專利名稱：一種高絨度反射的導電白色背反射電極及其制備方法
一種高絨度反射的導電白色背反射電極及其制備方法技術領域
本發明屬于背反射電極制備工藝，尤其是一種高絨度反射的導電白色背反射電極及其制備方法。
背景技術：
隨著人類社會的高速發展，對能源的需求也日益加劇。光伏電池，通過半導體材料特有的光電轉換效應，直接利用清潔、取之不盡、用之不竭的太陽能資源，為人類帶來了在不污染環境的前提上解決能源問題的最好的解決途徑。以單晶硅或者多晶硅硅片為代表的第一代太陽能電池已得到了超過24%的效率，成為目前光伏市場的主力軍。但是由于這些太陽電池的生產成本主要來自材料的損耗，例如單晶硅、多晶硅硅片以及封裝材料等，大幅度降低生產成本變得相當不容易，這很有可能會限制這種太陽電池的大規模使用。在降低材料消耗的強烈需求下，薄膜太陽電池應運而生，其中以碲化鎘、銅銦鎵硒以及薄膜非晶硅、微晶硅太陽電池為代表。薄膜太陽電池不需要昂貴的硅片，并且可以大面積沉積在廉價的玻璃、不銹鋼、甚至塑料襯底上，所以被認為是一種非常有前途的產品。硅基薄膜太陽電池是薄膜太陽電池中最早被商業化生產的產品，其由地球上儲備含量豐富、無毒的材料制造，而且可以在相當低的襯底溫度下沉積，大大節省了生產過程中的能源消耗，所以被認為是一種有著良好發展前景的太陽能電池。
對于n-i-p型的硅薄膜太陽電池而言，背反射電極是其重要的組成部分，其絨度特性對電池的性能影響至關重要。良好的絨度特性可以提高光散射能力，增加入射光的光程。因此，具有高反射絨度特性的背反射電極可有效增強本征層的光學吸收，提高短路電流密度，從而提高電池效率，而且更為重要的是此陷光的引入，可以減薄電池有源層的厚度， 這對降低成本是非常重要的。當前薄膜電池中應用的背反射電極是基于絨度的金屬銀或鋁來實現背反射電極的絨度特性，但由于其制備工藝的限制，其積分反射特性和絨度因子都小于100%O發明內容
本發明目的是為克服現有技術的上述不足，提供一種高絨度反射的導電白色背反射電極及其制備方法，該高絨度反射的導電背反射電極能夠實現良好的陷光效果，增加入射光在硅基薄膜電池中的光程，以達到提高光利用率、進而提高電池效率的目的，而且可同時實現寬光譜、高絨度反射，實現寬光譜太陽光的高效利用。
本發明的技術方案
一種高絨度反射的導電白色背反射電極，由襯底、腐蝕出彈坑狀的ZnO層、金屬銀層和ZnO界面層組成薄膜疊層結構，所述襯底為硬質襯底玻璃或不銹鋼，或柔性襯底PEN、 PET或PI ;所述腐蝕出彈坑狀的ZnO層為本征ZnO或摻雜ZnO材料ZnO :A1、ZnO :Ga、ZnO B,ZnO :H、ZnO :Mo、ZnO :W中的一種，腐蝕出彈坑狀的ZnO層的均方根粗糙度為50_300nm、厚度為O. 5-4 μ m ;銀薄膜層的厚度為70-500nm ；ZnO界面層的薄膜厚度為70_500nm。3
一種所述高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的襯底上采用磁控濺射方法制備ZnO薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 1%-5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為20-150s ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發、濺射、分子束外延或脈沖激光沉積方法再沉積一層銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用蒸發、濺射、分子束外延或脈沖激光沉積方法再沉積一層ZnO薄膜作為界面層。
一種所述高絨度反射的導電白色背反射電極的應用，作為背反射電極用于薄膜太陽電池，所述的薄膜太陽電池為非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜太陽電池或多結疊層硅基薄膜太陽電池。
本發明的技術分析
該高絨度反射的導電白色背反射電極，在沉積有ZnO薄膜的襯底上采用化學濕法腐蝕工藝獲得具有彈坑狀的表面形貌，該結構可以很大程度增加絨度陷光特性，具有很好的散射作用；然后再沉積一層金屬銀，可以實現良好的反射和導電特性；最后沉積一層ZnO 薄膜作為界面層，可有效改善電池與背反射電極間的界面特性。
本發明的優點和積極效果
該高絨度反射特性的導電白色背反射電極陷光效果好，可同時實現寬光譜、高絨度反射，光利用率高，在400-1100nm光譜范圍內，反射絨度大于80%，其方塊電阻小于 Iohm/ □;其制備方法工藝簡單、易于實施；作為背反射電極用于nip型微晶硅(μ c-Si)薄膜太陽電池(電池結構為glass/ZnO/Ag/ZnO/n-i-ph c-Si:H)/IT0)，比傳統的基于絨度金屬鋁來實現絨度反射制備的相同條件的電池短路電流密度提高了 10%。
圖I為該高絨度反射的導電白色背反射電極結構示意圖。
圖2為傳統的基于絨度金屬鋁的導電背反射電極形貌圖。
圖3為本發明高絨度反射的導電白色背反射電極形貌圖。
圖4為本發明采用高絨度反射特性的導電白色背反射電極與傳統的絨度金屬鋁的導電背反射電極應用于微晶硅電池前電極的外量子效率比較結果。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實例對本發明所述的技術方案進行詳細的說明。
實施例I :
