[发明专利]一种绒面结构ZnO-TCO薄膜的制备方法及其应用

说明书

技术领域

 本发明涉及太阳电池透明导电氧化物薄膜，特别是一种绒面结构ZnO-TCO薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

氢化非晶硅（a-Si:H）的光学带宽为1.7 eV左右，其吸收系数在短波方向较高，而氢化微晶硅（μc-Si:H）的光学带宽约为1.1 eV，其吸收系数在长波方向较高，并能吸收到近红外长波区域，吸收波长可扩展至1100nm，这就使太阳光谱能得到更好利用。此外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料结构有序性程度高，因此，微晶硅薄膜电池具有很好的器件稳定性，无明显衰退现象。由此可见，微晶硅薄膜太阳电池可较好地利用太阳光谱的近红外光区域，而新型非晶硅/微晶硅（a-Si:H/μc-Si:H）叠层薄膜太阳电池将扩展太阳光谱应用范围，整体提高电池稳定性和效率，参见：J. Meier, S. Dubail, R. Platz, etc. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 49 (1997) 35; Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, etc, Thin Solid Films 403-404 (2002) 179。

晶粒尺寸对可比拟波长的光具有良好的散射作用。研究表明，绒面结构（textured structure）透明导电氧化物━TCO薄膜的应用可以增强光散射作用，改善陷光效果，它对提高Si基薄膜太阳电池的效率和稳定性（SW效应）起到决定性的影响，参见：A. V. Shah, H. Schade, M. Vanecek, etc, Progress in Photovoltaics, 12 (2004) 113。绒面结构主要与薄膜的晶粒尺寸，晶粒形状和粗糙度等因素有关。

MOCVD（metal organic chemical vapor deposition━MOCVD，即金属有机物化学气相沉积）技术可直接生长出绒面结构的ZnO薄膜，参见：X.L. Chen, X.H. Geng, J.M. Xue, etc. J. Cryst. Growth, 296 (2006) 43；陈新亮，薛俊明，孙建等，半导体学报，2007，28（7）：1072；W.W. Wenas, A. Yamada, K. Takahashi, etc, J. Appl. Phys. 70 (1991) 7119；S. Fa?, U. Kroll, C. Bucher, etc, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 86 (2005) 385；S. Fa?, L. Feitknecht, R. Schluchter, etc, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90 (2006) 2960。薄膜生长过程为无粒子轰击的热分解过程，沉积温度低（~423 K）；可以实现高速度、大面积且均匀的ZnO薄膜生长，符合产业化发展要求。典型的MOCVD-ZnO薄膜的表面形貌，晶粒呈现“类金字塔” 状，XRD衍射谱中对应（110）峰择优取向，特征晶粒尺寸~300-500 nm，平均粗糙度σ_rms=40-80 nm，电阻率ρ~1.5-3×10^-3 Ωcm。