CN114481028A - 一种异质结电池的tco薄膜及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于太阳能电池领域，提供了一种异质结电池的TCO薄膜及其制作方法。异质结电池的TCO薄膜的制作方法，溅射系统中的靶材为(In1‑xGax)2‑yZryO3靶材，x的范围为[0.00，0.28]，y的范围为[0.01，0.18]。如此，通过调节靶材中Ga的含量来提高TCO薄膜的禁带宽度，使得TCO薄膜的紫外波段的光透过率提高。同时，通过调节靶材中Zr的含量来提高TCO薄膜的载流子迁移率，使得近红外波段的光透过率提高并保持TCO薄膜的良好导电特性。这样，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
Description
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种异质结电池的TCO薄膜及其制作方法。
背景技术
相关技术中的异质结太阳电池通常使用氧化铟锡(ITO)材料作为透明导电薄膜窗口层。具体地，选用特定锡含量的ITO靶材作为原材料，预抽真空到一定背底气压后传入衬底，保持衬底与靶材间距，保持特定温度，通入氩气调节腔体气压到特定区间，在特定功率密度下沉积特定厚度的ITO薄膜。
然而如此，紫外光区产生禁带的励起吸收，故ITO薄膜的紫外光区光穿透率极低，并且，近红外区由于载流子的等离子体振动现象而产生反射，故ITO薄膜近红外区的光透过率也很低。由此产生的光学寄生吸收导致硅异质结太阳电池的光利用率下降，损失短路电流。
基于此，如何设计异质结电池的TCO薄膜来替代ITO薄膜以提高紫外波段和近红外波段的光透过率，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种异质结电池的TCO薄膜及其制作方法，旨在解决如何设计异质结电池的TCO薄膜来替代ITO薄膜以提高紫外波段和近红外波段的光透过率的问题。
第一方面，本申请提供的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，溅射系统中的靶材为(In1-xGax)2-yZryO3靶材，x的范围为[0.00，0.28]，y的范围为[0.01，0.18]。
可选地，x为0.14，y为0.1。
可选地，待溅射生长薄膜的衬底的温度为25℃-240℃。
可选地，所述待溅射生长薄膜的衬底的温度为120℃-160℃。
可选地，工艺气体为含2％-8％体积分数的氢气的氩气；或，工艺气体为含体积分数小于或等于5％的氧气的氩气。
可选地，抽真空后腔室内的本底真空度为0.8×10-4Pa-1.2×10-4Pa；和/或，通入工艺气体后，腔室内的气压的范围为3Pa-10Pa；和/或，利用射频电源启辉后，腔室内的工作气压为0.5Pa-5Pa。
可选地，利用射频电源启辉后，溅射功率密度为3.6W/cm2-12W/cm2。
可选地，待溅射生长薄膜的衬底到所述靶材的距离为4cm-12cm。
第二方面，本申请提供的异质结电池的TCO薄膜，采用上述任一项的异质结电池的TCO薄膜的制作方法制成。
第三方面，本申请提供的异质结电池的TCO薄膜，电子迁移率大于80cm2/V·s，载流子浓度小于5×1020cm-3，禁带宽度为3.75eV-4.25eV，100nm厚的所述ITO薄膜的方阻小于50ohm/sq。
本申请实施例的异质结电池的TCO薄膜及其制作方法，通过调节靶材中Ga的含量来提高TCO薄膜的禁带宽度，使得TCO薄膜的紫外波段的光透过率提高。同时，通过调节靶材中Zr的含量来提高TCO薄膜的载流子迁移率，使得近红外波段的光透过率提高并保持TCO薄膜的良好导电特性。这样，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
附图说明
图1是本申请实施例的异质结电池的TCO薄膜的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请通过调节靶材中Ga的含量和Zr的含量，使得TCO薄膜的紫外波段和近红外波段的光透过率提高，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
实施例一
本申请实施例的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，溅射系统中的靶材为(In1- xGax)2-yZryO3靶材，x的范围为[0.00，0.28]，y的范围为[0.01，0.18]。
本申请实施例的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，通过调节靶材中Ga的含量来提高TCO薄膜的禁带宽度，使得TCO薄膜的紫外波段的光透过率提高。同时，通过调节靶材中Zr的含量来提高TCO薄膜的载流子迁移率，使得近红外波段的光透过率提高并保持TCO薄膜的良好导电特性。这样，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
可以理解，本申请实施例制成的TCO薄膜为IGO:Zr薄膜。
具体地，请参阅图1，本申请实施例的异质结电池的TCO薄膜的制作方法包括：
S11：在溅射系统中安装(In1-xGax)2-yZryO3靶材；其中，x的范围为[0.00，0.28]，y的范围为[0.01，0.18]；
S12：在溅射系统的腔室内进行抽真空处理并对待溅射生长薄膜的衬底加热；
S13：向腔室内通入工艺气体；
S14：对溅射系统启辉，在待溅射生长薄膜的衬底溅射TCO薄膜。
如此，高效地制成TCO薄膜，在保证TCO薄膜导电特性的前提下使得TCO薄膜的紫外波段和近红外波段的光透过率提高，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
