[发明专利]一种叠层透明导电氧化物薄膜、其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种叠层透明导电氧化物（tandem TCO）薄膜、其制法和应用。

背景技术

透明导电氧化物薄膜（transparent conductive oxide film,简称TCO）有着广泛的应用，例如可以用于太阳能电池、半导体行业以及建筑业等。

透明导电氧化物薄膜由透明导电氧化物材料制成，所述材料包括但不限于锡掺杂氧化铟（ITO）、金属或非金属掺杂的氧化锌（掺杂元素如铝、镓、铟、硼等）、氧化锌（ZnO）、氟掺杂的氧化锡（FTO）、二氧化钛（TiO₂）、氧化锡（SnO₂）、氧化铟（In₂O₃）、二氧化锆（ZrO₂）等。在传统的工艺中，所制得的氧化物薄膜需要较小的电阻时，通常通过增加导电氧化物薄膜的厚度（一般为几百纳米至几微米的范围内）实现，而这样会降低薄膜的透射率。

随着太阳能电池、半导体行业以及建筑业的发展，希望透明导电氧化物薄膜具备优异的导电性，同时厚度降低，透明度高。而现有技术尚无法同时满足以上三个要求。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种叠层透明导电氧化物薄膜，包括透明导电氧化物基底层和从基底层上生长的透明导电氧化物单晶纳米结构阵列层。

在本发明的一个优选实施方案中，叠层透明导电氧化物薄膜还包括位于单晶阵列之上的顶层，该顶层的材料可以为透明导电氧化物、石墨烯或金属纳米线。

本发明的第二个方面提供一种制备叠层透明导电氧化物薄膜的方法，包括在透明导电氧化物基底层上生长单晶氧化物纳米结构阵列。

本发明的第三个方面提供叠层透明导电氧化物薄膜的用途，其可用于太阳能电池、半导体行业以及建筑业等。

本发明的叠层透明导电氧化物薄膜中，透明导电氧化物纳米结构从基底层上生长出来，形成紧密的单晶氧化物纳米结构阵列，起到光耦合的作用，可以增加薄膜的透射率。另一方面，所述单晶阵列层展现出较少的缺陷，具有较高的电子迁移率，因此可以增加所制得的叠层透明导电氧化物薄膜的电导率。

附图说明

图1为本发明叠层透明导电氧化物薄膜的双层结构示意图。在该图中，（1）为透明导电氧化物基底层，（2）为透明单晶氧化物纳米结构阵列。

图2为本发明叠层透明导电氧化物薄膜的三层结构示意图。在该图中，（1）为透明导电氧化物基底层，（2）为透明导电单晶氧化物纳米结构阵列，（3）为任选的顶层。

图3为本发明双层叠层透明导电氧化物薄膜的SEM（扫描电子显微镜）照片。

具体实施方式

本发明提供一种叠层透明导电氧化物薄膜，包括透明导电氧化物基底层，以及从基底层上生长的单晶氧化物纳米结构阵列层。

在本发明的一个具体实施方式中，所述叠层透明导电氧化物薄膜还包括位于纳米结构阵列之上的透明导电氧化物或石墨烯或金属纳米线顶层。

在本发明的一个优选实施方式中，所述单晶氧化物纳米结构排布成紧密的阵列。

本发明还提供一种制备叠层透明导电氧化物薄膜的方法，包括在透明导电氧化物基底层上生长单晶氧化物纳米结构阵列。

在本发明方法的一个具体实施方式中，还包括在单晶阵列之上形成透明导电氧化物或石墨烯或金属纳米线顶层。

其中，所述透明导电氧化物材料包括但不限于锡掺杂氧化铟（ITO）、金属或非金属掺杂的氧化锌（掺杂元素如铝、镓、铟、硼等）、氧化锌（ZnO）、氟掺杂的氧化锡（FTO）、二氧化钛（TiO₂）、氧化锡（SnO₂）、氧化铟（In₂O₃）、二氧化锆（ZrO₂）等。透明导电氧化物基底层、单晶氧化物纳米结构阵列层和任选的透明导电氧化物或石墨烯或金属纳米线顶层的材料可以相同，也可以彼此不同。

透明导电氧化物基底层

在本发明的叠层透明导电氧化物薄膜中，透明导电氧化物基底层的厚度可以为10nm至2000nm，优选60nm至1000nm，更优选120nm至700nm。所述基底层可以由物理方法或化学方法形成，例如溅射方法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等等。必要时，采用惰性气氛。该基底层也可由其他方法形成。所述基底层也可以为市售的材料，例如商业购买铝掺杂的氧化锌（AZO）电玻璃衬底。