一种具有高导电性的减反射膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种可用于太阳电池的高导电性减反射膜及其制备方法，其中，高导电性的减反射膜为双层膜，底层为腐蚀并经过氢等离子处理过的n型导电ZnO薄膜，顶层为SiO2薄膜。本发明专利技术还提供该减反射膜的制备方法，包括如下步骤：1)使用射频磁控溅射技术在衬底上制备n型导电ZnO薄膜，2)将ZnO薄膜在一定浓度的稀盐酸下进行腐蚀，3)将腐蚀过的ZnO薄膜进行氢等离子处理，4)在ZnO基薄膜的表层溅射SiO2薄膜。本发明专利技术的减反射膜采用射频磁控溅射法制备，具有生长速度快、膜厚均匀性好、导电性能好的优点，可以降低太阳电池对太阳光的反射率，从而提高太阳电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，特别涉及。
技术介绍
传统的太阳电池前电极(主要包括主电极和栅电极)由Ag构成，起到收集电流的作用。如图I所示，这种由两条主电极11和连接在主电极上的栅电极12上构成的前电极约占太阳电池表面面积的3 5%。对于聚光型太阳电池(CPV),有10%以上的太阳光由于Ag电极的遮挡无法进入太阳电池。为了提高太阳电池的转换效率，必须减少前电极面积。但是，如果缩小Ag电极的面积会导致电流收集困难、串联电阻增加、太阳电池转换效率降低的问题。 透明导电薄膜作为太阳电池前电极的可替代材料，其研究已经得到了广泛的重视，其发展经历了由ITO(氧化铟锡)、Sn02向2110材料的转变。上述透明导电氧化物薄膜具有高的透光性，因此能够克服Ag电极产生大量光反射而使太阳光得不得充分利用的缺点。通过引入这种透明导电氧化物薄膜电极，可以大大减少前电极中Ag电极的面积，使太阳电池只需要一个或两个主电极，而不再需要栅电极。采用IIIA族元素掺杂是提高ZnO基薄膜导电率的常见的方法，可以使掺杂的ZnO基薄膜具有很高的导电率，但是这种掺杂容易导致ZnO基薄膜较低的红外波段光的透过率。采用F掺杂就能够很好地解决透过率的问题，但是却很难得到很好的导电率。Chris G. Van de Walle (Chris G. Van de ffalle, Hydrogenas a cause of doping in zinc oxide,PHYSICAL REVIEW LETTERS,2000 (85): 1012-1015)仔细研究了氢在ZnO中的存在方式，并得出结论它是一种浅施主。Chen，Liang-Yih等(Chen, Liang-Yih,Chen, Wen-Hwa, Wang, Jia-Jun, Hydrogen-doped high conductivityZnO films deposited by radio-frequency magnetron sputtering， Applied PhysicsLetters, 2004(85) : 5628-5630)用简单的通氢气的方法制备出了具有高导电性的氢掺杂ZnO薄膜，进一步证明了氢对ZnO薄膜导电性能的影响。但是通过该方法制备的η型ZnO导电薄膜，里面氢的热稳定性较差，容易从薄膜中溢出。P. F. Cai等(P. F. Cai, J. B.You,Enhancement of conductivity and transmittance of ZnO films by post hydrogenplasma treatment, Journal of Applied Physics, 2009 (105) : 104-112)在电容I禹合等离子体反应器中对ZnO进行了氢等离子处理，得到的氧化锌中的氢有较好的热稳定性。因此，通过等离子处理的方法比在溅射气氛中通入氢气的方法得到的掺氢ZnO薄膜更具有实用价值。但是这种方法没有很好地将薄膜的制备与等离子处理结合在一起。另一方面在太阳电池上镀减反射膜是一种提高电池转换效率的方法。传统的减反射膜是根据在薄膜上表面和下表面的波程差为半波长时光相互抵消的基本原理来起到减反射的作用。更具体来说单一介质减反射层的厚度为波长的1/4，且衬底，薄膜和入射介质的折射率满足以下关系时 n= (nsn0)0.5 减反射效果最好。其中n、ns、Iitl分别为减反射膜、衬底和入射介质的折射率。