CN104900727A - 一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜及其制备方法，所述透明导电氧化物薄膜为氧化铟钛ITIO薄膜，其中钛与铟的原子个数比为0.2-5.0％。制备方法包括：采用磁控溅射法在依次沉积了本征钝化层和重掺杂非晶硅薄膜且制成了金字塔绒面的基底上沉积ITIO薄膜。本发明相比于ITO和IWO薄膜，同等条件下可减小异质结太阳电池的串联电阻和透明导电与氧化物层的遮光损失，从而提高太阳电池的开路电压、填充因子、短路电流和转换效率，具备良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅异质结太阳电池领域，特别涉及一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜及其制备方法。
背景技术
晶体硅异质结太阳电池近年来发展迅速，尤其在2014年日本Panasonic公司的HIT电池的转换效率达到了25.6％，创造了新的晶体硅太阳电池的转换效率记录后，产业界对其关注更甚，各种技术的发展层出不穷。这其中针对该太阳电池中的透明导电氧化物的材料构成和沉积技术产业界也发展了多种技术路线。比较成熟的技术有PVD法(以磁控溅射法为代表)沉积ITO(氧化铟锡)薄膜和RPD(反应等离子体沉积)法制备的IWO(氧化铟钨)薄膜。其中前者因其适宜大面积沉积、工艺稳定，适合大批量生产，所以为大多数厂家所采用，但所得薄膜的透光性及导电性并非十分理想，；后者主要由日本住友公司提供相应的薄膜沉积设备及其配套的特殊靶材，虽然导电性、透光性比前者较优，但所得薄膜结构疏松，且设备造价及靶材价格十分昂贵，并不适宜大批量生产所采用。另外，晶体硅异质结太阳电池中的透明导电氧化物薄膜是沉积在n型或p型的重掺杂非晶硅薄膜上的，而重掺杂非晶硅薄膜又是沉积在制绒成金字塔型表面结构且在其上沉积的本征钝化层的n型硅片上的。掺杂和本征的非晶硅薄膜的厚度均为几个纳米到十几纳米的厚度范围内，这种透明导电氧化物沉积所用基底的复杂特殊结构会对沉积的材料和工艺提出一些特殊的要求。
基于此，在PVD法的基础上，继续发展新型的、性能更优的透明导电氧化物薄膜对促进晶硅异质结太阳电池技术的进一步发展和大规模生产是有显著意义的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜及其制备方法，该薄膜相比于ITO和IWO薄膜，同等条件下可减小异质结太阳电池的串联电阻和透明导电与氧化物层的遮光损失，从而提高太阳电池的开路电压、填充因子、短路电流和转换效率，具备良好的应用前景。
本发明的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜，所述透明导电氧化物薄膜为氧化铟钛ITIO薄膜，其中钛与铟的原子个数比为0.2-5.0％，优化值为1％。
所述透明导电氧化物薄膜的基底为依次沉积了本征钝化层和重掺杂非晶硅薄膜且制成了金字塔绒面的n型单晶硅片。
所述透明导电氧化物薄膜的厚度范围为70-120纳米。
所述透明导电氧化物薄膜的电阻率小于4.0*10-4Ω·cm，最优可达2.0*10-4Ω·cm。
本发明的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括：
采用磁控溅射法在依次沉积了本征钝化层和重掺杂非晶硅薄膜且制成了金字塔绒面的基底上沉积ITIO薄膜；其中，磁控溅射法的工艺参数为：溅射功率密度为1.0-20瓦/平方厘米，较优化值为2瓦/平方厘米，反应气体为氩气和氧气，靶材的主要成份为铟、钛和氧。
在沉积过程中基片是可以加热也可不加热的，沉积结束后样品整体可进行热处理也可不进行热处理。优选的是沉积时不加热，沉积结束后进行200℃的热处理；或者沉积时对基片进行100-200℃的加热。
所述氩气和氧气的流量比例为200：1.5。
有益效果
本发明的ITIO薄膜电阻率小于4.0*10-4Ω·cm，导电性和透光性均优于现有ITO和IWO薄膜，该薄膜材料及制备工艺适用于晶硅异质结太阳电池；相比于ITO和IWO薄膜，同等条件下可减小异质结太阳电池的串联电阻和透明导电与氧化物层的遮光损失，从而提高太阳电池的开路电压、填充因子、短路电流和转换效率，具备良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的透明导电氧化物薄膜的透过率图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
以HWCVD法在清洗洁净且制成金字塔绒面的n型硅两侧表面各制备一层5nm的a-Si:H作为钝化层，然后在以后作为太阳电池的迎光面沉积一层8nm的重掺杂p型非晶硅，在以后作为太阳电池背光面沉积一层10nm的重掺杂n型非晶硅。
在上述基片的双面各沉积一层ITIO薄膜作为该异质结太阳电池的透明导电氧化物，双面沉积所采用的工艺相同。
沉积时按照先迎光面后背光面的顺序进行沉积；沉积采用磁控溅射法，沉积靶材为ITIO靶，溅射功率密度2瓦/平方厘米；反应气体Ar：O2＝200:1.5；沉积膜厚105nm。
双面均沉积结束后进行200℃，30分钟的热处理，得到最终的ITIO薄膜。
所得ITIO薄膜的方阻为26Ω/□，电阻率～2.7*10-4Ω·cm，透过率如图1所示。
实施例2
以PECVD法在清洗洁净且制成金字塔绒面的n型硅两侧表面各制备一层5nm的a-Si:H作为钝化层，然后在以后作为太阳电池的迎光面沉积一层6nm的重掺杂p型非晶硅，在以后作为太阳电池背光面沉积一层8nm的重掺杂n型非晶硅。
在上述基片的双面各沉积一层ITIO薄膜作为该异质结太阳电池的透明导电氧化物，双面沉积所采用的工艺相同。
沉积时按照先迎光面后背光面的顺序进行沉积；沉积采用磁控溅射法，沉积靶材为ITIO靶，溅射功率密度1.9瓦/平方厘米；反应气体Ar：O2＝200:1.5；沉积时基片温度160℃，沉积膜厚100nm。
所得ITIO薄膜的方阻为30Ω/□，电阻率～3.0*10-4Ω·cm，在400-1100纳米范围内平均透过率超过95％。
Claims (7)
1.一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜，其特征在于：所述透明导电氧化物薄膜为氧化铟钛ITIO薄膜，其中钛与铟的原子个数比为0.2-5.0％。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜，其特征在于：所述透明导电氧化物薄膜的基底为依次沉积了本征钝化层和重掺杂非晶硅薄膜且制成了金字塔绒面的n型单晶硅片。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜，其特征在于：所述透明导电氧化物薄膜的厚度范围为70-120纳米。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜，其特征在于：所述透明导电氧化物薄膜的电阻率小于4.0*10-4Ω·cm。
5.一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括：
采用磁控溅射法在依次沉积了本征钝化层和重掺杂非晶硅薄膜且制成了金字塔绒面的基底上沉积ITIO薄膜；其中，磁控溅射法的工艺参数为：溅射功率密度为1.0-20瓦/平方厘米，反应气体为氩气和氧气，靶材的主要成份为铟、钛和氧。
6.根据权利要求5所述的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述沉积时不加热，沉积结束后进行200℃的热处理；或者沉积时对基片进行100-200℃的加热。
7.根据权利要求5所述的一种用于晶体硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述氩气和氧气的流量比例为200：1.5。
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