[发明专利]共掺杂透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明导电薄膜的制备方法，特别涉及一种共掺杂透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是一种有着优异光电性能的薄膜，这类薄膜具有宽禁带，在可见光区有高透射率，在红外区有高反射率，对微波有强衰减性，同时电阻率较低，化学性能也较为稳定，因此在太阳能电池、表面声学波器件、平板显示器、建筑玻璃等领域均得到了广泛应用。目前工艺较为成熟的为ITO(tin-doped indium oxide, In₂O₃:Sn)透明导电薄膜，但ITO薄膜自身的局限性限制了它的应用：铟有剧毒；价格昂贵；在氢等离子体气氛下光学特性易发生恶化。相对于ITO来说，ZnO基薄膜是一种性价比高，环境友好的透明导电薄膜，不仅在氢等离子体环境中具有高的稳定性，且具有优良的光电特性：低电阻率、高透过率、高载流子浓度等。未经过掺杂的ZnO薄膜的电学性质很不稳定，在制备过程中，适当的掺杂能较大幅度的提高薄膜的各项性能。目前最常见的是对ZnO薄膜进行Al元素的单掺杂。但Ga-O的共价键长比Al-O更接近于Zn-O的共价键长，且两者的原子序数仅相差１，掺杂后不易引起大的晶格畸变，因此有必要选择Ga和Al对ZnO进行共掺杂，获得一种新的具有优良光电性能的透明导电薄膜，使其得到更好利用。

发明内容

本发明提供一种新的掺杂方式，以获得具有优良光电性能的透明导电薄膜，使其得到更好利用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种共掺杂透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤： 

A）前处理：将普通载玻片先后放入丙酮（C₃H₆O）、无水乙醇及去离子水中进行超声清洗，然后吹干备用；

B）溶胶配制：将二水合乙酸锌(CH₃COO)₂Zn·2H₂O溶于乙二醇甲醚C₃H₆O₂后，加入Al³⁺，然后加入Ga³⁺，其中Al³⁺和Ga³⁺的掺杂比Al³⁺/Ga³⁺为8-1；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺（MEA）；将上述混合液放入40-80°C水浴锅中搅拌，然后陈化得到溶胶； 

C）旋涂镀膜：将通过A）步骤前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把通过B）步骤陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，旋转，随后烘干；

D）热处理：将通过C）步骤处理的镀膜载玻片于150-400°C下预烧后，继续C）步骤，如此重复涂镀4-14层后，在450-700°C条件下退火1h。

优选的共掺杂透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤： 

A）前处理：将2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮（C₃H₆O）、无水乙醇及去离子水中超声清洗，分别进行5-20min，然后吹干备用；

B）溶胶配制：配制浓度为0.25-2.5mol/L的溶胶：将二水合乙酸锌（(CH₃COO)₂Zn·2H₂O）溶于乙二醇甲醚（C₃H₆O₂）后，加入浓度为0.5-3.0at%的Al³⁺，然后加入Ga³⁺，其中Al³⁺和Ga³⁺的掺杂比为Al³⁺/Ga³⁺=8-1；Al³⁺和Ga³⁺分别由九水合硝酸铝Al(NO₃)₃·9H₂O和硝酸镓Ga(NO₃)₃提供；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺（MEA）；将上述混合液放入40-80°C水浴锅中搅拌2h，然后陈化48h得到溶胶；

C）旋涂镀膜：将通过A）步骤前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把通过B）步骤陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，先在1000r/min低速下旋转10s，然后在3000r/min下旋转20s，随后于100°C烘干10min；