CN103474484A - 太阳电池器件的背电极及其制备方法以及太阳电池器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳电池器件的背电极及其制备方法以及太阳电池器件。该太阳电池的背电极包括金属导电层和层叠于所述金属导电层上的氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层上具有多个纳米尺寸的孔洞。金属导电层作为太阳电池器件的“+”极，收集并传输电流。氧化铝钝化层抑制表面载流子复合，多个纳米孔洞形成电流通道，收集和导通电流，这种复合结构的背电极既发挥了氧化铝钝化层的钝化作用，又不妨碍光生电流的通过，达到降低界面缺陷态密度，降低光生载流子的表面复合速率，提高太阳电池器件的光电转化效率的效果。

Description

太阳电池器件的背电极及其制备方法以及太阳电池器件

技术领域

本发明涉及光伏器件技术领域，特别是涉及一种用于太阳电池器件的背电极及其制备方法以及太阳电池器件。

背景技术

目前，在常规薄膜太阳电池器件中的背电极一般为金属薄膜导电层，如金属钼（Mo）导电层，这种金属背电极具有较好的导电性能，p型半导体薄膜光吸收层层叠于金属背电极上，金属背电极与p型半导体薄膜光吸收层接触，作为电池的“+”极。

然而，金属背电极与p型半导体薄膜光吸收层界面处存在很高的由界面原子不饱和悬挂键和界面材料晶格失配导致的缺陷态密度，这些大量存在的缺陷能级是载流子发生复合的通路。电子作为p型半导体中的少子，当出现在这一界面附近时，很容易被缺陷能级俘获，通过缺陷能级跃迁到价带与空穴复合，降低了载流子收集效率，从而降低太阳电池器件的光电转化效率而影响薄膜太阳电池器件的性能。据报道，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池中，CIGS薄膜光吸收层和金属Mo背电极的界面复合速率(SRV)高达10³～10⁶cm/s，严重降低了太阳电池器件的光电转化效率。

并且，随着光吸收层厚度的减薄，这一金属Mo背电极界面更靠近光吸收层中的光吸收区域，更多的光生载流子对在界面附近产生，从而通过缺陷能级发生复合，因此，常规的金属背电极形式制约了薄膜太阳电池器件的光吸收层厚度往更薄方向发展。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高光电转化效率的太阳电池器件的背电极及其制备方法。

进一步，还提供一种使用上述背电极的太阳电池器件。

一种太阳电池器件的背电极，包括金属导电层和层叠于所述金属导电层上的氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层上具有多个纳米尺寸的孔洞。

在其中一个实施例中，多个所述纳米尺寸的孔洞呈周期阵列排布。

在其中一个实施例中，每个所述纳米尺寸的孔洞的形状为圆柱形，该圆柱形的孔径为d，相邻两个所述纳米尺寸的孔洞的横截面的几何中心的距离为L，太阳电池器件的光吸收层的厚度为t，载流子在所述光吸收层的扩散长度为k，所述L、t和k满足：

$(\frac{\sqrt{2}}{2}L-\frac{d}{2})\≤\sqrt{k^2-t^2}.$

在其中一个实施例中，0.1μm≤d≤2μm。

在其中一个实施例中，0.5μm≤L≤10μm。

在其中一个实施例中，所述金属导电层的厚度为0.1微米～2微米，

在其中一个实施例中，所述氧化铝钝化层的厚度为5纳米～100纳米。

一种太阳电池器件的背电极的制备方法，包括如下步骤：

采用磁控溅射制备金属导电层；

在所述金属导电层的一个表面上涂覆光刻胶，曝光显影后在所述金属导电层的表面上形成光刻胶膜岛；

采用原子层沉积工艺在形成有所述光刻胶膜岛的金属导电层的表面上沉积氧化铝钝化层；及

除去所述光刻胶膜岛，在所述氧化铝钝化层上形成多个纳米尺寸的孔洞，得到太阳电池器件的背电极。

一种太阳电池器件，包括依次层叠的衬底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层和透明电极层，所述背电极包括层叠于所述衬底上的金属导电层和层叠于所述金属导电层上的氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层上具有多个纳米尺寸的孔洞。

