一种电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的绒 面制备方法。
【背景技术】
[0002] 透明导电氧化物薄膜（TCO)作为一种同时具备高可见光透过率和低电阻的光电 信息材料，广泛用于薄膜太阳能电池、平板显示器、传感器以及各种光电器件。掺铝氧化锌 薄膜作为透明导电氧化物薄膜材料之一，具有优异的光电性能，且价格低廉、无毒，化学和 热稳定性好，因而得到了广泛的关注。另外，经表面刻蚀后的掺铝氧化锌薄膜，与平面掺铝 氧化锌薄膜相比透过率相差不大，但其绒面结构陷光效果非常好，可以极大地增加太阳能 电池的光电转换效率，具有很好的应用前景。
[0003] 目前，制备绒面掺铝氧化锌透明导电薄膜的方法有两种：一是先用磁控溅射工艺 在玻璃上镀光滑的掺铝氧化锌薄膜，然后用酸溶液（如HC1、HF等）或离子束刻蚀的方法形 成绒面；二是控制实验参数直接沉积出绒面掺铝氧化锌透明导电薄膜。然而前者采用酸腐 蚀的方法，刻蚀速率较快，不易控制，废水会对环境造成污染；后者制得的薄膜绒面效果不 显著，不能满足硅基薄膜太阳能电池前电极的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种在电流辅助作用下掺铝氧化锌薄膜表 面制绒的方法。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述步骤组成：
[0006] 1、采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积掺铝氧化锌薄膜。
[0007] 2、在沉积的掺铝氧化锌薄膜两端固定电极，将掺铝氧化锌薄膜的中间部分浸入乙 酸铵水溶液中，在电极两端加10~200mA电流进行制绒，制绒时间为2~20分钟，得到绒 面掺铝氧化锌薄膜。
[0008] 上述步骤1中，采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积掺铝氧化锌薄膜的条件具体 为：以氩气为派射气氛，氩气流量为10~15sccm，衬底温度为150~180°C，派射压强为2~ 4mTorr、功率为70~120W，沉积的掺铝氧化锌薄膜的厚度为600~lOOOnm。
[0009] 上述步骤2中，优选在电极两端加30~150mA电流进行制绒，进一步优选在电极 两端加100~150mA电流进行制绒，制绒时间优选10分钟；所述乙酸铵水溶液的质量分数 为3%~7%，优选乙酸铵水溶液的质量分数为5%。
[0010] 本发明通过在掺铝氧化锌薄膜传统化学制绒的同时加以辅助电流，大大提高了掺 铝氧化锌薄膜绒面的粗糙度，增强了掺铝氧化锌薄膜的光散射特性，适合于薄膜太阳能电 池的制作，可以提高太阳能电池的陷光能力及光电转换效率。本发明制作方法简单易行，适 于大面积生产。
【附图说明】
[0011] 图1是对比例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的扫描电子显微镜表面形貌图。
[0012] 图2是实施例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的扫描电子显微镜表面形貌图。
[0013]图3是实施例2得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的扫描电子显微镜表面形貌图。
[0014]图4是实施例3得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的扫描电子显微镜表面形貌图。
[0015]图5是实施例4得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的扫描电子显微镜表面形貌图。
[0016] 图6是对比例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面轮廓曲线。
[0017] 图7是实施例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面轮廓曲线。
[0018] 图8是实施例2得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面轮廓曲线。
[0019] 图9是实施例3得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面轮廓曲线。
[0020] 图10是实施例4得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面轮廓曲线。
[0021] 图11是对比例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射图像。
[0022] 图12是实施例1得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射图像。
[0023]图13是实施例2得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射图像。
[0024]图14是实施例3得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射图像。
[0025]图15是实施例4得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射图像。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于 这些实施例。
[0027] 实施例1
[0028] 1、将30mmX30mm的玻璃片衬底依次在丙酮、乙醇中超声清洗10分钟，然后依次用 70°C的RCA1、RCA2溶液浸泡20分钟，再用去离子水清洗干净，最后用氮气吹干。将清洗干 净的玻璃衬底放入磁控溅射反应室中，预热60分钟，以氩气为溅射气氛通入反应室，控制 氩气流量为12sccm、衬底温度为160°C，在溅射压强为3mTorr、功率为100W下，以掺铝氧化 锌为靶材，沉积6600s，得到掺铝氧化锌薄膜。
[0029] 2、在沉积的掺铝氧化锌薄膜两端固定电极，将掺铝氧化锌薄膜的中间部分浸入 乙酸铵水溶液中，浸入质量分数为5%的乙酸铵水溶液中，同时使用双路稳压稳流电源通 30mA电流，制绒10分钟，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0030] 对比例1
