一种绒面复合结构ZnO-TCO薄膜的制备方法及应用，所述绒面结构ZnO-TCO薄膜的结构特征为微米级绒面玻璃/MOCVD-ZnO:B纳米薄膜，制备步骤是：1)先用去离子水和稀盐酸(HCl)溶液对玻璃表面进行清洗，然后采用蒙砂粉进行蒙砂刻蚀；抛光次数为1-12次，形成微米级尺寸绒面玻璃，特征尺寸～5至25μm；2)以二乙基锌(DEZn)和水(H2O)为原料，氢稀释浓度为1.0％的硼烷B2H6作为掺杂气体，利用MOCVD技术在上述粗糙微米玻璃上生长纳米尺寸(～300-800nm)高电导ZnO:B透明导电薄膜，薄膜厚度为1000-3000nm。本发明专利技术的优点是：成本低廉，可实现微纳米尺寸复合结构的ZnO薄膜，提高光散射能力，用于pin型Si基叠层薄膜太阳电池，可实现较高光电转化效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳电池透明导电氧化物薄膜，特别是一种绒面结构ZnO-TCO薄膜的 制备方法及其应用。
技术介绍
氢化非晶硅（a-Si:H)的光学带宽为1.7eV左右，其吸收系数在短波方向较高， 而氢化微晶硅（yc-Si:H)的光学带宽约为1.leV，其吸收系数在长波方向较高，并能吸 收到近红外长波区域，吸收波长可扩展至llOOnm，这就使太阳光谱能得到更好利用。此 外，相比于非晶硅薄膜材料，微晶硅薄膜材料结构有序性程度高，因此，微晶硅薄膜电池具 有很好的器件稳定性，无明显衰退现象。由此可见，微晶硅薄膜太阳电池可较好地利用 太阳光谱的近红外光区域，而新型非晶硅/微晶硅（a-Si:H/yC-Si:H)叠层薄膜太阳电 池将扩展太阳光谱应用范围，整体提高电池稳定性和效率，参见：J.Meier，S.Dubail，R. Platz,etc.Sol.EnergyMater.Sol.Cells49(1997)35；ArvindShah,J.Meier,E. Vallat-Sauvain,etc,ThinSolidFilms403-404(2002) 179〇 绒面结构（textured structure)透明导电氧化物-TC0薄膜的应用可以增强光散射作用，改善陷光效果，它对提 高Si基薄膜太阳电池的效率和稳定性（SW效应）起到决定性的影响，参见：A.V.Shah，H. Schade,M.Vanecek,etc,ProgressinPhotovoltaics, 12 (2004) 113。绒面结构主要与薄膜 的晶粒尺寸，晶粒形状和粗糖度等因素有关。 M0CVD(metalorganicchemicalvapordeposition-MOCVD，即金属有机物化 学气相沉积）技术可直接生长出绒面结构的ZnO薄膜，参见：X.L.Chen，X.H.Geng，J. M.Xue,etc.J.Cryst.Growth, 296 (2006) 43；ff.ff.ffenas,A.Yamada,K.Takahashi,etc,J. Appl.Phys. 70 (1991) 7119 ；S.Fay,U.Kroll,C.Bucher,etc,Sol.EnergyMater.Sol.Cells 86 (2005) 385 ；S.Fay,L·Feitknecht,R.Schluchter,etc,Sol.EnergyMater.Sol.Cells 90(2006)2960。薄膜生长过程为无粒子轰击的热分解过程，沉积温度低（~423K);可以实 现高速度、大面积且均匀的ZnO薄膜生长，符合产业化发展要求。典型的MOCVD-ΖηΟ薄膜的 表面形貌，晶粒呈现"类金字塔"状，XRD衍射谱中对应（110)峰择优取向，特征晶粒尺寸~ 3〇〇-5〇〇11111，平均粗糙度〇1^=4〇-8〇11111，电阻率0~1.5-3\1〇3〇〇11。 国际上研究了绒面结构ZnO薄膜衬底并应用于薄膜电池。意大利ENEA研究 组的M.L.Add〇nizi〇等人采用Ar等离子体对薄膜表面进行了不同刻蚀时间的处理， 随着处理时间的增长，薄膜表面的金字塔装结构逐渐减小，最终变为弹坑状结构，虽 然薄膜表面粗糙度和Haze值都有所下降，但表面较为圆滑，改善了TC0层与a-Si电 池P层的接触特性，电池的Voc、Jsc都有所提高。2013 年，荷兰H.R.Tan等人采用HF和 H202混合溶液对玻璃表面进行湿法腐蚀，获得了横向尺寸~20μπι的弹坑状形貌。沉 积ΑΖ0薄膜后，以其作为前电极制备纳米晶硅（nc-Si:Η)电池的Jsc为12.OmA/cm2， 效率为 13.3 %。