[發明專利]一種通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝

有效

• 申請號: 201611046772.4
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106395894B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 陳漢;何金金;楊旭東;韓禮元
• 申請（專利權）人: 蘇州黎元新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;H01L31/18
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 姚亮,沈金輝

技術領域

本發明涉及薄膜材料技術領域，具體涉及一種通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝。

背景技術

近幾年來，隨著薄膜科學技術與薄膜物理學的發展，薄膜材料作為半導體材料、介電材料、電極材料、催化劑等在電極改性、有機廢水處理、太陽能電池、化學檢測等方面的應用日益廣泛。

面對薄膜表面功能的不斷完善，各種新的成膜技術不斷涌現，特別是現代材料表面功能薄膜制備新技術、新方法的開發，與以往的制膜方法相比有了新的特點，方法也向著多元化的方向發展?？傮w來說，目前的薄膜制備技術大致可分為物理法和化學法兩種。物理法包括濺射法、蒸發法等；化學法包括化學氣相沉積法、濕化學法、原子層沉積法等。相對而言物理法制備無機薄膜所需能量較多，設備較昂貴，而大多數化學法則相反，所需能量較少，但是過程比較難控制。主要包括溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、旋涂法，水熱法、水解-沉淀法、液相電沉積法的濕化學法，一定程度上克服了上述缺點，普遍具有工藝簡單、能在復雜襯底上沉積薄膜和薄膜化學成分易于控制等優點，已成為薄膜制備的主要方法之一。但是，在目前的濕化學法制備薄膜工藝中，大多數存在工藝流程復雜、需添加過多的輔助試劑、難以制備高平整度的大面積薄膜等問題?？梢?，如何用盡量簡單、廉價的工藝，制備大面積高性能的薄膜材料仍是一個難題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝。

本發明的又一目的是提供上述工藝在制備鈣鈦礦太陽能電池二氧化鈦致密層工藝中的應用。

為達到上述目的，本發明提供了一種通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝，該工藝是使基底上的待水解溶液在蓋膜環境下進行加熱水解，進而獲得附著于基底的薄膜材料；所述蓋膜環境為一種以基底為底層，被拖膜為頂層，二者之間夾有待水解溶液膜層的夾層結構。

在本發明提供的通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝中，最重要的是為待水解溶液提供一個特殊的半封閉水解環境-蓋膜環境，該環境既能將待水解溶液封存在夾層結構中，避免溶劑的過分揮發，為水解提供充足的時間；又能使少量的溶劑通過被拖膜的兩個側面逐漸地進行揮發。在這種環境下，相當于減緩了待水解溶液在水解過程中濃度下降的程度(經合理調控，可使水解維持在較佳的水解濃度，相當于起到間接提高水解濃度的效果)，因此能夠形成更多的成核位點，結晶出晶粒較小的水解產物，進而獲得致密性好的薄膜材料。其次，蓋膜環境為獲得平整度高的大面積薄膜提供了便利條件：基底與被拖膜形成的夾層結構，保證了薄膜的平整性；由于薄膜平整性容易控制，因此，也為制備大面積薄膜材料提供了一個嶄新的途徑。再次，由于蓋膜提供的特殊水解環境，可以少用甚至不用促水解劑，即可獲得較好的水解成膜效果，因此，一定程度上減少了雜質的引入，進一步保證了薄膜材料的性能。另外，本發明提供的工藝還具有可以通過調節待水解溶液的濃度、水解溫度或水解時間，方便的調節薄膜厚度的優點。

在本發明提供的通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝中，所述薄膜材料可以以附著于基底的形式存在和使用，也可以采用一定方法從基底材料上剝離后單獨使用。

在上述通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝中，優選地，所述薄膜材料為無機薄膜材料。在本發明提供的優選實施方式中，該工藝可以用于二氧化鈦薄膜、氧化鋅薄膜、二氧化錫薄膜或三氧化鎢薄膜的制備。在制備所述無機薄膜材料時的待水解溶液可以選自相應金屬的有機鹽溶液或無機鹽溶液。在本發明提供的優選實施方式中，制備所述二氧化鈦薄膜時，所用的待水解溶液可以為四氯化鈦水溶液；制備所述氧化鋅薄膜時，所用的待水解溶液可以為硝酸鋅水溶液；制備所述二氧化錫薄膜時，所用的待水解溶液可以為氯化錫水溶液；制備所述三氧化鎢薄膜時，所用的待水解溶液可以為鎢酸鈉水溶液。

在上述通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝中，所述待水解溶液中還可以添加有提高膜性能的輔助試劑，例如氫氧化鈉、表面活性劑或尿素等。由于本工藝簡單易操作，基本不浪費藥劑，因此對于某些價格昂貴的輔助試劑特別適用。而且，由于可減少甚至不用促水解藥劑，使得輔助試劑的效用能得到更大程度的發揮，相當于間接減少了輔助試劑的用量。因此，該工藝與現有的常規工藝相比，具有突出的經濟性。

在上述通過蓋膜水解法制備薄膜材料的工藝中，優選地，該工藝還包括在所述加熱水解步驟結束后，先制備薄膜材料的前驅膜層，然后對所述前驅膜層進行后續處理，從而獲得薄膜材料的步驟。對于有些薄膜材料，可先制備前驅膜層，然后再由前驅膜層制備成品薄膜材料，例如，前驅膜層通過高溫焙燒以獲得目標晶相的薄膜材料。