一种tco薄膜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种TCO薄膜，它包括下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层，以及位于下层氧化锌接触层和上层氧化锌缓冲层之间的TCO中间层。该TCO薄膜为多层膜结构，且改变前电极TCO薄膜表面为U型绒面结构。本实用新型在维持TCO膜层及其界面良好导电性的同时，可大大提高膜层的陷光效果，改善近红外光区域的光学透过率，其400-1100nm波段雾度平均值由27.3%提升至34.9%，700-2000nm近红外波段光学透过率由76%提升至77.7%，提高电池的光电转换效率。
【专利说明】—种TCO薄膜
【技术领域】
[0001]本实用新型属于薄膜制备技术，尤其涉及一种薄膜太阳能电池的透明导电氧化物薄膜(TC0薄膜)。
【背景技术】
[0002]以带绒面的TCO薄膜作为前、背电极被广泛的应用在薄膜太阳能电池行业中，在传导电流的同时可以在电池中形成光陷阱，从而延长光子在吸收层中的传播路径以增加光子利用率，提高电池效率。
[0003]现有技术中的TCO薄膜均为单层结构，且前电极TCO薄膜的表面为V型绒面结构(见图3和图4所示)，V型绒面结构5容易导致后期沉积的微晶硅吸收层产生孔洞和间隙等结构缺陷，且只能通过增加厚度来获得较高的雾度。如何改变TCO薄膜的结构，并使其具有良好的光学透过和陷光效果，对于提高电池的光电转换效率具有重要意义。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种TCO薄膜，该TCO薄膜具有多层膜结构，优化前电极TCO薄膜的表面结构和界面接触导电率，使其具有良好的光学透过和陷光效果，提高电池的光电转换效率。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:
[0006]一种TCO薄膜，它包括下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层，以及位于下层氧化锌接触层和上层氧化锌缓冲层之间的TCO中间层。
[0007]所述TCO薄膜为前电极TCO薄膜时，前电极TCO薄膜的上层氧化锌缓冲层表面为U型绒面结构。
[0008]优选方案:所述下层氧化锌接触层的厚度为50nm-500nm ;所述TCO中间层的厚度为500nm-2400nm ;所述上层氧化锌缓冲层的厚度为50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜层总厚度为 1500nm-2500nm。
[0009]进一步优选方案:所述下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层和TCO中间层均为掺杂有硼、铝和镓中的至少一种掺杂物的氧化锌薄膜层。
[0010]所述下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层和TCO中间层更优选为掺杂有硼的氧
化锌薄膜层。
[0011]下面对本申请做进一步解释和说明:
[0012]当所述TCO薄膜为三层含有掺杂物的氧化锌薄膜层的前电极TCO薄膜时，其制备方法优选为:第一层氧化锌薄膜为TCO与基片间的缓冲层，其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar，基板温度160 V -220 °C，二乙基锌和水蒸气的流量分别为650sccm - 700sccm和800sccm-850sccm,惨杂气体与二乙基锋气体原子比为0.35-0.50 ；第二层氧化锌薄膜为TCO中间层,其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar,基板温度160°C _220 °C，二 乙基锋和水蒸气流量分别为 650sccm - 700sccm 和 800sccm-850sccm,惨杂气体与二乙基锌气体原子比为0.01-0.10 ;第三层氧化锌薄膜为与吸收层间的接触层，其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar，基板温度160°C _220°C，二乙基锌和水蒸气的流量分别为650sccm - 700sccm和800sccm-850sccm,惨杂气体与二乙基锋原子比为
0.35-0.50 ;所述三层氧化锌薄膜层的厚度由下至上依次为:50nm-500nm，500nm-2400nm，50nm-500nm,且所述TCO薄膜的膜层总厚度为1500nm-2500nm。
[0013]进一步优选对第三层氧化锌薄膜层表面进行氢等离子体预处理，消除表面棱角，使其从V型表面变为U型表面，该预处理过程采用高频辉光放电产生H等离子体，其主要工艺参数为:反应压强:0.2mbar-0.8mbar,功率密度:30mW/m2-300mW/m2，辉光频率:13.56MHz-60MHz，基板温度:160°C _300°C，反应时间:5min_30min。
