CN112645606B - 一种导电ZnO薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导电薄膜技术领域，尤其涉及一种导电ZnO薄膜及其制备方法。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶；将醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；将醋酸锌凝胶膜进行热处理，得到第一层ZnO薄膜；重复所述成膜和热处理的过程1～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜；将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到导电ZnO薄膜。根据实施例的记载，利用本发明所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率与AZO有相当接近的电阻率，同时在红外和近红外光区具有较好的透射率，可以用作红外和近红外的探测器以及太阳能电池器件的透明电极材料。
Description
技术领域
本发明涉及导电薄膜技术领域，尤其涉及一种导电ZnO薄膜及其制备方法。
背景技术
透明导电氧化物(TCO)薄膜是一类具有高导电性(高载流子、高迁移率和低电阻率)、在可见光区具有高透射率的特殊半导体光电材料。由于具有这些特殊性，TCO薄膜已经作为一种重要的透明电极材料广泛应用于诸多光电器件中，如发光二极管、平板显示器、太阳能电池、薄膜晶体管、透明加热元件、透明热反射材料等。ZnO基TCO薄膜因其低成本、无毒和稳定性高等优点，引起了科研界和工业界的广泛关注。本征ZnO是一种宽禁带(约3.3eV)直接带隙半导体材料。经过特殊掺杂后的ZnO薄膜具有优良的电学和光学性能。
例如Al掺杂可以在ZnO中产生自由电子，Al3+作为大半径极化子，可以增加晶体中的n型导电率，Al掺杂ZnO(AZO)薄膜的光学透射光谱在可见光波长区域内显示出非常好的透射率，介于85％和95％之间。但是Al掺杂ZnO在红外区域有较强吸收。因此，Al掺杂ZnO薄膜由于有较大的红外吸收损失而无法被用作高性能太阳能电池或红外光探测器等器件的电极材料中。
因此，我们急需一种可保证薄膜具有较低电阻率的同时，还可在可见光区以及红外光区均无吸收的导电ZnO薄膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电ZnO薄膜及其制备方法，利用本发明所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜在具有较低电阻率的同时，还可在可见光区以及红外光区均无吸收。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将所述醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
将所述醋酸锌凝胶膜进行热处理，得到第一层ZnO薄膜；
依次重复进行所述成膜和热处理的过程1～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜；
将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到所述导电ZnO薄膜。
优选的，所述醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇的用量比为(1～2)g：(200～300)μL：(10～25)mL。
优选的，所述混合在搅拌的条件下进行；
所述混合的相对湿度为15～30％，温度为15～40℃，时间为8～12h。
优选的，所述成膜的相对湿度为15～30％，温度为15～40℃。
优选的，所述热处理的温度为240～360℃，时间为30～60min。
优选的，所述紫外光辐照在无水无氧的环境中进行。
优选的，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为250～396nm，时间为5～60min。
优选的，在透明基板上成膜前，还包括对所述透明基板进行清洗；
所述清洗为将透明基板置于超净空间中，鼓入相对湿度为15～30％的空气气流；
所述空气气流的风量为500～3000m3/h。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜，其特征在于，所述导电ZnO薄膜的层数为1～6层。
优选的，所述导电ZnO薄膜的总厚度为20～150nm；
各层的厚度独立的为15～35nm；
所述导电ZnO薄膜的总厚度大于各层的厚度。
本发明提供了一种导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶；将所述醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；将所述醋酸锌凝胶膜进行热处理，得到第一层ZnO薄膜；依次重复进行所述成膜和热处理的过程1～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜；将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到所述导电ZnO薄膜。本发明采用溶胶凝胶工艺，控制成膜后得到的醋酸锌凝胶膜，将所述醋酸锌凝胶进行热处理并经过多次沉积成膜和退火制备得到多层堆叠的ZnO薄膜，引入更多的晶界，最后引入紫外诱导分解薄膜中残留的有机物，分解物进入晶界实现ZnO的自掺杂，从而实现了ZnO半导体薄膜转变为ZnO导电薄膜，所述制备方法简单，易调控。根据实施例的记载，利用本发明所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率与AZO有相当接近的电阻率，同时在红外和近红外光区具有较好的透射率，优于ITO和AZO导电薄膜，可以用作红外和近红外的探测器以及太阳能电池器件的透明电极材料。
附图说明
图1为对比例1和对比例2得到的ZnO薄膜在不同能量下的吸收系数；
图2为对比例1和对比例2得到的ZnO薄膜的薄膜折射率和消光系数随波长的变化曲线；
图3为对比例1得到的ZnO薄膜的原子力显微镜形貌图；
图4为实施例3～7制备得到的导电ZnO薄膜和实施例3未进行紫外光辐照的四层堆叠的ZnO薄膜在400～1200nm波长处的透射率谱图；
图5为实施例8～15制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率；
图6为实施例12制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率延迟时间的变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将所述醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
