時可以在電池中形成光陷阱，從而延長光子在吸收層中的傳播路徑以增加光子利用率，提高電池效率。
[0003]現有技術中的TCO薄膜均為單層結構，且前電極TCO薄膜的表面為V型絨面結構(見圖3和圖4所示)，V型絨面結構5容易導致後期沉積的微晶矽吸收層產生孔洞和間隙等結構缺陷，且只能通過增加厚度來獲得較高的霧度。如何改變TCO薄膜的結構，並使其具有良好的光學透過和陷光效果，對於提高電池的光電轉換效率具有重要意義。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種TCO薄膜，該TCO薄膜具有多層膜結構，優化前電極TCO薄膜的表面結構和界面接觸導電率，使其具有良好的光學透過和陷光效果，提高電池的光電轉換效率。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是:
[0006]一種TCO薄膜，它包括下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層，以及位於下層氧化鋅接觸層和上層氧化鋅緩衝層之間的TCO中間層。
[0007]所述TCO薄膜為前電極TCO薄膜時，前電極TCO薄膜的上層氧化鋅緩衝層表面為U型絨面結構。
[0008]優選方案:所述下層氧化鋅接觸層的厚度為50nm-500nm ;所述TCO中間層的厚度為500nm-2400nm ;所述上層氧化鋅緩衝層的厚度為50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜層總厚度為 1500nm-2500nm。
[0009]進一步優選方案:所述下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層和TCO中間層均為摻雜有硼、鋁和鎵中的至少一種摻雜物的氧化鋅薄膜層。
[0010]所述下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層和TCO中間層更優選為摻雜有硼的氧
化鋅薄膜層。
[0011]下面對本申請做進一步解釋和說明:
[0012]當所述TCO薄膜為三層含有摻雜物的氧化鋅薄膜層的前電極TCO薄膜時，其製備方法優選為:第一層氧化鋅薄膜為TCO與基片間的緩衝層，其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar，基板溫度160 V -220 °C，二乙基鋅和水蒸氣的流量分別為650sccm - 700sccm和800sccm-850sccm,慘雜氣體與二乙基鋒氣體原子比為0.35-0.50 ；第二層氧化鋅薄膜為TCO中間層,其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar,基板溫度160°C _220 °C，二 乙基鋒和水蒸氣流量分別為 650sccm - 700sccm 和 800sccm-850sccm,慘雜氣體與二乙基鋅氣體原子比為0.01-0.10 ;第三層氧化鋅薄膜為與吸收層間的接觸層，其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar，基板溫度160°C _220°C，二乙基鋅和水蒸氣的流量分別為650sccm - 700sccm和800sccm-850sccm,慘雜氣體與二乙基鋒原子比為
0.35-0.50 ;所述三層氧化鋅薄膜層的厚度由下至上依次為:50nm-500nm，500nm-2400nm，50nm-500nm,且所述TCO薄膜的膜層總厚度為1500nm-2500nm。
[0013]進一步優選對第三層氧化鋅薄膜層表面進行氫等離子體預處理，消除表面稜角，使其從V型表面變為U型表面，該預處理過程採用高頻輝光放電產生H等離子體，其主要工藝參數為:反應壓強:0.2mbar-0.8mbar,功率密度:30mW/m2-300mW/m2，輝光頻率:13.56MHz-60MHz，基板溫度:160°C _300°C，反應時間:5min_30min。
[0014]當所述TCO薄膜為三層含有摻雜物的氧化鋅薄膜層的背電極TCO薄膜時，其製備方法優選為:第一層氧化鋅薄膜為TCO與吸收層間的緩衝層，其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar，基板溫度160°C _220 °C，二乙基鋅和水蒸氣的流量分別為650sccm - 700sccm和800sccm_850sccm,慘雜氣體與二乙基鋒原子比為0.01-0.07 ；第二層氧化鋅薄膜為TCO中間層，其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar,基板溫度160°C _220°C，二乙基鋒和水蒸氣流量為 650sccm - 700sccm 和 800sccm-850sccm,慘雜氣體與二乙基鋅原子比為0.05-0.14 ;第三層氧化鋅薄膜為重摻雜層，其工藝條件為:沉積室氣壓0.4mbar-0.6mbar，基板溫度160°C _220°C，二乙基鋅和水蒸氣流量分別為650sccm -700sccm和800sccm-850sccm，摻雜氣體與二乙基鋅原子比為0.35-0.50 ;所述三層氧化鋅薄膜層的厚度由下至 上依次為:50nm-500nm, 500nm-2400nm, 50nm-500nm,且所述TCO薄膜的膜層總厚度為1500nm-2500nm。
