一種織絨結構AZO膜制備方法技術

一種織絨結構AZO膜制備方法，包括以下工藝步驟：第一步，將清洗干凈的基片裝入射頻磁控濺射設備的小車上，開啟真空抽氣閥抽真空；第二步，當真空度達到1X10-4Pa時，開始給基片加熱，加熱溫度為室溫～300℃；達到制備工藝所需溫度后，通入所需的Ar和H2混合氣體；第三步，當磁控濺射設備內H2、Ar混合氣體壓力達到大于5X101Pa時，開啟射頻電源，啟輝后，調整壓力至所需要求；開啟小車電源，使裝有基片的小車開始行走，當小車到達濺射靶對應位置時開始計時；第四步，達到制備時間后，關閉射頻電源，關閉氣體，將抽氣閥開至最大，使小車返回并停止在裝樣片時的位置上，完成制備過程。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種薄膜電池用減反射膜的制備方法，特別涉及一種具有織絨結構的 AZO減反射膜的制備方法。
技術介紹
隨著能源結構的改變，可再生能源的開發利用已成為能源結構中不可缺少的一部分，太陽能電池是可再生能源中主要分支之一，而薄膜太陽能電池是太陽能電池中的第二代太陽能電池。薄膜太陽能電池的其特點是適合于大面積制造、大規模生產、建筑一體化應用及大型電站。其優點是具有比晶體硅太陽能電池更好的光譜響應范圍，即年發電時間更長；具有比晶體硅太陽能電池更好的溫度系數，在較高的環境溫度下(70°C )，仍然具有較高的光電轉換效率，而晶體硅太陽能電池的光電轉換效率將急劇下降，甚至停止工作；另外，薄膜太陽能電池整個生產工藝流程中所消耗的能源遠遠少于晶體硅太陽能電池，從能源回報角度說，薄膜太陽能電池更具有綠色能源的身份。但目前，晶體硅太陽能電池仍然是主流產品，其轉換效率較薄膜太陽能電池高很多，就晶體硅太陽能電池生產線價格而言也低于同類薄膜太陽能電池生產線，使得回報期可減少一年；雖然如此，薄膜太陽能電池的利潤率還是高于晶體硅太陽能電池。在薄膜太陽能電池中，硅基薄膜太陽能電池是其中一個主要分支。硅基薄膜太陽能電池又包含非晶硅單結、非晶硅雙結、非晶硅鍺雙結、非晶硅鍺三結、非晶硅/微晶硅雙結等類型電池。減反射膜對薄膜太陽能電池來說是非常重要。早期使用的減反射膜為具有織絨結構的氧化錫，主要是進口，目前隨著硅基薄膜太陽能電池技術的不斷更新，大量采用具有織絨結構的Azo減反射膜，也有稱作織構化aio。它主要是用于硅基薄膜太陽能電池頂層減反膜，織絨結構AZO減反射膜的優點是可減小入射光的反射，增加折射及散射作用， 提高硅基薄膜太陽能電池對光的吸收，使硅基薄膜太陽能電池轉換效率提升。具有織絨結構的AZO減反射膜制備方法國內規模化生產主要使用的有，MOCVD法、 磁控濺射法兩大類，其它方法如真空反應蒸發、溶膠-凝膠、脈沖激光、噴射熱分解等基本處于實驗室階段。MOCVD法能夠制備出很好的具有織絨結構的AZO減反射膜，其實用氣體為有機源，安全問題需特別注意，屬于一步法制備具有織絨結構的AZO減反射膜。磁控濺射法制備具有織絨結構的AZO減反射膜，在產業化生產中采用刻蝕實現，先做一層較厚的無織絨結構的AZO減反射膜，然后采用干法離子刻蝕或稀酸液腐蝕制備出具有織絨結構的AZO 減反射膜，其缺點之一是需要兩步法才能完成，缺點之二是表面粗糙度較大，缺點之三是織絨結構的AZO減反射膜均勻性較差；但磁控濺射法因其主要使用惰性氣體源、沒有毒性排放問題、較為安全，成為較多使用的方法。磁控濺射法制備具有織絨結構的AZO減反射膜方法，又有直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法。靶材的選型也各不相同。無論采用何種方式， 主要目的是能夠實現產業化規模生產，能夠產生效益，成本低廉。中國專利CN101567395A “表面織構化η型ZnO基透明導電薄膜及其制備方法”提出了一種制備η型ZnO基透明導電薄膜的方法，該方法具有以下特征(1)采用直流磁控濺射設備；(2)氣體使用惰性氣體、H2, O2 ；(3)靶材摻雜元素包括多種稀土材料；(4)制備過程可在磁控濺射設備中一次完成，但工藝過程分為兩步，先做一層無絨面結構aio，再在其上生長一層具有微孔結構aio，最終得到具有表面絨面結構aio。圖1至圖4為中國專利CN101567395A的表面形貌及透過率圖。如圖4所示，其透射譜干涉較強，可看出表面絨度不是很好，當表面絨度很好時，因對光的干涉作用，曲線應接近光滑。中國專利CN101567395A存在以下缺點選用的濺射氣體中有O2，對SiO的穩定性會有影響；靶材選用的稀土元素價格較高；是否能實現應用未作進一步工作；兩步法實現表面織構化對工業化生產有一定難度。