CN102270705B - 一种双结构绒面透明导电电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双结构绒面透明导电电极的制备方法,属于薄膜太阳电池制造技术领域。技术方案是首先采用薄膜沉积技术在基片(1)上制备透明导电氧化物,称之为TCO透明导电薄膜(2),利用湿法刻蚀的方法对其薄膜表面进行刻蚀;通过改变工艺参数,来获得尺寸较大的绒面织构,称之为绒面织构的TCO薄膜(3);其次,在此绒面织构的TCO薄膜表面,采用镀膜技术,沉积BZO透明导电薄膜(4),通过调整BZO透明导电薄膜沉积参数来获得尺寸较小的绒面织构,使整个透明电极具有双结构的绒面织构,应用于薄膜太阳能电池,对可见光和近红外光均能实现有效的光散射,拓宽电池对太阳光谱的充分利用。

Description

—种双结构绒面透明导电电极的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种双结构绒面透明导电电极的制备方法,属于薄膜太阳电池制造技术领域。 背景技术
[0002] 进入二十一世纪,人类对能源需求爆炸性的增长和化石能源的供应枯竭的矛盾日益突出,全球围绕能源的争夺日趋激烈。太阳能被誉为最理想的绿色能源,是取之不尽、用之不竭的清洁能源,太阳能电池的应用前景十分广阔。在多种太阳能电池中,薄膜太阳能电池因其具有低成本、低材料消耗的优势而占有重要的地位。薄膜太阳能电池主要包括薄膜硅太阳电池,碲化镉薄膜电池,铜铟镓硒(CIGS)和多晶硅薄膜太阳电池。在这几种薄膜电池中,碲化镉薄膜电池中镉对环境有较强的污染,与发展太阳电池的初衷相背离;CIGS薄膜太阳能电池,实验效率达到20. 3%,已经逼近多晶硅电池的最高效率,但是CIGS的共沉积工艺难度大,很难保证工业生产良品率;而且硒、铟、镓、碲等都是较稀有的元素,对这种电池的大规模生产会产生很大的制约,最成熟的产品当数薄膜硅太阳能电池。
[0003] 薄膜硅太阳能电池的基本结构(图I所示)一般包括:玻璃基片(I)、透明前电极(5)、娃薄膜光电转换层(6)、背电极透明导电膜(7)、背反射层(8)、PVB封装材料(9)和背板
(10)等。薄膜太阳电池作为一个光学系统,要提高其对太阳光的利用率从而提高转换效率,需要对电池组件各层光学薄膜进行合理设计。其中、前电极透明导电薄膜需要具备高光学透过率、高电导率以及对入射光有较强的散射能力,从而提高电池对光的吸收,增大光生电流,提高电池转换效率。因此,前电极透明导电膜的性能提高及产业化制备技术研究已成为目前薄膜太阳能电池研发的热点。
[0004] 背景技术中,薄膜硅太阳能电池中作为前电极的TCO薄膜一般具有绒面织构,从而提高对入射光的散射能力、延长光在本征吸收层中的光程,提高电池对光的吸收。表面绒面结构对不同波段范围的光的散射能力强烈的依赖于其所具有的特征尺寸,如具有较小特征尺寸的表面绒面织构主要对可见光谱中的400-700nm波段有较强的光散射作用。而具有较大特征尺寸的表面绒面织构(如1一2_)对光谱中的近红外部分具有较强的光散射作用。要实现对整个光谱范围的有效吸收,将具有较小和较大两种绒面织构相结合,形成双结构绒面是比较理想的选择。如何制备出具有双结构的绒面TCO薄膜,拓展TCO薄膜对不同波段光的散射能力,拓宽电池对太阳光谱的利用范围,是目前提高薄膜电池转换效率的关键技术之一,也是本领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种双结构绒面透明导电电极的制备方法,同时对可见光和近红外光起到良好的光散射作用,拓宽电池对太阳光谱的充分利用,解决背景技术存在的上述问题。
