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1、10申请公布号CN104078531A43申请公布日20141001CN104078531A21申请号201410299623322申请日20140630H01L31/18200601H01L31/022420060171申请人景德镇陶瓷学院地址333001江西省景德镇市珠山区新厂陶瓷学院老校区工程中心72发明人胡跃辉陈义川胡克艳54发明名称一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法57摘要本发明涉及一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法及其制得产品，本发明采用磁控溅射方法，利用LI原子的高温易挥发特性，通过控制溅射沉。
2、积时高低温衬底温度实现调制掺杂，解决ZNO透明导电膜可见红外光波段光透过率和导电性相制约问题；通过对ZNOLI薄膜层的氢化，生长ZNOLIH过渡疏松层，出现（1000）偶极面，吸附氧，上移真空能级，解决ZNOXH与电池窗口层之间势垒过高问题；通过氢等离子体刻蚀和溅射粒子轰击过渡疏松层表面，直接生长陨石坑绒面。该ZNOLI透明导电薄膜，在480NM2300NM光波长范围光透过率达到85以上，电阻率也达到了104CM，可应用到非晶硅叠层太阳电池前电极。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN10。
3、4078531ACN104078531A1/1页21一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤（1）装片选用摩尔比为LIZN3555965945的LI2O和ZNO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得LI2OZNO陶瓷靶材；将上述制得的LI2OZNO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；（2）ZNOLI薄膜层的生长先将真空室的背景气压抽至4580104PA，通入溅射气源AR、其气体流量为29430SCCM，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在0710PA，溅射功率200300W，然后在温度为450550和200250。
4、的衬底上分别沉积3040MIN和4050MIN，制得ZNOLI薄膜层；（3）ZNOLIH过渡疏松层的生长先保持通入溅射气体AR，加入另一种掺杂气体H2，H2流量0612SCCM，使AR和H2总流量保持在30312SCCM，调整溅射气压维持在0710PA；溅射功率为300350W，偏压50100V，然后在温度为100150的衬底上沉积1015MIN，即在ZNOLI薄膜层基础上得到一层厚度为50100NM的ZNOLIH过渡疏松层；（4）ZNOLI陨石坑绒面结构直接的生长先保持通入溅射气体AR、其流量减小到288296SCCM，掺杂气体H2、其流量增加到0812SCCM，AR和H2总流量保持在296。
5、308SCCM，调整溅射气压降低至0103PA，溅射功率350400W，衬底温度为0100，然后通过氢等离子对ZNOLIH过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀510MIN，得到ZNOLI陨石坑绒面结构。2根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述陶瓷靶材和衬底间隔为5171MM。3根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述LI2OZNO陶瓷靶材的高温烧结温度为12201310。4根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述ZNOLI陨石坑绒面的绒度为2535。5根据权利要求14任一所述制备方法制得的ZNOLI透明导电薄膜，其特征在于所述ZNOLI透明导电薄膜具有良好结晶取向，电阻率低于10104C。
6、M，在480NM2300NM光波长范围内的透光率达到85以上。6根据权利要求5所述的ZNOLI透明导电薄膜，其特征在于所述ZNOLI透明导电薄膜与电池窗口层具有低接触势垒。权利要求书CN104078531A1/4页3一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法技术领域0001本发明涉及太阳电池的前电极透明导电膜制造技术领域，具体是一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法及其制得产品。背景技术0002透明导电薄膜已被广泛运用在日常的光电产品太阳电池透明电极、液晶显示、触摸控制显示器、抗辐射线高透光保护镜及汽车前窗玻璃加热电路。
