CN103183480A - Azo镀膜玻璃的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种AZO镀膜玻璃的制备方法，包括步骤1，磁控溅射AZO陶瓷靶，在基体上沉积得到透明导电薄膜；步骤2，利用氢氟酸溶液湿法化学刻蚀所述透明导电薄膜产生表面纳米结构。本发明的AZO镀膜玻璃的制备方法具有好的稳定性，能够在较薄的膜层厚度下，实现较低的方块电阻和较高的雾度，并且所生产的AZO镀膜玻璃具有尖锥状微观形貌，表面纳米结构分布均匀，不存在大的腐蚀坑。
Description
技术领域
本发明涉及一种镀膜玻璃的制备方法，尤其涉及一种AZO镀膜玻璃的制备方法。
背景技术
透明导电膜（transparent conductive oxide，简称ITO）是所有透明导电材料中应用最为广泛的一类。由于这种材料制备的薄膜不仅在可见光区有着很高的透过率，在红外和近红外区是反射率很高，而且薄膜的电阻率也很低。因此既可以用作平面显示（FPD）和太阳能用的平面电极材料，也可用作节能方面，如建筑玻璃表面等，还可用于汽车玻璃和微波炉。在这一类材料中，目前应用最为广泛的是铟锡氧化物半导体透明导电膜（indium tin oxide，简称ITO）。但是ITO中只要成分之一金属铟是稀有金属，并且冶炼过程中会造出环境的污染。因此从节约资源保护环境的角度出发有必要开发出ITO的替代品。
AZO镀膜玻璃即在ZnO体系中掺杂Al所得到ZnO：Al透明导电薄膜玻璃。惨杂后的AZO薄膜导电性能大幅度提高，电阻率可降低到10-4 ohm·cm，而且AZO薄膜在氢等离子体中稳定性要优于ITO，同时具有可同ITO相比拟的光电特性，而且AZO薄膜的制备方便，元素资源比In元素丰富，且无毒，逐渐成为ITO薄膜最佳替代者，AZO薄膜目前已经在平板显示器和薄膜太阳能电池中得到了部分应用。
目前，AZO镀膜玻璃通常采用先真空磁控溅射镀膜，然后再利用盐酸湿法腐蚀，生产出具有一定表面形貌的AZO玻璃。真空溅射技术可以通过控制工艺温度和真空气氛，制备出方块电阻范围在3-12欧姆的AZO镀膜玻璃，后续的盐酸化学刻蚀技术，能够生产出雾度范围在10-40%的AZO镀膜玻璃，表面形貌呈现出了尖锥状或者腐蚀坑状形貌。但是，为了实现较好的微观纳米结构分布和较高的雾度，需要控制AZO镀膜玻璃的镀膜工艺，尤其是需要比较苛刻的工艺温度和真空气氛，导致生产出的AZO镀膜玻璃成本较高，表面纳米结构分布均匀性差，并且难于避免随机分布的大尺寸腐蚀坑，这不利于后续电池的应用。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够制备出稳定性好，表面纳米结构分布均匀，较低方块电阻和较高雾度的AZO镀膜玻璃的制备方法。
发明内容
鉴于上述的现有技术中的问题，本发明所要解决的技术问题是现有的AZO镀膜玻璃制备方法成本较高，产生出的AZO镀膜玻璃表面纳米结构分布均匀性差。
本发明提供的一种AZO镀膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，磁控溅射AZO陶瓷靶，在基体上沉积得到透明导电薄膜；
步骤2，利用氢氟酸溶液湿法化学刻蚀所述透明导电薄膜并形成表面纳米结构。
在本发明的一个较佳实施方式中，所述AZO陶瓷靶中铝元素的含量为0.1-1at%，所述AZO陶瓷靶的其他组分为ZnO。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的真空度为0.35-0.45Pa。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室工作气体Ar的压力为0.35-0.45Pa。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室O2的含量为0-5%。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的溅射功率为50-150W。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的温度为300-400℃。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述透明导电薄膜的厚度为700-850nm。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中的氢氟酸溶液的质量百分比浓度为0.2-1%。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中形成的表面纳米结构的厚度为300-600nm。
本发明的AZO镀膜玻璃的制备方法具有好的稳定性，能够在较薄的膜层厚度下，实现较低的方块电阻和较高的雾度，并且所生产的AZO镀膜玻璃具有尖锥状微观形貌，表面纳米结构分布均匀，不存在大的腐蚀坑，可以低成本生产出高质量的AZO玻璃，满足非晶硅薄膜电池市场的巨大需求。
附图说明
图1是本发明的实施例的基体和AZO薄膜的结构示意图；
图2是本发明的实施例的表面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明做具体阐释。
