一种绒面AZO透明导电膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种绒面AZO透明导电膜的制备方法，通过对高碱铝硅酸盐玻璃衬底类织构化处理形成玻璃表面的绒面结构，为后续AZO薄膜的直接生长并最终形成绒面提供基础，从而实现在玻璃表面直接生长的AZO透明导电膜具有绒面结构，免去了常规先成膜后酸蚀工艺对AZO透明导电膜厚度要求过高且造成无端刻蚀浪费的缺点，有效降低生产成本。通过本方法制备的AZO透明导电膜，其雾度为10～30%，可见光透过率≥85%，方块电阻8～15欧姆每方块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以AZO透明导电膜作为前电极的硅基薄膜电池技术，特别是一种绒面AZO透明导电膜的制备方法。
技术介绍
磁控溅射工艺制备AZO薄膜(掺铝的氧化锌)，由于其重复性好、允许低温沉积、沉积速率高、附着性好、沉积参数容易控制等优点应用得最为普遍。目前主流的制备绒面AZO方法主要是利用AZO薄膜的表面可刻蚀性，先采用磁控溅射技术溅射出电学性能和光学性能都很好的AZO薄膜，然后再对其进行表面刻蚀，达到表面织构化。可以通过等离子体刻蚀、湿法刻蚀等方法进行表面处理，其中又以湿法刻蚀技术最为成熟。湿法刻蚀一般采用体积浓度为O. 5%的稀盐酸,刻蚀时间一般10 30s,薄膜表面均方根粗糙度一般为20 150nm，特征尺寸一般为200 lOOOnm，雾度一般为14% 35%，性能指标可以满足薄膜光 伏电池的前电极要求。然而这种通过先成膜后酸蚀工艺实现AZO绒面的形成方法，对AZO薄膜的厚度要求较高，即要形成具有一定绒面结构的薄膜，大约要无端消耗三分之一以上的AZO膜才能实现在剩余的三分之二厚度的薄膜表面具有期望的绒面结构，这造成了生产成本的增加，不利于长期的规模化生产。
技术实现思路
针对现有先成膜后酸蚀工艺存在薄膜厚度要求高及薄膜刻蚀浪费的问题，本专利技术提供一种绒面AZO透明导电膜的制备方法，该方法不仅对薄膜厚度没有过高要求，而且完全避免了因刻蚀造成薄膜厚度的浪费，有效地降低生产成本。本专利技术是通过对高碱铝硅酸盐玻璃衬底进行类织构化(类似晶体硅表面织构)处理来实现在其上直接生长的AZO薄膜具有一定的绒面结构，并最终在生长完成的AZO表面具有绒面结构，免去酸蚀工艺造成薄膜的浪费。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种绒面AZO透明导电膜的制备方法，包括以下主要步骤 (1)采用高温熔融工艺制备高碱铝硅酸盐玻璃，并进行化学钢化，然后磨抛、切割成玻璃基片； (2)采用氢氟酸与TMAH混合后的复合腐蚀剂对(I)中玻璃基片进行表面刻蚀处理，使玻璃基片表面形成类似晶体硅表面织构的绒面结构； (3)将绒面结构的玻璃基片清洗处理后，采用射频磁控溅射工艺直接在绒面结构的玻璃表面上镀厚度为500 800纳米的AZO薄膜，得到与玻璃基片表面绒面结构一致的绒面AZO透明导电膜。所述氢氟酸为质量浓度40%的氢氟酸水溶液，所述TMAH为质量浓度25%的四甲基氢氧化铵水溶液，复合腐蚀剂中氢氟酸和TMAH的体积比为I : (20 60)。所述表面刻蚀处理的温度为80 120°C，刻蚀时间为5 8分钟。步骤(3)所述射频磁控溅射工艺镀AZO透明导电膜的参数如下衬底温度为50 700C，真空室背景压强彡2 X 10_4Pa，溅射压强为O. 7 O. 9Pa，溅射功率密度为3 5W/cm2，溅射工艺气体氩气的流量为150 250SCCm，溅射靶材为氧化物陶瓷靶，其中Al2O3与ZnO的重量比为I :49，靶材与衬底的距离为3 8cm;所制备的绒面AZO透明导电膜的可见光透过率彡85%，薄膜电阻率7. 5X 10_4 9X 10_4欧姆·厘米，方块电阻为8 15欧姆每方块，雾度10 30%。所述高碱铝硅酸盐玻璃的质量比成分为二氧化硅60% 65%，氧化铝10% 15%，氧化钠8% 13%，氧化镁1% 5%、氧化钾1% 3%、氧化钙1% 3%，氯化钠1% 3%，该玻璃通过高温熔融工艺制备的熔制温度为1620 1650°C。本专利技术与常规的先成膜后酸蚀工艺不同，其专利技术点在于，先对玻璃衬底进行类织构化处理，形成类似晶体硅表面织构的绒面结构特征，然后溅射镀膜，形成绒面导电膜。