CN101994103A - 钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法 - Google Patents
钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于材料表面化学镀膜技术领域，特别涉及在玻璃基底上制备钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法。本发明采用光助溶胶-凝胶法和分层退火方式，以醋酸锌和硝酸钇为原料，乙二醇独甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂制备溶胶，通过调节钇的掺杂量，控制干燥和退火的温度及时间，并采用紫外光照射来实现对钇掺杂氧化锌透明导电薄膜电学性质的控制。本发明制备得到的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率为2.1×10-2Ω·cm～8.1×10-2Ω·cm，可见光区的透光率(含基底)为85％以上。并且薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀，排列致密，晶粒具有c轴优先生长取向。
Description
技术领域
本发明属于材料表面化学镀膜技术领域，特别涉及在玻璃基底上制备钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法。
背景技术
掺杂氧化锌薄膜在可见光波段具有良好的透光率、优秀的导电性，因而同时具有透明导电的功能；可以用于各类电子显示的透明电极，及汽车、飞机的防雾风挡玻璃等。它不仅具有与ITO导电玻璃可比拟的电学和光学特性，而且具有原料储量丰富、成本较低、无毒、热稳定性好的特点，使其有望成为ITO导电玻璃的最佳替代品。目前研究较多的掺杂剂是第四主族元素，如B、Al、Ga、In，Y.Yamamoto等在文献(Y.Yamamoto，K.Saito，K.Takahashi，M.Konagai.preparation of boron-doped ZnO film by photo-atomicdepositon，Solar Energy Materials & Solar Cells 65(2001)125-132)中采用B作为掺杂剂；Z.F.Liu等在文献(Z.F.Liu，F.K.Shan，Y.X.Li，B.C.Shin，Y.S.Yu.Epitaxial growth and properties of Ga-doped ZnO filmsgrown by pulsed laser deposition，Journal of Crystal Growth 259(2003)130-136)中采用Ga作为掺杂剂；马瑾在(一种镓掺杂氧化锌透明导电膜的制备方法，CN：1718840A)中也采用Ga作为掺杂剂。其中铝作为掺杂剂研究的最多。
但是由于铝作为掺杂剂的AZO薄膜，由于受到载流子迁移率较低的影响，薄膜的导电性能改善受到了抑制，最近文献(Gregory J.Exarhos，Xiao-DongZhou.Discovery-based design of transparent conducting oxide films，Thin Solid Films 515(2007)7025-7052)报道了通过采用过渡元素掺杂在理论上可以改进掺杂透明导电氧化物(TCO)薄膜的载流子迁移率，从而进一步提高掺杂氧化锌薄膜的导电性能。同时也有部分文献和专利报道了关于过渡元素掺杂氧化锌的制备，其中有锰(Mn)作为掺杂剂(H.T.Cao，Z.L.Pei，J.Gong，C.Sun，R.F.Huang，L.S.Wen.Transparent conductiveAl and Mn doped thin films prepared by DC reactive magnetron sputtering，Surface and Coatings Technology 184(2004)84-92)；钆(Gd)作为掺杂剂(Wei Lin，Ruixin Ma，Wei Shao，Bin Liu.Structural，electricaland optical properties of Gd doped and undoped ZAO thin films preparedby RF magnetron sputtering，Applied Surface Science 253(2007)5179-5183)；钴(Co)作为掺杂剂(Tadatsugu Minami，Shingo Suzuki，Toshihiro Miyata.Transparent conducting impurity-Co-doped AZO thinfilms prepared by magnetron sputtering，Thin Solid Films 398-399(2001)53-58)；钛(Ti)作为掺杂剂(J.J.Lu，Y.M.Lu，S.I.Tasi，T.L.Hsiung，H.P.Wang，L.Y.Jang.Conductivity enhancement and semiconductor metaltransition in(Ti)doped ZnO films，Optical Materials 29(2007)1548-1552)；钼(Mo)作为掺杂剂(韩圣浩等，ZnO(Mo)透明导电薄膜及制备方法，CN：1822242A)；铌作为掺杂剂(叶志镇等，Nb掺杂生长n型ZnO透明导电薄膜的方法，CN：101245460A)；锆作为掺杂剂(韩圣浩等，射频磁控溅射法制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法，CN：1718841A)等。第IIIB族过渡元素钇具有和第IIIA族元素相同的离子态，均为正三价的离子，作为掺杂剂有望进一步降低掺杂氧化锌薄膜的电阻。
