本發(fā)明涉及薄膜太陽電池制造技術領域，具體涉及一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩(wěn)定性的方法。

背景技術：

隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求將越來越多。在傳統(tǒng)的化石能源使用過程中不僅面臨著儲量日趨減少的問題，還在使用過程中對環(huán)境造成了巨大的污染。所以，追求和使用清潔的、可再生的新能源成為當今人類共同關注的話題。太陽能作為一種綠色的清潔能源具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)勢，被譽為最理想的綠色能源。太陽電池是一種直接把太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，具有廣闊的應用前景。但是，目前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的最大問題在于：發(fā)電成高于傳統(tǒng)的能源，其中電池組件的成本已占據(jù)系統(tǒng)價格的50％以上，因此開發(fā)高效、低成本、長壽命的太陽電池成為全世界研究的熱點。目前占據(jù)國際光伏市場份額90％以上的產(chǎn)品均為晶體硅電池。但是，硅材料在生產(chǎn)過程中能耗比較大，以及晶體硅電池對原材料消耗大的缺點嚴重的制約著它們的發(fā)展。近年來，薄膜太陽電池以成本低、材料消耗少的優(yōu)勢受到越來越多的重視。主要的薄膜太陽電池包括硅基薄膜太陽電池、碲化鎘太陽電池、銅銦鎵硒太陽電池、有機太陽電池、染料敏化太陽電池以及最近發(fā)展迅速的鈣鈦礦太陽電池等。作為上述薄膜太陽電池的電極材料，透明導電氧化物(tco)薄膜是不可或缺的部分，其光、電及穩(wěn)定性成為影響電池轉(zhuǎn)換效率的一個重要的因素。目前常用的tco薄膜有sn摻雜in2o3薄膜(in2o3：sn，ito)、f摻雜sno2薄膜(sno2：f，fto)以及al、ga等摻雜的zno薄膜。雖然，ito和fto的光電性能較優(yōu)，但是受其主要成分in、sn等原材料稀缺和毒性的制約，它們的大規(guī)模應用受到限制。zno薄膜以原材料豐富，無毒、摻雜后可見光區(qū)透過率高、導電性能優(yōu)良的特性得到了廣泛的研究，被認為是ito的替代材料。

在si基薄膜太陽電池中，為了增加電池吸收層對入射光的利用率，通常會在薄膜表面引入一定的絨面結構，利用其對入射光的散射增加光在吸收層中的光程。由于zno薄膜具有易于通過酸、堿溶液腐蝕制備出一定絨面結構和在h等離子體環(huán)境中性能穩(wěn)定的特性，已經(jīng)作為電極材料廣泛的應用在si基薄膜太陽電池中。但是，對于有機、染料敏化以及鈣鈦礦等采用溶液法制備的太陽電池而言，由于制備的溶液具有一定的腐蝕性，這就限制了zno作為電極材料在上述電池中的應用。因此，在維持高電導和高透過的基礎上，如何提高zno薄膜的化學穩(wěn)定性對于擴展zno透明導電薄膜在太陽能電池領域的應用范圍，對于降低電池的生產(chǎn)成本具有重要的研究意義。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩(wěn)定性的方法，可有效的提高氧化鋅薄膜的耐酸、堿腐蝕能力，實現(xiàn)zno透明導電薄膜作為電極材料在有機、染料敏化以及鈣鈦礦等采用溶液法制備的太陽電池中的應用，以達到降低電池生產(chǎn)成本的效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩(wěn)定性的方法，包括如下步驟：

s1、將襯底依次在電子清洗液、去離子水中進行超聲清洗，然后用氮氣吹干；

s2、將干凈的襯底放入濺射腔室，然后對濺射腔室抽真空，待真空度達到5×10⁵pa時，分別向濺射腔室通入氬氣和氫氣作為濺射氣體，并通過閘板閥和混合氣體流量對腔內(nèi)氣壓進行調(diào)控；

s3、待腔室內(nèi)的氬氣穩(wěn)定后，以高價態(tài)元素摻雜氧化鋅為濺射靶材，采用磁控濺射技術在室溫下進行氧化鋅透明導電薄膜沉積，制備具有低電阻率、寬光譜透過且耐酸堿腐蝕的氧化鋅透明導電薄膜。

其中，所述的高價態(tài)元素摻雜氧化鋅為難溶于酸、堿溶液的高價態(tài)金屬氧化物。

其中，所述的襯底為玻璃或聚酰亞胺等柔性材料。

其中，所述的襯底溫度為25℃至350℃。

其中，所述氬氣的流量為20-100sccm，氫氣的流量為0.2-30sccm，氫氣流量占濺射氣體總流量的0.6％-20％，濺射氣壓0.2-1.0pa。

其中，所述高價態(tài)元素摻雜氧化鋅陶瓷靶材為zno：nb2o5或zno：v2o5等。

其中，所述磁控濺射制備技術為脈沖直流磁控濺射或射頻磁控濺射。

其中，所述氧化鋅透明導電薄膜的厚度為1-2μm，400-1400nm平均透過率85％以上，方塊電阻10-15ω/□，電阻率10^-4-10^-3ωcm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

通過采用難溶于酸、堿的高價態(tài)元素摻雜氧化鋅為靶材，同時在濺射氣氛中引入氫氣，利用氫與高價態(tài)元素共摻雜的方式，實現(xiàn)了低電阻率、高透過率和化學穩(wěn)定性較強的氧化鋅透明導電薄膜的制備；制備的氧化鋅透明導電薄膜在400-1400nm平均透過率高于85％，方塊電阻為10-15ω/□，電阻率為10^-4-10^-3ωcm；該薄膜可應用于有機太陽電池、染料敏化以及鈣鈦礦等太陽電池，有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率，降低電池的生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所得的氧化鋅透明導電薄膜的透過譜。

圖2為本發(fā)明實施例1所得的氧化鋅透明導電薄膜的x射線衍射譜。

圖3為本發(fā)明實施例1所得的氧化鋅透明導電薄膜在hcl和naoh腐蝕溶液中方塊電阻隨腐蝕時間變化關系。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-3所述本發(fā)明的

實施例1

一種提高氧化鋅透明導電薄膜化學穩(wěn)定性的方法，采用射頻磁控濺射技術制備，步驟如下：

1)將清洗后的玻璃襯底置于濺射腔室中；

2)將濺射腔室抽真空，本底真空為4.9×10^-5pa，采用氬氣與氫氣混合氣氛濺射，氬氣流量為28.8sccm，氫氣流量為1.2sccm，氫氣流量占濺射氣體流量的4％，濺射氣壓0.13pa；

3)采用zno：nb2o5陶瓷靶材進行磁控濺射鍍膜，其中nb2o5摻雜的質(zhì)量比為2％，磁控濺射鍍膜的工藝參數(shù)為：電極間距50mm、濺射功率180w、沉積時間28分鐘，在玻璃襯底上制備的薄膜厚度為955.7nm的氧化鋅透明導電薄膜。

測試結果顯示：該氧化鋅透明導電薄膜的方塊電阻為13.42ω/□，遷移率為25.32cm²/vs，電阻率為1.282×10^-3ωcm。

綜上，本具體實施在不犧牲氧化鋅透明導電薄膜電學特性的同時，不僅有效的擴展了薄膜在長波區(qū)域的透過率，還提高了氧化鋅透明導電薄膜的化學穩(wěn)定性。由于該氧化鋅透明導電薄膜同時具有化學穩(wěn)定性好、低電阻率和寬光譜透過特性，使其可以作為電極材料應用到有機太陽電池、染料敏化、鈣鈦礦等太陽電池，從而有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。