一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光伏电池技术领域，提供了一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材及其制备方法和应用，本发明专利技术采用特定含量的SnO2、TiO2、CeO2、X的氧化物、ZrO2、HfO2对氧化铟进行掺杂制得多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，X为V、Nb、Cr、Mo、Ta、W中的一种或几种，总掺杂浓度较低，降低烧结温度，多元氧化物掺杂氧化铟基靶材的密度在7.080

【技术实现步骤摘要】
一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光伏电池
，更具体地，涉及一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氧化铟(In2O3)基靶材(简称为ITO靶材)制备的透明导电氧化物薄膜(简称为TCO薄膜)，主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。由于具有禁带宽、电阻率低、可见光区光透射率高和红外光谱区光反射率高等优良的光电特性，长期以来被广泛应用于平板显示器、太阳能电池、有机发光二极管、低辐射玻璃、特殊功能窗涂层、透明薄膜晶体管及柔性电子器件等领域。
[0003]不同元素掺杂的氧化铟基靶材，制备的TCO薄膜光电性能各异。随着面板显示、光伏电池等行业的发展，对TCO薄膜提出了更高的光学性能与电学性能要求。纯In2O3靶材制备的TCO薄膜，其迁移率高达80
‑
150cm2/V.S，但其烧结温度过高(In2O3熔点2000℃)，一般通过掺杂氧化物来降低烧结温度。低掺杂浓度的ITO靶材，由于铟含量仍然较高，烧结温度需高达1850
‑
1950℃，才能制备出适合PVD溅射镀膜所需的高密度靶材，能耗较高，且对烧结设备的要求较高。传统的ITO靶材，SnO2作为助烧物的加入，可以降低ITO靶材的烧结温度，但会对薄膜的透光性能及电学性能造成影响，且掺杂浓度过高会造成晶界散热及生成不导电的In4Sn3O
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二次相。
[0004]因此，亟需开发一种掺杂浓度低、密度高的靶材，且由其所制得的TCO薄膜具有较高的迁移率和透光率。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材及其制备方法和应用，本专利技术提供的多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，密度在7.080
‑
7.121g/m3之间，晶粒尺寸9.8
‑
12.8μm，靶材具有低掺杂、高密度的特点；靶材使用物理气相沉积溅射镀膜，制得的TCO薄膜的迁移率43
‑
75cm2/(V.s)之间，透光率(@400
‑
1200nm)达到88.5
‑
90.8％，同时满足高迁移率和高透光率的要求。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材。
[0007]具体地，一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，按照质量份计，包括如下组分：
[0008][0009]所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料还包括ZrO
2 0
‑
200ppm和HfO
2 0
‑
50ppm，ZrO2的质量不为零，HfO2的质量不为零。
[0010]为了制备高密度低掺杂的氧化铟基靶材，本专利技术通过掺杂SnO2、TiO2、ZrO2作为助烧物，有效降低烧结温度。配位数为6的四价Ce离子半径为0.101nm，接近配位数为6的三价In(0.094nm)，掺杂点位晶格微应变化小，与In2O3相比，CeO2具有较大的标准生成焓，可以减少氧缺位的密度，从而提高结晶度，CeO2的加入，使得Ti、Zr多元掺杂体系的四方相结构稳定，减少了晶界散射对载流子传输的影响。TiO2经典的结构为锐钛矿型和晶红石型，同时掺杂CeO2，通过CeO2与TiO2、ZrO2、HfO2之间的同价掺杂，可以提高TiO2的高温稳定性，且不会发生晶格畸变，从而提高靶材的热稳定性和结晶度，晶粒尺寸较均匀，从而提高致密度；TiO2、ZrO2、HfO2的掺杂，还在保持高迁移率的同时提高薄膜的可见光和近红外透过率；但ZrO2及HfO2的掺杂量过多和过少效果均不佳，过多会引起靶材的热膨胀，且造成较多的氧空位，过少或者不加则达不到增强靶材密度的效果。另外，本专利技术还同时掺杂高价元素氧化物(V(+5)、Nb(+5)、Cr(+6)、Mo(+6)、Ta(+5)、W(+6))，掺杂的高价离子与氧化物中被替代离子的化合价相差较大，每个掺杂离子较Sn
4+
提供了更多的自由载流子，提高了掺杂效率，在相同掺杂浓度下，可获得较高的自由载流子浓度，提高迁移率。
[0011]优选地，所述多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，按照质量份计，包括如下组分：
[0012][0013][0014]进一步优选地，所述多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，按照质量份计，包括如下组分：
[0015][0016]优选地，所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料还包括ZrO
2 100
‑
200ppm和HfO
2 20
‑
50ppm。
[0017]进一步优选地，所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料还包括ZrO
2 125
‑
200ppm和HfO225
‑
50ppm。
[0018]优选地，所述ZrO2和HfO2的质量比为(3
‑
5)：1。
[0019]进一步优选地，所述ZrO2和HfO2的质量比为(3
‑
4.5)：1。
[0020]更优选地，所述ZrO2和HfO2的质量比为(3
‑
4)：1。
[0021]优选地，所述X的氧化物包括V2O5、Nb2O5、CrO3、MoO3、Ta2O5、WO3中的一种或几种。
[0022]本专利技术的第二方面提供一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材的制备方法。
[0023]一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材的制备方法，包括如下步骤：
[0024]将各组分混合，制得混合料，喷雾干燥，制得混合氧化物粉体，注入模具内静压成型，制得靶材素胚，脱脂，烧结，制得所述多元氧化物掺杂氧化铟基靶材。
[0025]优选地，所述将各组分混合后，还包括研磨。
[0026]优选地，所述研磨后还包括添加粘结剂和/或增塑剂。
[0027]优选地，所述添加粘结剂和/或增塑剂后，还包括过滤。
[0028]优选地，所述研磨包括先采用Φ0.40
‑
0.80mm锆珠研磨6
‑
10h，转速为400
‑
800rpm，再使用Φ0.10
‑
0.50mm锆珠研磨6
‑
10h，转速为600
‑
1000rpm。
[0029]进一步优选地，所述研磨包括先采用Φ0.60
‑
0.80mm锆珠研磨8
‑
10h，转速600
‑
800rpm，再使用Φ0.30
‑
0.50mm锆珠研磨8
‑
10h，转速800
‑
1000rpm。
[0030]优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇(PVA)。
[0031]优选地，所述增塑剂为聚乙二醇(PEG)。
[0032]优选地，所述粘结剂的质量占混合料的总质量的0.4
‑
2.5％。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，其特征在于，按照质量份计，包括如下组分：X的氧化物0.1
‑
3份，所述X为V、Nb、Cr、Mo、Ta、W中的一种或几种；所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料还包括ZrO
2 0
‑
200ppm和HfO
2 0
‑
50ppm，所述ZrO2的质量不为零，HfO2的质量不为零。2.根据权利要求1所述多元氧化物掺杂氧化铟基靶材，其特征在于，按照质量份计，包括如下组分：X的氧化物0.1
‑
1份。3.根据权利要求1所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料，其特征在于，还包括ZrO2100
‑
200ppm和HfO
2 20
‑
50ppm。4.根据权利要求1所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料，其特征在于，所述ZrO2和HfO2的质量比为(3
‑
5)：1。5.根据权利要求1所述多元氧化物掺杂氧化铟基材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛春桥，陈露，李强，杨进明，柳春锡，
申请(专利权)人：中山智隆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：