[0015]所述TCO薄膜的製備方法針對前、背電極。並對所製備前電極TCO薄膜在沉積吸收層之前進行H等離子體預處理，消除表面稜角，使其從V型表面變為U型表面，避免形成如圖3所示的結構缺陷，並增大TCO層與吸收層的接觸面積，使其界面電導率由2.2X IO4S/m提升至2.8X104S/m,方阻標準差由60 Ω / □降為15Ω / 口。
[0016]所述TCO薄膜製備採用的是低壓化學氣相沉積設備，反應腔室有3個獨立的摻雜氣體氣路和獨立的MFC，分別對應B2H6, Al (CH3) 3和Ga (CH3) 3。沉積參數包括本底真空度、襯底溫度、反應氣壓、二乙基鋅(DEZ )、H2O氣體流量、三種摻雜氣體的流量和通氣時間。
[0017]本實用新型製備出的絨面TCO薄膜可以應用於具有以下結構的薄膜太陽能電池之一:
[0018](I)基片/TCO/n- μ c - Si1 _xGex/1- μ c - Si1 _xGex/p - μ c - Si1 _xGex/中間反射層 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中間反射層 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/P - A - Si^xGex/ 中間反射層 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/ 中間反射層 /n - μ c - SiC/1- μ c - SiC/p - μ c - SiC/ 中間反射層 /n - A- SiC/1- A - SiC/p - A - SiC/TCO/ 減反射膜；
[0019](2)基片/TCO/n - μ c - Si1 _xGex/1- μ c - Si1 _xGex/p - μ c - Si1 _xGex/中間反射層 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中間反射層 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/p - A - Si1^Gex/ 中間反射層 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/ 中間反射層 /n - A - SiC/1- A-SiC/p - A - SiC/TCO/ 減反射膜；
[0020](3)基片 /TCO/n - μ c - Si1^Gex/! - μ c - Si1^GexZp - μ c - Si1^Gex/ 中間反射層 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中間反射層 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/P-A-Si1.xGex/ 中間反射層 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/TCO/ 減反射膜；
[0021](4)基片 /TCO/n - μ C-Si1^Gex/! - μ c -Si1^GexZp _ μ C-Si1^Gex/ 中間反射層/n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中間反射層/n-A-Si/1- A - Si/p - A - Si/TCO/減反射膜；
[0022]其中，TCO層與相鄰的中間反射層之間以及相鄰兩中間反射層之間的膜層為一結，
I 表示兩層之間的界面。基片是玻璃，不鏽鋼或高分子材料。
[0023]與現有技術相比，本實用新型的優勢是:
[0024]該TCO薄膜為多層膜結構，且改變前電極TCO薄膜表面為U型絨面結構。本實用新型在維持TCO膜層及其界面良好導電性的同時，可大大提高膜層的陷光效果，改善近紅外光區域的光學透過率，其400-1 IOOnm波段霧度平均值由27.3%提升至34.9%, 700-2000nm近紅外波段光學透過率由76%提升至77.7%，可應用於多結多疊層矽基薄膜電池，以提高電池的光電轉換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]圖1是本實用新型背電極TCO薄膜的結構示意圖；
