一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法技术

本发明专利技术公开了一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，包括在气体氛围下对氧化铟透明导电薄膜进行退火处理，所述的气体氛围选自高纯氢气、水蒸气、氮气氢气混合气、一氧化碳、水蒸气空气混合气中的一种或多种。在使用本方法进行退火处理后，氧化铟透明导电薄膜的电阻率得到较大降低，且其在300~1200nm波段的透射率得到明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧化铟透明导电薄膜的生产工艺，尤其涉及一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法。
技术介绍
透明导电薄膜被广泛应用于太阳电池，平板显示器，热镜和有机电致发光二极管等光电子器件。由于这些电子器件的面板上所使用的基板通常本身不具有导电性，因此需要在基板上镀上一层透明导电电极。这种经过制作后具导电性的基板即为透明导电薄膜。由于具有较低电阻率以及在300~1200nm波段间的良好的透过率，氧化铟透明导电薄膜近年来备受人们关注。近年来，为了进一步改善氧化铟透明导电薄膜的电阻率和透过率，研究者开始尝试在制备步骤完成后加入后续的退火步骤，即在高温下对薄膜进行热处理，以促进半导体薄膜中氧化铟晶体的形成。例如，在Phys.StatusSolidiRRL8,No.12,987–990(2014)中，记载了在利用原子层沉积系统（ALD）制备氧化铟透明导电薄膜后，再在200℃下进行1h的氮气退火。然而在退火后，氧化铟透明导电薄膜的电阻率仅下降了0.08mΩ•cm。又例如，在JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.46,No.28,2007,pp.L685–L687中，记载了在利用磁控溅射法制备氧化铟透明导电薄膜后，再在200℃下进行2h的真空退火。然而在退火后，氧化铟透明导电薄膜的电阻率仅仅下降了0.1mΩ•cm。由上述的例子可见，尽管在退火处理后，氧化铟透明导电薄膜的电阻率有所降低，但这种降低的幅度非常小，效果并不明显。这是因为尽管上述的退火处理提高了导电薄膜的结晶，导致载流子迁移率升高并引起电阻率的下降，但其同时引起载流子浓度的下降，导致薄膜电阻率下降并不明显。为了改善氧化铟透明薄膜的电阻率，另一种方案是在薄膜中掺杂其它氧化物。例如，在得到广泛应用的氧化铟锡薄膜（ITO，或者掺锡氧化铟）中，氧化铟与氧化锡的比例约为9:1。在氧化铟中掺杂氧化锡主要是为了提高氧化铟薄膜里的载流子浓度，从而获得更为降低的电阻率，提高薄膜的电导率；然而掺杂氧化锡会同时导致薄膜透过率的下降，尤其是在近红外波段。综上所述，目前对氧化铟透明导电薄膜的后续处理和工艺改良很难实现在有效降低其电阻率的同时保持或提高其透射率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，在使用本方法进行退火处理后，氧化铟透明导电薄膜的电阻率得到较大降低，且其在300~1200nm波段的透射率得到明显提高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：在气体氛围下对氧化铟透明导电薄膜进行退火处理，所述的气体氛围选自高纯氢气、水蒸气、氮气氢气混合气、一氧化碳、水蒸气空气混合气中的一种或多种。当选择多种气体进行混合时，所选用的各种气体之间无比例限制，可为任意配比。专利技术人发现，在使用上述的一种或多种气体作为气体氛围进行退火时，所得的氧化铟透明导电薄膜的电阻率显著降低，且其在300~1200nm波段的透射率得到明显提高。经实验得知，当气体氛围为高纯氢气或水蒸气时，退火后所得的氧化铟透明导电薄膜的电阻率最低。因此，上述的气体氛围进一步优选为高纯氢气或进一步优选为水蒸气。具体而言，在所述的氮气氢气混合气中，氮气与氢气的体积比为99:1至1：99。具体而言，在所述的水蒸气空气混合气中，水蒸气与空气的体积比为99:1至1：99。具体而言，在本专利技术的退火方法中，所述退火处理的退火温度为250℃至600℃，退火时间为3min至5h。本专利技术所使用的氧化铟透明导电薄膜可通过本领域常用的方法进行制备。优选地，所述的氧化铟透明导电薄膜薄膜通过薄膜沉积技术在柔性塑料基底或硬性基底上进行制备，沉积速率为0.1至100埃每秒，衬底温度为25至200℃，制备所得的氧化铟透明导电薄膜厚度为50至1000nm。具体而言，所述的薄膜沉积技术优选为溅射法、化学反应热蒸发法、离子束沉积法、离子束增强沉积法、化学气相沉积法或激光消融沉积法。柔性塑料基底优选为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、萘二甲酸聚乙烯酯（PEN）、聚醚砜（PES）、聚碳酸酯（PC）、聚砜、酚醛树脂、环氧树脂、芳香族聚酯、聚酰亚胺、聚醚酯、聚醚酰胺、乙酸纤维素、脂肪族聚氨酯、聚丙烯晴、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或脂肪族或聚(二(环戊二烯))。