CN103035783A - 一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法 - Google Patents

一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法 Download PDF

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杨雯
段良飞
杨培志
张力元
自兴发
冷天久
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Abstract

本发明提出一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法,以单晶硅Si（100晶相）为衬底，利用磁控溅射技术通过控制O2分压和腔室压强，溅射的Al在腔室中氧化得到高折射率、低吸收系数的Al2O3减反膜。通过调控氧气比例，可以在室温下直接溅射制备得Al2O3减反膜，能耗低，有利于节能减排。制备的Al2O3膜，在波长为300nm~1100nm区间内，透过率为85%~92%，折射率为1.57~1.76。

Description

一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法,是一种适用于太阳电池表层以提高太阳电池的效率的减反膜，属于太阳电池材料制备技术领域。
背景技术
 随着现代化工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的清洁能源受到了世界各国的重视。由于常规化能源的减少和环境污染的加剧，使得光伏产业发展迅猛，太阳电池日新月异。投射到太阳电池阵列正面的太阳能辐射通量(阳光)中，部分被表面反射掉了，部分透射到电池内部(通过太阳电池盖片进入太阳电池)，被转换为电能。通常情况下，裸硅表面的反射率很大，可将入射光的30%以上反射掉，为最大限度地减小正面反射损失，其有效的解决方法是在其表面镀一层或多层与光学性质匹配良好的减反射膜。
 Al2O3是一种新型的III-Ⅵ族宽禁带半导体材料，具有宽的带隙和优良的化学稳定性，并能提供从紫外到近红外的透明窗口，是电致发光元件的重要组成部分和平板显示器件中的光学激发层材料，此外，它还可作为发光激发层、光学涂层、介电层、耐磨涂层和保护层等而广泛应用于光学、电子和机械等领域，因此氧化铝薄膜受到人们的广泛关注。研究发现：在薄膜制备中，随着氧分压比的增加，薄膜中的铝元素从金属态升高到正三价，同时薄膜由晶态逐渐转变成非晶态；当氧分压为 8%~11%时，可获得符合化学计量比、表面光滑的非晶态氧化铝薄膜，该薄膜具有较高的折射率和较低的消光系数。Al2O3薄膜在300nm～1100nm 波段有很高的透过率，与光伏太阳能电池的有效波长（400nm~1100nm）完全吻合，因此可作为太阳电池的减反膜（增透膜）材料。与专利（申请号：2011100048888.2）一种利用PECVD工艺制备α-Al2O3膜层相比，其是利用退火工艺在夹层间形成SiO2，再利用PECVD在α-Al2O3上制备α-Sii-xNx，制备得到的α-Sii-xNx/α-Al2O3/ SiO2复合钝化减反膜，该工艺过程复杂，不利于对各层膜的控制，且需要较高温度退火，不利于降低成本，多层膜的制备对各层膜的质量及相关参数难以控制，性能波动较大，不利于商业化。与专利（申请号：200910068301.7）在聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯复合板上的减反膜及其制备方法相比，其是减反膜由氟化镁和三氧化二铝两层构成。镀膜前需要将复合膜在真空除湿60℃~70℃状态下烘烤1h~2h，及-120℃低温深冷。该工艺制备过程中，烘烤时间长，需要低温深冷，工艺复杂，条件要求高，在工业化生产中难以准确控制，低温处理能耗高。
发明内容
针对背景技术提出的问题,根据Al2O3薄膜的物理化学特性，本发明提出一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法,以单晶硅Si（100晶相）为衬底，利用磁控溅射技术通过控制O2分压和腔室压强，溅射的Al在腔室中氧化得到高折射率、低吸收系数的Al2O3减反膜。
本发明按以下步骤实施
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100晶项）衬底进行超声清洗；将磁控溅射腔室真空抽至≤6.0×10-6pa；通入Ar气和O2气，压强为1.0 pa~2.0pa，氧气占总体量的比例为10%~35%；采用纯度为99.99%的Al靶材，以30W~60W的溅射功率制备Al2O3太阳电池减反膜。
1、 依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100晶项）衬底进行超声清洗5min~10min；
 将磁控溅射镀膜仪的腔室真空抽至≤6.0×10-6pa；
2、 通入Ar气和O2气，工作压强为1.0pa~2.0pa， O2气占Ar气和O2气的总体积比10%~35%； 采用纯度为99.99%的Al靶材，以30W~60W的溅射功率在单晶硅Si（100）衬底上溅射Al膜, Al膜在腔室中氧化得到厚度为50-180nm的Al2O3减反膜。
本发明具有以下有益效果：
 Al2O3薄膜在波长为300nm~1100nm区间内。有较高的透射率，减反效果好，与太阳电池
利用的波长范围（400nm~1100nm）匹配性好，同时还能起到表面钝化效果；
 用Al靶采用磁控溅射技术溅射制备Al2O3减反膜，原材料为Al，材料来源丰富，工艺简
单，适于批量生产，有助于降低成本；
 通过调控氧气比例，可以在室温下直接溅射制备得Al2O3减反膜，能耗低，有利于节能减
排。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。 
图2为本发明制备的Al2O3太阳电池减反膜的结构示意图。
图中1为入射光； 2为反射光；3为Al2O3减反膜；4为太阳电池。
具体实施方式
实施例1：
 1）、依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100）衬底进行超声清洗8min；
 2）、室温下，采用JCP-450三靶磁控溅射镀膜仪，金属铝（Al）靶为原料，气体为纯度为
99.99%的Ar气和O2气，O2气占Ar气和O2气的总体积比为30%；本底真空为6.0×10-6pa，气体总流量为70sccm，Ar气流量为63.0sccm~45.5sccm；O2气流量为7.0sccm~24.5sccm，氧气体积比为10%~35%； 衬底温度为250℃~400℃，调节溅射压强为1.5pa~2.0pa，溅射Al膜，溅射功率为60W（电流为0.3A~0.6A电压为100V），在腔室中氧化得到Al2O3膜；采用磁控溅射镀膜系统制备的Al2O3膜，在波长为300nm~1100nm区间内，透过率为85%~92%，折射率为1.57~1.76。
实施例2:
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100）衬底进行超声清洗5min~10min； 室温下，采用ZHD-500多功能蒸发镀膜仪利用电子束真空蒸发制备三氧化二铝（Al2O3）减反膜，蒸发原料为纯度99.99%的三氧化二铝（Al2O3）； 本底真空为6.0×10-6pa，蒸发电流为0.65A~0.75A电压随电流自动设置，高压为80KV，束流5mA~15mA，  在衬底上蒸发制备三氧化二铝（Al2O3）减反膜，样品在RTP-500退火炉中以250℃~400℃的退火温度，N2气氛中快速退火5min~15min， 采用真空电子束蒸发制备的Al2O3膜，在300nm~1100nm高透过率为85%~98%，折射率为1.57~1.76。

