[发明专利]一种制备（002）取向的AZO透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种采用溶胶-凝胶工艺制备(002)取向的AZO透明导电薄膜。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜因具有透光率高、导电性好等优点，在太阳能电池、平板显示器、发光二极管、电磁防护屏等光电器件方面具有广泛的应用前景。目前产业化的透明导电薄膜主要是掺锡氧化铟(ITO)薄膜，但是ITO中的铟元素属于稀有金属，其储量有限，价格昂贵且有毒性，不利于环保，大大限制了其大规模使用。近年来掺铝氧化锌(AZO)薄膜的研究引起了高度重视，已经有许多文献报道。AZO薄膜表现出了良好的光电性能，且具有原料丰富，无毒、环保等优点，有望成为ITO薄膜的替代者。目前AZO薄膜的制备方法有多种，主要有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、原子层沉积、化学气象沉积、喷雾热解法和溶胶凝胶法等。在众多的制备工艺中，溶胶-凝胶方法制备薄膜具有设备成本低，工艺简单，成膜均匀，便于控制元素掺杂等优点。但是溶胶-凝胶法制备的AZO薄膜电阻率通常偏高一点，还需改进工艺，进一步提高薄膜的电导率。根据文献报道，沿c轴取向生长能够提高薄膜的致密度，减少载流子的晶界散射，大幅降低AZO薄膜的电阻率。但是，目前AZO薄膜的取向生长多采用磁控溅射或脉冲沉积等昂贵的物理方法制备，不宜规模化生产。而采用溶胶-凝胶方法一般不易制备出取向生长的AZO薄膜，通常需要借助衬底基片取向或者晶籽缓冲层诱导来完成取向生长，使得AZO薄膜的制备受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供了一种(002)取向的光电性能优异的AZO薄膜制备方法。采用溶胶-凝胶旋涂工艺在石英、玻璃片等基片上沉积凝胶膜，经过后期在N₂/H₂混合气体中退火处理，获得了电阻率极低，在可见光区透光率很高的(002)取向的AZO透明导电薄膜。本发明的制备方法设备成本低，工艺简单，原料丰富，制备的AZO薄膜光电性能优异。

本发明采用下述技术方案：

1)前驱体胶体制备：

将二水乙酸锌溶解在乙二醇甲醚溶剂中，加入一定量的乙醇胺作为稳定剂，搅拌溶解后，加入适量的九水硝酸铝，50-70℃恒温水浴搅拌3-4h后，然后过滤，将过滤后的溶胶老化60-80h，得到金属离子浓度为0.2-0.6mol/L的AZO前驱体溶胶；

2)AZO薄膜的制备：

将步骤1)制得的前驱体溶胶，采用旋涂方法沉积在清洗过的基片上，得到AZO凝胶薄膜，在空气中400-500℃预处理8-15min，然后降至室温，再重复旋涂，得到一定厚度的AZO薄膜；

3)AZO薄膜在高纯95N₂/5H₂混合气体中的退火处理：

将步骤2)制备的AZO薄膜放入管式炉中，从室温开始加热，升温速率为3-5℃/min，首先500-550℃预处理30-60min，然后在保持500-550℃情况下抽真空至低于10Pa，接着充入高纯95N₂/5H₂混合气体，然后再抽真空至低于10Pa，接着再次充入高纯95N₂/5H₂混合气体，如此反复抽真空3-5次后，充入高纯95N₂/5H₂混合气体，压强保持在1.31×10⁵Pa，继续在500-550℃烧结30-60min，烧结完毕，在保持压强的情况下，停止加热，自然冷却至室温，停止通气，即可得到(002)取向生长的AZO薄膜。

上述的方法，步骤1)中，所述的Zn²⁺:乙醇胺按摩尔比为1:1。

上述的方法，步骤1)中，所述的Al³⁺/(Zn²⁺+Al³⁺)按摩尔比为0.5-2.5％。

上述的方法，步骤2)中，所述的旋涂工艺参数为3000rpm，旋涂时间20s，重复旋涂次数为15-25次。