本发明提供了一种AZO镀膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，磁控溅射AZO陶瓷靶，在基体上沉积得到透明导电薄膜，所得透明导电薄膜的结构如图1中所示，其中1为玻璃，2为SiO2，3为AZO薄膜；步骤2，利用氢氟酸溶液湿法化学刻蚀所述透明导电薄膜并形成表面纳米结构。
本发明的AZO镀膜玻璃制备方法，包括前段磁控溅射AZO陶瓷靶镀膜和后段氢氟酸溶液湿法化学刻蚀两个工艺阶段。本发明的AZO镀膜玻璃的制备方法具有好的稳定性，能够在较薄的膜层厚度下，实现较低的方块电阻和较高的雾度，并且所生产的AZO镀膜玻璃具有尖锥状微观形貌，表面纳米结构分布均匀，不存在大的腐蚀坑，可以低成本生产出高质量的AZO玻璃，满足非晶硅薄膜电池市场的巨大需求。
本发明的实施例的AZO镀膜玻璃制备方法的真空磁控溅射过程采用低掺杂的AZO陶瓷靶，其中铝元素的含量为0.1-1at%，其他组分为ZnO。在本发明的实施例中，在基体上沉积得到厚度设计为700-850nm的透明导电薄膜。磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室工作气体Ar的压力可为0.35-0.45Pa；真空度可为0.35-0.45Pa；O2的含量可为0-5%；溅射功率可为50-150W。
为了实现较低的方块电阻，镀膜时的温度设计为300-400℃，得到的AZO镀膜玻璃的方块电阻不超过11欧姆。优选的是镀膜时的温度范围在340-400℃，能够实现方块电阻不超过10欧姆。较低的方块电阻能够有效地降低AZO镀膜玻璃的生产成本，有利于AZO玻璃在薄膜太阳能电池方面的大规模应用。
此外，为了实现控制AZO镀膜玻璃的表面纳米结构和化学反应速度，本发明采用了低浓度的氢氟酸溶液作为刻蚀溶液。在本发明的实施例中，采用了质量百分比浓度控制在0.2-1%的氢氟酸溶液。优选的，为了实现更加薄的膜层和好的表面形貌，进一步采用了0.25-0.6%之间的氢氟酸溶液，生产出了表面纳米结构特征尺寸在300-600nm，并且尖锥形纳米结构分布均匀的AZO镀膜玻璃，其表面结构示意图如图2所示。这种玻璃所表现出的优秀表面形貌分布和尖锥状纳米形貌表明，很适合于薄膜太阳能电池电池应用。
在本发明的实施例的AZO镀膜玻璃制备方法，采用340-400℃下，工作气体Ar的压力为0.35-0.45Pa、真空度为0.35-0.45Pa、O2的含量为0-5%、溅射功率为50-150W的条件真空磁控溅射铝元素的含量为0.1-1at%的AZO陶瓷靶，形成700-850nm的透明导电薄膜；随后使用0.25-0.6%的氢氟酸溶液湿法刻蚀得到AZO镀膜玻璃，通过测试得知其雾度范围在15-30%之间。较高的雾度能够有效地提高薄膜电池的光陷阱效果，从而提高薄膜电池的光电转化效率。
实施例1
在340℃下，工作气体Ar的压力为0.36Pa、真空度为0.36Pa、O2的含量为4%、溅射功率为100W的条件，溅射铝元素的含量为0.2at%的AZO陶瓷靶，形成720nm的透明导电薄膜；随后使用0.5%的氢氟酸溶液湿法刻蚀，得到表面纳米结构的尺寸为420nm。通过测试AZO镀膜玻璃的雾度为23%。
实施例2
在400℃下，工作气体Ar的压力为0.42Pa、真空度为0.42Pa、O2的含量为2%、溅射功率为120W的条件，溅射铝元素的含量为0.5at%的AZO陶瓷靶，形成800nm的透明导电薄膜；随后使用0.45%的氢氟酸溶液湿法刻蚀，得到表面纳米结构的尺寸为350nm。通过测试AZO镀膜玻璃的雾度为28%。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，磁控溅射AZO陶瓷靶，在基体上沉积得到透明导电薄膜；
步骤2，利用氢氟酸溶液湿法化学刻蚀所述透明导电薄膜并形成表面纳米结构。
2.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述AZO陶瓷靶中铝元素的含量为0.1-1at%，所述AZO陶瓷靶的其他组分为ZnO。
3.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的真空度为0.35-0.45Pa。
4.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室工作气体Ar的压力为0.35-0.45Pa。
5.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室O2的含量为0-5%。
6.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的溅射功率为50-150W。
7.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射AZO陶瓷靶时溅射室的温度为300-400℃。
8.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述透明导电薄膜的厚度为700-850nm。
9.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的氢氟酸溶液的质量百分比浓度为0.2-1%。
10.如权利要求1所述的AZO镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤2中形成的表面纳米结构的厚度为300-600nm。
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