一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法及应用技术

一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法及应用，属于光电子器件领域。利用真空镀膜技术生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过PS微球模板或光刻模板技术辅助构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T。相比于常规TCO薄膜，本发明专利技术设计和实现的多功能复合薄膜Glass/Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T具有生长温度低，器件界面处低损伤，微观网格结构可调控，兼具透明导电以及传输电子或空穴等性能。该类型复合薄膜Oxide‑B/Metal‑Mesh/Oxide‑T可应用于光电子器件领域。

【技术实现步骤摘要】
一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法及应用
本专利技术属于光电子器件(如太阳电池和发光二极管等)领域，特别是复合多功能透明导电薄膜及太阳电池应用。
技术介绍
透明导电氧化物(transparentconductiveoxide-TCO)薄膜材料是太阳电池的重要组成部分，参见文献：A.V.Shah,H.Schade,M.Vanecek,etal.ProgressinPhotovoltaics12(2004)113-142、J.Müller,B.Rech,J.Springer,etal.SolarEnergy77(2004)917-930。当前薄膜电池中应用最为广泛的TCO薄膜是F掺杂SnO2薄膜(SnO2:F-FTO)和Sn掺杂In2O3薄膜(In2O3:Sn-ITO)。常规FTO和ITO薄膜通常需要较高的生长温度较高(～200-500℃)。TCO薄膜在多种光电器件(如太阳电池，发光二极管等)中扮演着重要的角色。对于太阳电池方面的应用来说，TCO可作为硅异质结太阳电池和薄膜太阳电池(硅基薄膜，CIGS，CdTe，Perovskite，OPV)的透明电极和抗反射层。作为太阳电池电极层，TCO应该在约320-1200nm有很高的透过率，对于传统的ZnO,ITO或FTO薄膜来说，很难平衡近红外(NIR)与近紫外(NUV)的透过率。当载流子浓度提高，由于B-M效应造成带隙展宽获得更好的NUV透过率时，由于高的载流子浓度增加载流子的吸收因而导致了NIR透过率的减小。为了能够解决这种矛盾，如对于ZnO-TCO薄膜来说，采用MgO作为一种掺杂剂或降低，参考文献：S.H.Jang,S.F.Chichibu,Structural,elastic,andpolarizationparametersandbandstructuresofwurtziteZnOandMgO,JournalofAppliedPhysics,2012,112:073503-073506；X.Gu,L.Zhu,Z.Ye,etal.HighlytransparentandconductiveZn0.85Mg0.15O:Althinfilmspreparedbypulsedlaserdeposition,SolarEnergyMaterialsandSolarCells,2008,92:343-347；S.W.Shin,I.Y.Kim,G.H.Lee,etal,DesignandgrowthofquaternaryMgandGacodopedZnOthinfilmswithtransparentconductivecharacteristics,CrystalGrowth&Design,2011,11:4819-4824。这样既展宽了带隙，又不会因为高的载流子减少了近红外边的透过率，这将同时改善近红外和近紫外的透过率。因此，这将有利于改善硅基太阳电池的量子效率。此外，引入氢气能够改善ZnO薄膜的电学性能，参考文献：Y.R.Park,J.Kim,Y.S.Kim,.EffectofhydrogendopinginZnOthinfilmsbypulsedDCmagnetronsputtering,AppliedSurfaceScience,2009,255:9010-9014.)，H能够作为浅施主改善薄膜的特性，参见文献：ChrisG.VandeWalle.HydrogenasaCauseofDopinginZincOxide,PhysicalReviewLetters85(2000)1012-1015。此外，银纳米线和石墨烯等也可作为透明导电电极-TCE材料。银纳米线通常采用溶液法制备，其具有优良的导电能力，方块电阻为6.5Ω/□，光学透过率高，最大透过率可达91％，但稳定性和重复性相对较差；石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯薄膜可采用化学气相沉积的方法制备，典型的石墨烯TCE的方块电阻约为200-1000Ω/□，透过率不高于90％，通过增加石墨烯的层数可以降低薄膜的方块电阻，但也会导致透过率的下降；碳纳米管是通过将石墨烯折叠成圆柱形空心结构而形成的，按照石墨烯的层数可分为单臂石墨烯和多臂石墨烯，长度通常为几到几十微米，堆叠碳纳米管层数可以提高其电学性能但会导致透明度降低，单臂石墨烯的电阻率更低，方块电阻率为60–870Ω/□，透过率为70～90％(M.Layani,A.Kamyshny,S.Magdassis,Transparentconductorscomposedofnanomaterials,Nanoscale,2014,6:5581-5591)。