[发明专利]Cu/ZnO/Al光电透明导电薄膜的沉积方法

说明书

技术领域

本发明属透明导电材料领域，特别涉及一种Cu/ZnO/Al光电透明导电薄膜的沉积方法。

背景技术

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增加，新型功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。随着太阳能、平板显示和半导体照明等产业的发展，一种新的功能材料——透明导电材料随之产生、发展起来。

透明导电膜玻璃即透明导电氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀镀上一层TCO薄膜。目前应用中的TCO材料主要为三类，ITO-In₂O₃基薄膜（Sn掺杂）、FTO-SnO₂基薄膜（F掺杂）和AZO-ZnO基薄膜（Al掺杂）等。

ITO-In₂O₃的晶体结构为体心立方铁锰矿结构，禁带宽度约3.5eV，因而在可见光范围透明，T_avg>90%。ITO最低电阻率可达10^-5Ω^.cm量级。ITO是目前最成熟、应用最广泛的TCO，目前除了TFT-LCD面板几乎都使用ITO外，替代传统的太阳能电池的铝背电极而形成新型的太阳能电池的透明导电电极和薄膜太阳能电池也都使用。不过由于ITO须使用稀有金属铟（中国铟保有储量1.3万吨，约占全球2/3），从而导致生产成本很高。随着TFT-LCD面板市场持续扩增和太阳能电池的进一步发展，全球铟消费量的83%用于ITO，从而也引发了铟矿在未来将逐渐耗尽的问题。而且铟材料有毒，在制备和应用过程中对人体有害。另外铟和锡的原子量较大，成膜过程中容易渗入到衬底内部，毒化衬底材料，尤其在液晶显示器件中污染现象严重。对于太阳能行业来说，TCO玻璃必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且激光刻蚀性能较差、ITO在等离子体中并不够稳定（一般硅薄膜太阳能电池需要在等离子体条件下制作），因此目前ITO已非光伏电池主流的电极材料。总之，寻找合适的替代产品势在必行。

FTO-SnO₂具有正四面体的金红石结构，禁带宽度为3.6eV，通过掺杂氟得到FTO薄膜，可以进一步增强导电性能。FTO与ITO相比具有热稳定性高、耐腐蚀、硬度高等优势，并且在等离子体中也具有很好的稳定性，从而成为目前商业化应用的光伏TCO材料。但是，高结晶质量FTO薄膜制备比较困难，对制备工艺要求高，由于薄膜内部缺陷的存在而使其透光率与电导率低于ITO薄膜；同时由于需要氟元素（剧毒）掺杂因而工艺过程存在一定的污染。此外，由于FTO薄膜硬度高因而比较难于刻蚀。

ZnO基薄膜。ZnO属于N型Ⅱ－Ⅵ族半导体材料，其晶体结构为六方纤锌矿结构禁带宽度约3.4eV，透光率可达90%以上。同时ZnO在不掺杂的情况下由于本征氧空位缺陷的存在也具有较高的电导率，通过III族元素（Al、Ga、B）掺杂可以进一步提高导电性。ZnO用于TCO薄膜具有原料丰富、成本低廉、制备工艺简单、无毒、不污染环境等显著的优势。而且，ZnO能够在氢等离子体中稳定性要优于ITO薄膜，具有可与ITO薄膜相比拟的光电特性的同时又易于刻蚀。另外ZnO可高效透射ITO难以透射的短波长光线，因而无论是在太阳能电池还是平板显示上，ZnO都是替代ITO与FTO的有力竞争者。

发明内容

针对现有材料存在的不足，本发明通过在基片衬底上依次进行磁控溅射Al薄膜，然后利用有机物化学气相沉积制备中间层ZnO薄膜，最后磁控溅射Cu薄膜，之后对实验薄膜样品进行高温退火处理，得到Cu/ZnO/Al结构的透明导电薄膜。

本发明一种Cu/ZnO/Al光电透明导电薄膜的沉积方法，按照以下步骤进行：

（1）将基片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后，用氮气吹干送入反应室；

（2）磁控溅射Al膜的沉积：将沉积室本底抽到9.0×10^-4 Pa之后，通入氩气，在基片衬底上射频溅射Al靶材，沉积制备厚度为30~50nmAl薄膜；