一種改善透明導電氧化物ITiO薄膜性能的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽電池領域，具體涉及一種改善太陽能電池用透明導電氧化物IT1薄膜性能的方法。
【背景技術】
[0002]透明導電氧化物薄膜由于其良好的電學和光學性能，被廣泛用于半導體和光伏行業(yè)，如液晶顯示器、發(fā)光二極管、太陽能電池等。在太陽電池中，包括硅基薄膜電池、a?S1:H/c?Si異質結太陽電池和CIGS薄膜電池等，透明導電氧化物(TC0)作為太陽電池的前后電極，需要具備高的電子迀移率、低的載流子濃度和電池響應波段范圍內(300?1200nm)高的透過率，從而提高太陽能電池的光電轉換效率。
[0003]常見的TC0薄膜材料的制備方法有化學氣相沉積法、磁控濺射法、離子束沉積等。這些方法中，磁控濺射由于具有良好的可控性、高的沉積速率和易于獲得大面積均勻性薄膜而被廣泛運用于研發(fā)和生產制程中。磁控濺射透明導電氧化物IT1的光學和電學性能強烈的依賴于沉積過程中的基板溫度、濺射壓強、氣體流量和濺射功率等工藝參數(shù)，其中氧、氫含量是影響IT1薄膜性能的重要工藝參數(shù)之一。
[0004]因此如何通過工藝條件的優(yōu)化同時獲得高透過率和高電導率的IT1薄膜，并將其應用于光伏器件的透明電極成為我們急需解決的課題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種改善透明導電氧化物IT1薄膜透過率和導電性能的制備方法。
[0006 ]本發(fā)明一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，包括以下步驟:
[0007]a、IT1薄膜沉積前預處理:在沉積設備中通入背景氣體，大于20min后停止通入背景氣體，將沉積設備抽真空，使設備真空度為8*10—4?8*10—2Pa;
[0008]b、IT1薄膜沉積:將鍍膜基板放入a步驟抽真空后的沉積設備中，采用濺射法沉積IT1薄膜，濺射氣體為Ar和02;
[0009]其中，沉積壓強為0.2?0.7Pa，沉積溫度為25?300°C;濺射功率密度為0.5?5W/cm2 ；
[0010]C、ITi0薄膜沉積后處理:將b步驟沉積得到的IT1薄膜在150?300°C下進行退火處理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。
[0011]進一步，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步驟中利用真空栗對沉積設備抽真空至其真空度為7X10—3Pa。
[0012]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步驟中所述背景氣體為大氣、壓縮空氣、水蒸氣或氫氣中至少一種。
[0013]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中鍍膜基板為玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太陽電池、a-S1:H/c-Si異質結太陽電池、CIGS薄膜太陽電池中的一種。
[0014]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中派射源為直流、中頻或射頻中的一種。
[0015]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中派射氣體按照體積比，Ar:02 = 250:1 ?25:1。
[0016]進一步的，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中派射氣體優(yōu)選按照體積比，Ar:02 = 25:1。
[0017]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中c步驟中退火處理為大氣退火、真空退火、N2退火、Ar氣退火或H2退火中的一種。
[0018]本發(fā)明一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，該方法是在濺射透明導電氧化物IT1薄膜之前通入一定量的背景氣體，以改善透明導電氧化物IT1薄膜的光學和電學性能，本發(fā)明方法簡單，可以有效改善薄膜的透過率和導電率。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1與對比例1處理后的IT1薄膜透過率曲線；(其中，IT1優(yōu)化前為對比例1的處理，IT1優(yōu)化后為實施例1的處理)
[0020]圖2為IT1導電膜用于a-S1:H/c-Si異質結電池的前后電極，電池結構示意圖；(其中，1 一為Ag電極;21—為TC0;22—為a_S1:H n+層;23—為a_S1:H i層;24—為p型或者η型單晶硅;25—為為a-S1:H i層;26—為a_S1:H p+層;27—為TC0。)
[0021 ] 圖3 HIT電池EQE曲線對比。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，包括以下步驟:
[0023]a、IT1薄膜沉積前預處理:在沉積設備中通入背景氣體，大于20min后停止通入背景氣體，將沉積設備抽真空，使設備真空度為8*10—4?8*10—2Pa;
[0024]b、IT1薄膜沉積:將鍍膜基板放入a步驟抽真空后的沉積設備中，采用濺射法沉積IT1薄膜，濺射氣體為Ar和02;其中，沉積壓強為0.2?0.7Pa，沉積溫度為25?300°C ；濺射功率密度為0.5?5W/cm2 ；
[0025]c、ITi0薄膜沉積后處理:將b步驟沉積得到的IT1薄膜在150?300°C下進行退火處理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。
[0026]磁控濺射由于具有良好的可控性、高的沉積速率和易于獲得大面積均勻性薄膜而被廣泛運用于研發(fā)和生產制程中。這點在技術背景里面已經(jīng)提及。進一步，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步驟中利用真空栗對沉積設備抽真空至其真空度為7 X 10—3Pa。