具体地，x例如为0.00、0.01、0.07、0.1、0.14、0.17、0.2、0.25、0.28。
具体地，y例如为0.01、0.02、0.04、0.05、0.08、0.1、0.14、0.17、0.18。
具体地，靶材例如为(In1Ga0)1.99Zr0.01O3靶材、(In0.99Ga0.01)1.98Zr0.02O3靶材、(In0.93Ga0.07)1.96Zr0.04O3靶材、(In0.9Ga0.1)1.95Zr0.05O3靶材、(In0.86Ga0.14)1.92Zr0.08O3靶材、(In0.83Ga0.17)1.9Zr0.1O3靶材、(In0.8Ga0.2)1.86Zr0.14O3靶材、(In0.75Ga0.25)1.83Zr0.17O3靶材、(In0.72Ga0.28)1.82Zr0.18O3靶材。在此不进行限定，只要满足前述范围即可。
具体地，溅射系统可为磁控溅射系统。如此，可以高速、低温、低损伤地溅射TCO薄膜。
在本实施例中，溅射系统为直流磁控溅射系统。如此，可以提高溅射速率，降低TCO薄膜的污染，提高TCO薄膜的品质，且不会使基片过热。
可以理解，在其他的实施例中，溅射系统可为射频磁控溅射系统、脉冲直流磁控溅射系统。
具体地，在制作TCO薄膜之前，可对硅衬底进行制绒、扩散、沉积N型非晶硅层、沉积本征非晶硅层、沉积P型非晶硅层。在制作TCO薄膜之后，可进行丝网印刷和烧结。如此，制成包括TCO薄膜的异质结电池。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例二
在一些可选实施例中，x为0.14，y为0.1。
换言之，靶材为(In0.86Ga0.14)1.9Zr0.1O3靶材。
如此，使得TCO薄膜的紫外波段和近红外波段的整体光透过率最高，从而最大程度地降低光学寄生吸收，提高异质结电池的光利用率。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例三
在一些可选实施例中，待溅射生长薄膜的衬底的温度为25℃-240℃。例如为25℃、40℃、60℃、86℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、240℃。
如此，使得衬底温度处于合适范围，避免衬底温度过低或过高导致TCO薄膜品质较差。而且，衬底温度较低，实现在较低的温度下制备TCO薄膜。
具体地，衬底温度可为前述范围内的定值，也可在前述范围内波动。在此不进行限定。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例四
在一些可选实施例中，待溅射生长薄膜的衬底的温度为120℃-160℃。例如为120℃、130℃、135℃、140℃、147℃、150℃、160℃。
如此，使得衬底温度处于更合适的范围，使得TCO薄膜的品质更好，有利于提高TCO薄膜的光透过率和导电特性。
具体地，衬底温度可为前述范围内的定值，也可在前述范围内波动。在此不进行限定。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例五
在一些可选实施例中，工艺气体为含2％-8％体积分数的氢气的氩气。
具体地，氢气的体积分数占比例如为2％、2.2％、3％、3.8％、4％、4.5％、5％、5.7％、6％、6.8％、7％、7.5％、8％。
如此，使得氢气的体积分数占比处于合适的范围，使得TCO薄膜的品质更好，有利于提高TCO薄膜的光透过率和导电特性，同时氢气会对电池其他膜层产生一定的钝化效果。
具体地，氢气的体积分数占比可为前述范围内的定值，也可在前述范围内波动。在此不进行限定。
在另一些可选实施例中，工艺气体为含体积分数小于或等于5％的氧气的氩气。氧气的体积分数例如为0、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.46％、0.5％。
如此，实现利用不含氢气的工艺气体制作TCO薄膜。
具体地，氧气的体积分数占比可为前述范围内的定值，也可在前述范围内波动。在此不进行限定。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例六
在一些可选实施例中，抽真空后腔室内的本底真空度为0.8×10-4Pa-1.2×10- 4Pa。如此，使得抽真空后腔室内的本底真空度处于合适的范围，便于后续的溅射，避免杂质气体影响TCO薄膜的制作。
优选地，抽真空后腔室内的本底真空度为10-4Pa。如此，使得腔室内的本底真空度最合适。
在一些可选实施例中，通入工艺气体后，腔室内的气压的范围为3Pa-10Pa。例如为3Pa、3.2Pa、4Pa、5Pa、6Pa、7Pa、8Pa、9Pa、10Pa。
如此，使得工艺气体后腔室内的气压处于合适的范围，便于后续的溅射。
具体地，可调节真空泵的抽速以及通入工艺气体的流量，来调节腔室内的气压。如此，可以方便高效地调节腔室内的气压。
在一些可选实施例中，利用射频电源启辉后，腔室内的工作气压为0.5Pa-5Pa。例如为0.5Pa、0.7Pa、1Pa、2Pa、3Pa、4Pa、5Pa。
如此，使得利用射频电源启辉后腔室内的工作气压处于合适的范围，为溅射营造良好的环境，使得TCO薄膜的品质更好，有利于提高TCO薄膜的晶体结构，改善薄膜生长提高光透过率和电子迁移率。
具体地，腔室内的气压可为前述范围内的定值，也可在前述范围内波动。在此不进行限定。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例七
在一些可选实施例中，利用射频电源启辉后，溅射功率密度为3.6W/cm2-12W/cm2。例如为3.6W/cm2、3.7W/cm2、4W/cm2、5W/cm2、6W/cm2、7W/cm2、8W/cm2、9W/cm2、10W/cm2、11W/cm2、12W/cm2。
