一種電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的絨 面制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 透明導(dǎo)電氧化物薄膜（TCO)作為一種同時(shí)具備高可見光透過率和低電阻的光電 信息材料，廣泛用于薄膜太陽能電池、平板顯示器、傳感器以及各種光電器件。摻鋁氧化鋅 薄膜作為透明導(dǎo)電氧化物薄膜材料之一，具有優(yōu)異的光電性能，且價(jià)格低廉、無毒，化學(xué)和 熱穩(wěn)定性好，因而得到了廣泛的關(guān)注。另外，經(jīng)表面刻蝕后的摻鋁氧化鋅薄膜，與平面摻鋁 氧化鋅薄膜相比透過率相差不大，但其絨面結(jié)構(gòu)陷光效果非常好，可以極大地增加太陽能 電池的光電轉(zhuǎn)換效率，具有很好的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，制備絨面摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的方法有兩種：一是先用磁控濺射工藝 在玻璃上鍍光滑的摻鋁氧化鋅薄膜，然后用酸溶液（如HC1、HF等）或離子束刻蝕的方法形 成絨面；二是控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)直接沉積出絨面摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。然而前者采用酸腐 蝕的方法，刻蝕速率較快，不易控制，廢水會(huì)對環(huán)境造成污染；后者制得的薄膜絨面效果不 顯著，不能滿足硅基薄膜太陽能電池前電極的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種在電流輔助作用下?lián)戒X氧化鋅薄膜表 面制絨的方法。
[0005] 解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由下述步驟組成：
[0006] 1、采用磁控濺射法在玻璃襯底上沉積摻鋁氧化鋅薄膜。
[0007] 2、在沉積的摻鋁氧化鋅薄膜兩端固定電極，將摻鋁氧化鋅薄膜的中間部分浸入乙 酸銨水溶液中，在電極兩端加10~200mA電流進(jìn)行制絨，制絨時(shí)間為2~20分鐘，得到絨 面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0008] 上述步驟1中，采用磁控濺射法在玻璃襯底上沉積摻鋁氧化鋅薄膜的條件具體 為：以氬氣為派射氣氛，氬氣流量為10~15sccm，襯底溫度為150~180°C，派射壓強(qiáng)為2~ 4mTorr、功率為70~120W，沉積的摻鋁氧化鋅薄膜的厚度為600~lOOOnm。
[0009] 上述步驟2中，優(yōu)選在電極兩端加30~150mA電流進(jìn)行制絨，進(jìn)一步優(yōu)選在電極 兩端加100~150mA電流進(jìn)行制絨，制絨時(shí)間優(yōu)選10分鐘；所述乙酸銨水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為3%~7%，優(yōu)選乙酸銨水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。
[0010] 本發(fā)明通過在摻鋁氧化鋅薄膜傳統(tǒng)化學(xué)制絨的同時(shí)加以輔助電流，大大提高了摻 鋁氧化鋅薄膜絨面的粗糙度，增強(qiáng)了摻鋁氧化鋅薄膜的光散射特性，適合于薄膜太陽能電 池的制作，可以提高太陽能電池的陷光能力及光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明制作方法簡單易行，適 于大面積生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011] 圖1是對比例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的掃描電子顯微鏡表面形貌圖。
[0012] 圖2是實(shí)施例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的掃描電子顯微鏡表面形貌圖。
[0013]圖3是實(shí)施例2得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的掃描電子顯微鏡表面形貌圖。
[0014]圖4是實(shí)施例3得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的掃描電子顯微鏡表面形貌圖。
[0015]圖5是實(shí)施例4得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的掃描電子顯微鏡表面形貌圖。
[0016] 圖6是對比例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面輪廓曲線。
[0017] 圖7是實(shí)施例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面輪廓曲線。
[0018] 圖8是實(shí)施例2得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面輪廓曲線。
[0019] 圖9是實(shí)施例3得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面輪廓曲線。
[0020] 圖10是實(shí)施例4得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面輪廓曲線。
[0021] 圖11是對比例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射圖像。
[0022] 圖12是實(shí)施例1得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射圖像。
[0023]圖13是實(shí)施例2得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射圖像。
[0024]圖14是實(shí)施例3得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射圖像。
[0025]圖15是實(shí)施例4得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于 這些實(shí)施例。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 1、將30mmX30mm的玻璃片襯底依次在丙酮、乙醇中超聲清洗10分鐘，然后依次用 70°C的RCA1、RCA2溶液浸泡20分鐘，再用去離子水清洗干凈，最后用氮?dú)獯蹈?。將清洗?凈的玻璃襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，預(yù)熱60分鐘，以氬氣為濺射氣氛通入反應(yīng)室，控制 氬氣流量為12sccm、襯底溫度為160°C，在濺射壓強(qiáng)為3mTorr、功率為100W下，以摻鋁氧化 鋅為靶材，沉積6600s，得到摻鋁氧化鋅薄膜。
