一种透明导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开的透明导电膜，在有机聚合物衬底上依次沉积有第一Ｇａ掺杂的ｎ型ＺｎＯ薄膜、金属层和第二Ｇａ掺杂的ｎ型ＺｎＯ薄膜。采用磁控溅射法制备，方法简单，本发明专利技术的透明导电膜电学性能优异，方块电阻为２～５Ω／ｓｑ。具有质量轻、可折叠、不易碎、易于大面积生产、便于运输及成本低等优点，可应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池，可用作透明电磁屏蔽及触敏覆盖层等，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，氧化锌(Zn0)透明导电膜得到了非常广泛的研究。氧化锌薄膜相对于铟 锡氧化物(ITO)而言，具有原材料丰富、无毒、掺杂可以提高薄膜的电导率和稳定性等优 点。作为一种重要的光电子信息材料，氧化锌透明导电膜优良的光电特性使其在太阳能电 池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。目前多层结构的透明导电膜在衬底上依 次沉积有第一 ZnO膜层、金属层和第二 ZnO膜层，这种透明导电膜的第一、第二 ZnO膜层均 未掺杂，其电阻高，电学性能较差。 为了得到更优异的电学性能，通常会进行ZnO的掺杂，主要是III主族元素。在所 有的掺杂元素中，Ga和Zn原子半径最为接近，而且Ga-0键和Zn-0键的键长比较接近，因此 Ga原子代替Zn原子后，引起的ZnO晶格畸变小，有利于Ga的掺入，而且与Al相比，Ga不易 氧化。所以Ga被认为最有前途的掺杂元素。 氧化物/金属/氧化物多层结构，在不是很显著降低可见光透过率的基础上，可以 大大提高单层氧化物的电学性能。金属层的选择主要有Ag、Cu和Al，由于Ag成本较高，而 Al易氧化，因此Cu是最佳的选择。 有机衬底透明导电膜不但具有玻璃衬底透明导电膜的光电特性，而且有许多独特 优点。它可作为可折叠液晶显示器、非晶硅太阳能电池的透明电极，还可作为可粘贴式汽车 玻璃防霜冻膜，在透明电磁屏蔽和可折叠反射热镜上也有广泛的应用，为开发柔性全透明 器件提供了一种新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电学性能优良的透明导电膜及其制备方法。 本专利技术的透明导电膜在衬底上依次沉积有第一 ZnO膜层、金属层和第二 ZnO膜层，其特征在于衬底是有机聚合物，第一 ZnO膜层和第二 ZnO膜层均为Ga掺杂的n型ZnO薄膜，金属层是铜。 上述的有机聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酩(PC)、有机玻璃(P匿A)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。 透明导电膜的制备方法，包括以下步骤 1)称量纯的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩尔百分含量为4% ，将上述粉末球磨混合 均匀、压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得掺Ga的ZnO陶瓷靶； 2)采用射频磁控溅射法，以掺Ga的ZnO陶瓷靶为靶材，在有机聚合物衬底上沉积 一层Ga掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真 空度至少抽至3X10—3pa，生长室通入纯氩气和纯氧气，控制压强为0. 1 3.0Pa，Ar : 02 =i : o o : i，溅射功率ioow 300W; 3)采用直流反应磁控溅射法，以纯Cu为金属耙材，在步骤2)制得的Ga掺杂的n型ZnO薄膜上沉积Cu薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真空度至少抽至3X 10—3Pa，生长室通入纯氩气，控制压强为0. 5 3. OPa，溅射功率100W 200W ; 4)同步骤2)的方法，在Cu层上沉积一层掺Ga的n型ZnO薄膜。 上述纯氩气的纯度为99. 99%以上，纯氧气的纯度为99. 99%以上。ZnO、 Ga203粉末和金属Cu块的纯度均为99. 99%以上。 透明导电膜各层的厚度可以由沉积时间来决定。 本专利技术的优点是 1)制备方法简单，可在室温下生长，本专利技术的透明导电膜电学性能优异，方块电阻 为2 5Q/sq。 