本发明专利技术提供用于生产透明导电膜的工艺，所述膜包含被掺杂的氧化锌，其中掺杂剂包括Si，所述工艺包括：将是液体组合物或凝胶组合物的组合物布置在衬底上，其中所述组合物包含Zn和Si；以及加热所述衬底。本发明专利技术还提供通过本发明专利技术的工艺可获得的透明导电膜，包括包含被掺杂的氧化锌的透明导电膜，其中掺杂剂包括Si，并且其中所述膜覆盖等于或大于0.01m2的表面积。本发明专利技术还提供被包覆的衬底，所述衬底包括表面，所述表面被透明导电膜包覆，其中所述膜包含被掺杂的氧化锌，其中掺杂剂包括Si，并且其中被所述膜包覆的所述表面的面积等于或大于0.01m2。本发明专利技术还提供包含本发明专利技术的膜的覆层、用于生产这样的膜和覆层的工艺以及所述膜和覆层的各种用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产透明导电膜的工艺、涉及通过该工艺可获得的透明导电膜、 涉及包含这样的膜的覆层并且涉及所述膜和覆层的各种用途。
技术介绍
被Sn掺杂的In2O3薄膜展示光学和电输运性质的值得注意的组合。这些性质包括低的电阻率，其典型地在10_4Qcm的数量级。该性质与位于接近主体 (In2O3)导带处的浅施主或杂质状态的存在相关，其通过Sn+4对的化学掺杂或通过在 h203_x中的氧空穴杂质状态的存在产生。膜还展示在光谱的可见区中的高光学透明度(> 80% ) (P. P. Edwards 等人；Dalton Trans.，2004，2995-3002)。包含ITO的透明导电覆层或层具有许多应用，包括在液晶显示器、平板显示器 (FPD)、等离子体显示器、触控面板、印刷电子应用、电子油墨应用、有机发光二极管、电场致发光器件、光电子器件、光生伏打器件、太阳能电池、光电二极管中，以及作为抗静电覆层或 EMI屏蔽层。ITO还被用于各种光学覆层，最特别地，用于建筑的、汽车的和钠蒸气灯的玻璃的红外反射覆层(热镜)。其他用途包括气体传感器、防反射覆层、在电介质上的电润湿以及用于VCSEL激光器的布拉格反射器。此外，ITO可以被用于薄膜应变仪中。ITO薄膜应变仪可以在高至1400°C的温度下操作并且可以在恶劣环境中使用。由于ITO的主要组分铟金属的成本和稀缺性，铟的稳定的供应可能难以维持平板显示器、太阳能电池、印刷电子设备和其他应用的不断扩大的市场。因此，目前具有对减小铟的量或生产游离铟相作为可选择的用于透明导体应用的透明导电氧化物材料的需要。美国能源部(DoE)已经提出应被待在这样的应用中使用的透明导电氧化物材料 (TCO)满足的各种重要的标准。这些对于TCO的关键的要求在the Basic Energy Sciences Workshop on Solar Energy Utilization, 2005,194 页上报道的 US DoE 文件 “Basic Research Needs For Solar Energy Utilization(对太阳能利用的基础研究需要)”中概括。该文件指示，TCO在所有的薄膜太阳能电池中起重要作用，并且高品质的TCO的关键的性质是高光传输(对窗材料的高带隙)、低电阻率和高载流子迁移率、低表面粗糙度(对于大多数器件来说)、良好的热稳定性和化学稳定性、良好的结晶度(对于大多数器件来说)、 粘附性和硬度、以及低处理成本。普遍使用的η型TCO包括氧化铟锡(ITO)和SnO2 (二者是可商购获得的，包覆在玻璃上)和锡酸镉(Cd2SnO4)。正在开发的ρ型TCO也是重要的目标，因为其将为薄膜器件结构特别是多结器件开辟更多的可能性。正在被研究的材料包括 CuAlO2, CuInO2, CuSrO2 和被(N, Ga)掺杂的 ΖηΟ。国际申请第PCT/GB2009/000534(W0 2009/106828)号描述了用于通过脉冲激光沉积(PLD)生产被掺杂的氧化锌的透明导电膜的工艺。所得到的透明膜被发现具有与ITO 的温度稳定的电性质和光学性质相当的温度稳定的电性质和光学性质，并且是对于透明导体应用有吸引力的，因为它们可以从便宜的丰富的前体生产并且是无毒的。因此，有利地， 膜在某种程度上满足对TCO的重要的DoE标准。