專利名稱：籽晶層輔助的高性能TiO₂基透明導(dǎo)電薄膜及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及籽晶層輔助的高結(jié)晶度高性能TiO2 = Nb透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法， 屬于透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜是集高可見光透射率和高電導(dǎo)率于一體的功能材料， 是太陽能電池、平板顯示、發(fā)光二極管、特殊窗口涂層及其他光電器件的關(guān)鍵組成部分。以光伏電池為例，帶有透明導(dǎo)電膜的玻璃基板占有非晶硅(a-Si)薄膜電池生產(chǎn)成本的40%、 TiO2染料敏化電池(DSCs)制造成本50%以上。當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用的透明導(dǎo)電膜主要包括氧化銦錫(ITO)和氟摻雜氧化錫(FTO)兩大類。ITO和FTO薄膜雖然具有優(yōu)良的光電性能，但是卻存在^或Sn擴(kuò)散導(dǎo)致器件性能衰減、薄膜穩(wěn)定性差、不耐腐蝕、在氫等離子中不穩(wěn)定(如在a-Si:H中成分?jǐn)U散很嚴(yán)重)等缺點(diǎn)，F(xiàn)TO薄膜還存在難以刻蝕的問題。即便是新一代的ZnO基TCO材料，也存在沉積溫度高、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。因此， 具有更加優(yōu)異性能的新型TCO材料成為全世界科學(xué)家研究的熱點(diǎn)([l]D.S.Ginley，and C. Bright (Eds.),(材料研究公報(bào))Mater. Res. Bull. 25 QOOO) 15. [2] S. Stoute,(材料世界)Mater. World 11 (2003) 12. [3]Μ· Gretzel，(無機(jī)化學(xué))Inorg. Chem. 44 Q005) 6841. [4] J. H. Shin, S. H. Shin, et al.(應(yīng)用物理雜志)J. App 1. Phys. 89 (2001) 5199)。2005年，日本人FuriAayashi制備出一種“透明的金屬”-摻Nb銳鈦礦TiO2(NTO) 薄膜，發(fā)現(xiàn)NTO薄膜具有優(yōu)異的透明導(dǎo)電性能，可見透光率為80 %以上，導(dǎo)電率可達(dá) 2 X 1(Γ4 Ω · cm，載流子遷移率為 22cm2/VSo ([5] Y. Furubayashi，N. Yamada，et al.(物理應(yīng)用雜志)J. Appl. Phys. 101(2007)093705. [6]X. D. Liu, Ε. Y. Jiang, et al.(應(yīng)用物理通信) Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 252104. [7] J. Osorio-Guillen, S. Lany,et al.(物理研究通信) Phys. Rev. Lett. 100(2008)036601. [8]M. A. Gillispie, et al.(應(yīng)用物理通信)Appl. Phys. Lett. 101 0007)033125)。ΝΤ0薄膜原料廉價易得，具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，對環(huán)境無污染，在光電性能上不但能與ITO相媲美([9]Y. Furubayashi,T. Hitosugi, et al.(應(yīng)用物理通信)Appl. Phys. Lett. 86 ^00 252101)，更能夠滿足新器件的多重要求(如高折射率、高紅外透射率等)，是TCO家族里極具潛力的新成員。高性能NTO薄膜的研發(fā)將不僅促進(jìn)無化的低成本TCO材料廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事，而且更廣泛適用于太陽能電池和半導(dǎo)體器件的透明電極。該材料的應(yīng)用對保護(hù)環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對能源危機(jī)、引領(lǐng)新產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域、以及保持經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。NTO薄膜的優(yōu)異性能在光電應(yīng)用上有著巨大的潛力，科研人員目前采用較高溫度下的脈沖激光沉積(PLD)或者濺射制備出了高性能的NTO薄膜。PLD的方法雖然比較簡單， 薄膜質(zhì)量很高，但是成本較高，只能應(yīng)用于小面積沉積，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。直接濺射法雖然能大范圍制備薄膜，但高質(zhì)量的薄膜對襯底有需求。在單晶SrTiO3(STO)上沉積的NTO 才具有高導(dǎo)電率(3.5-2.3X10_4Q.cm)和載流子遷移率Q2cm2/VS)。在玻璃襯底等上的薄膜晶粒尺寸很小(< 5-lOnm)，晶界效應(yīng)的增加，導(dǎo)致薄膜表現(xiàn)出較多的缺陷和較強(qiáng)的晶格應(yīng)力，抑制了載流子的傳輸，使載流子遷移率(3. 8-7. 6cm2/VS)，遠(yuǎn)小于外延的NTO薄膜 (22cm2/VS)。綜上所述，本領(lǐng)域缺乏低成本、高性能的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜光電器件，因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)低成本、高性能的TCO(也即透明導(dǎo)電氧化物)材料，特別是需大幅度提高TCO材料光電器件在廉價的襯底上(例如玻璃和熔融石英等)的電導(dǎo)率和載流子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于獲得低成本、高性能、可大幅度提高TCO材料光電器件在廉價的襯底上(例如玻璃和熔融石英等)的電導(dǎo)率和載流子遷移率的TC0(也即透明導(dǎo)電氧化物)材料。