CN101497992A - 用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法 - Google Patents

用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法 Download PDF

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用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法属于玻璃加工和薄膜太阳能光伏电池领域。ZnO绒面导电玻璃是实现光伏建筑一体化的关键材料，是提高硅薄膜太阳能光伏电池转换率的重要前提。本发明的特征在于一种用等离子体轰击制备绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于(1)用等离子体首先对玻璃基片进行前处理轰击，在玻璃表面形成绒面；(2)然后在绒面玻璃表面用磁控溅射镀SiO2隔离过渡层，再在SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜；(3)最后再用等离子体轰击ZnO膜面，形成ZnO绒面透明导电玻璃。制备的ZnO绒面透明导电玻璃的绒度4－9％，可见光总透射率≥75％，方块电阻8－20Ω/□。

Description

用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法
技术领域
本发明是一种ZnO绒面透明导电玻璃及其制备方法，用于薄膜太阳能光伏电池，属于玻璃加工、薄膜太阳能光伏电池和光伏建筑一体化材料制造的技术领域。
背景技术
透明导电镀膜玻璃通常用做薄膜太阳能电池、液晶显示器、等离子显示的前电极，其中绒面结构的玻璃基氧化物透明导电膜能够对透射的可见光反射、折射和散射，将入射到薄膜中的光线分散到各个角度，从而增加光在薄膜太阳电池吸收层的光程，增加薄膜对光的吸收量；因此，绒面结构的玻璃基氧化物透明导电膜是提高硅薄膜太阳能光伏电池转换率的重要前提，也是实现光伏建筑一体化的关键材料。
目前已经有产业化生产的掺氟二氧化锡(FTO)绒面透明导电玻璃。但是，FTO薄膜有毒、价格昂贵、成本高，产业化生产过程中形成的废气会造成大气污染；特别是在沉积硅薄膜时，Sn+4容易被氢等离子体还原，降低硅薄膜太阳能光伏电池的性能，限制了它在硅薄膜太阳电池中的使用。
ZnO透明导电薄膜价格便宜、原材料丰富、具有氧化物透明导电膜的特点和用途，特别是在氢等离子体环境中具有良好的稳定性，是掺氟二氧化锡绒面透明导电玻璃的替代品，受到了广泛的重视。通过文献检索发现，目前制备ZnO绒面透明导电膜的方法有：一是先用磁控溅射工艺在玻璃上镀光滑的ZnO薄膜，然后离线用酸腐蚀的方法形成绒面；二是在高基片温度和高溅射气压环境下沉积ZnO薄膜产生绒面。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，以及得到性能良好ZnO绒面透明导电玻璃的工艺条件。
技术方案：ZnO绒面导电玻璃是实现光伏建筑一体化的关键材料，是提高硅薄膜太阳能光伏电池转换率的重要前提。
本发明具体涉及一种用等离子体轰击制备绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的方法，用磁控溅射方法在玻璃上镀ZnO膜，然后用等离子体轰击膜制备绒面，其制备方法是：
a.用等离子体首先对玻璃基片进行前处理轰击，在玻璃表面形成绒面；
b.在绒面玻璃表面用磁控溅射镀SiO2隔离过渡层，再在SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜；
c.在线等离子体轰击ZnO膜面，形成ZnO绒面透明导电玻璃。
等离子体轰击玻璃基片的气体电离电压为100-8000伏、离子聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA；等离子体轰击真空度为1.0 X 10-2—1Pa。
等离子体轰击玻璃基ZnO透明导电膜的气体电离电压100-8000伏、离子聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA、等离子体轰击真空度为1.0 X 10-2—1Pa。
在玻璃与绒面导电膜之间SiO2过渡层的厚度为10-50nm，ZnO薄膜的厚度为400nm～1000nm，可见光总透射率≥75％，方块电阻8-20Ω/□，绒度4-9％。
溅射镀氧化锌膜的工作气压<8Pa，溅射靶材是相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材。
所述的氧化物透明导电膜是铝掺杂的ZnO，隔离过渡层是SiO2，二者的厚度分别是400nm～1000nm和10-50nm。
有益效果：本发明采用等离子体轰击ZnO膜形成ZnO绒面透明导电玻璃，不采用酸腐蚀ZnO膜面来形成绒面结构，可以在线一体化连续生产ZnO绒面透明导电玻璃，避免了废酸对水源的污染。本发明制备的绒面结构ZnO玻璃基透明导电膜能够对透射的可见光反射、折射和散射，将入射到薄膜中的光线分散到各个角度，从而增加光在薄膜太阳电池吸收层的光程，增加薄膜对光的吸收量。它是提高硅薄膜太阳能光伏电池转换率的重要前提；也是实现光伏建筑一体化的关键材料。
具体实施方式
其制备方法是：
a.用等离子体首先对玻璃基片进行前处理轰击，在玻璃表面形成绒面；
b.在绒面玻璃表面用磁控溅射镀SiO2隔离过渡层，再在SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜；
c.在线等离子体轰击ZnO膜面，形成ZnO绒面透明导电玻璃。
其等离子体轰击产生ZnO绒面结构的参数特征是：等离子体轰击玻璃基片的气体电离电压为100-8000伏、聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA；等离子体轰击玻璃基ZnO透明导电膜的气体电离电压100-8000伏、聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA、等离子体轰击真空度为1.0 X 10-2—1Pa。
其得到的样品特征是：在玻璃与绒面导电膜之间镀10-50nm厚SiO2过渡层，ZnO膜层的厚度为400nm～1000nm，可见光总透射率≥75％，方块电阻8-20Ω/□，绒度4-9％。
其镀ZnO薄膜的工艺特征是：磁控溅射镀氧化锌膜的工作气压<8Pa，溅射靶材是相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材。
实施例1：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5X10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在0.03Pa的高纯氩气环境下，用2000V电压电离氩气；在聚焦电压为1500V、氩离子束流为100μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚30nm。
5)在0.35Pa的高纯氩气环境下，在SiO2隔离过渡层面上溅射镀ZnO薄膜。
6)在0.1Pa的高纯氩气环境下，用2000V电压电离氩气；在聚焦电压为2500V、氩离子束流为120μA的条件下，用等离子体轰击ZnO薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚450nm，可见光总透射率为81％，绒度5％，方块电阻为19.8Ω/□。
实施例2：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5 X 10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在0.08Pa的高纯氩气环境下，用2400V电压电离氩气；在聚焦电压为1800V、氩离子束流为130μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚40nm。
5)在0.35Pa的高纯氩气环境下，在镀SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜。
6)在0.12Pa的高纯氩气环境下，用2600V电压电离氩气；在聚焦电压为3800V、氩离子束流为150μA的条件下，用等离子体轰击ZnO:Al薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚550nm，可见光总透射率为80％，绒度6％，方块电阻为17.2Ω/□。
实施例3：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5 X 10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在0.1Pa的高纯氩气环境下，用3000V电压电离氩气；在聚焦电压为2800V、氩离子束流为330μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚50nm。
5)在0.35Pa的高纯氩气环境下，在镀SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜。
6)在0.16Pa的高纯氩气环境下，用4600V电压电离氩气；在聚焦电压为4500V、氩离子束流为260μA的条件下，用等离子体轰击ZnO薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚650nm，可见光总透射率为78％，绒度8％，方块电阻为16Ω/□。
实施例4：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5 X 10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在0.15Pa的高纯氩气环境下，用3800V电压电离氩气；在聚焦电压为3000V、氩离子束流为350μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚50nm。
5)在0.55Pa的高纯氩气环境下，在镀SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜。
6)在0.2Pa的高纯氩气环境下，用4600V电压电离氩气；在聚焦电压为4500V、氩离子束流为260μA的条件下，用等离子体轰击ZnO薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚710nm，可见光总透射率为77.1％，绒度8％，方块电阻为13Ω/□。
实施例5：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5 X 10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在0.9Pa的高纯氩气环境下，用1800V电压电离氩气；在聚焦电压为1000V、氩离子束流为450μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚20nm。
5)在0.85Pa的高纯氩气环境下，在镀SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜。
6)在0.8Pa的高纯氩气环境下，用6600V电压电离氩气；在聚焦电压为5500V、氩离子束流为460μA的条件下，用等离子体轰击ZnO薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚910nm，可见光总透射率为75.1％，绒度9％，方块电阻为9Ω/□。
实施例6：用高纯氩气为等离子体和溅射镀膜的工作气体。
1)首先对待镀膜玻璃基片进行清洗、干燥；
2)将干燥玻璃基片放在背底真空为≤2.5 X 10-3Pa的真空室里。真空室有等离子体产生源、溅射靶(安装相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材)。
3)在2.0Pa的高纯氩气环境下，用3000V电压电离氩气；在聚焦电压为1500V、氩离子束流为480μA的条件下，用等离子体轰击玻璃表面3分钟。
4)在0.35Pa的高纯氩气环境下，镀SiO2隔离过渡层，膜厚20nm。
5)在1.0Pa的高纯氩气环境下，在镀SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜。
6)在3.8Pa的高纯氩气环境下，用6600V电压电离氩气；在聚焦电压为5500V、氩离子束流为460μA的条件下，用等离子体轰击ZnO薄膜5分钟。
得到的绒面ZnO透明导电镀膜玻璃的性能如下：绒面膜厚980nm，可见光总透射率为76.0％，绒度8％，方块电阻为8Ω/□。
本发明的制备方法中，磁控溅射镀ZnO透明导电膜玻璃是一个成熟的方法，所采用的真空和溅射镀膜工作氩气压也是常规的工艺参数。绒度(雾度)为透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。若用T代表ZnO透明导电镀膜玻璃总的透过率，D代表散射透过率，则雾度计算公式可表示为；Haze＝D/T×100％。ZnO透明导电薄膜的Haze主要影响薄膜电池的Jsc和FF，有助于提升电池Voc。

