关于ZnO 的湿化学表面纹理化的研究报告

摘要

透明导电氧化物(TCOs)作为薄膜硅(Si)太阳能电池的前电极起着重要作用，因为它们可以提供光学散射，从而改善器件内部的光子吸收。本文报道了掺杂铝氧化锌(氧化锌：Al或AZO)薄膜的表面纹理在薄膜硅太阳能电池中的光收集。AZO薄膜通过脉冲直流磁控溅射沉积在石灰玻璃片上。利用稀释的盐酸（盐酸）和氢氟酸(HF)进行两步蚀刻工艺，研究了几种AZO纹理化方法。所开发的纹理程序结合了盐酸盐诱导的坑的优点和高频蚀刻产生的更小、锯齿状但横向更均匀的特征。在两步过程中，第二个蚀刻步骤进一步增强了光雾霾，同时提高了由盐酸蚀刻产生的纹理特征的均匀性。所得到的AZO薄膜显示出40%以上的大雾值，良好的散射，表面角分布在30∘左右，这为薄膜硅太阳能电池提供有效的光捕获。

介绍

对于磁控溅射AZO薄膜，表面纹理通常是通过弱或稀释酸的湿化学蚀刻过程。传统的AZO纹理是基于使用稀释的盐酸溶液的单一蚀刻工艺。在盐酸蚀刻后也经常观察到小孔的出现，这可能会导致太阳能电池的分流问题。据报道，AZO的高频蚀刻比盐酸蚀刻更均匀。未分离的高频分子与水水合铵簇(如H3O+)相比相对较小，这有助于更均匀的蚀刻纹理。因此，本研究测试了一种基于盐酸和HF蚀刻的两步纹理程序。这两步过程背后的想法是提高表面纹理的横向均匀性，并通过高频蚀刻进一步增强光的散射。为了实现具有增强光散射能力的均匀纹理表面，在本工作中，我们系统地研究了(i)单步盐酸或高频蚀刻作为参考，(ii)使用高频和盐酸酸的两步蚀刻过程，(iii)使用盐酸和高频酸进行AZO薄膜的两步蚀刻过程。在这些实验中，使用了在可见波长范围和低电阻率的高传输的脉冲直流溅射AZO薄膜。

实验细节

本文从AZO样品的沉积物，表征以及表面倾斜角的分析三个方面来阐述实验细节。详细实验细节：略

结果和讨论

对于HCl/HF序列，扫描电镜显微图显示(见图4(f)到4(j))，许多小的锯齿状HF诱导的特征逐渐进化，并在HCl蚀刻的陨石坑顶部叠加生长。即使在HF中经过相对较长时间的蚀刻(例如，40s，是盐酸中蚀刻第一步持续时间的两倍)，主要的表面特征仍然是这些hcl诱导的坑(见图4(j))。因此，对于强散射，最好首先使用盐酸对AZO薄膜进行纹理化，然后在稀释的高频中蚀刻以优化特征，从而提高雾霾值。大约20或30秒的高频蚀刻足以实现良好的散射，而进一步的蚀刻似乎不再有太大的改善。通过扫描电镜观察，也证实了表面纹理的横向均匀性受益于第二步高频蚀刻。

结论

本文利用几种蚀刻工艺研究了脉冲直流溅射AZO薄膜的湿化学纹理：(i)盐酸或高频酸为参考的一步蚀刻，(ii)高频酸和盐酸酸的两步蚀刻，(iii)盐酸酸和高频酸的两步蚀刻。虽然由于薄膜厚度的减少，纹理增加了AZO薄膜的板材电阻值，但这些不同的蚀刻方法之间没有太大的区别。两步纹理AZO薄膜，最初为盐酸，然后为HF纹理（例如20或30s），具有较强的光散射能力（雾值在40%以上，大散射角良好的ARS强度），同时保持相似的光传输和良好的表面角分布。由于高频蚀刻步骤，两步纹理薄膜也比标准的hcl蚀刻薄膜表现出更好的横向纹理均匀性。因此，预计两步纹理方法(在盐酸酸中蚀刻和HF酸)将为薄膜硅太阳能电池应用产生性能最好的AZO薄膜。

审核编辑：符乾江