專利名稱：一種氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法，屬于電子材料技術(shù) 領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電膜兼?zhèn)涞碗娮韬透叩目梢姽馔高^率特性，廣泛應(yīng)用于薄膜太陽能 電池、平板顯示器和發(fā)光器件的透明電極。近幾年，晶體硅價格的上漲極大地 推動了薄膜太陽能電池的發(fā)展，光伏用透明導(dǎo)電膜作為電池前電極的必要構(gòu)件， 其市場需求迅速增長。摻錫氧化銦(ITO)薄膜是當(dāng)前使用最廣泛的透明導(dǎo)電膜， 主要應(yīng)用于平板顯示等領(lǐng)域，初期曾應(yīng)用于光伏電池的前電極。為了增加薄膜 電池半導(dǎo)體層吸收光的能力，透明導(dǎo)電膜需要提高對透射光的散射能力，而ITO 薄膜很難做到這一點。光伏用透明導(dǎo)電膜的刻蝕目前都使用激光刻蝕，透明導(dǎo) 電膜層的材料和結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)激光刻蝕的過程，處于激光束焦點區(qū)域的膜層能 夠迅速氣化，不留雜質(zhì)，并且氣化反應(yīng)不會擴(kuò)散到焦點區(qū)域以外，留下的溝槽
邊緣整齊，溝槽寬度保持一致。ITO薄膜的激光刻蝕性能較差，ITO薄膜應(yīng)用于 太陽能電池時在等離子體中不夠穩(wěn)定，因此目前ITO薄膜已非光伏電池主流的 電極材料。氟摻雜氧化錫(Sn02:F)薄膜成本相對較低，光電性能優(yōu)良，穩(wěn)定 性高，具有極強(qiáng)的耐腐蝕性。Sn02:F薄膜對透射光有一定的散射能力，光學(xué)透 過譜與非晶硅半導(dǎo)體層的吸收波段(400 700nm)相匹配，膜層紅外激光刻劃效 果很好。Sn02:F薄膜非常適用于薄膜太陽能電池的前電極。
通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜的方法有噴霧熱解 (Spray pyrolysis)法，參見A.A.Yadav等人的"噴霧溶液量對噴霧沉積Sn02:F 薄膜性能的影響"，《物理B》404(2009)1874-1877 (A.A. Yadav, E.U. Masumdar, A.V. Moholkar, et al. Effect of quantity of spraying solution on the properties of spray deposited fluorine doped tin oxide thin films, Physica B 404(2009)1874-1877); 化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition)法，參見Yuji Matsui等人的"化學(xué)氣相 沉積法制備10-20nm厚多晶Sn02薄膜的電導(dǎo)率"，《周體薄膜》517 (2009) 2953-2958 (Yuji Matsui, Yuichi Yamamoto. Electrical conduction in 10-20nm thick polycrystalline tin oxide thin films deposited by chemical vapor deposition, Thin Solid Films 517 (2009) 2953-2958);超聲噴霧熱解法，參見雷智等人的"低溫制 備透明Sn02:F薄膜的光電性研究"，《光電子技術(shù)》24(2004)4-7。
噴霧熱解法可以制得電阻率3.91 X l(T4Qcm、550nm處光學(xué)透過率75%的薄 膜，薄膜沉積襯底溫度475'C;化學(xué)氣相沉積法制得的薄膜電阻率低達(dá)6.0X10'4Qcm，薄膜沉積襯底溫度540'C;超聲噴霧熱解法在36(TC沉積溫度下可制得可 見光區(qū)透過率75%~85%、電阻率3.7Xl()4Qcm的薄膜。文獻(xiàn)報導(dǎo)的Sn02:F薄 膜的襯底為硬質(zhì)玻璃，薄膜沉積襯底溫度較高，不能在有機(jī)柔性基材襯底上制 備薄膜。在有機(jī)柔性基材上制備的Sn02:F透明導(dǎo)電膜具有可燒曲、重量輕、不 宜破碎、便于運輸?shù)泉毺貎?yōu)點，有望成為硬質(zhì)玻璃襯底透明導(dǎo)電膜的更新?lián)Q代
# 口 廣叩o
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中Sn02:F透明導(dǎo)電膜薄膜沉積襯底溫度高 的不足，提供一種在有機(jī)柔性基材襯底上制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜的方法。在有 機(jī)柔性基材襯底上室溫制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜，制造工藝簡單、成本低廉、不 污染環(huán)境，所制備的Sn02:F透明導(dǎo)電膜光電性能優(yōu)良、穩(wěn)定性高、附著性能好， 適用于柔性薄膜太陽能電池的前電極。 ，
