CN102176494A - 一种氢化imo薄膜或iwo透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法，利用磁控溅射镀膜技术制备，用陶瓷靶In2O3:MoO3或In2O3:WO3作为靶材原料，基片为玻璃衬底或聚酰亚胺衬底，溅射气体为Ar气，溅射过程中引入H2，薄膜厚度为80-200nm。本发明利用磁控溅射技术生长IMO或者IWO薄膜，在溅射过程中，引入H2，制备氢化IMO薄膜或氢化IWO透明导电薄膜，可有效提高薄膜的光电性能。检测表明：该薄膜的电阻率为2.0-8.0×10-4Ωcm，电子迁移率为30-120cm2V-1s-1，可见光和近红外区域平均透过率可达80-90%。该氢化IMO或氢化IWO透明导电薄膜应用于非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池。

Description

一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于硅薄膜太阳电池领域，特别是一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法。
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. Solar Energy Materials and Solar Cells, 49 (1997) 35、Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, etc. Thin Solid Films, 403-404 (2002) 179。
根据Drude理论，近红外区的光学特性和材料的载流子浓度密切相关，其等离子体频率和自由载流子浓度的平方根成比例，参见V. Sittinger, F. Ruske, W. Werner, etc. Thin Solid Films 496 (2006) 16：
Figure 2011100717294100002DEST_PATH_IMAGE001
其中，―等离子体频率，
Figure 2011100717294100002DEST_PATH_IMAGE003
―电子浓度，―基本电荷，
Figure 2011100717294100002DEST_PATH_IMAGE005
―有效电子质量。若载流子浓度较高则增强了对近红外光的吸收。因此，基于μc-Si:H和a-Si:H/μc-Si:H叠层薄膜电池应用，希望p-i-n型电池结构中的前电极TCO在可见光范围和近红外区域高透过率并维持高电导率，有效的途径是制备出较低载流子浓度而较高迁移率的TCO薄膜。利用高价态差（Mo6+和In3+的价态差为3）掺杂的In2O3:Mo（Mo掺杂In2O3，即IMO）薄膜适应了此方面的应用发展。
目前生长IMO薄膜的方法很多，包括射频/直流溅射（RF/DC Sputtering），电子束反应蒸发（EBRE），脉冲激光沉积技术（PLD）等。2001年，复旦大学的孟扬等，参见Y. Meng, X.L. Yang, H.X. Chen, etc. Thin Solid films, 394 (2001) 219、Y. Meng, X.L. Yang, H.X. Chen, etc. J. Vac. Sci. Tech. A, 20 (2002) 288、孟扬，杨锡良，陈华仙等，光电子技术，21（2001）17，报道了新型高迁移率TCO薄膜- IMO（即Mo掺杂In2O3，In2O3:Mo），其特点是利用高价态差（Mo6+和In3+的价态差为3）掺杂实现低掺杂提供足够自由载流子，有效降低电离杂质散射，提高电子迁移率。典型IMO电子迁移率为80-130cm2/Vs，电阻率为1.8-3×10-4Ωcm，可见光平均透过率优于和近红外区（λ=800-1400nm）平均透过率平均为80%以上，其中薄膜厚度为250-400nm。E. Elangovan等，参见E. Elangovan, A. Marques, A.S. Viana, etc. Thin Solid Films, 516 (2008) 1359，利用射频溅射技术研究了功率和薄膜厚度等对In2O3:Mo━IMO 薄膜结构和光电性能的影响，IMO 薄膜的最低电阻率为2.65×10-3Ωcm，而最高迁移率是在非晶化的薄膜获得的数值为19.5cm2/Vs。C. Warmsingh等，参见C.Warmsingh, Y.Yoshida,and D.W. Readey,etc. Journal of
