共掺杂透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种透明导电薄膜的制备方法，特别涉及一种共掺杂透明导电薄膜的制备方法。其目的在于提供一种新的掺杂方式，以获得具有优良光电性能的透明导电薄膜，使其得到更好利用。本发明专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种共掺杂透明导电薄膜的制备方法，它包括以下步骤：A）前处理；B）溶胶配制：配制浓度为0.25-2.5mol/L的溶胶；C）旋涂镀膜：将前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，旋转，烘干；D）热处理。本发明专利技术的有益效果是：采用溶胶-凝胶法制备ZnO基薄膜，利用Al3+和Ga3+的共掺杂，获得一种新的具有优良光电性能的透明导电薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种透明导电薄膜的制备方法，特别涉及一种。
技术介绍
透明导电薄膜是一种有着优异光电性能的薄膜，这类薄膜具有宽禁带，在可见光区有高透射率，在红外区有高反射率，对微波有强衰减性，同时电阻率较低，化学性能也较为稳定，因此在太阳能电池、表面声学波器件、平板显示器、建筑玻璃等领域均得到了广泛应用。目前工艺较为成熟的为IT0(tin-doped indium oxide, In2O3: Sn)透明导电薄膜,但ITO薄膜自身的局限性限制了它的应用铟有剧毒；价格昂贵；在氢等离子体气氛下光学特性易发生恶化。相对于ITO来说，ZnO基薄膜是一种性价比高，环境友好的透明导电薄膜，不仅在氢!等尚子体环境中具有闻的稳定性，且具有优良的光电特性低电阻率、闻透过率、闻 载流子浓度等。未经过掺杂的ZnO薄膜的电学性质很不稳定，在制备过程中，适当的掺杂能较大幅度的提高薄膜的各项性能。目前最常见的是对ZnO薄膜进行Al元素的单掺杂。但Ga-O的共价键长比Al-O更接近于Zn-O的共价键长，且两者的原子序数仅相差I，掺杂后不易引起大的晶格畸变，因此有必要选择Ga和Al对ZnO进行共掺杂，获得一种新的具有优良光电性能的透明导电薄膜，使其得到更好利用。
技术实现思路
本专利技术提供一种新的掺杂方式，以获得具有优良光电性能的透明导电薄膜，使其得到更好利用。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的 一种，它包括以下步骤 A)前处理将普通载玻片先后放入丙酮(C3H60)、无水乙醇及去离子水中进行超声清洗，然后吹干备用； B)溶胶配制将二水合乙酸锌(CH3COO)2ZndH2O溶于乙二醇甲醚C3H6O2后，加入Al3+，然后加入Ga3+，其中Al3+和Ga3+的掺杂比Al3+/Ga3+为8-1 ;最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺(MEA);将上述混合液放入40-80° C水浴锅中搅拌，然后陈化得到溶胶； C)旋涂镀膜将通过A)步骤前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把通过B)步骤陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，旋转，随后烘干； D)热处理将通过C)步骤处理的镀膜载玻片于150-400°C下预烧后，继续C)步骤，如此重复涂镀4-14层后，在450-700° C条件下退火lh。优选的，它包括以下步骤 A)前处理将2X 2cm的普通载玻片先后放入丙酮(C3H60)、无水乙醇及去离子水中超声清洗，分别进行5-20min，然后吹干备用； B)溶胶配制配制浓度为O.25-2. 5mol/L的溶胶将二水合乙酸锌((CH3COO)2Zn ·2Η20)溶于乙二醇甲醚(C3H6O2)后，加入浓度为O. 5-3. 0at%的Al3+，然后加入Ga3+，其中Al3+和Ga3+的掺杂比为Al3+/Ga3+=8-l ；A13+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al (NO3)3 · 9H20和硝酸镓Ga(NO3)3提供；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺(MEA);将上述混合液放入40-80° C水浴锅中搅拌2h，然后陈化48h得到溶胶； C)旋涂镀膜将通过A)步骤前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把通过B)步骤陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，先在1000r/min低速下旋转10s，然后在3000r/min下旋转20s，随后于100° C烘干IOmin; D)热处理将通过C)步骤处理后的镀膜载玻片于150-400°C下预烧后，继续C)步骤，如此重复涂镀4-14层后，在450-700° C条件下退火Ih。作为进一步优选，所述的前处理中各步骤的超声时间为lOmin。作为进一步优选，所述的溶胶配制工序中，溶胶浓度为I. Omol/L，溶液中金属离子浓度满足 C(Zn2+) + C(Al3+) + C (Ga3+) =100%,按 97. 5 at%Zn2+ + 2. 0at%Al3+ + 0. 