CN101997039A - 一种太阳能电池用减反射材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用减反射材料及其制备方法。该减反射材料为氧化铒-氧化铝(Er2O3-Al2O3)复合材料，其中Al2O3的含量为20～30%，此减反射材料是稳定的非晶复合氧化物材料。采用射频磁控溅射制备，溅射靶为Er2O3和Al2O3混合陶瓷靶，在P型Si(100)衬底上制备得到ErAlO非晶减反射氧化物薄膜。本发明的太阳能电池用减反射材料有可调节的折射率，优良的减反射效果，和良好热稳定性、光学特性。

Description

一种太阳能电池用减反射材料及其制备方法
技术领域
本发明属半导体领域，尤其涉及光电类材料的应用领域，具体涉及一种减反射材料及其制备方法，该发明利用射频磁控溅射法制备了非晶Er2O3-Al2O3(ErAlO)减反射复合氧化物薄膜。本发明提供了一种取代传统减反射材料SiO2 、TiO2等的新型减反射候选材料，并提供了其制备方法。
背景技术
太阳能电池是光伏发电系统中最基本的元件，是把太阳能直接转变成电能的器件[1-3]。为了提高光电转换效率，近年来, 太阳能新材料（如减反射材料、半导体材料、电极材料等）的开发研究在世界范围内形成了热潮， 取得了令人瞩目的进展[1]。随着各种新型太阳能电池材料和各种新型电池结构的不断研究和发现，传统的减反射材料逐渐显现出无法克服的缺点，如SiO2和MgF2的折射率太小，TiO2、Ta2O5等的禁带宽度太窄, MgF2、TiO2、Ta2O5还不能有效地钝化Si表面等[4]，寻找新的高性能减反射薄膜材料，已成为研究的热点[5-8]。
文献表明，电介质材料稀土氧化物如Er2O3 Tm2O3、Ho2O3等也是一种很有应用前景的新型减反射材料[8-10]:非常大的禁带宽度（5-7eV），在太阳光的所有波长范围内，从红外到紫外所有波长的光都透明；适当的折射系数；足够大的机械强度和以致连钢针都不能把其表面刮伤的足够的硬度；与硅、锗和石英等表面优良的附着性能；非常好的化学稳定性和热稳定性。Er2O3等属于Mn2O3或bixbyte立方结构，且其晶格常数和Si的晶格常数的两倍比较接近，容易制备和Si形成陡峭的界面，减少由于光生载流子的界面复合而产生的漏电流。但是，稀土金属价格昂贵，而且，Er2O3热稳定性较差。而掺Al2O3可以大幅降低Er2O3等减反射薄膜的价格，还有望提高其热稳定性，所以ErAlO适合作为太阳能电池等的新型减反射涂层。
目前关于稀土氧化物薄膜作为减反射材料的研究工作，报导还较少，有关这类材料的研究工作尚处于初期阶段，仅涉及到反射率等一些最初始的结果，仍然有许多问题值得进一步开展研究。而且，ErAlO减反射薄膜的研究还未见报道。 
参考文献：
[1] Report of the basic energy sciences workshops on solar energy utilization, April, 2005. http://www.sc.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf.
[2] Facing Our Energy Challenges in a New Era of Science, June 5, 2007, http://www.sc.doe.gov/bes/presentations/recent.html 
[3]刘恩科，光电池及其应用，1991年，科学出版社。
[4] G. Armin. Aberle, Solar Energy Materials & Solar Cells, 65 (2001) 239-248.
[5] C. Rachid, M. Bedra, and S. Yasmina, Phys.Stat.Sol. (a) 205, No.7, (2008),1724–1728.
[6] N. Kensuke, H. Susumu, O. Keisuke, M. Hideki, Solar Energy Materials & Solar Cells, 92 (2008) 919– 922.
[7] K.P. Bhuvana, J. Elanchezhiyan, N. Gopalakrishnan, T. Balasubramanian, Journal of Alloys and Compounds, 2008, article online.
[8] J. M. Khoshman, A. Khan, M. E. Kordesch, Surface & Coatings Technology, 202 (2008), 2500-2502.
