高雾度玻璃衬底、制备方法及薄膜太阳电池技术

本发明专利技术公开了一种高雾度玻璃衬底、制备方法及薄膜太阳电池。制备方法包括：步骤A，清洗玻璃衬底；步骤B，对步骤A得到的玻璃衬底的表面进行反应离子刻蚀处理；步骤C，使用盐酸溶液对所述步骤B得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；步骤D，使用氢氟酸溶液对所述步骤C得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；以及步骤E，清洗并干燥所述步骤D得到的玻璃衬底。通过本公开的制备方法得到的高雾度玻璃衬底具有均匀分布微米量级尺寸形状的粗糙形貌，所制备的高雾度玻璃衬底上粗糙形貌基本单元的尖锐程度可调控。

【技术实现步骤摘要】
高雾度玻璃衬底、制备方法及薄膜太阳电池
本公开涉及光电子领域，尤其涉及一种高雾度玻璃衬底、制备方法及薄膜太阳电池。
技术介绍
薄膜硅太阳电池具有轻的重量、可加工成柔性组件和大面积的发电面板等优势，成为第一代晶硅太阳电池的有力竞争者。目前，日本产业技术综合研究所报道实现14％的光电转化效率的非晶硅/微晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳电池，刷新薄膜硅太阳电池的最高光电转换效率。但是，与晶硅太阳电池相比，薄膜太阳电池依然存在短路电流密度小的问题。这是由于它们的光吸收层厚度通常只具有几百纳米，导致入射光一次通过时无法被充分吸收。为了增加薄膜硅太阳电池的光吸收，背反射层或接触、织构化或粗糙化的表面、介质光栅、光子晶体和等离激元纳米颗粒等多种结构被提出用来控制光路和增强薄膜硅太阳电池内的陷光效应。这些结构基本都是通过形成粗糙的表面或界面产生对入射光的散射，使其偏离垂直入射方向而增加在吸收层内光路径，增加其被吸收的概率。采用低压化学气相沉积法制备的氟掺杂氧化锡(SnO2:F)和硼掺杂氧化锌(ZnO:B)透明导电薄膜作为透明电极，利用其在薄膜生长过程中自然形成的类金字塔状粗糙形貌来增强在透明电极与光吸收层界面的光散射，可有效增加氢钝化非晶硅薄膜太阳电池对600nm-800nm波长范围入射光的吸收。这种类金字塔状粗糙形貌基本单元的尺寸是几十到几百纳米范围。为了进一步增加薄膜硅太阳电池的光吸收，需要进一步增加界面粗糙形貌基本单元的尺寸。在玻璃衬底上形成水平尺寸为微米量级的粗糙形貌，然后在此基础上沉积SnO2:F或ZnO:B透明导电薄膜，形成具有双织构(double-textured)的透明电极，可有效地增加薄膜硅太阳电池内光吸收。已有文献报道采用基于F基气体的反应离子刻蚀(ReactiveIonEtching，以下简称RIE)技术处理玻璃的表面形成微米量级尺寸形状的粗糙形貌增强玻璃衬底对入射光的散射，如Soda-lime玻璃(普通钠钙硅玻璃)、现有技术中某种超薄玻璃(厚度为0.5～1.8mm)和熔融石英玻璃。但是，这些已报道RIE技术只采用干法刻蚀技术处理玻璃衬底的表面。在RIE处理玻璃表面的过程中，在表面会形成一层聚合物。如果不去除这种聚合物，这种残留的聚合物会降低玻璃衬底的透过率，从而降低太阳电池的光吸收。此外，RIE技术在玻璃衬底表面形成的粗糙形貌在垂直衬底的方向上变化幅度很大，即形貌基本单元的形状很尖锐。这种尖锐的形状会严重劣化在其上面生长的透明导电薄膜和光吸收层材料的质量，形成微裂纹缺陷，降低太阳电池器件的性能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于现有技术难以在玻璃衬底上形成基本单元尖锐程度可调控的粗糙形貌，本公开提供一种由干法RIE和湿法腐蚀(包括盐酸溶液腐蚀和氢氟酸溶液腐蚀)相结合的方法，处理玻璃衬底的表面，获得表面形貌基本单元尖锐程度可调控的高雾度玻璃衬底。在增强玻璃衬底对入射光的散射强度的同时，有利于生长高质量的透明导电薄膜和光吸收层材料，提高薄膜太阳电池的性能。(二)技术方案本公开提供一种高雾度玻璃衬底的制备方法，包括如下步骤。步骤A，清洗玻璃衬底。步骤B，对步骤A得到的玻璃衬底的表面进行反应离子刻蚀处理。步骤C，使用盐酸(HCl)溶液对所述步骤B得到的玻璃衬底进行腐蚀处理。步骤D，使用氢氟酸(HF)溶液对所述步骤C得到的玻璃衬底进行腐蚀处理。步骤E，清洗并干燥所述步骤D得到的玻璃衬底。根据本公开的实施例，所述步骤A包括如下子步骤。子步骤A1，将所述玻璃衬底浸泡在丙酮溶剂中清洗。子步骤A2，将所述子步骤A1得到的玻璃衬底浸泡在无水酒精溶剂中清洗。子步骤A3，将所述子步骤A2得到的玻璃衬底浸泡在超纯水中清洗。子步骤A4，将所述子步骤A3得到的玻璃衬底烘干或吹干。根据本公开的实施例，所述步骤A中，使用超声波清洗机将所述玻璃衬底分别在丙酮溶剂、无水酒精溶剂和超纯水中清洗10分钟。根据本公开的实施例，所述步骤B包括如下子步骤。子步骤B1，将所述步骤A中后得到的玻璃衬底放入反应离子刻蚀腔中。子步骤B2，关闭反应离子刻蚀腔门，抽真空至所述反应离子刻蚀腔内的气压低于10-2Pa。子步骤B3，对所述玻璃衬底进行反应离子刻蚀处理。根据本公开的实施例，所述子步骤B3中，对所述玻璃衬底进行反应离子刻蚀处理，反应离子刻蚀处理的工艺参数包括：向反应离子刻蚀腔中充入96％CF4+4％O2，流量为15sccm，气压为4-15Pa，射频电源功率为100-250W，反应离子刻蚀的时间为5～40分钟。根据本公开的实施例，所述步骤C中，所述盐酸溶液质量分数为10％，腐蚀时间为2小时，腐蚀结束后，使用超纯水清洗所述玻璃衬底。根据本公开的实施例，所述步骤D中，所述氢氟酸溶液的质量分数为5％，将所述玻璃衬底经反应离子刻蚀处理的表面朝下，放入所述氢氟酸溶液中，腐蚀时间为40秒，腐蚀过程中每间隔1-2秒摇动一次所述玻璃衬底。根据本公开的实施例，所述步骤E中，清洗并干燥所述步骤D得到的玻璃衬底包括将所述步骤D得到的玻璃衬底放入超纯水浸泡20秒，浸泡过程中每间隔1～2秒摇动一次所述玻璃衬底，将所述玻璃衬底取出放入另一容器内的超纯水中浸泡60分钟，取出所述玻璃衬底烘干。本公开还提供一种高雾度玻璃衬底，通过所述的制备方法制成。本公开还提供一种薄膜太阳电池，所述薄膜太阳电池包括通过所述的制备方法制成高雾度玻璃衬底。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开一种高雾度玻璃衬底的制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分。(1)所制备的高雾度玻璃衬底具有均匀分布微米量级尺寸形状的粗糙形貌。(2)所制备的高雾度玻璃衬底上粗糙形貌基本单元的水平尺寸可在0.3μm-2μm范围调控。(3)所制备的高雾度玻璃衬底上粗糙形貌基本单元的尖锐程度可调控。(4)在本公开实施例中，所制备的高雾度玻璃可作为衬底应用于薄膜太阳电池，所述薄膜太阳电池包括：非晶硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池、非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳电池、有机无机杂化钙钛矿或有机聚合物薄膜太阳电池。(5)所制备的高雾度玻璃衬底不仅可以应用于薄膜太阳电池，还可以应用于显示器、手机显示屏和建筑装修等领域。附图说明图1为本公开实施例高雾度玻璃衬底的制备方法流程图；图2为本公开实施例中经过不同时间的RIE处理、HCl溶液腐蚀和HF溶液腐蚀后玻璃衬底的表面AFM图片；图3为本公开实施例中经过不同时间的RIE处理以及HCl溶液腐蚀和HF溶液腐蚀后玻璃衬底的表面SEM图片；图4为本公开实施例中经过不同时间的RIE处理、2小时HCl溶液腐蚀和40秒HF溶液腐蚀后玻璃衬底对应波长500nm入射光的光学透过率和雾度；图5为本公开实施例中经过不同气压的RIE处理以及HCl溶液腐蚀和HF溶液腐蚀后玻璃衬底的表面SEM图片；图6为本公开实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高雾度玻璃衬底的制备方法，包括：/n步骤A，清洗玻璃衬底；/n步骤B，对步骤A得到的玻璃衬底的表面进行反应离子刻蚀处理；/n步骤C，使用盐酸溶液对所述步骤B得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；/n步骤D，使用氢氟酸溶液对所述步骤C得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；以及/n步骤E，清洗并干燥所述步骤D得到的玻璃衬底。/n