将所述醋酸锌凝胶膜进行热处理，得到第一层ZnO薄膜；
依次重复进行所述成膜和热处理的过程1～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜；
将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到所述导电ZnO薄膜。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶。在本发明中，所述醋酸锌优选为二水合醋酸锌，所述醋酸锌为制备ZnO的锌源；所述乙醇胺为稳定剂，同时充当碱和络合剂，使醋酸锌前驱体溶胶在常温下稳定且澄清透明；所述二甲氧基乙醇为溶剂。
在本发明中，所述醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇的用量比优选为(1～2)g：(200～300)μL：(10～25)mL，更优选为(1.2～1.8)g:(220～280)μL：(13～21)mL，最优选为(1.3～1.5)g:(240～255)μL：(16～19)mL。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述混合的相对湿度优选为15～30％，更优选为18～26％，最优选为20～23％；温度优选为15～40℃，更优选为20～35℃，最优选为25～30℃；时间优选为8～12h，更优选为9～11h。本发明对所述搅拌的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的速率进行即可。
所述混合完成后，本发明还优选采用0.045μm的过滤器进行过滤，以便得到澄清透明的醋酸锌前驱体溶胶。
得到醋酸锌前驱体溶胶后，本发明将所述醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜。
本发明对所述透明基板的材质没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的透明基板即可。在本发明中，在透明基板上成膜前，还优选包括对所述透明基板进行清洗；
所述清洗优选为将透明基板置于超净空间中，鼓入相对湿度为15～30％的空气气流；所述空气气流的相对湿度优选为18～25％。
在本发明中，所述空气气流的风量优选为500～3000m3/h，更优选为600～2800m3/h，最优选为700～2000m3/h。
在本发明中，所述成膜的相对湿度优选为15～30％，更优选为18～25％；温度优选为15～40℃，更优选为20～30℃。
在本发明中，所述成膜的方式优选为旋涂或刮涂；本发明对所述旋涂或刮涂的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述热处理的温度优选为240～360℃，更优选为280～350℃，最优选为300～310℃；时间优选为30～60min，更优选为35～40min。在本发明中，所述热处理的相对湿度优选为15～30％，更优选为18～25％。
在本发明中，所述热处理优选在加热台中进行。
得到第一层ZnO薄膜后，本发明依次重复进行所述成膜和热处理的过程1～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜。在本发明中，所述重复的次数优选为2～4次。
得到多层堆叠的ZnO薄膜后，本发明将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到所述导电ZnO薄膜。
在本发明中，所述紫外光辐照优选在无水无氧的环境中进行；所述紫外光辐照的有效功率优选为60W，波长优选为250～396nm，更优选为300～360nm；时间优选为5～60min，更优选为20～50min。
在本发明中，所述紫外光辐照可以诱导所述多层堆叠的ZnO薄膜中残留的醋酸根等含羰基的有机物分解后的碳、氢等原子扩散至晶界处，在ZnO薄膜中充当浅施主能级，重掺杂，捕获电子容易跃迁至导带，增加其电子浓度，从而降低ZnO薄膜的电阻率。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜，其特征在于，所述导电ZnO薄膜的层数为1～6层。
在本发明中，所述导电ZnO薄膜的总厚度优选为20～150nm，更优选为40～136nm；
各层的厚度独立的优选为15～35nm，更优选为18～33nm；
所述导电ZnO薄膜的总厚度优选大于各层的厚度。
下面结合实施例对本发明提供的导电ZnO薄膜及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10mL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20℃的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到第一层ZnO薄膜(23.19nm)；
重复上述成膜和热处理的过程1次，得到两层堆叠的ZnO薄膜(总厚度为42.05nm)；
将所述两层堆叠的ZnO薄膜在无水无氧环境中进行紫外光辐照，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为365nm，时间为5min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为1.07×10-2Ω·cm。
实施例2
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10mL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20℃的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到第一层ZnO薄膜(23.19nm)；
重复上述成膜和热处理的过程2次，得到三层堆叠的ZnO薄膜(总厚度为74.44nm，第二层和第三层的厚度分别为18.14nm和32.39nm)；
将所述两层堆叠的ZnO薄膜在无水无氧环境中进行紫外光辐照，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为365nm，时间为10min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为7.82×10-3Ω·cm。
实施例3
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10mL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20℃的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到第一层ZnO薄膜(23.19nm)；
重复上述成膜和热处理的过程3次，得到四层堆叠的ZnO薄膜(总厚度为94.97，第二层、第三层和第四层的厚度分别为18.14nm、32.39nm和20.35nm)；
