本发明专利技术提供了一种氧化镉（CdO）基透光波段可调的导电薄膜制备方法。该方法的核心技术是导电薄膜的透光波段与导电薄膜中铟（In）组分的含量相关，In组分含量的变化与磁控溅射靶材、溅射功率，与靶材和基片之间的距离相关，导电薄膜厚度与薄膜沉积时间长短相关。该方法以双面抛光玻璃基片为衬底，将两种靶材的溅射参数调至设计数值，进行溅射沉积：测量获得透明导电薄膜中In的含量。本发明专利技术所制备的不同铟（In）含量的氧化镉（CdO）基透明导电薄膜，可供不同半导体材料体系太阳能电池选用，使光谱响应范围内的太阳光更多地射入太阳能电池半导体结构中，从而可最大限度地提高太阳能电池的光利用效率，在太阳能电池、光电探测等光电功能材料和器件领域中具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电功能材料的制备技术，特别涉及一种氧化镉(CdO)基透光波段可调的导电薄膜制备方法。
技术介绍
随着地球蕴藏的石油、煤炭或天然气等化石资源的大幅度递减，世界能源枯竭的问题日趋严峻。人类寻求和开发利用取之不尽的太阳能源是全球面临的共同任务，也是材料、物理、化学等众多学科领域重点关注研究的方向之一。近些年来，利用太阳能发电技术获得了迅猛发展。人们研究开发的太阳能电池是一种对光有响应、并可通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池的核心技术是半导体构成的P-η结，当太阳光照在半导体P-η结上，有效的光子能量便不断地激发载流子，维持p-n结的电势差，可外接电路作为供电电源。然而半导体都具有一定的能带宽度(Eg)，太阳能电池只能将接近其半导体带宽、能量为h V的光子有效地转化为电能，能量小于带宽的光子则无法被电池吸收，也就不能转化为电能。另外，对于太阳光而言，其辐射光谱的99%以上处于波长150-4000纳米(nm)之间，其中大约50%的太阳光为波长400-760nm的可见光，其余为紫外光或红外光。因此，对于某固定半导体材料的太阳能电池，都只能对特定波段的太阳光进行有效利用。目前，即使是光谱响应范围较宽的单结硅基太阳能电池也只能利用太阳的可见光区的能量。对于如何提高太阳能电池对太阳的紫外和红外波段在内的宽光谱能量光的有效利用率，贝1J是业内须继续研究中的重要课题之一(参见J.F.Geisz等，High-efficiencyGaInP/GaAs/InGaAs triple-junction solar cells grown inverted with a metamorphicbottom junction, Appl.Phys.Lett.91, 023502 (2007))。另一方面，在太阳能电池的应用实践中，金属电极结构的太阳能电池，其导电性能好，但透明度差，因而阻挡了太阳光照射到P-n结上，降低了太阳光能的有效利用。就此，人们必须考虑改变太阳能电池的电极结构，使阳光尽可能多地射入电池的内部，以提高太阳能电池的效能(参见A.R.Burgers, How to design optimal metallization patterns for solar cells, Prog.Photovoltaics 7，457 - 461 (1999))。近些年，一种以光电效应工作的薄膜式太阳能电池应运而生。其所采用的透明导电薄膜是一种既能导电，又可在一定光谱范围内具有高透明率的薄膜，主要包括有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。上述膜系主要用于光电器件(如LED，薄膜太阳能电池等)的窗口材料，如:常见的透明导电薄膜为ITO (锡掺杂三氧化铟)、AZO(铝掺杂氧化锌)等。为此，高性能的透明导电薄膜技术受到业界的广泛关注，目前被研究较为深入的是氧化物膜系。其中，氧化隔(CdO)基属于宽禁带直接带隙化合物半导体，是一种具有高迁移率、高载流子浓度的薄膜，是应用于太阳能电池(即太阳能光伏电池)的窗口和光敏探测器等电子器件的基础材料，而如何提高其作为导电薄膜对太阳光的利用效率，又是值得业内研究的新课题
技术实现思路
本专利技术提供了一种氧化镉(CdO)基透光波段可调的导电薄膜制备方法，目的在于通过采用磁控溅射，改变氧化镉基薄膜中铟(In)的含量，以实现氧化镉(CdO)基导电薄膜透光波段的可调性，使更多的阳光被太阳能电池半导体结构吸收，从而最大程度地提高太阳能电池的光利用效率。本专利技术的技术解决方案 (一)本专利技术的核心技术: (I)导电薄膜(以下简称薄膜)的透光波段与导电薄膜中铟(In)组分的含量相关，适度提高薄膜中的In含量，可增加透过紫外波段的光，适度减小薄膜中的In含量可增加透过红外波段的光。(2)薄膜中In组分含量的变化与磁控溅射靶材溅射功率相关。也就是说溅射功率越大，溅射出的粒子越多，薄膜沉积的速率越快，薄膜中含有相应靶材的含量越多。(3)薄膜中In组分含量的变化与磁控溅射的氧化镉材料靶、氧化铟锡材料靶各自和基片之间的距离相关。如上所述两种靶的溅射功率各自固定后，选择固定其中氧化镉靶与基片之间的距离，减小(或增大)另一个氧化铟锡靶与基片之间的距离，也可适当增大(或减小)薄膜中In含量。