一种利用磁控溅射技术和ＭＯＣＶＤ技术相结合生长高迁移率绒面结构ＩＭＯ／ＺｎＯ薄膜的方法及太阳电池应用。此种技术生长ＩＭＯ／ＺｎＯ薄膜分两个阶段进行。首先，利用溅射技术玻璃衬底上生长一层高迁移率ＩＭＯ（ＩＭＯ＝Ｍｏ掺杂Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｍｏ＆Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：ＭｏＯ↓［３］）透明导电薄膜，薄膜厚度５０－１００ｎｍ；其次，利用ＭＯＣＶＤ技术生长低组分Ｂ掺杂ＺｎＯ薄膜（ＺｎＯ：Ｂ），薄膜厚度８００－１５００ｎｍ。新型复合ＴＣＯ薄膜的结构特征是ｇｌａｓｓ／高迁移率ＩＭＯ薄膜／绒面结构ＺｎＯ：Ｂ。典型薄膜电阻率５－８×１０↑［－４］Ωｃｍ，方块电阻５－２０Ω，载流子浓度３－１０×１０↑［２０］Ωｃｍ，电子迁移率２５－８０ｃｍ↑［２］Ｖ↑［－１］ｓ↑［－１］，可见光和近红外区域平均透过率８０％。此种工艺技术获得的高迁移率绒面结构ＩＭＯ／ＺｎＯ薄膜提高了近红外区域光谱透过（λ＝８００－１５００ｎｍ），并增强了对入射光的散射，可应用于ｐｉｎ型Ｓｉ基薄膜太阳电池，特别是ａ－Ｓｉ／μｃ－Ｓｉ叠层薄膜太阳电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于透明导电氧化物薄膜领域，适合Si基薄膜太阳电池应用，特别 是a-Si:H/^ic-Si:H叠层薄膜太阳电池应用的高迁移率绒面结构透明导电薄膜的生长方法。
技术介绍
a-Si:H (氢化非晶硅)的光学带宽为1.7 eV左右，其吸收系数在短波方向 较高，而pc-Si:H (氢化微晶硅)的光学带宽约为1.1 eV，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1100nm，这就使太阳光谱能得到更好利 用。图l给出了a-Si:H、 pc-Si:H材料的吸收系数和相应的太阳光谱利用范围。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a-Si:H/pc-Si:H (非晶硅/微晶硅)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。晶粒尺寸对可比拟波长的光具有良好的散射作用。研究表明，绒面结构(textured structure)透明导电氧化物一TCO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。根据Drude理论，近红外区的光学特性和材料的载流子浓度密切相关，其等离子体频 率和自由载流子浓度的平方根成比例:其中，cop—等离子体频率， 一电子浓度，e—基本电荷，附*一有效电子质量。若载流子浓度较高则增强了对近红外光的吸收。因此，基于F-Si和a-Si尔c-Si叠层薄膜电池应用， 希望p-i-n型电池结构中的前电极TCO具有良好的光散射特征，在可见光范围和近红外区 域高透过率并维持高电导率，有效的途径是制备出绒面结构和较低载流子浓度而较高迁移 率的TCO薄膜。若能结合高迁移率IMO薄膜和绒面结构ZnO薄膜的优点，制备新型高 迁移率绒面结构IMO/ZnO复合薄膜将适应此方面的要求。目前生长IMO薄膜的方法很多，包括射频/直流溅射(RF/DC Sputtering),电子束反 应蒸发(EBRE)，脉冲激光沉积技术(PLD)等。2001年，复旦大学的孟扬等报道了 新型高迁移率TCO薄膜-IMO(即Mo掺杂ln203，In203:Mo)，其特点是利用高价态差(Mo" 和ln"的价态差为3)掺杂实现低掺杂提供足够自由载流子，有效降低电离杂质散射，提 高电子迁移率。典型IMO电子迁移率80-130cm2/Vs，电阻率 1.8-3xl(^Qcm，可见光平均 透过率优于和近红外区(X=800-1400nm)平均透过率均~80%以上，其中薄膜厚度 ~250-400nm。MOCVD (metal organic chemical vapor deposition—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，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-ZnO薄膜的表面形貌如附图说明图1-3所示，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~300-500 nm，平均粗糙度 0>鹏=40-80 nm,电阻率/) 1.5-3xl(T3 Qcm。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决普通透明导电薄膜较低电子迁移率导致的近红外区域 自由载流子吸收，从而影响提高Si薄膜电池性能的问题，提供一种利用磁控溅射技术和 MOCVD技术相结合生长新型复合高迁移率绒面结构g/flM/ (^/7glass繊 射技术一IMO/MOCVD—ZnQ) TCO薄膜的方法，并将其应用于Si薄膜太阳电池。