[9] V. A. Rozhkov and M. A. Rodionov，“Antireflection Properties of Erbium Oxide Films”Technical Physics Letters, Volume 31, Nomber 1, 2005, Pages 77–78。
[10] V.A. Rozhkov, M.A. Rodionov, M.B. Shalimova, A.V.Pashin,A.M. Guryanov，Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2004. № 4 (34)112-123.
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体工艺中取代SiO2、TiO2等的减反射材料及其制备方法。
本发明的技术方案
一种太阳能电池用减反射材料为氧化铒-氧化铝（Er2O3-Al2O3，ErAlO）复合材料，其中Al2O3的含量为20～30%，此减反射材料是稳定的非晶复合氧化物材料。
上述的一种太阳能电池用减反射材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）、将Er2O3与Al2O3按比例混合制成陶瓷靶材； 
（2）、硅片生长前先用去离子水超声清洗10 min，再用浓度为1 %的HF酸腐蚀30s以去除Si(100)衬底的表面自然氧化层，将清洗好的Si(100)衬底送进生长室；
（3）、用磁控溅射的方法将步骤（1）所得的陶瓷靶材置于步骤（2）所得的P型Si(100)衬底上以制备Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜，衬底的电阻率为2～10Ωcm，射频功率为40W，溅射气体为Ar和O2，氧分压比P=P(O2)/((P(O2)+P(Ar))为1%，工作气压为1.0Pa，生长完成后得到Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜厚度为90nm；
随着薄膜中Al2O3含量的不同，折射率是可以调节的,当 Al2O3掺入量的摩尔数比例从20%增加到30%时，薄膜的折射率可以从1.68调节到1.83；
（4）、将步骤（3）所得的Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜经900℃氧气退火处理，即得本发明的太阳能电池用减反射材料。
本发明的有益效果
本发明的一种太阳能电池用减反射材料经XRD测量显示这种材料具有良好的热稳定性；椭偏仪测试表明ErAlO薄膜具有良好的适当的折射率，可见-紫外光谱测试表明这一薄膜具有优良的减反射效果。研究结果表明，非晶ErAlO薄膜是一种很有希望取代SiO2等传统减反射薄膜的新型反射材料，这种复合材料解决了Er2O3价格高、热稳定性较差的缺点，同时保留了它优良的光学性质的优点，这种材料作为新型减反射材料极有应用前景。
减反射薄膜的一个重要性质是应该有优良的热稳定性。热稳定性方面的考虑不仅仅是器件本身有可能会工作于高温度的环境，而且太阳能电池的制造过程本身就会使用到900℃这么高的注入杂质激活的热处理过程。热稳定性的好坏对减反射材料是否兼容于太阳能电池的制造工艺有着关键性的作用，然而大多数非晶氧化物，在高温退火后会趋向于变成多晶氧化物，因为晶粒间的光散射会导致光能的损失，从而降低电池的光电转化效率。用本发明制作的ErAlO薄膜实验结果表明为非晶材料，并具有良好的热稳定性。
减反射薄膜最重要的性质是应该有合适的折射率和优良的减反射性能。对于硅光电池来讲，如果光直接从空气射入电池，那么最合适的减反射薄膜的折射率应该在1.8～1.9，但一般材料的折射率都比这个数值小。ErAlO薄膜的折射率，在光电池利用率最高的可见光范围（400～760nm）有合适的折射率，而且，随着薄膜中Al2O3含量的不同，折射率是可以调节的，这是这一薄膜的一大优势。镀有ErAlO薄膜的硅片的反射率在可见光范围可以降低到5%以下，和没有减反射膜的硅片反射率30%～40%相比，将大幅度降低硅太阳能电池的光反射。
本发明的优点是这种减反射材料及其制备方法因为其原料较为简单，制作工艺可应用于规模化生产，与现有的大规模半导体生产工艺匹配，很有希望取代现在的Si02形成广泛应用，从而对半导体、太阳能产业起到促进作用。
附图说明
图1、实施例1（ErAlO）薄膜900度退火前后的XRD谱
图2、实施例2(Er2O3)薄膜（Al2O3含量为0%的ErAlO薄膜）900度退火后的XRD谱
图3、用椭偏仪测得的实施例1(ErAlO)和实施例2(Er2O3)薄膜的折射率n随入射波长λ的关系曲线
图4、实施例1（ErAlO/Si）和实施例2（Er2O3/Si）的反射率图谱
图5、实施例3含20%Al2O3的ErAlO薄膜的折射率n随入射波长λ的关系曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进行具体的阐述，但并不限制本发明。
