一種異質(zhì)結電池的tco薄膜及其制作方法

技術領域

1.本技術屬于太陽能電池技術領域，尤其涉及一種異質(zhì)結電池的tco薄膜及其制作方法。

背景技術：

2.相關技術中的異質(zhì)結太陽電池通常使用氧化銦錫(ito)材料作為透明導電薄膜窗口層。具體地，選用特定錫含量的ito靶材作為原材料，預抽真空到一定背底氣壓后傳入襯底，保持襯底與靶材間距，保持特定溫度，通入氬氣調(diào)節(jié)腔體氣壓到特定區(qū)間，在特定功率密度下沉積特定厚度的ito薄膜。

3.然而如此，紫外光區(qū)產(chǎn)生禁帶的勵起吸收，故ito薄膜的紫外光區(qū)光穿透率極低，并且，近紅外區(qū)由于載流子的等離子體振動現(xiàn)象而產(chǎn)生反射，故ito薄膜近紅外區(qū)的光透過率也很低。由此產(chǎn)生的光學寄生吸收導致硅異質(zhì)結太陽電池的光利用率下降，損失短路電流。

4.基于此，如何設計異質(zhì)結電池的tco薄膜來替代ito薄膜以提高紫外波段和近紅外波段的光透過率，成為了亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

5.本技術提供一種異質(zhì)結電池的tco薄膜及其制作方法，旨在解決如何設計異質(zhì)結電池的tco薄膜來替代ito薄膜以提高紫外波段和近紅外波段的光透過率的問題。

6.第一方面，本技術提供的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，濺射系統(tǒng)中的靶材為(in

1-x

ga

x

)

2-y

zryo3靶材，x的范圍為[0.00，0.28]，y的范圍為[0.01，0.18]。

[0007]

可選地，x為0.14，y為0.1。

[0008]

可選地，待濺射生長薄膜的襯底的溫度為25℃-240℃。

[0009]

可選地，所述待濺射生長薄膜的襯底的溫度為120℃-160℃。

[0010]

可選地，工藝氣體為含2％-8％體積分數(shù)的氫氣的氬氣；或，工藝氣體為含體積分數(shù)小于或等于5％的氧氣的氬氣。

[0011]

可選地，抽真空后腔室內(nèi)的本底真空度為0.8

×

10-4

pa-1.2

×

10-4

pa；和/或，通入工藝氣體后，腔室內(nèi)的氣壓的范圍為3pa-10pa；和/或，利用射頻電源啟輝后，腔室內(nèi)的工作氣壓為0.5pa-5pa。

[0012]

可選地，利用射頻電源啟輝后，濺射功率密度為3.6w/cm

2-12w/cm2。

[0013]

可選地，待濺射生長薄膜的襯底到所述靶材的距離為4cm-12cm。

[0014]

第二方面，本技術提供的異質(zhì)結電池的tco薄膜，采用上述任一項的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法制成。

[0015]

第三方面，本技術提供的異質(zhì)結電池的tco薄膜，電子遷移率大于80cm2/v

·

s，載流子濃度小于5

×

10

20

cm-3

，禁帶寬度為3.75ev-4.25ev，100nm厚的所述ito薄膜的方阻小于50ohm/sq。

[0016]

本技術實施例的異質(zhì)結電池的tco薄膜及其制作方法，通過調(diào)節(jié)靶材中ga的含量來提高tco薄膜的禁帶寬度，使得tco薄膜的紫外波段的光透過率提高。同時，通過調(diào)節(jié)靶材中zr的含量來提高tco薄膜的載流子遷移率，使得近紅外波段的光透過率提高并保持tco薄膜的良好導電特性。這樣，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

附圖說明

[0017]

圖1是本技術實施例的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法的流程示意圖。

具體實施方式

[0018]

為了使本技術的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。

[0019]

本技術通過調(diào)節(jié)靶材中ga的含量和zr的含量，使得tco薄膜的紫外波段和近紅外波段的光透過率提高，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0020]

實施例一

[0021]

本技術實施例的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，濺射系統(tǒng)中的靶材為(in

1-x

ga

x

)

2-y

zryo3靶材，x的范圍為[0.00，0.28]，y的范圍為[0.01，0.18]。

[0022]

本技術實施例的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，通過調(diào)節(jié)靶材中ga的含量來提高tco薄膜的禁帶寬度，使得tco薄膜的紫外波段的光透過率提高。同時，通過調(diào)節(jié)靶材中zr的含量來提高tco薄膜的載流子遷移率，使得近紅外波段的光透過率提高并保持tco薄膜的良好導電特性。這樣，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0023]

