一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]透明导电氧化物(TCO)薄膜由于其独特的电学和光学特性而被广泛应用于液晶显示器、有机发光二极管和太阳能电池等领域。在太阳能电池中使用时，TCO薄膜主要负责光电流的收集，因此要求具有高的电导率；同时又要求TCO尽量减少对太阳光谱的吸收，因此要求其具有宽能隙宽度，对可见光的吸收少，透过率高。与锡掺杂氧化铟(ITO)相比，掺杂ZnO透明导电薄膜具有价格低廉、无毒环保等优点，成为了国内外研宄的热点。目前掺杂ZnO薄膜的制备方法多为磁控溅射法、物理气相沉积、化学气相沉积法等，虽然可以得到电阻率较低的薄膜，但是需要的制备设备昂贵，不适于大规模化生产。溶胶-凝胶法制备导电薄膜具有操作简单方便、成本低廉、易于工业化生产等优点，但是其也存在着电阻率偏高的缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供了一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法，该方法利用溶胶-凝胶法在掺杂ZnO薄膜中间引入Ag薄膜制得ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜，以此来降低溶胶-凝胶法制备的掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的电阻率，该Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜可以应用于低辐射玻璃、太阳能电池电极、平板显示器的透明电极以及电池屏蔽等众多领域。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:在基底上先利用溶胶旋涂法制备掺杂ZnO薄膜，然后在掺杂ZnO薄膜上制备Ag薄膜，再在Ag薄膜上制备掺杂ZnO薄膜，低温烧结后得到Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜，具体包括以下步骤:
步骤1:将基底依次用洗洁精水溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、无水乙醇和去离子水清洗干净;
步骤2:将无水醋酸锌、六水氯化铝、乙醇胺和乙二醇甲醚在60°C搅拌混合均匀后再在室温下陈化24h以上得到溶胶A ;
步骤3:将硝酸银和乙二醇甲醚混合搅拌，并将搅拌均匀后的溶液装入棕色瓶中并密封，然后放入超声仪器中超声处理得到溶液B，室温下将溶液B存储于暗处；
步骤4:将步骤2得到的溶胶A涂布在步骤I清洗得到的基底上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜；
步骤5:分别重复上述涂布溶胶A和热处理得到多层掺杂ZnO薄膜；
步骤6:将步骤3得到的溶液B涂布到步骤5得到的掺杂ZnO薄膜上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到AgO薄膜；
步骤7:分别重复上述涂布溶液B和热处理得到多层Ag薄膜；
步骤8:将步骤2得到的溶胶A涂布到步骤7得到的Ag薄膜上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜；
步骤9:分别重复上述涂布溶胶A和热处理得到多层掺杂ZnO薄膜；
步骤10:将经过上述步骤获得的复合薄膜置于烧结炉中，于400-600°C退火l_4h即制得ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜。
[0005]进一步优选，步骤2所得到的溶胶A中Zn2+的摩尔浓度为0.5mol/L，Al3+和Zn2+的物质的量之比为0.01:1，乙醇胺的物质的量与无水醋酸锌的物质的量相同。
[0006]进一步优选，步骤3所得到的溶液B中Ag+的摩尔浓度为0.2-0.5mol/L。
[0007]本发明具有以下有益效果:采用溶胶-凝胶技术制备掺杂ZnO薄膜和Ag薄膜的方法制得的ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜具有较好的透过率和导电性能，并且成本低廉，适于工业化生产。
【附图说明】
[0008]图1是本发明Ag+摩尔浓度为0.2mol/L时ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的XRD图(Ag薄膜的层数为0-4层)；图2是本发明Ag+摩尔浓度及层数不同，铝掺杂Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的方块电阻变化图；图3是本发明Ag+摩尔浓度为0.2mol/L时ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的透光率图(Ag薄膜的层数为0-4层)；图4是本发明Ag+摩尔浓度为0.5mol/L时Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的XRD图(Ag薄膜的层数为0_4层)。
【具体实施方式】
[0009]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0010]实施例1
步骤1:清洗玻璃基片，将玻璃基片按照下面顺序依次超声清洗15min，洗洁精水溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、无水乙醇和去离子水；
步骤2:将无水醋酸锌、六水氯化铝、乙醇胺和乙二醇甲醚搅拌混合均匀，其中六水氯化铝为掺杂组分，Al3+和Zn2+的物质的量之比为0.01:1，c (Zn 2+)=0.5mol/L，乙醇胺的物质的量与无水醋酸锌的物质的量相同，加热至60°C搅拌3h，之后在室温下陈化24h以上得到溶胶A ；
步骤3:将硝酸银和乙二醇甲醚混合搅拌，其中c(Ag+)=0.2mol/L，并将搅拌均匀后的溶液装入棕色瓶中并密封，放入超声仪器中超声处理15min后得到溶液B，室温下将溶液B存储于暗处；
步骤4:将步骤2得到的溶胶A涂布在步骤I清洗得到的基底上得到薄膜，再将薄膜在300°C保温lOmin，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜； 步骤5:分别重复4次涂布溶胶A和热处理得到4层掺杂ZnO薄膜；
