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      磁控濺射鍍膜生產ZnO∶Al(AZO)薄膜的工藝探討

      日期:2021-10-19 07:10
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      摘要:目前主要的薄膜太陽能電池有:碲化鎘(CdTe)系薄膜太陽能電池、硒銦銅(CIS)系薄膜太陽能電池、非晶硅系薄膜太陽能電池、晶硅系薄膜太陽能電池。研究人員研制出了價格低廉、原材料豐富、無毒且性能穩定的絨面ZnO∶Al陷光結構來作為薄膜太陽能電池的前電極。

      目前主要的薄膜太陽能電池有:碲化鎘(CdTe)系薄膜太陽能電池、硒銦銅(CIS)系薄膜太陽能電池、非晶硅系薄膜太陽能電池、晶硅系薄膜太陽能電池。研究人員研制出了價格低廉、原材料豐富、無毒且性能穩定的絨面ZnO∶Al陷光結構來作為薄膜太陽能電池的前電極。具有彈坑狀絨面結構的AZO透明導電薄膜可以增強太陽光的散射作用,改善陷光效果,增加電池對太陽能的吸收量,提高薄膜太陽能電池的轉換效率。磁控濺射鍍膜工藝在玻璃襯底上制作AZO透明導電薄膜具有成膜速度快、膜層均勻、成膜面積大等優點,是較為合適的生產AZO薄膜的工藝方法。

      磁控濺射鍍膜工藝的基本原理:在密閉的真空腔室內放置有特殊設計的陽極和陰極,其中陰極裝有濺鍍材料,在真空腔室充入常用的Ar、O2、N2等工藝氣體;在外加電壓的作用下工藝氣體分子產生電離,形成等離子體。帶正電的離子受到電場的作用飛向陰極,轟擊靶材表面,轟擊出的靶材原子以一定的速度沉積在所鍍玻璃的表面形成薄膜。在靶材的選擇上,目前由磁控濺射工藝生產透明導電薄膜AZO時所用靶材有兩種類型:陶瓷AZO靶材;合金鋅鋁靶材。應根據實際情況,選擇合適的靶材產品。在玻璃基板加熱溫度方面,研究表明:玻璃基板溫度低,薄膜原子在基板上運動能力差,降低成膜速度,增加膜層的粗糙度,減弱薄膜與玻璃基板之間的結合力,電阻系數升高。較高的玻璃基板溫度,有利于薄膜生長,膜層光滑均勻,膜層太陽光透光率高,一般基片溫度保持在200~300℃之間。在濺射氣體壓力的選擇方面,磁控濺射的合適壓力范圍為1.33×10-1 Pa1.33×10-2 Pa數量級,壓力太高或太低,都不利于形成良好質量的AZO透明導電薄膜。

      作為一種新的TCO材料,AZO相對于ITOFTO有很大優勢,要大規模產業化還必須在如何降低設備及工藝成本上進一步研發。從根本上說,AZO薄膜的結構性能的好壞決定了其光電性能的優劣,必須在工藝參數上多做研究,實現高質量和低成本的雙贏。

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