氧化锌薄膜的制备方法包括有：磁控溅射法(Zhou Y，Kelly P J，PostillA，et al.The characteristics of aluminium-doped zinc oxide filmsprepared by pulsed magnetron sputtering from powder targets.Thin SolidFilms 447-448(2004)33-39)；脉冲激光沉积法(Kim H，Pique A，HorwitzJ.S，et al.Effect of aluminum doping on zinc oxide thin films grownby pulsed laser deposition for organic light-emitting devices.ThinSolid Films，377-378(2000)798-802)；溶胶一凝胶法(Musat V，TeixeiraB，Fortunato E，et al.Al-doped ZnO thin films by sol-gel method.Surface and Coatings Technology，180-181(2004)659-662)；化学气相沉积法(Teresa M.Barnes，Jacquelyn Leaf，Cassandra Fry，et al.Roomtemperature chemical vapor deposition of c-axis ZnO.Journal of CrystalGrowth，274(2005)412-417)；喷涂热分解法(Mohammad M T，Hashim AA，Al-Maamory M H.Highly conductive and transparent ZnO thin filmsPrepared by spray pyrolysis technique.Materials Chemistry andPhysics，99(2006)382-387)等。专利报道的ZnO基透明导电薄膜的制备方法多为溅射法，参见：严金明等，一种直流磁控共溅射法制备ZnO:Al透明导电薄膜的方法，CN：1944705A；韩圣浩等，ZnO(Mo)透明导电薄膜及制备方法，CN：1822242A；韩圣浩等，射频磁控溅射法制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法，CN：1718841A等。然而溅射法对设备的要求较高，需要真空设备，同时溅射靶材的制备也比较困难，从而使得该方法的制作成本比较高。而溶胶-凝胶法是一种绿色的化学方法，它由于无需真空设备，工艺简单，因而大幅降低制作成本，适于批量生产；溶胶-凝胶法后处理温度低，适合于各种衬底，生成的薄膜均匀性好，对衬底的附着力强；此外该方法易于控制薄膜组分，可以在分子水平控制掺杂，尤其适合于制备掺杂水平要求精确的薄膜，所以被大家认为是一种非常合适的制备掺杂ZnO薄膜的方法。由于溶胶-凝胶法的特点决定，要想得到一定厚度的薄膜必须多次重复涂膜。文献中采用的方式一般是将溶胶经旋涂(或提拉)涂到基底上后，要经过前热处理形成凝胶膜后，再重复旋涂(或提拉)、热处理得到第二层，重复以上操作多次直到预期厚度为止，最后进行退火处理得到掺杂的ZnO微晶薄膜。即采用分层涂覆，最终一次退火的方式。参见文献(①Xu Zi-qiang，Deng Hong，Li Yan，et al.Al-doping effects on structure，electrical and optical properties ofc-axis-orientated ZnO:Al thin films，Materials Science inSemiconductor Processing，9(2006)132-135；②Kuo Shou-Yi，ChenWei-Chun，Lai Fang-I，et al.Effects of doping concentration andannealing temperature on properties of highly-oriented Al-doped ZnOfilms，Journal of Crystal Growth，287(2006)78-84；③尹玉刚，沈鸿烈，楼晓波等.溶胶一凝胶法生长(002)高度择优取向的ZnO:Al薄膜.功能材料，39(2008)1122-1124)。而Gregory J.Exarhos等认为在合适的温度原位退火有可能通过提高薄膜的载流子迁移率而改善薄膜的电学性质，所以对于溶胶-凝胶法制备掺杂ZnO薄膜来说，采用分层退火(即每涂一层都进行退火处理)可能更有利于改善薄膜的电学性质。
此外，文献报道光照(特别是紫外光照射)对有改善ZnO薄膜的导电性的作用，Seung Yeop Myong，和Koeng Su Lim在文献(Seung Yeop Myong，KoengSu Lim.Improvement of electrical and optical properties of ZnO thinfilms prepared by MOCVD using UV light irradiation and in situ H2post-treatment，Solar Energy Materials & Solar Cells 86(2005)105-112)中采用紫外光照射提高了ZnO薄膜的导电性。但在文献和专利中没有关于紫外光照射与溶胶-凝胶法结合使用制备掺杂ZnO透明导电薄膜的报道。
发明内容
本发明的目的在于将紫外光照射与传统的溶胶-凝胶法结合，形成一种新的ZnO基透明导电薄膜的制备方法，即光助溶胶-凝胶法；同时在制备过程中改用分层退火的方式；并采用过渡元素钇作为掺杂元素以改善薄膜的电学性质。
本发明的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法包括以下步骤：
(1)将醋酸锌、乙醇胺稳定剂和乙二醇独甲醚溶剂置于容器中，其中醋酸锌在混合液中的浓度为0.5mol/L，醋酸锌和乙醇胺的摩尔比为1∶1；然后置于70℃的水浴中并搅拌(一般为1小时左右)后，向容器中加入硝酸钇掺杂剂，其中，硝酸钇与醋酸锌的摩尔比值为0.5％～5％，继续在70℃水浴中加热搅拌(一般为2小时左右)，制备得到溶胶；
(2)将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到已清洗干净的玻璃基底上，然后将涂有溶胶的玻璃基底在温度为50～200℃的加热板上干燥(一般为5～30分钟)后，再置于温度为300～600℃的马弗炉中退火1～20分钟；重复涂覆溶胶、干燥、退火步骤，以采用分层退火方式得到预先设计所需厚度的薄膜；
(3)将步骤(2)得到的薄膜用256nm的紫外光照射(一般为10～30天)，定时测量薄膜的电阻，直到薄膜电阻恒定时停止紫外光照射，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。
步骤(2)所述的清洗干净的玻璃基底，其清洗可依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗。