步骤6:将步骤3得到的溶液B涂布到步骤5得到的掺杂ZnO薄膜上得到薄膜，再将薄膜在300°C保温lOmin，然后自然冷却得到Ag薄膜；
步骤7:分别重复O、1、2、3、4次涂布溶液B和热处理分别得到O、1、2、3、4层Ag薄膜；步骤8:将步骤2得到的溶胶A涂布到步骤7得到的Ag薄膜上得到薄膜，再将薄膜在300°C保温lOmin，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜；
步骤9:分别重复4次涂布溶胶A和热处理得到4层掺杂ZnO薄膜；
步骤10:将经过上述步骤获得的复合薄膜置于烧结炉中，于550°C退火2h即制得ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜。
[0011]如图1所示，XRD图表明ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜具有良好的(002)取向；如图2所示，随着Ag薄膜层数的增加，ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的方块电阻逐渐降低，在Ag薄膜重复制备3次以上时，方块电阻降低为插入Ag薄膜前的50%以下；如图3所示，随着Ag薄膜层数的增加，Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的透光率也逐渐降低，但最高透光率均在80%以上。以上结果表明通过在掺杂ZnO薄膜中插入Ag薄膜后，复合透明导电薄膜的方块电阻得到降低，同时复合透明导电薄膜还保持良好的透光性。
[0012]实施例2
具体步骤同实施例1，区别在于溶液B中Ag+的摩尔浓度不同，C(Ag+)=0.5mol/Lo
[0013]如图4所示，XRD图表明Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜具有良好的(002)取向，同时随着Ag薄膜层数的增加，Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜中的银成分逐渐增多，当Ag薄膜重复制备4次时，出现了银的衍射峰；随着Ag薄膜层数的增加，Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的方块电阻逐渐降低，在Ag薄膜重复制备3次以上时，方块电阻降低为插入Ag薄膜前的25%以下。以上结果表明通过在掺杂ZnO薄膜中插入Ag薄膜后，复合透明导电薄膜的方块电阻得到降低，同时复合透明导电薄膜还保持良好的透光性。
[0014]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:在基底上先利用溶胶旋涂法制备掺杂ZnO薄膜，然后在掺杂ZnO薄膜上制备Ag薄膜，再在Ag薄膜上制备掺杂ZnO薄膜，低温烧结后得到ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜，具体包括以下步骤: 步骤1:将基底依次用洗洁精水溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、无水乙醇和去离子水清洗干净; 步骤2:将无水醋酸锌、六水氯化铝、乙醇胺和乙二醇甲醚在60°C搅拌混合均匀后再在室温下陈化24h以上得到溶胶A ; 步骤3:将硝酸银和乙二醇甲醚混合搅拌，并将搅拌均匀后的溶液装入棕色瓶中并密封，然后放入超声仪器中超声处理得到溶液B，室温下将溶液B存储于暗处； 步骤4:将步骤2得到的溶胶A涂布在步骤I清洗得到的基底上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜； 步骤5:分别重复上述涂布溶胶A和热处理得到多层掺杂ZnO薄膜； 步骤6:将步骤3得到的溶液B涂布到步骤5得到的掺杂ZnO薄膜上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到AgO薄膜； 步骤7:分别重复上述涂布溶液B和热处理得到多层Ag薄膜； 步骤8:将步骤2得到的溶胶A涂布到步骤7得到的Ag薄膜上得到薄膜，再将薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150-350°C，保温时间为10-30min，然后自然冷却得到掺杂ZnO薄膜； 步骤9:分别重复上述涂布溶胶A和热处理得到多层掺杂ZnO薄膜； 步骤10:将经过上述步骤获得的复合薄膜置于烧结炉中，于400-600°C退火l_4h即制得ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:步骤2的溶胶A中Zn2+的摩尔浓度为0.5mol/L，Al 3+和Zn 2+的物质的量之比为0.01: 1，乙醇胺的物质的量与无水醋酸锌的物质的量相同。
3.根据权利要求1所述的Zn0/Ag/Zn0复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:步骤3的溶液B中Ag+的摩尔浓度为0.2-0.5mol/Lo
【专利摘要】本发明公开了一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法，属于复合功能薄膜材料技术领域。本发明的技术方案要点为：一种ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜的制备方法，在基底上先利用溶胶旋涂法制备掺杂ZnO薄膜，然后在掺杂ZnO薄膜上制备Ag薄膜，再在Ag薄膜上制备掺杂ZnO薄膜，低温烧结后得到ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜。本发明采用溶胶-凝胶技术制备掺杂ZnO薄膜和Ag薄膜的方法制得的ZnO/Ag/ZnO复合透明导电薄膜具有较好的透过率和导电性能，并且成本低廉，适于工业化生产。
【IPC分类】H01B5-14, C23C20-08
【公开号】CN104593758
【申请号】CN201410823802
【发明人】王显威, 苏留辉, 胡艳春, 王小二, 侯新亚
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月26日