[发明专利]一种基于硅基薄膜衬底制备透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子功能材料技术领域，尤其涉及一种在硅基薄膜衬底上制备透明导电薄膜的方法。

背景技术

自从Badeker将溅射的镉进行热氧化制备出透明导电氧化镉薄膜以来，人们对透明导电氧化物（TCO）薄膜的兴趣与日俱增。透明导电氧化物薄膜具有在可见光区透射率高、红外高反射比和电阻率低等优异的光电性能而被广泛应用于各种光电器件中，如太阳能电池、平面液晶显示器、气敏元件、抗静电涂层、节能视窗以及节能防结雾汽车、飞机等的风挡玻璃、冰箱热反射玻璃和节能型的建筑玻璃等。在相当长一段时间里，In2O3:Sn（ITO）及SnO2:F（FTO）薄膜在TCO薄膜中扮演主角并得到了极广泛的应用。但是上述两种薄膜存在以下缺点：（1）In和Sn在自然界中储存量少，生产成本很高；（2）Sn和In化学性质活泼，制备过程中工艺条件不易控制，技术难度大；（3）Sn和In的原子量较大,成膜过程中容易渗入到衬底内部，毒化衬底材料,尤其在液晶显示器件中污染现象严重；（4）ITO中的铟有剧毒，在制备和应用中对人体有害；（5）ITO薄膜易受到氢等离子体的还原作用，使功效降低，这种现象在低温、低等离子体密度下也会发生。这些缺点在很大程度上限制了ITO和FTO薄膜的研究和应用。掺铝氧化锌（AZO）作为一种典型的n型半导体薄膜，其禁带宽度接近3.3eV，在可见光范围具有较高的透射率和低电阻率，在高温条件下，其成分不易与氢发生互扩散，因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高，并且薄膜中的Zn价格便宜、来源丰富、无毒，被认为是取代ITO和FTO薄膜的最佳候选材料。

目前对于透明导电氧化物薄膜的研究和制备主要是基于玻璃作为沉积衬底进行的。但是，随着透明导电氧化物薄膜的发展，迫切需要在其它衬底材料上制备。特别是在硅薄膜太阳能电池和单晶硅/薄膜硅异质结（HIT）太阳电池中，由于硅基薄膜电导率很低，为了有效收集光生电流，需要在顶层的非晶硅薄膜层上沉积透明导电膜作为前级接触层。目前，透明导电膜在硅薄膜太阳能电池和单晶硅/薄膜硅异质结太阳电池中的应用绝大部分仍停留在氧化铟锡（ITO）材料上，而ITO透明导电膜先天有毒的致命缺陷，终将被AZO透明导电膜所取代。此外，由于AZO透明导电膜作为背反电极和窗口电极，它的电阻率、透过率以及抗反射能力直接影响太阳电池的填充因子（FF）和短路电流密度（Jsc），特别是制备AZO薄膜时的沉积温度对非晶硅薄膜提供的钝化质量以及对非晶硅薄膜本身的破坏影响非常重要。由于传统透明导电膜主要基于玻璃等衬底生长，对衬底破坏未加考虑，为此对其在硅薄膜上生长进行研究，通过改善工艺，降低传统工艺条件对硅基薄膜的破坏，同时进一步降低透明导电膜电阻率，提高电池效率。因此对AZO透明导电膜在单晶硅/薄膜硅异质结太阳电池中的应用具有很强的理论研究和实际应用价值。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于硅基薄膜衬底制备透明导电薄膜的方法，包括以下几个步骤： 

步骤A、将靶材装入溅射靶中，将基片洗净后放入基片架上，抽真空，使基片能随基片架在溅射靶材上方直线往复动态沉积，获得薄膜；

步骤B、将所述基片加热，并于真空室内通入溅射气体，调节真空室压强。

优选的，所述步骤B中，所述基片加热的温度为50℃。

优选的，所述溅射气体为氢气和氩气，其中，通入氩气的速度为100sccm。

优选的，所述真空室压强为0.65Pa。

优选的，溅射靶材的射频功率为300W-1200W。

优选的，所述衬底采用硅基薄膜

优选的，所述靶材采用AZO陶瓷靶。

优选的，所述溅射气压为0.65Pa，温度为100℃-250℃。

优选的，氢气在所述溅射气体中的体积比0-6%。

本发明涉及一种在硅基薄膜衬底上制备透明导电膜的方法。该方法采用射频磁控溅射方法，在溅射气氛中通入一定比例氢气制备AZO（铝掺氧化锌）薄膜。在低温条件下，氢化处理能显著提高迁移率、载流子浓度，从而降低薄膜电阻率；氢化处理后薄膜结晶得到改善，并保持良好的C轴择优取向结构；在低射频功率条件下，消除传统工艺条件对硅基薄膜的破坏。本发明可以通过磁控溅射法在硅基薄膜衬底上低温、低功率制备高质量的透明导电膜，能够实现作为硅薄膜太阳能电池和单晶硅/薄膜硅异质结太阳电池前级窗口电极的应用。

附图说明

图1实施例1中，不同溅射功率下制备AZO薄膜的X射线衍射谱。