本发明采用光助溶胶-凝胶法和分层退火方式，以醋酸锌和硝酸钇为原料，乙二醇独甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂制备溶胶，通过调节钇的掺杂量，控制干燥和退火的温度及时间，并采用紫外光照射来实现对钇掺杂氧化锌透明导电薄膜电学性质的控制。本发明制备得到的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率为2.1×10-2Ω·cm～8.1×10-2Ω·cm，可见光区的透光率(含基底)为85％以上。并且薄膜(包括每一层的薄膜)是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
本发明具有以下特点：
(1)光助溶胶-凝胶法具有设备简易，操作简单，生产成本低，适于批量生产；且适合于各种衬底(优选普通玻璃)，生成的薄膜均匀性好，对衬底的附着力强；此外该方法易于控制薄膜组分，可以在分子水平控制掺杂等优点；
(2)光助溶胶-凝胶法与传统溶胶-凝胶法相比，借助紫外光的照射可以改善薄膜的电学性质；
(3)本发明采用的退火方式为分层退火法，这样有利于薄膜晶体的生长，从而有利于提高薄膜的电学性能；同时采用了分层退火法，可以省去了文献中报道的溶胶-凝胶法制备过程中的热处理步骤，从而缩短了薄膜的制备时间。
(4)采用过渡元素钇替代第四主族元素作为掺杂剂，从而进一步改善薄膜的电学性质。
附图说明
图1.光助溶胶-凝胶法制备钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的工艺流程图。
图2.本发明实施例1钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的XRD图。
图3.本发明实施例1钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的透光光谱图。
具体实施方式
实施例1
请参见图1。
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1149g硝酸钇(掺杂量3.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，10天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的XRD图如图2所示；透光光谱图如图3所示。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：0.7KΩ/□；
电阻率：约2.1×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例2
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.0192g硝酸钇(掺杂量0.5％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，10天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：1.4KΩ/□；
电阻率：约4.2×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例3
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1915g硝酸钇(掺杂量5.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，15天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.4KΩ/□；
电阻率：约7.2×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例4
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1149g硝酸钇(掺杂量3.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在50℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，10天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.5KΩ/□；
电阻率：约7.5×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例5
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1149g硝酸钇(掺杂量3.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在200℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火5分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，10天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.7KΩ/□；
电阻率：约8.1×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例6
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.0958g硝酸钇(掺杂量2.5％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于300℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，10天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.2KΩ/□；
电阻率：约6.6×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例7
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1149g硝酸钇(掺杂量3.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤
(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于600℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，20天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：0.87KΩ/□；