[0026]圖2是本實用新型前電極TCO薄膜的結構示意圖；
[0027]圖3是未對現有前電極TCO薄膜表面H化處理時形成於氧化鋅和矽基薄膜界面結構缺陷圖；
[0028]圖4是現有技術中前電極TCO薄膜結構示意圖；
[0029]圖5為實施例所述TCO薄膜的透射圖和霧度曲線圖；
[0030]其中a為背電極TCO膜層，b是前電極TCO膜層；1是下層氧化鋅接觸層、2是TCO中間層、3是上層氧化鋅緩衝層，4是前電極TCO膜層表面的U型絨面結構；5是現有技術中前電極TCO膜層表面的V型絨面結構；12是現有技術中的孔洞和間隙。
【具體實施方式】
[0031]如圖1和圖2所示，一種TCO薄膜，它包括下層氧化鋅接觸層1、上層氧化鋅緩衝層3，以及位於下層氧化鋅接觸層和上層氧化鋅緩衝層之間的TCO中間層2。
[0032]所述TCO薄膜為前電極TCO薄膜時，前電極TCO薄膜的上層氧化鋅緩衝層表面為U型絨面結構4。
[0033]所述下層氧化鋅接觸層I的厚度為50nm-500nm;所述TCO中間層2的厚度為500nm-2400nm ;所述上層氧化鋅緩衝層3的厚度為50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜層總厚度為 1500nm-2500nm。
[0034]所述下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層和TCO中間層均有優選為摻雜有硼、鋁和鎵中的至少一種摻雜物的氧化鋅薄膜層，更優選為摻雜有硼的氧化鋅薄膜層。
[0035]詳細製備方法和應用如下:
[0036]首先對基板進行清洗，對不鏽鋼基片或玻璃基片的清洗工藝分兩步進行:
[0037]第一步，用體積比HCl:H2O2:H2O=IO:0.8—1.2:48— 52 的溶液在 60°C—70V清洗5分鐘一 10分鐘；[0038]第二步，用體積比NH4OH:H2O2:H2O=IO:0.8—1.2:48— 52 的溶液在 60°C一70°C清洗5分鐘一 10分鐘；最後用水清洗乾淨，並進行乾燥、烘乾；
[0039]高分子基片不用清洗；
[0040]其次是鍍膜過程:基板進入低壓化學氣相沉積設備且當沉積腔室本底真空達到IO^mbar量級，基板溫度加熱到180°C時，通入反應氣體二乙基鋅、H2O,流量在整個反應過程保持恆定且分別為675sccm和820sccm，保持反應壓強為0.5mbar。設定摻雜氣體B2H6的初始流量為340SCCm，30s後第一次改變摻雜氣體B2H6流量為70sCCm，408s後第二次改變摻雜氣體B2H6流量為340SCCm，30s後反應結束，基板傳出反應腔室，三層TCO膜層的厚度分別為500nm, 1200nm, 500nm, TCO 膜層的整體厚度為 2200nm。
[0041]最後是前電極TCO膜層的氫等離子體預處理過程，消除表面稜角，使其從V型表面變為U型表面4。該預處理過程採用高頻輝光放電產生H等離子體其主要工藝參數為:反應壓強:0.2-0.8mbar,功率密度:30-300mW/m2，輝光頻率:13.56_60MHz，基板溫度:160-300°C，反應時間:5-30min。經過等離子處理後界面電導率由2.2X104S/m提升至
2.8X104S/m,方阻標準差由60 Ω/ □降為15Ω / 口。
[0042]應用梯度摻雜工藝製備出的前電極ZnO: B薄膜400-1 IOOnm波段霧度平均值高達34.9%，提升約7%，700-2000nm近紅外波段光學透過率高達77.7%，提升約1.7%，如圖5所示，即該摻雜工藝大大 提高膜層的陷光效果，改善了近紅外光區域的光學透過率。
【權利要求】
1.一種TCO薄膜，其特徵是，它包括下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層，以及位於下層氧化鋅接觸層和上層氧化鋅緩衝層之間的TCO中間層。
2.根據權利要求1所述TCO薄膜，其特徵是，所述TCO薄膜為前電極TCO薄膜，前電極TCO薄膜的上層氧化鋅緩衝層表面為U型絨面結構。
3.根據權利要求1或2所述TCO薄膜，其特徵是，所述下層氧化鋅接觸層的厚度為50nm-500nm ;所述TCO中間層的厚度為500nm-2400nm ;所述上層氧化鋅緩衝層的厚度為50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜層總厚度為1500nm-2500nm。
4.根據權利要求1或2所述TCO薄膜，其特徵是，所述下層氧化鋅接觸層、上層氧化鋅緩衝層和TCO中間層均為摻雜有硼的氧化鋅薄膜層。
【文檔編號】H01L31/0224GK203746868SQ201320849466
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】張恒生, 李廷凱 申請人:湖南共創光伏科技有限公司