Applied Physics, 95 (2004) 3831，利用脉冲激光沉积技术在玻璃衬底和单晶100YSZ（yttria-stabilized zirconia）衬底上生长了In2O3:Mo，即IMO薄膜，实验表明，2wt.% Mo掺杂靶制备的薄膜具有最好的薄膜特性，YSZ单晶衬底上可获得薄膜电子迁移率达95 cm2/Vs，经过归一化处理得到IMO薄膜在可见光范围内透过率大于90%。C.C. Kuo等，参见C.C. Kuo, C.C. Liu, C.C. Lin, etc. Vacuum, 82 (2008) 441，利用离子束辅助沉积技术研究了氧分压对In2O3:Mo薄膜微观结构和光电性能的影响，FE-SEM测试表明IMO具有柱状结构，AFM测试数据显示其均方根粗糙度为2nm，氧流量增加会降低IMO薄膜的电阻率，当在5sccm氧流量和离子束电压150V时获得的IMO薄膜具有最佳性能，最低电阻率为1.59 ×10-3Ωcm，电子迁移率为16.31 cm2/Vs，载流子浓度为1.02×1020/cm3。Shi-Yao Sun等，参见Shi-Yao Sun, Jow-Lay Huang, Ding-Fwu Lii. Thin Solid Films, 469–470 (2004) 6，利用高密度等离子体蒸发技术制备掺钼氧化铟（IMO）薄膜，使用的靶材为掺MoO3的In2O3氧化物靶，其中含2wt.% MoO3；制备IMO薄膜时在Ar与O2混合气体中加入一定量的H2，加入H2后薄膜迁移率增加，薄膜电阻率明显降低并且工艺窗口展宽，但是加入H2会使薄膜在可见光区的透过率降低。复旦大学缪维娜（Wei-na miao）等，参见李喜峰，缪维娜，张群等，真空科学与技术学报，25（2005）142，利用直流磁控溅射技术研究了氧分压、基板温度以及溅射电流对IMO 薄膜结构和光性能的影响，获得IMO 薄膜的最低电阻率为3.65 ×10-4 Ωcm，载流子迁移率高达50 cm2/Vs，可见光区域的平均透射率(含玻璃基底) 高于80 %，
其中IMO薄膜的载流子迁移率主要受晶界散射的影响。
在薄膜生长技术中，保证材料光电性能是研究的重要课题。本发明利用磁控溅射技术，制备出高质量性能的高迁移率，高电导和高透过率的氢化IMO（Mo掺杂In2O3，即IMO）薄膜和氢化IWO（W掺杂In2O3，即IWO）薄膜。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，解决In2O3：MoO3和In2O3：MoO3薄膜性能较差的问题，提供一种利用磁控溅射技术生长高迁移率氢化IMO(IMO/H)或氢化IWO(IWO/H)透明导电薄膜的方法及其在薄膜太阳电池的应用。
本发明的技术方案：
一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法，利用磁控溅射镀膜技术制备，用纯度为99.995%的陶瓷靶In2O3:MoO3或In2O3:WO3作为靶材原料，陶瓷靶中靶材组分MoO3或WO3的重量百分比为 0.5-5.0%；基片为玻璃衬底或聚酰亚胺衬底，衬底温度为室温-300℃；溅射气体为Ar气，溅射气压为3.0-5.5mTorr，溅射过程中引入H2流量为0sccm至50sccm，薄膜厚度为80-200nm。
一种所述氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜，应用于非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池。
本发明的优点和积极效果：
本发明利用磁控溅射技术生长IMO或者IWO薄膜，在溅射过程中，引入H2，制备氢化IMO薄膜或氢化IWO透明导电薄膜，可有效提高薄膜的光电性能，检测表明：该薄膜的电阻率为2.0-8.0×10-4Ωcm，电子迁移率为30-120cm2V-1s-1，可见光和近红外区域平均透过率可达80-90%。所述氢化IMO或氢化IWO透明导电薄膜可应用于非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池。
附图说明
图1为玻璃衬底氢化IMO或IWO薄膜结构示意图。
图2为聚酰亚胺（PI）氢化IMO或者IWO薄膜结构示意图。
图3为氢化IMO或IWO薄膜应用于nip型硅薄膜太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种利用磁控溅射镀膜技术在玻璃衬底上生长氢化IMO薄膜的方法，利用自行研制的磁控溅射镀膜技术制备，用纯度为99.995%的陶瓷靶In2O3:MoO3作为靶材原料，靶材组分MoO3重量百分比wt. 1%；基片为玻璃衬底，衬底温度为室温，溅射气压4.35mTorr，溅射过程中H2流量为6sccm，薄膜厚度为100nm，薄膜结构如图1所示。检测表明：该薄膜电阻率为6.0×10-4Ωcm，电子迁移率为50cm2V-1s-1，可见光和近红外区域平均透过率为80%。
实施例2：
一种利用磁控溅射镀膜技术在聚酰亚胺（PI）上生长氢化IWO透明导电薄膜的方法，利用磁控溅射镀膜技术制备，用纯度为99.995%的陶瓷靶In2O3:WO3作为靶材原料，靶材组分WO3重量百分比wt. 1.5%；基片为聚酰亚胺（PI），衬底温度为150℃，溅射气压4.0mTorr，溅射过程中H2流量为5sccm，薄膜厚度为100nm，薄膜结构如图2所示。检测表明：该薄膜电阻率为5.0×10-4Ωcm，电子迁移率~60cm2V-1s-1，可见光和近红外区域平均透过率为80%。
将氢化IWO透明导电薄膜应用于a-Si/μc-Si叠层薄膜太阳电池，其太阳电池结构如图3所示。首先在聚酰亚胺（PI）上生长银Ag/绒面结构ZnO薄膜，然后制备μc-Si nip底电池和a-Si nip 顶电池，最后溅射生长氢化IWO透明导电薄膜和制备金属Al栅线。

