一种改善透明导电氧化物ITiO薄膜性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种改善太阳能电池用透明导电氧化物IT1薄膜性能的方法。
【背景技术】
[0002]透明导电氧化物薄膜由于其良好的电学和光学性能，被广泛用于半导体和光伏行业，如液晶显示器、发光二极管、太阳能电池等。在太阳电池中，包括硅基薄膜电池、a?S1:H/c?Si异质结太阳电池和CIGS薄膜电池等，透明导电氧化物(TC0)作为太阳电池的前后电极，需要具备高的电子迀移率、低的载流子浓度和电池响应波段范围内(300?1200nm)高的透过率，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
[0003]常见的TC0薄膜材料的制备方法有化学气相沉积法、磁控溅射法、离子束沉积等。这些方法中，磁控溅射由于具有良好的可控性、高的沉积速率和易于获得大面积均匀性薄膜而被广泛运用于研发和生产制程中。磁控溅射透明导电氧化物IT1的光学和电学性能强烈的依赖于沉积过程中的基板温度、溅射压强、气体流量和溅射功率等工艺参数，其中氧、氢含量是影响IT1薄膜性能的重要工艺参数之一。
[0004]因此如何通过工艺条件的优化同时获得高透过率和高电导率的IT1薄膜，并将其应用于光伏器件的透明电极成为我们急需解决的课题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种改善透明导电氧化物IT1薄膜透过率和导电性能的制备方法。
[0006 ]本发明一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，包括以下步骤:
[0007]a、IT1薄膜沉积前预处理:在沉积设备中通入背景气体，大于20min后停止通入背景气体，将沉积设备抽真空，使设备真空度为8*10—4?8*10—2Pa;
[0008]b、IT1薄膜沉积:将镀膜基板放入a步骤抽真空后的沉积设备中，采用溅射法沉积IT1薄膜，溅射气体为Ar和02;
[0009]其中，沉积压强为0.2?0.7Pa，沉积温度为25?300°C;溅射功率密度为0.5?5W/cm2 ；
[0010]C、ITi0薄膜沉积后处理:将b步骤沉积得到的IT1薄膜在150?300°C下进行退火处理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。
[0011]进一步，作为更优选的技术方案，上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步骤中利用真空栗对沉积设备抽真空至其真空度为7X10—3Pa。
[0012]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步骤中所述背景气体为大气、压缩空气、水蒸气或氢气中至少一种。
[0013]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中镀膜基板为玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太阳电池、a-S1:H/c-Si异质结太阳电池、CIGS薄膜太阳电池中的一种。
[0014]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中派射源为直流、中频或射频中的一种。
[0015]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中派射气体按照体积比，Ar:02 = 250:1 ?25:1。
[0016]进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中派射气体优选按照体积比，Ar:02 = 25:1。
[0017]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中c步骤中退火处理为大气退火、真空退火、N2退火、Ar气退火或H2退火中的一种。
[0018]本发明一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，该方法是在溅射透明导电氧化物IT1薄膜之前通入一定量的背景气体，以改善透明导电氧化物IT1薄膜的光学和电学性能，本发明方法简单，可以有效改善薄膜的透过率和导电率。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1与对比例1处理后的IT1薄膜透过率曲线；(其中，IT1优化前为对比例1的处理，IT1优化后为实施例1的处理)
[0020]图2为IT1导电膜用于a-S1:H/c-Si异质结电池的前后电极，电池结构示意图；(其中，1 一为Ag电极;21—为TC0;22—为a_S1:H n+层;23—为a_S1:H i层;24—为p型或者η型单晶硅;25—为为a-S1:H i层;26—为a_S1:H p+层;27—为TC0。)
[0021 ] 图3 HIT电池EQE曲线对比。
【具体实施方式】
[0022]本发明一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，包括以下步骤:
[0023]a、IT1薄膜沉积前预处理:在沉积设备中通入背景气体，大于20min后停止通入背景气体，将沉积设备抽真空，使设备真空度为8*10—4?8*10—2Pa;
[0024]b、IT1薄膜沉积:将镀膜基板放入a步骤抽真空后的沉积设备中，采用溅射法沉积IT1薄膜，溅射气体为Ar和02;其中，沉积压强为0.2?0.7Pa，沉积温度为25?300°C ；溅射功率密度为0.5?5W/cm2 ；
[0025]c、ITi0薄膜沉积后处理:将b步骤沉积得到的IT1薄膜在150?300°C下进行退火处理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。
[0026]磁控溅射由于具有良好的可控性、高的沉积速率和易于获得大面积均匀性薄膜而被广泛运用于研发和生产制程中。这点在技术背景里面已经提及。进一步，作为更优选的技术方案，上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步骤中利用真空栗对沉积设备抽真空至其真空度为7 X 10—3Pa。
[0027]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步骤中所述背景气体为大气、压缩空气、水蒸气或氢气中至少一种。