7、等，是光电产品的关键材料之一，是我国急需解决的具有共性重大基础研究问题之一。0003目前应用于太阳电池（如图1所示）前电极上的透明导电膜主要有两种。一种是锡掺氧化铟（ITO），这种透明导电膜对可见光透过率可达90以上，电阻率可低至105CM，产品成熟。但是，这种产品最大的缺陷是化学元素铟在地球上属于稀缺元素，在自然界中贮存量少，价格较高，不环保；另一种是掺氟的SNO2导电膜SNO2F，简称为FTO，可以做为ITO导电膜的替换用品。但SNO2导电膜用作太阳能电池前电极时，在等离子体环境下其电学性能不够稳定，将影响电池性能。0004公开的文献报道结果绝大部分只是拓展到900NM波长有较好的光透过率。
8、，尽管YANGM等人在拓宽红外光透过率方面取得了很好的效果，但还是使用了地球上稀缺的铟元素。可知，目前在拓宽ZNO基薄膜可见近红外光高透过率方面的工作仍然任重道远。因此，在研究方法和思路上突破PLASMA频率理论限制，通过对ZNO薄膜进行掺杂改性，研究提高载流子迁移率和减小掺杂ZNO薄膜载流子有效质量的理论和方法，在保证薄膜良好导电性能的前提下，达到拓宽红外光透过范围目的，这是掺杂ZNO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的关键基础问题之一。0005由于绒面结构TCO薄膜的应用可以增强光散射作用，改善陷光效果，对提高SI基薄膜太阳电池的效率和稳定性能起到决定性的影响。JHPKES等人报道，通过优。
9、化磁控溅射工艺，在沉积压强在43PA条件下制备的样品，通过酸刻方法，获得陨石坑结构表面形貌；国内段苓伟、薛俊明等人报道，适当氧流量制备具有花瓣状薄膜表面形貌，酸刻后薄膜表面为陨石坑状。这种方法获得的绒面结构，具有较好的陷光作用，适宜用于太阳电池前电极，但大面积腐蚀ZNO薄膜形成绒面结构时具有高的风险性和造成材料浪费，这种方法需要先进行磁控溅射制备而后刻蚀二步完成，增加了工艺的复杂性。解决陨石坑状绒面ZNOTCO本征制备，及解决ZNOTCO与PSICH窗口层之间的高势垒问题，是掺杂ZNO薄膜应用于太阳电池前电极所需要解决的另外两个关键基础问题。发明内容0006本发明要解决的技术问题是提供一种具有。
10、高导电性、高透光性、较高绒度、本征陨石坑绒面、优异陷光性能、宽谱域光透过性、与P型窗口层接触势垒低的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法及其制得产品。说明书CN104078531A2/4页40007本发明的技术方案是一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤（1）装片选用摩尔比为LIZN3555965945的LI2O和ZNO为原料，研磨成粉后经高温烧结处理，制得LI2OZNO陶瓷靶材；将上述制得的LI2OZNO陶瓷靶材和衬底间隔相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；（2）ZNOLI薄膜层的生长先将真空室的背景气压抽至4580104PA，通入溅射气。
11、源AR、其气体流量为29430SCCM，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在0710PA，溅射功率200300W，然后在温度为450550和200250的衬底上分别沉积3040MIN和4050MIN，制得ZNOLI薄膜层；（3）ZNOLIH过渡疏松层的生长先保持通入溅射气体AR，加入另一种掺杂气体H2，H2流量0612SCCM，使AR和H2总流量保持在30312SCCM，调整溅射气压维持在0710PA；溅射功率为300350W，偏压50100V，然后在温度为100150的衬底上沉积1015MIN，即在ZNOLI薄膜层基础上得到一层厚度为50100NM的ZNOLIH过渡疏松层；（4）ZN。
12、OLI陨石坑绒面结构直接的生长先保持通入溅射气体AR、其流量减小到288296SCCM，掺杂气体H2、其流量增加到0812SCCM，AR和H2总流量保持在296308SCCM，调整溅射气压降低至0103PA，溅射功率350400W，衬底温度为0100，然后通过氢等离子对ZNOLIH过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀510MIN，得到ZNOLI陨石坑绒面结构。0008所述陶瓷靶材和衬底间隔为5171MM。0009所述LI2OZNO陶瓷靶材的高温烧结温度为12201310。0010所述ZNOLI陨石坑绒面的绒度为2535。0011上述制备方法制得的ZNOLI透明导电薄膜，其特征在于所述ZNOLI透明导电。
13、薄膜具有良好结晶取向，电阻率低于10104CM，在480NM2300NM光波长范围内的透光率达到85以上。0012所述ZNOLI透明导电薄膜与电池窗口层具有低接触势垒。0013本发明采用磁控溅射方法，利用LI原子的高温易挥发特性，通过控制溅射沉积时高低温衬底温度实现调制掺杂，解决ZNO透明导电膜可见红外光波段光透过率和导电性相制约问题；通过对ZNOLI薄膜层的氢化，生长ZNOLIH过渡疏松层，出现（1000）偶极面，吸附氧，上移真空能级，解决ZNOXH与电池窗口层之间势垒过高问题；通过氢等离子体刻蚀和溅射粒子轰击过渡疏松层表面，直接生长陨石坑绒面。这种ZNOLI透明导电薄膜，在480NM230。
