[发明专利]一种性能优异的电子薄膜制备方法

说明书

本申请是针对申请号为201410034109.7、申请日为2014年01月24日、发明名称为“一种低温制备氧化锌电子薄膜的方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及薄膜的制备方法，尤其涉及氧化锌薄膜的制备方法。

背景技术

氧化锌薄膜是一种多功能电子薄膜，可通过掺B、Al、In、Ga等元素制备成透明导电氧化物薄膜(TCO)，在触摸显示、太阳能电池窗口、低辐射 (Low-E) 玻璃等方面具有广泛应用。近期，人们发现未掺杂的ZnO薄膜在有机太阳能电池的阴极缓冲层具有非常重要的用途，可以提高其光电转换效率(PCE)和使用寿命。

利用超声喷雾热解制备ZnO薄膜有相关报道，普遍存在缺点主要有：(1)沉积温度高，(2)不能实现大面积成膜，(3)原料成本高，(4)原料对人及环境有毒害。例：专利CN1707752 A，以管式炉为加热源，只能制备小面积的ZnO薄膜；薄膜沉积温度高(500～800℃)，只能采用耐高温的无机材料作为衬底。而本发明原料分解温度低，可以在130℃左右制备ZnO薄膜；采用了可移动加热平台作为加热源，可以实现在柔性衬底上制备大面积ZnO薄膜，适应卷对卷工艺及大规模生产要求。又例：Yoshino Kenji. Low-Temperature Growth of ZnO Films by Spray Pyrolysi: 日本, Japanese Journal of Applied Physics, 50(4), (2011年)报导采用二乙基锌而原料，虽然在较低温度(100℃)制备出ZnO薄膜，但原料二乙基锌毒性强，容易着火爆炸，价格昂贵；制备工艺更接近化学气相输运 (CVD) 法，过程控制相对复杂，对氧气和水蒸气控制严格，因此需在惰性气氛下进行；另外以固定的加热台作为加热源，难以实现大面积制膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温、非真空制备大面积氧化锌电子薄膜的方法。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种氧化锌电子薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)前驱液配制

将5～20g可溶性锌盐溶于去离子水，配置成一定浓度的不饱和溶液，置于烧杯。在磁力或电动搅拌作用下，滴入浓氨水，控制溶液PH值范围为7～8，Zn²⁺逐步转化为Zn(OH)₂沉淀；真空抽滤，边抽滤边用大量去离子水反复冲洗沉淀，去除酸根离子(如：CH₃COO^-、NO₃^-、Cl^-等杂质)，干燥沉淀；称取干燥后的沉淀，加入去离子水与甲醇混合液进行分散，再加入氨水直至沉淀溶解，甲醇体积：水与氨水的体积之和为1:2～5，制得pH为10～12，[(Zn(NH₃)₄]²⁺浓度为0.05～0.2mol/L透明的锌铵溶液作为前驱液；

(2)薄膜沉积

将衬底(玻片、PET或PMMA)置于可移动加热台，加热至130℃～200℃，在控制面板上设定可移动加热台的行走方式；将精细雾化喷嘴(以下简称喷嘴)，固定，调整喷嘴高度距衬底200～500mm；运行可移动加热平台的控制程序，可移动加热平台按设定方式自动行走；接入压缩空气并打开喷嘴；取30～100ml的前驱液放入锥形瓶，将蠕动泵接入喷嘴，控制流量为0.5ml/min～5ml/min；通过调压阀将气压控制为1.5atm～5atm，液体经气流冲击雾化，喷洒于衬底后成膜，沉积速度约为2nm/min～10nm/min；

(3)热处理

将制备的ZnO薄膜及衬底加热至200℃～250℃，保温2h以提高其结晶性；若作为TCO薄膜使用，将ZnO薄膜及衬底至于管式气氛炉中，通入弱还原性气体后，抽真空至10^-3 Pa ～10^-2Pa，加热至400℃～800℃，保温2h后自然冷却，以提高导电性。

本发明所用的醋酸锌、硝酸锌、氯化锌等化学试剂均为分析纯(AR)以上。本发明所用的精细雾化喷嘴材质为不锈钢，针嘴孔径为0.3mm～0.5mm。本发明所用可移动加热台加热器为铸铝加热板，中心与边缘温差＜±1℃。

本发明具有如下有益效果：