[0014]当所述TCO薄膜为三层含有掺杂物的氧化锌薄膜层的背电极TCO薄膜时，其制备方法优选为:第一层氧化锌薄膜为TCO与吸收层间的缓冲层，其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar，基板温度160°C _220 °C，二乙基锌和水蒸气的流量分别为650sccm - 700sccm和800sccm_850sccm,惨杂气体与二乙基锋原子比为0.01-0.07 ；第二层氧化锌薄膜为TCO中间层，其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar,基板温度160°C _220°C，二乙基锋和水蒸气流量为 650sccm - 700sccm 和 800sccm-850sccm,惨杂气体与二乙基锌原子比为0.05-0.14 ;第三层氧化锌薄膜为重摻杂层，其工艺条件为:沉积室气压0.4mbar-0.6mbar，基板温度160°C _220°C，二乙基锌和水蒸气流量分别为650sccm -700sccm和800sccm-850sccm，掺杂气体与二乙基锌原子比为0.35-0.50 ;所述三层氧化锌薄膜层的厚度由下至 上依次为:50nm-500nm, 500nm-2400nm, 50nm-500nm,且所述TCO薄膜的膜层总厚度为1500nm-2500nm。
[0015]所述TCO薄膜的制备方法针对前、背电极。并对所制备前电极TCO薄膜在沉积吸收层之前进行H等离子体预处理，消除表面棱角，使其从V型表面变为U型表面，避免形成如图3所示的结构缺陷，并增大TCO层与吸收层的接触面积，使其界面电导率由2.2X IO4S/m提升至2.8X104S/m,方阻标准差由60 Ω / □降为15Ω / 口。
[0016]所述TCO薄膜制备采用的是低压化学气相沉积设备，反应腔室有3个独立的掺杂气体气路和独立的MFC，分别对应B2H6, Al (CH3) 3和Ga (CH3) 3。沉积参数包括本底真空度、衬底温度、反应气压、二乙基锌(DEZ )、H2O气体流量、三种掺杂气体的流量和通气时间。
[0017]本实用新型制备出的绒面TCO薄膜可以应用于具有以下结构的薄膜太阳能电池之一:
[0018](I)基片/TCO/n- μ c - Si1 _xGex/1- μ c - Si1 _xGex/p - μ c - Si1 _xGex/中间反射层 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中间反射层 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/P - A - Si^xGex/ 中间反射层 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/ 中间反射层 /n - μ c - SiC/1- μ c - SiC/p - μ c - SiC/ 中间反射层 /n - A- SiC/1- A - SiC/p - A - SiC/TCO/ 减反射膜；
[0019](2)基片/TCO/n - μ c - Si1 _xGex/1- μ c - Si1 _xGex/p - μ c - Si1 _xGex/中间反射层 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中间反射层 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/p - A - Si1^Gex/ 中间反射层 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/ 中间反射层 /n - A - SiC/1- A-SiC/p - A - SiC/TCO/ 减反射膜；
[0020](3)基片 /TCO/n - μ c - Si1^Gex/! - μ c - Si1^GexZp - μ c - Si1^Gex/ 中间反射层 /n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中间反射层 /n - A - Si1^GexZ1- A - Si1 _xGex/P-A-Si1.xGex/ 中间反射层 /n - A - Si/1- A - Si/p - A - Si/TCO/ 减反射膜；
[0021](4)基片 /TCO/n - μ C-Si1^Gex/! - μ c -Si1^GexZp _ μ C-Si1^Gex/ 中间反射层/n - μ c - Si/1- μ c - Si/p - μ c - Si/ 中间反射层/n-A-Si/1- A - Si/p - A - Si/TCO/减反射膜；
[0022]其中，TCO层与相邻的中间反射层之间以及相邻两中间反射层之间的膜层为一结，
I 表示两层之间的界面。基片是玻璃，不锈钢或高分子材料。
[0023]与现有技术相比，本实用新型的优势是:
