本发明专利技术涉及一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法及其制得产品，本发明专利技术采用磁控溅射方法，利用Li原子的高温易挥发特性，通过控制溅射沉积时高低温衬底温度实现调制掺杂，解决ZnO透明导电膜可见-红外光波段光透过率和导电性相制约问题；通过对ZnO:Li薄膜层的氢化，生长ZnO:Li-H过渡疏松层，出现（1000）偶极面，吸附氧，上移真空能级，解决ZnO:X-H与电池窗口层之间势垒过高问题；通过氢等离子体刻蚀和溅射粒子轰击过渡疏松层表面，直接生长陨石坑绒面。该ZnO:Li透明导电薄膜，在480nm-2300nm光波长范围光透过率达到85%以上，电阻率也达到了10-4Ω•cm，可应用到非晶硅叠层太阳电池前电极。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳电池的前电极透明导电膜制造
，具体是及其制得产品。
技术介绍
透明导电薄膜已被广泛运用在日常的光电产品一太阳电池透明电极、液晶显示、触摸控制显示器、抗辐射线高透光保护镜及汽车前窗玻璃加热电路等，是光电产品的关键材料之一，是我国急需解决的具有共性重大基础研究问题之一。 目前应用于太阳电池(如图1所示)前电极上的透明导电膜主要有两种。一种是锡掺氧化铟(ΙΤ0)，这种透明导电膜对可见光透过率可达90%以上，电阻率可低至10_5Ω -cm,产品成熟。但是，这种产品最大的缺陷是:化学元素铟在地球上属于稀缺元素，在自然界中贮存量少，价格较高，不环保；另一种是掺氟的SnO2导电膜(Sn02:F，简称为FT0)，可以做为ITO导电膜的替换用品。但SnO2导电膜用作太阳能电池前电极时，在等离子体环境下其电学性能不够稳定，将影响电池性能。 公开的文献报道结果绝大部分只是拓展到900nm波长有较好的光透过率，尽管Yang M等人在拓宽红外光透过率方面取得了很好的效果，但还是使用了地球上稀缺的铟元素。可知，目前在拓宽ZnO基薄膜可见-近红外光高透过率方面的工作仍然任重道远。因此，在研究方法和思路上突破plasma频率理论限制，通过对ZnO薄膜进行掺杂改性，研究提高载流子迁移率和减小掺杂ZnO薄膜载流子有效质量的理论和方法，在保证薄膜良好导电性能的前提下，达到拓宽红外光透过范围目的，这是掺杂ZnO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的关键基础问题之一。 由于绒面结构TCO薄膜的应用可以增强光散射作用，改善陷光效果，对提高Si基薄膜太阳电池的效率和稳定性能起到决定性的影响。J.HU pkes等人报道，通过优化磁控溅射工艺，在沉积压强在4.3 Pa条件下制备的样品，通过酸刻方法，获得陨石坑结构表面形貌；国内段苓伟、薛俊明等人报道，适当氧流量制备具有花瓣状薄膜表面形貌，酸刻后薄膜表面为陨石坑状。这种方法获得的绒面结构，具有较好的陷光作用，适宜用于太阳电池前电极，但大面积腐蚀ZnO薄膜形成绒面结构时具有高的风险性和造成材料浪费，这种方法需要先进行磁控溅射制备而后刻蚀二步完成，增加了工艺的复杂性。解决陨石坑状绒面Zn0_TC0本征制备，及解决Zn0_TC0与p_SiC: H窗口层之间的高势垒问题，是掺杂ZnO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的另外两个关键基础问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有高导电性、高透光性、较高绒度、本征陨石坑绒面、优异陷光性能、宽谱域光透过性、与P-型窗口层接触势垒低的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法及其制得产品。 本专利技术的技术方案是:一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnOiLi透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤: (1)装片:选用摩尔比为L1: Zn=3.5?5.5:96.5?94.5的Li2O和ZnO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得Li2O = ZnO陶瓷靶材；将上述制得的Li2O = ZnO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；(2)ZnOiLi薄膜层的生长:先将真空室的背景气压抽至4.5?8.0X 10_4 Pa，通入溅射气源Ar、其气体流量为29.4?30sCCm，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在 0.7?1.0Pa，溅射功率200?300 W，然后在温度为450?550°C和200?250°C的衬底上分别沉积30?40min和40?50min,制得ZnO: Li薄膜层；(3)ZnOiL1-H过渡疏松层的生长:先保持通入溅射气体Ar，加入另一种掺杂气体H2, H2流量0.6?1.2sccm,使Ar和H2总流量保持在30?31.2sccm,调整溅射气压维持在0.7? 1.0Pa ;溅射功率为300?350W，偏压50?100V，然后在温度为100?150°C的衬底上沉积10?15min，即在ZnO = Li薄膜层基础上得到一层厚度为50?10nm的ZnO:L1-H过渡疏松层；(4)ZnOiLi陨石坑绒面结构直接的生长:先保持通入溅射气体Ar、其流量减小到28.8?29.6sccm，掺杂气体4、其流量增加到0.8?1.2sccm，Ar和H2总流量保持在29.6?30.8sccm,调整溅射气压降低至0.1?0.3Pa，溅射功率350?400W，衬底温度为O?100°C，然后通过氢等离子对ZnO: L1-H过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀5?10 min,得到ZnO: Li陨石坑绒面结构。 所述陶瓷靶材和衬底间隔为51?71 mm。 所述Li2O = ZnO陶瓷靶材的高温烧结温度为1220?1310°C。 所述ZnO = Li陨石坑绒面的绒度为25?35%。 上述制备方法制得的ZnO:Li透明导电薄膜,其特征在于:所述ZnO:Li透明导电薄膜具有良好结晶取向，电阻率低于1.0Χ10_4 Ω Mm,在480nm?2300nm光波长范围内的透光率达到85%以上。 