膜层及其制造方法和具有该膜层的光伏器件技术

本发明专利技术公开了一种膜层及其制造方法和具有该膜层的光伏器件，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术采用磁控溅射工艺在基板表面依次沉积氧化钛薄膜、氧化硅薄膜和氧化锡薄膜的叠层结构作为透明导电氧化物前电极，使叠层透明导电氧化物前电极的制造可以在多室溅射设备中在线进行，提高了生产效率，并降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，特別涉及一种膜层及其制造方法 和具有该膜层的光仗器件。
技术介绍
随着能源的日益短缺，太阳能的利用日益受到人们的普遍重视。特 別是近年来，基于氫化非晶硅和納米晶硅的薄膜光伏器件在商业和住宅 设施中的广泛应用显示出巨大的潜力。典型的薄膜光伏器件的结构示意图参见图1，薄膜光伏器件沿着入射光线10的方向依次包括玻璃基板 100、透明导电氧化物(TCO)前电极110，氫化硅薄膜p-i-n光电单元， 包括p层120、本征i层130 (光吸收层)和n层140， p层120和n层 140在光吸收层i层130中建立一个内部电场，使i层130中产生的光致 载流子能够被有效地收集，透明导电层150和金属薄膜160构成背电极， 金属薄膜160通常为银或者铝，能够将穿过透明导电层150的未被吸收 的光反射回p-i-n光电单元中继续吸收。对于薄膜光伏器件而言，在光吸收层130中最大限度地吸收光能， 同时减少器件中的透明导电氣化物前电极110层的光损耗是提高光电转 换效率的关键。透明导电氣化物前电极110通常是由厚度不超过1000納 米的氣化锡(Sn02)或氧化锌(ZnO)薄膜组成。氣化锡是一种具有直 接带隙的宽禁带半导体材料，与氧化锌相比，氧化锡材料具有带隙宽、 高透光率、制备温度低、稳定性好等优点。而氧化锌易吸潮，无论是采 用化学气相淀积法(CVD)还是物理气相淀积法(PVD，例如溅射)沉 积氣化锌膜层，沉积后都需要对产品进行烘焙(baking)。因此，氣化锡 是一种理想的制作透明导电氣化物前电极的材料。在现有的工业化生产中，普遍采用大气压化学气相淀积(APCVD) 工艺沉积氣化锡薄膜，利用低压化学气相淀积(LPCVD)或溅射4(sputtering)工艺来沉积氧化锌薄膜。利用APCVD工艺沉积氣化锡时， 常见的原材料气体，包括例如四氯化锡(SnCl4)和氧气(02)，携带气体 为高純氮气(N2)，衬底为玻璃基板，化学反应式为SnCl4+02=Sn02+2Cl2 T。通过控制氮氣(N2/02)流量比、玻璃基板温度和沉积时间来控制其 成膜质量及厚度。APCVD工艺需要在较高的温度下进行，反应室内的工 作温度需要保持在500°C~600°C，工艺过程的可控制性较差。而且在如此 高的反应温度下，许多有机材料例如塑性或柔性基板是无法承受的，也 就是说无法采用APCVD工艺在有机材料基板表面沉积薄膜；另 一方面， 反应后废气(例如包括SnCl4、 N2、 02和Cl2等的高温混合气体)的处理 非常困难，易对大气造成严重污染。利用LPCVD工艺或溅射工艺来沉积 氣化锌薄膜时，虽然不需要较高的反应温度，但是沉积结束从真空室中 取出后，在对氣化锌薄膜进行划线或其它图形化的工艺过程中氧化锌材 料极易吸潮，在沉积p-i-n薄膜之间必须在真空环境下对氣化锌薄膜进行 烘焙以去除潮气。此外为了获得粗糙的绒性表面(texture),需要利用盐 酸或氫氟酸对磁控溅射后的氧化锌薄膜进行处理，这些因素都无疑增加 了工艺难度和复杂程度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种膜层及其制造方法和具有该膜层 的光伏器件。根据本专利技术的一种膜层的制造方法，包括提供基板；利用磁控溅射工艺在所述基板表面沉积扩散阻挡层； 利用磁控賊射工艺在扩散阻挡层表面沉积过渡层；利用磁控溅射工艺在过渡层表面沉积氧化锡层。作为实施例，所述方法还包括对所述基板表面进行腐蚀的步骤。所 述扩散阻挡层为氣化硅SiOx，其中X的取值范围为1 2，所述过渡层为 氣化钛Ti02。'减射过程中溅射区域的气体压力包括2Pa 5Pa的压力范围。根据本专利技术的另一种膜层的制造方法，包括 提供基板；利用磁控溅射工艺在所述基板表面沉积氧化钬层；利用磁控溅射工艺在所述氧化钛层表面沉积氧化硅层；利用磁控溅射工艺在所述氣化硅层表面沉积氣化锡层。