可以理解，本技術實施例制成的tco薄膜為igo:zr薄膜。

[0024]

具體地，請參閱圖1，本技術實施例的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法包括：

[0025]

s11：在濺射系統(tǒng)中安裝(in

1-x

ga

x

)

2-y

zryo3靶材；其中，x的范圍為[0.00，0.28]，y的范圍為[0.01，0.18]；

[0026]

s12：在濺射系統(tǒng)的腔室內(nèi)進行抽真空處理并對待濺射生長薄膜的襯底加熱；

[0027]

s13：向腔室內(nèi)通入工藝氣體；

[0028]

s14：對濺射系統(tǒng)啟輝，在待濺射生長薄膜的襯底濺射tco薄膜。

[0029]

如此，高效地制成tco薄膜，在保證tco薄膜導電特性的前提下使得tco薄膜的紫外波段和近紅外波段的光透過率提高，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0030]

具體地，x例如為0.00、0.01、0.07、0.1、0.14、0.17、0.2、0.25、0.28。

[0031]

具體地，y例如為0.01、0.02、0.04、0.05、0.08、0.1、0.14、0.17、0.18。

[0032]

具體地，靶材例如為(in1ga0)

1.99

zr

0.01

o3靶材、(in

0.99

ga

0.01

)

1.98

zr

0.02

o3靶材、(in

0.93

ga

0.07

)

1.96

zr

0.04

o3靶材、(in

0.9

ga

0.1

)

1.95

zr

0.05

o3靶材、(in

0.86

ga

0.14

)

1.92

zr

0.08

o3靶材、(in

0.83

ga

0.17

)

1.9

zr

0.1

o3靶材、(in

0.8

ga

0.2

)

1.86

zr

0.14

o3靶材、(in

0.75

ga

0.25

)

1.83

zr

0.17

o3靶材、(in

0.72

ga

0.28

)

1.82

zr

0.18

o3靶材。在此不進行限定，只要滿足前述范圍即可。

[0033]

具體地，濺射系統(tǒng)可為磁控濺射系統(tǒng)。如此，可以高速、低溫、低損傷地濺射tco薄膜。

[0034]

在本實施例中，濺射系統(tǒng)為直流磁控濺射系統(tǒng)。如此，可以提高濺射速率，降低tco薄膜的污染，提高tco薄膜的品質(zhì)，且不會使基片過熱。

[0035]

可以理解，在其他的實施例中，濺射系統(tǒng)可為射頻磁控濺射系統(tǒng)、脈沖直流磁控濺射系統(tǒng)。

[0036]

具體地，在制作tco薄膜之前，可對硅襯底進行制絨、擴散、沉積n型非晶硅層、沉積本征非晶硅層、沉積p型非晶硅層。在制作tco薄膜之后，可進行絲網(wǎng)印刷和燒結。如此，制成包括tco薄膜的異質(zhì)結電池。

[0037]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0038]

實施例二

[0039]

在一些可選實施例中，x為0.14，y為0.1。

[0040]

換言之，靶材為(in

0.86

ga

0.14

)

1.9

zr

0.1

o3靶材。

[0041]

如此，使得tco薄膜的紫外波段和近紅外波段的整體光透過率最高，從而最大程度地降低光學寄生吸收，提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0042]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0043]

實施例三

[0044]

在一些可選實施例中，待濺射生長薄膜的襯底的溫度為25℃-240℃。例如為25℃、40℃、60℃、86℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、240℃。

[0045]

如此，使得襯底溫度處于合適范圍，避免襯底溫度過低或過高導致tco薄膜品質(zhì)較差。而且，襯底溫度較低，實現(xiàn)在較低的溫度下制備tco薄膜。

[0046]

具體地，襯底溫度可為前述范圍內(nèi)的定值，也可在前述范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0047]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0048]

實施例四

[0049]

在一些可選實施例中，待濺射生長薄膜的襯底的溫度為120℃-160℃。例如為120℃、130℃、135℃、140℃、147℃、150℃、160℃。

[0050]

如此，使得襯底溫度處于更合適的范圍，使得tco薄膜的品質(zhì)更好，有利于提高tco薄膜的光透過率和導電特性。

[0051]

具體地，襯底溫度可為前述范圍內(nèi)的定值，也可在前述范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0052]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0053]

實施例五

[0054]

在一些可選實施例中，工藝氣體為含2％-8％體積分數(shù)的氫氣的氬氣。

[0055]

具體地，氫氣的體積分數(shù)占比例如為2％、2.2％、3％、3.8％、4％、4.5％、5％、5.7％、6％、6.8％、7％、7.5％、8％。

[0056]

