用铝掺杂的氧化锌涂覆基材的方法技术

本发明专利技术涉及用铝掺杂的氧化锌涂覆基材的方法，包括以下步骤：-通过固体靶的雾化在基材表面上产生介于5nm和400nm之间厚的成核层，其包含氧化锌或掺杂的、特别是铝掺杂的氧化锌；-产生在成核层上以半外延方式进一步生长的包含铝掺杂的氧化锌的覆盖层；以及-湿化学法蚀刻覆盖层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。由现有技术已知，构造为所谓的PIN型顶覆层(p-i-n- “Superstrate”)结构的娃薄膜太阳能电池需要透明导电氧化物层(简称TC0层；TCO=_transparent conductiveoxide ;透明导电氧化物)。这种TCO层必须具有低的层电阻和在可见光谱范围内(400至800nm)对于由非晶娃(a-Si:H)制成的太阳能电池和直至IlOOnm对于由微晶娃(u c_Si:H)制成的太阳能电池具有高透明性。此外，为了光线通过散射有效地在太阳能电池内耦合且由此在硅层内实现更强的吸收，需要适合的表面结构和侧向结构尺寸(特别是在表面粗糙度方面)。为了制备TCO层特别可以使用所谓的雾化(ZerstMubung )方法(同义词也称为溅射法)。在雾化时，原子通过用高能稀有气体离子的轰击由固体靶释放出(herausgelost)，且在此过程中转变成气相。在原子由其中释放出的固体靶附近，设置一种在上面可以凝结原子的基材，使得它们在基材表面形成层。 对于在硅薄膜太阳能电池中的应用，由铝掺杂的氧化锌制成的层(ZnO:Al层)特别适合。借助溅射方法制备的ZnO:Al层通常是相对平滑的。这意味着，其粗糙度仅有几纳米。通过湿化学蚀刻步骤，这些层可以被粗糙化，使得形成具有相对较宽范围的结构尺寸的凹坑状结构(参见J. Miiller, G. Schope, 0. Kluth, B. Rech, V. Sittinger, B. Szyszka,R. Geyer,P. Lechner,H. Schade,M. Ruske,G. Dittmar,H. -P. Bochem,在《Thin Solid Films》第 442 期(2003),158 页；J. Miiller, B. Rech, J. Springer, M. Vanecek :“TC0 and lighttrapping in Silicon thin film solar cells，，在〈〈Solar Energy))第 77 期(2004),917-930 页；J. Miiller, G. Schope，H. Siekmann，B. Rech, T. Rebmann, ff. Appenzeller,B. Sehrbrock :“Verfahren zur Behandlung von Substraten mit vorstrukturierterZinkoxidschicht”,德国专利 DE 102004017680B4)。平均粗糖度(英文xoot mean squareroughness (均方根粗糙度)；以下称为RMS粗糙度)可以由此提高至约200nm。这些表面织构化的层具有非常良好的光散射特性并可以特别借助于陶瓷ZnO-固体靶的高频磁控溅射方法(简称HF_磁控派射方法)来制备(参见B. Rech, 0. Kluth, T. Repmann, T. Roschek,J. Springer, J. Miiller, F. Finger, H. Stiebig 和 H. Wagner,在《Sol. Energy Mater. Sol.Cells))第 74 期，439 页(2002) ；0. Kluth, G. SchOpe7 J. Hiipkes, C. Agashe, J. Miiller,B. Rech,在《Thin Solid Films》第 442 期(2003) 80-85 页)。在“Conference Proceedings,International Conference on Nanoscience and Nanotechnology，，，ICONN 2008 中的 M. Breedon 等的“Zn0 Nanostructured Arrays Grown from Aqueous Solutions onDifferent Substrates”的第9至12页中公开了具有ZnO层的各种基材,其由水溶液生成并施加于I. 2 y m厚的通过高频磁控溅射生成的ZnO成核层上。在此，显然这是制备所谓的“纳米棒”(Nanostabchen )。在此步骤中使用所述的ZnO层，以促进纳米棒的定向和一致性。原则上有利的是，为了获得适合的层特性，用铝掺杂的氧化锌通过高频磁控溅射涂覆基材。然而，高频磁控溅射与直流(DC)磁控溅射相比是一种相对更慢的雾化工艺，以致于铝掺杂的氧化锌层的制备可以在基材上持续很长一段时间。已经进一步显示，在雾化期间工艺条件很大程度上决定了所得到的ZnO层的光学和电学的材料特性。可 以通过湿化学蚀刻生成的表面结构，在此特别通过工艺参数温度和沉积压力及通过所选的基材材料来影响。另一个重要的参数是用铝掺杂固体靶。例如可以根据掺杂浓度和温度找到对于通过HF-磁控溅射方法制备的层而言的优化“涂覆窗口”，其在湿化学蚀刻步骤后具有优化的光导结构(参见M.Berginski，B. Rech, J. Hupkes,H.Stiebig, M. Wuttig 在((SPIE))第 6197 期(2006)中的第 61970Y 1-10 页 “Design ofZnO:Al films with optimized surface texture for silicon thin-film solar cells，，；M. Berginski, J. Hiipkes, M. Schulte, G. Schope H. Stiebig, B. Rech 在《Journal ofApplied Physics))第 101 期中的第 74903 页(2007) “The effect of front ZnO:Alsurface texture and optical transparency on efficient light trapping in siliconthin-f ilm solar cells”)。在此,界面的优化构造对太阳能电池的效率具有显著影响。在这种情况下重要的是关于侧向和竖向尺寸上的粗糙度的优化。此处已证实有利的是，侧向尺寸在待散射光的波长的数量级，和因此对于由微晶硅(U c-Si :H)或所谓的串叠型电池(Tandemzellen) (a_Si :H/ii c_Si :H)构成的太阳能电池位于U m级范围内，以及达到约IOOnm至约200nm的平均粗糙度。ZnOiAl层体系的织构蚀刻利用结晶ZnO层蚀刻速率的各向异性，以使具有柱状生长(侧向尺寸约50至IOOnm)的传统平滑沉积的层转化成粗糙的边界层，其侧向尺寸在优化的工艺条件下位于Pm范围内。在织构蚀刻时尤其令人感兴趣的是，绕过了通常很难的大微晶的制备。所述的方法基于在稀酸(例如0. 5%HC1)中ZnO: Al层的蚀刻。在此，所述的蚀刻以各向异性进行，使得氧终止的、在c轴方向沉积的微晶与相应的锌终止的微晶相比呈数量级地更快蚀刻。与此正交地(Orthogonal dazu),甚至可以观察到蚀刻速率提高40倍(参考 F. S. Hickernell 在《Review Phys. Appl.》第 20 期(1985)中 319-3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·西廷，B·希什卡，W·德瓦尔德，F·佐伊伯利希，B·斯坦诺斯基，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：