[0029] 2、在沉積的摻鋁氧化鋅薄膜兩端固定電極，將摻鋁氧化鋅薄膜的中間部分浸入 乙酸銨水溶液中，浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸銨水溶液中，同時(shí)使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通 30mA電流，制絨10分鐘，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0030] 對比例1
[0031] 在實(shí)施例1的步驟2中，將沉積的摻鋁氧化鋅薄膜直接浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乙酸 銨水溶液中（未加電流），制絨10分鐘，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 在實(shí)施例1的步驟2中，使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通50mA電流，其他步驟與實(shí)施例 1相同，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 在實(shí)施例1的步驟2中，使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通100mA電流，其他步驟與實(shí)施例 1相同，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0036]實(shí)施例4
[0037] 在實(shí)施例1的步驟2中，使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通150mA電流，其他步驟與實(shí)施例 1相同，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0038] 實(shí)施例5
[0039] 在實(shí)施例1的步驟2中，使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通10mA電流，其他步驟與實(shí)施例 1相同，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0040] 實(shí)施例6
[0041] 在實(shí)施例1的步驟2中，使用雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通200mA電流，其他步驟與實(shí)施例 1相同，得到絨面摻鋁氧化鋅薄膜。
[0042]采用掃描電鏡、氦氖激光器、臺(tái)階儀分別對實(shí)施例1~4和對比例1得到絨面摻鋁 氧化鋅薄膜的表面形貌、光散射性能、表面輪廓進(jìn)行測試，其中表面形貌如圖1~5所示，表 面輪廓曲線見圖6~10所示，光散射圖像見圖11~15所示。
[0043] 從圖1~5中可以看出，對比例1中采用傳統(tǒng)化學(xué)制絨法得到絨面摻鋁氧化鋅薄 膜，其表面分布有刻蝕形成的坑狀結(jié)構(gòu)，而實(shí)施例1~4通過在傳統(tǒng)化學(xué)制絨的同時(shí)加輔助 電流，得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜表面的坑狀結(jié)構(gòu)較對比例1尺寸增大，且隨著輔助電流 的增大，絨面摻鋁氧化鋅薄膜表面的坑狀結(jié)構(gòu)的直徑逐漸增大，密度也增加。當(dāng)輔助電流為 100mA時(shí)，坑狀結(jié)構(gòu)的尺寸最大，且其密度最大。
[0044]從圖6~10中可以看出，隨著輔助電流的增加，絨面摻鋁氧化鋅薄膜的光散射強(qiáng) 度明顯增強(qiáng)，散射角增大，其中輔助電流為100mA時(shí)，光散射強(qiáng)度及角度最大。
[0045]從圖11~15中可以得出，對比例1中采用傳統(tǒng)化學(xué)制絨法得到的絨面摻鋁氧化 鋅薄膜的表面平均高度差約為350A，而實(shí)施例1~4通過在傳統(tǒng)化學(xué)制絨的同時(shí)輔助電 流，得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面平均高度差分別約為400、550、2000、1000人，說明 實(shí)施例1~4得到的絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面粗糙度較對比例1增大，其中輔助電流為 100mA時(shí)，絨面摻鋁氧化鋅薄膜的表面粗糙度達(dá)到最大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其特征在于它由下述步驟組成： (1) 采用磁控濺射法在玻璃襯底上沉積摻鋁氧化鋅薄膜； (2) 在沉積的摻鋁氧化鋅薄膜兩端固定電極，將摻鋁氧化鋅薄膜的中間部分浸入乙酸 銨水溶液中，在電極兩端加10~200mA電流進(jìn)行制絨，制絨時(shí)間為2~20分鐘，得到絨面 摻鋁氧化鋅薄膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其特征在于：所 述步驟（2)中，在沉積的摻鋁氧化鋅薄膜兩端固定電極，將摻鋁氧化鋅薄膜的中間部分浸 入乙酸銨水溶液中，在電極兩端加30~150mA電流進(jìn)行制絨，制絨時(shí)間為10分鐘，得到絨 面摻鋁氧化鋅薄膜。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其特征在于：所 述步驟（2)中，在沉積的摻鋁氧化鋅薄膜兩端固定電極，將摻鋁氧化鋅薄膜的中間部分浸 入乙酸銨水溶液中，在電極兩端加100~150mA電流進(jìn)行制絨，制絨時(shí)間為10分鐘，得到絨 面摻鋁氧化鋅薄膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其 特征在于：所述步驟（2)中，乙酸銨水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~7%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其 特征在于：所述步驟（2)中，乙酸銨水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其特征在于：所 述步驟（1)中，摻鋁氧化鋅薄膜的厚度為600~lOOOnm。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，其特征在于：所 述步驟（1)中，采用磁控濺射法在玻璃襯底上沉積摻鋁氧化鋅薄膜的條件為：以氬氣為濺 射氣氛，氬氣流量為10~15sccm，襯底溫度為150~180°C，濺射壓強(qiáng)為2~4mTorr、功率 為 70 ~120W。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電流輔助的摻鋁氧化鋅薄膜化學(xué)制絨方法，該方法通過在摻鋁氧化鋅薄膜傳統(tǒng)化學(xué)制絨的同時(shí)加以輔助電流，大大提高了摻鋁氧化鋅薄膜絨面的粗糙度，增強(qiáng)了摻鋁氧化鋅薄膜的光散射特性，適合于薄膜太陽能電池的制作，可以提高太陽能電池的陷光能力及光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明制作方法簡單易行，適于大面積生產(chǎn)。
【IPC分類】H01L31/0236
【公開號】CN104952947
【申請?zhí)枴緾N201510245558
【發(fā)明人】高斐, 李付賢, 王皓石, 周松杰, 武怡, 鄭逍遙, 武慧君, 劉生忠
【申請人】陜西師范大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月14日