Claims (5)

1.一种用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.用等离子体首先对玻璃基片进行前处理轰击，在玻璃表面形成绒面；
b.在绒面玻璃表面用磁控溅射镀SiO2隔离过渡层，再在SiO2隔离过渡层上溅射镀ZnO薄膜；
c.在线等离子体轰击ZnO膜面，形成ZnO绒面透明导电玻璃。
2.根据权利要求1所述的用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于等离子体轰击玻璃基片的气体电离电压为100-8000伏、离子聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA；等离子体轰击真空度为1.0 X 10-2—1Pa。
3.根据权利要求1所述的用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于等离子体轰击玻璃基ZnO透明导电膜的气体电离电压100-8000伏、离子聚焦电压为100-8000伏、等离子体束流为≤500μA、等离子体轰击真空度为1.0 X 10-2—1Pa。
4.根据权利要求1所述的用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于在玻璃与绒面导电膜之间SiO2过渡层的厚度为10-50nm，ZnO薄膜的厚度为400nm～1000nm，可见光总透射率≥75％，方块电阻8-20Ω/□，绒度4-9％。
5.根据权利要求1所述的用等离子体轰击制备绒面氧化锌透明导电镀膜玻璃的方法，其特征在于溅射镀氧化锌膜的工作气压<8Pa，溅射靶材是相对密度>95％的铝掺杂ZnO靶材。
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