一种生长氢化Ga-Ti共掺ZnO-TCO薄膜，利用磁控溅射镀膜技术制备，具体方法是：用陶瓷靶ZnO:Ga2O3/TiO2作为靶材原料，基片为玻璃衬底，溅射气体为Ar气，溅射过程中引入氢气，薄膜厚度为700-2500nm；将生长获得的GTZO/H薄膜通过稀释HCl溶液腐蚀，制得具有良好光散射特性的绒面结构的氢化Ga-Ti共掺ZnO-TCO薄膜。本发明专利技术的优点：该制备方法是在维持一定载流子浓度的前提下，有效降低了了掺杂剂含量，从而降低杂质散射等影响；该薄膜应用于微晶硅薄膜电池或非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳电池，可提高光散射作用，增加入射光程，有效降低有源层厚度，提高Si基薄膜太阳电池的效率和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜太阳电池领域，特别是一种氢化Ga-Ti共掺ZnO透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
透明导电氧化物(transparent conductive oxide-TCO)薄膜材料是薄膜太阳电池的重要组成部分，参见A. V. Shah, H. Schade, Μ. Vanecek, et al. Thin-film silicon solar cell technology, Progress in Photovoltaics 12 (2004) 113-142、 J. Miiller, B. Rech, J. Springer, et al. TCO and light trapping in silicon thin film solar cells, Solar Energy 77 (2004) 917-930。当前薄膜电池中应用最为广泛的 TCO薄膜是F掺杂SnO2薄膜(SnO2:F)和Sn掺杂In2O3薄膜(In2O3:Sn)。F掺杂SnO2薄膜通常是利用常压CVD (APCVD)技术制备，生长温度较高广50(TC)，这对于低温沉积和强H等离子体环境中生长的电池材料而言，将限制其进一步应用，参见S. Major, S. Kumar, Μ. Bhatnagar, et al. Effect of hydrogen plasma treatment on transparent conducting oxides, Applied Physics Letters 49 (1986) 394-396。Sn 掺杂 In2O3 薄膜由于 In 的成本较高，且不容易获得粗糙的表面形貌，在强H等离子体环境中性能容易恶化，也限制了其在薄膜太阳电池中的广泛应用。相比于其他TCO薄膜材料，ZnO薄膜具有源材料丰富，无毒且相对生长温度低(室温-300°C )和在强H等离子体环境中性能稳定等特点获得了广泛研究和应用。本征ZnO薄膜电阻率较高，通常采用杂质掺杂方法提高其电学性能，主要掺杂元素有B、Al、Ga、In及F等。为什么在溅射技术生长ZnO薄膜过程中，选择Ga作为掺杂元素，主要基于以下因素1)在LP-MOCVD技术生长ZnO薄膜过程中，常利用B2H6气体实现 B掺杂，获得的低电阻率ZnO薄膜约为1.0-3. OX 10_3Ω cm，相对较高，参见S. Fay, U. Krol1， C. Bucher, et al. Low pressure chemical vapour deposition of ZnO layers for thin-film solar cells: Temperature-induced morphological changes, Solar Energy Materials & Solar Cells 86 (2005) 385-397、X. L. Chen, X. H. Geng, J. M. Xue, et al. Temperature-dependent growth of zinc oxide thin films grown by metal organic chemical vapor deposition, Journal of Crystal Growth 296 (2006) 43-50 ；2)尽管Al掺杂是溅射技术生长ZnO薄膜的有效掺杂元素，但Al的化学活性较高，在薄膜生长过程中容易和氧发生化学作用(即氧化过程)，导致薄膜出现问题，参见 Quan-Bao Ma, Zhi-Zhen Ye, Hai-Ping He, et al. Substrate temperature dependence of the properties of Ga-doped ZnO films deposited by DC reactive magnetron sputtering, Vacuum 82 (2008) 9 - 14 ;3) In元素毒性较大，源材料稀有，价格高；4)所有金属掺杂元素中，Ga和Zn半径相近，而且Ga-O键和Zn-O键的键长相近(Ga_0为0. 