将所述四层堆叠的ZnO薄膜在无水无氧环境中进行紫外光辐照，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为365nm，时间为5min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为1.06×10-2Ω·cm。
实施例4
参考实施例3的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为10min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为7.41×10-3Ω·cm。
实施例5
参考实施例3的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为20min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为6.27×10-3Ω·cm。
实施例6
参考实施例3的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为30min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为6.30×10-3Ω·cm。
实施例7
参考实施例3的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为60min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为6.25×10-3Ω·cm。
实施例8
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10000μL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到第一层ZnO薄膜(23.19nm)；
重复上述成膜和热处理的过程5次，得到六层堆叠的ZnO薄膜(总厚度为135.27，第二层、第三层、第四层、第五层和第六层的厚度分别为18.41nm、32.39nm、20.35nm、19.51nm和20.79nm)；
将所述六层堆叠的ZnO薄膜在无水无氧环境中进行紫外光辐照，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为365nm，时间为5min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为5.52×10-3Ω·cm。
实施例9
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为10min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为3.92×10-3Ω·cm。
实施例10
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为15min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为3.14×10-3Ω·cm。
实施例11
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为20min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.80×10-3Ω·cm。
实施例12
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为25min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.26×10-3Ω·cm。
实施例13
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为30min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.22×10-3Ω·cm。
实施例14
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为35min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.22×10-3Ω·cm。
实施例15
参考实施例8的制备过程，区别仅在于紫外光辐照的时间为40min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.23×10-3Ω·cm。
对比例1
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10000μL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20℃的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到一层ZnO薄膜(23.91nm)；
将所述一层ZnO薄膜在无水无氧环境中进行紫外光辐照，所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为368nm，时间为5min，得到所述导电ZnO薄膜，电阻率为2.40×10-2Ω·cm。
对比例2
将1.0g二水合醋酸锌、277μL乙醇胺和10000μL二甲氧基乙醇，在相对湿度为30％，温度为20℃的条件下，混合搅拌12h，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将厚度为1.0mm的透明玻璃置于超净空间中，以1500m3/h的风量，鼓入相对湿度为23％的空气气流，对所述透明玻璃进行清洗，得到清洗后的透明玻璃；
在温度为30℃，相对湿度为23％的环境中，将100μL所述醋酸锌前驱体溶胶旋涂在透明玻璃上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
在相对湿度为23％的环境中，将所述醋酸锌凝胶膜置于加热台上进行热处理，所述热处理的温度为320℃，时间为30min，得到一层ZnO薄膜(23.90nm)，电阻率为≥3.73×102Ω·cm。
测试例
图1为对比例1和对比例2得到的ZnO薄膜在不同能量下的吸收系数，由图1和对比例1～2的电阻率可知，在紫外可见光区域内，紫外光辐照只改变其电导率而不改变其吸收系数；
图2为对比例1和对比例2得到的ZnO薄膜的薄膜折射率和消光系数随波长的变化曲线；其中，
和
分别代表对比例2和对比例1得到的ZnO薄膜的折射率；
和
分别代表对比例2和对比例1得到的ZnO薄膜的消光系数；由图2可知，在400～1700nm内，对比例1和对比例2的消光系数都为0，吸波段无吸收，即紫外光辐照处理对薄膜的消光系数没有影响；紫外光辐照处理后每个波段的折射率都稍微有所下降；