【技术特征摘要】
1.一种高雾度玻璃衬底的制备方法，包括：
步骤A，清洗玻璃衬底；
步骤B，对步骤A得到的玻璃衬底的表面进行反应离子刻蚀处理；
步骤C，使用盐酸溶液对所述步骤B得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；
步骤D，使用氢氟酸溶液对所述步骤C得到的玻璃衬底进行腐蚀处理；以及
步骤E，清洗并干燥所述步骤D得到的玻璃衬底。


2.根据权利要求1所述的制备方法，所述步骤A包括：
子步骤A1，将所述玻璃衬底浸泡在丙酮溶剂中清洗；
子步骤A2，将所述子步骤A1得到的玻璃衬底浸泡在无水酒精溶剂中清洗；
子步骤A3，将所述子步骤A2得到的玻璃衬底浸泡在超纯水中清洗；以及
子步骤A4，将所述子步骤A3得到的玻璃衬底烘干或吹干。


3.根据权利要求2所述的制备方法，所述步骤A中，使用超声波清洗机将所述玻璃衬底分别在丙酮溶剂、无水酒精溶剂和超纯水中清洗10分钟。


4.根据权利要求1所述的制备方法，所述步骤B包括：
子步骤B1，将所述步骤A中后得到的玻璃衬底放入反应离子刻蚀腔中；
子步骤B2，关闭反应离子刻蚀腔门，抽真空至所述反应离子刻蚀腔内的气压低于10-2Pa；
子步骤B3，对所述玻璃衬底进行反应离子刻蚀处理。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孟磊，杨涛，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11