[0024]该TCO薄膜为多层膜结构，且改变前电极TCO薄膜表面为U型绒面结构。本实用新型在维持TCO膜层及其界面良好导电性的同时，可大大提高膜层的陷光效果，改善近红外光区域的光学透过率，其400-1 IOOnm波段雾度平均值由27.3%提升至34.9%, 700-2000nm近红外波段光学透过率由76%提升至77.7%，可应用于多结多叠层硅基薄膜电池，以提高电池的光电转换效率。
【专利附图】
【附图说明】[0025]图1是本实用新型背电极TCO薄膜的结构示意图；
[0026]图2是本实用新型前电极TCO薄膜的结构示意图；
[0027]图3是未对现有前电极TCO薄膜表面H化处理时形成于氧化锌和硅基薄膜界面结构缺陷图；
[0028]图4是现有技术中前电极TCO薄膜结构示意图；
[0029]图5为实施例所述TCO薄膜的透射图和雾度曲线图；
[0030]其中a为背电极TCO膜层，b是前电极TCO膜层；1是下层氧化锌接触层、2是TCO中间层、3是上层氧化锌缓冲层，4是前电极TCO膜层表面的U型绒面结构；5是现有技术中前电极TCO膜层表面的V型绒面结构；12是现有技术中的孔洞和间隙。
【具体实施方式】
[0031]如图1和图2所示，一种TCO薄膜，它包括下层氧化锌接触层1、上层氧化锌缓冲层3，以及位于下层氧化锌接触层和上层氧化锌缓冲层之间的TCO中间层2。
[0032]所述TCO薄膜为前电极TCO薄膜时，前电极TCO薄膜的上层氧化锌缓冲层表面为U型绒面结构4。
[0033]所述下层氧化锌接触层I的厚度为50nm-500nm;所述TCO中间层2的厚度为500nm-2400nm ;所述上层氧化锌缓冲层3的厚度为50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜层总厚度为 1500nm-2500nm。
[0034]所述下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层和TCO中间层均有优选为掺杂有硼、铝和镓中的至少一种掺杂物的氧化锌薄膜层，更优选为掺杂有硼的氧化锌薄膜层。
[0035]详细制备方法和应用如下:
[0036]首先对基板进行清洗，对不锈钢基片或玻璃基片的清洗工艺分两步进行:
[0037]第一步，用体积比HCl:H2O2:H2O=IO:0.8—1.2:48— 52 的溶液在 60°C—70V清洗5分钟一 10分钟；[0038]第二步，用体积比NH4OH:H2O2:H2O=IO:0.8—1.2:48— 52 的溶液在 60°C一70°C清洗5分钟一 10分钟；最后用水清洗干净，并进行干燥、烘干；
[0039]高分子基片不用清洗；
[0040]其次是镀膜过程:基板进入低压化学气相沉积设备且当沉积腔室本底真空达到IO^mbar量级，基板温度加热到180°C时，通入反应气体二乙基锌、H2O,流量在整个反应过程保持恒定且分别为675sccm和820sccm，保持反应压强为0.5mbar。设定掺杂气体B2H6的初始流量为340SCCm，30s后第一次改变掺杂气体B2H6流量为70sCCm，408s后第二次改变掺杂气体B2H6流量为340SCCm，30s后反应结束，基板传出反应腔室，三层TCO膜层的厚度分别为500nm, 1200nm, 500nm, TCO 膜层的整体厚度为 2200nm。
[0041]最后是前电极TCO膜层的氢等离子体预处理过程，消除表面棱角，使其从V型表面变为U型表面4。该预处理过程采用高频辉光放电产生H等离子体其主要工艺参数为:反应压强:0.2-0.8mbar,功率密度:30-300mW/m2，辉光频率:13.56_60MHz，基板温度:160-300°C，反应时间:5-30min。经过等离子处理后界面电导率由2.2X104S/m提升至
2.8X104S/m,方阻标准差由60 Ω/ □降为15Ω / 口。
[0042]应用梯度掺杂工艺制备出的前电极ZnO: B薄膜400-1 IOOnm波段雾度平均值高达34.9%，提升约7%，700-2000nm近红外波段光学透过率高达77.7%，提升约1.7%，如图5所示，即该掺杂工艺大大 提高膜层的陷光效果，改善了近红外光区域的光学透过率。
【权利要求】
1.一种TCO薄膜，其特征是，它包括下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层，以及位于下层氧化锌接触层和上层氧化锌缓冲层之间的TCO中间层。
2.根据权利要求1所述TCO薄膜，其特征是，所述TCO薄膜为前电极TCO薄膜，前电极TCO薄膜的上层氧化锌缓冲层表面为U型绒面结构。
3.根据权利要求1或2所述TCO薄膜，其特征是，所述下层氧化锌接触层的厚度为50nm-500nm ;所述TCO中间层的厚度为500nm-2400nm ;所述上层氧化锌缓冲层的厚度为50nm-500nm ;所述TCO薄膜的膜层总厚度为1500nm-2500nm。
4.根据权利要求1或2所述TCO薄膜，其特征是，所述下层氧化锌接触层、上层氧化锌缓冲层和TCO中间层均为掺杂有硼的氧化锌薄膜层。
【文档编号】H01L31/0224GK203746868SQ201320849466
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】张恒生, 李廷凯 申请人:湖南共创光伏科技有限公司