在其中一个实施例中，所述光吸收层为铜铟镓硒薄膜光吸收层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、铜锌锡硒薄膜光吸收层或碲化镉薄膜光吸收层。

上述太阳电池器件的背电极为包括金属导电层和氧化铝钝化层的复合结构，金属导电层作为太阳电池器件的“+”极，收集并传输电流。绝缘的氧化铝钝化层抑制表面载流子复合，多个纳米尺寸的孔洞与金属导电层接触，形成电流通道，收集和导通电流，这种复合结构的背电极既发挥了氧化铝钝化层的表面钝化作用，又不妨碍光生电流的通过，达到降低界面缺陷态密度，降低光生载流子的表面复合速率，提高太阳电池器件的光电转化效率的效果。

附图说明

图1为一实施方式的太阳电池器件的背电极的结构示意图；

图2为图1所示的背电极的氧化铝钝化层的俯视图；

图3为一实施方式的太阳电池器件的背电极的制备方法的流程图；

图4为图3所示的太阳电池器件的背电极的制备方法的光刻胶膜岛的结构示意图；

图5为一实施方式的太阳电池器件的结构示意图；

图6为一实施方式的太阳电池器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，一实施方式的太阳电池器件的背电极20，包括金属导电层22和层叠于金属导电层22上的氧化铝钝化层24。将该背电极20用于太阳电池器件中时，太阳电池器件的光吸收层30层叠于氧化铝钝化层24上，为清楚表示氧化铝钝化层24的结构，图1中剖去部分光吸收层30。

金属导电层22为由金属材料形成的薄膜。金属导电层22的材料优选为金属钼（Mo）或金属铝（Al）。

优选地，金属导电层22的厚度为0.1微米～2微米。

氧化铝钝化层24为层叠于金属导电层22上的氧化铝薄膜。氧化铝钝化层24的材料为氧化铝（Al₂O₃）。

氧化铝钝化层24具有优异的p型半导体表面钝化性能。氧化铝钝化层24对p型半导体表面的钝化包含两种机制。首先，氧化铝钝化层24可以钝化半导体表面的不饱和悬挂键，显著降低半导体表面的缺陷态密度，这种钝化称为化学钝化。其次，与其他材料相比，氧化铝钝化层24在与半导体层接触界面上存在高密度的固定负电荷(～10¹²/cm²)，可以在界面附近形成电场方向指向该界面的内建静电场，阻止电子向界面的扩散移动，将电子推向n型层区，这一机制称为场效应钝化。

在化学钝化和场效应钝化机制的共同作用下，氧化钝化层24可以有效抑制与p型半导体接触界面的载流子复合。以光吸收层30即p型半导体为铜铟镓硒薄膜光吸收层（CIGS）为例，氧化铝钝化层24与CIGS薄膜光吸收层界面的载流子复合速率降为14～44cm/s，相比于传统的金属钼背电极与CIGS薄膜光吸收层界面的载流子复合速率10³～10⁶cm/s，载流子复合速率极大地降低，有利于提高载流子收集效率。

如图1所示，氧化铝钝化层24上具有多个纳米尺寸的孔洞242。具有纳米尺寸的孔洞结构的氧化铝钝化层24同时解决了背电极20和光吸收层30的界面钝化以及电流导通的问题。

纳米尺寸的纳米孔洞242形状可以是圆柱形、椭圆柱形或立方体形，优选为圆柱形的纳米孔洞。优选地，多个纳米尺寸的孔洞242呈周期阵列排布。

在氧化铝钝化层24的开孔区域，金属导电层22与光吸收层30接触，这一接触界面的载流子复合速率非常高，以CIGS薄膜太阳电池器件为例，CIGS薄膜光吸收层和金属钼背电极界面的载流子复合速率高达10³～10⁶cm/s。而在非开孔区域，光吸收层30与氧化铝钝化层24接触，这一界面的载流子复合速率在氧化铝钝化层24的钝化作用下，极大地降低，CIGS薄膜光吸收层30与氧化铝钝化层24界面的载流子复合速率为14～44cm/s。

