[發(fā)明專利]氧化鎘鎂合金透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310051743.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN103074577A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳貴賓;賈建明;于海春;翟章印;華正和;趙金剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C14/08
• 分類號(hào): C23C14/08;C23C14/35
• 代理公司: 淮安市科文知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 陳靜巧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化鎘鎂合金透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

????面臨日趨嚴(yán)重的世界能源枯竭問題，太陽能光伏電池技術(shù)為人類成功利用太陽能發(fā)揮了極其重要的作用。由于太陽輻射光譜的99%以上的波長(zhǎng)為150-4000納米（nm）之間，而太陽能電池只能吸收占太陽輻射光譜50%的波長(zhǎng)400-760納米（nm）的可見光，太陽輻射其余波長(zhǎng)的不可見紫外光或紅外光不能被利用。傳統(tǒng)太陽能電池采用的金屬電極雖導(dǎo)電性能好，但光照射在電極區(qū)域上受到了一定程度的阻擋，透過率較差，相應(yīng)降低了太陽光的有效利用率。而利用透光性能良好的透光導(dǎo)電薄膜替代金屬電極，可使太陽能電池獲得更多的光能量。但是現(xiàn)有的透光導(dǎo)電薄膜的透光波段只能透過太陽輻射某一波段的光，并不能覆蓋太陽光譜的全部波段，因而優(yōu)化透明導(dǎo)電薄膜的透光波段，使其在太陽能電池的窗口材料、光敏探測(cè)器等電子器件應(yīng)用中具有更好的普適性具有重要價(jià)值。為此，提高現(xiàn)有透光導(dǎo)電薄膜的透光波段，使其盡可能地覆蓋較寬的太陽光譜的波段范圍，將是業(yè)內(nèi)科技人員須深入研究的新課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種氧化鎘鎂合金透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，目的在于通過對(duì)組成透明導(dǎo)電薄膜各種材質(zhì)的透光性能，及磁控濺射所須參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，以設(shè)定導(dǎo)電薄膜制備的磁控濺射的條件，最終獲得可使紫外波段光透過性能提高的透明導(dǎo)電薄膜。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

本發(fā)明經(jīng)研究認(rèn)為，如進(jìn)一步促使導(dǎo)電薄膜光學(xué)吸收邊，在短波范圍的截止波長(zhǎng)向短波方向再繼續(xù)拓展，將能有效提高短波范圍的光透過性能；又研究認(rèn)為，在氧化鎘（CdO）基薄膜中摻入一定量的鎂（Mg）形成氧化鎘鎂合金（Cd_1-xMg_xO）可實(shí)現(xiàn)上述導(dǎo)電薄膜在短波范圍的截止波長(zhǎng)繼續(xù)向短波方向的拓展，從而提高薄膜材料的光學(xué)帶隙，達(dá)到對(duì)太陽輻射紫外波段具有更好的光透過特性。

本發(fā)明產(chǎn)品特征：

本發(fā)明所稱的氧化鎘鎂合金（Cd_1-xMg_xO）透明導(dǎo)電薄膜（以下簡(jiǎn)稱薄膜），采用磁控濺射技術(shù)制備而成，所述磁控濺射的靶材為氧化鎘和氧化鎂。所述薄膜接受太陽光的透過特性，與磁控濺射靶材氧化鎂含量大小相關(guān)；提高薄膜中鎂含量，氧化鎘鎂合金的能帶間隙增大，將相應(yīng)地使氧化鎘鎂合金（Cd_1-xMg_xO）薄膜光學(xué)吸收邊向短波方向移動(dòng)，所述薄膜中鎂（Mg）組分含量值x（指原子數(shù)百分比含量）范圍為：0≤x＜0.5；所述薄膜厚度范圍為：170—290?nm。

本發(fā)明方法的具體工藝步驟如下：

（一）將雙面拋光的玻璃基片洗凈、用高壓氮?dú)獯蹈珊笱b入具有純度均高于99.99%的氧化鎘（CdO）、氧化鎂（MgO）兩種靶材的磁控濺射裝置的基片架上；

（二）本底真空及基片的升溫：待多靶磁控濺射薄膜沉積系統(tǒng)，本底真空度降至2′10^-6?torr以下時(shí)，再開始進(jìn)行基片的逐步升溫，待基片溫度穩(wěn)定至270°C并保持10-20分鐘；

（三）濺射沉積：先將步驟（二）中兩種靶材的濺射參數(shù)調(diào)至設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行濺射，濺射操作過程中旋轉(zhuǎn)基片架，濺射沉積完成后獲得相應(yīng)的薄膜厚度，關(guān)閉氬氣的供給，使薄膜在1.0′10^-6?torr以下的真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫；

（四）采用霍爾效應(yīng)（測(cè)量系統(tǒng)為Ecopia,?Hall?effect?measurement?system，型號(hào)為HMS-3000）和盧瑟福背散射（RBS）實(shí)驗(yàn)測(cè)量程序，對(duì)生長(zhǎng)在步驟（一）玻璃基片上的薄膜進(jìn)行測(cè)量，獲得透明導(dǎo)電薄膜中Mg的含量。

本發(fā)明方法在多次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)濺射的參數(shù)如下：濺射氣體為高純氬氣；通入氬氣前的本底真空為2′10^-6?Torr以下；濺射壓強(qiáng)為5.6-6.3?mTorr；兩個(gè)靶材的濺射功率范圍分別是：氧化鎘CdO為30—150W；MgO為50—150W；靶材CdO、靶材MgO與基片之間的距離分別為11.0?cm和11.0～12.5?cm；所述濺射壓強(qiáng)或?yàn)?.9-6.1?mTorr；最佳為6.0?mTorr；所述濺射沉積時(shí)間范圍為30-100分鐘。濺射沉積后，采用霍爾效應(yīng)和盧瑟福（RBS）背散射作實(shí)驗(yàn)測(cè)量；所獲得的透明導(dǎo)電薄膜中Mg組分含量從1.0%至48%。