5at%Ga3+配制，Al3+/Ga3+=4;混合液在水浴锅中的搅拌温度为60° C。·作为进一步优选，所述热处理中的预烧温度为350° C，涂镀膜厚10层，最后的退火温度为600° C。本专利技术中所述溶胶浓度，指溶液中总金属离子的摩尔浓度。本专利技术的有益效果是采用溶胶-凝胶法制备ZnO基薄膜，利用Al3+和Ga3+的共掺杂，获得一种新的具有优良光电性能的透明导电薄膜。所使用药品廉价易得；实验操作简便，易于掺杂，无污染。附图说明图I为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的表面形貌 图2为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜在325_1000nm的透过率 图3为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的XRD图。具体实施例方式实施例I : 前处理将2X2cm的普通载玻片先后放入丙酮溶液中超声清洗IOmin—无水乙醇溶液中超声清洗IOmin—去离子水中超声清洗IOmin—吹干,备用； 溶胶配制溶胶浓度为 I. 0mol/L，按 97. 5 at%Zn2+ + 2. 0at%Al3+ + 0. 5at% Ga3+ 配制，Al3+/Ga3+=4 ;配制过程为将二水合乙酸锌(CH3COO)2Zn · 2H20溶于乙二醇甲醚C3H6O2后，力口入Al3+，然后加入Ga3+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al (NO3) 3 · 9H20和硝酸镓Ga (NO3) 3提供；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺(MEA);将上述混合液放入60° C水浴锅中搅拌2h，然后陈化48h得到溶胶； 涂膜将前处理好的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，先在1000r/min低速下旋转10s，然后在3000r/min下旋转20s ;随后于100° C烘干IOmin ； 热处理将烘干的薄膜于350 ° C下预烧后，继续涂膜，如此重复涂镀10层，最后在600° C条件下退火Ih即得所需薄膜。图I为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的AFM表面形貌图。由图可知经过Al和Ga掺杂后的薄膜，表面平整，晶粒细小均匀呈现层片状。图2为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜在325-1000nm的透过率图。由图可知，在可见光390-780nm范围内的平均透过率为87. 774%。图3为实施例I Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的XRD图。由图可知，薄膜显示为C轴择优取向，在2 Θ角为34. 33°附近均出现了较强的衍射峰，是ZnO晶体的(002)峰。在图谱中未发现Al氧化物和Ga氧化物相关衍射峰的存在，说明Al和Ga的共同掺入没能改变ZnO的晶体结构，Al3+成功的替代了 Zn2+在晶格中稳定存在。实施例2: 前处理将2X2cm的普通载玻片先后放丙酮溶液中超声清洗15min—无水乙醇溶液中超声清洗15min—去离子水中超声清洗15min—吹干,备用； 溶胶配制溶胶浓度为 2. OmoI/L,按 94. O at%Zn2+ + 3. 0at%Al3+ + 3. 0at% Ga3+ 配制，Al3VGa3+=I ;配制过程为将二水合乙酸锌(CH3COO)2Zn · 2H20溶于乙二醇甲醚C3H6O2后，力口入Al3+，然后加入Ga3+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al (NO3) 3 · 9H20和硝酸镓Ga (NO3) 3 提供；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺(ME本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共掺杂透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：？A）前处理：将普通载玻片先后放入丙酮（C3H6O）、无水乙醇及去离子水中进行超声清洗，然后吹干备用；B）溶胶配制：将二水合乙酸锌(CH3COO)2Zn·2H2O溶于乙二醇甲醚C3H6O2后，加入Al3+，然后加入Ga3+，其中Al3+和Ga3+的掺杂比Al3+/Ga3+为8？1；最后加入与乙酸锌等摩尔的单乙醇胺（MEA）；将上述混合液放入40？80°C水浴锅中搅拌，然后陈化得到溶胶；？C）旋涂镀膜：将通过A）步骤前处理后的载玻片放置于匀胶机的载物台上，把通过B）步骤陈化好的溶胶滴加在玻璃衬底上，旋转，随后烘干；D）热处理：将通过C）步骤处理的镀膜载玻片于150？400°C下预烧后，继续C）步骤，如此重复涂镀4？14层后，在450？700°C条件下退火1h。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪芳，马芳，刘志宝，刘文斐，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：