磁控濺射鍍膜生產ZnO∶Al（AZO）薄膜的工藝探討

日期：2025-10-29 02:54

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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：①陶瓷AZO靶材；②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 Pa～1.33×10-2 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ITO和FTO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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