所述ZnO = Li透明导电薄膜与电池窗口层具有低接触势垒。 本专利技术采用磁控溅射方法，利用Li原子的高温易挥发特性，通过控制溅射沉积时高低温衬底温度实现调制掺杂，解决ZnO透明导电膜可见-红外光波段光透过率和导电性相制约问题；通过对ZnO = Li薄膜层的氢化，生长ZnO = L1-H过渡疏松层，出现(1000)偶极面，吸附氧，上移真空能级，解决ZnO: X-H与电池窗口层之间势垒过高问题；通过氢等离子体刻蚀和溅射粒子轰击过渡疏松层表面，直接生长陨石坑绒面。这种ZnO:Li透明导电薄膜，在480nm-2300nm光波长范围光透过率达到85%以上，电阻率低于1.0 X 10_4 Ω -cm ;陽石坑绒面直接制备，其绒度为25%-35%，应用到非晶硅叠层太阳电池前电极，其与太阳电池的P型窗口层接触势垒低，拓宽了电池对光波段的吸收范围，是一种性能比传统透明电极优异的非晶硅太阳电池前电极材料。 【附图说明】 附图1为太阳电池结构示意图；附图2为制备具有本征陨石坑绒面结构的ZnO:Li薄膜工艺简图；附图3为ZnO:Li薄膜的XRD结果图； 附图4为400-2300 nm范围内的ZnO = Li薄膜透过率；附图5为具有本征陨石坑绒面结构的ZnO:Li薄膜的表面形貌图。 【具体实施方式】 以下根据附图1-5和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说嘛如下:实施例1，采用一个磁控溅射系统，直接溅射得到具有陨石坑绒面结构的ZnO:Li薄膜；简化了制备工艺流程，如附图2所示包括以下步骤: (1)装片:选用摩尔比为L1:Zn=3.5:96.5的Li2O和ZnO为原料，研磨成粉后经1250°C高温烧结处理，制得Li2O = ZnO陶瓷靶材；将上述制得的Li2O = ZnO陶瓷靶材和衬底间隔52mm相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；(2)ZnOiLi薄膜层的生长:先将真空室的背景气压抽至5.0X 10_4 Pa，通入溅射气源Ar、其气体流量为30sCCm，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在l.0Pa，溅射功率200W，然后在温度为500°C和200°C的衬底上分别沉积35min和45min，制得Z本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）装片：选用摩尔比为Li:Zn=3.5～5.5:96.5～94.5的Li2O和ZnO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得Li2O:ZnO陶瓷靶材；将上述制得的Li2O:ZnO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；（2）ZnO:Li薄膜层的生长：先将真空室的背景气压抽至4.5～8.0×10‑4 Pa，通入溅射气源Ar、其气体流量为29.4～30sccm，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在0.7～1.0Pa，溅射功率200～300 W，然后在温度为450～550℃和200～250℃的衬底上分别沉积30～40min和40～50min，制得ZnO:Li薄膜层；（3）ZnO:Li‑H过渡疏松层的生长：先保持通入溅射气体Ar，加入另一种掺杂气体H2，H2流量0.6～1.2sccm，使Ar和H2总流量保持在30～31.2sccm，调整溅射气压维持在0.7～1.0Pa；溅射功率为300～350W，偏压50～100V，然后在温度为100～150℃的衬底上沉积10～15min，即在ZnO:Li薄膜层基础上得到一层厚度为50～100nm 的ZnO:Li‑H过渡疏松层；（4）ZnO:Li陨石坑绒面结构直接的生长：先保持通入溅射气体Ar、其流量减小到28.8～29.6sccm，掺杂气体H2、其流量增加到0.8～1.2sccm，Ar和H2总流量保持在29.6～30.8sccm，调整溅射气压降低至0.1～0.3Pa，溅射功率350～400W，衬底温度为0～100℃，然后通过氢等离子对ZnO:Li‑H过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀5～10 min，得到ZnO:Li陨石坑绒面结构。...
【技术特征摘要】
1.一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZnO:Li透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤: (1)装片:选用摩尔比为L1:Zn=3.5?5.5:96.5?94.5的Li2O和ZnO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得Li2O = ZnO陶瓷靶材；将上述制得的Li2O = ZnO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中； (2)ZnOiLi薄膜层的生长:先将真空室的背景气压抽至4.5?8.0X 10_4 Pa，通入溅射气源Ar、其气体流量为29.4?30sCCm，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在0.7?1.0Pa，溅射功率200?300 W，然后在温度为450?550°C和200?250°C的衬底上分别沉积30?40min和40?50min,制得ZnO: Li薄膜层； (3)ZnO: L1-H过渡疏松层的生长:先保持通入溅射气体Ar，加入另一种掺杂气体H2, H2流量0.6?1.2sccm,使Ar和H2总流量保持在30?31.2sccm,调整溅射气压维持在0.7?1.0Pa ;溅射功率为300?350W，偏压50?100V，然后在温度为100?150°C的衬底上沉积10?15min，即在ZnO = Li薄膜层基础上得到一层厚度为50?10...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡跃辉，陈义川，胡克艳，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷学院，
类型：发明
国别省市：江西;36
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