如此，使得氫氣的體積分數(shù)占比處于合適的范圍，使得tco薄膜的品質(zhì)更好，有利

于提高tco薄膜的光透過率和導電特性，同時氫氣會對電池其他膜層產(chǎn)生一定的鈍化效果。

[0057]

具體地，氫氣的體積分數(shù)占比可為前述范圍內(nèi)的定值，也可在前述范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0058]

在另一些可選實施例中，工藝氣體為含體積分數(shù)小于或等于5％的氧氣的氬氣。氧氣的體積分數(shù)例如為0、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.46％、0.5％。

[0059]

如此，實現(xiàn)利用不含氫氣的工藝氣體制作tco薄膜。

[0060]

具體地，氧氣的體積分數(shù)占比可為前述范圍內(nèi)的定值，也可在前述范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0061]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0062]

實施例六

[0063]

在一些可選實施例中，抽真空后腔室內(nèi)的本底真空度為0.8

×

10-4

pa-1.2

×

10-4

pa。如此，使得抽真空后腔室內(nèi)的本底真空度處于合適的范圍，便于后續(xù)的濺射，避免雜質(zhì)氣體影響tco薄膜的制作。

[0064]

優(yōu)選地，抽真空后腔室內(nèi)的本底真空度為10-4

pa。如此，使得腔室內(nèi)的本底真空度最合適。

[0065]

在一些可選實施例中，通入工藝氣體后，腔室內(nèi)的氣壓的范圍為3pa-10pa。例如為3pa、3.2pa、4pa、5pa、6pa、7pa、8pa、9pa、10pa。

[0066]

如此，使得工藝氣體后腔室內(nèi)的氣壓處于合適的范圍，便于后續(xù)的濺射。

[0067]

具體地，可調(diào)節(jié)真空泵的抽速以及通入工藝氣體的流量，來調(diào)節(jié)腔室內(nèi)的氣壓。如此，可以方便高效地調(diào)節(jié)腔室內(nèi)的氣壓。

[0068]

在一些可選實施例中，利用射頻電源啟輝后，腔室內(nèi)的工作氣壓為0.5pa-5pa。例如為0.5pa、0.7pa、1pa、2pa、3pa、4pa、5pa。

[0069]

如此，使得利用射頻電源啟輝后腔室內(nèi)的工作氣壓處于合適的范圍，為濺射營造良好的環(huán)境，使得tco薄膜的品質(zhì)更好，有利于提高tco薄膜的晶體結構，改善薄膜生長提高光透過率和電子遷移率。

[0070]

具體地，腔室內(nèi)的氣壓可為前述范圍內(nèi)的定值，也可在前述范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0071]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0072]

實施例七

[0073]

在一些可選實施例中，利用射頻電源啟輝后，濺射功率密度為3.6w/cm

2-12w/cm2。例如為3.6w/cm2、3.7w/cm2、4w/cm2、5w/cm2、6w/cm2、7w/cm2、8w/cm2、9w/cm2、10w/cm2、11w/cm2、12w/cm2。

[0074]

如此，使得濺射功率密度處于合適的范圍，避免濺射功率密度過低導致的濺射效率較低，避免濺射功率密度較高導致的tco薄膜的品質(zhì)較差以及對基底的損傷，有利于優(yōu)化tco薄膜的沉積速率和其與襯底膜層的匹配損傷。

[0075]

具體地，濺射功率密度可為3.6w/cm

2-12w/cm2范圍內(nèi)的定值，也可在3.6w/cm

2-12w/cm2范圍內(nèi)波動。在此不進行限定。

[0076]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0077]

實施例八

[0078]

在一些可選實施例中，待濺射生長薄膜的襯底到靶材的距離為4cm-12cm。例如為4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm。

[0079]

如此，使得待濺射生長薄膜的襯底到靶材的距離處于合適的范圍，使得tco薄膜的品質(zhì)更好，有利于提高tco薄膜的光透過率。

[0080]

優(yōu)選地，待濺射生長薄膜的襯底到靶材的距離為6cm-8cm。例如為6cm、6.3cm、6.5cm、7cm、7.2cm、7.5cm、7.8cm、8cm。

[0081]

如此，使得待濺射生長薄膜的襯底到靶材的距離處于更合適的范圍，更有利于提高tco薄膜的生長速率以及光透過率和導電特性。

[0082]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0083]

實施例九

[0084]

一種tco薄膜，采用上述任一實施例的tco薄膜的制作方法制成。

[0085]

