一种制备新型导电氧化锌铝镓材料及薄膜的方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种制备新型导电氧化锌铝镓材料及薄膜的方法，使用注浆成型制备新型氧化锌铝镓靶材，不使用氧化铟材料，降低靶材的成本。搭配中间层的银或银合金薄膜，形成三明治的多层薄膜结构设计，在适当的厚度控制下大幅降低薄膜的电阻，維持薄膜在可见光的高透光度，提高了氧化锌铝镓薄膜在非晶硅及CIGS等薄膜光电池中的应用性，满足了生产的要求。由于适合低温度(<150℃)镀膜，所以可以应用于玻璃基材或者可挠性PET基材，扩大了应用范围。电阻值可降低至6x10-5Ωcm以下，透光性可高达85％以上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的目的是提供，使用注浆成型制备新型氧化锌铝镓靶材，不使用氧化铟材料，降低靶材的成本。搭配中间层的银或银合金薄膜，形成三明治的多层薄膜结构设计，在适当的厚度控制下大幅降低薄膜的电阻，維持薄膜在可见光的高透光度，提高了氧化锌铝镓薄膜在非晶硅及CIGS等薄膜光电池中的应用性，满足了生产的要求。由于适合低温度(<150℃)镀膜，所以可以应用于玻璃基材或者可挠性PET基材，扩大了应用范围。电阻值可降低至6x10-5Ωcm以下，透光性可高达85％以上。【专利说明】
本专利技术涉及一种透明导电氧化锌铝镓材料及薄膜的制备方法，属于薄膜光电池的应用领域。
技术介绍
随着社会发展和科学技术的突飞猛进，人类对功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。随着显示器、触膜屏、半导体、太阳能等产业的发展，一种新的功能材料-透明导电氧化物薄膜(transparent conducting oxide,简称为TCO薄膜)随之产生、发展起来。所谓透明导电薄膜是指一薄膜材料在可见光范围内的透光率达到80%以上,而且导电性高,比电阻值低于1χ10_3Ω.cm ο习知Au、Ag、Pt、Cu、Rh、Pd、Al、Cr等金属，在形成3-15nm厚的薄膜时，都具有某种程度的透光性，都曾应用于透明薄膜电极。但这些金属薄膜对光的吸收太大，硬度低且稳定性差，因此渐渐发展成以金属氧化物为透明导电薄膜材料(Transparent Conduction Oxide, TC0)为主,这类薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，在太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其它光电器件领域具有广阔的应用前景。其中制备技术最成熟、应用最广泛的当属In2O3基(In2O3 =Sn简称ΙΤ0)薄膜。但是，由于ITO薄膜中In2O3价格昂贵，从而导致生产成本较高；非氧化铟 系列的材料如氧化锡或者氧化锌，近年也有相当多得研究，目前在非晶硅及铜铟镓硒薄膜光电池的领域中，主要是使用氧化锌铝的透明导电膜，因为其价格只有氧化铟系列材料的20%。靶材是具有固定形状用于溅射镀膜之母材。靶材若依材料分类可简单地分为金属与陶瓷两大类，若依制程分类通常可大略区分为熔炼制程与粉末冶金制程两大类。大多数金属靶材采熔炼制程(Al，Sb，Bi，Cd，Ce，Co，Cu，Ge，Au，Hf, In，Ir, Fe，Pb，Mg，Ni，N1-Cr,N1-Fe，N1-V，Nb，Pd，Pt，Se，Si，Ag，Sn，Ti，V，Y，Zn，Zr)获得，少数靶材鉴于使用时晶粒大小控制、合金成份熔点差距太大等诸因素才采用粉末冶金制程(As，B，Cr，Co, Mn, Mo, N1-Cr,Permalloy, Re，Ru，Te，W，90W_10Ti)。陶瓷靶材中只有 SiO2 与 ThF4, Na3AlF6 采熔炼制程，大多数采粉末冶金制程(压制+烧结、热压、热均压)，包括氧化物(Al2O3, BaTi O3, PbTi O3,Ce O2, ΙΤ0, LiNbO3, SiO, Ta2O5, TiO2, ZrO2, Hf O2, MgO)，碳化物(SiC，TiC, TaC, WC)，硼化物(TiB2, Zr B2, LaB6),氮化物(Si3N4, TaN, TiN)，氟化物(CaF2, CeF3, MgF2)，硫化物(CdS，MoS2,TaS2),硒化物(CdSe，PbSe，MoSe)，碲化物(CdTe，MoTe)及硅化物(MoSi2, TaSi2, TiSi2, WSi2);其中氟化物、硫化物、硒化物与碲化物于制作与使用中可能产生毒性必须小心处理；碳化物，硼化物，氮化物其熔点皆十分高，通常以热压(相当高温)方式制作。