[發明專利]一種低溫制備氧化鋅電子薄膜的方法

有效

• 申請號: 201410034109.7
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103757613A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 程江;張洪濤;王祺;楊鑫;柳紅東
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 文巍

技術領域

本發明屬于氧化物薄膜的制備，特別涉及噴霧熱分解法制備氧化鋅(ZnO)電子薄膜的方法。

背景技術

ZnO薄膜是一種多功能電子薄膜，可通過摻B、Al、In、Ga等元素制備成透明導電氧化物薄膜(TCO)，在觸摸顯示、太陽能電池窗口、低輻射?(Low-E)?玻璃等方面具有廣泛應用。近期，人們發現未摻雜的ZnO薄膜在有機太陽能電池的陰極緩沖層具有非常重要的用途，可以提高其光電轉換效率(PCE)和使用壽命。

目前有機太陽能電池柔性化關鍵難點在于柔性透明電極和大面積緩沖層制備，有機襯底(PET或PMMA)及光敏層薄膜耐熱值一般在200℃以下，因此，在低溫(＜200℃)下大面積制備ZnO電子薄膜是ZnO廣泛應用于柔性太陽能電池的前提，對柔性太陽能電池的推廣具有非常積極的促進作用。?

噴霧熱分解法是少數幾種可以實現非真空制備ZnO薄膜的技術之一，該方法不受真空度及腔體限制，可實現大面積成膜，設備與工藝簡單，制造成本低，適合規模化生產。

在本發明以前，利用超聲噴霧熱解制備ZnO薄膜有相關報道，普遍存在缺點主要有：(1)沉積溫度高，(2)不能實現大面積成膜，(3)原料成本高，(4)原料對人及環境有毒害。例：專利CN1707752?A，以管式爐為加熱源，只能制備小面積的ZnO薄膜；薄膜沉積溫度高(500～800℃)，只能采用耐高溫的無機材料作為襯底。而本發明原料分解溫度低，可以在130℃左右制備ZnO薄膜；采用了可移動加熱平臺作為加熱源，可以實現在柔性襯底上制備大面積ZnO薄膜，適應卷對卷工藝及大規模生產要求。又例：Yoshino?Kenji.??Low-Temperature?Growth?of?ZnO?Films?by?Spray?Pyrolysi:?日本,?Japanese?Journal?of?Applied?Physics,?50(4),?(2011年)報導采用二乙基鋅而原料，雖然在較低溫度(100℃)制備出ZnO薄膜，但原料二乙基鋅毒性強，容易著火爆炸，價格昂貴；制備工藝更接近化學氣相輸運?(CVD)?法，過程控制相對復雜，對氧氣和水蒸氣控制嚴格，因此需在惰性氣氛下進行；另外以固定的加熱臺作為加熱源，難以實現大面積制膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低溫、非真空制備大面積ZnO電子薄膜的方法。

本發明的目的是通過以下措施實現的：

一種低溫制備氧化鋅電子薄膜的方法，采用噴霧熱分解法，包括配制前驅液、薄膜沉積步驟，其特征在于：所述前驅液為鋅銨[(Zn(NH₃)₄](OH)₂溶液。優選地，上述鋅銨[(Zn(NH₃)₄](OH)₂溶液pH為10～12，[(Zn(NH₃)₄]²⁺濃度為0.05～0.2mol/L。所述前驅液室溫下可長期、穩定存在于堿性溶液中，可在較低溫度下噴霧熱分解后形成氧化鋅薄膜。

為了保證前驅液具有較低的熱分解溫度，并有效控制產品中的雜質，上述前驅液中包含的主要離子為：[(Zn(NH₃)₄]²⁺、OH^-和NH₃⁺；上述前驅液中的酸根離子總含量小于0.5%。酸根離子是除OH^-以外的陰離子，包括CH₃COO^-、NO₃^-和Cl^-等陰離子。

為了改善產品形貌，增加膜透光率，配制上述前驅液采用水、甲醇、氨水的混合液作為鋅銨溶液的溶劑，甲醇體積：水與氨水的體積之和為1:2～5。具體地，配制上述前驅液步驟包括：

①將鋅鹽溶于水，先加入少量氨水，過濾并清洗沉淀獲得氫氧化鋅沉淀；

②以水與甲醇混合液將氫氧化鋅沉淀進行分散，再加入氨水至沉淀完全溶解形成pH為10～12，濃度為0.05～0.2mol/L透明的鋅銨[(Zn(NH₃)₄](OH)₂溶液，其中甲醇體積：水與氨水的體積和為1:2～5。

上述鋅鹽為醋酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅中的一種或多種。