[发明专利]铝掺杂氧化锌透明导电薄膜、制备方法及薄膜太阳能电池

说明书

本公开提供了一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括：以二水合乙酸锌为溶质，六水合三氯化铝为掺杂剂，无水乙醇为溶剂，配置先驱液；利用先驱液在衬底上形成薄膜；将薄膜在氮气气氛进行热处理；以及将薄膜在氮气和氢气的合成气氛中进行热处理。本公开还提供了一种利用上述方法制备的铝掺杂氧化锌透明导电薄膜以及利用氧化锌薄膜作为阳电极制备的薄膜太阳能电池。本公开铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法具有低公害、制造工艺简便、以及成本低廉等优点；铝掺杂氧化锌薄膜具有优良的导电性能、高可见光透过率以及平坦的表面；以铝掺杂氧化锌薄膜作为阳电极的非晶硅单结薄膜太阳能电池具有约7％的转换效率。

技术领域

本公开属于光电子技术领域，尤其涉及一种铝掺杂氧化锌(ZnO：Al)透明导电薄膜、制备方法及薄膜太阳能电池。

背景技术

透明导电薄膜对于薄膜电子器件是一种非常关键的材料。它是一种既具有良好的导电性，又在可见光范围具有很高的透过率的半导体材料。这些特性使其在液晶显示器、电致发光器件、薄膜太阳能电池等光电子器件中有着广泛的应用。

二十世纪五十年代，氟掺杂氧化锡(SnO₂：F)和锡掺杂氧化铟(In₂O₃：Sn)被开发出来并先后实现了工业化应用，两者均具有很高的掺杂效率，即很高的载流子浓度，因而具有优越的电学性能。但正是由于强的载流子吸收，使其对红外光具有较低的透过率，因此限制了其在红外探测器等领域的应用。另外，两者都还存在易被氢等离子体还原的问题，此问题会对等离子体增强型化学气相沉积工艺制备的薄膜硅太阳能电池产生显著的负面影响。被氢等离子体还原的金属离子或原子会扩散到光学吸收层，劣化器件性能。

由于ZnO基透明导电薄膜具有低原料成本、环境友好、耐氢等离子等优点，因此其引起了人们的广泛关注。现有的可制备出低电阻率ZnO基透明导电薄膜的方法包括磁控溅射法和金属有机化合物气相沉积法等物理方法，但是这些方法都需要昂贵的大型的真空设备。而溶胶-凝胶法具备非真空薄膜生长环境、多样化制膜方法、在粗糙衬底上可实现平坦表面等特点，具备科学研究和商业应用的价值。虽然目前已有使用溶胶-凝胶法得到具有低电阻率的ZnO基透明导电薄膜的技术，但是目前普遍采用乙二醇甲醚(2-methoxyethano)、甲醇(methanol)等有毒有机溶剂。另外，目前很少有将溶胶-凝胶法制备的ZnO基透明导电薄膜作为透明电极应用到薄膜太阳能电池中并获得较好的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，具有低公害、制造工艺简便、以及成本低廉等优点；通过此方法得到的铝掺杂氧化锌透明导电薄膜具有优良的导电性能、高可见光透过率以及平坦的表面；此掺杂氧化锌透明导电薄膜可广泛应用于液晶显示器、电致发光器件、薄膜太阳能电池等光电子器件。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括：以二水合乙酸锌为溶质，六水合三氯化铝为掺杂剂，无水乙醇为溶剂，配置先驱液；利用所述先驱液在衬底上形成薄膜；将所述薄膜在氮气气氛进行热处理；以及将所述薄膜在氮气和氢气的合成气氛中进行热处理。

在本公开的一些实施例中，所述二水合乙酸锌的浓度为0.5～0.75mol/L。

在本公开的一些实施例中，所述先驱液还包含稳定剂乙醇胺，所述二水合乙酸锌和乙醇胺的摩尔比为1∶1。

在本公开的一些实施例中，所述二水合乙酸锌和六水合三氯化铝的摩尔比为0.008∶1～0.012∶1。

在本公开的一些实施例中，在将所述薄膜在氮气气氛进行热处理的步骤中，将薄膜放入一导入氮气的红外线灯加热炉中，并将薄膜在400℃～650℃的加热炉中保温1h～4h，然后薄膜随加热炉自然冷却；其中，所述氮气导入加热炉的流速为0.8～1L/min。