一种应用于太阳能电池的多层ITO窗口电极制备方法

技术领域

本发明提供一种应用于太阳能电池的多层ITO窗口电极制备方法，属于电极制备领域。特别涉及一种采用铟锡比(In

背景技术

太阳能电池窗口电极通常采用TCO(透明导电氧化物)薄膜材料。TCO薄膜材料主要有In、Sn、Zn、Cd的氧化物或其复合多元氧化物。作为一种TCO薄膜材料，ITO薄膜因优异的导电率和透过性被广泛应用于太阳能电池，特别是HJT光伏器件的窗口电极。ITO薄膜材料因低吸收、低电阻率、高透过率、高热稳定性和耐腐蚀等特性，也被广泛应用于各类光电器件的设计。但是由于In材料较为昂贵的价格，光伏领域等市场都在进行ITO薄膜材料的替代研发工作，降低铟含量或寻找其他成本低廉材料体系以求降本增效。而ITO薄膜中，In

太阳能电池TCO电极需要满足两点，一是与PN结接触层需要具备高的功函数，二是与金属电极接触层要有较低的功函数以利于电子向金属电极迁移。因此，目前光伏领域多采用多层结构TCO电极。通过控制TCO薄膜制备条件，可控制ITO薄膜功函数和载流子浓度，制备多层、梯度结构电极。目前，HJT太阳能电池主要还是采用ITO薄膜作为窗口电极。对于ITO电极的制备，可通过减小或增加氧气流量，以达到减小或增加ITO膜层载流子浓度的目的。通过控制低氧气流量，可使与HJT太阳能电池p型非晶硅层接触ITO层具有相对高的功函数，以使HJT光伏器件具有高填充因子，逐渐增加氧气流量，增加ITO膜层载流子浓度，进而增加ITO膜层导电性以及ITO与金属电极间良好的接触。另外，将SiO

发明内容

针对太阳能电池透明窗口电极研发现状和痛点，本发明提出一种应用于太阳能电池的多层ITO窗口电极制备方法，本发明一种应用于太阳能电池的多层ITO窗口电极制备方法，采用铟锡比(In

采用磁控溅射真空镀膜设备作为ITO多层膜制备设备，设备包含三个靶位：靶位1、靶位2、靶位3，分别安装In

本发明中磁控溅射真空镀膜设备制备薄膜所需气体包括99.99％的高纯Ar气、高纯O

本发明中磁控溅射真空镀膜设备电源采用直流电源；

本发明磁控溅射沉积条件功率密度1W/cm

本发明中磁控溅射本底真空度要求为10

本发明衬底材料选用石英片，用作ITO多层薄膜沉积的衬底；

本发明所用石英衬底采用超声波清洗设备进行清洗，清洗剂包括丙酮、无水乙醇；

本发明依次分别采用靶位1、靶位2、靶位3在同一石英片上沉积50nm ITO薄膜；

进一步的，磁控溅射真空镀膜设备为中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司生产的磁控溅射真空镀膜设备；

