[发明专利]一种周期性结构的绒面透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于薄膜太阳电池的透明导电薄膜的制备技术，尤其是一种周期性结构的绒面透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，能源安全和环境保护已成为全球化的问题。世界许多国家把发展可再生能源作为缓解能源供应矛盾、应对气候变化的重要措施，并制定了发展战略，提出了明确的发展目标和相应的激励政策。光伏发电是国际公认的解决能源缺乏与环境污染问题的有效途径之一。光伏发电的载体是太阳电池，而能使太阳电池成为未来能源重要组成部分的关键是要将光伏发电成本降到与常规能源相当。

透明导电薄膜作为太阳电池的重要组成部分，其绒度特性对电池的性能影响至关重要。当前薄膜电池中应用最为广泛的透明导电氧化物（TCO）薄膜是F掺杂SnO₂薄膜（SnO₂:F）和Sn掺杂In₂O₃薄膜（In₂O₃:Sn）。F掺杂SnO₂薄膜通常是利用常压CVD（APCVD）技术制备，生长温度较高（~500℃），具有一定的绒面结构，但此种类型TCO不利于低温沉积和强H等离子体环境中生长的薄膜电池材料而言，限制了其进一步应用。而Sn掺杂In₂O₃薄膜，其薄膜组成中的In元素稀有且成本较高，且不容易获得粗糙的表面形貌，在强H等离子体环境中性能容易恶化，也限制了其在薄膜太阳电池中的广泛应用。相比于In₂O₃和SnO₂薄膜材料，ZnO薄膜具有源材料丰富，无毒且相对生长温度低和在强H等离子体环境中性能稳定等特点获得了广泛研究和应用。研究表明：对于Si基薄膜太阳电池（非晶硅电池、微晶硅电池以及硅基薄膜多结叠层电池）来说，TCO薄膜的陷光作用对器件性能的影响尤为重要。陷光的结构可以提高光散射能力，增加入射光的光程。因此，陷光结构的应用可以有效增强本征层的光学吸收，提高短路电流密度，从而提高电池效率，而且更为重要的是：陷光的引入，可以减薄电池有源层的厚度，这对降低成本是非常重要的。

目前制备带有陷光结构的透明导电薄膜的方法主要是随机绒面的透明导电薄膜，随机绒面主要是通过对溅射产生的掺杂ZnO（ZnO：Al、ZnO：Ga、ZnO：B、ZnO：H 、ZnO：Mo或ZnO：W）薄膜进行湿法腐蚀处理得到“弹坑状”的陷光结构，从而提高对入射光的散射，增加有源层对光的吸收。但是，对于溅射技术制备ZnO薄膜进行湿法后腐蚀要想得到很好的陷光，其“弹坑状”的特征尺寸以及粗糙度需要很大，而这样的ZnO薄膜只能高温溅射（大于250oC）。这样一方面限制了电池应用的衬底，另一方面也提高了制备电池的成本。

发明内容

本发明目的是为克服现有技术的上述不足，提供一种周期性结构的绒面透明导电薄膜及其制备方法，该方法中的周期性结构的氧化锌透明导电薄膜具有良好的陷光效果，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。

本发明的技术方案：

一种周期性结构的绒面透明导电薄膜，包括衬底层、起模板作用的第一层ZnO薄膜和起修饰作用的第二层ZnO薄膜并依次形成叠层结构，衬底层为硬质衬底玻璃，ZnO薄膜为掺杂氧化锌n型半导体材料，包括ZnO：H、 ZnO：Al、ZnO：Ga、ZnO：B、ZnO：H、ZnO：Mo和ZnO：W中的至少一种，其中第一层ZnO薄膜厚度为300-1500nm，第二层ZnO薄膜的厚度为400-1000nm，构成具有宽光谱散射作用的周期性结构的绒面透明导电薄膜，周期性结构的ZnO绒面透明导电薄膜的均方根粗糙度为30-250 nm。

一种所述周期性结构的绒面透明导电薄膜的制备方法，利用水浴方法组装PS微球，用O₂等离子刻蚀PS微球，利用PS微球的模板作用，得到具有周期性结构的陷光ZnO透明导电薄膜，步骤如下：

1）将玻璃衬底浸泡在H₂SO₄与H₂O₂的体积比为2:1的混合溶液里进行亲水处理，处理时间为2-10小时；

2）把上述玻璃衬底放在水平台上，将粒径为1-5μm、浓度为5wt%的聚苯乙烯微球乳胶溶液垂直滴在玻璃衬底上，溶液慢慢扩散开使乙烯微球不均匀散布于玻璃衬底上，然后把玻璃衬底放在水蒸气上进行自组装，经过30min的水浴，玻璃衬底上的形成单层六方密排的聚苯乙烯微球；