[发明专利]热稳定性增强的透明导电薄膜及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种热稳定性增强的透明导电薄膜及其在光电器件中的应用。

背景技术

以掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)和掺铝氧化锌(AZO)薄膜为代表的透明导电氧化物(TCO)通常具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，被广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其它光电器件领域。近年，氧化物-金属-氧化物(即OMO，如ITO|Ag|ITO，ZnO|Ag|ZnO，AZO|Ag|AZO，NiO|Ag|NiO，SnO₂|Ag|SnO₂等)透明导电薄膜得到广泛研究，并逐步应用到太阳能电池和显示等光电领域。在实际应用中，透明导电薄膜不但需要高透光率和高导电率，还需要良好的热稳定性。在OMO结构的透明导电薄膜中，纳米结构的金属层与本体金属熔点相比具有较低的表面熔融温度，受热过程中纳米结构金属层容易发生熔融并收缩形成岛状纳米结构。当纳米金属层严重收缩时，岛状金属纳米结构将完全分离，岛状金属结构之间电子传输通道被切断，并快速地降低OMO导电薄膜的导电性。因此，研制具有良好热稳定性的OMO透明导电薄膜结构，尽可能消除或者降低因岛状金属纳米结构分离而导致电阻增加的影响，对延长光电器件使用寿命和提高光电器件环境适应性具有重要应用价值。

本发明解决了现有技术中OMO透明导电薄膜热稳定性差的问题，提出了一种透明导电薄膜及其应用。本发明在OMO透明导电薄膜的金属层与氧化层界面间引入重掺杂层，降低透明导电薄膜的电阻率，得到的透明导电薄膜热稳定性得到增强。

发明内容

本发明的一方面，提供了一种热稳定性增强的透明导电薄膜，包括衬底，以及位于衬底上的由下至上依次为第一氧化物层、第一重掺杂层、金属层、第二重掺杂层和第二氧化物层。

优选的，氧化物层是氧化锌(ZnO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺镓氧化锌(GZO)、掺铟氧化锌(IZO)、掺锡氧化铟(ITO)、三氧化二铟(In₂O₃)、二氧化锡(SnO₂)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化钛(TiO₂)、二氧化钼(MoO₂)、三氧化二钼(Mo₂O₃)、氧化镍(NiO)、二氧化钒(VO₂)、五氧化二钒(V₂O₅)、氧化钨(W₂O₃)等各类二元或者多元系透明氧化物之任意一种。第一和第二氧化物层可选择采用相同或不同的材料。衬底可由玻璃、塑料、石英和蓝宝石等所有透明材料之任意一种制得。

优选的，重掺杂层是金属如铝、铟、镓、锂、钠和锡等；或金属氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物如氧化铝、氧化铟、氧化镓、氧化锡、氮化铝、氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氟化锂、氟化钠、氟化镁等，或其它能通过重掺杂方法引起氧化物电导增加的元素和化合物。优选的，重掺杂层是经过重掺杂后的氧化物本身，如：重度掺铝ZnO、重度掺锂NiO、重度掺镓ZnO、重度掺铟ZnO、重度掺锡In₂O₃和重度掺氟SnO₂。所述重掺杂层是相对于氧化物层具有更高简并度的半导体层，能提高金属层与氧化物层界面之间的电导率。

优选的，金属层可以是银、金、镍、铬、铂、铜、铝等多种金属之任意一种。

本发明中，所述第一重掺杂层直接插在金属层与第一氧化物层之间，所述第二重掺杂层直接插在金属层与第二氧化物层之间。

优选的，氧化物层、重掺杂层和金属层可通过磁控溅射、真空热蒸发、电子束蒸发和激光沉积等方式制备，也可用打印、印刷和旋涂等方式制备。如用磁控溅射方法制备透明导电薄膜，先在衬底上溅射第一氧化物层、接着依次溅射第一重掺杂层、金属层和第二重掺杂层，最后溅射第二氧化物层。溅射参数如功率、气压、溅射速率、氧氩比、各层薄膜厚度、靶材与衬底间距和角度等可根据需要进行调整。

优选的，依据第一、第二重掺杂层材料类型或者薄膜层数不同，本发明透明导电薄膜的结构包括以下四类：

第一类：衬底|第一氧化物层|第一重掺杂层|金属层|第二重掺杂层|第二氧化物层，其中，第一、第二重掺杂层是金属。典型结构如AZO|Al|Ag(或Au)|Al|AZO；ZnO|Al|Ag(或Au)|Al|ZnO。