本发明的实施例采用JGP500D型超高真空多功能磁控溅射设备制备ErAlO薄膜。
用X射线衍射（XRD）表征薄膜的结构。
薄膜的光学性质用椭圆偏振仪测定。
实施例1
一种太阳能电池用减反射材料，即Al2O3的摩尔数百分比为30%的ErAlO非晶复合氧化物薄膜。
Er2O3/Al2O3为7:3的混合陶瓷靶在P型Si(100)衬底上溅射形成；选用的硅片电阻率为2～10 Ω·cm，衬底温度为室温，生长前需经过表面处理。射频功率为40 W，溅射气体为Ar和O2，氧分压比P=P(O2)/((P(O2)+P(Ar))为1 %，工作气压为1.0 Pa。电阻率2～10 Ω·cm的P型(100)硅片生长前先用去离子水超声清洗10 min，再用浓度为1 %的HF酸腐蚀30 s以去除Si衬底的表面自然氧化层，最后将其送进生长室。所得到的ErAlO薄膜厚度为90 nm，在一个大气压下，氧气流量为150 L/h的退火炉中进行退火处理，退火时间为30 min，退火温度为900 ℃。
实施例2
一种太阳能电池用减反射材料，即Al2O3的摩尔数百分比为0%的ErAlO非晶氧化物薄膜。
Er2O3陶瓷靶在P型Si(100)衬底上溅射形成；选用的硅片电阻率为2～10 Ω·cm，衬底温度为室温，生长前需经过表面处理。射频功率为40 W，溅射气体为Ar和O2，氧分压比P=P(O2)/((P(O2)+P(Ar))为1 %，工作气压为1.0 Pa。电阻率2～10 Ω·cm的P型(100)硅片生长前先用去离子水超声清洗10 min，再用浓度为1 %的HF酸腐蚀30 s以去除Si衬底的表面自然氧化层，最后将其送进生长室。所得到的ErAlO薄膜厚度为90 nm，在一个大气压下，氧气流量为150 L/h的退火炉中进行退火处理，退火时间为30 min，退火温度为900 ℃。
实施例3
改变了ErAlO薄膜中Al2O3的含量，用Al2O3摩尔含量为20%的Al2O3-Er2O3混合陶瓷靶作为溅射靶，其他制作条件与实施例1相同。
图1为实施例1的薄膜900℃退火前后的XRD谱，从图1中可以看出实施例1的薄膜没有任何特征衍射峰出现，表明，当衬底温度为室温时，利用射频溅射法在Si(100)衬底上沉积的ErAlO薄膜处于非晶状态。薄膜在900℃退火过程中没有发生明显的晶化现象。
图2是实施例2的XRD图谱，不管是在氮气氛下还是在氧气氛下，900 ℃退火之后，Er2O3薄膜XRD分析显示出现了硅酸盐衍射峰，样品在高温下退火都是不稳定的，显然，Al2O3的加入，极大的改善了Er2O3薄膜的热稳定性和化学稳定性。
图3（a）（b）分别是用椭偏仪测得的实施例1（ErAlO）和实施例2（Er2O3）薄膜退火前的折射率n随入射波长λ的关系曲线（退火前后折射率几乎没有变化）。在400～760nm范围内ErAlO的折射率为1.77～1.83，特别是在光辐射最强的600nm附近，其折射率为1.8，这样的折射率非常适合作为硅太阳能电池的减反射涂层。和未掺杂Al2O3的Er2O3薄膜折射率（400～760nm范围内的折射率为1.66～1.71）相比，ErAlO的折射率更适合做为硅太阳能电池的减反射薄膜，而且，根据实际需要的不同，其折射率还可以随着薄膜化学组分的不同进行调节。
图4是实施例1（ErAlO/Si）和实施例2（Er2O3/Si）退火前的反射率图谱（退火前后折射率几乎没有变化），为了比较，清洁Si衬底的反射率图谱也显示在图4中。由图4可以看出，镀有ErAlO薄膜的硅片的反射率在可见光范围为0.5%～5%，和没有减反射膜的硅片反射率30%～40%以及硅为衬底的Er2O3薄膜3%～20%相比，ErAlO薄膜大幅度降低了硅表面的光反射，减反射效果明显好于Er2O3薄膜，也比文献报道的传统的减反射薄膜SiO2、TiO2的减反射效果好。说明ErAlO薄膜可以是一种很有应用前景的太阳能电池用减反射材料。
图5为含20%的Al2O3的ErAlO薄膜的折射率n随入射波长λ的关系曲线，折射率在400～1000nm范围为1.73～1.80。其反射率结果与实施例1的ErAlO薄膜（实施例1）类似，反射率均小于5%，表现出良好的减反射效果。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能电池用减反射材料，其特征在于该减反射材料为氧化铒-氧化铝（Er2O3-Al2O3）复合材料，其中Al2O3的含量为20～30%。
2.如权利要求1所述的太阳能电池用减反射材料，其特征在于该减反射材料是稳定的非晶复合氧化物材料。
3.如权利要求1所述的太阳能电池用减反射材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 
（1）、将Er2O3与Al2O3按比例混合制成陶瓷靶材； 
（2）、硅片生长前先用去离子水超声清洗10min，再用浓度为1%的HF酸腐蚀30s以去除Si(100)衬底的表面自然氧化层，将清洗好的Si(100)衬底送进生长室；
