具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法，利用磁控溅射在玻璃基片上生长一层AZO薄膜；利用稀盐酸与丙烯酸混合液对AZO薄膜进行腐蚀，获得大特征尺度的光俘获结构；在腐蚀后的AZO薄膜上利用磁控溅射再生长一层AZO薄膜；在浓度为0.3%的500 ml稀盐酸溶液中加入0.5~1.0 ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把制备好的AZO薄膜放入其中浸泡30~70秒，然后取出，并用去离子水冲洗。本发明专利技术采用不同浓度的稀盐酸‑丙烯酸溶液，可以在AZO表面获得不同特征尺度的光俘获结构，从而得到尺度范围较宽的太阳光俘获效果。

【技术实现步骤摘要】
具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法
本专利技术属于光化学
，特别是涉及一种具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法。
技术介绍
由于透明导电氧化物(TCO)薄膜同时具有优异的光透过和导电性能，TCO薄膜如今广泛应用于平板显示和太阳能电池等领域。由于薄膜电池的有效吸收层都比较薄，一般为几个微米厚，因此相对与晶体硅电池而言，提高薄膜电池对光的吸收从而达到增加电池的短路电流就显得很重要。作为薄膜太阳能电池的前端电极，TCO薄膜表面一般还要具备光俘获结构，实现对入射光的反射、折射和散射，是入射光分散到各个角度，经多次反射以增大太阳光在薄膜电池中的光程，增加光的吸收以增大电池的短路电流，提高电池效率。与常规的掺锡的氧化铟(ITO)透明导电薄膜相比，掺铝氧化锌(AZO)TCO除了具有优异的光电性能之外，还具有无毒、价格低廉、在氢等离子区具有高稳定性等特点，因而广泛应用于硅基薄膜太阳能电池之中。一般而言，具有大特征尺度的表面光俘获结构陷光能力是比较强的，但是，这种结构也会导致后续生长的薄膜中出现空洞。对于具有大特征尺度的表面陷光结构的AZO衬底来说，在后续的电池薄膜材料生长过程中，形成薄膜的前驱体在到达AZO生长表面时，前驱体在陷光结构凸起部位的扩散长度大于凹陷位置，使得凸起部位处薄膜的生长速率大于凹陷部位，从而导致薄膜在凸起部位处较厚而在凹陷部位处较薄，形成了所谓薄膜生长的阴影效应。当相邻的凸起部位的薄膜因生长速率较大而出现闭合时，在薄膜的下半部分就会出现裂缝，这些具有高缺陷密度的裂缝会造成薄膜电池的开路电压和填充因子的恶化。因此，如何通过修饰具有大特征尺度的表面陷光结构的形貌，来减少其造成的不利影响是亟待解决的问题，也是目前国内外研究热点。表面陷光结构对光的散射取决于其结构的特征尺度，特征尺度比太阳光的波长大很多或者小很多，陷光结构都不能获得有效的光俘获。因此，由于太阳光的波长分布范围比较宽(从紫外到红外)，具有单一特征尺度的陷光结构，无论其特征尺度的大小，对光俘获的效果不能达到最优化。相比于化学气相沉积法，磁控溅射法重复性好、低温沉积、沉积速率高、大面积均匀性好等优点，因此磁控溅射是制备AZO薄膜的最常用的方法。但一般情况下，采用常规氩气作为工作气体的磁控溅射法制备的AZO薄膜的载流子迁移率偏低和电阻率偏高。
技术实现思路
本专利技术涉及薄膜太阳能电池领域，采用多步溅射和腐蚀相结合，获得了一种特征尺度分布范围比较宽的掺铝氧化锌透明导电薄膜的表面光俘获结构，对不同波长的太阳光均具有较好的散射能力，能够获得较好的太阳光俘获效果，同时对后续生长在其表面的电池材料也不会出现阴影效应，提高了薄膜太阳能电池的性能。本专利技术的技术方案如下：具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用磁控溅射在玻璃基片上生长一层AZO薄膜：采用Al掺杂质量分数2～3％的Al2O3/ZnO陶瓷为溅射靶材，普通玻璃作为衬底；溅射腔的本底真空为5×10-4Pa，靶材与玻璃衬底之间的距离为6.0cm，工作气压为0.6Pa，工作气体为氩气与氢气的混合气体，氢气的质量分数为3％；在沉积AZO薄膜之前，先对靶材进行预溅射10分钟，去除靶材表面的污染。衬底温度为300℃，射频溅射功率为210W，溅射时间为80分钟，薄膜厚度为1.5μm，薄膜电阻率为3.5×10-4Ω.cm；2)利用稀盐酸与丙烯酸混合液对AZO薄膜进行腐蚀，获得大特征尺度的光俘获结构：在浓度为1.2％的500ml稀盐酸溶液中加入1.0～3.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤1)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡80～200秒，然后取出，并用去离子水冲洗；3)在腐蚀后的AZO薄膜上利用磁控溅射再生长一层AZO薄膜：参照步骤1)的参数，利用磁控溅射再生长一层厚度为1.0μm的AZO薄膜；4)在浓度为0.3％的500ml稀盐酸溶液中加入0.5～1.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤3)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡30～70秒，然后取出，并用去离子水冲洗。本专利技术采用不同浓度的稀盐酸-丙烯酸溶液，可以在AZO表面获得不同特征尺度的光俘获结构，从而得到尺度范围较宽的太阳光俘获效果。