针对氧化物靶材传统是用热压制程或者冷均压再烧结制程，材料混合均匀性差，且烧结过程中应力分布不均，不易生产高密度大尺寸的氧化物靶材。在大尺寸的触控屏、液晶电视及CIGS薄膜太阳能电池的发展中透明导电膜(TCO)在大面积的导电性及透光度是关键，且TCO的透光度及电性一定程度影响电池的转换效率及触控屏的反应速率，传统的ITO及ZAO已渐渐无法满足大尺寸产品在高透光及低电组的需求。由其是目前在铜铟镓硒(CIGS)光电池的使用中，为达低电阻的要求往往氧化铟铝(ZAO)透明导电明的厚度需达600-1000nm，这也使得透光度大幅降低，使得薄膜光电池的效率无法大幅提高。目前氧化锌系列透明导电膜仍存在可见光及长波长区域透光度较低及低温镀膜电性不佳等问题，需要热处理才能获得较佳的电性。由于传统的ZAO (Zn0+2%A1203)材料需在较高的温度镀膜及需要较厚的厚度才能达到较佳的电性，也不利于可挠性基材的使用。如何在维持透明导电膜的性能，且降低生产成本，也是扩大运用的重要关键，以制造出低成本且符合消费者需求的电子产品。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种制备新型导电氧化锌铝镓(ZAGO)材料及薄膜的方法。注浆成型的氧化锌铝镓靶材控制氧化铝含量在0.1-5.0wt%，氧化镓含量0.1-5.0 wt %，余量为氧化锌。首创始用氧化锌铝镓(ZAGO)材料，溅镀薄膜时采用三明治结构设计，应用非晶硅及CIGS薄膜于薄膜光电池的透明导电膜。首先在玻璃或可挠性PET基板上先溅镀10-75nm的氧化锌铝镓薄膜，接着溅镀5_15nm的银或银合金薄膜，最后在溅镀10_75nm的氧化锌铝镓薄膜，形成三明治结构的薄膜，使得薄膜在低温(<150°C )状态下溅镀成膜，搭配中间金属层能获的较低的电阻，符合玻璃及各种可挠性基材得使用，提高溅镀薄膜质量及性能，大幅提升了薄膜在可见光的透光度，形成一种低成本、高透光、低电阻、耐候性良好的透明导电的薄膜结构。电阻值可降低至6xlO_5Qcm以下，透光性可高达85%以上。所述氧化锌铝镓靶材优选氧化铝质量分数含量在l_3wt%，氧化镓的所述氧化锌铝镓靶材最优选氧化铝质量分数含量在1.5wt%，氧化镓的质量分数含量1.5 wt %，余量为氧化锌。溅镀第一层和第三层氧化锌铝镓薄膜的还优选厚度为15_25nm，银或银合金薄膜的厚度为8-10nm。，首创始用氧化锌铝镓(ZAGO)多元氧化物的镀膜材料，溅镀薄膜时采用三明治结构设计，应用于非晶硅及CIGS薄膜光电池的透明导电膜。首先在玻璃(康宁7095)先溅镀10-75nm的氧化锌铝镓薄膜，接着溅镀5-15nm的纯银或银合金薄膜，最后在溅镀10_75nm的氧化锌铝镓薄膜，形成三明治结构的薄膜。采用注浆成型的方式，自制氧化锌铝镓靶材控制氧化铝含量在0.1-5.0wt%，并添加氧化镓含量在0.1-5.0wt%，使用氧化锆球、纯水及分散剂研磨充分混合相关氧化铝、氧化镓、氧化锌等粉末材料，粉末重:氧化锆球重:水重:分散剂重=1:3.0:0.25:0.02，分散剂为羧酸盐类分散剂，研磨时间约24小时，然后将浆料灌入三吋的多孔性模具中，经过一段时间的干燥后脱膜形成三元氧化物混合的低密度胚体，然后经过1400-1550°C的高温烧结，即能形成溅镀用高密度靶材胚体，经切割与表面研磨成三寸的自制氧化锌铝镓(ZAGO)靶材。纯银靶材的制备使用周波炉，在1100°C溶解纯银颗料，然后浇注在铸铁模具中在加工成3吋靶材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备新型导电氧化锌铝镓材料及薄膜的方法，其特征在于：所述氧化锌铝镓靶材的氧化铝质量分数含量在0.1?5.0wt%，氧化镓的质量分数含量0.1?5.0?wt?%，余量为氧化锌；使用氧化锆球、纯水及分散剂研磨充分混合氧化铝、氧化镓、氧化锌粉末材料，研磨时间24小时，然后将浆料灌入三寸的多孔性模具中，经过干燥后脱膜形成三元氧化物混合的低密度胚体，然后经过1400?1550℃的高温烧结，即能形成溅镀用高密度靶材胚体；成膜工艺：溅镀薄膜时采用三明治结构，首先在玻璃或可挠性PET基板上先溅镀10?75?nm的氧化锌铝镓薄膜，接着溅镀5?15nm的银或银合金薄膜，最后在溅镀10?75?nm的氧化锌铝镓薄膜，形成三明治结构的薄膜，使得薄膜在<150℃状态下溅镀成膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄信二，
申请(专利权)人：研创应用材料赣州有限公司，
类型：发明
国别省市：