一種改善ZnO透明導(dǎo)電薄膜形貌的方法技術(shù)

一種改善ZnO透明導(dǎo)電薄膜形貌的方法，在采用超聲噴霧技術(shù)制備薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜過(guò)程中，通過(guò)采用氫氟酸腐蝕的化學(xué)方法來(lái)控制玻璃襯底表面形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)在其上生長(zhǎng)的ZnO透明導(dǎo)電薄膜形貌的控制，具體方法是：1）采用質(zhì)量百分比濃度為（0.5-10）%的HF溶液腐蝕玻璃襯底，腐蝕時(shí)間為（1-30）min；2）采用超聲噴霧熱分解法在HF溶液腐蝕過(guò)的玻璃襯底上生長(zhǎng)摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是該方法成本低、容易操作，可有效控制制備薄膜的形貌，進(jìn)而控制其絨度，對(duì)提高硅薄膜太陽(yáng)電池的陷光能力具有重要的作用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于太陽(yáng)電池
，特別。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，由于ZnO具有良好的電學(xué)和光學(xué)特性，特別是在氫等離子體氛圍環(huán)境下非常穩(wěn)定，使其在薄膜太陽(yáng)電池中作為透明導(dǎo)電薄膜具有廣泛的應(yīng)用。對(duì)于硅基薄膜太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，高效的陷光(light trapping)結(jié)構(gòu)(即相應(yīng)的絨面結(jié)構(gòu))可增加入射光的光程， 對(duì)提高器件性能尤為重要。目前生長(zhǎng)ZnO薄膜的方法很多，包括脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、射頻/直流濺射(RF/DC Sputtering),電子束反應(yīng)蒸發(fā) (EBRE)和溶膠一凝膠法(Sol-gel)等。超聲噴霧熱分解法(USP)制備ZnO無(wú)需真空，具有低成本的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有原材料價(jià)格低廉、容易實(shí)現(xiàn)摻雜以及適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此采用USP法制備ZnO透明導(dǎo)電薄膜具有非常大的應(yīng)用前景。J. Wienke等人采用 USP法制備的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，通過(guò)摻雜In可獲得電學(xué)性能較優(yōu)良的ZnO透明導(dǎo)電薄膜 (參見(jiàn) J· Wienkej A. S. Booij. ZnO: In deposition by spray pyrolysis - Influence of the growth conditions on the electrical and optical properties. Thin Solid Films 516 (2008) 4508 - 4512)。但與日本 Asahi 公司生產(chǎn)的 U-type Sn0:F 相比，該 ZnO薄膜的表面形貌較差，導(dǎo)致由此制備的硅基薄膜電池，陷光特性不佳(參見(jiàn)J. Wienke， B. van der Zanden, Μ. Tijssen, Μ. Zeman. Performance of spray-deopsited ZnO:In layers as front electrodes in thin-film silicon solar cells. Solar Energy Materials & Solar Cells 92 (2008) 884-890)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種改善ZnO薄膜表面形貌的方法，該方法成本低、容易操作，可有效控制制備薄膜的形貌，進(jìn)而控制其絨度，對(duì)提高硅薄膜太陽(yáng)電池的陷光能力具有重要的作用。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案，在采用超聲噴霧技術(shù)制備薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜過(guò)程中，通過(guò)采用氫氟酸腐蝕的化學(xué)方法來(lái)控制玻璃襯底表面形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)在其上生長(zhǎng)的ZnO透明導(dǎo)電薄膜形貌的控制，具體方法如下1)采用質(zhì)量百分比濃度為(0.5-10)%的HF溶液腐蝕玻璃襯底，腐蝕時(shí)間為(1-30)min ；2)采用超聲噴霧熱分解法在HF溶液腐蝕過(guò)的玻璃襯底上生長(zhǎng)摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是超聲噴霧技術(shù)是一種低成本的制備技術(shù)，而采用氫氟酸腐蝕玻璃表面的化學(xué)方法也是一種低成本的技術(shù)，完全適合進(jìn)一步降低薄膜太陽(yáng)電池成本的未來(lái)發(fā)展方向；該方法成本低、容易操作，可有效控制制備薄膜的形貌，進(jìn)而控制其絨度，對(duì)提高硅薄膜太陽(yáng)電池的陷光能力具有重要的作用。 附圖說(shuō)明圖1是未經(jīng)腐蝕的玻璃襯底的AFM圖，均方根粗糙度為0. 48 nm。圖2是經(jīng)過(guò)1% HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底的AFM圖，均方根粗糙度為4. 70 nm。圖3是經(jīng)過(guò)5% HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底的AFM圖，均方根粗糙度為6. 