二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜及其制备方法与应用技术

本公开涉及电子材料技术领域，具体提供一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜及其制备方法与应用。所述银层为纯银层，银层厚度变化对应不同的光电性能。其制备方法包括如下步骤：以氩气为等离子体气源，以氧气为反应气体，采用远源等离子体溅射技术首先在衬底上反应溅射沉积一层二氧化钛薄膜，然后在二氧化钛薄膜上直流溅射一层纯银薄膜，在溅射过程中，控制氧气流量和溅射功率，最后在此基础上再反应溅射一层二氧化钛薄膜，既得。解决现有技术中透明导电膜往往掺杂F使得制备过程操作不易，成本较高，具有毒性，且对废弃物的处理也有一定的要求的问题。

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜及其制备方法与应用
本公开涉及电子材料
，具体提供一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜及其制备方法与应用。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，高分辨率，大尺寸平面显示器，太阳能电池，节能红外反射膜，电致变色窗等广泛应用，对透明导电薄膜的需求愈来愈大。透明导电薄膜不但要求好的导电性，还要有优良的可见光透光性。从物理学的角度，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。而透明导电薄膜正是将透明性与导电性相结合成为功能材料中具有特色的一类薄膜，在光电产业中具有广阔的应用前景。为了使材料具有通常所述的导电性，就必须使其费米球的中心偏离动量空间原点，也就是说，按照能带理论在费米球及附近的能级分布很密集，被电子占据的能级和空能级之间不存在能隙。这样当有入射光进入时，很容易产生内光电效应，光由于激发电子失掉能量而衰减。所以，从透光性的角度不希望产生内光电效应，就要求禁带宽度必须大于光子能量。宽带透明导电氧化物半导体，要保持良好的可见光透光性，其等离子频率就要小于可见光频率，要保持一定的导电性就需要定的载流子浓度，而等离子频率与载流子浓度成比例。透明导电膜的开发就是基于如何使二者更好的有机统一起来。自从在透明导电氧化物(TCO)中第一次发现透光性与导电性可以共存后，新型TCO的开发及复合多层膜的设计都是围绕着这样一对矛盾体进行的。TCO可通过成分调整实现对带隙结构、载流子浓度和迁移率以及功函数等的控制来使其透光性与导电性矛盾的统一。单一金属膜由于透光性较差使其应用受到限制，因此，常与高折射率的电介质形成复合多层膜，这样就将金属的导电性与消反增透膜的透光性有机的统一起来，后来发展的高折射率TCO与金属的复合也都获得了很好的透光性与导电性匹配。早期研究根据材料的不同可将其分为金属透明导电薄膜、氧化物透明导电薄膜(TCO)、非氧化物透明导电薄膜及高分子透明导电薄膜。近几年来薄膜工艺得到迅猛发展特别是透明导电薄膜方面部分已经实现了工业化生产。自1907年Bakdeker将溅射的镉进行热氧化首次制备出透明导电氧化镉薄膜以来相继出现了SnO2基薄膜In2O3基薄膜等不同类型的透明导电薄膜材料，并在众多领域实现了应用形成了一定的市场规模。其中应用最广泛的是ITO薄膜，但是该薄膜制备过程及应用存在着很大的缺点即In的毒性及In资源的稀缺造成生产成本高昂，因而从长远看来未来ITO薄膜的应用必将受到相当大的制约另一种应用较为广泛的透明导电薄膜是FTO薄膜。然而，专利技术人发现，目前大多作为薄膜太阳能电池的透明电极使用但这种薄膜也存在一定的不足，即F具有腐蚀性导致制备不易成本较高同时由于掺杂F使得制备过程具有毒性对废弃物的处理也有一定的要求。另外目前大多数商业化应用的透明导电薄膜均需要高沉积温度或后退火处理以达到预期的光电性能，然而这样就会导致工序繁琐，成本较高。同时难以在无法耐高温的柔性衬底上(例如PET或PEN)制备透明导电薄膜。
技术实现思路
针对现有技术中透明导电膜往往掺杂F使得制备过程操作不易，成本较高，具有毒性，且对废弃物的处理也有一定的要求的问题。本公开一个或一些实施方式中，提供一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜，所述银层为纯银层，银层厚度变化对应不同的光电性能。本公开一个或一些实施方式中，提供一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法，包括如下步骤：以氩气为等离子体气源，以氧气为反应气体，采用远源等离子体溅射技术首先在衬底上反应溅射沉积一层二氧化钛薄膜，然后在二氧化钛薄膜上直流溅射一层纯银薄膜，在溅射过程中，控制氧气流量和溅射功率，最后在此基础上再反应溅射一层二氧化钛薄膜，既得。本公开一个或一些实施方式中，提供上述二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜或上述二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法制得的产品在薄膜太阳能电池中的应用。本公开一个或一些实施方式中，提供上述二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜或上述二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法制得的产品作为TCO薄膜的应用。上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：1)本专利技术的二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法，是采用远源等离子体溅射技术在衬底上直流溅射沉积薄膜，通过控制反应溅射过程中的氧气流量和溅射功率，在相对较低的溅射功率和氧流量条件下，通过控制中间层银薄膜的厚度来调控透明导电膜的光电性能；该二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜致密且均匀，具有良好的化学稳定性和机械强度，在可见光范围内透光率高，电阻率低，具有良好的光电性能。本专利技术的制备方法，溅射速度快，溅射温度低，可重复性好，耗能低，生产成本低，适合推广应用。2)本专利技术所得透明导电膜致密且均匀，具有良好的化学稳定性、机械强度和光电性能，载流子浓度高达1022cm2/vs,载流子迁移率为高达10cm2V-1s-1，电阻率在10-5Ω·cm数量级，可见光透过率大于90％。本专利技术的制备方法，溅射速度快，溅射温度低，可重复性好，耗能低，生产成本低，适合推广应用。附图说明构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为具体实施方式中所用远源等离子体溅射系统的结构示意图；图2为沉积态二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同厚度的X射线衍射图谱；图3为实施例4二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在不同放大倍数下的扫描电子显微镜图谱；图4为包含实施例1、2、3、4、5和6的二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同沉积时间的可见光透过率检测结果示意图；图5为包含实施例1、2、3、4、5和6的沉积态二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同厚度的电学性能；图6为包含实施例1、2、3、4、5和6的沉积态二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同厚度的方块电阻检测结果；图7为包含实施例1、2、3、4、5和6的沉积态二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同厚度的电流电压曲线检测结果；图8为纯二氧化钛薄膜在450℃退火后的X射线衍射图谱；图9为二氧化钛/银/二氧化钛透明导电薄膜在中间层银薄膜不同厚度时的电学性能，从上到下依次为霍尔迁移率，载流子浓度，电阻率。其中：1.等离子体源发射系统；2.射频天线线圈；3.衬底样品架；4.反应气体气路；5.电磁铁；6.靶材；7.循环水；8.铜板；9.真空腔室；10石英管。具体实施方式下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。针对现有技术中透明导电膜往往掺杂F使得制备过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜，其特征在于，所述银层为纯银层，银层厚度变化对应不同的光电性能；/n优选的，银层厚度提高，则电阻率下降，透光率提高，反之，则相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜，其特征在于，所述银层为纯银层，银层厚度变化对应不同的光电性能；
优选的，银层厚度提高，则电阻率下降，透光率提高，反之，则相反。


