[發明專利]一種疊層透明導電氧化物薄膜、其制法和應用

有效

• 申請號: 201310005521.1
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103909692B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 湯洋;陳頡
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B33/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 彭飛,林柏楠

技術領域

本發明涉及一種疊層透明導電氧化物（tandem?TCO）薄膜、其制法和應用。

背景技術

透明導電氧化物薄膜（transparent?conductive?oxide?film,簡稱TCO）有著廣泛的應用，例如可以用于太陽能電池、半導體行業以及建筑業等。

透明導電氧化物薄膜由透明導電氧化物材料制成，所述材料包括但不限于錫摻雜氧化銦（ITO）、金屬或非金屬摻雜的氧化鋅（摻雜元素如鋁、鎵、銦、硼等）、氧化鋅（ZnO）、氟摻雜的氧化錫（FTO）、二氧化鈦（TiO₂）、氧化錫（SnO₂）、氧化銦（In₂O₃）、二氧化鋯（ZrO₂）等。在傳統的工藝中，所制得的氧化物薄膜需要較小的電阻時，通常通過增加導電氧化物薄膜的厚度（一般為幾百納米至幾微米的范圍內）實現，而這樣會降低薄膜的透射率。

隨著太陽能電池、半導體行業以及建筑業的發展，希望透明導電氧化物薄膜具備優異的導電性，同時厚度降低，透明度高。而現有技術尚無法同時滿足以上三個要求。

發明內容

本發明的第一個方面提供一種疊層透明導電氧化物薄膜，包括透明導電氧化物基底層和從基底層上生長的透明導電氧化物單晶納米結構陣列層。

在本發明的一個優選實施方案中，疊層透明導電氧化物薄膜還包括位于單晶陣列之上的頂層，該頂層的材料可以為透明導電氧化物、石墨烯或金屬納米線。

本發明的第二個方面提供一種制備疊層透明導電氧化物薄膜的方法，包括在透明導電氧化物基底層上生長單晶氧化物納米結構陣列。

本發明的第三個方面提供疊層透明導電氧化物薄膜的用途，其可用于太陽能電池、半導體行業以及建筑業等。

本發明的疊層透明導電氧化物薄膜中，透明導電氧化物納米結構從基底層上生長出來，形成緊密的單晶氧化物納米結構陣列，起到光耦合的作用，可以增加薄膜的透射率。另一方面，所述單晶陣列層展現出較少的缺陷，具有較高的電子遷移率，因此可以增加所制得的疊層透明導電氧化物薄膜的電導率。

附圖說明

圖1為本發明疊層透明導電氧化物薄膜的雙層結構示意圖。在該圖中，（1）為透明導電氧化物基底層，（2）為透明單晶氧化物納米結構陣列。

圖2為本發明疊層透明導電氧化物薄膜的三層結構示意圖。在該圖中，（1）為透明導電氧化物基底層，（2）為透明導電單晶氧化物納米結構陣列，（3）為任選的頂層。

圖3為本發明雙層疊層透明導電氧化物薄膜的SEM（掃描電子顯微鏡）照片。

具體實施方式

本發明提供一種疊層透明導電氧化物薄膜，包括透明導電氧化物基底層，以及從基底層上生長的單晶氧化物納米結構陣列層。

在本發明的一個具體實施方式中，所述疊層透明導電氧化物薄膜還包括位于納米結構陣列之上的透明導電氧化物或石墨烯或金屬納米線頂層。

在本發明的一個優選實施方式中，所述單晶氧化物納米結構排布成緊密的陣列。

本發明還提供一種制備疊層透明導電氧化物薄膜的方法，包括在透明導電氧化物基底層上生長單晶氧化物納米結構陣列。

在本發明方法的一個具體實施方式中，還包括在單晶陣列之上形成透明導電氧化物或石墨烯或金屬納米線頂層。

其中，所述透明導電氧化物材料包括但不限于錫摻雜氧化銦（ITO）、金屬或非金屬摻雜的氧化鋅（摻雜元素如鋁、鎵、銦、硼等）、氧化鋅（ZnO）、氟摻雜的氧化錫（FTO）、二氧化鈦（TiO₂）、氧化錫（SnO₂）、氧化銦（In₂O₃）、二氧化鋯（ZrO₂）等。透明導電氧化物基底層、單晶氧化物納米結構陣列層和任選的透明導電氧化物或石墨烯或金屬納米線頂層的材料可以相同，也可以彼此不同。

透明導電氧化物基底層

在本發明的疊層透明導電氧化物薄膜中，透明導電氧化物基底層的厚度可以為10nm至2000nm，優選60nm至1000nm，更優選120nm至700nm。所述基底層可以由物理方法或化學方法形成，例如濺射方法、物理氣相沉積法、化學氣相沉積法等等。必要時，采用惰性氣氛。該基底層也可由其他方法形成。所述基底層也可以為市售的材料，例如商業購買鋁摻雜的氧化鋅（AZO）電玻璃襯底。