一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，采用磁控溅射及后腐蚀技术，以玻璃或聚酰亚胺为衬底材料，以ZnO∶Al2O3陶瓷靶为靶材原料。首先通过在溅射气氛中引入一定量的氢气，沉积第一层HAZO材料，随后切断氢气通路，原位生长第二层AZO材料，其中HAZO厚度占总厚度的25-75％，经湿法腐蚀处理，获得具有宽光谱范围内透过率及散射绒度性能提升的HAZO/AZO复合透明导电前电极。本发明专利技术有益效果是：该复合透明导电前电极400nm透过率大于75％，400-1100nm平均透过率大于80％，腐蚀后800nm散射绒度大于70％，400-1100nm平均散射绒度大于60％，可有效提高薄膜太阳电池的入射光通量及光程，提升电池效率及稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜太阳电池领域，尤其是一种适用于高效硅基薄膜太阳电池的宽光谱透过及散射特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极的制备及应用。
技术介绍
太阳电池要成为未来主力能源形式，必须实现高效与低成本，其中薄层化一直是其非常重要的发展趋势之一。对于顶衬(P-I-N)结构的薄膜电池，透明导电前电极作为光子入射的窗口层，良好的光学透过及散射性能为提升薄膜电池性能提供了最为有效的帮助。一方面，高的透过率能够提供更大的入射光子通量；另一方面，有效的绒面陷光结构为入射光子提供了良好的光散射截面，可以显著增大光子的入射光程，增加长波光子(特别是带隙附近光子)的光吸收几率，从而以薄的“物理厚度”获得厚的“光学厚度”，实现对太阳光子的有效吸收。 采用磁控溅射技术制备的铝掺杂氧化锌(ZnO：Al，AZO)材料具有电导率高、成本低、热稳定性好、无毒无污染、易于腐蚀获得良好绒面陷光结构等诸多优势，已被广泛应用于非晶硅(a-Si：H)、微晶硅(μc-Si：H)单结薄膜太阳电池以及非晶硅/微晶硅(a-Si：H/μc-Si：H)、非晶硅/非晶硅锗/微晶硅(a-Si：H/a-SiGe：H/μc-Si：H)多结叠层薄膜太阳电池中。 然而受限于布尔斯坦-莫斯效应(Burstein-Moss effect)及载流子的等离子体吸收(plasmon absorption)，使得同步提升AZO材料的短波及长波光学特性受到了限制。F.Wang(J.Nanomater.，2014(2014)857614)、K.Kim(Thin Solid Films，540(2013)142)、S.J.Tark(Appl.Phys.，11(2011)362)等人的研究表明，通过在溅射气氛中引入氢气(H2)，制备获得了同时具有高的短波及长波透过率的氢铝共掺杂的高性能氧化锌材料(HAZO)。不仅如此，研究还表明HAZO还具有更为优异的导电性能，为提升透明导电前电极的综合性能提供了一条有效的途径。然而不幸的是，截至目前表面均方根(Root Mean Square，RMS)粗糙度大于100纳米的高效绒面陷光结构还未能在直接制备的以及经过腐蚀的HAZO透明导电材料中获得。这一结果大大限制了HAZO材料在高效薄膜太阳电池，特别是对光谱响应更加苛刻的高效多结叠层薄膜太阳电池中的应用。 为突破上述技术瓶颈，进一步提高薄膜太阳电池光电转换效率，本专利技术致力于提供一种便捷地、有效地提高磁控溅射制备氧化锌透过导电前电极光学性能的方法，获得了宽光谱范围内同时具有高透过率及高散射绒度的透明导电前电极，并在高效单结及叠层薄膜太阳电池中获得了良好的应用效果。
技术实现思路
本专利技术目的旨在克服现有技术的不足，提供一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，其中HAZO层用以提升前电极的光学透过特性，AZO层用以提升前电极腐蚀电学稳定性及散射陷光特性。该方法可有效提高磁控溅射制备氧化锌薄膜的短波光学透过特性，增加入射光通量，并提升腐蚀后材料的长波陷光特性，增加入射光在电池中的光程，从而得到宽光谱特性改善的高性能前电极材料，提高硅基薄膜太阳电池的光利用率和电池效率。 本专利技术的技术方案： 一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，以玻璃或聚酰亚胺为衬底，以纯度为99.995％的ZnO：Al2O3陶瓷靶为靶材原料，采用溅射后腐蚀工艺，溅射主体气体为氩气，具体制备步骤如下： 1)首先在溅射气氛中引入一定流量的氢气，沉积第一层HAZO材料； 2)随后切断氢气通路，原位沉积第二层AZO材料，以构成HAZO/AZO复合透明导电材料； 3)最后经稀盐酸湿法腐蚀处理，获得宽光谱透过及散射特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极。 所述宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，电阻率小于1×10-3Ωcm，表面均方根粗糙度大于150nm，400nm透过率大于80％，400-1100nm平均透过率大于85％，800nm散射绒度大于70％，400-1100nm平均散射绒度大于60％。 