14、0NM光波长范围光透过率达到85以上，电阻率低于10104CM；陨石坑绒面直接制备，其绒度为2535，应用到非晶硅叠层太阳电池前电极，其与太阳电池的P型窗口层接触势垒低，拓宽了电池对光波段的吸收范围，是一种性能比传统透明电极优异的非晶硅太阳电池前电极材料。附图说明0014附图1为太阳电池结构示意图；附图2为制备具有本征陨石坑绒面结构的ZNOLI薄膜工艺简图；说明书CN104078531A3/4页5附图3为ZNOLI薄膜的XRD结果图；附图4为4002300NM范围内的ZNOLI薄膜透过率；附图5为具有本征陨石坑绒面结构的ZNOLI薄膜的表面形貌图。具体实施方式0015以下根据附图15和具体实施。
15、方式对本发明进行详细说嘛如下实施例1一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法，采用一个磁控溅射系统，直接溅射得到具有陨石坑绒面结构的ZNOLI薄膜；简化了制备工艺流程，如附图2所示包括以下步骤（1）装片选用摩尔比为LIZN35965的LI2O和ZNO为原料，研磨成粉后经1250高温烧结处理，制得LI2OZNO陶瓷靶材；将上述制得的LI2OZNO陶瓷靶材和衬底间隔52MM相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；（2）ZNOLI薄膜层的生长先将真空室的背景气压抽至50104PA，通入溅射气源AR、其气体流量为30SCCM，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压。
16、维持在10PA，溅射功率200W，然后在温度为500和200的衬底上分别沉积35MIN和45MIN，制得ZNOLI薄膜层如（如附图4所示）；（3）ZNOLIH过渡疏松层的生长先保持通入溅射气体AR，加入另一种掺杂气体H2，H2流量08SCCM，使AR和H2总流量保持在308SCCM，调整溅射气压维持在08PA；溅射功率为310W，偏压60V，然后在温度为120的衬底上沉积12MIN，即在ZNOLI薄膜层基础上得到一层厚度为60NM的ZNOLIH过渡疏松层；（4）ZNOLI陨石坑绒面结构直接的生长先保持通入溅射气体AR、其流量减小到29SCCM，掺杂气体H2、其流量增加到10SCCM，AR和H2。
17、总流量保持在30SCCM，调整溅射气压降低至01PA，溅射功率350W，衬底温度为20，然后通过氢等离子对ZNOLIH过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀5MIN，得到绒度为28的ZNOLI陨石坑绒面结构（如附图5所示）。0016制得ZNOLI透明导电薄膜具有良好结晶取向（如附图3所示），电阻率低至08104CM，在480NM2300NM光波长范围内的透光率达到88。0017实施例2一种具有宽谱域光透过特性和陨石坑绒面直接生长的ZNOLI透明导电薄膜的制备方法，采用一个磁控溅射系统，直接溅射得到具有陨石坑绒面结构的ZNOLI薄膜；简化了制备工艺流程，如附图2所示包括以下步骤（1）装片选用摩尔比为LIZ。
18、N496的LI2O和ZNO为原料，研磨成粉后经1280高温烧结处理，制得LI2OZNO陶瓷靶材；将上述制得的LI2OZNO陶瓷靶材和衬底间隔67MM相对地装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体中；（2）ZNOLI薄膜层的生长先将真空室的背景气压抽至65104PA，通入溅射气源AR、其气体流量为296SCCM，调整真空阀门的位置，使真空室的溅射气压维持在08PA，溅射功率280W，然后在温度为500和230的衬底上分别沉积35MIN和45MIN，制得ZNOLI薄膜层；（3）ZNOLIH过渡疏松层的生长先保持通入溅射气体AR，加入另一种掺杂气体H2，H2说明书CN104078531A4/4页6流量10SC。
19、CM，使AR和H2总流量保持在306SCCM，调整溅射气压维持在09PA；溅射功率为340W，偏压90V，然后在温度为150的衬底上沉积14MIN，即在ZNOLI薄膜层基础上得到一层厚度为90NM的ZNOLIH过渡疏松层；（4）ZNOLI陨石坑绒面结构直接的生长先保持通入溅射气体AR、其流量减小到29SCCM，掺杂气体H2、其流量增加到12SCCM，AR和H2总流量保持在302SCCM，调整溅射气压降低至02PA，溅射功率390W，衬底温度为80，然后通过氢等离子对ZNOLIH过渡疏松层进行大力轰击及刻蚀8MIN，得到绒度为33的ZNOLI陨石坑绒面结构。0018制得ZNOLI透明导电薄膜具有良好结晶取向，电阻率低至09104CM，在480NM2300NM光波长范围内的透光率达到90。说明书CN104078531A1/3页7图1图2说明书附图CN104078531A2/3页8图3图4说明书附图CN104078531A3/3页9图5说明书附图CN104078531A。