作为实施例，所述方法还包括对所述基板表面进行腐蚀的步骤。賊射过程中溅射区域的气体压力包括2Pa 5Pa的压力范围。根据本专利技术，还提供了一种膜层，其特征在于所述膜层为叠层结 构，包括利用磁控'减射工艺在基板表面沉积的第一氣化物层、利用磁控 溅射工艺在所述第一氧化物层表面沉积的第二氧化物层、和利用磁控濺 射工艺在所述第二氧化物层表面沉积的氣化锡层，所述各层的表面均为 绒面，所述各层的光折射率沿基板到氣化锡层的方向顺序递增。作为实施例，所述第一氣化物层为氣化硅，所述第二氣化物层为氣 化钛。作为实施例，所述第一氣化物层为氣化钛，所述第二氧化物层为 氧化硅。根据本专利技术，还提供了一种包括所述膜层的光伏器件。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术全部采用磁控'减射工艺在基板表面依次沉积氣化钛薄膜、氧 化硅薄膜和氧化锡薄膜的叠层结构作为透明导电氣化物前电极。氣化钬 薄膜、氧化硅薄膜和氡化锡薄膜均采用磁控'减射技术沉积，使得这三种 薄膜的沉积在同一条具有多个溅射区域的生产线(多室溅射设备)中依 次在线进行成为可能，大大提高了生产效率并降低了制造成本。磁控溅 射镀膜作为一种物理气相淀积是一项较为成熟的技术，可控制性很高， 具有较高的沉积速率，所镀膜层致密均匀，而且磁控賊射工艺可以选择 比较低的工作温度(小于20(TC)，因此适合于有机塑性和柔性材料基地 表面的薄膜沉积。本专利技术在玻璃基板表面利用磁控溅射工艺依次沉积氧化钛薄膜、氣 化硅薄膜和氧化锡薄膜，使其具有由沿玻璃基板到氧化锡薄膜的方向依 次增加的光折射系数，使得光折射系数能够由玻璃的折射系数值逐渐过 渡到氣化锡薄膜的折射系数值，避免了以往玻璃表面直接沉积氣化锡薄 膜所造成的光折射系数值变化的突变，减少了光由玻璃到氧化锡薄膜过 程中的反射和折射损耗。本专利技术起初在玻璃基板表面沉积薄膜时，通过加大濺射区域气体的 压力，使气相前驱体以多个方向、不同的角度沉积，从而使形成的薄膜 具有比较高的表面粗糙度，即绒性，也可以通过增加溅射功率来增加离 子对膜层表面的撞击力度，从而使得薄膜表面粗糙度增加。后续沉积的 各层继承和放大了该粗糙的表面轮廓，使整个透明导电前电极表面具有绒性结构(texture)，增加了入射光的吸收率，进而提高了光伏器件的广 电转换效率。本专利技术的膜层及其制造方法和具有该膜层的光伏器件能够适用于各 种在玻璃或其他巻材上制造的用于建筑、汽车玻璃的太阳能电池模板。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上 述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记 指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主 旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。图1为薄膜光伏器件的典型结构示意图； 图2为根据本专利技术膜层制造方法的流程图3a至图3d为说明本专利技术膜层及其制造方法的器件剖面结构示意 图，图3c亦为本专利技术膜层的结构示意图4为根据本专利技术膜层制造方法的另一个实施例的流程图5a至图5b为说明本专利技术膜层及其制造方法另一个实施例的器件剖面结构示意图，图5b亦为本专利技术膜层的结构示意图。所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本专利技术的 保护范围。 具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜层的制造方法，包括：　提供基板；　利用磁控溅射工艺在所述基板表面沉积扩散阻挡层；　利用磁控溅射工艺在扩散阻挡层表面沉积过渡层；　利用磁控溅射工艺在过渡层表面沉积氧化锡层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨与胜，
申请(专利权)人：杨与胜，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]