生长TCO薄膜方法很多，有磁控溅射技术，金属有机化学气相沉积技术和溶胶-凝胶技术，反应等离子体沉积技术，原子层沉积技术等。磁控溅射技术和反应等离子体沉积技术具有生长温度低，镀膜速率高，大面积成膜等优势。本专利技术利用真空镀膜技术(包括且不限于反应等离子沉积RPD技术、磁控溅射技术、热蒸发技术、原子层沉积ALD技术等)生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过聚苯乙烯(PS)微球模板技术辅助构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T，其中金属(Metal)层为网格(Mesh)结构，网格结构提供良好的透过率和导电性，将Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T应用于光电子器件。上述技术特征区别于当前其他镀膜生长获得TCO薄膜的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术分析，提供一种利用真空镀膜技术(包括且不限于反应等离子沉积RPD技术、磁控溅射技术、热蒸发技术、原子层沉积ALD技术等)生长氧化物薄膜，而采用磁控溅射技术生长金属薄膜，并借助PS微球模板技术实现金属网格结构，从而实现多功能复合Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T薄膜并应用于光电子器件如太阳电池等。本方法解决常规镀膜技术生长TCO薄膜光学和电学性能差、衬底温度高和对器件界面材料损伤等缺点，提供了一种新型透明导电薄膜材料设计和方法，改善薄膜光学和电学性能，并提供电子或空穴的高效传输。该专利技术实现的Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T薄膜可应用于太阳电池或发光二极管和光电探测器，有效地提高了器件性能。本专利技术的技术方案：一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法，属于光电子器件领域。利用利用真空镀膜技术(包括且不限于反应等离子沉积RPD技术、磁控溅射技术、热蒸发技术、原子层沉积ALD技术等)生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过有机聚合物PS微球模板技术辅助或光刻技术构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T，其中金属(Metal)层为网格(Mesh)结构。金属网格层材料可实现设计为Au,Ag,Cu和Al等，特征尺寸范围为0.5-30μm；而底氧化物层(Oxide-B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：利用真空镀膜技术生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过有机聚合物PS微球模板技术辅助或光刻技术构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T，其中金属(Metal)层为网格(Mesh)结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：利用真空镀膜技术生长氧化物薄膜，而磁控溅射技术生长超薄金属薄膜，并通过有机聚合物PS微球模板技术辅助或光刻技术构建金属网格结构，从而实现多功能复合薄膜Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T，其中金属(Metal)层为网格(Mesh)结构。


2.根据权利要求1所述的多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：所述的真空镀膜技术包括且不限于反应等离子沉积RPD技术、磁控溅射技术、热蒸发技术、原子层沉积ALD技术。


3.根据权利要求1所述的多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：通过PS微球模板技术辅助或光刻技术构建金属网格结构，多功能复合薄膜Glass/Oxide-B/Metal-Mesh/Oxide-T，其中金属(Metal)层为网格(Mesh)结构。


4.根据权利要求1所述的多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：金属网格层材料设计为Au、Ag、Cu或Al，特征尺寸范围为0.5-30μm。


5.根据权利要求1所述的多功能复合透明导电薄膜的方法，其特征是：底氧化物层(Oxide-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新亮，李跃龙，刘璋，侯国付，赵颖，张晓丹，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12