[发明专利]氧化镉镁合金透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电功能材料技术领域，特别涉及一种氧化镉镁合金透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

    面临日趋严重的世界能源枯竭问题，太阳能光伏电池技术为人类成功利用太阳能发挥了极其重要的作用。由于太阳辐射光谱的99%以上的波长为150-4000纳米（nm）之间，而太阳能电池只能吸收占太阳辐射光谱50%的波长400-760纳米（nm）的可见光，太阳辐射其余波长的不可见紫外光或红外光不能被利用。传统太阳能电池采用的金属电极虽导电性能好，但光照射在电极区域上受到了一定程度的阻挡，透过率较差，相应降低了太阳光的有效利用率。而利用透光性能良好的透光导电薄膜替代金属电极，可使太阳能电池获得更多的光能量。但是现有的透光导电薄膜的透光波段只能透过太阳辐射某一波段的光，并不能覆盖太阳光谱的全部波段，因而优化透明导电薄膜的透光波段，使其在太阳能电池的窗口材料、光敏探测器等电子器件应用中具有更好的普适性具有重要价值。为此，提高现有透光导电薄膜的透光波段，使其尽可能地覆盖较宽的太阳光谱的波段范围，将是业内科技人员须深入研究的新课题。

发明内容

本发明公开了一种氧化镉镁合金透明导电薄膜及其制备方法，目的在于通过对组成透明导电薄膜各种材质的透光性能，及磁控溅射所须参数进行对比研究，以设定导电薄膜制备的磁控溅射的条件，最终获得可使紫外波段光透过性能提高的透明导电薄膜。

本发明的技术解决方案：

本发明经研究认为，如进一步促使导电薄膜光学吸收边，在短波范围的截止波长向短波方向再继续拓展，将能有效提高短波范围的光透过性能；又研究认为，在氧化镉（CdO）基薄膜中掺入一定量的镁（Mg）形成氧化镉镁合金（Cd_1-xMg_xO）可实现上述导电薄膜在短波范围的截止波长继续向短波方向的拓展，从而提高薄膜材料的光学带隙，达到对太阳辐射紫外波段具有更好的光透过特性。

本发明产品特征：

本发明所称的氧化镉镁合金（Cd_1-xMg_xO）透明导电薄膜（以下简称薄膜），采用磁控溅射技术制备而成，所述磁控溅射的靶材为氧化镉和氧化镁。所述薄膜接受太阳光的透过特性，与磁控溅射靶材氧化镁含量大小相关；提高薄膜中镁含量，氧化镉镁合金的能带间隙增大，将相应地使氧化镉镁合金（Cd_1-xMg_xO）薄膜光学吸收边向短波方向移动，所述薄膜中镁（Mg）组分含量值x（指原子数百分比含量）范围为：0≤x＜0.5；所述薄膜厚度范围为：170—290 nm。

本发明方法的具体工艺步骤如下：

（一）将双面抛光的玻璃基片洗净、用高压氮气吹干后装入具有纯度均高于99.99%的氧化镉（CdO）、氧化镁（MgO）两种靶材的磁控溅射装置的基片架上；

（二）本底真空及基片的升温：待多靶磁控溅射薄膜沉积系统，本底真空度降至2′10^-6 torr以下时，再开始进行基片的逐步升温，待基片温度稳定至270°C并保持10-20分钟；

（三）溅射沉积：先将步骤（二）中两种靶材的溅射参数调至设计数值进行溅射，溅射操作过程中旋转基片架，溅射沉积完成后获得相应的薄膜厚度，关闭氩气的供给，使薄膜在1.0′10^-6 torr以下的真空环境中，自然冷却至室温；

（四）采用霍尔效应（测量系统为Ecopia, Hall effect measurement system，型号为HMS-3000）和卢瑟福背散射（RBS）实验测量程序，对生长在步骤（一）玻璃基片上的薄膜进行测量，获得透明导电薄膜中Mg的含量。

本发明方法在多次实验中，设计溅射的参数如下：溅射气体为高纯氩气；通入氩气前的本底真空为2′10^-6 Torr以下；溅射压强为5.6-6.3 mTorr；两个靶材的溅射功率范围分别是：氧化镉CdO为30—150W；MgO为50—150W；靶材CdO、靶材MgO与基片之间的距离分别为11.0 cm和11.0～12.5 cm；所述溅射压强或为5.9-6.1 mTorr；最佳为6.0 mTorr；所述溅射沉积时间范围为30-100分钟。溅射沉积后，采用霍尔效应和卢瑟福（RBS）背散射作实验测量；所获得的透明导电薄膜中Mg组分含量从1.0%至48%。