用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法

用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法，用于太陽能電池電極制備技術領域，特別是涉及一種快速熱處理工藝對透明導電氧化物薄膜電極的制備方法，可應用于硅基薄膜太陽能電池的制備。
【背景技術】
[0002]近幾年，由于晶體硅價格的上漲極大地推動了薄膜太陽能電池的發展，薄膜太陽能電池占世界光伏市場份額已超過10%，光伏用TC0(透明導電氧化物)玻璃作為電池前電極的必要構件，市場需求迅速增長。目前制備透明導電膜的方法有化學氣相沉積法、物理濺射法以及溶膠凝膠法等。其中化學法工藝簡單而且可以用來制備不同顆粒形狀的薄膜，但制得的薄膜均一性和分散性均不好;物理法工藝條件易于控制而且制備的薄膜均一性、分散性良好。
[0003]Ag納米顆粒在電學、光學、表面催化和傳感等領域表現出優異的特性，其較強的表面等離子共振行為，有著廣泛的應用前景，而共振吸收峰與顆粒的尺寸、形貌及顆粒的組裝形態密切相關。由于硅基薄膜太陽能電池電極在近紅外波段的吸收系數較低，所以本發明提出了一種綜合射頻與直流磁控濺射制備和快速熱處理方法制備基于非球形Ag納米顆粒的AZO/Ag/AZO透明導電薄膜，通過Ag顆粒在長波近紅外波段的等離子共振作用，從而增強薄膜太陽能電池對光的吸收和利用，這適應了薄膜太陽能電池制備的產業化需要。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法。本發明結合射頻和直流物理磁控濺射的方法制備三層AZ0/Ag/AZ0薄膜(其中ΑΖ0為摻鋁氧化鋅)，再經過快速熱處理方法形成非球形Ag納米顆粒的透明導電薄膜，具體采用下述技術方案:
一種用于太陽能薄膜電池前電極的AZ0/Ag/AZ0復合膜的制備方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟:
a.使用載玻片作為襯底，分別依次用分析純丙酮，分析純酒精和去離子水進行超聲波清洗，用純氮吹干使載玻片清潔，然后將襯底放入磁控濺射反應室。首先用射頻磁控濺射方法在襯底上生長第一層ΑΖ0薄膜，濺射時腔體溫度為室溫，濺射功率為100?120W，濺射壓強即真空度為1.6Pa，濺射保護氣為氬氣，濺射時間為15?25min，薄膜的厚度為30?40nm;
b.采用直流磁控濺射方法在上述a步驟制備的ΑΖ0薄膜表面生長第二層Ag薄膜，濺射時腔體溫度為室溫，濺射功率為15?25W，濺射壓強即真空度為1.4?1.8Pa，濺射保護氣為氬氣，濺射時間為15?20s，薄膜的厚度為6?9nm;
c.采用射頻磁控濺射方法在上述b步驟制備的Ag薄膜表面上生長第三層ΑΖ0薄膜，濺射條件與a步驟相同，因此制備得到具有AZ0/Ag/AZ0的復合薄膜層樣品；
d.將所述c步驟得到的復合薄膜層樣品放入RTP即快速熱處理裝置中，在不高于400°C的溫度條件下進行快速退火處理，得到粒徑長軸300?500nm，短軸50?lOOnm的橢圓形Ag納米顆粒，最終得到以非球形Ag納米顆粒作為中間層的太陽能薄膜電池前電極。
[0005]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明利用射頻磁控濺射制備AZ0層，利用直流磁控濺射的方法制備Ag納米顆粒等離子體，并通過控制快速熱處理的條件來形成不同大小、尺寸的橢圓形的納米顆粒；
2.本發明克服了薄膜電池在太陽光近紅外波段吸收效率低的缺點，采用AZO/Ag/AZO三層膜結構和快速熱處理過程制備非球形Ag納米顆粒的方法來改善其對長波近紅外波段的吸收，獲得了良好的效果；
3.本發明綜合了物理磁控濺射和快速熱處理的過程，比化學法更加易于控制，在Ag納米顆粒增強硅基薄膜太陽能電池近紅外的光吸收方面的應用將會有較大的潛力；
4.通過Ag納米顆粒的加入，也可以降低薄膜電極的電阻率。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發明優選實施例中生長出的非球形Ag納米顆粒SEM圖譜。
[0007]圖2是本發明優選實施例中利用紫外-可見分光光度計測得的非球形納米Ag顆粒透過光譜。
【具體實施方式】
[0008]本發明的優選實施例詳述如下:
在本實施例中，一種AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法，包括以下步驟:
