[发明专利]一种高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

一种高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法。本发明在AZO薄膜沉积过程中，采用氢气+氩气混合气体作为工作气体，通过磁控溅射气压、功率、基底与靶材间距、基底转速和氢气含量的调节，能够在基底不加热的室温或基底加热到300℃以下的任意温度制备出电导率为0.5～2×10³S/cm，波长在400‑1200nm范围内的平均光透过率高于90％的AZO薄膜。本发明所制备的AZO透明导电薄膜具有透光性好，电导率高，在不加热或低加热温度适用范围广等优势，无需高温后处理，有利于在温度敏感光电子器件，如光伏太阳电池和有机发光二极管等；以及温度耐受性能较低的柔性衬底材料上应用，工艺简单、低能耗，利于大面积工业化生产应用。

技术领域

本发明属于光电子器件技术应用领域，尤其涉及一种高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜在常温或低加热条件下的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜是光电子器件应用中的一种关键功能层材料。它是一种既具有光学透过性，又可以实现电荷传输的优良导电薄膜半导体材料。这些特性使其在发光器件如固体激光器、柔性显示器、触摸屏等以及光电转换器件包括太阳电池和光探测器等的设计应用中有着广泛的前景。

锡掺杂氧化铟(ITO)和氟掺杂氧化锡(FTO)薄膜中由于不仅含有贵金属铟和毒性元素氟，而且制备工艺需要很高的温度，因此在某些特定场景的应用受到限制。此外，两者的高掺杂使得载流子浓度很高，虽然具有优越的电学性能，但其对红外光具有较低的透过率，减低了红外光的穿透，在特定器件中的应用受限，比如降低太阳电池的红外吸收。另外，两者都存在易被氢等离子体还原的问题，这会导致太阳电池使用等离子体增强型化学气相沉积工艺制备减反射膜时退化而对电池性能产生显著的负面影响。而现有的铝掺杂氧化锌(AZO)通常也需要较高的温度，并且所得薄膜的导电性远低于ITO和FTO。

作为窗口层的透明导电薄膜制备的温度需要特别考虑，加热会导致器件各功能层间的互扩散或者退化等。在较低温度制备高透光率和高电导率的透明导电膜将对器件性能至关重要。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在上述不足，提供一种高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

本发明是在磁控溅射沉积AZO的气氛中引入特定配比的氢气，通过调节各溅射参数实现室温到较低加热条件下高透光率、高电导率的大面积AZO薄膜制备，由此解决在器件中应用时高性能AZO的低温制备技术。

本发明的技术方案

一种高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备方法，具体内容如下：

将氧化铝质量百分含量为0.2％～3％的铝掺杂氧化锌靶装入磁控溅射腔体，在60-140mm范围内调整基底与靶材间距，溅射腔体内本底真空度为5.0×10^-5～2.0×10^-3Pa，基底转动速度控制在2～10rpm(转每分钟)，基底温度维持在20～300℃之间任意温度。在溅射腔体中通入氢气和氩气的混合气体，氢气体积分数控制在0％-10％，气体总流量在1.5～20sccm条件下，维持溅射工作气压在0.2～2Pa，溅射功率密度1.8～3.6W/cm²，沉积时间40～200min，得到高透光率、高电导率的大面积铝掺杂氧化锌透明导电薄膜。

其中，所使用气体为高纯氢气和高纯氩气，进入真空腔体之前混合或者分别进入真空腔体后混合；或者使用氢氩混合气体与高纯氩气通过流量独立控制实现氢含量控制。

所述铝掺杂氧化锌薄膜是沉积在普通玻璃、石英玻璃、柔性材质聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯衬底上，或直接沉积在半成品太阳电池器件或其他半成品光电子器件上。所述的半成品太阳电池器件包含衬底、背电极、吸收层和缓冲层构成的异质结。所述的半成品光电子器件包含衬底、背电极、光电转换层和界面层。