[发明专利]掺硼氧化锌薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜领域，具体涉及掺硼氧化锌薄膜的制备方法。 

背景技术

透明导电氧化物薄膜（TCO）因其透明、导电的优异性能而得到广泛应用。目前，研究较多的是SnO₂基、In₂O₃基和ZnO基材料。氧化锌（ZnO）是一种多功能氧化物材料，具有六方纤锌矿结构，其在室温下的禁带宽度为3.37eV，具有良好的透明导电性。ZnO薄膜与其他两种材料相比较，生产成本低、资源丰富、无毒、稳定性好，在二元系的TCO材料中，掺杂氧化锌被认为是最有前景的透明导电氧化物薄膜材料之一，被广泛应用于太阳能电池电极、光电器件、气体传感器、新型发光材料、缓冲层等领域。 

为满足ZnO在应用上的各种要求，特别是在光电方面的要求，各种元素被应用于ZnO的掺杂改性，掺杂其他元素后，其光学性能和电学性能能够得到较大的提升。这些掺入的杂质原子电离可以提供自由电子或自由空穴，使材料的导电率得到提升。目前对于n型掺杂研究的最广泛的是Ⅲ族元素（B、Al、Ga、In）。其中掺Al及Ga的ZnO薄膜研究的最为深入，掺B的氧化锌也有许多研究进展。 

早在1991年Wenas,WilsonW等采用化学气相沉积法以二乙基锌、H₂O、B₂H₆为原料，在温度为150℃制备2μm的B:ZnO薄膜的电阻率为10Ω·cm。2001年B.J.Lokhande等采用喷雾热解法制备了B:ZnO薄膜，其透过率大于90%，电阻率10～4Ω·cm。Y.Hagiwara等人将B:ZnO和Al:ZnO薄膜应用于CIGS薄膜太阳能电池的窗口层，并对比了二者对电池效率的影响，结果表明使用B:ZnO薄膜的电池效率较高，这主要是由于B:ZnO薄膜的载流子浓度和迁移率要高于 Al:ZnO薄膜。 

可见，掺硼氧化锌薄膜有着优异的光电性能，具有广阔的应用前景，尤其是在太阳能电池领域，可作为电池的窗口层和电极材料。目前在这一领域应用的最多的是AZO薄膜，BZO是一种新型的窗口层材料，有不少文献对比了AZO和BZO对太阳能电池效率的影响，文献表明BZO做窗口层时，电池的效率值较高。但是现有的B:ZnO薄膜一般都是采用真空法制成（如磁控溅射法），其操作的环境要求较高，一般需要复杂的设备、操作不易，且该类设备都被国外垄断，价格昂贵；而且，真空法制备不能精确控制掺硼量和氧化锌的比例，使得产品效果难以控制；再者，真空法对于原料的利用率只有30%左右，造成了大量的原料浪费。可见，真空法制备掺硼氧化锌薄膜成本较高且难以控制产品质量。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供两种能精确控制掺硼量且易操作和控制的掺硼氧化锌薄膜的制备方法。 

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下： 

其中一种掺硼氧化锌薄膜的制备方法，包括以下步骤： 

向锌源的有机溶液中加入稳定剂，升温至25-80℃后加入硼源，然后陈化处理，得到凝胶； 

对所述凝胶进行涂膜与干燥处理，得到前驱体薄膜； 

对所述前驱体薄膜进行热处理，冷却，得到掺硼氧化锌薄膜。 

另一种掺硼氧化锌薄膜的制备方法，包括以下步骤： 

将锌源、稳定剂和硼源溶于有机溶剂中，配制混合物溶液，将所述混合物溶液蒸发回流，得到凝胶；其中，所述凝胶中硼原子与锌原子的摩尔比为0.2～1.0：100； 

对所述凝胶进行涂膜与干燥处理，得到前驱体薄膜； 

对所述前驱体薄膜进行热处理，冷却，得到掺硼氧化锌薄膜。 

上述两种掺硼氧化锌薄膜的制备方法，不需要使用特别的设备，也不需要特别的环境要求，如真空度等，而是将锌源、硼源置于有机溶剂中络合形成凝胶，经后续的涂膜、干燥和热处理等即得到掺硼的氧化锌薄膜。相比于现有的真空法制备掺硼氧化锌薄膜，整个制备过程简单、容易控制，原料的利用率高，在90%以上，而且本发明所使用的上述原料选择范围广泛、取材容易、价格低廉。再者，通过本发明的上述两种制备方法制成的掺硼氧化锌薄膜的成分为氧化锌和氧化硼，氧化硼与氧化锌以固溶体的形式存在，本发明可以通过一系列的计算公式在制备时控制加入的原料的量，从而精确控制薄膜中氧化硼与氧化锌的含量，保证了制成的薄膜质量且减少了原料的浪费，这是真空法所达不到的。 

可见，相比于现有的真空制备法，本发明降低了生产成本，并使得整个制备过程易于控制，保证了产品质量。