A.ΑΖ0層的制備:通過利用射頻磁控濺射設備，在105W的濺射功率，20sCCm(壓強為1.6Pa)氬氣流量的氛圍條件下，濺射20min制備，具體步驟如下:
1)將普通的載玻片切割成大小為lcmXlcm若干，分別依次用分析純丙酮、分析純乙醇和去離子水超聲清洗樣品的表面，然后用純氮吹干；
2)打開磁控濺射設備，裝ΑΖ0靶材，放入襯底，關閉腔體；
3)抽真空，約1.5小時后，真空度達到5X 10—4Pa左右；
4)通氬氣，調節氬氣流量為20sccm;
5)按下射頻濺射開關按鈕，并調節濺射功率至105W；
6)進行派射。派射時間為20min。
[0009]B.Ag層的制備:通過利用直流磁控濺射設備，在20W的濺射功率，20sCCm(壓強為1.6Pa)氬氣流量的氛圍條件下，濺射20s制備，具體步驟如下:
1)打開磁控濺射腔設備，裝Ag靶材，放入步驟a制備得到的具有一層ΑΖ0層的載玻片，關閉腔體；
2)抽真空，約1.5小時后，使真空度達到5X 10—4Pa左右；
3)通氬氣，調節氬氣流量為20sccm;
4)按下直流濺射開關按鈕，并調節濺射功率至20W；
5)進行濺射。濺射時間為20s。
[0010]c.第三層ΑΖ0:重復步驟a用射頻磁控濺射設備制備得到第三層ΑΖ0薄膜，于是得到具有AZ0/Ag/AZ0的復合薄膜層樣品。
[0011]D.快速熱處理，具體步驟如下:
1)打開快速熱處理設備，將步驟c得到的AZ0/Ag/AZ0復合薄膜層樣品放入腔體內；
2)通氮氣作為保護氣，氮氣流量為3L/min;
3)快速升溫至250°C下退火30min，得到具有非球形Ag納米顆粒的太陽能電池前電極。
[0012]儀器檢測及檢測結果分析:
如圖1得到:利用上述發明獲得了粒徑長軸300?500nm，短軸50?lOOnm的橢圓形Ag納米顆粒，其形貌、尺寸與均勻性等均可以很好的控制。本例制備的含有非球形Ag納米顆粒的薄膜前電極也達到了低阻高透的要求。
[0013]再者，本發明利用物理磁控濺射法制備的非球形Ag納米顆粒在長波近紅外等離子體共振吸收方面的應用上有較大的潛力，并且通過在不高于400°C下對不同溫度熱處理條件的控制，可以不同程度的改變非球形Ag納米顆粒的形貌、尺寸與均勻性。例如本實例在長波近紅外(700nm)波長范圍呈現明顯吸收，具有較強表面等離子共振行為，共振吸收峰明顯。
【主權項】
1.一種用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟: a.使用載玻片作為襯底，分別依次用分析純丙酮，分析純酒精和去離子水進行超聲波清洗，用純氮吹干使載玻片清潔，然后將襯底放入磁控濺射反應室，首先用射頻磁控濺射方法在襯底上生長第一層AZ0薄膜，濺射時腔體溫度為室溫，濺射功率為100?120W，濺射壓強即真空度為1.6Pa，濺射保護氣為氬氣，濺射時間為15?25min，薄膜的厚度為30?40nm; b.采用直流磁控濺射方法在上述a步驟制備的AZ0薄膜表面生長第二層Ag薄膜，濺射時腔體溫度為室溫，濺射功率為15?25W，濺射壓強即真空度為1.4?1.8Pa，濺射保護氣為氬氣，濺射時間為15?20s，薄膜的厚度為6?9nm; c.采用射頻磁控濺射方法在上述b步驟制備的Ag薄膜表面上生長第三層AZ0薄膜，濺射條件與a步驟相同，因此制備得到具有AZO/Ag/AZO的復合薄膜層樣品； d.將所述c步驟得到的復合薄膜層樣品放入RTP即快速熱處理裝置中，在不高于400°C的溫度條件下進行快速退火處理，得到粒徑長軸300?500nm，短軸50?lOOnm的橢圓形Ag納米顆粒，最終得到以非球形Ag納米顆粒作為中間層的太陽能薄膜電池前電極。
【專利摘要】本發明公開了一種用于太陽能薄膜電池前電極的AZO/Ag/AZO復合膜的制備方法，用于太陽能電池電極制備技術領域。它利用物理射頻磁控濺射法和直流磁控濺射法分別制備AZO層和Ag層，并通過控制快速熱處理條件來形成不同大小和尺寸的具有橢圓形狀的Ag納米顆粒。本發明獲得了一種具有非球形Ag納米顆粒的薄膜層的太陽能電池前電極，其中Ag納米顆粒等離子體在長波靠近紅外方向的共振吸收方面有較大潛力，這對應用于硅基太陽能電池上是有利的。
【IPC分類】H01L31/18
【公開號】CN105489699
【申請號】CN201510871286
【發明人】金晶, 劉燦, 瞿興靈, 姜超超, 史偉民
【申請人】上海大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月2日