图3为对比例1得到的ZnO薄膜的原子力显微镜形貌图，由图3可知，对比例1得到的ZnO薄膜的表面粗糙度为0.86nm，说明溶胶凝胶法制备得到的ZnO薄膜表面平整光滑；
图4为实施例3～7制备得到的导电ZnO薄膜和实施例3未进行紫外光辐照的四层堆叠的ZnO薄膜在400～1200nm波长处的透射率谱图，由图3可知，实施例3～7制备得到的导电ZnO薄膜和实施例3未进行紫外光辐照的四层堆叠的ZnO薄膜在400～1200nm波长处的透射率在85％以上，说明没有紫外光辐照处理的薄膜的透射率也在85％以上，即紫外光辐照处理不改变透射率。
图5为实施例8～15制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率，由图5可知，当紫外光辐照时间达到25min时，电阻率达到最小，电导率达到最大饱和值。
图6为实施例12制备得到的导电ZnO薄膜的电阻率延迟时间的变化曲线，由图6可知，随着存放时间的延长，虽然电阻率会呈现增长的趋势，但是变化趋势很小，经过450min以后，电导率还可以保持在同一个数量级，说明电导率稳定性较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种导电ZnO薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇混合，得到醋酸锌前驱体溶胶；
将所述醋酸锌前驱体溶胶在透明基板上成膜，得到醋酸锌凝胶膜；
将所述醋酸锌凝胶膜进行热处理，得到第一层ZnO薄膜；
依次重复进行所述成膜和热处理的过程2～5次，得到多层堆叠的ZnO薄膜；
将所述多层堆叠的ZnO薄膜进行紫外光辐照，得到所述导电ZnO薄膜；
所述紫外光辐照的有效功率为60W，波长为365nm，时间为10～60min；
在透明基板上成膜前，还包括对所述透明基板进行清洗；
所述清洗为将透明基板置于超净空间中，鼓入相对湿度为15～30％的空气气流；
所述空气气流的流量为500～3000m3/h；
所述醋酸锌、乙醇胺和二甲氧基乙醇的用量比为(1～2)g：(200～300)μL：(10～25)mL。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合在搅拌的条件下进行；
所述混合的相对湿度为15～30％，温度为15～40℃，时间为8～12h。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜的相对湿度为15～30％，温度为15～40℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为240～360℃，时间为30～60min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外光辐照在无水无氧的环境中进行。
6.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的导电ZnO薄膜，其特征在于，所述导电ZnO薄膜的层数为3～6层。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001106567A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-17 | Hitachi Cable Ltd | 透明導電膜形成基板及び形成方法 |
| CN101994103A (zh) * | 2009-08-17 | 2011-03-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法 |
| CN102763174A (zh) * | 2010-02-17 | 2012-10-31 | 住友金属矿山株式会社 | 透明导电膜的制造方法及透明导电膜、使用该透明导电膜的元件、透明导电基板以及使用该透明导电基板的器件 |
| JP2015124117A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 東ソー・ファインケム株式会社 | 金属酸化物薄膜の製造方法 |
| CN105575551A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 西北工业大学 | 一种溶胶-凝胶法直接制备柔性透明导电薄膜的方法 |
| CN108546936A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-09-18 | 武汉理工大学 | 一种低温制备高性能ZnO基透明导电氧化物薄膜的方法 |
| WO2019196025A1 (zh) * | 2018-04-11 | 2019-10-17 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | Azo透明导电薄膜及其制备方法和应用 |
-
2020
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001106567A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-17 | Hitachi Cable Ltd | 透明導電膜形成基板及び形成方法 |
| CN101994103A (zh) * | 2009-08-17 | 2011-03-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 钇掺杂氧化锌透明导电薄膜的光助溶胶-凝胶的制备方法 |
| CN102763174A (zh) * | 2010-02-17 | 2012-10-31 | 住友金属矿山株式会社 | 透明导电膜的制造方法及透明导电膜、使用该透明导电膜的元件、透明导电基板以及使用该透明导电基板的器件 |
| JP2015124117A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 東ソー・ファインケム株式会社 | 金属酸化物薄膜の製造方法 |
| CN105575551A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 西北工业大学 | 一种溶胶-凝胶法直接制备柔性透明导电薄膜的方法 |
| WO2019196025A1 (zh) * | 2018-04-11 | 2019-10-17 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | Azo透明导电薄膜及其制备方法和应用 |
| CN108546936A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-09-18 | 武汉理工大学 | 一种低温制备高性能ZnO基透明导电氧化物薄膜的方法 |
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