因此，显而易见，纳米尺寸的孔洞242的孔径越小，开孔区域所占氧化铝钝化层24表面面积越小，复合结构的背电极20与光吸收层30之间的界面上载流子复合的量越小，界面钝化效果越好，越接近光吸收层30与氧化铝钝化层24的表面载流子复合速率。

但是，纳米尺寸的孔洞242的孔径越小，导电通道越窄，太阳电池器件内部的串联电阻越大；反之纳米尺寸的孔洞242的孔径越大，开孔区域面积越大，导电越好，但界面钝化效果越差，表面载流子复合速率越接近光吸收层30和金属导电层22的表面载流子复合速率。

优选地，纳米尺寸的孔洞242的形状为圆柱形。

当纳米尺寸的孔洞242的形状为圆柱形，设太阳电池器件的光吸收层30的厚度为t，载流子在光吸收层30的扩散长度为k。请同时参阅图2，纳米尺寸的孔洞242的横截面的直径为d，相邻的两个纳米尺寸的孔洞242的横截面的圆心的距离为L，当L、t和k满足以下公式时，背电极20既可以发挥氧化铝钝化层24的钝化作用，又不妨碍光生电流的通过，能够达到降低界面缺陷态密度，降低光生载流子的表面复合速率，提高太阳电池器件的光电转化效率的效果：

$(\frac{\sqrt{2}}{2}L-\frac{d}{2})\≤\sqrt{k^2-t^2}.$

在其他实施方式中，纳米尺寸的孔洞242的形状还可以为椭圆柱形。

在另外的实施方式中，纳米尺寸的孔洞242的形状还可以为立方体形。

k由实际测定得到，采用量值恒定的表面光电压（CMSPV）方法或恒定光通量（LPVCPF）方法进行测得。

为了保证每个纳米尺寸的孔洞242的电阻足够小，同时保证氧化铝钝化层24的整体界面钝化效果，以达到最优化的表面载流子复合抑制和电流导通效果，获得最佳的提高太阳电池器件的光电转化效率的效果，纳米尺寸的孔洞242的孔径不能无限缩小，也不能无限增大，相邻两个纳米尺寸的孔洞242的横截面的几何中心的距离不能无限小，也不能无限大，优选地，0.1μm≤d≤2μm。0.5μm≤L≤10μm。

优选地，氧化铝钝化层24的厚度为5纳米～100纳米。

上述背电极20为包括金属导电层22和氧化铝钝化层24的复合结构，金属导电层22作为太阳电池器件的“+”极，收集并传输电流。绝缘的氧化铝钝化层24提供表面钝化作用，且多个纳米尺寸的孔洞242与金属导电层22接触，形成电流通道，收集和导通电流，在没有纳米尺寸的孔洞242的区域，p型半导体光吸收层30与氧化铝钝化层24直接接触，抑制载流子在表面的复合，提高载流子收集效率，这种复合结构的背电极20既发挥了氧化铝钝化层24的钝化作用，又不妨碍光生电流的通过，达到降低界面缺陷态密度，降低光生载流子的表面复合速率，提高太阳电池器件的光电转化效率的效果。

并且，上述背电极20的金属导电层22和氧化铝钝化层24均为薄膜结构，适合应用于薄膜太阳电池器件。由于这种结构的背电极20同时解决了背电极20和光吸收层30的界面存在的高载流子复合几率问题和电流导通问题，使得光吸收层30可以往更薄的方向发展，有利于减小太阳电池器件的厚度。

请参阅图3，一实施方式的太阳电池器件的背电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤S110：采用磁控溅射制备金属导电层。

提供衬底，衬底可以为钠钙玻璃衬底或其他柔性材料衬底（不锈钢箔、钛箔或聚酰亚胺衬底等）。

将衬底清洗并干燥后，放入磁控溅射真空腔室的样品架上，磁控溅射真空腔室的真空度为2×10^-4Pa后，打开样品架加热电源，将样品架维持在250℃。通入氩气或氩气与氧气的混合气体，调节流量计控制气体的通入速率为12.5sccm，将磁控溅射真空腔室内气压调节至0.1～1Pa，优选为0.16Pa。