电阻率：约2.6×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例8
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1149g硝酸钇(掺杂量3.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤
(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥5分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，15天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：0.9KΩ/□；
电阻率：约2.7×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例9
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.0768g硝酸钇(掺杂量2.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥30分钟后，再置于400℃的马弗炉中退火2分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，25天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.5KΩ/□；
电阻率：约7.5×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例10
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.0958g硝酸钇(掺杂量2.5％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于450℃的马弗炉中退火1分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，25天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.2KΩ/□；
电阻率：约6.6×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
实施例11
(1)溶胶的制备：称取2.2g醋酸锌于50mL的锥形瓶中，加入19.4mL乙二醇独甲醚和0.6mL乙醇胺，70℃的水浴中搅拌加热1小时后，向锥形瓶中加入0.1532g硝酸钇(掺杂量4.0％)，继续加热搅拌2小时，得到透明澄清的溶胶，冷却到室温后备用；
(2)玻璃基底的清洗：将普通的玻璃依次用洗涤剂、3mol/L的H2SO4溶液、1mol/L的NaOH溶液、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；
(3)薄膜的制备：将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到经步骤
(2)清洗干净的玻璃基底上；然后将涂有溶胶的玻璃基底在80℃加热板上干燥10分钟后，再置于500℃的马弗炉中退火20分钟，重复以上的溶胶涂覆、干燥和退火十次，得到预先设计所需厚度的薄膜；
(4)将步骤(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定时测量薄膜电阻，30天后薄膜电阻恒定，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，晶粒大小均匀(约20nm)，排列致密，且晶粒具有c轴优先生长取向。
(5)薄膜性能：
膜厚：约300nm；
方阻：2.4KΩ/□；
电阻率：约7.2×10-2Ω·cm；
可见光区透光率：85％～95％(连同玻璃基底一起测量)。
Claims (8)
1.一种钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)将醋酸锌、乙醇胺和乙二醇独甲醚置于容器中，其中：醋酸锌在混合液中的浓度为0.5mol/L，醋酸锌和乙醇胺的摩尔比为1∶1；然后置于70℃的水浴中并搅拌后，向容器中加入硝酸钇掺杂剂，其中，硝酸钇与醋酸锌的摩尔比值为0.5％～5％，继续在70℃水浴中加热搅拌，制备得到溶胶；
(2)将步骤(1)得到的溶胶采用旋涂的方法涂覆到已清洗干净的玻璃基底上，然后将涂有溶胶的玻璃基底在温度为50～200℃的加热板上干燥后，再置于温度为300～600℃的马弗炉中退火1～20分钟；重复涂覆溶胶、干燥、退火步骤，以采用分层退火方式得到预先设计所需厚度的薄膜；
(3)将步骤(2)得到的薄膜用256nm的紫外光照射，定时测量薄膜的电阻，直到薄膜电阻恒定时停止紫外光照射，得到钇掺杂氧化锌透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的在温度为50～200℃的加热板上干燥的时间为5～30分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率为2.1×10-2Ω·cm～8.1×10-2Ω·cm。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：所述的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜在含玻璃基底时，在可见光区的透光率为85％以上。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是：所述的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，且晶粒具有c轴优先生长取向。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的钇掺杂氧化锌透明导电薄膜是由六方纤锌矿结构的氧化锌纳米晶粒构成，且晶粒具有c轴优先生长取向。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述的晶粒大小为20nm。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的晶粒大小为20nm。
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