所述的硬性基底优选为单晶硅、多晶硅、非晶硅或玻璃。有益效果：1.经本专利技术的方法退火处理后，氧化铟透明导电薄膜在300~1200nm波段范围内的透过率接近90%，近红外波段平均透过率超过925，且电阻率的下降幅度大，退火后电阻率下降至0.35mΩ•cm左右，有望取代目前工业上透过率较差的ITO薄膜，具有良好的产业化前景；2.当使用经本专利技术的退火方法处理后的氧化铟透明导电薄膜作为异质结太阳电池的窗口层时，能够明显提高这些太阳电池的转换效率；3.本专利技术的退火方法所使用的仪器设备主要为退火炉，与现有的氧化铟透明导电薄膜生产工艺对接良好，无需另外使用专门设备。此外，退火工艺在较低温度，如250℃下仍能取得良好效果，故生产成本较低。附图说明下面结合说明书附图和具体实施例，对本专利技术进行进一步的说明。图1示出了实施例1的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图2示出了实施例2的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图3示出了实施例3的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图4示出了实施例4的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图5示出了实施例5的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图6示出了实施例6的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图7示出了实施例7的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图8示出了实施例8的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果；图9示出了实施例9的氧化铟透明导电薄膜在经退火和未经退火处理后在300~1200nm波段的透射率测量结果。具体实施方式以下列举具体实施例对本专利技术进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本专利技术做进一步说明，不代表本专利技术的保护范围，其他人根据本专利技术作出的非本质的修改与调整，仍属于本专利技术的保护范围。在下文的实验步骤中，使用PhysTech公司的RH2035B霍尔效应测试仪对电阻率进行测量；使用日立U-4100紫外/可见/近红外分光光度计对透过率进行测量。实施例1本实施例采用磁控溅射法在玻璃衬底材料上沉积氧化铟透明导电薄膜，并在氮气氢气混合气氛围下进行退火。具体步骤如下：1.通过磁控溅射法在玻璃衬底材料上制备氧化铟透明导电薄膜。该氧化铟透明导电薄膜厚度为100nm，衬底温度为150℃。2.将步骤1所得的氧化铟透明导电薄膜放入退火炉中的石英舟；3.打开高纯氮气开关，向退火管通入高纯氮气两分钟，以将退火炉中的空气排净；4.关闭高纯氮气开关，打开氮气氢混合气的开关，向退火管内通入氮气氢气混合气；在该氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：在气体氛围下对氧化铟透明导电薄膜进行退火处理，所述的气体氛围选自高纯氢气、水蒸气、氮气氢气混合气、一氧化碳、水蒸气空气混合气中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：在气体氛围下对氧化铟透明导电薄膜进行退火处理，所述的气体氛围选自高纯氢气、水蒸气、氮气氢气混合气、一氧化碳、水蒸气空气混合气中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：在所述的氮气氢气混合气中，氮气与氢气的体积比为99∶1至1∶99。3.根据权利要求1所述的改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：在所述的水蒸气空气混合气中，水蒸气与空气的体积比为99∶1至1∶99。4.根据权利要求1所述的改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：所述退火处理的退火温度为250~600℃，退火时间为3min~5h。5.根据权利要求1所述的改良的氧化铟透明导电薄膜退火方法，其特征在于：所述的氧化铟透明导电薄膜通过薄膜沉积技术在柔性塑料基底或硬性基底上进行制备，沉积速率为0.1至100埃每秒，衬底温度为25至200℃，制备所得的氧化铟...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈辉，姚志荣，李圣浩，王学孟，
申请(专利权)人：中山大学，顺德中山大学太阳能研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44