[0006] 本发明的技术方案为:[0007] —种双结构绒面透明导电电极的制备方法,包含如下工艺步骤:首先采用薄膜沉积技术在基片上制备透明导电氧化物(Transparent conductive Oxide,简称TC0),称之为TCO透明导电薄膜,利用湿法刻蚀的方法对其薄膜表面进行刻蚀;通过改变刻蚀工艺参数,来获得尺寸较大的绒面织构,称之为绒面织构的TCO薄膜;其次,在此绒面织构的TCO薄膜表面,采用镀膜技术,沉积(ZnO: B,简称BZO)ΒΖ0透明导电薄膜(4 ),通过调整BZO透明导电薄膜沉积参数来获得尺寸较小的绒面织构,使整个透明电极具有双结构的绒面织构,应用于薄膜太阳能电池,对可见光和近红外光均能实现有效的光散射。
[0008] 在上述具有双结构的绒面TCO薄膜上制备薄膜电池,步骤如下:利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积非晶娃p-i-n或非晶娃p-i-n/微晶娃p_i_n叠层或多结p_i_n结构或CdTe光电转换层,利用磁控溅射或低压化学气相沉积或旋涂技术制备背电极ZnO或ΖηΟ/Al或ZnO/Ag或Ag,通过电极焊接、弓丨线封装工艺后,获得薄膜电池。
[0009] 对于CIGS电池,制备步骤如下:在基片上顺序沉积背电极层、CIGS吸收层、缓冲层 和本征ZnO层,然后,采用以上的制备方法制备双结绒面的TCO层,通过电极焊接、引线封装工艺后,获得薄膜电池。
[0010] 所说的改变刻蚀工艺参数,包括刻蚀溶液的种类、浓度、温度、刻蚀时间、TCO玻璃在溶液中运动的速率。
[0011] 所说的薄膜太阳能电池为硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池或有机化合物材料薄膜电池。
[0012] 所说的TCO透明导电薄膜为氧化锌(ZnO)薄膜、硼(B)掺杂ZnO薄膜、铝(Al)掺杂ZnO薄膜、镓(Ga)掺杂ZnO薄膜、其他金属元素掺杂ZnO薄膜,也可以是金属元素掺杂的氧化锡薄膜。
[0013] 所采用的镀膜技术为LPCVD技术、磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术、旋涂技术。
[0014] 所说的基片(或称衬底)为玻璃基片,包括半钢化玻璃基片、钢化玻璃基片、聚酯膜基片及柔性衬底基片。
[0015] 本发明的优点和积极效果:
[0016] I)本发明中双结构绒面的特征尺寸,可通过单独改变沉积工艺的参数(例如:环境气压、衬底温度、外加功率等)或单独改变刻蚀工艺的参数(例如:刻蚀溶液的种类、浓度、温度、刻蚀时间、衬底运动速度等)或二者相结合的方式来获得,方便灵活。
[0017] 2)本发明的工艺中无论是沉积工艺的参数还是刻蚀工艺的参数均可以在较大的范围内进行调节,从而获得不同尺寸的双结构绒面,实现与不同种类薄膜太阳能电池相应光谱响应范围的匹配。
[0018] 3)本发明中的双结构的绒面透明电极,拓宽了光散射的光谱范围,在此双结构的绒面透明电极上制备的薄膜电池。
附图说明
[0019] 附图I是背景技术薄膜太阳能电池结构示意图(以薄膜硅电池为例);
[0020] 附图2是本发明双结构绒面TCO薄膜的膜层结构示意图;
[0021] 附图3是本发明工艺流程示意图;
[0022] 图中:基片1,TCO透明导电薄膜2,绒面织构的TCO薄膜3,BZO透明导电薄膜4,透明前电极5,娃薄膜光电转换层6,背电极透明导电膜7,背反射层8, PVB封装材料9,背板10。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图,通过实施例对本发明做进一步说明。
[0024] 一种双结构绒面透明导电电极的制备方法,具体制造过程如下:
[0025] ①首先将待镀膜的超白浮法玻璃基片送入玻璃清洗机进行清洗,将洁净的超白浮法玻璃基片I送入磁控溅射机,镀膜腔室的本底真空达到2X 10_4Pa,在O. 3Pa的高纯氩气环境下,采用磁控溅射法在玻璃基片上沉积TCO透明导电薄膜2,基片温度为150°C,沉积膜层厚度为IOOOnm ;