74 nm。圖4是在未經(jīng)腐蝕的玻璃襯底上沉積1. 5 at. % In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM 圖，均方根粗糙度為20. 02nm。圖5是經(jīng)過(guò)1%HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底上沉積1.5 at. % In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM圖，均方根粗糙度為35. 43 nm，其中(a)為二維視圖；(b)為光學(xué)特性圖。 圖6是經(jīng)過(guò)5%HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底上沉積1.5 at. % In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM圖，均方根粗糙度為27. 02 nm，其中(a)為二維視圖；(b)為光學(xué)特性圖。圖7是在未經(jīng)腐蝕的玻璃襯底上沉積1 at.% In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM圖， 均方根粗糙度為30.52 nm，其中(a)為二維視圖；(b)為光學(xué)特性圖。圖8是經(jīng)過(guò)1%HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底上沉積1 at.% In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM圖，均方根粗糙度為73. 16 nm，其中(a)為二維視圖；(b)為光學(xué)特性圖。圖9是經(jīng)過(guò)5%HF溶液腐蝕之后的玻璃襯底上沉積1 at.% In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的AFM圖，均方根粗糙度為55.42 nm，其中(a)為二維視圖；(b)為光學(xué)特性圖。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)所述的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1 直接在玻璃襯底上采用超聲噴霧熱分解法，以醋酸鋅作為Zn源，將水和無(wú)水乙醇按照 1:3混合之后作為溶劑，將醋酸鋅配制成0.2 mol/L的溶液。醋酸銦作為摻雜銦源。向醋酸鋅溶液按照In/Zn=l. 5 at. % (原子百分比)加入醋酸銦，再向其中按照醋酸鋅溶液與冰乙酸體積比為1:0. 14加入冰乙酸。生長(zhǎng)溫度為470°C。空氣作為載氣，生長(zhǎng)150 min，獲得樣品的厚度為898 nm,獲得的ZnO薄膜的形貌和光學(xué)特性如圖4，獲得的ZnO薄膜表面形貌較為平整，且晶粒尺寸和均方根粗糙度明顯較小，對(duì)光的散射作用較弱。采用1% HF腐蝕玻璃襯底5分鐘之后的表面形貌如圖2所示。之后采用超聲噴霧熱分解法，以醋酸鋅作為Zn源，將水和無(wú)水乙醇按照1:3混合之后作為溶劑，將醋酸鋅配制成0. 2 mol/L的溶液。醋酸銦作為摻雜銦源。向醋酸鋅溶液按照In/Zn=l. 5 at. %(原子百分比)加入醋酸銦，再向其中按照醋酸鋅溶液與冰乙酸體積比為1:0. 14加入冰乙酸。生長(zhǎng)溫度為470°C。空氣作為載氣，生長(zhǎng)150 min，獲得樣品的厚度為925 nm，獲得的ZnO薄膜的形貌和光學(xué)特性如圖5，很明顯合成了具有類(lèi)金字塔形貌的ZnO薄膜，且晶粒尺寸和均方根粗糙度明顯較大，對(duì)光具有明顯的散射作用。實(shí)施例2 直接在玻璃襯底上采用超聲噴霧熱分解法，以醋酸鋅作為Zn源，將水和無(wú)水乙醇按照 1:3混合之后作為溶劑，將醋酸鋅配制成0.2mol/L的溶液。醋酸銦作為摻雜銦源。向醋酸鋅溶液按照In/Zn=l at. % (原子百分比)加入醋酸銦，再向其中按照醋酸鋅溶液與冰乙酸體積比為1:0. 18加入冰乙酸。生長(zhǎng)溫度為470°C。空氣作為載氣，生長(zhǎng)150 min，獲得樣品的厚度為879 nm,獲得的ZnO薄膜的形貌和光學(xué)特性如圖7，獲得的ZnO薄膜表面形貌為三角塊狀晶粒，但是較為平整。采用1% HF腐蝕玻璃襯底5分鐘之后的表面形貌如圖2所示。之后采用超聲噴霧熱分解法，以醋酸鋅作為Zn源，將水和無(wú)水乙醇按照1:3混合之后作為溶劑，將醋酸鋅配制成0.2mol/L的溶液。醋酸銦作為摻雜銦源。向醋酸鋅溶液按照In/Zn=l at. % (原子百分比)加入醋酸銦，再向其中按照醋酸鋅溶液與冰乙酸體積比為1:0. 18加入冰乙酸。生長(zhǎng)溫度為470°C。空氣作為載氣，生長(zhǎng)150 min，獲得樣品的厚度為946 nm，獲得的ZnO薄膜的形貌光學(xué)特性如圖8，很明顯合成了具有較大晶粒本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種改善ＺｎＯ透明導(dǎo)電薄膜形貌的方法，其特征在于：在采用超聲噴霧技術(shù)制備薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜過(guò)程中，通過(guò)采用氫氟酸腐蝕的化學(xué)方法來(lái)控制玻璃襯底表面形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)在其上生長(zhǎng)的ＺｎＯ透明導(dǎo)電薄膜形貌的控制，具體方法如下：１）采用質(zhì)量百分比濃度為（０．５－１０）％的ＨＦ溶液腐蝕玻璃襯底，腐蝕時(shí)間為（１－３０）ｍｉｎ；２）采用超聲噴霧熱分解法在ＨＦ溶液腐蝕過(guò)的玻璃襯底上生長(zhǎng)摻雜ＺｎＯ透明導(dǎo)電薄膜。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張曉丹，趙穎，焦寶臣，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南開(kāi)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：12