[发明专利]太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电功能材料技术领域，具体涉及一种太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

硅基薄膜太阳电池要求透明电极具有极低的光、电损失，高透过率和电导率以及在氢等离子体轰击下保持较好的稳定性。ZnO具有纤锌矿结构，室温禁带宽度为3.37eV；ZnO薄膜价格便宜，原材料丰富，无毒，因此被广泛应用到硅基薄膜太阳电池的研究中。适当的单元素掺杂能较大幅度地提高ZnO薄膜的电学性能，如Al、In、Ga等元素的掺杂，均能明显改善ZnO薄膜的电学性能，为此，近几年人们开始尝试通过共掺杂ZnO薄膜来获得具有优良光电性能的透明导电薄膜。现有技术中，对共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究，包括Al、Mn共掺杂ZnO薄膜，Al、Gd共掺杂ZnO薄膜，Al、Cr共掺杂ZnO薄膜，Al、Co共掺杂ZnO薄膜等，虽然提供了该透明导电薄膜的电学性能，但也导致光性能的降低。而对于Al、Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究较少，偶见用溅射法制备出了Al、Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜，但存在的缺点是该透明导电薄膜的最小电阻率为2.2×10^-2Ω﹒cm，可见光区的平均透过率达到85%，即其光电性能仍然有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，它可以制备出具有优良光电性能的透明导电薄膜，为硅基薄膜太阳电池提供具有极低的光、电损失，高透过率和电导率，以及高稳定性的透明电极。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，使用高真空多靶位磁控溅射系统，用室温循环水对其冷却降温，用99.999%高纯氩气作为溅射气体，其特征在于：包括如下步骤：

a）将基片使用无水乙醇擦拭后，置于丙酮溶液内利用超声波清洗；

b）使用无水乙醇浸泡后使用去离子水反复冲洗；

c）将基片高温烘干，放入溅射室；所用靶材由ZnO、Al₂O₃和ZrO₂混合烧结而成，ZnO、Al₂O₃和ZrO₂的纯度均为99.99%，其中ZnO、Al₂O₃与ZrO₂的质量分数分别为94%：1%：5%；

d）调整靶材与基片，使之平行放置，两者之间距离在40mm～80mm；溅射功率为140～160W；溅射压强在2～3Pa；流量15～25 cm³/min；真空度为2.6～3×10^-4Pa；溅射时间为30～60min。

优选的，在所述步骤a）中，基片为25mm×50mm×1mm的载玻片，丙酮溶液为60℃，清洗时间为10min。

优选的，在所述步骤b）无水乙醇浸泡时间为20min。

优选的，在所述步骤c）中，基片烘干温度为150℃并保温6h。

优选的，在所述步骤d）中，靶材与基片间距为50mm；溅射功率为150W；溅射压强在2.5Pa；流量20cm³/min；真空度为2.8×10^-4Pa；溅射时间为45min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构，薄膜的最小电阻率为1.05×10^-3Ω﹒cm，可见光范围透过率超过92%。相对于氧化铟锡薄膜，Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜，价格低廉且性能优异，在硅基薄膜太阳电池领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步描述：