一种适用于铜栅异质结电池的改性多层透明导电薄膜的制作方法

本发明涉及异质结太阳能电池领域，具体涉及一种适用于铜栅异质结电池的改性多层透明导电薄膜及硅异质结太阳能电池。

背景技术：

1、金属化是太阳能电池制备的关键工艺之一，传统工艺主要通过银浆制作太阳能电池电极，对于各种高效太阳能电池技术来说，银浆成本仅次于硅片。发射极及背面钝化电池（passivated emitter rear cell，perc）的银浆成本占电池成本的10-11%，而对于隧穿氧化层钝化接触电池（tunnel o2ide passivated contact，topcon）、本征薄膜异质结电池（heterojunction with intrinsic thin-film，hjt）来说，银浆成本进一步提升至16%-24%以上，如此高昂的成本支出成为限制topcon、hjt电池产业化推广的重要因素。

2、透明导电膜tco(transparent conducting o2ide,透明导电氧化物)作为载流子横向传输层,是异质结太阳电池中必不可少的一部分。

3、电镀技术是利用电化学方法在导电层表面沉积一层薄金属、合金或复合材料的过程。铜电镀是一种非接触式的电极金属化技术，其工艺的基本原理是在基体金属表面上通过电解化学反应沉积金属铜来制作铜栅线，收集光伏效应产生的载流子。铜电镀技术与传统丝网印刷技术的主要差异，是在tco工序后。传统的异质结产线会在tco工序后进行银浆印刷和固化；而铜电镀工艺主要分为栅线的图形化与金属化这两部分工序，在图形化部分的tco薄膜后，不使用银浆印刷，而是通过电镀铜制备电极栅线。这样以铜替代银作为栅线材料，显著降低电池金属化材料成本。

4、而且，相比于银栅线印刷技术，铜栅线电镀技术制备的电极栅线，有更少的遮光、更低的接触电阻，从而成为提高异质结电池光电转换效率的重要途径之一。但是，原有铜栅异质结在制备过程中存在如下问题：

5、（1）如果在硅片表面沉积tco薄膜后进行高温退火处理，tco薄膜在铜栅极制备过程中容易受到损伤（铜栅极制备过程会接触到硫酸，容易被刻蚀）；（2）若为了避免tco受到损伤，在铜电镀工艺之前，需要对异质结电池半成品（蓝膜片）进行真空高温退火（约250℃），而高温退火容易对非晶硅薄膜造成不利影响，从而影响电池效率；（3）作为tco薄膜首选的ito膜中，铟的价格高，使得ito薄膜的成本较高。

6、snox薄膜，具有较好的耐蚀性且成本较低，将ito薄膜部分替换为氧化锡膜形成复合结构，有望成为解决上述问题的途径。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种适用于铜栅异质结电池的改性多层透明导电薄膜。

2、本发明所采取的技术方案如下：一种适用于铜栅异质结电池的改性多层透明导电薄膜，包括依次沉积于基体表面的ito层、snox层。

3、优选的，所述ito层的厚度为30-50 nm，snox层的厚度为30-50 nm。

4、优选的，还包括沉积于所述snox层远离基体表面一侧的snox-f-cu层。

5、优选的，所述snox-f-cu层的厚度为10-30 nm。

6、优选的，snox-f-cu层中，f的含量为0.1-2％，cu的含量为0.5-5%。

7、优选的，其制备方法包括以下步骤：

8、（1）镀ito层：采用ito靶，利用磁控溅射技术，在高真空腔室内通入包含ar气的工艺气体，ar气在电场作用下解离，产生ar+，ar+在电场作用下轰击ito靶材，使得ito脱离靶材表面，并沉积在衬底表面，形成ito层；

9、（2）镀snox层：采用氧化锡靶，利用磁控溅射技术，在高真空腔室内通入包含ar气的工艺气体，ar气在电场作用下解离，产生ar+，ar+在电场作用下轰击氧化锡靶材，使得氧化锡脱离靶材表面，并沉积在衬底表面，形成snox层；

10、优选的，步骤（1）中，采用ito靶，真空室加热至150～250℃，当真空室内真空度达到1×10-5pa以下时，向真空室通入工艺气体，气压控制在0.1～10pa之间；基体加脉冲负偏压在-100～-500v范围内，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗10～50分钟；调整保护气体流量，使真空室气压为0.2～5.0pa，同时开启ito靶弧源，弧电流为60～200a，调脉冲负偏压至-50v～-500v，调脉冲负偏压占空比为30%~70%，沉积ito层。

11、优选的，步骤（2）中，采用氧化锡靶，同时开启氧化锡靶弧源和轴向磁场装置，弧电流为30～150a，调脉冲负偏压至-50v～-500v，调脉冲负偏压占空比为30%~70%，磁场线圈电流调整为0.3～4a，调节氧化锡靶电流为30～150a，沉积snox层；

12、优选的，还包括步骤（3），

13、（3）镀snox-f-cu层：采用掺氟氧化锡靶和铜靶，利用磁控溅射技术，在高真空腔室内通入包含ar气的工艺气体，ar气在电场作用下解离，产生ar+，ar+在电场作用下轰击掺氟氧化锡靶和铜靶靶材，使得氟氧化锡、铜脱离靶材表面，并沉积在衬底表面，形成snox-f-cu层。

14、优选的，步骤（3）中，采用掺氟氧化锡靶和铜靶，对基体施加脉冲负偏压为-50v～-300v，脉冲负偏压占空比为15%~80%；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.3～4a；调节掺氟氧化锡靶和铜靶的靶电流为30～150a，沉积sno2-f-cu表。

15、本发明的有益效果如下：

16、1. 本发明在异质结电池半成品表面制备一层snox，由于氧化锡具有较好的耐蚀性，无需退火操作也能保证耐蚀性，可以省去对ito薄膜的真空退火工艺，同时snox材料价格低，可以有效降低成本。

17、2. snox导电性能较差，但铜栅线的线宽较小，采用密栅图形即可较好地避免铜栅异质结电池的效率损失，但镀铜栅线受应力影响，镀铜栅线的附着力不够，容易脱落，从而导致栅线接触出现问题，影响电池和组件后期的使用。本发明进一步选择在snox层上复合了sno2-f-cu层，将具有亲水性的f元素添加到snox层中，一方面可以提高sno2层的润湿性，使得铜栅线更好地附着在改性多层透明导电薄膜上，从而增加其与铜栅线的结合力，使铜栅线不易脱落，提高电池和组件的使用寿命；另一方面，f-会替代o2-或者在原有的氧化锡晶体结构基础上形成间隙氟原子，从而显著增加薄膜中的载流子浓度，所以能大幅提高氧化锡薄膜的导电性；与snox相不互溶的cu加入sno2-f层中，cu偏析在snox相晶界位置处，可以细化snox相的晶粒尺寸，而cu多以纳米晶或非晶结构析出，与snox一起形成纳米复合结构，提高了表层的韧性，降低了表层的内应力，提高表层断裂韧性，而且对其与异质结电池电池半成品表面之间的薄膜层起到缓解冲击、磨损及润滑的作用，降低了摩擦因数，进一步提高了电池和组件的使用寿命。

18、3. 本发明采用磁场增强电弧离子镀，不仅具有较快的沉积速率，而且制得的薄膜层更加致密，韧性好、耐冲击及耐磨损。