[发明专利]含有ZnO:Al窗口层的ZnO/SnS太阳能电池元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有ZnO:Al窗口层的ZnO/SnS太阳能电池元件的制备方法，属太阳能电池元件制造工艺技术领域。

背景技术

ZnO:Al薄膜是ZnO基薄膜通过掺入适量的Al元素而获得，具有六角形纤锌矿结构。ZnO薄膜为宽带隙半导体，晶格常数a=0.325nm，c=0.521nm，禁带宽度约3.3eV，在可见光范围内光透过率高达90%。本征ZnO薄膜的电阻率高于10⁶Ω·cm，改变生长、掺杂或退火条件，可形成简并半导体，导电性能大幅提高，电阻率可降低到10^–4Ω·cm数量级，但其性能在温度超过150℃后就不稳定。掺入B、F或Al等杂质后的热稳定温度可以分别提高到250℃、400℃和500℃以上。ZnO:Al薄膜最显著的特性是光电特性，具有低电阻率和对可见光的高透射。

ZnO:Al有较大的禁带宽度Eg>3eV，具有紫外截止特性，可见光区有较高的透射率80%，中红外有高的反射率60%，对微波具有较强的衰减性等。低阻值的ZnO:Al薄膜可应用于太阳能薄膜电池中形成窗口层，也可用作平板显示器的透明电极和窗口材料的红外减反射涂层等。现在用于制备半导体薄膜的技术都可以制备ZnO:Al薄膜，常用制备方法有化学气相沉积法、溶胶凝胶法、脉冲激光法、等离子体沉积法、热喷涂法及磁控溅射法等。

利用磁控溅射法在普通玻璃上镀ZnO:Al透明导电薄膜，使玻璃具有透明导电、红外反射的功能。许都学者都在研究不同制备工艺及不同的工艺参数对ZnO:Al薄膜的结构和光电性能的影响。在研究太阳能电池中既可以做窗口材料又可以做透明电极的高转换效率的ZnO:Al薄膜对能源的利用和环境保护都起着积极重要的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有ZnO:Al窗口层的ZnO/SnS太阳能电池元件的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a．  涂有掺铝氧化铟（ITO）膜的玻璃衬底的清洗：首先将作为衬底用的涂复有掺锡氧化铟（ITO）的玻璃用去离子水、丙酮、无水乙醇分别在超声条件下进行清洗，烘干后待用；

b．  窗口层ZnO:Al的镀覆：在上述的涂覆有ITO膜的玻璃衬底上镀覆一层掺铝氧化锌（ZnO:Al）层作为窗口层；采用传统常用的磁控溅射镀膜机通过磁控溅射法来制备法来制备ZnO:Al薄膜；将上述玻璃衬底放在工作台上，以ZnO:Al作为靶才；采用的磁控溅射的工艺参数如下：溅射功率为100W~200W，工作真空气压为0.3~0.9 Pa，温度为室温，溅射时间为为40~120分钟靶基距为8cm。

c．  作为N层的ZnO层的制备：采用同样的传统常用的磁控溅射镀膜机通过磁控溅射法来制备法来制备ZnO薄膜；ZnO层镀覆在上述窗口层ZnO:Al层的上面；其工艺参数为：工作气压为0.2Pa，沉积时间为40分钟、功率为150W。

d．  作为P层（SnS）硫化锌层的制备：SnS层涂覆于上述作为N层ZnO层的上面；其涂覆方法如下；在SnCl₂·2H₂O丙酮溶液中加入其一半体积的三乙醇胺（TEA）溶液，搅拌均匀后，在倒入适量的硫代乙酰胺（TA）溶液，最后加入适量浓度为25%的氨水，加去离子水稀释，轻搅拌混合得到的涂覆溶液；将镀膜玻璃衬底浸于该涂覆液中，用化学水浴法涂上SnS薄膜

e．  最上层Al膜电极的制备：用传统通用方法，覆盖一层铝薄膜；最终制的多层结构为： 玻璃/ITO/ZnO:Al/ZnO/SnS/Al结构的太阳能电池元件。

   本发明中主要膜层为ZnO:Al窗口层，采用了传统通用的磁控溅射镀膜装置，进行真空磁控溅射。

采用该工艺的优点如下所述：

1.      磁控溅射设备具有高速、低温两大特点，同时沉积膜的结晶质量较好，薄膜致密。

2.      控制真空室中的气压、溅射功率，基本上可获得稳定的沉积速率，通过精确地控制溅射镀膜时间，容易获得均匀的高精度的膜厚，且重复性好。

3.      衬底基片与膜的附着强度是一般蒸发镀膜的10倍以上，且由于溅射粒子带有高能量，在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜，同时高能量使得只要较低的基片温度即可得到结晶膜。

4.      薄膜在形成初期成核密度高，故可生产厚度10nm以下的极薄连续膜。

附图说明

图1 为本发明含有ZnO：Al 窗口层的ZnO/SnS太阳能电池元件的多层结构示意图。