專利名稱：一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，特別是適合薄膜太陽電池應(yīng)用的透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，屬于透明導(dǎo)電氧化物薄膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
進入二十一世紀(jì)，人類對能源需求爆炸性的增長和化石能源的有限供應(yīng)的矛盾日益突出，全球圍繞能源的競爭日趨激烈。太陽能被譽為最理想的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的清潔能源，作為對太陽能利用的有效方式之一，太陽能電池的應(yīng)用前景十分廣闊。 太陽能電池主要包括了晶硅電池和薄膜電池(硅基薄膜電池、碲化鎘電池(CdTe)、銅銦鎵硒電池(CIGS))。硅基薄膜電池由于其相對成熟的技術(shù)以及較好的高溫性能和弱光性能等優(yōu)勢，從而得到了極大的發(fā)展。薄膜硅太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)(圖1所示)一般包括玻璃襯底1、透明前電極2、硅薄膜光電轉(zhuǎn)換層3、背反射電極4、封裝材料5和背玻璃6等，薄膜太陽電池作為一個光學(xué)系統(tǒng)，要提高其對太陽光的利用率從而提高轉(zhuǎn)換效率，需要對電池組件各層光學(xué)薄膜進行合理設(shè)計。其中，透明前電極2需要具備高光學(xué)透過率、高電導(dǎo)率以及對入射光7有較強的散射能力，從而提高電池對光的吸收，增大光生電流，提高電池轉(zhuǎn)換效率，透明前電極2的性能提高及產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)研究是目前薄膜太陽能電池研發(fā)的熱點之一。薄膜硅太陽能電池中作為前電極的TCO薄膜一般具有絨面織構(gòu)，目的是提高對入射光的散射能力(圖2所示)、延長光在本征吸收層中的光程，提高電池對光的吸收。表面絨面結(jié)構(gòu)對不同波段范圍的光的散射能力依賴于其所具有的特征尺寸，如具有較小特征尺寸的表面絨面織構(gòu)主要對可見光譜中的400-700nm波段有較強的光散射作用，而具有較大特征尺寸(如1-2μπι)的表面絨面織構(gòu)對光譜中的近紅外部分具有較強的光散射作用。要實現(xiàn) 400-1200nm光譜范圍的有效吸收，將具有較小和較大兩種絨面織構(gòu)相結(jié)合，形成雙結(jié)構(gòu)絨面(圖3所示)是比較理想的選擇。如何制備出具有雙結(jié)構(gòu)的絨面TCO薄膜，拓展TCO薄膜對不同波段光的散射能力，拓寬電池對太陽光譜的利用范圍，是提高薄膜電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，同時對可見光和近紅外光起到良好的光散射作用，增強電池對太陽光譜的利用能力，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，包含如下工藝步驟
(1)在玻璃襯底上涂覆一層微顆粒；
(2)采用薄膜沉積技術(shù)制備TCO薄膜，透明導(dǎo)電氧化物(Transparentconductive Oxide，簡稱TC0)薄膜，在將微顆粒完全覆蓋的同時，薄膜表面呈現(xiàn)與涂覆微顆粒相同的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，其特征尺寸與所覆蓋的微顆粒尺寸相對應(yīng)；(3)利用濕法刻蝕的方法對其表面進行刻蝕，通過改變刻蝕工藝參數(shù)來獲得絨面織構(gòu)， 其特征尺寸較微顆粒特征尺寸小，使整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)；或在涂覆的顆粒表面直接生長具有紋理結(jié)構(gòu)的TCO薄膜，使得整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)，應(yīng)用于薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現(xiàn)有效的光散射。涂覆的微顆粒為具有寬帶隙的半導(dǎo)體顆粒，包括Ti02、SiO2和ZnO材料，顆粒尺寸在 500—900nm，顆粒間距 0—10 μ m。在上述具有雙結(jié)構(gòu)的絨面TCO薄膜上制備薄膜電池，以硅基薄膜太陽能電池為例，步驟如下利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積非晶硅p-i-n或非晶硅p-i-n/微晶硅p-i-n疊層或多結(jié)p-i-n結(jié)構(gòu)等光電轉(zhuǎn)換層，利用磁控濺射或低壓化學(xué)氣相沉積或旋涂技術(shù)制備背電極ZnO或ZnO/Al或ZnO/Ag或Ag，通過電極焊接、弓丨線封裝工藝后，獲得薄膜電池。所采用的TCO薄膜沉積技術(shù)為LPCVD技術(shù)、磁控濺射技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù)、旋涂技術(shù)。所指的TCO透明導(dǎo)電薄膜為氧化鋅(ZnO)薄膜，硼(B)摻雜ZnO薄膜、鋁(Al)摻雜 ZnO薄膜、鎵(Ga)摻雜ZnO薄膜、其它金屬元素摻雜和共摻雜ZnO薄膜，也可以是金屬元素摻雜的氧化錫薄膜。所說的改變刻蝕工藝參數(shù)，包括刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、TCO玻璃在溶液中運動的速率。所說的玻璃襯底為玻璃基片，包括半鋼化玻璃基片、鋼化玻璃基片。本發(fā)明的有益效果1)本發(fā)明的工藝中無論是微顆粒的尺寸、間距，還是透明電極的沉積工藝參數(shù)，或者刻蝕工藝的參數(shù)均可以在較大的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，從而獲得不同尺寸的雙結(jié)構(gòu)絨面，實現(xiàn)與不同種類薄膜太陽能電池相應(yīng)光譜響應(yīng)范圍的匹配。2)本發(fā)明中的雙結(jié)構(gòu)的絨面透明電極，拓寬了光散射的光譜范圍，在此雙結(jié)構(gòu)的絨面透明電極上制備的薄膜電池，可提高光吸收和利用率，從而可提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。