调节钼靶材或铝靶材溅射功率，其中钼靶材和铝靶材的功率密度为1W/cm²～5W/cm²，溅射得到所需的厚度后，关闭直流磁控溅射电源和氩气控制阀门，得到层叠于衬底上的金属导电层，金属导电层的材料为钼或铝。

步骤S120：在金属导电层的一个表面上涂覆光刻胶，曝光显影后在金属导电层的表面上形成光刻胶膜岛。

在金属导电层的远离衬底的表面上涂覆光刻胶，形成层叠于金属导电层表面上的光刻胶层，再在光刻胶层上盖上设计好的掩膜板，然后进行曝光和显影，在金属导电层的远离衬底的表面上形成光刻胶膜岛，如图4所示。

采用旋涂法涂覆光刻胶，旋涂转速优选为1000rpm，旋涂时间优选为40秒。

旋涂后进行烘烤，以使光刻胶固化，形成光刻胶层。优选地，烘烤的温度为150℃，烘烤时间为10分钟。

用紫外光进行曝光，紫外光的功率优选为0.9mW/cm²，曝光时间优选为20秒。

显影液优选为RD6，显影时间优选为90秒。

通过采用上述合适的旋涂、曝光和显影工艺参数，有利于制备结构精确的光刻胶膜岛，以制备结构精确的氧化铝钝化层。

优选地，曝光和显影后，还包括烘烤的步骤，以固化光刻胶膜岛。烘烤的温度优选为100℃，烘烤的时间优选为2分钟。

光刻胶膜岛包括多个层叠于金属导电层上的光刻胶纳米柱200。以光刻胶纳米柱200为圆柱为例，每个光刻胶纳米柱200的底面直径为d，相邻的两个光刻胶纳米柱200的底面圆心的距离为L。根据所需的d和L的值大小设计掩膜板，曝光显影后，得到需要尺寸的光刻胶纳米柱200，形成光刻胶膜岛。

优选地，多个光刻胶纳米柱200呈周期阵列排布。

步骤S130：采用原子层沉积工艺在形成光刻胶膜岛的金属导电层的表面上沉积氧化铝钝化层。

采用原子层沉积工艺（ALD）在形成有光刻胶膜岛结构的金属导电层的表面上沉积氧化铝薄膜形成氧化铝钝化层，所沉积的氧化铝钝化层同时覆盖在光刻胶膜岛表面以及未覆盖光刻胶膜岛的金属导电层表面上。

优选地，用三甲基铝（TMA）和水作为原料，进行原子层沉积。步骤S120制备的样品的温度维持在300℃。反应腔工作压强优选为250Pa，脉冲时间优选为1.5秒，循环周期为70个周期。

采用原子层沉积工艺制备的氧化铝钝化层与金属导电层的附着力较佳，性能稳定，且通过上述合适的工艺条件控制，有利于制备密实、平整的氧化铝钝化层。

步骤S140：除去光刻胶膜岛，在氧化铝钝化层上形成多个纳米尺寸的孔洞，得到太阳电池器件的背电极。

除去光刻胶膜岛，则原来附着光刻胶膜岛的区域上的氧化铝随光刻胶膜岛一起去除，形成具有多个纳米尺寸的孔洞的氧化铝钝化层，并露出金属导电层的并未被氧化铝钝化层覆盖的部分表面，得到层叠于衬底上的太阳电池器件的背电极。

除去光刻胶膜岛的方法是将样品浸泡于光刻胶腐蚀液中。优选地，光刻胶腐蚀液为丙酮。浸泡时间优选为3分钟。

优选地，将光刻胶膜岛除去后，再将样品于酒精中浸泡3分钟，以将样品表面残留的光刻胶腐蚀液除去。

上述太阳电池器件的背电极的制备方法采用光刻胶膜岛作为掩膜，采用原子层沉积工艺将氧化铝沉积在金属导电层形成有光刻胶膜岛的表面上，除去光刻胶膜岛，得到具有多个纳米尺寸的孔洞的氧化铝钝化层。根据预先设计的掩膜板，得到具有精确纳米尺寸的孔洞结构的氧化铝钝化层，这种方法制备得到结构精确的太阳电池器件的背电极。

