CN105489699B - 用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法，用于太阳能电池电极制备技术领域。它利用物理射频磁控溅射法和直流磁控溅射法分别制备AZO层和Ag层，并通过控制快速热处理条件来形成不同大小和尺寸的具有椭圆形状的Ag纳米颗粒。本发明获得了一种具有非球形Ag纳米颗粒的薄膜层的太阳能电池前电极，其中Ag纳米颗粒等离子体在长波靠近红外方向的共振吸收方面有较大潜力，这对应用于硅基太阳能电池上是有利的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法，用于太阳能电池电极制备技术领域，特别是涉及一种快速热处理工艺对透明导电氧化物薄膜电极的制备方法，可应用于硅基薄膜太阳能电池的制备。
背景技术
近几年，由于晶体硅价格的上涨极大地推动了薄膜太阳能电池的发展，薄膜太阳能电池占世界光伏市场份额已超过10%，光伏用TCO（透明导电氧化物）玻璃作为电池前电极的必要构件，市场需求迅速增长。目前制备透明导电膜的方法有化学气相沉积法、物理溅射法以及溶胶凝胶法等。其中化学法工艺简单而且可以用来制备不同颗粒形状的薄膜，但制得的薄膜均一性和分散性均不好；物理法工艺条件易于控制而且制备的薄膜均一性、分散性良好。
Ag纳米颗粒在电学、光学、表面催化和传感等领域表现出优异的特性，其较强的表面等离子共振行为，有着广泛的应用前景，而共振吸收峰与颗粒的尺寸、形貌及颗粒的组装形态密切相关。由于硅基薄膜太阳能电池电极在近红外波段的吸收系数较低，所以本发明提出了一种综合射频与直流磁控溅射制备和快速热处理方法制备基于非球形Ag纳米颗粒的AZO/Ag/AZO透明导电薄膜，通过Ag颗粒在长波近红外波段的等离子共振作用，从而增强薄膜太阳能电池对光的吸收和利用，这适应了薄膜太阳能电池制备的产业化需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法。本发明结合射频和直流物理磁控溅射的方法制备三层AZO/Ag/AZO薄膜（其中AZO为掺铝氧化锌），再经过快速热处理方法形成非球形Ag纳米颗粒的透明导电薄膜，具体采用下述技术方案：
一种用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法，其特征在于具有如下的制备过程和步骤：
a. 使用载玻片作为衬底，分别依次用分析纯丙酮，分析纯酒精和去离子水进行超声波清洗，用纯氮吹干使载玻片清洁，然后将衬底放入磁控溅射反应室。首先用射频磁控溅射方法在衬底上生长第一层AZO薄膜，溅射时腔体温度为室温，溅射功率为100~120W，溅射压强即真空度为1.6Pa，溅射保护气为氩气，溅射时间为15~25min，薄膜的厚度为30~40nm；
b．采用直流磁控溅射方法在上述a步骤制备的AZO薄膜表面生长第二层Ag薄膜，溅射时腔体温度为室温，溅射功率为15~25W，溅射压强即真空度为1.4~1.8Pa，溅射保护气为氩气，溅射时间为15~20s，薄膜的厚度为6~9nm；
c．采用射频磁控溅射方法在上述b步骤制备的Ag薄膜表面上生长第三层AZO薄膜，溅射条件与a步骤相同，因此制备得到具有AZO/Ag/AZO的复合薄膜层样品；
d．将所述c步骤得到的复合薄膜层样品放入RTP即快速热处理装置中，在不高于400℃的温度条件下进行快速退火处理，得到粒径长轴300~500nm，短轴50~100nm的椭圆形Ag纳米颗粒，最终得到以非球形Ag纳米颗粒作为中间层的太阳能薄膜电池前电极。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明利用射频磁控溅射制备AZO层，利用直流磁控溅射的方法制备Ag纳米颗粒等离子体，并通过控制快速热处理的条件来形成不同大小、尺寸的椭圆形的纳米颗粒;
2. 本发明克服了薄膜电池在太阳光近红外波段吸收效率低的缺点，采用AZO/Ag/AZO三层膜结构和快速热处理过程制备非球形Ag纳米颗粒的方法来改善其对长波近红外波段的吸收，获得了良好的效果；
3. 本发明综合了物理磁控溅射和快速热处理的过程，比化学法更加易于控制，在Ag纳米颗粒增强硅基薄膜太阳能电池近红外的光吸收方面的应用将会有较大的潜力；
