专利名称：一种透明导电膜用zd(h)o材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种 光电材料，具体地说，本发明是一种透明导电膜用ZD(H)O材料及 其制备方法。
背景技术：
目前，透明导电薄膜是液晶显示、平板显示、静电屏蔽、太阳能电池必需的功能材 料，普遍方法是以ITO半导体陶瓷(90% In2O3-IO% SnO2)作为溅射源，在氩气或氩氧混合 气氛中基板100-550°C下磁控溅射法制备ITO透明导电薄膜，所制备的透明导电薄膜可见 光透过率> 85%，且电阻率小于IX 10_4 Ω .cm。由于ITO材料中的主组成原料稀有铟金属地壳中存量有限因而价格昂贵，再 者ITO透明导电薄膜在特定使用环境下的不稳定，也限制了它的应用范围，所以当前对 AZ0(A1203+Zn0) ,GZO(Ga203+Zn0)等材料的研究又开始兴起。但是到目前为止国际上还没有 资料报道有性能达到或优于ITO透明导电膜的低成本材料被发现。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种优质透明导电膜用ZD(H)O材料。本发明的另一目的是提供该种透明导电膜用ZD(H)O材料的制备方法。为了实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案一种透明导电膜用ZD (H) 0材料以ZnO粉体为主料，搀杂Dy2O3粉体和/或Ho2O3粉 体，组成原料粉体。其中，ZnO粉体为75_98wt%，Dy2O3粉体与Ho2O3粉体的含量之和为2. 0-25wt%, 均以原料粉体的总重量计。上述的ZnO粉体、Dy2O3粉体与Ho2O3均为纯度大于或等于4N、粉体平均粒径在 0. 01-150微米的粉体。所述的原料粉体是充分混合粉体(不限于任何方式的干式或湿式混合)或化学共 沉淀粉体。上述的原料粉体中，还可搀杂有Al203、Ga203、B203、In203、Sc203、Y203中一种或多种。上述的透明导电膜用ZD (H)O材料的制备方法，采用以下步骤A.以纯度大于或等于4N的75-98wt%mZn0粉体搀杂占原料粉体总重量 2. 0-25wt %的高纯Dy2O3和/或Ho2O3粉体为主要材料，构成充分混合均勻粉体或共沉淀粉 体，粉体的平均粒子径在0.01-150微米范围内；B.将以上构成的充分混合均勻粉体或共沉淀粉体，在850-1650°C烧结致密化得 到相对密度90%以上100%以下的产物，即得。该产物是一种半导体材料。本发明的ZD(H)O材料的特点是磁控溅射制造的透明导电薄膜的电阻率可达到 IX IO-4 Ω · cm的数量级，在750nm以下所有厚度的透明导电膜可见光透过率均可大于 90%。
所述的烧结是热压烧结、热等静压烧结、金属模压制成型烧结、冷等静压成型烧 结、凝胶注模成型烧结或注浆成型烧结中的任意一种。ZD (H) 0材料相对与ITO材料的优点在是1.本发明的ZD(H)O原料成本是ITO材料1/4。2.本发明的ZD(H)O用于磁控溅射生产透明导电膜的溅射过程更稳定，不存在类 似ITO的靶面毒化现象，生产效率高。3.本发明的ZD(H)O镀膜生产过程更易控制，在不加热基板的条件下，低功率溅射 就能制造出电阻率小于1Χ10_4Ω · cm，可见光透过率(400-700nm)大于90%的透明导电 膜，在塑料等柔性基底的导电膜的生产中具有明显优势。4.本发明的ZD(H)O透明导电膜在潮湿的空气中、氧气中或还原气氛中薄膜性能 的稳定性均非常优良，750nm以下所有厚度可见光透过率(400-700nm)大于90%，这一性能 大大优于ΙΤΟ、AZO、GZO等薄膜，未来应用范围更为广泛。5.本发明的ZD(H)O透明导电薄膜在750nm以下所有厚度的透明导电膜可见光透 过率均可大于90%，在透过率均大于90%的前提下电阻率最小可达到1Χ10_4Ω μπι，综合 性能优于ITO及目前公开资料报道的其它材料，满足各种透明导电膜要求，尤其是更能适 应光伏产业的应用。