(4)在相同溅射功率的条件下，薄膜厚度与薄膜沉积时间一定范围内的长短相关; (二)本专利技术方法具体工艺步骤: (1)取双面抛光玻璃基片和小片单晶Si基片:将双面抛光玻璃基片洗净、干燥；同时取小片单晶Si基片清净、干燥； (2)填充磁控溅射装置靶材:将步骤(I)的双面抛光玻璃基片基片作为衬底，装入具有纯度均高于99.99%的氧化镉(简称CdO)、氧化铟锡(Indium tin oxide,简称ITO)两种靶材的磁控溅射装置的衬底架上； (3)衬底的升温:待多靶磁控溅射薄膜沉积系统，真空度降至2'10_6 torr以下时，通入溅射氩气，开始进行衬底的逐步升温，待衬底温度稳定至270° C并保持10-20分钟； (4)溅射沉积:旋转衬底架作溅射操作，并先将步骤(2)中两种靶材的溅射参数调至设计数值，然后溅射，溅射沉积完成后停止溅射、关闭氩气的供给，使薄膜在1.(T IO-6 torr以下的真空环境下自然冷却至室温； (5)采用卢瑟福背散射(RBS)实验生长在步骤(I)单晶Si基片上的薄膜进行测量，获得透明的导电薄膜中In的含量和薄膜厚度。所述步骤(4)的溅射设计参数为:溅射气体为高纯氩气；通入氩气前的真空为iT 10_6 Torr以下；溅射压强为5.6-6.3 mTorr ;两个靶材的溅射功率范围分别是:Cd0为140—175 W ;ΙΤ0为15—40 W ;靶材CdO、靶材ITO与基片之间的距离范围分别为10.0-11.0cm 和 12.0 13.5 cm ； 所述步骤(4)的派射压强为5.9-6.1 mTorr更佳，最佳为6.0 mTorr。所述步骤(4)及步骤(5)，确定溅射功率CdO为150W、IT0为15W，作RBS实验测量，In含量为4.5% ;确定溅射功率CdO降为140W、ITO增大到40W, In含量为11.8% ;经测量所获得的透明导电薄膜中In组分含量从1.0%至12% ； 所述步骤(4)导电薄膜的溅射沉积时间范围为20-30分钟，得相应的薄膜厚度范围为:230一350 nm。本专利技术的有益效果: (一)本专利技术方法所获得的不同铟(In)含量的氧化镉(CdO)基透明导电薄膜，可供不同半导体材料体系制备的太阳能电池选用，使相应材料光谱响应范围内的太阳光尽可能多地射入太阳能电池半导体结构中，从而可最大限度地提高太阳能电池(光伏电池)的光利用效率。(二)本专利技术方法所制备的透光波段可调的氧化镉(CdO)基透明导电薄膜，其提高薄膜中的In含量可增加紫外光的透过，适当减小薄膜中的In含量可增加红外波段的光透过，不同In含量的透明导电薄膜在可见光范围内的光透过特征不受影响，光透过率均在80%以上。(三)本专利技术方法 以磁控溅射方法调节薄膜中In含量，操作简便，只要控制好设计参数，便可规范性批量生产，而所采用的基片是为更贴近实际状态的玻璃，可在太阳能电池、光电探测等光电功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化镉基透光波段可调的导电薄膜制备方法，其特征在于：该方法的技术核心为：（1）导电薄膜（以下简称薄膜）的透光波段与导电薄膜中铟（In）组分的含量相关，适度提高薄膜中的In含量，可增加透过紫外波段的光，适度减小薄膜中的In含量可增加透过红外波段的光；（2）薄膜中In组分含量的变化与磁控溅射靶材溅射功率相关，溅射功率越大，溅射出的粒子越多，薄膜沉积的速率越快，薄膜中含有相应靶材的含量越多；（3）薄膜中In组分含量的变化与磁控溅射的氧化镉材料靶、氧化铟锡材料靶各自和基片之间的距离相关，两种靶的溅射功率各自固定后，选择固定其中氧化镉靶与基片之间的距离，减小或增大另一个氧化铟锡靶与基片之间的距离，也可适当增大或减小薄膜中In含量；（4）在相同溅射功率的条件下，导电薄膜厚度与薄膜沉积时间一定范围内的长短相关；该方法具体工艺步骤：（1）取双面抛光玻璃基片和小片单晶Si基片：将双面抛光玻璃基片洗净、干燥；同时取小片单晶Si基片清净、干燥； （2）填充磁控溅射装置靶材：将步骤（1）的双面抛光玻璃基片基片作为衬底，装入具有纯度均高于99.99%的氧化镉（简称CdO）、氧化铟锡（Indium tin oxide，简称ITO）两种靶材的磁控溅射装置的衬底架上；（3）衬底的升温：待多靶磁控溅射薄膜沉积系统，真空度降至2´10‑6 torr以下时，通入溅射氩气，开始进行衬底的逐步升温，待衬底温度稳定至270°C并保持10‑20分钟；（4）溅射沉积：旋转衬底架作溅射操作，并先将步骤（2）中两种靶材的溅射参数调至设计数值，然后溅射，溅射沉积完成后停止溅射、关闭氩气的供给，使薄膜在1.0´10‑6 torr以下的真空环境下自然冷却至室温；（5）采用卢瑟福背散射（RBS）实验生长在步骤（1）单晶Si基片上的薄膜进行测量，获得透明的导电薄膜中In的含量和薄膜厚度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵宾，翟章印，贾建明，于海春，华正和，赵金刚，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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