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有制備具有織絨結構AZO減反膜制備工藝復雜或有毒性的缺點，提出一種可一步法制備具有織絨結構AZO減反膜的方法，為產業化生產可行性提供依據。本專利技術制備方法的主要特征是采用射頻磁控濺射設備，通過改變制備時加載的功率密度，制備出具有織絨結構的AZO減反膜。本專利技術方法所制備的薄膜可用于薄膜太陽能電池迎光面減反膜。本專利技術使用的濺射氣體為Ar及H2 ；濺射功率密度0. 2 0. 5ff/cm2 ；使用的射頻頻率為13.56MHz。制備設備為射頻磁控濺射設備，該設備采用分子泵機組，極限真空度 IxlO-4Pa0靶為矩形磁控靶，靶尺寸17CmX7Cm，靶材選用Al2O3含量2. 5wt%的SiO = Al2O3陶瓷靶；靶面與地面垂直，靶可在水平方向上往復移動，用于調整靶與基片間距。基片放在濺射靶面對面的垂直于地面的可行走小車上，小車為中空的矩形盒，矩形盒內有為基片加熱的加熱器；小車可在水平面內與靶平行的位置上勻速往復運動。本專利技術制備織絨結構AZO減反膜選用的基片材料及工藝條件(1)基片選用厚度小于5mm的超白浮法平板玻璃；(2)基片加熱溫度為室溫 300°C ；(3)濺射氣體為Ar和H2混合氣體，Ar H2質量流量比為50 1 10 1 ；(4)濺射時靶與玻璃基片間間距為5cm ；(5)開啟射頻電源時磁控濺射設備內吐和Ar壓力不小于δΧΙΟΤει ；(6)射頻電源功率密度范圍0. 2ff/cm2 0. 5ff/cm2 ；(7)濺射時壓力選擇:0. 1 0. 3Pa ；(8)小車行走速度在0 30cm/min ；(9)制備織絨結構AZO減反膜時間一般在30 35分鐘之間，使織絨結構AZO減反膜厚度達到約800nm，以匹配在太陽能電池中應用的要求。本專利技術的制備工藝步驟如下第一步，將清洗干凈的超白浮法平板玻璃基片裝入設備中，開真空抽氣閥抽真空。第二步，當真空度達到lX10’a時，開始給基片加熱，達到制備工藝所需溫度后，通入所需Ar和吐混合氣體，關閉真空抽氣閥，等待壓力上升。第三步，當磁控濺射設備內H2和Ar壓力達到SXlO1I3a時，開啟射頻電源，啟輝后， 調整壓力至0. IPa 0. 5Pa ；開啟小車電源，使裝有基片的小車開始行走，當小車到達濺射靶對應位置時開始計時。第四步，達到制備時間后，關閉射頻電源，關閉氣體，將抽氣閥開至最大，使裝有基片的小車返回并停止在裝樣片時的位置上，完成制備過程。本專利技術的優點(1)采用射頻電源，使得等離子區電場均勻更好；(2)濺射氣體中不使用02，使得制備出的織絨結構AZO減反膜穩定性更好；(3)靶材選用較易獲得的常規SiO = Al2O3 (2. 5wt% )；(4)織絨結構AZO減反射膜制備工藝簡單，可一步完成。(5)工藝可與產業化設備對接。本專利技術方法制備的AZO減反膜還具有以下特征(1)具有織絨結構AZO減反射膜不均勻性小于5%。測量條件為室溫、濕度小于 40%。AZO減反膜不均勻性包括兩部分其一用臺階儀測量AZO減反膜厚度均勻性，測量時選擇五點，基片內的四個角及對角線交點；其二是方塊電阻均勻性，用四探針法測量AZO減反膜的方塊電阻，測量時同樣選擇五點，基片內的四個角及對角線交點。(2)具有織絨結構AZO減反射膜，表面粗糙度小于10nm。(3)具有織絨結構AZO減反射膜，室溫電阻率為2. 1χ10_4Ω -Cm0測量條件為室溫、 濕度小于40 %，厚度用臺階儀測量，方塊電阻用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種織絨結構ＡＺＯ膜制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下工藝步驟：第一步，將清洗干凈的基片裝入射頻磁控濺射設備的小車上，開啟真空抽氣閥抽真空；第二步，當真空度達到１Ｘ１０－４Ｐａ時，開始給基片加熱，加熱溫度為室溫～３００℃；達到制備工藝所需溫度后，通入所需的Ａｒ和Ｈ２混合氣體；第三步，當磁控濺射設備內Ｈ２、Ａｒ混合氣體壓力達到大于５Ｘ１０１Ｐａ時，開啟射頻電源，啟輝后，調整壓力至０．１～０．３Ｐａ；開啟小車電源，使裝有基片的小車開始行走，當小車到達濺射靶對應位置時開始計時；第四步，達到制備時間后，關閉射頻電源，關閉氣體，將抽氣閥開至最大，使小車返回并停止在裝樣片時的位置上，完成制備過程。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：刁宏偉，魯偉明，王文靜，趙雷，周春蘭，李海玲，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：11