采用这种方法制备得到的太阳电池器件的背电极叠于衬底上，在制备太阳电池器件时，无需剥离衬底和背电极，而是直接在背电极的氧化铝钝化层上制备太阳电池器件的其他功能层，不会影响其他功能的制备。

请参阅图5，一实施方式的太阳电池器件100，包括依次层叠的衬底10、背电极20、光吸收层30、缓冲层40、窗口层50和透明电极层60。

衬底10为钠钙玻璃衬底或其他柔性材料衬底（不锈钢箔、钛箔或聚酰亚胺衬底等）。

背电极20包括层叠于衬底10上的金属导电层22和层叠于金属导电层22上的氧化铝钝化层24。

金属导电层22为由金属材料形成的薄膜。金属导电层22的材料优选为金属钼（Mo）或金属铝（Al）。

优选地，金属导电层22的厚度为0.1微米～2微米。

氧化铝钝化层24为层叠于金属导电层22上的氧化铝薄膜。氧化铝钝化层24的材料为氧化铝（Al₂O₃）。

优选地，氧化铝钝化层24的厚度为5纳米～100纳米。

氧化铝钝化层24上形成有多个纳米尺寸的孔洞（图5未示）。纳米尺寸的孔洞优选为圆柱形。设该圆柱形的纳米尺寸的孔洞的横截面的直径为d，相邻的两个纳米尺寸的孔洞的底面圆心的距离为L，光吸收层30的厚度为t，载流子在光吸收层30的扩散长度为k，L、t和k满足下式：

$(\frac{\sqrt{2}}{2}L-\frac{d}{2})\≤\sqrt{k^2-t^2}.$

优选地，0.1μm≤d≤2μm。0.5μm≤L≤10μm。

光吸收层30为铜铟镓硒（CIGS）薄膜光吸收层、铜锌锡硫（CZTS）薄膜光吸收层、铜锌锡硒（CZTSe）薄膜光吸收层或碲化镉（CdTe）薄膜光吸收层。

优选地，光吸收层30的厚度为2微米。

缓冲层40为硫化镉（CdS）层。优选地，缓冲层40的厚度为50纳米。

窗口层50为本征氧化锌（i-ZnO）层。优选地，窗口层50的厚度为50纳米。

透明电极层60为掺铝氧化锌（AZO）层。优选地，透明电极层60的厚度为200纳米。

上述太阳电池器件100的背电极20为包括金属导电层22和层叠于金属导电层22上的氧化铝钝化层24的复合结构，这种结构的背电极20既发挥了氧化铝钝化层24的钝化作用，又不妨碍光生电流的通过，达到降低界面缺陷态密度，降低光生载流子的表面复合速率，提高太阳电池器件100的光电转化效率的效果。

并且，相对于传统的金属背电极，增加氧化铝钝化层24的工艺不会对制备太阳电池器件100的后序工艺产生任何影响，且金属导电层22和氧化铝钝化层24两层膜都属于薄膜结构，适合应用于薄膜太阳能电池。这种结构的背电极20不会制约光吸收层30的厚度往更薄方向发展，有利于降低太阳电池器件100的厚度。

请参阅图6，一实施方式的太阳电池器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤S210：提供衬底，采用上述制备方法制备层叠于衬底上的背电极，背电极包括层叠于衬底上的金属导电层及层叠于金属导电层上的氧化铝钝化层。

采用上述用于太阳电池器件的背电极的制备方法制备层叠于衬底上的背电极。

首先采用磁控溅射制备层叠于衬底上金属导电层，然后在金属导电层的远离衬底的表面上形成光刻胶膜岛，再采用原子层沉积工艺在金属导电层的形成有光刻胶膜岛的表面上形成氧化铝钝化层，然后除去光刻胶膜岛，使氧化铝钝化层上形成多个纳米尺寸的孔洞，得到层叠于衬底上的背电极。背电极包括层叠于衬底上的金属导电层及层叠于金属导电层上的氧化铝钝化层。