所述宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极腐蚀前总厚度为0.7-3.0μm，腐蚀后总厚度为0.4-2.5μm，其中HAZO层厚度占腐蚀前材料总厚度的25-75％。 所述ZnO：Al2O3陶瓷靶中靶材组分Al2O3的重量百分比为0.2-2.0％。 所述溅射气压为1.0-10.0mTorr，其中氢气的流量占溅射气体总流量的3-20％。 所述磁控溅射镀膜工艺为直流磁控溅射、脉冲直流磁控溅射、中频磁控溅射或射频磁控溅射。 一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极的应用，应用于非晶硅、非晶硅锗、微晶硅、非晶硅/微晶硅或非晶硅/非晶硅锗/微晶硅薄膜太阳电池。 本专利技术有益效果是：对比于传统的AZO薄膜，本专利技术提出的HAZO/AZO复合透明导电前电极获得了短波透过率的明显提升；对比于HAZO薄膜，本专利技术提出的HAZO/AZO复合透明导电前电极具有更好的电学稳定性及更加致密的后腐蚀绒面结构，散射绒度显著增大，即实现了宽光谱透过及光散射特性的有效改善。该前电极应用于单结或叠层硅基薄膜太阳电池，可提高入射光通量及入射光程，有效降低有源层厚度，提高硅基薄膜薄膜太阳电池的效率和稳定性。 【附图说明】图1为实施例1的AZO、HAZO及HAZO/AZO前电极光学透过及散射特性。 图2为实施例1的AZO前电极及HAZO/AZO复合透明导电前电极应用于非晶硅薄膜太阳电池的I-V特性曲线。 图3为实施例1的AZO前电极及HAZO/AZO复合透明导电前电极应用于非晶硅薄膜太阳电池的QE特性曲线。 图4为实施例1的AZO前电极及HAZO/AZO复合透明导电前电极应用于微晶硅薄膜太阳电池的I-V特性曲线。 图5为实施例1的AZO前电极及HAZO/AZO复合透明导电前电极应用于微晶硅薄膜太阳电池的QE特性曲线。 图6为实施例2的HAZO/AZO复合透明导电前电极应用于非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层薄膜太阳电池I-V特性曲线。 【具体实施方式】实施例1： 采用射频磁控溅射技术，以纯度为99.995％的Al2O3重量百分比为1％的ZnO：Al2O3陶瓷靶为靶材原料，以玻璃为衬底，衬底温度325℃，本底真空度为2×10-5Pa，功率密度为0.83W/cm2，HAZO/AZO复合透明导电前电极的制备步骤如下： 1)首先在沉积腔室中通入4.8sccm的氩气及0.3sccm的氢气，即氢气流量占总溅射气体总流量的6％，保持反应气压为1.0mTorr，沉积厚度为0.5μm的HAZO材料； 2)随后切断氢气通路，调整氩气流量为5.1sccm，保持反应气压为1.0mTorr，沉积厚度为0.5μm的AZO材料，获得厚度为1.0μm的HAZO/AZO复合材料，其中HAZO厚度占总厚度的50％： ...
【技术保护点】
一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，其特征在于：以玻璃或聚酰亚胺为衬底，以纯度为99.995％的ZnO：Al2O3陶瓷靶为靶材原料，采用溅射后腐蚀工艺，溅射主体气体为氩气，具体制备步骤如下：1)首先在溅射气氛中引入一定流量的氢气，沉积第一层HAZO材料；2)随后切断氢气通路，原位沉积第二层AZO材料，以构成HAZO/AZO复合透明导电薄膜；3)最后经稀盐酸湿法腐蚀处理，获得宽光谱透过及散射特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极。
【技术特征摘要】
1.一种宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，其特征在于：以玻璃
或聚酰亚胺为衬底，以纯度为99.995％的ZnO：Al2O3陶瓷靶为靶材原料，采用溅射后腐
蚀工艺，溅射主体气体为氩气，具体制备步骤如下：
1)首先在溅射气氛中引入一定流量的氢气，沉积第一层HAZO材料；
2)随后切断氢气通路，原位沉积第二层AZO材料，以构成HAZO/AZO复合透明导
电薄膜；
3)最后经稀盐酸湿法腐蚀处理，获得宽光谱透过及散射特性改善的HAZO/AZO复
合透明导电前电极。
2.根据权利要求1所述宽光谱特性改善的HAZO/AZO复合透明导电前电极，其特征
在于：电阻率小于1×10-3Ωcm，表面均方根粗糙度大于150nm，400nm透过率大于80％，
400-1100nm平均透过率大于85％，800nm散射绒度大于70％，400-1100nm平均散射
绒度大于60％。
3.根据权利要求1所述宽光谱特性改善的HAZO/A...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄茜，张晓丹，赵颖，张德坤，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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