[发明专利]一种新型结构的透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，尤其是一种新型结构的透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

随着光伏发电技术的发展，尤其是近年来薄膜太阳电池的大量产业化，透明导电氧化物薄膜(TCO)作为薄膜太阳电池中必不可少的一部分，存在很大的技术挑战。用作薄膜太阳电池透明电极的透明导电氧化物(TCO)基板对于提高电池的转换效率起着十分重要的作用。

薄膜太阳电池要求透明电极具有极低的光损失，高透过率和高电导率。近年来，透明导电薄膜的材料趋于金属氧化物半导体，如SnO₂、In₂O₃和ZnO等薄膜，所选用的半导体材料，其能隙宽度必须大于可见光能量，才能在可见光区获得高穿透性，因此能隙要求大于3eV，但是这种纯半导体的导电性仍不尽理想，为了增加其导电性，通常会掺入一些杂质，一种是掺杂比原化合物的阳离子多一价的金属离子或者掺入比原化合物的阴离子少一价的非金属离子；第二种是制造氧化状态不完全的半导体化合物，形成半导体内有阴离子的空缺。但是通常情况下薄膜透过率和电阻是互相矛盾的两个因素，薄膜厚度较薄时，材料的透过率较高，但是电阻较高；薄膜厚度较厚时，材料的电阻较低，但是透过率却会下降。由此可见，协调薄膜的电阻和透过率的性能是至关重要。

一维导电材料目前得到了很好的发展，直径从1纳米到50纳米，长度从100纳米到10厘米之间，已经有很多种类的一维材料可以实现高纯度和高分散。在透明导电氧化物薄膜中掺入一定量的一维导电材料，可以提高薄膜材料的导电性能，这样薄膜的厚度可以减小，非常有利于提高光的透过率，尽管掺杂的一维材料本身是非透明的，会遮挡光的透过，但是只要合理降低薄膜厚度和一维材料的掺杂浓度，总体上的表现可以提高材料光的透过性。

目前，制备普通透明导电薄膜的工艺有很多，主要包括：磁控溅射工艺、常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、热蒸发沉积、溶胶-凝胶镀膜法、喷雾热分解法等，其中喷雾热分解法设备简单、对真空、气氛等实验条件要求不高，反应易于控制；原料的选择范围广，并且成分、组成便于调整。但是，利用超声喷雾热分解法在基板上制备这种掺有一维导电纳米材料的新型透明导电薄膜还尚未有见。

本发明将一维导电材料复合到透明导电薄膜材料中，提出了一种新型结构的透明导电薄膜，并且发明了用超声喷雾热分解法在基板上制备这种新型结构透明导电薄膜的方法。

发明内容

本发明目的是为了提高透明导电基板的导电性能，从而提高薄膜太阳电池的光电转换效率，最终发明了一种透明导电薄膜结构，使其更能适应薄膜太阳电池的应用，并且结合较成熟的超声喷雾热分解设备以及原有制备普通透明导电氧化物薄膜的制作工艺发明了制备该新型透明导电薄膜的方法。

本发明为了实现上述目的，设计了一种透明导电薄膜结构，该透明导电薄膜结构包括基板1、缓冲层2、透明导电薄膜3三部分组成，以基板1为底层，上面依次为缓冲层2、透明导电薄膜3，缓冲层2主要以SiO₂为主，厚度在10纳米到100纳米之间，其中缓冲层主要起到增强透明导电薄膜与基板之间应力的作用，阻挡Na离子以及增透作用，另外，为了增加透明导电薄膜的导电性能，最终提高薄膜太阳电池的光电转换效率，发明了一种新型的透明导电薄膜结构。在原有比较成熟的透明导电氧化物4中掺入一维导电材料5，通过一维导电材料的高导电性能降低透明导电薄膜的厚度，进而提高透明导电薄膜的透过率，一维导电材料的掺杂浓度为1wt％～0.01wt％，合理调整薄膜厚度与一维材料的掺杂浓度，最终使该新型薄膜材料保持电阻等于或者小于普通透明导电薄膜电阻情况下，透过率增加。

本发明中透明导电薄膜主要包括透明导电氧化物材料4及电导率高的一维导电材料5，其中，透明导电氧化物4主要选自In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具体可为：Sn掺杂In₂O₃透明导电氧化物、SnO₂基透明导电氧化物、ZnO基透明导电氧化物或CdO基透明导电氧化物及其它透明导电氧化物中的一种或几种。

所述的SnO₂基透明导电膜，其掺杂元素包括F、Sb、In、Zn、Mn、Sr、Zr、Ge、Ce、Pt、Pd、Cd、Nd等元素的一种或多种。

所述的ZnO基透明导电膜，其掺杂元素包括F、Sb、Zr、Al、Ga等元素中的一种或多种。