[发明专利]一种嵌入型金属/透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光微纳加工技术及半导体材料领域，尤其涉及一种嵌入型金属/透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜因具有良好的导电性、在可见光区域有较高的透射率、红外区有高反射率等优点，目前被广泛应用于太阳能电池、显示器件、气敏元件以及压电器件等光电器件领域。随着人们对光电器件性能要求的不断提高，对TCO薄膜的光电性能也提出了更高的要求。

目前，针对TCO薄膜的研究主要集中于双层或多层复合薄膜，即通过引入金属或其他导电介质来提高TCO薄膜的光电性能。D.S.Ghosh等[High Figure-of-merit Ag/Al:ZnO Nano-thick Transparent Electrodes for Indium-free Flexible Photovoltaics,Solar Energy Materials&Solar Cells 2012,107,338–343.]报道了一种在制备金属/TCO双层薄膜的方法中所用的磁控溅射法，但是，这种方法只能将金属层沉积于基底表面，随着金属层厚度的增加，金属/TCO双层薄膜的透光率将会大幅度下降，影响其光电性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述TCO薄膜随着金属层厚度的增加，透光率大幅度下降的不足，提供一种嵌入型金属/透明导电薄膜的制备方法，在提高TCO薄膜导电性的同时，尽量减少其透光率的损失，最终获得具有最佳光电性能的金属/透明导电薄膜。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种嵌入型金属/透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

(1)制备具有凹孔结构的TCO薄膜：以TCO玻璃为基板，经超声清洗、烘干后，放置在超短脉冲激光器的样品台上，调整样品台位置，使清洗烘干后的TCO薄膜表面位于所述激光器发出的激光束的焦点位；采用200～5000目的金属网作为模板，将其覆盖于清洗烘干后的TCO薄膜表面，进行激光表面处理，得到具有均匀、规则的凹孔结构的TCO薄膜，所述激光束的脉冲宽度＜20ns，波长为500～1000nm，激光能量密度为0.10～0.60J/cm²，扫描速度为5～30mm/s，扫描线重叠率控制在0～20％；

(2)制备金属M/TCO薄膜：采用高真空直流磁控溅射仪在步骤(1)中具有凹孔结构的TCO薄膜表面沉积金属M层，得到金属M/TCO薄膜，所述溅射电流为60～100mA，溅射时间为2～15s，溅射气体为氩气，工作压强为0.035MPa；

(3)制备嵌入型金属M/TCO薄膜：将步骤(2)中所述的金属M/TCO薄膜置于管式炉中，进行退火处理，最终得到嵌入型金属M/TCO薄膜，所述退火处理的温度为300～600℃，时间为10～60min，退火气氛为氮气或氢气，气体流量控制为10～50sccm。

优选的，步骤(1)中所述TCO为氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、掺铝氧化锌(AZO)、掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锡(FTO)中的一种。

优选的，步骤(1)中所述金属网不锈钢网或铜网。

优选的，步骤(1)中所述激光能量密度为0.10～0.30J/cm²。

优选的，步骤(2)中所述金属M为Au、Ag、Cu、Pt、Ni和Al。

本发明具有以下优点：

(1)制备方法简单方便。过程中只需加入金属网，采用先进的激光微处理技术，就可以获得具有规则微纳凹孔结构的TCO薄膜，经溅射、退火处理后即可得导电性能好、透光率高的金属/透明导电薄膜。

(2)可控性好。采用金属网作为模板，通过调节激光能量密度、线间距、扫描速度等工艺参数，可得到不同孔径的、均匀、规则的TCO薄膜表面。

(3)实用性好。该处理方法使用的金属网容易获得，并且可以重复使用。

附图说明

图1嵌入型金属/透明导电薄膜制备过程流程图。

图2为实施例1和对比例1中Ag/FTO双层薄膜Ag嵌入型和非嵌入型透光率谱图。

图3为实施例2和对比例2中Cu/AZO双层薄膜Cu嵌入型和非嵌入型透光率谱图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

对比例1：