[发明专利]掺铝氧化锌薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电材料制备领域，具体是涉及一种掺铝氧化锌薄膜及其制备方法。

背景技术

随着煤、石油等不可再生能源濒临枯竭，以及其对环境造成的污染日益加剧，开发清洁无污染的可再生能源迫在眉睫。太阳能以其清洁性、永久性获得了人们的青睐，因此太阳能电池成为当前研究的热点。太阳能电池主要由减反层、前电极或透明电极、缓冲层、吸收层、背电极等构成。透明电极多由透明导电氧化物薄膜（TCO薄膜）组成，其透光性会影响电池的转换效率，其导电性又与串联电阻损失直接相关，因此透明电极在太阳能电池中有着至关重要的作用。

透明导电氧化物薄膜制备的原料和工艺很多，目前主要有三种TCO产品与太阳能电池的性能要求相匹配，分别是ITO薄膜、FTO薄膜、AZO薄膜。与ITO薄膜和FTO薄膜相比，AZO薄膜具有更多的优点，其导电性好、透光率高、原料廉价易得、无毒，在等离子体中稳定性好，目前正逐步取代ITO、FTO等电极产品，是新型、最具发展前景的光伏TCO产品。

现在已经工业化生产AZO薄膜的技术主要有化学气相沉积法（CVD）、磁控溅射镀膜法、溶胶-凝胶法。其中，化学气相沉积法和磁控溅射镀膜法都需要大型的仪器设备，主要技术都需要从国外进口，生产成本高；而溶胶-凝胶法可在分子水平控制掺杂，通过调整各组分的用量可容易地控制溶胶性质及膜厚，无需真空设备，工艺简单，成本较低，对TCO薄膜的大型产业化具有非常重要的意义。但是现有的溶胶-凝胶法制备AZO薄膜时，在高温下形成氧空位，但在热处理完毕降温时氧又会重新与Zn、Al复合，导致氧空位的数量有限从而使AZO薄膜的导电性受限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多氧空位、导电性强的掺铝氧化锌薄膜以及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种掺铝氧化锌薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中后，加入铝源化合物进行搅拌，静置陈化，得到掺铝氧化锌凝胶；其中，所述锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95～99.5:5～0.5；

将所述凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，得到掺铝氧化锌薄膜前驱体；

将所述薄膜前驱体在H₂与N₂的混合气体、N₂、Ar、空气中的任一种气氛中进行热处理后冷却，得到所述掺铝氧化锌薄膜。

以及，一种掺铝氧化锌薄膜，由以上掺铝氧化锌薄膜制备方法制备而成。

本发明的掺铝氧化锌薄膜的制备方法，采用改良的溶胶-凝胶法，将上述摩尔比的铝源化合物掺杂到锌源化合物中，使AZO薄膜有优异的导电率和光透过率；通过在H₂与N₂的混合气体、N₂、Ar或空气气氛中进行热处理和冷却处理，该惰性或者还原性的气体可以阻止在高温下游离出来的氧在冷却时与Zn、Al复合，从而增加氧空位，提高AZO薄膜的导电性。

本发明的掺铝氧化锌薄膜由上述制备方法制备而得，其结构稳定、在可见光区具有良好的透光性、导电性强，可达到光透过率大于88%，电阻率为2.5×10^-3～9.6×10^-3Ωcm。

附图说明

图1是本发明实施例掺铝氧化锌薄膜的制备方法工艺流程示意图。

图2是本发明实施例的制备方法所获得的掺铝氧化锌薄膜采用紫外可见近红外分光光度计测试得到的透过率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了上述掺铝氧化锌薄膜的工艺简单的制备方法。该方法工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

S01，制备AZO凝胶：将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中后，加入铝源化合物进行搅拌，静置陈化，得到AZO凝胶；其中，所述锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95～99.5:5～0.5；

S02，制备AZO薄膜前驱体:将步骤S01获得的AZO凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，得到AZO薄膜前驱体；