[发明专利]透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可广泛应用于液晶显示屏、电致发光显示器、太阳能电池、薄膜晶体管、有机和无机半导体激光器、隔热节能玻璃等技术领域的透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是指在衬底上形成的一种对可见光透明并且可以导电的薄膜。作为优良的光电信息材料，透明导电薄膜在可见光范围内具有很高的透光性以及很低的电阻率。这些优良的特性使其在液晶显示屏、电致发光显示器、太阳能电池、薄膜晶体管、有机和无机半导体激光器、隔热节能玻璃等技术领域有着广泛的应用。对于透明导电薄膜，目前世界上广泛采用的是掺锡(Sn)的氧化铟(In₂O₃)薄膜(简称ITO)，且制作工艺与制作设备已得到长足的发展。

近年来，透明导电薄膜无论从类型还是从原料的采用上都取得了很大的进步。通过对文献的检索，发现以In₂O₃、SnO₂、ZnO等为主体材料的二元、三元或多元的各种透明导电薄膜层出不穷，极大地推动了透明导电薄膜的发展。参考资料如下：

J.M.Mochel，U.S.Patent No.2,564,706(1947).

H.A.McMaster，U.S.Patent No.2,429,420(1947).

J.M.Mochel，U.S.Patent No.2,564,707(1951).

H.F.Dates and J.K.Davis，U.S.Patent，No.3,331,702(1967).

A.J.Nozik，U.S.Patent No.3,811,953(1974).

S.Major，A.Banerjee，and K.L.Chopra，Thin Solid Films 122(1984)p.31.

T.Minami，H.Nanto，and S.Takata，Jpn.J.Appl.Phys.，Part 2：Lett.23(1984)p.L280.

T.Minami，H.Sato，H.Nanto，and S.Takata，Jpn.J.Appl.Phys.，Part 2： Lett.24(1985)p.L781.

H.Enoki，T.Nakayama，and J.Echigoya，Phys.Status Solidi A 129(1992)p.181.

透明导电薄膜如ITO在薄膜器件中主要用来做透明电极。近年来，各种光电器件的发展对现有的透明导电薄膜提出了新的要求。例如有机电致发光器件(OLED)属于载流子注入型器件，由于常用的ITO阳极与有机层之间存在较大的载流子注入势垒，导致器件载流子注入效率的低下并影响了器件的整体发光性能。另外ITO电极表面的金属离子在OLED工作期间会向有机层内部迁移，导致器件局部的失效和老化。在有机太阳能电池和其他类型的太阳能电池中存在着类似的现象。所以，尽管透明导电薄膜取得了长足的发展，人们仍然在不懈的努力寻找新的材料、技术来制备新的透明导电薄膜以满足各种工业生产与科技发展的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学稳定性好、导电性能优良以及可见光透过率高的，特别适用于各种有机光电子器件的新型透明导电薄膜，以克服目前ITO透明导电薄膜存在的上述缺陷，能使器件的光电性能和稳定性等得到显著提高。

本发明的透明导电薄膜是在主体材料氧化铟(In₂O₃)中掺杂有金属钒(V)元素所构成的铟钒氧化物(In₂O₃:V)，简称为IVO，该IVO材料中V与In的质量比为0.1％～30％。

目前的ITO薄膜属于N型掺杂的氧化物导电材料，主体材料中的In为三价元素，In³⁺的离子半径为0.81，而掺杂材料Sn为四价元素，Sn⁴⁺的离子半径为0.71。每个掺杂的Sn原子取代In原子后，可提供一个导电电子。而本发明采用的掺杂材料V为五价元素。V⁴⁺的离子半径为0.63，V⁵⁺的离子半径为0.59，因此V的离子半径比In离子小很多，属于容易掺杂的元素，而且每个掺杂的V原子取代In原子后，根据价位的不同可提供一至二个导电电子。因此本发明中的IVO薄膜属于N型掺杂的氧化物导电薄膜。和ITO相比，在相同的掺杂浓度下，具有更高的载流子浓度和更低的薄膜面电阻。