步骤S220：采用共溅射或共蒸发制备层叠于氧化铝钝化层上的光吸收层。

在一实施方式中，采用共溅射法制备光吸收层。

将步骤S210制备得到的样品放入磁控溅射真空腔室的样品架上，调节靶材溅射功率，溅射一定时间，得到层叠于氧化铝钝化层上的光吸收层。

当光吸收层为铜铟镓硒（CIGS）薄膜光吸收层时，靶材可以为铜铟镓硒靶材。

当光吸收层为铜锌锡硫（CZTS）薄膜光吸收层时，靶材可以为铜靶材、硫化锌靶材和二硫化锡靶材。

当光吸收层为铜锌锡硒（CZTSe）薄膜光吸收层时，靶材可以为铜靶材、硒化锌靶材和二硒化锡靶材。

当光吸收层为碲化镉（CdTe）薄膜光吸收层时，靶材可以为碲化镉靶材。

在另一实施方式中，采用共蒸发法制备光吸收层。

将铜、铟、镓和硒共同蒸发沉积至背电极上，形成层叠于背电极上的铜铟镓硒薄膜光吸收层；将铜、硫化锌、锡和硫共同蒸发沉积至背电极上，形成层叠于背电极上的铜锌锡硫薄膜光吸收层；或者将铜、硒化锌、锡和硒共同蒸发沉积至背电极上，形成层叠于背电极上的铜锌锡硒薄膜光吸收层；或者将碲和镉共同蒸发沉积至背电极上，形成层叠于背电极上的碲化镉薄膜光吸收层。

步骤S230：制备层叠于光吸收层上的缓冲层。

可以采用化学水浴沉积法将包含氯化镉（CdCl₂）=0.002mol/L、氨水（NH₃·H₂O）=0.4mol/L、硫脲（(NH₂)₂CS）=0.15mol/L和氯化铵（NH₄Cl）=0.02mol/L的反应溶液倒进反应器中，然后把步骤S220制备得到样品放入反应器中，使反应溶液的液面没过光吸收层。打开水浴锅的加热器及温控装置和搅拌装置，得到层叠于光吸收层上的缓冲层。

步骤S240：采用溅射法制备依次层叠于缓冲层上的窗口层和透明电极层，得到太阳电池器件。

将制备好缓冲层的样品送入放置有ZnO靶材和AZO靶材的溅射室，将溅射功率调节为220W，溅射时间5min，形成依次层叠于缓冲层上的窗口层和透明电极层，得到太阳电池器件。

上述太阳电池器件的制备方法在衬底和光吸收层之间制备复合结构的背电极，这种复合结构的背电极同时解决了界面钝化以及电流导通的问题，使得制备得到的太阳电池器件的光电转化效率较高。

以下通过具体实施方式进一步阐述。

实施例1

太阳电池器件的制备

（1）提供钠钙玻璃衬底，将钠钙玻璃衬底清洗并干燥后送入磁控溅射真空腔室的样品架上，将样品架的温度加热至250℃，在真空度为0.16Pa下，以功率密度为4W/cm²将金属钼溅射至钠钙玻璃衬底上，形成层叠于钠钙玻璃衬底上、厚度为1微米的金属导电层；

（2）在金属导电层上旋转涂覆光刻胶NR5-8000，旋涂转速1000rpm，旋涂时间40秒，随后在150℃下烧烤10分钟，将光刻胶固化，形成层叠于金属导电层上的15μm厚的光刻胶层。将设计好的掩膜板对光刻胶层进行曝光显影。掩膜板上具有多个圆孔，每个圆孔的直径为1微米，相邻两个圆孔的横截面的圆心的距离为3.8微米，紫外光功率密度：0.9mW/cm²，曝光时间20秒，显影液为RD6，显影时间90秒，随后在100℃下烧烤2分钟，将样品烘干。曝光显影后形成层叠于金属导电层上的光刻胶膜岛。将样品送入ALD反应腔，以TMA和H₂O为反应源，采用原子层沉积工艺在金属导电层层叠有光刻胶膜岛的表面上沉积AL₂O₃薄膜。维持衬底温度300℃，反应腔工作压强250Pa。将TMA随饱和蒸汽进入反应腔，化学吸附在衬底上，脉冲时间为1.5秒，用N₂吹洗5秒，带走腔中剩余的TMA。然后在N₂的携带下将H₂O脉冲进入反应腔与化学吸附在衬底上的TMA反应，生成AL₂O₃和副产物CH₄，时间1秒。然后，用N₂吹洗5秒，将CH₄及过量H₂O带出反应腔。至此完成一个周期。循环进行70个周期，沉积上10nm厚的AL₂O₃层。然后将样品在丙酮溶液中浸泡3分钟，除去光刻胶膜岛，再将用样品在酒精中浸泡3分钟，将样品表面残留丙酮除去，最后将样品取出，用N₂将样品吹干。至此，得到具有多个纳米尺寸的孔洞的氧化铝钝化层，制备得到层叠于钠钙玻璃衬底上背电极。氧化铝钝化层的厚度为50纳米，每个纳米尺寸的孔洞的直径为1微米，相邻两个纳米尺寸的孔洞的孔心距离为3.8微米；