本發(fā)明的第二目的在于獲得低成本、高性能、可大幅度提高TCO材料光電器件在廉價的襯底上(例如玻璃和熔融石英等)的電導(dǎo)率和載流子遷移率的TC0(也即透明導(dǎo)電氧化物)材料的制備方法。本發(fā)明的第二目的在于獲得低成本、高性能、可大幅度提高TCO材料光電器件在廉價的襯底上(例如玻璃和熔融石英等)的電導(dǎo)率和載流子遷移率的TC0(也即透明導(dǎo)電氧化物)器件。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種TiO2基透明導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜包括襯底層，所述襯底為普通玻璃、石英玻璃、陶瓷基板、SrTiO3(STO)或LaAW3(LAO) 襯底；籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜 TiO2籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mol%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、 Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種；其中，所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。在一優(yōu)選例中，所述籽晶層為一層。在一優(yōu)選例中，所述籽晶層的厚度為SOnm 250nm ；在一優(yōu)選例中，所述總厚度為800nm 1.8μπι。在一優(yōu)選例中，所述覆蓋層中摻雜元素總量為優(yōu)選0.5mOl% 10mOl%，進(jìn)一步優(yōu)選 2. Omol % 6. Omol %。在一優(yōu)選例中，所述摻雜TiO2覆蓋層采用磁控濺射法在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，若所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TiO2籽晶層時，所述摻雜TW2籽晶層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mOl%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、Sc、Zr、Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種。在一優(yōu)選例中，所述摻雜1102籽晶層中摻雜元素總量為優(yōu)選0.5mol % IOmol %，進(jìn)一步優(yōu)選 2. Omol % 6. Omol %。
在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫佑苫瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法得到；優(yōu)選地，所述化學(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂；所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述導(dǎo)電膜的薄膜電阻率為范圍為IO-2Qcm IO"4 Ω cm,其可見光部分(360nm 800nm)透光率為60 % 85 %。在一優(yōu)選例中，所述導(dǎo)電膜的電阻率達(dá)到10-4Ω.οιι量級(IO-2Qcm I(T4Qcm), 載流子遷移率達(dá)到10cm2/VS以上，可見光平均透過率達(dá)到75%以上。在一優(yōu)選例中，所述導(dǎo)電膜的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第二方面提供一種本發(fā)明所述的導(dǎo)電膜的制備方法，其包括如下步驟在襯底上制備籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TW2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TW2籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mol%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、 Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種；所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒òɑ瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法；優(yōu)選地，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒ㄋ龌瘜W(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂；所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，若采用溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂制備籽晶層時，采用二氧化鈦或鈦醇鹽及所需量的摻雜離子作為溶質(zhì)，采用無機(jī)堿和過氧化物的混合溶液作為溶劑，無機(jī)堿在溶液中的濃度范圍在 10_3 lOmol/L之間，過氧化物的濃度范圍在1 30%之間，且無機(jī)堿和過氧化氫的摩爾比為1 0. 1 100，熱處理溫度為150°C 1000°C，退火時間為3h 6h。在一優(yōu)選例中，所述無機(jī)堿為氨水。在一優(yōu)選例中，所述過氧化物為過氧化氫。