2.如权利要求1所述的二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜，其特征在于，二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜为非晶结构，或非晶与晶体结构的混合物。


3.一种二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以氩气为等离子体气源，以氧气为反应气体，采用远源等离子体溅射技术首先在衬底上反应溅射沉积一层二氧化钛薄膜，然后在二氧化钛薄膜上直流溅射一层纯银薄膜，在溅射过程中，控制氧气流量和溅射功率保持稳定，通过控制溅射时间控制银薄膜厚度，最后在此基础上再反应溅射一层二氧化钛薄膜，既得；
优选的，溅射靶材为高纯钛和银金属靶材；
优选的，反应溅射二氧化钛过程中氩气流量为60-70sccm，优选为70sccm，氧气的流量为4-5sccm，优选为4.5sccm，等离子体发射源功率为1000-1500W，优选为1200W，靶材加速偏压功率300-500W，优选为400W；
优选的，两层二氧化钛反应溅射时间均为4-7min，优选为5min，厚度共为90-110nm，优选为100nm；
优选的，直流溅射银薄膜溅射时间为0-90s，不含0s，银薄厚度为0-15nm，不含0nm；溅射过程中氩气流量为65-75sccm，优选为70sccm；
优选的，等离子体发射源功率为450-550W，优选为500W，靶材加速偏压功率50-150W，优选为100W。


4.如权利要求3所述的二氧化钛/银/二氧化钛透明导电膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)首先把衬底固定在样品架上，然后放入腔体中，接下来关闭舱门，开始抽真空，在抽真空过程中对系统进行调零；
2)向真空腔体中通入氩气，等待真空腔体里面的压强趋于稳定；
3)打开等离子体发射电源，使得氩气在真空石英管中形成等离子体，然后再打开电磁铁电源，使无规则的等离子体在腔体中形成等离子体束，产生的等离子体束充满腔体，接下来打开衬底挡板，开始清洗衬底；
4)清洗完衬底后，关闭挡板，打开电磁线圈电源，打开靶材加速电源，此时等离子体开始轰击靶材，即清洗靶材；
5)接下来打开衬底挡板，薄膜沉积过程正式开始；
6)等待薄膜沉积完成后，关闭衬底挡板，然后关闭靶材加速电源，关闭等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋安刚，霍方方，朱地，胡俊华，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37