专利名称：一种azo减反射膜制备方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池用减反射膜的制备方法，特别涉及AZO减反射膜的制 备方法。
背景技术：
随着能源结构的改变，可再生能源的开发利用受到重视。太阳能电池是可再生能 源中不可缺少的一部分。硅基薄膜太阳能电池是太阳能电池中的第二代太阳能电池，适合 于大面积制造、大规模生产及建筑一体化应用。AZO减反射膜可用于硅基薄膜电池中新型双 结叠层非晶硅/微晶硅电池顶层减反膜，使用AZO减反射膜可提高电池效率及稳定性。很多 机构都在对其技术进行研发，力求为硅薄膜太阳能电池最终效率的提高提供更多的帮助。
中国专利CNlO 1188149B “一种Ge掺杂的AZO透明导电膜及其制备方法”提出了 一种Ge掺杂的AZO透明导电膜及其制备方法，该透明导电膜是采用射频磁控溅射共沉积 制备在玻璃基片上的。Ge掺杂的AZO透明导电膜由0. 5 2. 5衬％的Ge、l. 05衬％的Al、 86. 3wt%的Si和余量0组成。如图6所示，该方法制备的透明导电膜Ge掺杂1.2#t%、 厚度为750nm时，其室温下最低电阻率为7 8Χ10_4Ω ^m ；如图7所示，该方法制备的透 明导电膜Ge掺杂1. %、厚度为750nm、400 800nm可见光范围内，平均最高透过率为 80 90%。
中国专利CNlOl 188149B该方法存在以下缺点
(1)溅射用气体为氩气(Ar)；
(2)采用双靶共溅射方式，AZO膜的均勻性较差；
(3) AZO膜体掺杂浓度均勻性不好控制；
(4)制备AZO膜时需要两台溅射电源，为达到理想掺杂比例需调整两只靶工艺参 数，工艺过程复杂；
(5)选用的高纯度Ge靶，价格昂贵；
(6)此共溅射法不适合进行大规模或大面积生产应用。发明内容
本发明的目的是克服现有的AZO减反膜制备工艺的复杂性，提高可见光范围内透 过率，降低电阻率。通过改进磁控溅射法制备AZO减反膜的工艺，提出一种制备可用于太阳 能电池的高透过率、低电阻率的AZO减反膜的方法。
本发明主要特征是在溅射气体中加入还原性气体H2，所制备的AZO减反膜具有很 好的光学及电学特性。本发明使用的常规射频磁控溅射设备，与大规模产业化设备区别仅 仅是尺寸大小不同；技术升级不需要对设备进行大规模改造。
本发明使用的是射频(13. 56MHz)磁控溅射设备。极限真空度IxKT4Pa,采用分子 泵机组。靶为矩形磁控靶；靶尺寸170mmx70mx ；靶材选用Al2O3含量< 3wt. %的SiO = Al2O3 陶瓷靶，靶面与地面垂直，靶可在水平方向上往复移动，用于调整靶与基片间距，最大间距20cm。基片放在与溅射靶面对面的垂直于地面的小车上；小车为中空的矩形盒，矩形盒内有 为基片加热的加热器。小车可在水平面内与靶平行的位置上勻速往复运动。
本发明的具体工艺步骤顺序如下
(1)准备基片。基片选用厚度小于5mm的玻璃基片。首先用去离子水浸湿基片，在 玻璃基片上喷中性洗涤剂，用毛刷刷洗玻璃基片的上表面和下表面；再用去离子水将洗涤 剂冲洗干净，直至直视可观察到玻璃基片上表面和下表面“亲水”，然后将玻璃基片放入盛 有去离子水的非金属容器中的玻璃基片支架上，去离子水液面必须高于非金属容器中玻璃 基片位置；将非金属容器放在电炉上加热，直至去离子水沸腾，保持沸腾状态5分钟，然后 将非金属容器从电炉上取下，倒掉去离子水，在非金属容器中注入新的去离子水，再加热至 沸腾并保持5分钟，倒掉去离子水；再次注入去离子水、加热至沸腾、保持沸腾5分钟，倒掉 去离子水，此过程共循环5次；最后一次不必倒掉沸腾的去离子水，从热水中将玻璃基片取 出，用氮气吹干备用；
(2)将清洗干净的玻璃基片装入射频磁控溅射设备，并对射频磁控溅射设备抽真 空；待真空度达到IxlO-4Pa时，打开射频磁控溅射设备的加热器对基片加热，加热温度范围 为室温 300°C ；
(3)将调整好比例的氩气(Ar)和氢气(H2)混合气体通入溅射设备中，氩气(Ar) 和氢气Ol2)的比例为50 1 10 1。调整预溅射压强至5 左右；调整靶与玻璃基片 间间距，间距一般选择在10cm，并依具体条件确定；将位于所述的靶与基片间的挡板挡上， 防止预溅射时玷污玻璃基片；