圖1給出了薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖(以薄膜硅電池為例)； 圖2是TCO前電極及其陷光作用的示意圖3是雙結(jié)構(gòu)絨面示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實施方式
示意圖中玻璃襯底1、透明前電極2、硅薄膜光電轉(zhuǎn)換層3、背反射電極4、封裝材料5、背玻璃6、入射光7、微顆粒8、TCO薄膜9、透明電極10。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例一
1、采用化學(xué)旋涂的方法，將一定尺寸(例如600nm)的微顆粒(8)涂覆到玻璃襯底(1)表
2、采用磁控濺射的方法沉積IOOOnm厚ZnO薄膜(9)，沉積功率3KW，襯底溫度320°C，沉
4積壓強5mT0rr，氣體流量20sCCm ；薄膜呈現(xiàn)出與涂覆微顆粒相同的凹凸結(jié)構(gòu)，特征尺寸與涂覆顆粒(8)相同(例如600nm)；
3、利用濕法刻蝕的方法對ZnO薄膜(9)表面進行刻蝕，通過選擇刻蝕溶液的種類(例如稀鹽酸)、濃度(例如體積百分比濃度為0. 5%)、溫度(例如室溫)、刻蝕時間(例如45s)、TC0玻璃在溶液中運動的速率(例如，lOmm/s)等工藝參數(shù)來獲得具有一定形狀的絨面織構(gòu)，其特征尺寸較小(例如300nm)，使整個透明電極(10)具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)，應(yīng)用于薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現(xiàn)有效的光散射。
實施例二
如實施一所述的方法，在玻璃襯底(1)上涂覆制備一層微顆粒(8)薄膜； 采用LPCVD的方法，在涂覆顆粒的表面生長具有紋理結(jié)構(gòu)的硼摻雜氧化鋅(ZnO:B)薄膜，使整個透明電極(10)具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于包含如下工藝步驟①在玻璃襯底(ι)上涂覆一層微顆粒(8)；②采用薄膜沉積技術(shù)制備TCO薄膜(9)，在將微顆粒完全覆蓋的同時，薄膜表面呈現(xiàn)與涂覆微顆粒相同的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，其特征尺寸與所覆蓋的微顆粒尺寸相對應(yīng)；③利用濕法刻蝕的方法對其表面進行刻蝕，通過改變刻蝕工藝參數(shù)來獲得絨面織構(gòu)， 其特征尺寸較微顆粒特征尺寸小，使整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)；或在涂覆的顆粒表面直接生長具有紋理結(jié)構(gòu)的TCO薄膜，使得整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)，應(yīng)用于薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現(xiàn)有效的光散射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于涂覆的微顆粒為具有寬帶隙的半導(dǎo)體顆粒，包括Ti02、SiO2和ZnO材料，顆粒尺寸在 500—900nm,顆粒間距 0—10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于在具有雙結(jié)構(gòu)的絨面TCO薄膜上制備薄膜電池，以硅基薄膜太陽能電池為例，步驟如下 利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積非晶硅p-i-n或非晶硅p-i-n/微晶硅p-i-n疊層或多結(jié)p-i-n結(jié)構(gòu)等光電轉(zhuǎn)換層，利用磁控濺射或低壓化學(xué)氣相沉積或旋涂技術(shù)制備背電極ZnO或ZnO/Al或ZnO/Ag或Ag，通過電極焊接、弓丨線封裝工藝后，獲得薄膜電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于所說的改變刻蝕工藝參數(shù)，包括刻蝕溶液的種類、濃度、溫度、刻蝕時間、TCO玻璃在溶液中運動的速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于所采用的TCO薄膜沉積技術(shù)為LPCVD技術(shù)、磁控濺射技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù)、旋涂技術(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于所指的TCO透明導(dǎo)電薄膜為氧化鋅(ZnO)薄膜，硼(B)摻雜ZnO薄膜、鋁(Al)摻雜ZnO薄膜、鎵(Ga)摻雜ZnO薄膜、其它金屬元素摻雜和共摻雜ZnO薄膜，也可以是金屬元素摻雜的氧化錫薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，其特征在于所說的玻璃襯底為玻璃基片，包括半鋼化玻璃基片、鋼化玻璃基片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用微顆粒制備雙結(jié)構(gòu)絨面透明電極的方法，屬于透明導(dǎo)電氧化物薄膜技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是首先在玻璃襯底上涂覆一層微顆粒，再采用薄膜沉積技術(shù)制備一定厚度的TCO薄膜，薄膜表面呈現(xiàn)出與涂覆顆粒相同的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，其特征尺寸與所覆蓋的顆粒尺寸相對應(yīng)；利用濕法刻蝕的方法對TCO薄膜表面進行一定程度的刻蝕。可以通過改變刻蝕工藝參數(shù)來獲得具有一定形狀的絨面織構(gòu)，其特征尺寸較微顆粒特征尺寸小，使整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)；或在涂覆的顆粒表面直接生長具有紋理結(jié)構(gòu)的TCO薄膜，使得整個透明電極具有雙結(jié)構(gòu)的絨面織構(gòu)，應(yīng)用于薄膜太陽能電池，對可見光和近紅外光均能實現(xiàn)有效的光散射。
文檔編號H01L31/18GK102332499SQ20111029636
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者宋鑫, 張麗, 潘清濤, 胡增鑫, 賈海軍, 麥耀華 申請人:保定天威集團有限公司