CN102534501A - 太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents

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袁玉珍
王辉
吴晓丽
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Abstract

太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，使用高真空磁控溅射系统，高纯氩气为溅射气体，步骤：a）将基片乙醇擦拭、丙酮清洗；b）乙醇浸泡、去离子水冲洗；c）基片烘干；d）靶材与基片间距50mm；溅射功率为150W；溅射压强在2.5Pa；流量20cm3/min；溅射室的真空度为2.8×10-4Pa；溅射时间为45min。其优点是：Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构，薄膜的最小电阻率为1.05×10-3Ω﹒cm，可见光范围透过率超过92%。相对于氧化铟锡薄膜，Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜，价格低廉且性能优异，在硅基薄膜太阳电池领域具有广阔的应用前景。

Description

太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于光电功能材料技术领域，具体涉及一种太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法。
背景技术
硅基薄膜太阳电池要求透明电极具有极低的光、电损失，高透过率和电导率以及在氢等离子体轰击下保持较好的稳定性。ZnO具有纤锌矿结构，室温禁带宽度为3.37eV；ZnO薄膜价格便宜，原材料丰富，无毒，因此被广泛应用到硅基薄膜太阳电池的研究中。适当的单元素掺杂能较大幅度地提高ZnO薄膜的电学性能，如Al、In、Ga等元素的掺杂，均能明显改善ZnO薄膜的电学性能，为此，近几年人们开始尝试通过共掺杂ZnO薄膜来获得具有优良光电性能的透明导电薄膜。现有技术中，对共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究，包括Al、Mn共掺杂ZnO薄膜，Al、Gd共掺杂ZnO薄膜，Al、Cr共掺杂ZnO薄膜，Al、Co共掺杂ZnO薄膜等，虽然提供了该透明导电薄膜的电学性能，但也导致光性能的降低。而对于Al、Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究较少，偶见用溅射法制备出了Al、Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜，但存在的缺点是该透明导电薄膜的最小电阻率为2.2×10-2Ω﹒cm，可见光区的平均透过率达到85%，即其光电性能仍然有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，它可以制备出具有优良光电性能的透明导电薄膜，为硅基薄膜太阳电池提供具有极低的光、电损失，高透过率和电导率，以及高稳定性的透明电极。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，使用高真空多靶位磁控溅射系统，用室温循环水对其冷却降温，用99.999%高纯氩气作为溅射气体，其特征在于：包括如下步骤：
a）将基片使用无水乙醇擦拭后，置于丙酮溶液内利用超声波清洗；
b）使用无水乙醇浸泡后使用去离子水反复冲洗；
c）将基片高温烘干，放入溅射室；所用靶材由ZnO、Al2O3和ZrO2混合烧结而成，ZnO、Al2O3和ZrO2的纯度均为99.99%，其中ZnO、Al2O3与ZrO2的质量分数分别为94%：1%：5%；
d）调整靶材与基片，使之平行放置，两者之间距离在40mm～80mm；溅射功率为140～160W；溅射压强在2～3Pa；流量15～25 cm3/min；真空度为2.6～3×10-4Pa；溅射时间为30～60min。
优选的，在所述步骤a）中，基片为25mm×50mm×1mm的载玻片，丙酮溶液为60℃，清洗时间为10min。
优选的，在所述步骤b）无水乙醇浸泡时间为20min。
优选的，在所述步骤c）中，基片烘干温度为150℃并保温6h。
优选的，在所述步骤d）中，靶材与基片间距为50mm；溅射功率为150W；溅射压强在2.5Pa；流量20cm3/min；真空度为2.8×10-4Pa；溅射时间为45min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构，薄膜的最小电阻率为1.05×10-3Ω﹒cm，可见光范围透过率超过92%。相对于氧化铟锡薄膜，Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜，价格低廉且性能优异，在硅基薄膜太阳电池领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步描述：
太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，使用高真空多靶位磁控溅射系统，用室温循环水对其冷却降温，用99.999%高纯氩气作为溅射气体，包括如下步骤：a）将基片为25mm×50mm×1mm的载玻片使用无水乙醇擦拭后，置于60℃的丙酮溶液内利用超声波清洗10min；b）使用无水乙醇浸泡20min后使用去离子水反复冲洗；c）将基片在温度为150℃下并保温6h烘干，放入溅射室；所用靶材由ZnO、Al2O3和ZrO2混合烧结而成，ZnO、Al2O3和ZrO2的纯度均为99.99%，其中ZnO、Al2O3与ZrO2的质量分数分别为94%：1%：5%；d）调整靶材与基片，使之平行放置，两者之间距离在50mm；溅射功率为150W；溅射压强在2.5Pa；流量20 cm3/min；溅射室的真空度为2.6～3×10-4Pa；溅射时间为45min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，使用高真空多靶位磁控溅射系统，用室温循环水对其冷却降温，用99.999%高纯氩气作为溅射气体，其特征在于：包括如下步骤：
a）将基片使用无水乙醇擦拭后，置于丙酮溶液内利用超声波清洗；
b）使用无水乙醇浸泡后使用去离子水反复冲洗；
c）将基片高温烘干，放入溅射室；所用靶材由ZnO、Al2O3和ZrO2混合烧结而成，ZnO、Al2O3和ZrO2的纯度均为99.99%，其中ZnO、Al2O3与ZrO2的质量分数分别为94%：1%：5%；
d）调整靶材与基片，使之平行放置，两者之间距离在40mm～80mm；溅射功率为140～160W；溅射压强在2～3Pa；流量15～25 cm3/min；真空度为2.6～3×10-4Pa；溅射时间为30～60min。
2.根据权利要求1所述的太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤a）中，基片为25mm×50mm×1mm的载玻片，丙酮溶液为60℃，清洗时间为10min。
3.根据权利要求2所述的太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤b）无水乙醇浸泡时间为20min。
4.根据权利要求1至3任一所述的太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤c）中，基片烘干温度为150℃并保温6h。
5.根据权利要求4所述的太阳电池用共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤d）中，靶材与基片间距为50mm；溅射功率为150W；溅射压强在2.5Pa；流量20cm3/min；真空度为2.8×10-4Pa；溅射时间为45min。
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