一種高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的玻璃襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，采用ZnO = Al2O3陶瓷靶材， 其中Al2O3質量分數為2wt. %，采用純氬氣濺射，工藝參數為襯底表面溫度為300° C，本底真空為5 X 10_5Pa，氬氣流量為55SCCm，濺射氣壓為3. 3mTorr,電極間距為50mm，濺射功率為 460W，濺射時間為80min，得到厚度約為3000nm的AZO透明導電薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為150s ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發法沉積一層厚度為150nm銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用磁控濺射法再沉積一層厚度為IOOnm的ZnO薄膜作為界面層。
檢測結果表明得到的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極均方根粗糙度為240nm，反射絨度因子為94%。
圖3為本發明高絨度反射的導電白色背反射電極形貌圖，與圖2傳統的基于絨度金屬鋁的導電背反射電極形貌圖比較，圖中顯示本發明的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極時，能夠得到較大的絨面粗糙度和反射絨度因子。
圖4為本發明采用高絨度反射特性的導電白色背反射電極與傳統的絨度金屬鋁的導電背反射電極應用于微晶硅電池前電極的外量子效率比較結果，測試結果表明寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極起到了很好的陷光效果，使得微晶硅電池具有較大的短路電流密度。
實施例2:
一種高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的玻璃襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，采用ZnO = Al2O3陶瓷靶材， 其中Al2O3質量分數為2wt. %，采用純氬氣濺射，工藝參數為襯底表面溫度為300° C，本底真空為5 X 10_5Pa，氬氣流量為55SCCm，濺射氣壓為4. 5mTorr,電極間距為50mm，濺射功率為 460W，濺射時間為60min，得到厚度約為2100nm的AZO透明導電薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為150s ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發法沉積一層厚度為120nm銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用磁控濺射法再沉積一層厚度為IOOnm的ZnO薄膜作為界面層。
檢測結果表明得到的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極均方根粗糙度為180nm。反射絨度因子為90%。
實施例3:
一種高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的玻璃襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，采用ZnO = Ga2O3陶瓷靶材， 其中Al2O3質量分數為I. 5wt.%，采用純氬氣濺射，工藝參數為襯底表面溫度為300° C，本底真空為5 X 10_5Pa，氬氣流量為55SCCm，濺射氣壓為3. 3mTorr,電極間距為50mm，濺射功率為460W，濺射時間為60min，得到厚度約為2300nm的AZO透明導電薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為IOOs ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發法沉積一層厚度為160nm銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用磁控濺射法再沉積一層厚度為IOOnm的ZnO薄膜作為界面層。
檢測結果表明得到的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極均方根粗糙度為140nm。反射絨度因子為87%。
實施例4:
—種高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的玻璃襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，采用ZnO = WO3陶瓷靶材，其中Al 203質量分數為I. Owt. %，采用純氬氣濺射，工藝參數為襯底表面溫度為300° C，本底真空為5 X 10_5Pa，氬氣流量為55SCCm，濺射氣壓為3. 3mTorr,電極間距為50mm，濺射功率為460W，濺射時間為lOOmin，得到厚度約為3750nm的AZO透明導電薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為200s ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發法沉積一層厚度為300nm銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用磁控濺射法再沉積一層厚度為120nm的ZnO薄膜作為界面層。