本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達(dá)到 一種氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的 制備方法，步驟如下
(1) 將純度99.99%的Sn02粉末和99%的SnF2粉末按重量比95:5 85:15充分 混合，在100 200MPa壓強(qiáng)、115 125'C溫度下壓制成型，壓制成型時間為15~25 分鐘；在空氣中190 210。C溫度下燒結(jié)2400 3000分鐘，燒制成Sn02:F靶材。
(2) 用超聲波化學(xué)清洗有機(jī)柔性基材，然后將步驟(1)的靶材和清洗過的有 機(jī)柔性基材送入射頻磁控濺射儀，用偏壓射頻磁控濺射技術(shù)在有機(jī)柔性基材襯 底上制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜。濺射儀靶材到襯底的距離40 80mm，優(yōu)選60 mm; 濺射室基礎(chǔ)真空小于1.0X l(T3Pa，優(yōu)選4.0X 104Pa;濺射氣體氬氣壓強(qiáng)0.3 5 Pa， 濺射偏壓0 -100V，濺射功率50 200W。
上述步驟(l)中制備靶材時，耙材的組分優(yōu)選為Sn02和SnF2重量比90:10。
上述步驟(1)中Sn02:F靶材的形狀為圓形，直徑為60mm。
上述步驟(2)中有機(jī)柔性基材襯底選自下列之一透明的聚酯薄膜、透明
的聚乙烯對苯二甲酯薄膜、透明的聚碳酸酯薄膜、透明的聚丙烯薄膜、透明的
聚酰亞胺薄膜、透明的聚丙烯二酯薄膜。 上述步驟(2)中襯底不加熱。 上述步驟(2)中濺射氣體氬氣的純度為99.99%。
在優(yōu)選工藝條件下，即濺射氣體氬氣壓強(qiáng)1Pa、濺射功率150W、濺射偏壓 -70V，制得薄膜的電阻率為5Xl(^Qcm，可見光范圍的透過率超過87%。 本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)良效果如下
噴霧熱解法的薄膜沉積襯底溫度475°C，化學(xué)氣相沉積法薄膜沉積襯底溫度 540°C ，超聲噴霧熱解法薄膜沉積襯底溫度360°C 。'現(xiàn)有技術(shù)制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜的薄膜沉積襯底溫度較高，不能在有機(jī)柔性基材襯底上制備薄膜。本發(fā)明
的方法制備Sn02:F透明導(dǎo)電膜的薄膜沉積襯底不需要加熱，制造工藝較簡單、 成本低廉、不污染環(huán)境，所制成的Sn02:F透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性和光學(xué)透過率高， 光電性能穩(wěn)定，與有機(jī)柔性基材結(jié)合牢固。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細(xì)說明 實施例1:
(1) 將純度99.99%的Sn02粉末和99%的SnF2粉末按重量比90:10充分 混合，在200MPa壓強(qiáng)、12(TC溫度下壓制成型，壓制成型時間為25分鐘；在空 氣中200。C溫度下燒結(jié)3000分鐘，燒制成Sn02:F靶材。
(2) 有機(jī)柔性基材采用厚度125pm的透明聚酯薄膜，用超聲波化學(xué)清洗。 將步驟(1)的靶材和清洗過的有機(jī)柔性基材送入射頻磁控濺射儀，耙材到襯底 的距離60mm。濺射室基礎(chǔ)真空4.0X10"Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng) 1Pa，濺射偏壓-70V,濺射功率150W，襯底溫度為室溫，薄膜厚度400nm。薄 膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的電阻率為5X10—^cm，可見光范圍的光學(xué)透過率超過 87%。
實施例2:
濺射用靶與實施例l相同，所不同的是步驟(2)中有機(jī)柔性基材采用厚度 175pm的透明聚碳酸酯薄膜，靶材到襯底的距離為40mm，濺射室基礎(chǔ)真空9X 10—4Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng)0.3Pa，濺射偏壓OV，濺射功率50W，襯底溫度為室 溫，薄膜厚度400nm 。薄膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的電阻率為7X10—3Qcm，可 見光范圍的光學(xué)透過率超過72%。
實施例3:
濺射用靶與實施例l相同，所不同的是步驟(2)中有機(jī)柔性基材采用厚度 75pm的透明聚酰亞胺薄膜，靶材到襯底的距離為80mm，濺射室基礎(chǔ)真空2X l(T4Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng)5Pa，濺射偏壓-100V，濺射功率200W，襯底溫度為 室溫，薄膜厚度400nm 。薄膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的電阻率為7X10—4Qcm， 可見光范圍的光學(xué)透過率超過88%。
