[发明专利]一种多掺杂氧化锌基宽禁带导电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于宽禁带导电半导体材料制备领域，具体涉及一种多掺杂氧化锌基宽禁带导 电材料及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜在光电器件中应用非常广泛，如媒体终端用触摸屏、平面液晶显 示器(LCD)、太阳能电池、气体敏感器件、节能视窗、汽车防雾玻璃等。三氧化二铟、二 氧化锡基TCO(ITO、FTO)薄膜是目前最常用的透明导电薄膜。近年来，随着光电器件产 业的飞速发展，TCO镀膜玻璃已经出现供不应求的紧张局面，尤其在薄膜太阳能电池领域 对高性能的TCO薄膜的需求更为突出。由于铟资源的稀缺和昂贵以及铟、锡等重原子在光 伏电池吸光层中的扩散以及在中高温还原气氛下的性能衰退，氧化锌(ZnO)基TCO薄膜 成为高效和低成本光伏薄膜电池的最佳选择。掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)等 氧化锌基TCO薄膜不仅具有优异的低电阻率和高透过率等光电特性，而且具有原料价格低、 材料无毒性等特点，已经成为薄膜太阳能电池中极具竞争力的新一代透明导电材料(参见 T.Tohsophon，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516(2008)4628；Oliver Kluth，Gunnar Schope， etc.Thin Solid Films 442(2003)80；M.Berginski，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516(2008) 5836；S.Calnan，J.Hupkes，etc.Thin Solid Films 516(2008)1242)。

然而由于BZO和AZO等单掺杂氧化锌基薄膜在高温潮湿环境中的稳定性不好、性能 易下降，不能满足在太阳能电池和其它光电领域的应用。开发长效高稳定的ZnO基透明导 电薄膜，不仅可以促进硅基等薄膜太阳能电池提高转换效率和降低生产成本，还可以促进 其它光电器件领域的发展。

透明导电氧化物薄膜常用的制备方法是借助磁控溅射技术，而最关键的薄膜制备原料 是高性能宽禁带导电陶瓷靶材。单掺杂ZnO基靶材比较常见，而制备高性能的尤其是高稳 定性的ZnO薄膜靶材的研究和开发并不多见。我们发现多元素掺杂的ZnO薄膜具有优异的 在高温潮湿环境中的工作稳定性，开发多元素掺杂ZnO陶瓷材料，可以应用于太阳能电池 和光电器件的透明导电薄膜的溅射制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多掺杂氧化锌基宽禁带导电材料及其 制备方法。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种多掺杂氧化锌基宽禁带导电材料，该多掺杂氧化锌基宽禁导电材料由含有掺杂元 素的原料和含有锌元素的原料经烧结制得。

所述掺杂元素包含掺杂阳离子和掺杂阴离子；其中，所述掺杂阳离子为高价阳离子Mⁿ⁺， n为整数且2＜n≤6；所述掺杂阴离子为低价阴离子X^m-，m＝1。

较佳的，所述高价阳离子Mⁿ⁺选自正三价阳离子、正四价阳离子、正五价阳离子和正六 价阳离子中的一种或多种，所述X^m-选自F^-或Cl^-中的一种或两种；且所述正三价阳离子选 自B、Al、Ga、In、Sc、Y或镧系元素阳离子，所述正四价阳离子选自Si、Ge、Sn、Pb、 Ti、Zr或Hf元素阳离子，所述正五价阳离子选自Nb、Ta或Sb元素阳离子，所述正六价阳 离子选自Mo、W或Te元素阳离子。

优选的，所述含有掺杂元素的原料选自所述掺杂元素的元素单质、氧化物、氢氧化物、 醋酸盐、草酸盐、含氧酸、含氧酸铵、柠檬酸盐、醇盐、硫酸盐、硝酸盐、氟氧化物、氟 化物和氯化物中的一种或多种。

更优选的，所述含有掺杂元素的原料选自：氧化铝，氢氧化铝和钨酸铵的组合，硼酸、 氢氧化铝和氧化镓的组合，氢氧化铝和二氧化钛的组合，氧化铟和二氧化锡的组合，氧化 铟和氧化镥的组合，氟氧化铟(InOF)，醋酸铝和金属钇的组合，氧化锗和氧化碲的组合， 氧氟化铌和氧氟化铟的组合，二氧化钛、氧化锗和二氧化锡的组合，硝酸铟、硝酸钇和硝 酸钆的组合，钛酸四丁酯和氯化钇的组合，氧氟化锡或者氢氧化铝和二氧化锡的组合。

较佳的，所述含有锌元素的原料选自：金属锌、氧化锌、醋酸锌、草酸锌、柠檬酸锌、 硫酸锌、氟化锌和氯化锌中的一种或多种。