用高温氧化方法制备透明低阻/高阻复合膜技术

高温氧化方法制备透明低阻／高阻复合膜，本项发明专利技术所属域为新型光电子材料。本发明专利技术主要是采用新的制作工艺，改善太阳能电池所需透明电极的性能，提高太阳能电池的转换效率。在作ＣｄＳ／ＣｄＴｅ电池过程中，为了提高对紫外光的利用，需要降低ＣｄＳ薄膜的厚度，同时也为了增强膜层之间的结合力，改善电池的填充因子，需要在透明导电薄膜与ＣｄＳ层之间增加一层透明高阻过渡层薄膜。用高温氧化方法制备透明低阻／高阻复合膜，一次性将透明导电薄膜处理成透明低阻／高阻复合膜，而无需再用物理或化学方法沉积一层透明高阻膜。该发明专利技术减化了生产工艺，大幅降低产品成本。该发明专利技术还可用于液晶显示器和塑料显示器的透明电极。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一所属
本项专利技术所属领域为，新型光电子材料。二
技术介绍
Badeker于1907年首次报道CdO的透明导电特性以来，透明导电薄膜(Transparent Conducting Oxide，TCO)的应用和研究得到了飞速发展。TCO薄膜是制备太阳能电池、液晶显示器、电致发光器件及多种光电件和传感器件的重要材料。TCO薄膜的电阻率低于10-3Ω.cm，可见光透过率大于85％。目前，作为透明导电薄膜材料，研究和使用得最多的是金属氧化物，比较典型的有SnO2∶F、ZnO∶Al、CdO、In2O3、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4和In2O3∶Sn(ITO)等。TCO薄膜其基本材料为金属氧化物。金属氧化物在特定的制备条件下，在受热或真空环境中会失去部分氧原子，在晶格氧原子处出现氧空位，原来与氧原子配对的两个电子被弱约束在氧空位周围，室温的热能就可以使电子脱离约束，在晶体中自由运动，成为晶格中的自由运动载流子。氧空位表现为如同带有两个正电荷。下式为氧空位与晶格氧离子及电子的关系式O0<＝>1/2O2(g)V0+2e^ V表示空位，下标0表示处于晶格中的氧离子位置，上标.和^表示正负有效电荷。在II-VI族多晶化合物半导体薄膜电池中，CdS薄膜广泛用于太阳能电池窗口层，并作为n型层与p型CdTe材料形成pn结，构成将入射太阳光能转换为电能的阳光电池。在CdS/CdTe电池中，为了得到较高短路电流密度，必须减薄CdS厚度；但CdS层厚度减薄后，膜的均匀性受到影响、会出现微孔造成局部短路、破坏pn结特性。为了解决此矛盾，需要在透明导电薄膜和CdS之间引入一层透明高阻过渡层薄膜。经过实践，比较常规的做法是选透明导电膜的本征材料，作为透明高阻膜材料。如透明导电SnO2∶F薄膜，其高阻膜通常选本征SnO2作为透明高阻膜材料。透明导电薄膜ZnO∶Al，其高阻层材料选本征ZnO。另外，Al2O3、SiO2和TiO2等也可作为透明高阻膜。制备透明高阻过渡层薄膜的方法很多，已报道的有射频、直流磁控溅射；常压、低压化学气相沉积(APCVD/LPCVD和等离子增强化学气相沉积(PECVD)等。三
技术实现思路
本专利技术的目的，是寻找一种新的方法和新的工艺，生产大面积、低成本的透明低阻/高阻复合薄膜。本专利技术所采用的技术手段是在高浓度氧气氛下对透明导电薄膜(TCO)进行高温氧化，形成一层透明本征高阻层。金属氧化物导电是因为它已成为兼并半导体。在金属氧化物体内，由于氧缺位存在，会贡献n型载流子；另一方面F离子的掺入，替代晶格氧的位子，也会贡献n型载流子。如果能对体内的氧缺位进行补偿，在局部就会将低电阻区变为高电阻区。本专利技术利用高温氧化的方法，在TCO表面形成高阻区，达到在透明导电薄膜制备基础上，一次性形成低阻高阻复合薄膜的目的。缩短生产周期，降低生产成本，显著提高CdTe太阳电池转换效率。其基本原理是利用前面表述的关系式，在高温高氧的环境中，让氧原子扩散进入晶体，补偿缺位的氧原子，从而减少晶体内的自由载流子数量，增大晶体的电阻率。具体做法是将导电TCO薄膜放在封闭的容器中，通入氧气或氧气再携带双氧水或臭氧，将样品加温至350-550℃，氧化时间可根据膜厚及所需高阻范围等因素选择。四附图说明图1为高温氧化装置结构示意中1表示上下加热装置，2表示进出气孔，3表示封闭加热容器，四表示导电薄膜样品。