（3）将层叠有背电极的钠钙玻璃衬底放在MBE样品台上，使氧化铝钝化层朝向蒸发源炉，打开样品台旋转开关，将Cu源炉、In源炉、Ga源炉、Se源炉和样品台的温度分别设为1300℃、900℃、1050℃、250℃和500℃，同时打开Cu源炉挡板、In源炉挡板、Ga源炉挡板和Se源炉挡板，蒸镀1000秒，得到厚度为2微米的铜铟镓硒薄膜光吸收层；

（4）将反应溶液倒进反应器中，用水浴法形成层叠于光吸收层上的缓冲层，缓冲层的厚度为50nm；

（5）将制备好缓冲层的样品用溅射法形成依次层叠于缓冲层上的窗口层和透明电极层，得到太阳电池器件，其中窗口层的厚度为50纳米，透明电极层的厚度为200纳米。

实施例2

太阳电池器件的制备

（1）提供钠钙玻璃衬底，将钠钙玻璃衬底清洗并干燥后送入磁控溅射真空腔室的样品架上，将样品架的温度加热至250℃，在真空度为0.16Pa下，以功率密度为4W/cm²将金属钼溅射至钠钙玻璃衬底上，形成层叠于钠钙玻璃衬底上、厚度为2微米的金属导电层；

（2）在金属导电层上旋转涂覆光刻胶NR5-8000，旋涂转速1000rpm，旋涂时间40秒，随后在150℃下烧烤10分钟，将光刻胶固化，形成层叠于金属导电层上的15μm厚的光刻胶层。将设计好的掩膜板对光刻胶层进行曝光显影。掩膜板上具有多个圆孔，每个圆孔的直径为1.5微米，相邻两个圆孔的横截面的圆心的距离为5微米，紫外光功率密度：0.9mW/cm²，曝光时间20秒，显影液为RD6，显影时间90秒，随后在100℃下烧烤2分钟，将样品烘干。曝光显影后形成层叠于金属导电层上的光刻胶膜岛。将样品送入ALD反应腔，以TMA和H₂O为反应源，采用原子层沉积工艺在金属导电层层叠有光刻胶膜岛的表面上沉积AL₂O₃薄膜。维持衬底温度300℃，反应腔工作压强250Pa。将TMA随饱和蒸汽进入反应腔，化学吸附在衬底上，脉冲时间为1.5秒，用N₂吹洗5秒，带走腔中剩余的TMA。然后在N₂的携带下将H₂O脉冲进入反应腔与化学吸附在衬底上的TMA反应，生成AL₂O₃和副产物CH₄，时间1秒。然后，用N₂吹洗5秒，将CH₄及过量H₂O带出反应腔。至此完成一个周期。循环进行70个周期，沉积上10nm厚的AL₂O₃层。然后将样品在丙酮溶液中浸泡3分钟，除去光刻胶膜岛，再将用样品在酒精中浸泡3分钟，将样品表面残留丙酮除去，最后将样品取出，用N₂将样品吹干。至此，得到具有多个纳米尺寸的孔洞的氧化铝钝化层，制备得到层叠于钠钙玻璃衬底上背电极。氧化铝钝化层的厚度为50纳米，每个纳米尺寸的孔洞的直径为1.5微米，相邻两个纳米尺寸的孔洞的孔心距离为5微米；