[0028]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中镀膜基板为玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太阳电池、a-S1:H/c-Si异质结太阳电池、CIGS薄膜太阳电池中的一种。
[0029]上述所述一种改善透明氧化物ITi0薄膜性能的方法，其中b步骤中派射源为直流、中频或射频中的一种。
[0030]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中派射气体按照体积比，Ar:02 = 250:1 ?25:1。
[0031]进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步骤中派射气体优选按照体积比，Ar:02 = 25:1。
[0032]上述所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中c步骤中退火处理为大气退火、真空退火、N2退火、Ar气退火或H2退火中的一种。
[0033]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0034]实施例1
[0035]在溅射沉积透明导电氧化物IT1薄膜前，往溅射腔体内投入一定量的大气，此过程持续半个小时。然后停止大气的通入，开启真空栗，将本底真空抽至7X10—3Pa，放入超白玻璃基板，开始沉积IT1导电膜。实验采用的溅射功率为1.17ff/cm2，直流电源，沉积压力为0.65Pa，按照体积比Ar/02 = 25:1,室温沉积的薄膜厚度为100nm，经过190°C真空退火后薄膜方阻控制在40 Ω/□左右，400?1200nm范围内的平均透过为90.9%。
[0036]对比例1
[0037]在溅射沉积透明导电氧化物IT1薄膜前直接开启真空栗，将本底真空抽至7X 10一3Pa，放入玻璃基板，开始沉积I Ti 0导电膜。实验采用的溅射功率为1.17ff/cm2，直流电源，沉积压力为0.65Pa，按照体积比Ar/02 = 25:1，室温沉积的薄膜厚度为100nm，经过190°C真空退火后IT1薄膜方阻为70 Ω /□左右，400?1200nm范围内的平均透过为86.7%。IT1薄膜优化前后透过率比较结果见附图1所示。
[0038]实施例2
[0039]在溅射沉积透明导电氧化物IT1薄膜前，往溅射腔体内投入一定量的大气，此过程持续半个小时。然后停止大气的通入，开启真空栗，将本底真空抽至8 X 10—4Pa，放入a-S1:H/c-Si异质结太阳电池基板，开始沉积IT1导电膜。实验采用的溅射功率为5W/cm2，直流电源，沉积压力为0.7Pa，按照体积比Ar/02 = 25:1，室温沉积的薄膜厚度为100nm，经过150°CN2退火处理，电池结构如附图2所示，其QE增加1.9mA/cm2 ；如附图3所示，电池效率上升1.3 %(绝对值)。
【主权项】
1.一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:包括以下步骤: a、IT1薄膜沉积前预处理:在沉积设备中通入背景气体，大于20min后停止通入背景气体，将沉积设备抽真空，使设备真空度为8*10—4?8*10—2Pa; b、IT1薄膜沉积:将镀膜基板放入a步骤抽真空后的沉积设备中，采用溅射法沉积IT1薄膜，溅射气体为Ar和02; 其中，沉积压强为0.2?0.7Pa，沉积温度为25?300°C;溅射功率密度为0.5?5W/cm2; c、IT1薄膜沉积后处理:将b步骤沉积得到的IT1薄膜在150?300°C下进行退火处理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。2.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:a步骤中利用真空栗对沉积设备抽真空至其真空度为7 X 10—3Pa。3.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:a步骤中所述背景气体为大气、压缩空气、水蒸气或氢气中至少一种。4.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步骤中镀膜基板为玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太阳电池、a-S1:H/c-Si异质结太阳电池、CIGS薄膜太阳电池中的一种。5.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步骤中溅射源为直流、中频或射频中的一种。6.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步骤中派射气体按照体积比，Ar:02 = 250:1?25:1。7.根据权利要求6所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步骤中派射气体按照体积比，Ar: 02 = 25:1。8.根据权利要求1所述一种改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:c步骤中退火处理为大气退火、真空退火、N2退火、Ar气退火或出退火中的一种。
【专利摘要】本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种改善太阳能电池用透明导电氧化物ITiO薄膜性能的方法。本发明方法，包括以下步骤：a、ITiO薄膜沉积前预处理：在沉积设备中通入背景气体，大于20min后停止通入背景气体，将沉积设备抽真空；b、ITiO薄膜沉积：将镀膜基板放入a步骤抽真空后的沉积设备中，采用溅射法沉积ITiO薄膜；c、ITiO薄膜沉积后处理：将b步骤沉积得到的ITiO薄膜在150～300℃下进行退火处理，即得改善后的透明氧化物ITiO薄膜。本发明方法简单，可以有效改善薄膜的透过率和导电率。
【IPC分类】H01L31/18, H01L31/0224
【公开号】CN105489663
【申请号】CN201510861183
【发明人】郁操, 杨苗, 龙巍, 易志凯, 张津燕
【申请人】福建铂阳精工设备有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月1日