进一步的，本发明中实验过程步骤如下：

1.采用超声波清洗设备，依次分别采用无水乙醇、丙酮将石英衬底超声清洗10分钟，镊子将石英衬底取出，采用高纯N

2.将石英衬底固定于磁控溅射基片台中央；

3.关闭磁控溅射设备腔室门，先采用机械泵将磁控溅射腔室真空度抽至10Pa,然后开启分子泵将磁控溅射腔室抽至本底真空(10

4.开启基片台热源将基片台加热至200℃，通入20sccm Ar气、0.3sccm O2气，调节分子泵阀门以调整腔室压强至0.1Pa,基片台转速2r/min；

5.依次开启靶位1、靶位2、靶位3直流电源，分别预溅射10min清洁靶材表面，在某一靶位靶材预溅射时，关闭另外两个靶的靶位罩；

6.根据预先实验计算的沉积速率，依次分别开启靶位1、靶位2、靶位3直流电源，溅射时间分别为8min,在某一靶位靶材溅射沉积时，关闭另外两个靶的靶位罩；

7.三层ITO薄膜沉积完毕后，关闭靶电源、温度、气源阀门，全部开启分子泵阀门，抽走腔室等离子气体；

8.等温度降至室温，依次关闭分子泵、机械泵。腔室充入空气至压强10

9.效果验证进行四组对比：(1)采用靶位1沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；(2)采用靶位2沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；(3)采用靶位3沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；(4)采用靶位1,氧气流量为0.1sccm沉积150nm ITO薄膜，其他沉积条件同本发明一致；

10.本发明样品以及四组对比样品分别采用四探针电阻率、分光光度计、椭偏、表面功函数测试等手段表征。

11.本发明一种应用于太阳能电池的多层ITO窗口电极制备方法，通过采用不同铟锡比ITO靶材，制备多层ITO薄膜电极，不需要引入其他材料形成复合ITO薄膜，进而不会对ITO薄膜透过率、导电性等性能产生过大影响；相对于通过改变制备过程中的氧气流量来改变ITO薄膜载流子浓度和功函数，改变ITO薄膜中SnO

本发明低SnO

附图说明

图1为本发明多层ITO薄膜电极结构图。其结构如下，在石英衬底之上依次采用In

图2为磁控溅射设备靶位和基片台结构示意图。其中，1-靶位1、2-靶位2、3-靶位3、4-基片台、5-靶位罩、6-ITO靶材、7-阳极罩。

图3为基片台夹紧固定石英片方式示意图。其中，1-基片台、2-石英片衬底、3-衬底固定装置。

图4为对比实验(1)(2)(3)(4)薄膜样品光学带隙Eg、折射率n、表面功函数

图5为不同铟锡比光学薄膜光学带隙Eg、折射率n和表面功函数

图6为本发明所形成的梯度带隙结构。

具体实施方式

1.采用超声波清洗设备，依次分别采用无水乙醇、丙酮将石英衬底超声清洗10min，镊子将石英衬底取出，采用高纯N

2.将石英衬底固定于磁控溅射基片台中央；

3.关闭磁控溅射设备腔室门，先采用机械泵将磁控溅射腔室真空度抽至10Pa,然后开启分子泵将磁控溅射腔室抽至本底真空(10

4.开启基片台热源将基片台加热至200℃，通入20sccm Ar气、0.3sccm O

5.依次开启靶位1、靶位2、靶位3直流电源，分别预溅射10min清洁靶材表面，在某一靶位靶材预溅射时，关闭另外两个靶的靶位罩；

6.根据预先实验计算的沉积速率，依次分别开启靶位1、靶位2、靶位3直流电源，溅射时间分别为8min,在某一靶位靶材溅射沉积时，关闭另外两个靶的靶位罩；

7.三层ITO薄膜沉积完毕后，关闭靶电源、温度、气源阀门，全部开启分子泵阀门，抽走腔室等离子气体；

8.等温度降至室温，依次关闭分子泵、机械泵；腔室充入空气至压强10

9.效果验证进行四组对比：

(1)采用靶位1沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；

(2)采用靶位2沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；

(3)采用靶位3沉积150nm ITO薄膜，沉积条件同本发明实验条件；

(4)采用靶位1,氧气流量为0.1sccm沉积150nm ITO薄膜，其他沉积条件同本发明一致；

10.本发明样品以及四组对比样品分别进行电阻率、透射反射谱、电阻率、椭偏、表面功函数等测试；

四探针电阻率测试结果，Rs

依据薄膜透射反射谱，采用Tauc plot法测定薄膜光学带隙，结果显示E

椭偏测试折射率，n

表面功函数测试，

综合薄膜透射反射、椭偏、功函数等表征手段，本发明应用于光伏器件，可以形成良好的界面接触，使能够有效接收和利用太阳光。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。