192nm, Zn-O为0. 197nm),容易实现替位掺杂，即使搞得掺杂浓度下，ZnO晶格畸变较小，而且Ga 化学活性低，不容易发生氧化作用，参见Quan_Bao Ma，Zhi-Zhen Ye, Hai-Ping He, etal. Substrate temperature dependence of the properties of Ga—doped ZnO films deposited by DC reactive magnetron sputtering, Vacuum 82 (2008) 9 - 14、Sungyeon Kimj Jungmok Seoj Hyeon Woo Jang, et al. Effects of H2 ambient annealing in fully 002-textured ZnO:Ga thin films grown on glass substrates using RF magnetron co-sputter deposition, Applied Surface Science 255 (2009) 4616 - 4622。因此，磁控溅射过程中，Ga作为掺杂剂是制备良好光电性能ZnO薄膜的理想选择。此外，基于密度泛函理论的第一性原理计算表明，H可作为浅施主元素提高ZnO材料的导电性能，并且实验上也验证了此种推断，参见Chris G. Van de ffalle. Hydrogen as a Cause of Doping in Zinc Oxide, Physical Review Letters 85 (2000) 1012_1015、Liang-Yih Chen, Wen-Hwa Chen, Jia-Jun Wang, et al. Hydrogen-doped high conductivity ZnO films deposited by radio-frequency magnetron sputtering, Applied Physics Letters 85 (2004) 5628-5630，近年来H化ZnO薄膜(Zn0:H)的生长机制及特性成为研究热点。Van de Walle 等，参见Chris G. Van de ffalle. Hydrogen as a Cause of Doping in Zinc Oxide, Physical Review Letters 85 (2000) 1012-1015，基于密度泛函理论的第一性原理计算表明，H在ZnO材料中可作为浅施主作用，H+是费米能级位置中处于最稳定和最低能态。 之后，H化ZnO薄膜生长及特性获得了广泛研究，Liang-Yih Chen等，参见Liang-Yih Chen, Wen-Hwa Chen, Jia-Jun Wang, et al. Hydrogen-doped high conductivity ZnO films depos本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种生长氢化Ｇａ－Ｔｉ共掺ＺｎＯ－ＴＣＯ薄膜，利用磁控溅射镀膜技术制备，其特征在于具体方法是：用纯度为９９．９９５％的陶瓷靶ＺｎＯ：Ｇａ２Ｏ３／ＴｉＯ２作为靶材原料，基片为玻璃衬底，溅射气体为Ａｒ气，溅射过程中引入氢气，薄膜厚度为７００－２５００ｎｍ；将生长获得的ＧＴＺＯ／Ｈ薄膜通过稀释ＨＣｌ溶液腐蚀２０－４０秒，制得具有良好光散射特性的绒面结构的氢化Ｇａ－Ｔｉ共掺ＺｎＯ－ＴＣＯ薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种生长氢化Ga-Ti共掺ZnO-TCO薄膜，利用磁控溅射镀膜技术制备，其特征在于具体方法是用纯度为99. 995%的陶瓷靶ZnO:Ga2OZTiO2作为靶材原料，基片为玻璃衬底，溅射气体为Ar气，溅射过程中引入氢气，薄膜厚度为700-2500nm ；将生长获得的GTZ0/H薄膜通过稀释HCl溶液腐蚀20-40秒，制得具有良好光散射特性的绒面结构的氢化Ga-Ti共掺 ZnO-TCO 薄膜。2.根据权利要求1所述生长氢化Ga-Ti共掺ZnO-TCO薄膜，其特征在于所述陶瓷靶 ZnOiGa2O3AiO2中靶材组分Ga2O3和TiO2的重量百分比相等且为0. 25-2. 0%。3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新亮，赵颖，张晓丹，黄茜，任慧志，张德坤，魏长春，耿新华，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12
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