2)本专利技术的多层结构透明导电膜，采用柔性衬底，具有质量轻、可折叠、不易碎、易 于大面积生产、便于运输及成本低等优点，可应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和 柔性衬底非晶硅太阳能电池，可用作透明电磁屏蔽及触敏覆盖层等，还可作为透明隔热保 温材料用于塑料大棚。附图说明 图1是透明导电膜结构示意图。 具体实施例方式以下结合附图及具体实例进一步说明本专利技术。 参照图l，本专利技术的透明导电膜在衬底l上依次沉积有第一ZnO膜层2、金属层3和 第二 ZnO膜层4，衬底是有机聚合物，第一 ZnO膜层和第二 ZnO膜层均为Ga掺杂的n型ZnO薄膜，金属层是铜。 实施例1 : 透明导电膜的制备方法，包括以下步骤 1)称量纯度99. 99%的ZnO和Ga203粉末，其中Ga的摩尔百分含量为4% 。将称量 好的ZnO和Ga203粉末倒入装有玛瑙球的球磨罐中，在球磨机上球磨24个小时，目的是让粉 末混合均匀并在一定程度上细化。然后将原料分离出来烘干，添加粘结剂研磨，压制成型。 把成型的胚体放入烧结炉中，经低温(400°C )排素，使粘结剂挥发，再升温至120(TC烧结4 个小时，得到掺Ga的ZnO陶瓷靶。 2)将PC衬底经过清洗后固定在样品托盘上，放入反应真空室。将掺Ga的ZnO 陶瓷靶装在靶材架上，然后嵌入磁控溅射装置的靶头上。调节衬底和靶材的距离为6cm， 将挡板置于衬底和靶材之间。生长室真空度抽至3X 10—3Pa，生长室通入纯氩气和纯氧气， Ar : 02 = 4 : l，控制压强为0. 14Pa，在300W的功率开始溅射，溅射时间为10min，得到厚 度约100nm的掺Ga的ZnO薄膜。 3)取下掺Ga的ZnO陶瓷靶，将纯Cu金属靶装在靶材架上，然后嵌入磁控溅射装置 的靶头上。靶材与衬底之间的距离保持为6cm，将挡板置于衬底和靶材之间。生长室真空度 抽至3X10—卞a，生长室通入纯氩气，控制压强为1. OPa，在120W的功率开始溅射，溅射时间 为12s，得到厚度约为8nm的Cu层。4 4)取下纯Cu金属靶，换上掺Ga的Zn0陶瓷靶，同步骤2)的方法，在Cu层上生长 一层厚度约lOOnm的掺Ga的n型ZnO薄膜。 所有磁控溅射沉积过程均是在室温下进行的。本例制得的透明导电膜的方块电阻 为4Q/sq，在可见光区域平均透射率高于70X，器件可弯曲120°且性能保持稳定。 实施例2 : 制备步骤同实施例l，所不同的是衬底是PET，第一、第二层掺Ga的ZnO薄膜的 厚度均为150nm， Cu层的厚度为12nm。制备第一、第二层掺Ga的ZnO薄膜时，Ar : 02 = 5 : 1。本例制得的透明导电膜的方块电阻为2Q/sq，在可见光区域平均透射率高于60X， 器件可弯曲90。且性能保持稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明导电膜，在衬底（１）上依次沉积有第一ＺｎＯ膜层（２）、金属层（３）和第二ＺｎＯ膜层（４），其特征在于衬底是有机聚合物，第一ＺｎＯ膜层和第二ＺｎＯ膜层均为Ｇａ掺杂的ｎ型ＺｎＯ薄膜，金属层是铜。

【技术特征摘要】
一种透明导电膜，在衬底(1)上依次沉积有第一ZnO膜层(2)、金属层(3)和第二ZnO膜层(4)，其特征在于衬底是有机聚合物，第一ZnO膜层和第二ZnO膜层均为Ga掺杂的n型ZnO薄膜，金属层是铜。2. 根据权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于有机聚合物是聚对苯二甲酸乙二 酯、聚碳酸酩、有机玻璃或聚萘二甲酸乙二醇酯。3. 权利要求1所述的透明导电膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤1) 称量纯的ZnO和Ga203粉末，其中Ga摩尔百分含量为4% ，将上述粉末球磨混合均 匀、压制成型，然后在120(TC温度下烧结，制得掺Ga的ZnO陶瓷靶；2) 采用射频磁控溅射法，以掺Ga的ZnO陶瓷靶为靶材，在有机聚合物衬底上沉积一 层Ga掺杂的n型ZnO薄膜，溅射条件靶材与衬底之间的距离保持为4 6cm，生长室真空 度至少抽至3X 10—3...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志镇，龚丽，吕建国，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]