（3）将层叠有背电极的钠钙玻璃衬底放在磁控溅射样品台上，使背电极朝向衬底挡板，将样品台加热至250℃，打开样品台旋转开关，将Cu靶、ZnS靶和SnS₂靶的功率分别设为60w、75w和70w，同时打开Cu靶挡板、ZnS靶挡板和SnS₂靶挡板，共溅射60分钟，得到厚度为2微米的铜锌锡硫薄膜光吸收层；

（4）将反应溶液倒进反应器中，然后把上述步骤（3）制得的样品放入反应器中，使反应溶液的液面没过光吸收层远离背电极的表面。打开水浴锅的加热器及温控和搅拌，设置温度为80℃。待水浴温度到达设定温度后，关闭搅拌器，慢慢将反应器放入水浴锅中，打开搅拌后开始计时达到9分钟后迅速取出反应器，拿出样品，用去离子水冲洗后用氮气吹干净。在光吸收层远离背电极的表面上沉积硫化镉，形成层叠于光吸收层上的缓冲层，缓冲层的厚度为50nm；

（5）将制备好缓冲层的样品送入放置有ZnO靶材和AZO靶材的溅射室，调节氧气流量为2sccm，氩气流量为20sccm，溅射气压为0.1Pa，设置ZnO靶材溅射功率为440W，预溅射10min。预溅射完成后，将溅射功率调节为220W，溅射时间5min，关闭ZnO靶材溅射电源，关闭气体流量控制器和进气阀，分子泵闸板阀开到最大，抽气5min，打开进气阀，调节Ar流量为15sccm，溅射气压为0.05Pa，打开AZO靶材控制电源，设置溅射功率为500W，预溅射10min。预溅射完成后，将溅射功率调节为750W，溅射时间15min，溅射完成后，关闭AZO靶溅射电源，关闭进气阀和气体流量控制器，形成依次层叠于缓冲层上的窗口层和透明电极层，得到太阳电池器件，其中窗口层的厚度为50纳米，透明电极层的厚度为200纳米。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳电池器件的背电极，其特征在于，包括金属导电层和层叠于所述金属导电层上的氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层上具有多个纳米尺寸的孔洞。

2.根据权利要求1所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，多个所述纳米尺寸的孔洞呈周期阵列排布。

3.根据权利要求1所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，每个所述纳米尺寸的孔洞的形状为圆柱形，该圆柱形的孔径为d，相邻两个所述纳米尺寸的孔洞的横截面的几何中心的距离为L，太阳电池器件的光吸收层的厚度为t，载流子在所述光吸收层的扩散长度为k，所述L、t和k满足：

$(\frac{\sqrt{2}}{2}L-\frac{d}{2})\≤\sqrt{k^2-t^2}.$

4.根据权利要求3所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，0.1μm≤d≤2μm。

5.根据权利要求3所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，0.5μm≤L≤10μm。

6.根据权利要求1所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，所述金属导电层的厚度为0.1微米～2微米。

7.根据权利要求1所述的太阳电池器件的背电极，其特征在于，所述氧化铝钝化层的厚度为5纳米～100纳米。

8.一种太阳电池器件的背电极的制备方法，包括如下步骤：

采用磁控溅射制备金属导电层；

在所述金属导电层的一个表面上涂覆光刻胶，曝光显影后在所述金属导电层的表面上形成光刻胶膜岛；

采用原子层沉积工艺在形成有所述光刻胶膜岛的金属导电层的表面上沉积氧化铝钝化层；及

除去所述光刻胶膜岛，在所述氧化铝钝化层上形成多个纳米尺寸的孔洞，得到太阳电池器件的背电极。

9.一种太阳电池器件，包括依次层叠的衬底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层和透明电极层，其特征在于，所述背电极包括层叠于所述衬底上的金属导电层和层叠于所述金属导电层上的氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层上具有多个纳米尺寸的孔洞。

10.根据权利要求9所述的太阳电池器件，其特征在于，所述光吸收层为铜铟镓硒薄膜光吸收层、铜锌锡硫薄膜光吸收层、铜锌锡硒薄膜光吸收层或碲化镉薄膜光吸收层。

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