關(guān)于ZnO 的濕化學(xué)表面紋理化的研究報(bào)告

摘要

透明導(dǎo)電氧化物(TCOs)作為薄膜硅(Si)太陽能電池的前電極起著重要作用，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁?a href="http://ttokpm.com/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)散射，從而改善器件內(nèi)部的光子吸收。本文報(bào)道了摻雜鋁氧化鋅(氧化鋅：Al或AZO)薄膜的表面紋理在薄膜硅太陽能電池中的光收集。AZO薄膜通過脈沖直流磁控濺射沉積在石灰玻璃片上。利用稀釋的鹽酸（鹽酸）和氫氟酸(HF)進(jìn)行兩步蝕刻工藝，研究了幾種AZO紋理化方法。所開發(fā)的紋理程序結(jié)合了鹽酸鹽誘導(dǎo)的坑的優(yōu)點(diǎn)和高頻蝕刻產(chǎn)生的更小、鋸齒狀但橫向更均勻的特征。在兩步過程中，第二個(gè)蝕刻步驟進(jìn)一步增強(qiáng)了光霧霾，同時(shí)提高了由鹽酸蝕刻產(chǎn)生的紋理特征的均勻性。所得到的AZO薄膜顯示出40%以上的大霧值，良好的散射，表面角分布在30°左右，這為薄膜硅太陽能電池提供有效的光捕獲。

介紹

對于磁控濺射AZO薄膜，表面紋理通常是通過弱或稀釋酸的濕化學(xué)蝕刻過程。傳統(tǒng)的AZO紋理是基于使用稀釋的鹽酸溶液的單一蝕刻工藝。在鹽酸蝕刻后也經(jīng)常觀察到小孔的出現(xiàn)，這可能會導(dǎo)致太陽能電池的分流問題。據(jù)報(bào)道，AZO的高頻蝕刻比鹽酸蝕刻更均勻。未分離的高頻分子與水水合銨簇(如H3O+)相比相對較小，這有助于更均勻的蝕刻紋理。因此，本研究測試了一種基于鹽酸和HF蝕刻的兩步紋理程序。這兩步過程背后的想法是提高表面紋理的橫向均勻性，并通過高頻蝕刻進(jìn)一步增強(qiáng)光的散射。為了實(shí)現(xiàn)具有增強(qiáng)光散射能力的均勻紋理表面，在本工作中，我們系統(tǒng)地研究了(i)單步鹽酸或高頻蝕刻作為參考，(ii)使用高頻和鹽酸酸的兩步蝕刻過程，(iii)使用鹽酸和高頻酸進(jìn)行AZO薄膜的兩步蝕刻過程。在這些實(shí)驗(yàn)中，使用了在可見波長范圍和低電阻率的高傳輸?shù)拿}沖直流濺射AZO薄膜。

實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

本文從AZO樣品的沉積物，表征以及表面傾斜角的分析三個(gè)方面來闡述實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)：略

結(jié)果和討論

對于HCl/HF序列，掃描電鏡顯微圖顯示(見圖4(f)到4(j))，許多小的鋸齒狀HF誘導(dǎo)的特征逐漸進(jìn)化，并在HCl蝕刻的隕石坑頂部疊加生長。即使在HF中經(jīng)過相對較長時(shí)間的蝕刻(例如，40s，是鹽酸中蝕刻第一步持續(xù)時(shí)間的兩倍)，主要的表面特征仍然是這些hcl誘導(dǎo)的坑(見圖4(j))。因此，對于強(qiáng)散射，最好首先使用鹽酸對AZO薄膜進(jìn)行紋理化，然后在稀釋的高頻中蝕刻以優(yōu)化特征，從而提高霧霾值。大約20或30秒的高頻蝕刻足以實(shí)現(xiàn)良好的散射，而進(jìn)一步的蝕刻似乎不再有太大的改善。通過掃描電鏡觀察，也證實(shí)了表面紋理的橫向均勻性受益于第二步高頻蝕刻。

結(jié)論

本文利用幾種蝕刻工藝研究了脈沖直流濺射AZO薄膜的濕化學(xué)紋理：(i)鹽酸或高頻酸為參考的一步蝕刻，(ii)高頻酸和鹽酸酸的兩步蝕刻，(iii)鹽酸酸和高頻酸的兩步蝕刻。雖然由于薄膜厚度的減少，紋理增加了AZO薄膜的板材電阻值，但這些不同的蝕刻方法之間沒有太大的區(qū)別。兩步紋理AZO薄膜，最初為鹽酸，然后為HF紋理（例如20或30s），具有較強(qiáng)的光散射能力（霧值在40%以上，大散射角良好的ARS強(qiáng)度），同時(shí)保持相似的光傳輸和良好的表面角分布。由于高頻蝕刻步驟，兩步紋理薄膜也比標(biāo)準(zhǔn)的hcl蝕刻薄膜表現(xiàn)出更好的橫向紋理均勻性。因此，預(yù)計(jì)兩步紋理方法(在鹽酸酸中蝕刻和HF酸)將為薄膜硅太陽能電池應(yīng)用產(chǎn)生性能最好的AZO薄膜。

審核編輯：符乾江