本技術實施例的tco薄膜，通過調(diào)節(jié)靶材中ga的含量來提高tco薄膜的禁帶寬度，使得tco薄膜的紫外波段的光透過率提高。同時，通過調(diào)節(jié)靶材中zr的含量來提高tco薄膜的載流子遷移率，使得近紅外波段的光透過率提高并保證薄膜足夠好的導電特性。這樣，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0086]

可以理解，本技術實施例的tco薄膜為igo:zr薄膜。

[0087]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0088]

實施例十

[0089]

一種tco薄膜，其特征在于，電子遷移率大于80cm2/v

·

s，電子遷移率大于80cm2/v

·

s，載流子濃度小于5

×

10

20

cm-3

，禁帶寬度為3.75ev-4.25ev，100nm厚的所述tco薄膜的方阻小于50ohm/sq。

[0090]

本技術實施例的tco薄膜，通過調(diào)節(jié)靶材中ga的含量來提高tco薄膜的禁帶寬度，使得tco薄膜的紫外波段的光透過率提高。同時，通過調(diào)節(jié)靶材中zr的含量來提高tco薄膜的載流子遷移率，使得近紅外波段的光透過率提高并保證薄膜足夠好的導電特性。這樣，可以降低光學寄生吸收，從而提高異質(zhì)結電池的光利用率。

[0091]

可以理解，本技術實施例的tco薄膜為igo:zr薄膜。

[0092]

關于該實施例的其他解釋和說明可參照本文的其他部分，為避免冗余，在此不再贅述。

[0093]

綜合以上，相關技術所制作的ito薄膜的載流子遷移率為10cm2/v

·

s-30cm2/v

·

s，載流子濃度為10

20-10

21

cm-3

，禁帶寬度為3.5ev-4.3ev。而本技術的tco薄膜及其制作方法，使得異質(zhì)結電池的短路電流提高0.5ma/cm

2-5ma/cm2，最高可達4ma/cm2以上。而且，本技術的tco薄膜及其制作方法，在靶材為(in

0.86

ga

0.14

)

1.9

zr

0.1

o3靶材時，遷移率高于100cm2/v

·

s，禁帶寬度約4.0ev，載流子濃度約1

×

10

20

cm-3

，100nm厚的tco薄膜的方阻值為36ohm/sq，對波長300-1200nm波段的光透過率高于94％。

[0094]

以上僅為本技術的較佳實施例而已，并不用以限制本技術，凡在本技術的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本技術的保護范圍之內(nèi)。技術特征：

1.一種異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，濺射系統(tǒng)中的靶材為(in

1-x

ga

x

)

2-y

zr

y

o3靶材，x的范圍為[0.00，0.28]，y的范圍為[0.01，0.18]。2.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，x為0.14，y為0.1。3.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，待濺射生長薄膜的襯底的溫度為25℃-240℃。4.根據(jù)權利要求3所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，所述待濺射生長薄膜的襯底的溫度為120℃-160℃。5.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，工藝氣體為含2％-8％體積分數(shù)的氫氣的氬氣；或，工藝氣體為含體積分數(shù)小于或等于5％的氧氣的氬氣。6.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，抽真空后腔室內(nèi)的本底真空度為0.8

×

10-4

pa-1.2

×

10-4

pa；和/或，通入工藝氣體后，腔室內(nèi)的氣壓的范圍為3pa-10pa；和/或，利用射頻電源啟輝后，腔室內(nèi)的工作氣壓為0.5pa-5pa。7.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，利用射頻電源啟輝后，濺射功率密度為3.6w/cm

2-12w/cm2。8.根據(jù)權利要求1所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法，其特征在于，待濺射生長薄膜的襯底到所述靶材的距離為4cm-12cm。9.一種異質(zhì)結電池的tco薄膜，其特征在于，采用權利要求1-8任一項所述的異質(zhì)結電池的tco薄膜的制作方法制成。10.一種異質(zhì)結電池的tco薄膜，其特征在于，電子遷移率大于80cm2/v

·

s，載流子濃度小于5

×

10

20

cm-3

，禁帶寬度為3.75ev-4.25ev，100nm厚的所述tco薄膜的方阻小于50ohm/sq。

技術總結

本申請適用于太陽能電池領域，提供了一種異質(zhì)結電池的TCO薄膜及其制作方法。異質(zhì)結電池的TCO薄膜的制作方法，濺射系統(tǒng)中的靶材為(In

技術研發(fā)人員：張生利 陳剛

受保護的技術使用者：珠海富山愛旭太陽能科技有限公司 天津愛旭太陽能科技有限公司 廣東愛旭科技有限公司

技術研發(fā)日：2022.01.18

技術公布日：2022/5/17