掺铝氧化锌薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺铝氧化锌薄膜及其制备方法。该掺铝氧化锌薄膜的制备方法包括：将摩尔比为95～99.5:5～0.5的锌源化合物与铝源化合物、溶剂、稳定剂混合搅拌，静置陈化，得到凝胶；将该凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，然后通入H2+N2、N2、Ar、空气中的任一种气氛中，进行热处理和冷却处理后，得到所述掺铝氧化锌薄膜。该溶胶-凝胶方法中的热处理和冷却处理步骤在惰性或者还原性气氛下进行，惰性或还原气体通过阻止在高温下游离出来的氧与在冷却时与Zn、Al复合，从而增加氧空位，提高AZO薄膜的导电性。上述方法制得AZO薄膜结构稳定、具有良好的透光性、导电性强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种。该掺铝氧化锌薄膜的制备方法包括：将摩尔比为95～99.5:5～0.5的锌源化合物与铝源化合物、溶剂、稳定剂混合搅拌，静置陈化，得到凝胶；将该凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，然后通入H2+N2、N2、Ar、空气中的任一种气氛中，进行热处理和冷却处理后，得到所述掺铝氧化锌薄膜。该溶胶-凝胶方法中的热处理和冷却处理步骤在惰性或者还原性气氛下进行，惰性或还原气体通过阻止在高温下游离出来的氧与在冷却时与Zn、Al复合，从而增加氧空位，提高AZO薄膜的导电性。上述方法制得AZO薄膜结构稳定、具有良好的透光性、导电性强。【专利说明】
本专利技术属于半导体光电材料制备领域，具体是涉及一种。
技术介绍
随着煤、石油等不可再生能源濒临枯竭，以及其对环境造成的污染日益加剧，开发清洁无污染的可再生能源迫在眉睫。太阳能以其清洁性、永久性获得了人们的青睐，因此太阳能电池成为当前研究的热点。太阳能电池主要由减反层、前电极或透明电极、缓冲层、吸收层、背电极等构成。透明电极多由透明导电氧化物薄膜(TCO薄膜)组成，其透光性会影响电池的转换效率，其导电性又与串联电阻损失直接相关，因此透明电极在太阳能电池中有着至关重要的作用。透明导电氧化物薄膜制备的原料和工艺很多，目前主要有三种TCO产品与太阳能电池的性能要求相匹配，分别是ITO薄膜、FTO薄膜、AZO薄膜。与ITO薄膜和FTO薄膜相比，AZO薄膜具有更多的优点，其导电性好、透光率高、原料廉价易得、无毒，在等离子体中稳定性好，目前正逐步取代ITO、FTO等电极产品，是新型、最具发展前景的光伏TCO产品。 现在已经工业化生产AZO薄膜的技术主要有化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射镀膜法、溶胶-凝胶法。其中，化学气相沉积法和磁控溅射镀膜法都需要大型的仪器设备，主要技术都需要从国外进口，生产成本高；而溶胶-凝胶法可在分子水平控制掺杂，通过调整各组分的用量可容易地控制溶胶性质及膜厚，无需真空设备，工艺简单，成本较低，对TCO薄膜的大型产业化具有非常重要的意义。但是现有的溶胶-凝胶法制备AZO薄膜时，在高温下形成氧空位，但在热处理完毕降温时氧又会重新与Zn、Al复合，导致氧空位的数量有限从而使AZO薄膜的导电性受限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多氧空位、导电性强的掺铝氧化锌薄膜以及其制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下:一种掺铝氧化锌薄膜的制备方法，包括如下步骤:将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中后，加入铝源化合物进行搅拌，静置陈化，得到掺铝氧化锌凝胶；其中，所述锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95-99.5:5-0.5 ;将所述凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，得到掺铝氧化锌薄膜前驱体；将所述薄膜前驱体在H2与N2的混合气体、N2、Ar、空气中的任一种气氛中进行热处理后冷却，得到所述掺铝氧化锌薄膜。以及，一种掺铝氧化锌薄膜，由以上掺铝氧化锌薄膜制备方法制备而成。本专利技术的掺铝氧化锌薄膜的制备方法，采用改良的溶胶-凝胶法，将上述摩尔比的铝源化合物掺杂到锌源化合物中，使AZO薄膜有优异的导电率和光透过率；通过在H2与N2的混合气体、N2、Ar或空气气氛中进行热处理和冷却处理，该惰性或者还原性的气体可以阻止在高温下游离出来的氧在冷却时与Ζη、Α1复合，从而增加氧空位，提高AZO薄膜的导电性。本专利技术的掺铝氧化锌薄膜由上述制备方法制备而得，其结构稳定、在可见光区具有良好的透光性、导电性强，可达到光透过率大于88%，电阻率为2.5X IO-3-9.6 X 10 3 Ω cm。