太阳能电池用高迁移率低接触电阻靶材及薄膜制备方法与流程

本发明涉及靶材，尤其涉及一种太阳能电池用高迁移率低接触电阻靶材及薄膜制备方法。

背景技术：

1、异质结电池作为一种高效的光伏电池，具有独特的结构和优异的性能表现。它通常由多种不同的半导体材料组成，例如在常见的硅基异质结电池中，会结合非晶硅和晶体硅形成异质结结构。这种结构能够有效地分离光生载流子，减少载流子的复合几率，从而提高电池的光电转换效率。在实际应用中，异质结电池已经展现出较高的开路电压和短路电流密度，使其在光伏发电领域具有广阔的应用前景，成为当前研究的热点之一。

2、在异质结电池的结构中，ito(氧化铟锡)、银栅和半导体硅层是重要的组成部分，但它们之间存在着不可忽视的接触电阻问题。当电流通过这些界面时，由于材料的功函数差异、表面态以及界面的不平整度等因素，会导致电荷传输的阻碍，从而产生接触电阻。这种接触电阻会使得电池的串联电阻增加，进而降低电池的填充因子和光电转换效率。例如，在高温高湿的环境下，界面处可能会发生化学反应或物理变化，进一步恶化接触电阻状况，影响电池的长期稳定性和性能可靠性。

3、为了解决ito与银栅之间的接触电阻问题，目前已经研发出多种方法。一种常见的方法是在ito和银栅之间插入一层超薄的缓冲层，例如使用金属氧化物或氮化物材料。这层缓冲层可以调节界面的功函数，减少界面处的能带弯曲，从而降低接触电阻。另外，通过对ito表面进行等离子体处理或化学修饰，改善其表面的化学活性和粗糙度，也能够增强ito与银栅之间的接触性能，减少接触电阻。此外，优化银栅的制备工艺，如控制银的沉积速率、温度和压力等参数，使其形成更加致密、均匀的结构，也有助于降低接触电阻。

4、不过，虽然插入缓冲层是降低接触电阻的一种有效方法，但寻找合适的缓冲层材料并不简单。一方面，缓冲层材料需要与ito和银栅都有良好的兼容性，能够有效地调节界面的功函数，减少能带弯曲；另一方面，缓冲层材料还需要具备良好的稳定性，在长期的使用过程中不会发生化学反应或物理变化。目前常用的金属氧化物或氮化物等缓冲层材料，在性能上仍有提升的空间，并且其制备工艺也较为复杂，成本较高。

5、而等离子体处理则需要精确控制多个参数，如功率、气体流量、处理时间等。不同的参数组合会对ito表面产生不同的影响，例如功率过高可能会导致ito表面损伤，影响其导电性和透光性；而气体流量和处理时间不当则可能无法达到预期的表面改性效果。要找到最佳的参数组合，需要进行大量的实验和优化，这需要耗费大量的时间和资源。在大规模生产中，确保等离子体处理的均匀性是一个关键难点。由于等离子体的分布可能受到设备结构、气体流动特性等因素的影响，容易出现处理不均匀的情况，导致ito表面的化学活性和粗糙度在不同区域存在差异，进而影响与银栅的接触性能一致性，降低电池的整体性能和稳定性。

6、化学修饰过程中的反应条件控制较为复杂，需要严格的实验条件和操作规范，这增加了大规模生产的难度。而且许多化学修饰试剂具有一定的毒性和腐蚀性，对环境和操作人员的安全构成威胁，同时在生产过程中，需要采取严格的防护措施和废弃物处理方法，这不仅增加了生产成本，还对生产环境和安全管理提出了更高的要求。

7、优化银栅的制备工艺虽然也可以降低接触电阻，但这需要高精度的设备和先进的工艺技术。在银的沉积过程中，需要精确控制沉积速率、温度和压力等参数，以确保银栅的致密性和均匀性。同时，银栅的图案设计也非常重要，合理的图案设计可以减少电流的集中，降低接触电阻，而要实现高精度的银栅图案，需要先进的光刻、蚀刻或印刷技术，这些技术在设备成本、工艺复杂性和生产效率方面都存在挑战。