（3）、用磁控溅射的方法将步骤（1）所得的陶瓷靶材置于步骤（2）所得的P型Si(100)衬底上以制备Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜，衬底的电阻率为2～10Ωcm，射频功率为40W，溅射气体为Ar和O2，氧分压比P=P(O2)/((P(O2)+P(Ar))为1%，工作气压为1.0Pa，生长完成后得到Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜；
（4）、将步骤（3）所得的Er2O3与Al2O3复合氧化物薄膜经900℃氧气退火处理，即得本发明的太阳能电池用减反射材料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746007A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 通用光伏能源(烟台)有限公司 一种p型晶体硅太阳能电池的钝化层及其钝化工艺
CN104409640A (zh) * 2014-11-13 2015-03-11 无锡中洁能源技术有限公司 宽光谱太阳能电池材料及其制备方法
CN112147722A (zh) * 2020-09-17 2020-12-29 杜遇婷 一种光伏玻璃用的增透膜及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11250834A (ja) * 1998-03-03 1999-09-17 Hitachi Ltd カラー陰極線管
US20050161663A1 (en) * 2000-08-08 2005-07-28 Atanackovic Petar B. Rare earth-oxides, rare earth -nitrides, rare earth -phosphides and ternary alloys with silicon
US20060169316A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-03 Guardian Industries Corp. Solar cell low iron patterned glass and method of making same
CN101462826A (zh) * 2008-12-31 2009-06-24 中国南玻集团股份有限公司 中性灰色玻璃
CN101635308A (zh) * 2009-08-27 2010-01-27 绍兴文理学院 高k栅介质材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11250834A (ja) * 1998-03-03 1999-09-17 Hitachi Ltd カラー陰極線管
US20050161663A1 (en) * 2000-08-08 2005-07-28 Atanackovic Petar B. Rare earth-oxides, rare earth -nitrides, rare earth -phosphides and ternary alloys with silicon
US20060169316A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-03 Guardian Industries Corp. Solar cell low iron patterned glass and method of making same
CN101462826A (zh) * 2008-12-31 2009-06-24 中国南玻集团股份有限公司 中性灰色玻璃
CN101635308A (zh) * 2009-08-27 2010-01-27 绍兴文理学院 高k栅介质材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Technical Physics Letters》 20050131 V.A.Rozhkov,M.A.Rodionov 《Antireflection properties of erbium oxide films》 77-78 1-3 第31卷, 第1期 2 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103746007A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 通用光伏能源(烟台)有限公司 一种p型晶体硅太阳能电池的钝化层及其钝化工艺
CN104409640A (zh) * 2014-11-13 2015-03-11 无锡中洁能源技术有限公司 宽光谱太阳能电池材料及其制备方法
CN112147722A (zh) * 2020-09-17 2020-12-29 杜遇婷 一种光伏玻璃用的增透膜及其制备方法和应用

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