一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法，该方法为：将乙酸锌、硝酸镓、氟化铵和下转换功能材料加入至乙二醇甲醚后，加入乙醇胺，得到混合物，搅拌静置得到前驱体溶胶，将前驱体溶胶旋涂在洁净的玻璃衬底基片上，将旋涂后的玻璃衬底基片热处理后继续旋涂，循环操作后得到处理后的玻璃衬底基片，热退火后得到具有下转换功能氧化锌薄膜，再通过磁控溅射技术在获得的具有下转换功能氧化锌薄膜表面沉积F、Ga共掺杂ZnO薄膜，得到具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜。本发明专利技术的透明导电薄膜具有透明导电薄膜作为薄膜太阳电池电极的功能，还具备将能量较高的紫外波段的入射光转换为可见光增加电池转换效率的下转换的功能。转换的功能。转换的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于透明导电薄膜方法
，具体涉及一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]薄膜太阳电池以原材料消耗少、转换效率高的特点受到广泛的关注，特别是近年来受到大家追捧的钙钛矿薄膜太阳电池，经过同质结或者异质结叠层制备之后已经获得了30％以上的转换效率。就目前的研究情况而言，薄膜太阳电池对于可见光区入射光的利用率几乎达到了完全利用的水平，所以大家把进一步提高电池的转换效率的目光转移到如何进一步提升电池对紫外以及红外区域光谱的利用上。虽然目前用于薄膜太阳电池电极材料的ZnO等透明导电薄膜具有较宽的光学带隙，但是对于能量高于其带隙的紫外光则会全部被其和电池的表层吸收而无法到达电池的活性层转换为可以被外电路利用的电能。所以，如何减少导电薄膜以及电池表层对太阳光谱中紫外光的无效吸收对于提升太阳电池的转换效率和降低生产成本具有重要的研究意义。
[0003]近年来，ZnO薄膜经掺杂F、Al、Ga等元素之后获得了可以与Sn掺杂In2O3(ITO)薄膜相媲美的光电特性，被视为ITO薄膜的替代材料。作为透明导电薄膜材料已经被广泛的用于Si、铜铟镓硒等薄膜太阳电池。鉴于ZnO薄膜易于掺杂和廉价无毒的优点，基于前期我们在低电阻率、宽光谱透过F、Al共掺杂以及F、Ga共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究基础，我们提出通过引入下转换发光材料共掺杂的方式，在维持ZnO透明导电薄膜光电特性的基础上使得其具有下转换的功能，将目前电池无法利用的紫外光转换为可以到达电池吸收层被电池利用的可见光，在不改变电池现有结构和材料的基础上，进一步提升电池的转换效率。
[0004]基于此，提出了一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法。具体的提出一种在ZnO透明导电薄膜中引入下转换功能材料，制备具有下转换功能的ZnO透明薄膜，然后再通过磁控溅射技术在其上制备F、Ga共掺杂ZnO薄膜的制备方案。该透明导电薄膜不仅具有以往ZnO透明导电薄膜低电阻率宽光谱透过率的特性，还具备下转换的功能，作为透明电极材料不仅能够具有传统透明导电薄膜低电阻高可见光区域透过率还能够将紫外光转换为可将光，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将乙酸锌、硝酸镓、氟化铵、下转换材料加入至乙二醇甲醚中，搅拌均匀后，加入乙醇胺，得到混合物；所述下转换材料为A：Eu(1,3
‑
diphenyl
‑
1,3
‑
propanedione)3·
2,2
’‑
bipyridine或者B：Al(5
‑
Chloro
‑8‑
quinolinol)3中的一种或者两种；
[0008]S2、将S1中得到的混合物在温度为60℃的水浴中磁力搅拌2h后，在室温下静置48h，得到前驱体溶胶；
[0009]S3、将玻璃衬底基片先后分别用去离子和电子清洗液混合溶液、去离子水、无水乙醇分别超声清洗5min后，再用氮气吹干，得到洁净的玻璃衬底基片；
[0010]S4、将S2中得到前驱体溶胶旋涂在S3中得到的洁净的玻璃衬底基片上，旋涂的方法为：在匀胶机上以转速为500r/min旋转5s，然后以转速为2000r/min旋转5s，得到旋涂后的玻璃衬底基片；
[0011]S5、将S4中得到的旋涂后的玻璃衬底基片先在温度为110℃的条件下热处理5min，再将S2中得到前驱体溶胶旋涂在热处理后的玻璃衬底基片，重复本步骤的热处理和旋涂步骤，共循环操作进行2次
‑
5次，得到处理后的玻璃衬底基片，然后在温度为150℃的条件下烘烤30min，得到具有下转换功能的氧化锌薄膜。
