CN102877049B - 共掺杂透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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ITO(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，不仅在氢等离子体环境中具有高的稳定性，且具有优良的光电特性：低电阻率、高透过率、高载流子浓度等。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１，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。
发明内容
本发明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：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。
优选的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：将2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮（C3H6O）、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0.25-2.5mol/L的溶胶：将二水合乙酸锌（(CH3COO)2Zn·2H2O）溶于乙二醇甲醚（C3H6O2）后，加入浓度为0.5-3.0at%的Al3+，然后加入Ga3+，其中Al3+和Ga3+的掺杂比为Al3+/Ga3+=8-1；Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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10min；
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1h。
作为进一步优选，所述的前处理中各步骤的超声时间为10min。
作为进一步优选，所述的溶胶配制工序中，溶胶浓度为1.0mol/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。
本发明中所述溶胶浓度，指溶液中总金属离子的摩尔浓度。
本发明的有益效果是：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1为实施例1 Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的表面形貌图；
图2为实施例1 Al/Ga共掺杂ZnO薄膜在325-1000nm的透过率图；
图3为实施例1 Al/Ga共掺杂ZnO薄膜的XRD图。
具体实施方式
实施例1：
前处理：将2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮溶液中超声清洗10min—无水乙醇溶液中超声清洗10min—去离子水中超声清洗10min—吹干，备用；
溶胶配制：溶胶浓度为1.0mol/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·2H2O溶于乙二醇甲醚C3H6O2后，加入Al3+，然后加入Ga3+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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10min；
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1h即得所需薄膜。
图1为实施例1 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1 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1 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2θ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2×2cm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2.0mol/L，按94.0 at%Zn2+＋3.0at%Al3+＋3.0at% Ga3+配制，Al3+/Ga3+=1；配制过程为：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+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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70°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10min；
热处理：将烘干的薄膜于250°C下预烧后，继续涂膜，如此重复涂镀6层，最后在650°C条件下退火1h即得所需薄膜。
实施例3：
前处理：将2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮溶液中超声清洗5min—无水乙醇溶液中超声清洗5min—去离子水中超声清洗5min—吹干，备用；
溶胶配制：溶胶浓度为0.25mol/L，按99.25 at%Zn2+＋0.5at%Al3+＋0.25at% Ga3+配制，Al3+/Ga3+=2；配制过程为：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+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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°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10min；
热处理：将烘干的薄膜于150°C下预烧后，继续涂膜，如此重复涂镀14层，最后在450°C条件下退火1h即得所需薄膜。
实施例4：
前处理：将2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮溶液中超声清洗20min—无水乙醇溶液中超声清洗20min—去离子水中超声清洗20min—吹干，备用；
溶胶配制：溶胶浓度为2.5mol/L，按97.3 at%Zn2+＋2.4at%Al3+＋0.3at% Ga3+配制，Al3+/Ga3+=8；配制过程为：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+，Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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80°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10min；
热处理：将烘干的薄膜于400°C下预烧后，继续涂膜，如此重复涂镀4层，最后在700°C条件下退火1h即得所需薄膜。
Claims (2)
1.一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2×2cm的普通载玻片先后放入丙酮（C3H6O）、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1.0mol/L的溶胶：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+，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; Al3+和Ga3+分别由九水合硝酸铝Al(NO3)3·9H2O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）；将所得到的混合液放入60°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10min；
D）热处理：将通过C）步骤处理后的镀膜载玻片于350°C下预烧后，继续C）步骤，如此重复涂镀10层后，在600°C条件下退火1h。
2.根据权利要求1所述的共掺杂透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的前处理中各步骤的超声时间为10min。
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| Chien-Yie Tsay，et al.Microstructural and optical properties of Ga-doped ZnO semiconductor thin films prepared by sol–gel process.《Thin Solid Films》.2010,第519卷1516–1520. * |
| Woojin Lee,et al.Investigation of electronic and optical properties in Al_Ga codoped ZnO thin films.《Current Applied Physics》.2011,第12卷628-631. * |
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