本专利技术提供的利用磁控溅射技术和MOCVD技术相结合生长高迁移率绒面结构 IMO/ZnO薄膜的方法，其中的IMO-Mo掺杂In203， In203:Mo & In203:Mo03,其特征在于该方法由以下步骤实现第一、利用磁控溅射技术，借助高纯度In203:Mo03或者In203:Mo高纯度靶材，或者 In-Mo合金靶作为溅射靶材，其中组分纯度99.99%,掺杂剂重量百分比含量0.5-3%，以 及高纯度02作为气源材料，生长高迁移率IMO薄膜，薄膜厚度50-150nm，玻璃基片衬 底温度150-350°C;第二、利用MOCVD技术，借助高纯度二乙基锌DEZn (纯度99.995%)和水H20 作为源材料，氢稀释浓度为ln/。的硼烷B2H6作为掺杂气体，生长B低掺杂ZnO透明导电 薄膜，掺杂剂流量百分比含量为0.1-1%，薄膜厚度800-1500nm,基片衬底温度130-18(TC; 生长的薄膜结构为glass/溅射技术一 IMO/ MOCVD—ZnO。本专利技术方法制备的glass/溅射技术一 IMO/ MOCVD—ZnO薄膜，应用于pin型pc-Si 薄膜太阳电池和a-Si4ic-Si叠层薄膜太阳电池。本专利技术的优点及效果新型高迁移率TCO薄膜一IMO (即Mo掺杂In203， In203:Mo)， 其特点是利用高价态差(Mo"和Ir^+的价态差为3)掺杂实现低掺杂提供足够自由载流子， 有效降低电离杂质散射，提高电子迁移率，即IMO透明导电薄膜具有高电子迁移率，降低 了对太阳光谱中近红外区域的吸收；而MOCVD技术获得的ZnO薄膜具有绒面结构，同时 在较低B掺杂情况下有效地降低了自由子流子浓度，提高了薄膜电子迁移率，减少了对i 近红外区域的吸收。因此，结合两者高迁移率和绒面结构的优点，制备高迁移率绒面结构 透明导电复合薄膜。此种新型薄膜适合pin型Si基薄膜太阳电池应用，特别是a-Si:H/nc-Si:H 叠层薄膜太阳电池。本专利技术的基本思想是拟结合溅射技术生长高迁移率和高电导掺钼氧化铟(In203:Mo， 即IMO)薄膜和MOCVD技术生长绒面结构ZnO薄膜的优点，制备新型复合g/做s/ TCO薄膜，并将其应用于Si薄膜太阳电池。首先，利用磁控技术在玻 璃衬底上制备高迁移率In203:Mo(gp IMO)薄膜，薄膜厚度50-100腿；其次，在glass/IMO薄膜基础上，借助MOCVD技术生长绒棉介机构ZnO薄膜，薄膜厚度800-1500nm。新型 复合TCO薄膜的结构特征是g/a^/潘浙发; e—蓐迁移举/MO ,腐/MOCFD—試鹰潜教ZnO凍，虔。获得的高迁移率绒面结构薄膜的特征尺寸为200-500nm，平均粗糙度 <r，=30-100nm 。典型薄膜电阻率 2-8xl(T^2cm ，方块电阻 5-20Q，载流子浓度 ~3-10xl02QQcm，电子迁移率 25-80cn^vV1,可见光和近红外区域平均透过率~80%。此 种高迁移率绒面结构薄膜可有效增强光散射能力，提高薄膜在近红外区的透过率。此新型复合结构高迁移率绒面结构glass/IMO/ZnO薄膜适合应用于p-i-n型Si基薄膜 太阳电池，特别是a-Si4ic-Si叠层薄膜太阳电池，将进一步提高Si薄膜电池的性能。.附图表说明图1给出了 a-Si:H、 pc-Si:H材料的光学波长和吸收强度以及吸收系数之间的关系(图 la是光子能量和吸收强度的关系图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用磁控溅射技术和ＭＯＣＶＤ技术相结合生长高迁移率绒面结构ＩＭＯ／ＺｎＯ薄膜的方法，其中的ＩＭＯ＝Ｍｏ掺杂Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｍｏ ＆ Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：ＭｏＯ↓［３］，其特征在于该方法由以下步骤实现： 第一、利用磁控溅射技术，借助高纯度Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：ＭｏＯ↓［３］或者Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｍｏ高纯度靶材，或者Ｉｎ－Ｍｏ合金靶作为溅射靶材，其中组分纯度：９９．９９％，掺杂剂重量百分比含量０．５－３％，以及高纯度Ｏ↓［２］ 作为气源材料，生长高迁移率ＩＭＯ薄膜，薄膜厚度５０－１５０ｎｍ，玻璃基片衬底温度１５０－３５０℃； 第二、利用ＭＯＣＶＤ技术，借助高纯度二乙基锌ＤＥＺｎ（纯度：９９．９９５％）和水Ｈ↓［２］Ｏ作为源材料，氢稀释浓度为１％的硼烷Ｂ↓［２ ］Ｈ↓［６］作为掺杂气体，生长Ｂ低掺杂ＺｎＯ透明导电薄膜，掺杂剂流量百分比含量为０．１－１％，薄膜厚度８００－１５００ｎｍ，基片衬底温度１３０－１８０℃；生长的薄膜结构为：ｇｌａｓｓ／溅射技术－ＩＭＯ／ＭＯＣＶＤ－ＺｎＯ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新亮，耿新华，张建军，赵颖，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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