[发明专利]薄膜太阳电池用双层氧化锌透明导电薄膜及其制备方法

说明书

【技术领域】：

本发明属于氧化锌薄膜制备工艺技术领域，尤其是一种适用于薄膜太阳电池的具有良 好电学特性与陷光结构的双层氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

【背景技术】：

能源与人类的生存和发展休戚相关，随着人类社会的高速发展，对能源的需求也 日益加剧。目前广泛使用的常规能源(主要是煤、石油、天然气等化石能源)在为人 类发展提供了强大动力的同时，也造成了资源的极大浪费和生态环境的恶化，严重制 约了经济和社会的进一步发展。光伏电池，通过半导体材料特有的光电转换效应，直 接利用清洁、取之不尽、用之不竭的太阳能资源，为人类带来了在不污染环境的前提 上解决能源问题的最好的解决途径。从上世纪70年代起，许多国家掀起了太阳能光 伏发电热潮，美国、日本、欧盟、印度等国家纷纷制定雄心勃勃的中长期发展规划推 动光伏技术和光伏产业的发展，推动这一新能源产业的发展。

以单晶硅或者多晶硅硅片为代表的第一代太阳能电池已得到了超过24％的效率， 成为目前光伏市场的主力军。但是由于这些太阳电池的生产成本主要来自材料的损 耗，例如单晶硅、多晶硅硅片以及封装材料等等，大幅度降低生产成本变得相当不容 易，这很有可能会限制这种太阳电池的大规模使用。在降低材料消耗的强烈需求下， 薄膜太阳电池应运而生，其中以碲化镉、铜铟镓硒以及薄膜非晶硅、微晶硅太阳电池 为代表。薄膜太阳电池不需要昂贵的硅片，并且可以大面积沉积在廉价的玻璃、不锈 钢，甚至塑料衬底上，所以它们被认为是一种非常有前途的产品。硅基薄膜太阳电池 是薄膜太阳电池中最早被商业化生产的产品，它们由地球上储备含量丰富、无毒的材 料制造，而且可以在相当低的衬底温度下沉积，大大节省了生产过程中的能源消耗， 所以被认为是一种有着良好发展前景的太阳能电池。

厚度仅为几个微米的硅基薄膜电池，虽然可以提高开路电压，减少光生载流子的 复合，但很薄的厚度势必导致光吸收的减小，进而导致电池能量转换效率的下降。薄 膜电池有限的有源层厚度对前电极提出了更高的要求：既需要具有良好的导电特性， 能够有效的收集光生载流子，避免载流子复合；同时又需要有良好的绒面结构，通过 在绒面结构表面的散射增加入射光线在薄膜电池中的光程，从而增加光吸收。

【发明内容】：

本发明旨在为克服现有技术的不足，提供一种有利于提高薄膜太阳电池性能的具 有双层氧化锌结构的透明导电薄膜及其制备方法，该方法中的双层氧化锌薄膜能够同 时具有良好的电学特性与绒面结构，在有效传输光生载流子的同时，能够实现良好的 陷光效果，增加入射光在硅基薄膜电池中的光程，以达到提高光利用率，进而提高电 池效率的目的。

本发明为实现上述目的，设计了一种能够提高薄膜太阳电池性能的具有双层结构 的透明导电氧化锌薄膜及其制备方法，其基本思想是：考虑到对于ZnO透明导电薄膜， 要想其用于太阳电池的前电极，其电学特性是非常重要的，影响材料特性重要的晶向 条件就是(0001)结晶相的获得，但是该结晶相的材料很难获得合适的绒面效果，这 主要是该晶向的材料是具有Zn原子终端朝向表面的材料，该晶向材料经过盐酸腐蚀 后只会在晶体缺陷的位置腐蚀出一定的六角形状的弹坑，其它位置仍然为光滑的平 面，这样的绒度表面陷光效果不好。但是如果制备的氧化锌薄膜具有()的结晶 取向，也就是样品是具有O原子终端朝向表面的材料，该种材料在盐酸的腐蚀下很容 易形成非常好的绒度陷光效果，这是因为该材料经过腐蚀后表面整体都会形成具有很 好六角形状的弹坑，该结构的材料具有很好的绒度陷光效果，但该材料的电学输运特 性不是很好。

综合考虑薄膜太阳电池对电极的导电与陷光特性的，利用对沉积薄膜过程中 沉积气氛的有效调控，实现同时具有(0001)结晶相电子传输层与()结晶相绒 面散射层的双层ZnO薄膜结构。其中具有(0001)结晶相的ZnO多晶薄膜具有较好 电学特性，能够得到低电阻率，从而起到有效传输光生载流子的作用，但其结构特性 则很难腐蚀获得我们需要的绒面结构；而具有()结晶相的ZnO多晶薄膜，通 过湿法腐蚀处理能够得到理想的弹坑状表面形貌，且粗糙度较大，具有理想陷光特性， 但电学特性则不是很好。因此，本发明提出将(0001)相与()相ZnO多晶薄 膜有效结合起来，共同构成适合应用于薄膜太阳电池的双层氧化锌透明导电薄膜材 料。