A. K. Das 等人，J. Phys. D :Appl. Phys. 42 (2009) 165405 (7 页)也涉及通过 PLD 生产基于氧化锌的膜。虽然PLD是对于氧化物(以及其他化学上复合的体系)通过反应性沉积的生长的非常有用的工具，并且允许关键的研究被在探索性化学掺杂项目中进行，但是PLD在工业中具有有限的适用性并且具有某些缺陷。例如，在PLD中，被压紧的固相靶必须首先被生产。典型地，这种靶材料通过加热氧化锌和含有相关的掺杂剂元素的一种或多种其他材料的固体混合物来合成。在合成之后，靶材料被压紧以形成靶并且然后被放置在PLD设备的室中。然后，脉冲激光束被聚焦在靶材料上以产生等离子体热柱，并且等离子体被沉积在衬底上以形成透明导电膜。因此，PLD工艺涉及多个步骤，并且需要在膜沉积之前单独合成和制备前体靶材料。此外，PLD设备和工艺的本质限制了膜被沉积在其上的衬底的尺寸以及，进而，可以被沉积在衬底上的膜的覆盖面积。衬底尺寸例如被PLD设备的室的尺寸、衬底经过其被引入的室入口的宽度以及在室内部的衬底保持器的尺寸限制。因此，仅相对小的衬底可以通过PLD包覆。此外，膜沉积的面积被在PLD设备中产生的等离子体热柱的宽度以及衬底在室内相对于热柱可运动(可平移)的程度限制。因此仅相对小面积的膜可以通过PLD来生产。例如，通过实验室PLD系统生产的薄膜的均勻沉积的典型面积是约0. 5至1. 0cm2。此外，PLD工艺可以导致具有非均一的组成的膜，这是由于以下事实PLD烧蚀热柱由两种组分组成通常是以靶组成的化学计量的高强度前导部分，以及较低强度的非化学计量的材料。此外，PLD设备和PLD工艺二者都是高成本的，需要真空系统和准分子激光器。最后，PLD工艺通常被限于膜向平的表面和材料上的沉积，这限制了可以使用PLD 包覆的衬底的类型。因此，目前具有对以下改进的低成本的和简化的工艺的需要提供可以实现宽的面积覆盖率以及克服上文提到的困难，并且可以生产作为ITO的可行的替代品的透明导电膜，即由便宜的无毒材料制成的具有低的电阻率和在光谱的可见区中的高光学透明度的膜，并且满足上文提到的被USDoE概括的标准。专利技术概述本专利技术人已经提供改进的用于生产被硅掺杂的氧化锌的透明导电膜的工艺。这样的膜具有与ITO的温度稳定的电性质和光学性质相当的温度稳定的电性质和光学性质。工艺典型地涉及将液体或凝胶前体沉积在被加热的衬底上，该工艺由于以下而是有利的其低成本、其对于大面积沉积的便利性、其对于在弯曲的和/或非均一的表面拓扑结构上的沉积的便利性以及其简单性沉积和掺杂步骤可以有效地被同时进行。此外，与PLD沉积不同，工艺不需要真空系统或昂贵的准分子激光器。工艺因此是低成本的，并且可以在环境条件(环境压力并且，除了加热衬底以外，在环境温度)中进行。工艺因此是易于操纵的、低成本的、适合于工业用途的，并且可以被用于生产透明导电氧化物的大面积的薄膜。因此， 专利技术人已经设计了新的、低成本的、用于使用液体前体溶液来用硅有效掺杂SiO的方法，其使大面积透明导电的被硅掺杂的ZnO薄膜的制备成为可能。工艺提供相对于资金密集的气相沉积方法的显著的经济优势。由于膜可以被制成为覆盖广阔的表面积，并且由于制备SiO的成本非常低，所以本专利技术的膜对于大规模应用特别有吸引力，例如固态照明设备、透明电子设备、平板显示器、节能窗和太阳能电池(特别是大面积太阳能电池)。通过本专利技术的工艺生产的被硅掺杂的氧化锌膜对于透明导体应用有吸引力，因为它们容易从便宜的丰富的前体生产并且是无毒的。此外，被硅掺杂的氧化锌具有比许多其他导电氧化物膜高的可见光透射比，并且更能抵抗被普遍地用于生产太阳能电池的含氢等离子过程的还原。氧化锌本身也是便宜的、在自然界中丰富的并且无毒的。其还具有某些被认为对于透明导体来说重要的性质，例如3. 4eV的带隙、约IO1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔·L·库兹涅佐夫，彼得·P·爱德华兹，
申请(专利权)人：埃西斯创新有限公司，
类型：发明
国别省市：
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