[发明专利]一种掺铝氧化锌透明导电薄膜及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种掺铝氧化锌透明导电薄膜，及其制备方法。

【背景技术】

透明导电薄膜由于具有高导电性，能吸收紫外光，在可见光范围内有很高的透光性，且在红外光范围有很高的反射性等诸多有点，而使其在便携电子设备、柔性电子设备、太阳能电池、液晶显示器、多功能窗口和有机发光二极管等领域得到广泛的应用。

目前透明导电材料很多，但生产工艺最成熟、应用最广泛的主要是氧化铟锡(ITO)和氟掺杂氧化锡(FTO)两种，它们具有较高的导电率和在可见光区良好的光透过率。但它们两者也具有一些较大的缺点，如ITO在氢等离子体气氛中不稳定影响其应用，生产采用磁控溅射技术，薄膜制备成本高，且需要用到储量有限的重金属铟，不利于环保和不符合可持续发展的要求；FTO一般采用常压化学气相沉积(APCVD)的在线镀膜法，需要用氟气进行掺杂，会产生有毒气体。因此，寻求新透明导电材料替代现有产品是目前需要解决的重要问题。

理想化学计量比的ZnO为绝缘材料，由于本征缺陷的存在，使得ZnO成为一种n型宽带隙的直接带隙半导体。通过III族B、Al、Ga、In或VII族的F元素掺杂后，形成具有优异光电性能的ZnO基透明导电薄膜。

其中，掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜因其原料来源广泛、无毒、成本低，具有仅次于ITO的高电导率，可见光范围内超过90％的透过率和氢等离子体气氛下稳定等优点，在光电领域具有广泛的应用前景，被誉为最有可能替代ITO的新一代导电薄膜。

当前制备AZO透明导电薄膜的方法有很多，主要分为物理方法和湿法制备两种。其中，物理法中的磁控溅射是常用的AZO薄膜制备方法，具有沉积快、适合大面积制备等优点；但前期投入高、工艺复杂、靶材价格昂贵等缺点，使其达不到商品化的程度。

湿法制备有喷雾法、溶胶凝胶法和电化学法等。湿法制备具有成本低、生长温度低和可在分子水平控制掺杂含量等优点，是制备AZO的理想办法。但同样存在一些不足，如溶胶凝胶法需要用到有毒的有机溶剂，需要150℃～350℃预处理，不利于在柔性衬底(一般耐受温度在200℃以下)上镀膜；电化学法需要消耗电能，成本高，同时也不适合大面积生产。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种简单、低成本、且能应用于柔性衬底的掺铝氧化锌透明导电薄膜制备方法。

本发明一方面提供一种制备掺铝氧化锌透明导电薄膜的方法，包括以下步骤：

S101配制旋涂液：将二水合醋酸锌和铝盐溶于低沸点溶剂中，添加低沸点稳定剂和超纯水，得到旋涂液，其中二水合醋酸锌浓度为0.05-0.3mol/L，铝盐的量为二水合醋酸锌摩尔量的1-5％，低沸点溶剂与水的体积比为1-5∶1，低沸点稳定剂与水的体积比为0.05-0.2∶1；

S102旋涂镀膜：将旋涂液旋涂于经亲水处理的基片上，得到薄膜前驱物；

S103老化：使薄膜前驱物在相对湿度60-80％的室温环境中静置老化10-48小时，得到经老化的薄膜前驱物；

S104热处理：将经老化的薄膜前驱物在120-200℃热处理10-60分钟，得到氧化物薄膜；

S105气氛退火：将氧化物薄膜于惰性气氛中，在150-600℃退火10-60分钟，使氧化物薄膜原位晶化，得到掺铝氧化锌透明导电薄膜。

所述铝盐可以选自九水合硝酸铝、乙酰丙酮铝、乙醇铝、异丙醇铝、丁醇铝，或它们的任意组合。

所述低沸点溶剂可以选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇，或它们的任任意组合。

所述低沸点稳定剂可以选自甲酸、乙酸、丁酸，或它们的任意组合。

所述基片可以由包括钠钙玻璃、硼酸玻璃、石英玻璃的硬质透明材料，或包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、米拉的柔性透明材料构成。

一些实施方案中，所述方法还可以包括在步骤S104之后，重复步骤S 102、S103、S104至少一次的操作。

所述经亲水处理的基片可以如下制备：依次使用洗涤灵、氨水-双氧水混合液、水、盐酸-双氧水混合液、水超声清洗基片，之后气流吹干，得到经亲水处理的基片。

步骤S102可以采用一段或两段转速进行，当采用两段转速时，低速转速为500-2000rpm，高速转速为1500-2500rpm。

本发明另一方面还提供根据本发明的方法制备得到的掺铝氧化锌透明导电薄膜，所述薄膜中掺铝氧化锌颗粒的粒径可以为5-15nm；薄膜厚度可以为50-500nm；掺铝氧化锌中铝的掺杂量可以为1-5％。