[0012]S6、将S5中得到的具有下转换功能的氧化锌薄膜放入磁控溅射腔室以其为衬底，然后再通过磁控溅射技术在已经获得的具有下转换功能氧化锌薄膜表面沉积F、Ga共掺杂ZnO薄膜，最终得到具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜。
[0013]进一步的，S1中所述下转换材料为A：Eu(DBM)3
·
bpy(bpy＝2,2
’‑
bipyridine，DBM＝1,3
‑
diphenyl
‑
1,3
‑
propanedione)或者B：Al(CQ)3(CQ＝5
‑
Chloro
‑8‑
quinolinol)中的至少一种或者两种混合；
[0014]进一步的，S1中所述乙酸锌、硝酸镓、氟化铵、乙二醇甲醚、乙醇胺的用量比为97.5g：1g：1.5g：20mL：3.23mL；
[0015]当S1中所述下转换材料为单一A材料或者B材料时，所述乙酸锌和A材料或者乙酸锌和B材料的质量比均为100：1；
[0016]当S1中所述下转换材料为单一A材料或者B材料时，所述乙酸锌和A材料或者乙酸锌和B材料的质量比均为50：1；
[0017]当S1中所述下转换材料为A材料和B材料两种材料混合时，所述乙酸锌和A：Eu(DBM)3·
bpy、B：Al(CQ)3的质量比分别为100：1：1；
[0018]当S1中所述下转换材料为A材料和B材料两种材料混合时，所述乙酸锌和A：Eu(DBM)3·
bpy、B：Al(CQ)3的质量比分别为100：0.01：0.005；
[0019]进一步的，S3中所述玻璃衬底基片包括玻璃、蓝宝石或者石英。
[0020]进一步的，通过磁控溅射技术制备的F、Ga共掺杂ZnO薄膜的厚度为640nm，载流子迁移率为34.3cm2/Vs、载流子浓度2.13
×
10
20
cm
‑3、电阻率8.55
×
10
‑4Ωcm、380nm
‑
2000nm平均透过率90％。
[0021]进一步的，S5中所述具有下转换功能氧化锌薄膜的厚度为106.46nm～264.25nm。
[0022]进一步的，S6中所述具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的厚度为746.46nm～904.25nm。
[0023]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0024]1、本专利技术利用第一层掺入的混合有下转换发光材料Eu(DBM)3·
bpy或者Al(CQ)3的ZnO薄膜获得紫外光下转换的功能ZnO薄膜；
[0025]2、利用磁控溅射技术借助掺入的F、Ga元素在ZnO薄膜中的施主作用增强薄膜的导电能力、光学透过能力以及稳定性，同时借助第一层ZnO薄膜中下转换发光材料Eu(DBM)3·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将乙酸锌、硝酸镓、氟化铵和下转换材料混合加入乙二醇甲醚后，再加入乙醇胺，搅拌均匀得到混合物；S2、将S1中得到的混合物在温度为60℃的水浴中磁力搅拌2h后，在室温下静置48h，得到前驱体溶胶；S3、将玻璃衬底基片依次分别用去离子和电子清洗液混合溶液、去离子水、无水乙醇分别超声清洗5min后，再用氮气吹干，得到洁净的玻璃衬底基片；S4、将S2中得到前驱体溶胶旋涂在S3中得到的洁净的玻璃衬底基片上，得到旋涂后的玻璃衬底基片；S5、将S4中得到的旋涂后的玻璃衬底基片先在温度为110℃的条件下热处理5min，再将S2中得到前驱体溶胶旋涂在热处理后的玻璃衬底基片，重复操作2
‑
5次，得到处理后的玻璃衬底基片，然后在温度为150℃的条件下烘烤30min，得到具有下转换功能的氧化锌薄膜；S6、将S5中得到的具有下转换功能的氧化锌薄膜放入磁控溅射腔室作为衬底，然后再通过磁控溅射技术在已经获得的具有下转换功能氧化锌薄膜表面沉积F、Ga共掺杂ZnO薄膜，最终得到具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种具有下转换功能氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述下转换材料为A：Eu(DBM)3·
bpy，或B：Al(CQ)3中的至少一种，bpy＝2,2
’‑
bipyridine，DBM＝1,3
‑
diphenyl
‑
1,3
‑
propanedione，CQ＝5
‑
Chloro
‑8‑
quin...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延峰，杨富，李俊杰，王伟平，陈叶莹，于鹏，宁旭，蒋超详，张德誉，杨垿，杨进争，王亚丽，金占双，
申请(专利权)人：河北北方学院，
类型：发明
国别省市：