Claims (2)

1.一种氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：利用磁控溅射镀膜技术制备，用纯度为99.995%的陶瓷靶In2O3:MoO3或In2O3:WO3作为靶材原料，陶瓷靶中靶材组分MoO3或WO3的重量百分比为 0.5-5.0%；基片为玻璃衬底或聚酰亚胺衬底，衬底温度为室温-300℃；溅射气体为Ar气，溅射气压为3.0-5.5mTorr，溅射过程中引入H2流量为0sccm至50sccm，薄膜厚度为80-200nm。
2.一种如权利要求1所述氢化IMO薄膜或IWO透明导电薄膜，其特征在于：应用于非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110643967A (zh) * 2019-10-24 2020-01-03 苏师大半导体材料与设备研究院(邳州)有限公司 一种半导体薄膜及其制备方法
CN114436641A (zh) * 2022-03-02 2022-05-06 桂林电子科技大学 一种磁控溅射陶瓷靶材及制备方法
CN116487448A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 天合光能股份有限公司 薄膜及制备方法、太阳电池及制备方法与光伏组件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101572279A (zh) * 2009-06-10 2009-11-04 南开大学 溅射法生长高迁移率绒面结构IMO/ZnO复合薄膜及太阳电池应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101572279A (zh) * 2009-06-10 2009-11-04 南开大学 溅射法生长高迁移率绒面结构IMO/ZnO复合薄膜及太阳电池应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Thin Solid Film》 20040911 Shi-Yao Suna等 Effects of H2 in indium-molybdenum oxide films during high density 1－2 , 第469－470期 *
《Thin Solid Films》 20090919 S. Calnan a, A.N. Tiwari High mobility transparent conducting oxides for thin film solar cells 2.2，2.6，4，6小节及Table1、4 1-2 , 第518期 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110643967A (zh) * 2019-10-24 2020-01-03 苏师大半导体材料与设备研究院(邳州)有限公司 一种半导体薄膜及其制备方法
CN114436641A (zh) * 2022-03-02 2022-05-06 桂林电子科技大学 一种磁控溅射陶瓷靶材及制备方法
CN116487448A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 天合光能股份有限公司 薄膜及制备方法、太阳电池及制备方法与光伏组件
CN116487448B (zh) * 2023-06-21 2024-02-27 天合光能股份有限公司 薄膜及制备方法、太阳电池及制备方法与光伏组件

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