[发明专利]喷墨印刷制备TCO薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及TCO薄膜技术，具体地说是一种喷墨印刷制备TCO薄膜的方法。

背景技术

TCO(透明导电氧化物)是指：可见光透过率在80％以上，电阻率在10^-3Ω·cm以下的透明导电材料。通常通过在宽禁带半导体中掺入杂质元素来获得。TCO材料主要有以下三大类：In₂O₃基薄膜如ITO，SnO₂基薄膜如SnO₂:F、SnO₂:Sb等，ZnO基薄膜如ZnO:Al、ZnO:Ga等。TCO薄膜以其接近金属的导电率、可见光范围内的高透射率、红外高反射率以及半导体特性，广泛应用于太阳能电池、平板显示器、气敏元件、抗静电涂层、微波屏蔽和防护镜以及其它光电器件中。针对诸多的应用，人们一直试图去获得尽可能低的电阻率，尽可能高的可见光透过率，相应地发展了蒸发技术、热喷涂、化学气相沉积技术、溅射沉积技术、溶胶-凝胶法等各种薄膜制备方法。其中，磁控溅射、一般的化学气相沉积需要在真空条件下实施，且操作复杂、设备昂贵，制备成本较高。热喷涂和溶胶-凝胶法都是用可溶的金属化合物作为前驱体，与水或有机溶剂反应生成含氧的金属化合物，加热分解得透明导电氧化物薄膜，特点是工艺简单，无需真空环境。基于这两种技术，本发明提出一种更为简便易行的薄膜制备技术——喷墨印刷。

喷墨印刷是在打印信号驱动下，打印头产生的墨滴经喷嘴的小孔直接喷射到介质表面特定位置，实现字符及图形的打印。喷墨打印技术在微小液滴的产生和定位方面有突出优势。目前喷墨打印机按打印头的工作方式可以分为压电喷墨技术和热喷墨技术两大类型。压电喷墨技术是将许多小的压电陶瓷放置到喷墨打印机的打印头喷嘴附近，利用脉冲电压产生的压力波驱动墨滴喷出喷嘴。用压电喷墨技术制作的喷墨打印头对墨滴的控制能力强，容易实现高精度的打印。热喷墨技术是在喷头的管壁上设置加热器，在电脉冲作用下，加热器上形成很小的气泡，气泡受热膨胀产生压力驱动墨滴喷出喷嘴。所以这种喷墨打印机有时又被称为气泡打印机。一般打印机种配置多个喷墨系统，每个喷墨系统同装有不同颜色墨水的墨盒连接，可以打印丰富多彩的图案。喷墨印刷本是现代办公印刷中普遍采用的主要技术之一，近年来由于其设备简单、操作简便、制备成本低等优点，也逐渐在薄膜技术领域中有了新的应用，例如用喷墨印刷制备高分子薄膜、薄膜气敏材料、锂离子电池的薄膜电极等。利用这种技术制备太阳电池的透明导电氧化物薄膜有望降低电池的生产成本，关于这方面研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备成本低，操作简单，无需真空环境的喷墨印刷制备TCO薄膜的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：按如下步骤操作：

(1)以In、Sn、Zn等金属基材料的可溶性化合物以及掺杂元素的可溶性化合物为原料，将其一起溶解在水或有机溶剂中；也可分别溶解在水或有机溶剂中，然后混合两种溶液。为使溶液性能稳定，也可加入盐酸等试剂调节溶液的酸度；

(2)加入能使化合物颗粒均匀分散的添加剂，加入量为水或有机溶剂重量的0.01～5％，以控制墨水的粘度为10～50mPa·s，表面张力为1.0×10^-4N/m～4.0×10^-4N/m之间，配制成性能稳定的金属氧化物墨水；

(3)将所述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨印刷技术沉积到基片上；

(4)将所述沉积到基片的薄膜置于恒温炉中，在100～600℃；焙烧，反应形成一定掺杂比例的TCO薄膜。

另外，本发明步骤(1)中所述原料为可溶性化合物的纳米颗粒，如氯化物、硝酸盐、醋酸盐、金属醇盐、铵盐等。氯化物包括InCl₃·5H₂O、SnCl₄·5H₂O、SnCl₂·2H₂O、SbCl₃、ZnCl₂、AlCl₃、GaCl₃等，硝酸盐有In(NO₃)₃·4.5H₂O、Al(NO₃)₃等，醋酸盐有醋酸锌、醋酸铵、醋酸铝等，金属醇盐有锡醇、锌醇、锑醇、异丙醇铝、异丙醇镓等，铵盐有NH₄F，将其分散在水或有机溶剂中，所述原料与水或有机溶剂的重量比为1∶3～30。