具体实施例方式实施例1称量纯度为4Ν、平均粒径1. 0微米的ZnO粉1000克，加入重量比10%平均粒径 5微米Dy2O3粉体，加入35%总重量的去离子纯水和0. 5 %的三乙醇胺，1 %的聚乙烯醇有 机助剂，用球磨机球磨混合12小时以上。经料浆喷雾干燥造粒处理，得到平均粒子径50 微米的原料。用金属模1吨/CM2的压力成型得到相对密度大于50%的直径150毫米的 坯体，将此坯体在空气炉中500摄氏度保温4小时脱除有机添加剂，升温到1550摄氏度烧 结致密，得到相对密度98%的陶瓷半导体，将烧结体加工磨削到直径76毫米厚度6毫米 的ZD (S) 0材料，在SIM560磁控溅射机中磁控镀膜，功率100W，Ar2压力0. 6Pa,玻璃基板温 度常温，溅射过程稳定易控溅，用XP-I台阶仪测量测得薄膜厚度600纳米，CARY-100分光 光度计测得400-700纳米的可见光透过率大于92%，以SZ-82四探针测试仪测得电阻率 3. 1 X IO"4 Ω ^m,薄膜在空气中300°C加热1小时，或在90°C水煮24小时，电阻率的变化小 于5 %，透过率基本无变化，综合性能优良。实施例2称量纯度为4N、平均粒径5. 0微米的ZnO粉1000克，加入重量比5%平均粒径5微 米Dy2O3粉体和重量比5%平均粒径3微米Ho2O3粉体，再加入35%总重量的去离子纯水用 球磨机球磨混合12小时以上，干燥过100目筛，将粉体装入内径100毫米内有BN涂层的高 强石墨模具，在热压炉中950摄氏度热压烧结1小时，冷却脱模机械加工得到相对密度95% 直径76毫米厚度6毫米的ZD (H) 0材料，在SIM560磁控溅射机中镀膜，功率100W，Ar2压力 0. 6Pa,玻璃基板温度常温，溅射过程稳定易控溅。用XP-I台阶仪测量测得薄膜厚度660纳 米，CARY-100分光光度计测得400-700纳米的可见光透过率大于92%，以SZ-82四探针测 试仪测得电阻率2. IX IO"4 Ω ·αιι，薄膜在空气中300°C加热1小时，或在90°C水煮24小时，电阻率的变化小于5%，透过率基本无变化，综合性能优良。实施例3 称量纯度为4N、平均粒径5. 0微米的ZnO粉1500克，加入重量比10%平均粒径5 微米Ho2O3粉体，加入35%总重量的去离子纯水用球磨机球磨混合12小时以上，干燥过100 目筛，将粉体装入带有氧化铝涂层的低碳钢包套，800摄氏度加热抽真空脱气2小时封焊， 在980摄氏度的氩气热等静压炉中烧结1小时，冷却去除包套，机加工得到相对密度98% 直径76毫米厚度6毫米的ZD (H) 0材料，在SIM560磁控溅射机中镀膜，功率100W，Ar2压力 0. 6Pa，玻璃基板温度常温，溅射过程稳定易控溅，用XP-I台阶仪测量测得薄膜厚度750纳 米，CARY-100分光光度计测得400-700纳米的可见光透过率大于92%，以SZ-82四探针测 试仪测得电阻率1. 9X 10_4Ω κπι，薄膜在空气中300°C加热1小时，或在90°C水煮24小时， 电阻率的变化均小于5 %，透过率基本无变化，综合性能优良。实施例4将纯水、甲基丙烯酰胺单体N-N，二甲基双丙烯酰胺以100 16-18 0.6-1的比 例充分溶解组成预混液，以适量的四甲基氢氧化氨(0. 1-1. 5% )做分散剂，称量纯度为4N、 平均粒径2微米的ZnO粉1000克，加入重量比10%平均粒径5微米Dy2O3粉体，将原料粉体 搅拌制浆，浆料中粉体的固相含量55-65%，制好的浆料倒入球模机中用氧化锆球做介质球 磨12小时以上，再加入0. 1-1 %体积的正丁醇等有机脱气剂及0. 1-1. 5wt%。四甲基乙二胺 催化剂和0. 01-0. 5wt%。过硫酸氨引发剂在真空搅拌机中搅拌脱气20分钟，过100目筛浇注 入直径150毫米的无孔模具，湿坯体固化脱模后，经60-150°C在烘箱中烘干从而得到高密 度素坯，在空气炉中450°C保温4小时脱除有机添加剂后，继续升温至1550°C烧结2小时缓 慢降至室温。机加工得到相对密度99%直径76毫米厚度6毫米的ZD (H) 0材料，在SIM560 磁控溅射机中镀膜，功率100W，Ar2压力0. 