附图说明以下结合附图和本专利技术的实施方式来作进一步详细说明图1为经过第一次和第二次腐蚀后的AZO薄膜的总透射率和雾度因子。曲线S1为第一次腐蚀后的AZO薄膜的总透过率；曲线S2为第一次腐蚀后的AZO薄膜的总透过率；曲线S3为第一次腐蚀后的AZO薄膜的雾度因子；曲线S4为第一次腐蚀后的AZO薄膜的雾度因子。具体实施方式本实施例具体包括以下步骤1)磁控溅射法生长AZO薄膜。采用Al掺杂质量分数2～3％的Al2O3/ZnO陶瓷为溅射靶材，靶材的纯度为99.995％，直径为2英寸，普通玻璃作为衬底。首先用洗涤剂、丙酮、无水乙醇依次对玻璃进行超声清洗，每次清洗后用去离子水冲洗多遍，最后用氮气吹干后再放入溅射腔。靶材在放入溅射腔之前，依次用丙酮进行超声清洗，再用去离子水进行冲洗，然后在异丙醇溶液中浸泡，最后用氮气吹干。溅射腔的本底真空为5×10-4Pa，靶材与玻璃衬底之间的距离为6.0cm，工作气压为0.6Pa，工作气体为氩气与氢气的混合气体，氢气的质量分数为3％。在沉积AZO薄膜之前，先对靶材进行预溅射10分钟，去除靶材表面的污染。衬底温度为300℃，射频溅射功率为210W，溅射时间为80分钟，薄膜厚度为1.5μm，薄膜电阻率为3.5×10-4Ω.cm。2)利用稀盐酸与丙烯酸混合液腐蚀AZO薄膜。在浓度为1.2％的500ml稀盐酸溶液中加入1.0～3.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤1)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡80～200秒，然后取出，并用去离子水冲洗。3)在经过方案2腐蚀后的AZO薄膜上面，参照步骤1)的工艺参数，利用磁控溅射再生长一层厚度为1.0μm的AZO薄膜。4)在浓度为0.3％的500ml稀盐酸溶液中加入0.5～1.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤3)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡30～70秒，然后取出，并用去离子水冲洗。5)测试与分析。采用紫外-可见-近红外光谱仪测量经过第一次和第二次腐蚀的AZO薄膜光透射性能，雾度(haze)指的是透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，雾度因子定义为：其中TT为总透过率，DT为直接透过率。图1给出了经过第一次和第二次腐蚀后的AZO薄膜的总透射率和雾度因子，第二次腐蚀后薄膜的总透射率在可见光范围内与第一次腐蚀的基本相同，但是在近红外区域要低一些。但是，第二次腐蚀后薄膜的雾度因子在紫外和可见光范围内比第一次腐蚀后的高得多，这说明第二次腐蚀后获得小特征尺度的光俘获结构，对短波长太阳光具有较好散射效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用磁控溅射在玻璃基片上生长一层AZO薄膜：采用Al掺杂质量分数2～3％的Al2O3/ZnO陶瓷为溅射靶材，普通玻璃作为衬底；溅射腔的本底真空为5×10‑4Pa，靶材与玻璃衬底之间的距离为6.0cm，工作气压为0.6Pa，工作气体为氩气与氢气的混合气体，氢气的质量分数为3％；在沉积AZO薄膜之前，先对靶材进行预溅射10分钟，去除靶材表面的污染。衬底温度为300℃，射频溅射功率为210W，溅射时间为80分钟，薄膜厚度为1.5μm，薄膜电阻率为3.5×10‑4Ω.cm；2)利用稀盐酸与丙烯酸混合液对AZO薄膜进行腐蚀，获得大特征尺度的光俘获结构：在浓度为1.2％的500ml稀盐酸溶液中加入1.0～3.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤1)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡80～200秒，然后取出，并用去离子水冲洗；3)在腐蚀后的AZO薄膜上利用磁控溅射再生长一层AZO薄膜：参照步骤1)的参数，利用磁控溅射再生长一层厚度为1.0μm的AZO薄膜；4)在浓度为0.3％的500ml稀盐酸溶液中加入0.5～1.0ml的丙烯酸，不断晃动搅拌直至混合均匀，把步骤3)制备好的AZO薄膜放入其中浸泡30～70秒，然后取出，并用去离子水冲洗。...

【技术特征摘要】
1.具有宽特征尺度的掺铝氧化锌薄膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)利用磁控溅射在玻璃基片上生长一层AZO薄膜：采用Al掺杂质量分数2～3％的Al2O3/ZnO陶瓷为溅射靶材，普通玻璃作为衬底；溅射腔的本底真空为5×10-4Pa，靶材与玻璃衬底之间的距离为6.0cm，工作气压为0.6Pa，工作气体为氩气与氢气的混合气体，氢气的质量分数为3％；在沉积AZO薄膜之前，先对靶材进行预溅射10分钟，去除靶材表面的污染。衬底温度为300℃，射频溅射功率为210W，溅射时间为80分钟，薄膜厚度为1.5μm，薄膜电阻率为3.5×10-4Ω.cm；2)利用稀盐酸与...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仕华，陆肖励，井维科，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33