Claims (3)

1.一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法, 对单晶硅Si衬底进行超声清洗，将磁控溅射腔抽真空；通入Ar气和O2气，采用Al靶材，溅射制备Al2O3太阳电池减反膜，其特征在于：其按以下步骤实施，
1）、 依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100晶项）衬底进行超声清洗5min~10min；
将磁控溅射镀膜仪的腔室真空抽至≤6.0×10-6pa；
2）、 通入Ar气和O2气，工作压强为1.0pa~2.0pa， O2气占Ar气和O2气的总体积比10~35%， 采用纯度为99.99%的Al靶材，以30W~60W的溅射功率在单晶硅Si（100）衬底上溅射Al膜, Al膜在腔室中氧化得到Al2O3减反膜。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法, 其特征在于：依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100）衬底进行超声清洗8min； 室温下，采用JCP-450三靶磁控溅射镀膜仪，金属铝（Al）靶为原料，气体为纯度为99.99%的Ar气和O2气，O2气占Ar气和O2气的总体积比为30%；本底真空为6.0×10-6pa，气体总流量为70sccm，Ar气流量为63.0sccm~45.5sccm；O2气流量为7.0sccm~24.5sccm，； 衬底温度为250℃~400℃，调节溅射压强为1.5pa~2.0pa，溅射Al膜，溅射功率为60W，在腔室中氧化得到Al2O3膜。
3.根据权利要求1所述的一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法, 其特征在于：依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对单晶硅Si（100）衬底进行超声清洗5min~10min； 室温下，采用ZHD-500多功能蒸发镀膜仪利用电子束真空蒸发制备三氧化二铝（Al2O3）减反膜，蒸发原料为纯度99.99%的三氧化二铝（Al2O3）； 本底真空为6.0×10-6pa，蒸发电流为0.65A~0.75A电压随电流自动设置，高压为80KV，束流5mA~15mA，  在衬底上蒸发制备三氧化二铝（Al2O3）减反膜，样品在RTP-500退火炉中以250℃~400℃的退火温度，N2气氛中快速退火5min~15min， 采用真空电子束蒸发制备的Al2O3膜，在300nm~1100nm高透过率为85%~98%，折射率为1.57~1.76。
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