如此，使得溅射功率密度处于合适的范围，避免溅射功率密度过低导致的溅射效率较低，避免溅射功率密度较高导致的TCO薄膜的品质较差以及对基底的损伤，有利于优化TCO薄膜的沉积速率和其与衬底膜层的匹配损伤。
具体地，溅射功率密度可为3.6W/cm2-12W/cm2范围内的定值，也可在3.6W/cm2-12W/cm2范围内波动。在此不进行限定。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例八
在一些可选实施例中，待溅射生长薄膜的衬底到靶材的距离为4cm-12cm。例如为4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm。
如此，使得待溅射生长薄膜的衬底到靶材的距离处于合适的范围，使得TCO薄膜的品质更好，有利于提高TCO薄膜的光透过率。
优选地，待溅射生长薄膜的衬底到靶材的距离为6cm-8cm。例如为6cm、6.3cm、6.5cm、7cm、7.2cm、7.5cm、7.8cm、8cm。
如此，使得待溅射生长薄膜的衬底到靶材的距离处于更合适的范围，更有利于提高TCO薄膜的生长速率以及光透过率和导电特性。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例九
一种TCO薄膜，采用上述任一实施例的TCO薄膜的制作方法制成。
本申请实施例的TCO薄膜，通过调节靶材中Ga的含量来提高TCO薄膜的禁带宽度，使得TCO薄膜的紫外波段的光透过率提高。同时，通过调节靶材中Zr的含量来提高TCO薄膜的载流子迁移率，使得近红外波段的光透过率提高并保证薄膜足够好的导电特性。这样，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
可以理解，本申请实施例的TCO薄膜为IGO:Zr薄膜。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
实施例十
一种TCO薄膜，其特征在于，电子迁移率大于80cm2/V·s，电子迁移率大于80cm2/V·s，载流子浓度小于5×1020cm-3，禁带宽度为3.75eV-4.25eV，100nm厚的所述TCO薄膜的方阻小于50ohm/sq。
本申请实施例的TCO薄膜，通过调节靶材中Ga的含量来提高TCO薄膜的禁带宽度，使得TCO薄膜的紫外波段的光透过率提高。同时，通过调节靶材中Zr的含量来提高TCO薄膜的载流子迁移率，使得近红外波段的光透过率提高并保证薄膜足够好的导电特性。这样，可以降低光学寄生吸收，从而提高异质结电池的光利用率。
可以理解，本申请实施例的TCO薄膜为IGO:Zr薄膜。
关于该实施例的其他解释和说明可参照本文的其他部分，为避免冗余，在此不再赘述。
综合以上，相关技术所制作的ITO薄膜的载流子迁移率为10cm2/V·s-30cm2/V·s，载流子浓度为1020-1021cm-3，禁带宽度为3.5eV-4.3eV。而本申请的TCO薄膜及其制作方法，使得异质结电池的短路电流提高0.5mA/cm2-5mA/cm2，最高可达4mA/cm2以上。而且，本申请的TCO薄膜及其制作方法，在靶材为(In0.86Ga0.14)1.9Zr0.1O3靶材时，迁移率高于100cm2/V·s，禁带宽度约4.0eV，载流子浓度约1×1020cm-3，100nm厚的TCO薄膜的方阻值为36ohm/sq，对波长300-1200nm波段的光透过率高于94％。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，溅射系统中的靶材为(In1- xGax)2-yZryO3靶材，x的范围为[0.00，0.28]，y的范围为[0.01，0.18]。
2.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，x为0.14，y为0.1。
3.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，待溅射生长薄膜的衬底的温度为25℃-240℃。
4.根据权利要求3所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，所述待溅射生长薄膜的衬底的温度为120℃-160℃。
5.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，工艺气体为含2％-8％体积分数的氢气的氩气；
或，工艺气体为含体积分数小于或等于5％的氧气的氩气。
6.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，抽真空后腔室内的本底真空度为0.8×10-4Pa-1.2×10-4Pa；和/或，通入工艺气体后，腔室内的气压的范围为3Pa-10Pa；和/或，利用射频电源启辉后，腔室内的工作气压为0.5Pa-5Pa。
7.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，利用射频电源启辉后，溅射功率密度为3.6W/cm2-12W/cm2。
8.根据权利要求1所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法，其特征在于，待溅射生长薄膜的衬底到所述靶材的距离为4cm-12cm。
9.一种异质结电池的TCO薄膜，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的异质结电池的TCO薄膜的制作方法制成。
10.一种异质结电池的TCO薄膜，其特征在于，电子迁移率大于80cm2/V·s，载流子浓度小于5×1020cm-3，禁带宽度为3.75eV-4.25eV，100nm厚的所述TCO薄膜的方阻小于50ohm/sq。
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