[发明专利]近红外高透射率非晶透明导电氧化物薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种非晶透明导电氧化物薄膜及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，透明导电氧化物(TCO)薄膜因同时具有可见光范围的透明性和良好的导电性的独特性质，在平板显示器件和太阳能电池等光电子领域获得了广泛应用而越来越受到人们的关注。目前，人们正在通过各种方法包括工艺技术、掺杂不同元素、多层膜结构和多组分等致力于改善和优化TCO薄膜的性能，以适应和开发新的应用领域。最具代表性的TCO材料是In₂O₃:Sn(ITO)，它一般具有高的载流子浓度(10²¹cm^-3量级)，低的电阻率(10^-4Ω·cm)；以及宽的禁带宽度(＞3eV)，使薄膜在可见光范围具有高的透射率(＞80％)。

ITO薄膜当波长大于1μm时，其透射率急剧下降。这就严重阻碍了近红外区域光线的通过。而我们知道，太阳光在可见光范围(400-700nm)的能量只占其全发光波长范围(300-2500nm)的43％。太阳光在紫外区域(300-400nm)的能量为总能量的5％，而在近红外区域的能量为总能量的52％。如何充分利用近红外区域的太阳光能量，提高太阳能电池的利用效率，成为人们关注的问题。提高透明导电薄膜在近红外区域的透射率，是提高太阳能电池的有效途径之一。另外，对于在近红外区域使用的传感器而言，提高近红外区域的透射率，将有助于提高仪器的灵敏度。

提高透明导电薄膜透明性的有效方法之一是降低薄膜的载流子浓度，但是通常会引起导电性的下降。另一种方法是提高薄膜的载流子迁移率，这是改善TCO的光电学性能的发展方向。申请者采用反应直流磁控溅射法制备高价态差(钼和钨容易以六价态离子存在于薄膜之中，即Mo⁺⁶和W⁺⁶与三价态的In⁺³之间形成的价态差为3)In₂O₃:M透明导电氧化物薄膜，获得了高载流子迁移率，而自由载流子浓度只有2-5×10²⁰cm^-3的低电阻率薄膜，其可见光区域的平均透射率(含1.2mm厚玻璃基底)高于80％。而且，实验发现这类薄膜在近红外区域的透射率大大提高，优于ITO薄膜在近红外区域的透射率。

直流磁控溅射法具有可控性好，沉积速率高的特点，是最为实用的薄膜制备方法之一。而金属镶嵌靶具有成本低，成膜速率高而且能够获得大面积均匀的薄膜的特点。因此本发明研究采用直流磁控溅射法和In:Mo(或W)金属镶嵌靶在室温条件下制备非晶高性能In₂O₃:M透明导电氧化物薄膜。可以预测，采用氧化铟和氧化钼(或钨)制备的氧化物陶瓷靶，通过射频磁控溅射法也可以制备出光电性能优良，在近红外区域具有高透射率的In₂O₃:M(M＝Mo，W)非晶透明导电氧化物薄膜。

具有近红外区域高透射率的非晶In₂O₃:M透明导电氧化物薄膜在不耐高温的柔性基板太阳能电池和近红外传感器领域具有实际应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺稳定性好且易工业化生产的近红外高透射率非晶透明导电氧化物薄膜及其制备方法。

本发明提出的非晶透明导电氧化物薄膜，是一种掺杂氧化铟薄膜In₂O₃:M，M为Mo或W，由反应直流磁控溅射方法制备获得，其中，钼和钨以六价态离子存在于薄膜之中，薄膜厚度为80-150nm。该薄膜具有高载流子迁移率，达到20cm²/V·s左右，自由载流子浓度比较低，一般低于8×10²⁰cm^-3，电阻率比较低，保持在为6×10^-4Ω·cm的量级，可见光区域的平均透射率高于80％，近红外区域的平均透射率大于80％。