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施例掺铝氧化锌薄膜的制备方法工艺流程示意图。图2是本专利技术实施例的制备方法所获得的掺铝氧化锌薄膜采用紫外可见近红外分光光度计测试得到的透过率曲线图。【具体实施方式】为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了上述掺铝氧化锌薄膜的工艺简单的制备方法。该方法工艺流程如图1所示，包括如下步骤:S01，制备AZO凝胶:将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中后，加入铝源化合物进行搅拌，静置陈化，得到AZO凝胶；其中，所述锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95-99.5:5 -0.5 ;`S02，制备AZO薄膜前驱体:将步骤SOl获得的AZO凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，得到AZO薄膜前驱体；S03,制备AZO薄膜:将步骤S02获得的AZO薄膜前驱体在H2与N2的混合气体、N2、Ar、空气中的任一种气氛中，进行热处理后冷却，得到所述掺铝氧化锌(AZO)薄膜。具体的，上述步骤SOl中，在将稳定剂分散于锌源化合物的溶液之前还包含溶解锌源化合物的步骤:先将锌源化合物溶于溶剂中，搅拌均匀，直至锌源化合物完全溶解，使该锌源化合物的浓度为0.3-1.0mol/L，优选为0.75mol/L。该优选的操作方法有助于锌源化合物中的Zn与铝源化合物的Al充分掺杂，从而使后续制备的AZO薄膜结构稳定、导电性能良好。具体的，上述步骤SOl中，将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中的步骤优选为在70°C的水浴中搅拌2小时，使稳定剂分散于锌源化合物的溶液中；该锌源化合物和稳定剂的摩尔比为1:1。然后再加入铝源化合物，继续搅拌I小时，静置陈化24小时。具体的，上述步骤SOl中，锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95-99.5:5-0.5，使Al的掺杂量为0.5%-5.0% (摩尔比)。在进一步的优选实施例中，Al的掺杂量为1.0% (摩尔比)。由于Al掺杂入ZnO薄膜引起了电子替位，引起载流子浓度的增加，因此大大提高了 AZO薄膜的导电性能；此外，由于Al离子的半径(0.0535nnl)小于Zn离子的半径(0.074nm)，当Al离子掺人ZnO晶格中取代Zn离子时，使得晶格产生内应力破坏了晶体的生长，导致晶体粒径减小，因此铝掺杂量越大，则薄膜的平均粒径越小，对光透过率越低。上述优选的Al掺杂量使AZO薄膜具有优异的导电率和光透过率。进一步地，该步骤SOl的优选实施例中，上述锌源化合物为醋酸锌、丙烯酸锌、乙酰丙酮锌、丙酸锌、硝酸锌中的至少一种，优选为醋酸锌。进一步地，该步骤SOl的优选实施例中，上述溶剂为乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙醇胺中、甲醇、乙醇、异丙醇的至少一种，优选为乙二醇甲醚。该优选的乙二醇甲醚沸点较高，将其作为锌源化合物的溶剂，使锌源化合物溶解充分，有助于Zn与Al充分掺杂，容易得到粒径较大的薄膜，并且易于使晶体生长，从而使后续制备的AZO薄膜结构稳定。进一步地，该步骤SOl的优选实施例中，上述铝源化合物为硝酸铝、氯化铝、三乙醇铝、乙酰丙酮铝、氢氧化铝中的至少一种，优选为硝酸铝。进一步地，该步骤SOl的优选实施例中，上述稳定剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺、二异丙胺、氨水中的至少一种，优选为单乙醇胺。该优选的稳定剂沸点和粘度较低，除了有助于掺铝氧化锌溶液凝结成胶体状，还有助于薄膜的晶体优先生长以及形成较大的粒径，使后续制备的AZO薄膜结构稳定以及具有较高的光透过率。具体的，上述步骤S02中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺铝氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将稳定剂分散于锌源化合物的溶液中后，加入铝源化合物进行搅拌，静置陈化，得到掺铝氧化锌凝胶；其中，所述锌源化合物与铝源化合物的摩尔比为95～99.5:5～0.5；将所述凝胶在基板上涂膜，干燥，预热处理，得到掺铝氧化锌薄膜前驱体；将所述薄膜前驱体在H2与N2的混合气体、N2、Ar、空气中的任一种气氛中进行热处理后冷却，得到所述掺铝氧化锌薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，徐永清，郭友沛，
申请(专利权)人：深圳市亚太兴实业有限公司，
类型：发明
国别省市：