本方法主要是利用氢氟酸和TMAH溶液对玻璃的不同腐蚀速率，尤其是在本专利技术给出的特定温度区间下，腐蚀差异性更为明显，再加上所用衬底基片为经过化学钢化的高碱铝硅酸盐玻璃，具备耐划伤、耐刮擦和耐酸蚀特性，由此经复合腐蚀剂的表面刻蚀作用，便可在玻璃 表面形成类织构化的绒面结构，表面有类金字塔的结构形貌，从而满足一定的绒面要求，是一种可以取代常规先成膜后酸蚀工艺的新方法。本专利技术通过对玻璃表面织构化处理来代替常规的酸蚀工艺，不仅可以实现较为理想的AZO绒面结构，提高薄膜对光的吸收率，满足薄膜太阳能电池技术的需求，而且避免了酸蚀工艺对薄膜的无端刻蚀浪费和废酸腐蚀液对环境的污染，降低生产成本。采用本专利技术制备的绒面AZO透明导电膜，由于表面的绒面结构，可以实现对入射光线的反射、折射与散射，将入射光线分散到各个不同的角度，可以增加光在薄膜太阳能电池中的光程，增加薄膜对光的吸收率，有效提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。附图说明图I为本专利技术制备的AZO透明导电膜表面绒面结构SEM图。具体实施例方式本专利技术是一种通过对高碱铝硅酸盐玻璃表面进行腐蚀处理以形成类织构化(类似晶体硅表面织构)的绒面特征，进而采用射频磁控溅射工艺在玻璃表面镀上AZO透明导电膜，并能够按照衬底的表面形貌特征进行生长，最终直接形成具有绒面结构的AZO薄膜，如图I所示，具体的制备方法如下 I、高碱铝硅酸盐玻璃衬底基片的制备 按照如下的各氧化物质量百分比选取原料1000克 SiO2 64% ；A1203 :14% ；MgO :4% ；Na20 :12% ；K20 :2% ；CaO :2% ；NaCl :2% ； 原料用钼金坩埚在1640°C的温度下熔融15小时，熔融后，将熔融玻璃液压制成板状玻璃制品，形状为50 X 50mm2，然后进行退火处理，退火温度为700°C，再进行研磨、抛光、切割，最后成形的试样尺寸为20X20X3mm3 ;然后进行化学钢化处理，化学钢化温度为500°C，时间为3. 5小时。由此完成的高碱铝硅酸盐玻璃的各项指标为可见光透过率> 90%，抗折强度 95MPa。2、配制复合腐蚀液 按照体积比，氢氟酸TMAH:水=1 35 64配制复合腐蚀液50mL，置于塑料烧杯内，并通过恒温水浴锅控制腐蚀温度保持在80 120°C ;氢氟酸为质量浓度40%的氢氟酸水溶液，TMAH为质量浓度25%的四甲基氢氧化铵水溶液。3、用丙酮与无水乙醇对衬底玻璃片进行超声清洗处理，以得到洁净的玻璃表面，然后将玻璃基片放入上述复合腐蚀液中5 8分钟，迅速取出并用去离子水冲洗干净，然后用高压氮气吹干，迅速放入磁控溅射设备真空室中以进行AZO透明导电膜的制备。4、AZO透明导电膜的直接绒面生长 采用射频磁控溅射工艺，在上述玻璃衬底表面直接生长AZO薄膜，制备工艺参数如下溅射靶材为Al2O3与ZnO重量比为2% 98%的氧化物陶瓷靶；真空室背景压强为I X 10_4Pa ；衬底温度为55°C ;溅射压强为O. 75Pa ;溅射功率密度为3. 5ff/cm2 ;溅射工艺气体氩气的流 量为180SCCm ;靶材与衬底距离为4cm ;按照以上工艺镀上一层厚度为600纳米的AZO薄膜，所得的性能指标如下可见光平均透过率为85. 8%，薄膜电阻率7. 5X IO-4 9X 10_4欧姆·厘米，雾度为23%，方块电阻为11欧姆每方块。5、硅基薄膜太阳能电池的制备 采用按上述方法处理的高碱、高铝硅酸盐玻璃以及在其上制备的AZO薄膜作为衬底及前电极，制备结构为“特种玻璃/AZO透明导电膜/P型非晶硅/I型非晶硅/N型非晶硅/铝电极”的非晶硅薄膜太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绒面AZO透明导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下主要步骤：（1）采用高温熔融工艺制备高碱铝硅酸盐玻璃，并进行化学钢化，然后磨抛、切割成玻璃基片；（2）采用氢氟酸与TMAH混合后的复合腐蚀剂对（1）中玻璃基片进行表面刻蚀处理，使玻璃基片表面形成类似晶体硅表面织构的绒面结构；（3）将绒面结构的玻璃基片清洗处理后，采用射频磁控溅射工艺直接在绒面结构的玻璃表面上镀厚度为500～800纳米的AZO薄膜，得到与玻璃基片表面绒面结构一致的绒面AZO透明导电膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，马立云，崔介东，王芸，曹欣，沈洪雪，
申请(专利权)人：蚌埠玻璃工业设计研究院，中国建材国际工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：