具有优良性能的多层减反射膜的理念是用多层膜来处理不同波段的光的增透效果，具体要求是多层膜的折射率从接触电池板的底层到接触空气的顶层要依次降低。ZnO导电薄膜的折射率为2. 1，SiO2的折射率约为I. 5，正是利用了折射率外层比内层低的特点。减反射性能还可以通过将减反射膜制备成具有陷光结构的模式来捕捉更多非垂直入射的光，还可以增加光路在电池中的传播范围，从而提高光的利用率，也就提高了太阳能电池的效率。Dezeng Li 等(Dezeng Li, Fuqiang Huang, Shangjun Ding, Sol - gel preparation andcharacterization of nanoporous Zn0/Si02 coatings with broadband antire ectionproperties, Applied Surface Science, 2011 (257) : 9752 - 9756)用溶胶凝胶法制备了一种Zn0/Si02双层薄膜结构的减反射膜并达到了较好的减反射效果，但是这种方法制备的薄膜导电性能很差，不能达到作为太阳电池前电极的要求。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种兼具优良导电性与透光性能的减反射膜来解决目前太阳电池前电极光采集受损的问题，提供降低太阳能电池成本、提高转化效率的解决方案。·为此，本专利技术采用的技术方案如下 一种透明导电减反射膜，其特征在于，所述的透明导电减反射膜为具有绒面陷光结构的双层薄膜，其中 底层为腐蚀并经氢等离子处理过的η型导电ZnO薄膜； 顶层为SiO2薄膜。本专利技术的双层减反射膜的底层薄膜为腐蚀并经氢等离子处理过的η型导电ZnO薄膜，通过腐蚀的作用使ZnO薄膜具有绒面陷光结构，可以使双层减反射膜捕捉以较大入射角照过来的光线，还可以增大光在电池中的传播距离；通过氢等离子处理作用，不仅提高了ZnO薄膜的载流子浓度，而且提高了迁移率，从而明显提高了的双层减反射膜的导电性能。本专利技术的双层减反射膜的顶层薄膜为SiO2薄膜。SiO2的折射率为I. 5，很好地满足了双层减反射膜的要求，能进一步提高薄膜的减反射性能。作为顶层的SiO2薄膜同时还可以保护底层ZnO薄膜中的施主原子Al、H等不扩散出去，起到钝化层的作用。作为优选，所述η型导电ZnO薄膜所进行的氢等离子处理为在射频电源环境下进行，所述射频电源的功率为1(T20W。作为进一步的优选，所述的氢等离子处理的条件为本底气压低于5X10_6TOrr，工作气压为10 30mTorr，衬底的温度为室温至150°C，以获得H在ZnO薄膜中的均匀分布以及很好的扩散深度。作为更进一步的优选，所述的氢等离子处理的时间为10分钟 50分钟。作为优选，所述的η型导电ZnO薄膜选自未掺杂ZnO薄膜、Al掺杂的ZnO基薄膜、Ga掺杂的ZnO基薄膜、F掺杂的ZnO基薄膜中的任意一种。由于太阳光谱最强处为500nm波长左右，并且减反射薄膜的厚度为波长的1/4，因此本专利技术的双层减反射膜底层η型导电ZnO薄膜的厚度为80 150nm。作为优选，顶层SiO2薄膜的厚度为10 50nm。本专利技术的另一个目的是提供制备上述透明导电减反射膜的方法，包括如下步骤1)在清洁的衬底上采用射频磁控溅射法制备η型导电ZnO薄膜，所述的衬底为石英衬底、硅衬底或玻璃衬底；2)将步骤I)制得的η型导电ZnO薄膜在浓度为O.I I. 0wt%的稀盐酸中进行腐蚀； 3)将步骤2)腐蚀后的η型导电ZnO薄膜进行氢等离子处理； 4)将步骤3)氢等离子处理后的η型导电ZnO薄膜上采用射频磁控溅射法生长一层SiO2薄膜，即制得透明导电减反射膜。其中， 所述的η型导电ZnO薄膜选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明导电减反射膜，其特征在于，所述的透明导电减反射膜为具有绒面陷光结构的双层薄膜，其中：底层为腐蚀并经氢等离子处理过的n型导电ZnO薄膜(31)；顶层为SiO2薄膜(32)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽萍，陈文丰，李潘剑，郑志东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：