一種絨面復合結構ZnO-TCO薄膜的制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽電池透明導電氧化物薄膜，特別是一種絨面結構ZnO-TCO薄膜的 制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 氫化非晶硅（a-Si:H)的光學帶寬為1.7eV左右，其吸收系數在短波方向較高， 而氫化微晶硅（yc-Si:H)的光學帶寬約為1.leV，其吸收系數在長波方向較高，并能吸 收到近紅外長波區域，吸收波長可擴展至llOOnm，這就使太陽光譜能得到更好利用。此 外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料結構有序性程度高，因此，微晶硅薄膜電池具 有很好的器件穩定性，無明顯衰退現象。由此可見，微晶硅薄膜太陽電池可較好地利用 太陽光譜的近紅外光區域，而新型非晶硅/微晶硅（a-Si:H/yC-Si:H)疊層薄膜太陽電 池將擴展太陽光譜應用范圍，整體提高電池穩定性和效率，參見：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 絨面結構（textured structure)透明導電氧化物-TC0薄膜的應用可以增強光散射作用，改善陷光效果，它對提 高Si基薄膜太陽電池的效率和穩定性（SW效應）起到決定性的影響，參見：A.V.Shah，H. Schade,M.Vanecek,etc,ProgressinPhotovoltaics, 12 (2004) 113。絨面結構主要與薄膜 的晶粒尺寸，晶粒形狀和粗糖度等因素有關。
[0003] M0CVD(metalorganicchemicalvapordeposition-MOCVD，即金屬有機物化 學氣相沉積）技術可直接生長出絨面結構的ZnO薄膜，參見：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。薄膜生長過程為無粒子轟擊的熱分解過程，沉積溫度低（~423K);可以實 現高速度、大面積且均勻的ZnO薄膜生長，符合產業化發展要求。典型的MOCVD-ΖηΟ薄膜的 表面形貌，晶粒呈現"類金字塔"狀，XRD衍射譜中對應（110)峰擇優取向，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] 國際上研究了絨面結構ZnO薄膜襯底并應用于薄膜電池。意大利ENEA研究 組的M.L.Add〇nizi〇等人采用Ar等離子體對薄膜表面進行了不同刻蝕時間的處理， 隨著處理時間的增長，薄膜表面的金字塔裝結構逐漸減小，最終變為彈坑狀結構，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混合溶液對玻璃表面進行濕法腐蝕，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 誘導法 對玻璃表面進行了刻蝕處理，具體方法為：首先，采用蒸發法在玻璃表面沉積A1薄膜，A1會 和Si02發生反應生成Si和A1 203，再通過HN03/HF混合溶液對其進行腐蝕，腐蝕后得到了橫 向尺寸~5μm的彈坑狀結構，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，開發具有適合太陽電池應用的絨面Zn0-TC0薄膜成為當前科研工作中 的重點和未來發展方向。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種寬光譜高絨度絨面結構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構Zn0-TC0薄膜及其應用方法，采用濕法刻蝕 技術獲得粗糙表面的微米結構玻璃襯底，而后采用M0CVD技術制備納米結構Ζη0:Β薄膜。
[0007] 本發明的技術方案：
[0008] -種絨面微納結構Zn0-TC0薄膜的制備方法，所述絨面結構Zn0-TC0薄膜的結構 特征為微米結構玻璃/M0CVD-Zn0納米結構，制備步驟如下：
[0009] 1)先用去離子水和稀鹽酸溶液對玻璃表面進行清洗，然后采用蒙砂粉進行蒙砂刻 蝕，刻蝕時間為1分35秒，處理完之后，為去除蒙砂過程中生成的附著物，需要用主要成分 為冊/氏30 4的拋光液對其進行拋光處理；拋光次數為1-12次，每次拋光時間為5分鐘；獲 得的微米級玻璃襯底，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技術在上述粗糙微米玻璃上生長納米尺寸（300-800nm)高電導 Ζη0:Β透明導電薄膜，薄膜厚度1000-3000nm，利用M0CVD技術的工藝參數：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%，反應壓力為1.OTorr，生長速率為 20-100nm/min〇
[0011] 進一步的，步驟1)中所述的拋光次數為3次。
[0012] 一種所制備的絨面結構Zn0-TC0薄膜的應用，用于pin型Si基薄膜太陽電池。
[0013] 本發明的優點及效果：濕法刻蝕技術可獲得不同彈坑狀微米結構玻璃襯底，而 M0CVD技術可調節獲得納米尺寸Ζη0:Β薄膜，獲得的玻璃襯底/ZnO薄膜具有微納米復合結 構，提高光散射特性，實現較高光電轉化效率。
[0014] 本發明的基本思想是結合M0CVD技術生長納米結構ZnO晶粒尺寸和微米級粗糙 絨面結構玻璃的優點，實現新型復合微米納米結構Ζη0:Β薄膜，并將其應用于Si基薄膜太 陽電池。首先，利用蒙砂刻蝕技術實現微米級玻璃襯底，其彈坑狀尺寸為5-25μm;其次， M0CVD技術在粗糙的微米尺寸玻璃襯底上制備納米級尺寸ZnO:B透明導電薄膜，金字塔狀 晶粒尺寸300-800nm。新型復合絨面結構Ζη0:Β應用于Si基薄膜太陽電池。
[0015] 采用蒙砂刻蝕法對平面玻璃（超白玻璃）表面進行濕法腐蝕處理，從而獲得微米 級尺寸彈坑狀結構，其橫向尺寸范圍為~8至25μm。當拋光次數（X)為1時，玻璃的表面 粗糙度（RMSroughness)達到409.Onm，在400nm-1100nm的波長范圍內絨度（Haze)值~ 80%。復合結構