[0026] ②将制备好的TCO透明导电薄膜2进行湿法刻蚀,采用稀盐酸为刻蚀溶液,浓度
O. 5%、温度20°C、刻蚀时间45s、沉积有薄膜的玻璃基片在刻蚀溶液中保持静止(除了快速放入和快速取出过程之外),获得具有较大特征尺寸的(约600nm)弹坑形的绒面织构的TCO薄膜3,可见光区透过率大于80% (含玻璃基片),波长为600nm时雾度高于15%,方块电阻低于 10 Ω / □;
[0027] ③在此绒面织构的TCO薄膜3表面,采用LPCVD镀膜技术沉积一层BZO透明导电薄膜4,基片温度为150°C,反应气体为二乙基锌和水,沉积室气压为30Pa,沉积膜层厚度为800nm,该BZO透明导电薄膜4本身具有表面特征尺寸较小的(约300nm)绒面织构,由于BZO透明导电薄膜4在绒面织构的TCO膜层3之上,使BZO透明导电薄膜4同时具有绒面织构的TCO膜层3的大尺寸绒面织构和自身的小尺寸绒面织构,从而表现出双结构的绒面织构,应用于薄膜太阳能电池,对可见光和近红外光均能实现有效的光散射;
[0028] ④在此双结构的绒面织构透明前电极5上,进行非晶硅薄膜电池制备,沉积硅薄膜光电转换层6、背电极透明导电膜7,背反射层8,然后铺设PVB封装材料9和背板10,通过层压工艺封装成电池组件。

Claims (6)

1. 一种双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于包含如下工艺步骤:首先采用薄膜沉积技术在基片(I)上制备透明导电氧化物,称之为TCO透明导电薄膜(2),利用湿法刻蚀的方法对其薄膜表面进行刻蚀;通过改变工艺参数,来获得尺寸较大的绒面织构,称之为绒面织构的TCO薄膜(3);其次,在此绒面织构的TCO薄膜表面,采用镀膜技术,沉积BZO透明导电薄膜(4),通过调整BZO透明导电薄膜沉积参数来获得尺寸较小的绒面织构,使整个透明电极具有双结构的绒面织构,应用于薄膜太阳能电池,对可见光和近红外光均能实现有效的光散射。
2.根据权利要求I所述之双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于所说的改变刻蚀工艺参数,包括刻蚀溶液的种类、浓度、温度、刻蚀时间、TCO透明导电薄膜在溶液中运动的速率。
3.根据权利要求I或2所述之双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于所说的薄膜太阳能电池为硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池或有机化合物材料薄膜电池。
4.根据权利要求I或2所述之双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于所说的TCO透明导电薄膜为氧化锌(ZnO)薄膜、硼(B)掺杂ZnO薄膜、铝(Al)掺杂ZnO薄膜、镓(Ga)掺杂ZnO薄膜、其他金属元素掺杂ZnO薄膜,也可以是金属元素掺杂的氧化锡薄膜。
5.根据权利要求I或2所述之双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于所采用的镀膜技术为LPCVD技术、磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术、旋涂技术。
6.根据权利要求I或2所述之双结构绒面透明导电电极的制备方法,其特征在于所说的基片为玻璃基片,包括半钢化玻璃基片、钢化玻璃基片、聚酯膜基片及柔性衬底基片。
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