實施例4:
濺射用靶與實施例l相同，所不同的是步驟(2)中有機(jī)柔性基材采用厚度 125,的透明聚乙烯對苯二甲酯薄膜，靶材到襯底的距離為50mm，濺射室基礎(chǔ) 真空6X10"Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng)2Pa，濺射偏壓-60V，濺射功率IOOW，襯 底溫度為室溫，薄膜厚度400腿。薄膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的電阻率為6.5X1(T4Qcm，可見光范圍的光學(xué)透過率超過84%。
實施例5:
將純度99.99%的Sn02粉末和99%的SnF2粉末按重量比95:5充分混合，在 100MPa壓強(qiáng)、125"C溫度下壓制成型，壓制成型時間15分鐘；在空氣中210°C 溫度下燒結(jié)2400分鐘，燒制成Sn02:F靶材。有機(jī)柔性基材采用厚度125(im的 透明聚丙烯二酯薄膜，薄膜制備條件與實施例1相同。薄膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄 膜的電阻率為lX10—3QCm，可見光范圍的光學(xué)透過率超過88%。
實施例6:
將純度99.99%的Sn02粉末和99%的SnF2粉末按重量比85:15充分混合， 在150MPa壓強(qiáng)、115'C溫度下壓制成型，壓制成型時間20分鐘；在空氣中190 'C溫度下燒結(jié)3000分鐘，燒制成Sn02:F靶材。有機(jī)柔性基材采用厚度75pm的 透明聚丙烯薄膜，薄膜制備條件與實施例1相同。薄膜具有多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的 電阻率為6X10—4Qcm，可見光范圍的光學(xué)透過率超過84%。
權(quán)利要求
1、一種氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法，步驟如下(1)將純度99.99％的SnO2粉末和99％的SnF2粉末按重量比95∶5～85∶15充分混合，在100～200MPa壓強(qiáng)、115～125℃溫度下壓制成型，壓制成型時間為15～25分鐘；在空氣中190～210℃溫度下燒結(jié)2400～3000分鐘，燒制成SnO2:F靶材。(2)用超聲波化學(xué)清洗有機(jī)柔性基材，然后將步驟(1)的靶材和清洗過的有機(jī)柔性基材送入射頻磁控濺射儀，用偏壓射頻磁控濺射技術(shù)在有機(jī)柔性基材襯底上制備SnO2:F透明導(dǎo)電膜。濺射儀靶材到襯底的距離40～80mm，濺射室基礎(chǔ)真空小于1.0×10-3Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng)0.3～5Pa，濺射偏壓0～-100V，濺射功率50～200W。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法，其特征在 于所述步驟.(2)中的有機(jī)柔性基材為透明的聚酯薄膜、透明的聚乙烯對苯二甲 酯薄膜、透明的聚碳酸酯薄膜、透明的聚丙烯薄膜、透明的聚酰亞胺薄膜、透 明的聚丙烯二酯薄膜中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法，其特征在 于所述步驟(2)中的有機(jī)柔件基材襯底不加熱。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟摻雜氧化錫透明導(dǎo)電膜的制備方法，其特征在 于所述步驟(2)屮的濺射氣體氬氣的純度為99.99%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏壓射頻磁控濺射法制備SnO<sub>2</sub>:F透明導(dǎo)電膜的方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。將純度99.99％的SnO<sub>2</sub>粉末和99％的SnF<sub>2</sub>粉末按重量比95∶5～85∶15充分混合，壓制成型后，在空氣中190～210℃下燒制成SnO<sub>2</sub>:F靶材。將靶材和清洗過的有機(jī)柔性基材送入射頻磁控濺射儀，用偏壓射頻磁控濺射技術(shù)在有機(jī)柔性基材襯底上室溫制備SnO<sub>2</sub>:F透明導(dǎo)電膜。濺射儀靶材到襯底的距離40～80mm，濺射室基礎(chǔ)真空小于1.0×10<sup>-3</sup>Pa，濺射氣體氬氣壓強(qiáng)0.3～5Pa，濺射偏壓0～-100V，濺射功率50～200W。本發(fā)明的優(yōu)點是襯底不需要加熱，制造工藝簡單、成本低廉、光電性能和穩(wěn)定性好。
文檔編號C23C14/35GK101638772SQ20091001794
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者劉建軍, 廳 李, 亮 石, 趙銀女, 閆金良 申請人:魯東大學(xué)