6Pa，玻璃基板温度常温，溅射过程稳定易控制。 用XP-I台阶仪测量测得薄膜厚度500纳米，CARY-100分光光度计测得400-700纳米的可 见光透过率大于92%，以SZ-82四探针测试仪测得电阻率4. IXlO-4 Ω · cm，薄膜在空气中 300°C加热1小时，或在90°C水煮24小时，电阻率的变化均小于5%，透过率基本无变化，综 合性能优良。比较例1以相对密度99%直径76毫米厚度6毫米的ITO材料，在SIM560磁控溅射机中镀 膜，功率100W，Ar2压力0. 6Pa,玻璃基板温度常温，薄膜用XP-I台阶仪测量测得厚度450纳 米，CARY-100分光光度计测得400-700纳米的可见光透过率小于80%，以SZ-82四探针测 试仪测得电阻率3. 2X IO"4 Ω ^m,薄膜在空气中300°C加热1小时，电阻率下降大于250%， 90°C水煮1小时，电阻率下降35%以上，透过率均小于78%，综合性能没有本发明的ZD(H) 0材料优良。以上对本发明所提供的透明导电膜用ZD(H)O材料及其制备方法进行了详细介 绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只 是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发 明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理 解为对本发明的限制。
权利要求
一种透明导电膜用ZD(H)O材料，其特征在于以ZnO粉体为主料，搀杂Dy2O3粉体和/或Ho2O3粉体，组成原料粉体。
2.根据权利要求1所述的透明导电膜用ZD(H)0材料，其特征在于ZnO粉体为 75-98wt%, Dy203粉体与Ho203粉体的含量之和为2. 0_25wt%。
3.根据权利要求1所述的透明导电膜用ZD(H)0材料，其特征在于所述的ZnO粉体、 Dy203粉体与Ho203均为纯度大于或等于4N、粉体平均粒径在0. 01-150 微米的粉体。
4.根据权利要求1所述的透明导电膜用ZD(H)0材料，其特征在于所述的原料粉体是 充分混合粉体或化学共沉淀粉体。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的透明导电膜用ZD(H)0材料，其特征在于还 可搀杂有 Al203、Ga203、B203、ln203、Sc203、Y203 中一种或多种。
6.权利要求1所述的透明导电膜用ZD(H)0材料的制备方法，其特征在于，采用以下步骤A.以纯度大于或等于4N的75-98衬％的ZnO粉体搀杂占原料粉体总重量2.0-25wt% 的高纯Dy203和/或Ho203粉体为主要材料，构成充分混合均勻粉体或共沉淀粉体，粉体的平 均粒子径在0. 01-150微米范围内；B.将以上构成的充分混合均勻粉体或共沉淀粉体，成型后在850-1650°C烧结致密化 得到相对密度90%以上100%以下的产物，即得。
7.根据权利要求6所述的透明导电膜用ZD(H)0材料的制备方法，其特征在于所述的 烧结是热压烧结、热等静压烧结、金属模压制成型烧结、冷等静压成型烧结、凝胶注模成型 烧结或注浆成型烧结中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种透明导电膜用ZD(H)O材料。该透明导电膜用ZD(H)O材料以ZnO粉体为主料，搀杂Dy2O3粉体和/或Ho2O3粉体，组成原料粉体。ZnO粉体为75-98wt％，Dy2O3粉体与Ho2O3粉体的含量之和为2.0-25wt％。本发明的ZD(H)O材料的特点是磁控溅射制造的透明导电薄膜的电阻率可达到1×10-4Ω·cm，在750nm以下所有厚度的透明导电膜可见光透过率均可大于90％，性能稳定性良好。
文档编号C04B35/453GK101870580SQ20091013398
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者孔伟华 申请人:宜兴佰伦光电材料科技有限公司;孔伟华