4. 通过Ag纳米颗粒的加入，也可以降低薄膜电极的电阻率。
附图说明
图1是本发明优选实施例中生长出的非球形Ag纳米颗粒SEM图谱。
图2是本发明优选实施例中利用紫外-可见分光光度计测得的非球形纳米Ag颗粒透过光谱。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，一种AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法，包括以下步骤：
A. AZO层的制备：通过利用射频磁控溅射设备，在105W的溅射功率， 20sccm（压强为1.6Pa）氩气流量的氛围条件下，溅射20min制备，具体步骤如下：
1）将普通的载玻片切割成大小为1cm×1cm若干，分别依次用分析纯丙酮、分析纯乙醇和去离子水超声清洗样品的表面，然后用纯氮吹干；
2）打开磁控溅射设备，装AZO靶材，放入衬底，关闭腔体；
3）抽真空，约1.5小时后，真空度达到5×10-4Pa左右；
4）通氩气，调节氩气流量为20sccm；
5）按下射频溅射开关按钮，并调节溅射功率至105W；
6）进行溅射，溅射时间为20min。
B.Ag层的制备：通过利用直流磁控溅射设备，在20W的溅射功率， 20sccm（压强为1.6Pa）氩气流量的氛围条件下，溅射20s制备，具体步骤如下：
1）打开磁控溅射腔设备，装Ag靶材，放入步骤a制备得到的具有一层AZO层的载玻片，关闭腔体；
2）抽真空，约1.5小时后，使真空度达到5×10-4Pa左右；
3）通氩气，调节氩气流量为20sccm；
4）按下直流溅射开关按钮，并调节溅射功率至20W；
5）进行溅射，溅射时间为20s。
C. 第三层AZO：重复步骤a用射频磁控溅射设备制备得到第三层AZO薄膜，于是得到具有AZO/Ag/AZO的复合薄膜层样品。
D. 快速热处理，具体步骤如下：
1）打开快速热处理设备，将步骤c得到的AZO/Ag/AZO复合薄膜层样品放入腔体内；
2）通氮气作为保护气，氮气流量为3L/min;
3）快速升温至250℃下退火30min，得到具有非球形Ag纳米颗粒的太阳能电池前电极。
仪器检测及检测结果分析：
如图1得到：利用上述发明获得了粒径长轴300~500nm，短轴50~100nm的椭圆形Ag纳米颗粒，其形貌、尺寸与均匀性等均可以很好的控制。本例制备的含有非球形Ag纳米颗粒的薄膜前电极也达到了低阻高透的要求。
再者，本发明利用物理磁控溅射法制备的非球形Ag纳米颗粒在长波近红外等离子体共振吸收方面的应用上有较大的潜力，并且通过在不高于400℃下对不同温度热处理条件的控制，可以不同程度的改变非球形Ag纳米颗粒的形貌、尺寸与均匀性。例如本实例在长波近红外(700nm)波长范围呈现明显吸收，具有较强表面等离子共振行为，共振吸收峰明显。
Claims (1)
1.一种用于太阳能薄膜电池前电极的AZO/Ag/AZO复合膜的制备方法，其特征在于具有如下的步骤：
a. 使用载玻片作为衬底，分别依次用分析纯丙酮，分析纯酒精和去离子水进行超声波清洗，用纯氮吹干使载玻片清洁，然后将衬底放入磁控溅射反应室，首先用射频磁控溅射方法在衬底上生长所述复合膜的第一层，所述第一层为AZO薄膜；溅射时腔体温度为室温，溅射功率为100~120W，溅射压强即真空度为1.6Pa，溅射保护气为氩气，溅射时间为15~25min，所述AZO薄膜的厚度为30~40nm；
b．采用直流磁控溅射方法在上述a步骤制备的AZO薄膜表面生长所述复合膜的第二层，所述第二层为Ag薄膜；溅射时腔体温度为室温，溅射功率为15~25W，溅射压强即真空度为1.4~1.8Pa，溅射保护气为氩气，溅射时间为15~20s，所述Ag薄膜的厚度为6~9nm；
c．采用射频磁控溅射方法在上述b步骤制备的Ag薄膜表面上生长所述复合膜的第三层，所述第三层为AZO薄膜；溅射条件与a步骤相同，因此制备得到具有AZO/Ag/AZO的复合薄膜层样品；
d．将所述c步骤得到的复合薄膜层样品放入快速热处理装置中，在不高于400℃的温度条件下进行快速退火处理，得到粒径长轴300~500nm，短轴50~100nm的椭圆形Ag纳米颗粒，最终得到以非球形Ag纳米颗粒作为中间层的太阳能薄膜电池前电极。
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