(4)打开磁控溅射设备射频电源，调整输出功率，功率范围100W 300W，具体功 率大小需依据工艺及基片情况确定；通过观察窗观察是否启辉；启辉后，调整压强至依具 体工艺条件选择的值，压强值的选择依靶值而定，压强选择0. 3Pa ；在此条件下进行 预溅射，一般预溅射时间选择为10分钟；
(5)打开射频磁控溅射设备的小车勻速往复运动控制器，调整运动速度，使小车开 始运动，运动速度可在0 300mm/min范围内依具体条件选择；
(6)通过观察窗观察，在载有玻璃基片小车未到达溅射靶位前，打开挡板；待载有 玻璃基片小车到达溅射靶位前时，开始计时；此时正式开始制备AZO减反膜；
(7)制备AZO减反膜时间一般在30分钟左右，以使AZO减反膜厚度达到约SOOnm ； 制备AZO减反膜完成后，关闭射频电源，关闭加热器电源，关闭气体，抽空剩余气体；待射频 磁控溅射设备的温度降至室温后将基片取出。
至此制备AZO减反膜工作完成。
本发明具有以下特点
①溅射用气体为氩气(Ar)和氢气(H2)混合气体；
②使用SiO = Al3O2 单靶；
③工艺调整简单；
④材料选取容易；
⑤基片与靶材可相对平行运动，均勻性极好；
⑥可进行产业化的大尺寸基片生产。
使用本发明方法制备的AZO减反膜具有以下特征
①室温电阻率为4.4Χ10_4Ω 测量条件为室温、湿度小于40%，用台阶仪测量AZO减反膜的厚度，用四探针法测量AZO减反膜的方块电阻，使用公式
权利要求
1.一种AZO减反射膜制备方法，其特征在于所述制备方法的工艺步骤顺序如下(1)准备基片选用厚度小于5mm的玻璃基片，首先用去离子水浸湿基片，在玻璃基片 上喷中性洗涤剂，用毛刷刷洗玻璃基片的上表面和下表面；再用去离子水将中性洗涤剂冲 洗干净，直至直视可观察到玻璃基片上表面和下表面“亲水”;然后将玻璃基片放入盛有去 离子水的非金属容器中的玻璃基片支架上，去离子水液面高于非金属容器中玻璃基片位 置；将非金属容器放在电炉上加热，直至去离子水沸腾，保持沸腾状态5分钟，然后将非金 属容器从电炉上取下，倒掉去离子水，在非金属容器中注入新的去离子水，再加热至沸腾并 保持5分钟，倒掉去离子水；再次注入去离子水、加热至沸腾、保持沸腾5分钟，倒掉离子水， 此过程共循环5次；最后一次不必倒掉沸腾的去离子水，从热去离子水中将玻璃基片取出， 用氮气吹干备用；(2)将清洗干净的所述的玻璃基片装入射频磁控溅射设备，并对射频磁控溅射设备抽 真空；待真空度达到IxlO-4Pa时，打开射频磁控溅射设备的加热器对所述的玻璃基片加热， 加热温度范围为室温 300°C ；(3)将调整好比例的氩气和氢气混合气体通入溅射设备中，调整预溅射压强至5 左 右；调整靶与所述的玻璃基片间间距为IOcm;将位于所述的靶与所述的玻璃基片间的挡板 挡上，防止预溅射时玷污玻璃基片；(4)打开磁控溅射设备射频电源，调整输出功率，功率范围为100W 300W；通过观察窗 观察启辉后，调整压强值0. 3Pa ；在此条件下进行预溅射，预溅射时间为10分钟；(5)打开射频磁控溅射设备的小车勻速往复运动控制器，调整运动速度，使小车开始运 动，小车的运动速度控制在0 300mm/min ；(6)通过观察窗观察，在载有所述的玻璃基片小车未到达溅射靶位前，打开挡板；待载 有玻璃基片小车到达溅射靶位前时，开始计时；此时开始制备AZO减反膜；(7)30分钟后关闭射频电源，关闭加热器电源，关闭气体，抽空剩余气体；待射频磁控 溅射设备的温度降至室温后将基片取出，至此制备AZO减反膜工作完成。
2.按照权利要求1所述的AZO减反射膜制备方法，其特征在于所述的氩气和氢气的比 例为50 1 10 1。
3.按照权利要求1所述的AZO减反射膜制备方法，其特征在于溅射时所述的玻璃基片 加热温度为室温 300°C。
全文摘要
一种AZO减反射膜制备方法，其特征在于采用射频磁控溅射设备，并在溅射气氛中加入还原性气体，明显改善AZO减反膜的电学及光学参数。本发明所制备的AZO减反射膜在面积为2片x125mmx125mm的基片面积上，可见光范围内平均透过率达90％以上，电阻率达4.4x10-4Ω·cm。本发明适用于太阳能电池顶层减反膜。
文档编号C23C14/35GK102031489SQ201010515910
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者刁宏伟, 王文静, 鲁伟明 申请人:中国科学院电工研究所