将透明导导电薄膜样品放入一封闭的容器中，通入氧气和氧气再携带双氧水进入容器，加温致300-550℃。时间可根据所需高阻薄膜的厚度进行调节。图2为复合薄膜的结构图。图2表示高阻/低阻复合薄膜结构。7表示玻璃衬底，6表示透明导电薄膜，5表示透明高阻薄膜。未氧化时，该结构为透明导电薄膜与薄膜衬底。氧化后，结构变为玻璃衬底加透明导电薄膜和透明高阻薄膜，形成了透明复合薄膜。五具体实施例方式结合附图详细说明本专利技术的实施方式。实施例一将TCO薄膜放入密闭的容器。TCO薄膜可以为如下的薄膜ITO，SnO2∶F(Sb、Cl、In、Ni、P)，ZnO∶Al(F、In、B、Ga)，Cd2SnO4，Zn2SnO4等。容器可以为石英或钢质容器。要求在高温下有密闭性，保证里面的工作气氛不会泄漏。通入纯氧气。用纯氧排除容器中的大气。温度升到需要的温度时，放入样品进行氧化。从关系式O0<＝>1/2O2(g)V0+2e^可以了解到，在高温纯氧环境中，氧离子将向晶体内扩散，扩散的氧离子一部分将填补氧空位，从而减少载流子浓度，增大薄膜的电阻率。氧化后，晶体结构不会发生变化，有利于可见光透过。此方法的一个显著的优点是没有明显的过渡界面，不会有新增应力，膜的结合好，有利于载流子的传输。实施例二将TCO薄膜放入密闭的容器。TCO薄膜可以为如下的薄膜ITO，SnO2∶F(Sb、Cl、In、Ni、P)，ZnO∶Al(F、In、B、Ga)，Cd2SnO4，Zn2SnO4等。容器可以为石英或钢质容器。要求在高温下有密闭性，保证里面的工作气氛不会泄漏。通入纯氧气，并用纯氧气通过一盛满双氧水的容器，氧气从双氧水底部冒出，使得氧气中携带有大量的双氧水分子。将这种携带有双氧水的氧气再通入加热氧化容器中。携带双氧水的目的，是加大高温氧化环境中的氧氛围。特别是双氧水的氧化性很强，有利于氧离子向TCO薄膜的扩散，更容易获得高阻薄膜。同实施例一表述的一样，此方法的一个显著的优点是没有明显的过渡界面，不会有新增应力，膜的结合好，有利于载流子的传输。复合膜的结构和透过率都于氧化前的TCO薄膜一样。实施例三将TCO薄膜放入密闭的容器。TCO薄膜可以为如下的薄膜ITO，SnO2∶F(Sb、Cl、In、Ni、P)，ZnO∶Al(F、In、B、Ga)，Cd2SnO4，Zn2SnO4等。容器可以为石英或钢质容器。要求在高温下有密闭性，保证里面的工作气氛不会泄漏。将氧气从臭氧发生器中通过，使氧分子部分被变成臭氧分子。由于臭氧分子不稳定，再高温下氧化能力更强，有助于对透明导电薄膜表面的氧化，生产高阻/低阻复合薄膜。实施例四在生产透明导电薄膜装置上，连接高阻氧化装置，使透明导电薄膜和透明高阻薄膜同时生成。该方式具有周期短，节约成本，降低能源消耗等优点。高阻氧化装置可采取前面实施例一、二、三中所述原理。从实施例可以看到，用高温氧化的方法制备透明低阻/高阻复合薄膜，具有工艺简单、生产成本低；成品质量能得到保证、产量可以很大；复合层没有明显的界面，没有引入新的缺陷、摸的结合力好，同时也有利于载流子的传输；复合薄膜的结构和可见光透过率没有改变。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个使用高温氧化方法制备透明低阻／高阻复合膜的方法。其特征是，在透明低电阻膜（金属氧化物，ＴＣＯ）的基础上，用高温氧化的方法，让氧离子向透明低电阻薄膜内扩散，对透明低阻膜内的氧缺位进行补偿，从而形成低阻高阻复合膜。

【技术特征摘要】
1.一个使用高温氧化方法制备透明低阻/高阻复合膜的方法。其特征是，在透明低电阻膜(金属氧化物，TCO)的基础上，用高温氧化的方法，让氧离子向透明低电阻薄膜内扩散，对透明低阻膜内的氧缺位进行补偿，从而形成低阻高阻复合膜。2.如权利要求1所述的高温氧化方法，可以在纯氧环境中进行，可以由纯氧携带双氧水进入氧化室对透明导电薄膜进行氧化。也可以让氧气同过臭氧发生器，在氧气中生成部...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯良桓，雷智，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]