8、因此，开发一种高效、控制简单的降低银栅与ito层之间的接触电阻的氧化物靶材是十分迫切且必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种太阳能电池用高迁移率低接触电阻靶材及薄膜制备方法，以解决背景技术中的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种太阳能电池用高迁移率低接触电阻靶材，包括有86.5-99.75wt％的高纯度氧化铟，高纯度氧化铟掺杂纳米级金属粉末、宽带隙金属元素和高价金属元素；

3、纳米级金属粉末以氧化物形式进行掺杂，掺杂比例为重量比：0.05-2wt％；

4、宽带隙金属元素以氧化物形式进行掺杂，掺杂比例为重量比：0.1-10wt％；

5、高价金属元素以氧化物形式进行掺杂，掺杂比例为重量比：0.1-1.5wt％。

6、优选地，所述纳米级金属粉末为ag、cu、a l中的一到两种，掺杂比例0.05-0.5wt％。

7、优选地，所述宽带隙元素为t i、ga、zn中的一到两种，掺杂比例0.2-0.5wt％。

8、优选地，所述高价金属元素为zr、w、mo中的一到两种，掺杂比例0.2-0.5wt％。

9、一种太阳能电池用高迁移率低接触电阻靶材的薄膜制备方法，包括有以下步骤：

10、步骤一，调整镀膜机的使用本底真空度为2*10-4pa-9*10-4pa；

11、步骤二，进行预镀膜，预镀膜参数如下：功率密度1-5w/cm2，衬底温度室温100-250℃，控压0.25-1pa，氩氧比1000:1-100:5，氢气浓度0.1-2％，预镀膜时间5-30min；

12、步骤三，预镀膜完成后打开样品挡板进行正式镀膜，参数如下：功率密度1-5w/cm2，衬底温度室温100-250℃，控压0.25-1pa，氩氧比1000:1-100:5，氢气浓度0.1-2％；

13、步骤四，镀完膜对薄膜进行退火：退火温度为150-300℃，退火时间为5-60min。

14、优选地，所述步骤一本底真空度为2*10-4pa-2.5*10-4pa。

15、优选地，所述步骤二预镀膜时间10-15min。

16、优选地，所述步骤三镀膜参数如下：功率密度2-3.5w/cm2，衬底温度室温150-200℃，控压：0.6-0.9pa，氩氧比：100:1-100:2.8，氢气浓度：0.8-1.2％。

17、优选地，所述步骤四退火温度为180-250℃，退火时间为8-30min。

18、本发明的有益效果：本发明通过使用纳米级金属粉末ag、cu、al中的一到两种金属氧化物，与宽带隙元素t i、ga、zn中的一到两种金属氧化物，与高价元素zr、w、mo中的一到两种金属氧化物，与高纯度氧化铟进行不同比例的复合掺杂，在获得高密度靶材的基础上，优化pvd薄膜制备工艺，获得太阳能电池窗口层用高迁移率、低接触电阻的金属氧化物薄膜。

19、本发明所选金属元素均为导电性好，且与银原子具有相似化学性质的元素，掺杂后的金属原子在烧结过程中均匀分布于氧化铟晶格内，当与银栅接触时，基于银原子间的亲和力与相似化学性质，可实现更好的接触效果，减少界面电荷传输阻碍，降低接触电阻。

20、本发明所选金属元素均具有一定氧化性，在特定条件下会发生氧化吸氧反应，此反应能在氧化铟晶格中制造氧空穴。氧空穴的存在可增加载流子迁移率，使电子在材料中传输更为顺畅，最终实现电阻率下降，达成高迁移率低接触电阻的效果，为异质结电池性能的进一步提升提供了有效的技术途径，推动异质结电池向更高效率、更稳定的方向发展。

21、本发明将导电性能好的金属粉末，具有优异光学性能的宽带隙元素、以及可提供空穴的高价元素进行特定比例的复合掺杂，通过不同类型掺杂元素的综合作用，在降低tco薄膜层与银栅之间的接触电阻的同时，又实现了在提升薄膜迁移率的基础上同步提高了载流子浓度，且由于宽带隙金属元素的引入，还可以实现载流子浓度的提高的同时对透过率不造成负面影响。

22、本发明将可以降低接触电阻的金属粉末掺杂到tco靶材中，将降低接触电阻的工序融入到pvd镀膜中，不仅极大地简化了整体生产工序，还显著降低了工艺实施的复杂程度以及对设备的严苛要求，有效提升了生产效率与产品质量的可控性。