[0031] 在实施例1的步骤2中，将沉积的掺铝氧化锌薄膜直接浸入质量分数为5%的乙酸 铵水溶液中（未加电流），制绒10分钟，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0032] 实施例2
[0033] 在实施例1的步骤2中，使用双路稳压稳流电源通50mA电流，其他步骤与实施例 1相同，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0034] 实施例3
[0035] 在实施例1的步骤2中，使用双路稳压稳流电源通100mA电流，其他步骤与实施例 1相同，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0036]实施例4
[0037] 在实施例1的步骤2中，使用双路稳压稳流电源通150mA电流，其他步骤与实施例 1相同，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0038] 实施例5
[0039] 在实施例1的步骤2中，使用双路稳压稳流电源通10mA电流，其他步骤与实施例 1相同，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0040] 实施例6
[0041] 在实施例1的步骤2中，使用双路稳压稳流电源通200mA电流，其他步骤与实施例 1相同，得到绒面掺铝氧化锌薄膜。
[0042]采用扫描电镜、氦氖激光器、台阶仪分别对实施例1~4和对比例1得到绒面掺铝 氧化锌薄膜的表面形貌、光散射性能、表面轮廓进行测试，其中表面形貌如图1~5所示，表 面轮廓曲线见图6~10所示，光散射图像见图11~15所示。
[0043] 从图1~5中可以看出，对比例1中采用传统化学制绒法得到绒面掺铝氧化锌薄 膜，其表面分布有刻蚀形成的坑状结构，而实施例1~4通过在传统化学制绒的同时加辅助 电流，得到的绒面掺铝氧化锌薄膜表面的坑状结构较对比例1尺寸增大，且随着辅助电流 的增大，绒面掺铝氧化锌薄膜表面的坑状结构的直径逐渐增大，密度也增加。当辅助电流为 100mA时，坑状结构的尺寸最大，且其密度最大。
[0044]从图6~10中可以看出，随着辅助电流的增加，绒面掺铝氧化锌薄膜的光散射强 度明显增强，散射角增大，其中辅助电流为100mA时，光散射强度及角度最大。
[0045]从图11~15中可以得出，对比例1中采用传统化学制绒法得到的绒面掺铝氧化 锌薄膜的表面平均高度差约为350A，而实施例1~4通过在传统化学制绒的同时辅助电 流，得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面平均高度差分别约为400、550、2000、1000人，说明 实施例1~4得到的绒面掺铝氧化锌薄膜的表面粗糙度较对比例1增大，其中辅助电流为 100mA时，绒面掺铝氧化锌薄膜的表面粗糙度达到最大。
【主权项】
1. 一种电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其特征在于它由下述步骤组成： (1) 采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积掺铝氧化锌薄膜； (2) 在沉积的掺铝氧化锌薄膜两端固定电极，将掺铝氧化锌薄膜的中间部分浸入乙酸 铵水溶液中，在电极两端加10~200mA电流进行制绒，制绒时间为2~20分钟，得到绒面 掺铝氧化锌薄膜。2. 根据权利要求1所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其特征在于：所 述步骤（2)中，在沉积的掺铝氧化锌薄膜两端固定电极，将掺铝氧化锌薄膜的中间部分浸 入乙酸铵水溶液中，在电极两端加30~150mA电流进行制绒，制绒时间为10分钟，得到绒 面掺铝氧化锌薄膜。3. 根据权利要求1所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其特征在于：所 述步骤（2)中，在沉积的掺铝氧化锌薄膜两端固定电极，将掺铝氧化锌薄膜的中间部分浸 入乙酸铵水溶液中，在电极两端加100~150mA电流进行制绒，制绒时间为10分钟，得到绒 面掺铝氧化锌薄膜。4. 根据权利要求1~3任意一项所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其 特征在于：所述步骤（2)中，乙酸铵水溶液的质量分数为3%~7%。5. 根据权利要求1~3任意一项所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其 特征在于：所述步骤（2)中，乙酸铵水溶液的质量分数为5%。6. 根据权利要求1所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其特征在于：所 述步骤（1)中，掺铝氧化锌薄膜的厚度为600~lOOOnm。7. 根据权利要求6所述的电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，其特征在于：所 述步骤（1)中，采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积掺铝氧化锌薄膜的条件为：以氩气为溅 射气氛，氩气流量为10~15sccm，衬底温度为150~180°C，溅射压强为2~4mTorr、功率 为 70 ~120W。
【专利摘要】本发明公开了一种电流辅助的掺铝氧化锌薄膜化学制绒方法，该方法通过在掺铝氧化锌薄膜传统化学制绒的同时加以辅助电流，大大提高了掺铝氧化锌薄膜绒面的粗糙度，增强了掺铝氧化锌薄膜的光散射特性，适合于薄膜太阳能电池的制作，可以提高太阳能电池的陷光能力及光电转换效率。本发明制作方法简单易行，适于大面积生产。
【IPC分类】H01L31/0236
【公开号】CN104952947
【申请号】CN201510245558
【发明人】高斐, 李付贤, 王皓石, 周松杰, 武怡, 郑逍遥, 武慧君, 刘生忠
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月14日