[發明專利]熱穩定性增強的透明導電薄膜及其應用

有效

• 申請號: 201210036794.8
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102543271A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 陳曉紅;周琳;朱峰;孫卓
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01L31/0224
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明屬于光電器件領域，具體涉及一種熱穩定性增強的透明導電薄膜及其在光電器件中的應用。

背景技術

以摻錫氧化銦(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)和摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜為代表的透明導電氧化物(TCO)通常具有禁帶寬、可見光譜區光透射率高和電阻率低等共同光電特性，被廣泛地應用于太陽能電池、平面顯示、特殊功能窗口涂層及其它光電器件領域。近年，氧化物-金屬-氧化物(即OMO，如ITO|Ag|ITO，ZnO|Ag|ZnO，AZO|Ag|AZO，NiO|Ag|NiO，SnO₂|Ag|SnO₂等)透明導電薄膜得到廣泛研究，并逐步應用到太陽能電池和顯示等光電領域。在實際應用中，透明導電薄膜不但需要高透光率和高導電率，還需要良好的熱穩定性。在OMO結構的透明導電薄膜中，納米結構的金屬層與本體金屬熔點相比具有較低的表面熔融溫度，受熱過程中納米結構金屬層容易發生熔融并收縮形成島狀納米結構。當納米金屬層嚴重收縮時，島狀金屬納米結構將完全分離，島狀金屬結構之間電子傳輸通道被切斷，并快速地降低OMO導電薄膜的導電性。因此，研制具有良好熱穩定性的OMO透明導電薄膜結構，盡可能消除或者降低因島狀金屬納米結構分離而導致電阻增加的影響，對延長光電器件使用壽命和提高光電器件環境適應性具有重要應用價值。

本發明解決了現有技術中OMO透明導電薄膜熱穩定性差的問題，提出了一種透明導電薄膜及其應用。本發明在OMO透明導電薄膜的金屬層與氧化層界面間引入重摻雜層，降低透明導電薄膜的電阻率，得到的透明導電薄膜熱穩定性得到增強。

發明內容

本發明的一方面，提供了一種熱穩定性增強的透明導電薄膜，包括襯底，以及位于襯底上的由下至上依次為第一氧化物層、第一重摻雜層、金屬層、第二重摻雜層和第二氧化物層。

優選的，氧化物層是氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、摻鎵氧化鋅(GZO)、摻銦氧化鋅(IZO)、摻錫氧化銦(ITO)、三氧化二銦(In₂O₃)、二氧化錫(SnO₂)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鈦(TiO₂)、二氧化鉬(MoO₂)、三氧化二鉬(Mo₂O₃)、氧化鎳(NiO)、二氧化釩(VO₂)、五氧化二釩(V₂O₅)、氧化鎢(W₂O₃)等各類二元或者多元系透明氧化物之任意一種。第一和第二氧化物層可選擇采用相同或不同的材料。襯底可由玻璃、塑料、石英和藍寶石等所有透明材料之任意一種制得。

優選的，重摻雜層是金屬如鋁、銦、鎵、鋰、鈉和錫等；或金屬氧化物、氮化物、氮氧化物或氟化物如氧化鋁、氧化銦、氧化鎵、氧化錫、氮化鋁、氮化硅、氮氧化硅、氮氧化鋁、氟化鋰、氟化鈉、氟化鎂等，或其它能通過重摻雜方法引起氧化物電導增加的元素和化合物。優選的，重摻雜層是經過重摻雜后的氧化物本身，如：重度摻鋁ZnO、重度摻鋰NiO、重度摻鎵ZnO、重度摻銦ZnO、重度摻錫In₂O₃和重度摻氟SnO₂。所述重摻雜層是相對于氧化物層具有更高簡并度的半導體層，能提高金屬層與氧化物層界面之間的電導率。

優選的，金屬層可以是銀、金、鎳、鉻、鉑、銅、鋁等多種金屬之任意一種。

本發明中，所述第一重摻雜層直接插在金屬層與第一氧化物層之間，所述第二重摻雜層直接插在金屬層與第二氧化物層之間。

優選的，氧化物層、重摻雜層和金屬層可通過磁控濺射、真空熱蒸發、電子束蒸發和激光沉積等方式制備，也可用打印、印刷和旋涂等方式制備。如用磁控濺射方法制備透明導電薄膜，先在襯底上濺射第一氧化物層、接著依次濺射第一重摻雜層、金屬層和第二重摻雜層，最后濺射第二氧化物層。濺射參數如功率、氣壓、濺射速率、氧氬比、各層薄膜厚度、靶材與襯底間距和角度等可根據需要進行調整。

優選的，依據第一、第二重摻雜層材料類型或者薄膜層數不同，本發明透明導電薄膜的結構包括以下四類：

第一類：襯底|第一氧化物層|第一重摻雜層|金屬層|第二重摻雜層|第二氧化物層，其中，第一、第二重摻雜層是金屬。典型結構如AZO|Al|Ag(或Au)|Al|AZO；ZnO|Al|Ag(或Au)|Al|ZnO。