2013 年，新加坡S.Venkataraj等人采用A1 诱导法 对玻璃表面进行了刻蚀处理，具体方法为：首先，采用蒸发法在玻璃表面沉积A1薄膜，A1会 和Si02发生反应生成Si和A1 203，再通过HN03/HF混合溶液对其进行腐蚀，腐蚀后得到了横 向尺寸~5μm的弹坑状结构，制备的AZO/glass在800nm处的Haze值~58% 综述所述，开发具有适合太阳电池应用的绒面Zn0-TC0薄膜成为当前科研工作中 的重点和未来发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种宽光谱高绒度绒面结构TC0薄膜，从而提高Si薄膜电池 在光电性能，获得一种宽光谱高绒度绒面结构Zn0-TC0薄膜及其应用方法，采用湿法刻蚀 技术获得粗糙表面的微米结构玻璃衬底，而后采用M0CVD技术制备纳米结构Ζη0:Β薄膜。 本专利技术的技术方案： -种绒面微纳结构Zn0-TC0薄膜的制备方法，所述绒面结构Zn0-TC0薄膜的结构 特征为微米结构玻璃/M0CVD-Zn0纳米结构，制备步骤如下： 1)先用去离子水和稀盐酸溶液对玻璃表面进行清洗，然后采用蒙砂粉进行蒙砂刻 蚀，刻蚀时间为1分35秒，处理完之后，为去除蒙砂过程中生成的附着物，需要用主要成分 为册/氏30 4的抛光液对其进行抛光处理；抛光次数为1-12次，每次抛光时间为5分钟；获 得的微米级玻璃衬底，其弹坑状尺寸为~5-20μm; 2)以纯度为99. 995 %二乙基锌和水为原料，氢稀释浓度为1. 0 %的硼烷B2H6作 为掺杂气体，利用M0CVD技术在上述粗糙微米玻璃上生长纳米尺寸（300-800nm)高电导 Ζη0:Β透明导电薄膜，薄膜厚度1000-3000nm，利用M0CVD技术的工艺参数：衬底温度为 135-165°C，B2H6掺杂气体流量为二乙基锌流量的1. 0%，反应压力为1.OTorr，生长速率为 20-100nm/min〇 进一步的，步骤1)中所述的抛光次数为3次。 一种所制备的绒面结构Zn0-TC0薄膜的应用，用于pin型Si基薄膜太阳电池。 本专利技术的优点及效果：湿法刻蚀技术可获得不同弹坑状微米结构玻璃衬底，而 M0CVD技术可调节获得纳米尺寸Ζη0:Β薄膜，获得的玻璃衬底/ZnO薄膜具有微纳米复合结 构，提高光散射特性，实现较高光电转化效率。 本专利技术的基本思想是结合M0CVD技术生长纳米结构ZnO晶粒尺寸和微米级粗糙 绒面结构玻璃的优点，实现新型复合微米纳米结构Ζη0:Β薄膜，并将其应用于Si基薄膜太 阳电池。首先，利用蒙砂刻蚀技术实现微米级玻璃衬底，其弹坑状尺寸为5-25μm;其次， M0CVD技术在粗糙的微米尺寸玻璃衬底上制备纳米级尺寸ZnO:B透明导电薄膜，金字塔状 晶粒尺寸300-800nm。新型复合绒面结构Ζη0:Β应用于Si基薄膜太阳电池。 采用蒙砂刻蚀法对平面玻璃（超白玻璃）表面进行湿法腐蚀处理，从而获得微米 级尺寸弹坑状结构，其横向尺寸范围为~8至25μm。当抛光次数（X)为1时，玻璃的表面 粗糙度（RMSroughness)达到409.Onm，在400nm-1100nm的波长范围内绒度（Haze)值~ 80%。复合结构当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绒面复合结构ZnO‑TCO薄膜的制备方法，所述绒面结构ZnO‑TCO薄膜的结构特征为微米结构玻璃/MOCVD‑ZnO纳米结构，制备步骤如下：1)先用去离子水和稀盐酸溶液对玻璃表面进行清洗，然后采用蒙砂粉进行蒙砂刻蚀，刻蚀时间为1分35秒，处理完之后，为去除蒙砂过程中生成的附着物，需要用主要成分为HF/H2SO4的抛光液对其进行抛光处理；抛光次数为1‑12次，每次抛光时间为5分钟；获得的微米级玻璃衬底，其弹坑状尺寸为～5‑20μm；2)以纯度为99.995％二乙基锌和水为原料，氢稀释浓度为1.0％的硼烷B2H6作为掺杂气体，利用MOCVD技术在上述粗糙微米玻璃上生长纳米尺寸(300‑800nm)高电导ZnO:B透明导电薄膜，薄膜厚度1000‑3000nm，利用MOCVD技术的工艺参数：衬底温度为135‑165℃，B2H6掺杂气体流量为二乙基锌流量的1.0％，反应压力为1.0Torr，生长速率为20‑100nm/min。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新亮，张晓丹，刘杰铭，赵颖，
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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