檢測結果表明得到的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極均方根粗糙度為210nm。反射絨度因子為91%。
實施例5:
一種高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，步驟如下
I)在清潔的玻璃襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，采用ZnO = MoO3陶瓷靶材， 其中Al2O3質量分數為I. Owt. %，采用純氬氣濺射，工藝參數為襯底表面溫度為300° C，本底真空為5 X 10_5Pa，氬氣流量為55SCCm，濺射氣壓為3. 3mTorr,電極間距為50mm，濺射功率為460W，濺射時間為lOOmin，得到厚度約為3750nm的AZO透明導電薄膜；
2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為200s ；
3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發法沉積一層厚度為300nm銀薄膜層；
4)在上述銀薄膜層上，采用磁控濺射法再沉積一層厚度為IOOnm的ZnO薄膜作為界面層。
檢測結果表明得到的寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極均方根粗糙度為160nm。反射絨度因子為89%。
將上述制備的高絨度反射的導電白色背反射電極，作為背反射電極用于非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜太陽電池或多結疊層硅基薄膜太陽電池。由于寬光譜高絨度反射特性的導電白色背反射電極實現了寬光譜反射陷光，提高了電池的光吸收，改善了電池短路電流。檢測結果表明在400-1100nm光譜范圍內，反射絨度大于80%，其方塊電阻小于 Iohm/□，與傳統的基于絨度金屬鋁來實現絨度反射制備的反射電極相比，相同條件的電池短路電流密度提高了 10%。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種高絨度反射的導電白色背反射電極，其特征在于由襯底、腐蝕出彈坑狀的ZnO 層、金屬銀層和ZnO界面層組成薄膜疊層結構，所述襯底為硬質襯底玻璃或不銹鋼，或柔性襯底PEN、PET或PI ;所述腐蝕出彈坑狀的ZnO層為本征ZnO或摻雜ZnO材料ZnO :A1、 ZnO :Ga、ZnO :B、ZnO :H、ZnO :Mo、ZnO :W中的一種，腐蝕出彈坑狀的ZnO層的均方根粗糙度為50-300nm、厚度為O. 5-4 μ m ;銀薄膜層的厚度為70_500nm ;ZnO界面層的薄膜厚度為 70_500nmo
2.一種如權利要求I所述高絨度反射的導電白色背反射電極的制備方法，其特征在于步驟如下1)在清潔的襯底上采用磁控濺射方法制備ZnO薄膜；2)在上述ZnO薄膜上利用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層 ZnO薄膜，濕法腐蝕制絨工藝處理采用質量濃度為O. 1%-5%的稀鹽酸進行腐蝕處理，腐蝕時間為 20-150s ；3)在上述制備的具有彈坑狀表面形貌的ZnO薄膜層上，采用蒸發、濺射、分子束外延或脈沖激光沉積方法再沉積一層銀薄膜層；4)在上述銀薄膜層上，采用蒸發、濺射、分子束外延或脈沖激光沉積方法再沉積一層 ZnO薄膜作為界面層。
3.—種如權利要求I所述高絨度反射的導電白色背反射電極的應用，其特征在于作為背反射電極用于薄膜太陽電池，所述的薄膜太陽電池為非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜太陽電池或多結疊層硅基薄膜太陽電池。
全文摘要
一種高絨度反射的導電白色背反射電極，由襯底、腐蝕出彈坑狀的ZnO層、金屬銀層和ZnO界面層組成薄膜疊層結構，所述腐蝕出彈坑狀的ZnO層為本征ZnO或摻雜Al、Ga、B、Mo、W的ZnO材料；其制備方法是先在襯底上采用磁控濺射法制備ZnO薄膜，再用濕法腐蝕制絨工藝獲得具有陷光作用的彈坑狀陷光絨面層ZnO薄膜，然后依次銀薄膜層和ZnO薄膜界面層。該高絨度反射特性的導電白色背反射電極陷光效果好，可同時實現寬光譜、高絨度反射，光利用率高；其制備方法工藝簡單、易于實施；作為背反射電極用薄膜太陽電池，比傳統的基于絨度金屬鋁來實現絨度反射制備的相同條件的電池短路電流密度提高了10%。
文檔編號H01L31/0224GK102931244SQ20121048243
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者張曉丹, 趙穎, 白立沙, 王延峰, 張德坤, 黃茜, 魏長春, 侯國付 申請人:南開大學