[0027]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中a步驟中所述背景氣體為大氣、壓縮空氣、水蒸氣或氫氣中至少一種。
[0028]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中鍍膜基板為玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太陽電池、a-S1:H/c-Si異質結太陽電池、CIGS薄膜太陽電池中的一種。
[0029]上述所述一種改善透明氧化物ITi0薄膜性能的方法，其中b步驟中派射源為直流、中頻或射頻中的一種。
[0030]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中派射氣體按照體積比，Ar:02 = 250:1 ?25:1。
[0031]進一步的，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中b步驟中派射氣體優(yōu)選按照體積比，Ar:02 = 25:1。
[0032]上述所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其中c步驟中退火處理為大氣退火、真空退火、N2退火、Ar氣退火或H2退火中的一種。
[0033]下面結合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0034]實施例1
[0035]在濺射沉積透明導電氧化物IT1薄膜前，往濺射腔體內投入一定量的大氣，此過程持續(xù)半個小時。然后停止大氣的通入，開啟真空栗，將本底真空抽至7X10—3Pa，放入超白玻璃基板，開始沉積IT1導電膜。實驗采用的濺射功率為1.17ff/cm2，直流電源，沉積壓力為0.65Pa，按照體積比Ar/02 = 25:1,室溫沉積的薄膜厚度為100nm，經(jīng)過190°C真空退火后薄膜方阻控制在40 Ω/□左右，400?1200nm范圍內的平均透過為90.9%。
[0036]對比例1
[0037]在濺射沉積透明導電氧化物IT1薄膜前直接開啟真空栗，將本底真空抽至7X 10一3Pa，放入玻璃基板，開始沉積I Ti 0導電膜。實驗采用的濺射功率為1.17ff/cm2，直流電源，沉積壓力為0.65Pa，按照體積比Ar/02 = 25:1，室溫沉積的薄膜厚度為100nm，經(jīng)過190°C真空退火后IT1薄膜方阻為70 Ω /□左右，400?1200nm范圍內的平均透過為86.7%。IT1薄膜優(yōu)化前后透過率比較結果見附圖1所示。
[0038]實施例2
[0039]在濺射沉積透明導電氧化物IT1薄膜前，往濺射腔體內投入一定量的大氣，此過程持續(xù)半個小時。然后停止大氣的通入，開啟真空栗，將本底真空抽至8 X 10—4Pa，放入a-S1:H/c-Si異質結太陽電池基板，開始沉積IT1導電膜。實驗采用的濺射功率為5W/cm2，直流電源，沉積壓力為0.7Pa，按照體積比Ar/02 = 25:1，室溫沉積的薄膜厚度為100nm，經(jīng)過150°CN2退火處理，電池結構如附圖2所示，其QE增加1.9mA/cm2 ；如附圖3所示，電池效率上升1.3 %(絕對值)。
【主權項】
1.一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:包括以下步驟: a、IT1薄膜沉積前預處理:在沉積設備中通入背景氣體，大于20min后停止通入背景氣體，將沉積設備抽真空，使設備真空度為8*10—4?8*10—2Pa; b、IT1薄膜沉積:將鍍膜基板放入a步驟抽真空后的沉積設備中，采用濺射法沉積IT1薄膜，濺射氣體為Ar和02; 其中，沉積壓強為0.2?0.7Pa，沉積溫度為25?300°C;濺射功率密度為0.5?5W/cm2; c、IT1薄膜沉積后處理:將b步驟沉積得到的IT1薄膜在150?300°C下進行退火處理，即得改善后的透明氧化物IT1薄膜。2.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:a步驟中利用真空栗對沉積設備抽真空至其真空度為7 X 10—3Pa。3.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:a步驟中所述背景氣體為大氣、壓縮空氣、水蒸氣或氫氣中至少一種。4.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步驟中鍍膜基板為玻璃基底、塑料膜基底、硅基薄膜太陽電池、a-S1:H/c-Si異質結太陽電池、CIGS薄膜太陽電池中的一種。5.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步驟中濺射源為直流、中頻或射頻中的一種。6.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步驟中派射氣體按照體積比，Ar:02 = 250:1?25:1。7.根據(jù)權利要求6所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:b步驟中派射氣體按照體積比，Ar: 02 = 25:1。8.根據(jù)權利要求1所述一種改善透明氧化物IT1薄膜性能的方法，其特征在于:c步驟中退火處理為大氣退火、真空退火、N2退火、Ar氣退火或出退火中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽電池領域，具體涉及一種改善太陽能電池用透明導電氧化物ITiO薄膜性能的方法。本發(fā)明方法，包括以下步驟：a、ITiO薄膜沉積前預處理：在沉積設備中通入背景氣體，大于20min后停止通入背景氣體，將沉積設備抽真空；b、ITiO薄膜沉積：將鍍膜基板放入a步驟抽真空后的沉積設備中，采用濺射法沉積ITiO薄膜；c、ITiO薄膜沉積后處理：將b步驟沉積得到的ITiO薄膜在150～300℃下進行退火處理，即得改善后的透明氧化物ITiO薄膜。本發(fā)明方法簡單，可以有效改善薄膜的透過率和導電率。
【IPC分類】H01L31/18, H01L31/0224
【公開號】CN105489663
【申請?zhí)枴緾N201510861183
【發(fā)明人】郁操, 楊苗, 龍巍, 易志凱, 張津燕
【申請人】福建鉑陽精工設備有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月1日