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，采用熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法制備籽晶層時，所述熱蒸發(fā)沉積法的蒸發(fā)溫度為350°C 650°C，沉積時間為20min 60min，蒸發(fā)源與基底的間距為4cm 9cm ；所述脈沖激光沉積法的襯底溫度為50°C 700°C，沉積時間為IOmin 40min，靶材上的平均激光能量密度為2J/cm2 lOJ/cm2。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述摻雜二氧化鈦覆蓋層采用磁控濺射法生長，包括以摻雜二氧化鈦體材料為靶材，通過磁控濺射將靶材濺射到二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫由稀?br> 優(yōu)選地，所述磁控濺射法包括直流磁控濺射、射頻磁控濺射或直流磁控濺射和射頻磁控濺射混合濺射。所述磁控濺射法的工作壓力為0. IPa 3Pa ；沉積時間為IOmin 60min ；直流濺射或射頻濺射功率為60W 200W。更優(yōu)選地，所述磁控濺射法的工作壓力為0. 2Pa 1. 5Pa ；沉積時間為20min 40min ；直流濺射或射頻濺射功率為100W 200W。本發(fā)明的第三方面提供一種本發(fā)明所述的TW2基透明導(dǎo)電膜的光電器件。在一優(yōu)選例中，所述光電器件為太陽能電池、平板顯示、或發(fā)光二極管。


圖1為無籽晶層濺射生長的鈮摻雜二氧化鈦(TiO2 = Nb)薄膜的表面形貌SEM圖。圖2為無籽晶層濺射生長的鈮摻雜二氧化鈦(TiO2 = Nb)薄膜的透過率圖。圖2縱坐標(biāo)為透過率(transmittance)，橫坐標(biāo)為波長(wavelength)。圖3為TW2籽晶層的X射線衍射及表面形貌SEM圖。X射線衍射圖中的縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(intensity)，橫坐標(biāo)為衍射角度。圖4為籽晶層輔助生長的鈮摻雜二氧化鈦(TiO2 = Nb)薄膜的表面形貌SEM圖。圖5為籽晶層輔助生長的鈮摻雜二氧化鈦(TiO2 = Nb)薄膜的透過率圖?？v坐標(biāo)為透過率(transmittance),橫坐標(biāo)為波長(wavelength)。圖6為籽晶層輔助生長的鈮摻雜二氧化鈦(TiO2 = Nb)薄膜的X射線衍射圖。X射線衍射圖中的縱坐標(biāo)為強(qiáng)度(intensity)，橫坐標(biāo)為衍射角度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進(jìn)制備工藝，大幅度提高T^2基TCO薄膜材料在廉價的襯底上(例如玻璃和熔融石英等)的電導(dǎo)率和載流子遷移率，從而獲得了可在廉價襯底上沉積性能優(yōu)良的籽晶層輔助的高性能TW2基透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下本發(fā)明提供了一種籽晶層輔助的高性能TW2基透明導(dǎo)電薄膜及制備方法。針對在普通廉價玻璃和石英等襯底上采用磁控濺射法生長TW2基摻雜薄膜結(jié)晶晶粒小、生長困難、薄膜性能差的問題，通過在襯底上引入二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫诱T導(dǎo)生長，增大晶粒尺寸、減小晶界效應(yīng)來減少缺陷和晶格應(yīng)力，以提高薄膜的電導(dǎo)率和載流子遷移率，從而實(shí)現(xiàn)低成本沉積高性能T^2基透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝。制備的薄膜性能良好，電阻率達(dá)到10_4Ω. cm量級，載流子遷移率達(dá)到10cm2/VS以上，可見光平均透過率達(dá)到75%以上。 本發(fā)明簡單易行、制造成本低，適于大規(guī)模生產(chǎn)，能與太陽電池制備工藝匹配，在透明電子學(xué)和新型光電器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明中，“普通玻璃”是本領(lǐng)域中的術(shù)語，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。通常是指普通的無色透明的白玻璃襯底。以下對本發(fā)明的各個方面進(jìn)行詳述TiO2基透明導(dǎo)電膜本發(fā)明的TW2基透明導(dǎo)電膜包括
襯底層，所述襯底為普通玻璃、石英玻璃、陶瓷基板及SrTiO3(STO)或LaAW3(LAO) 襯底；籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜 TiO2籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mol%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、 Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種；其中，所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。在一優(yōu)選例中，所述籽晶層為一層。在一優(yōu)選例中，所述籽晶層的厚度為SOnm 250nm ；在一優(yōu)選例中，所述總厚度為800nm 1. 8 μ m。在一優(yōu)選例中，所述覆蓋層中摻雜元素總量為優(yōu)選0.5mOl% 10mOl%，進(jìn)一步優(yōu)選 2. Omol % 6. Omol %。在一優(yōu)選例中，所述襯底在使用時可移除。在一優(yōu)選例中，所述摻雜TiO2覆蓋層采用磁控濺射法在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長。所述摻雜T^2籽晶層的晶型優(yōu)選銳鈦礦結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，若所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TiO2籽晶層時，所述摻雜TW2籽晶層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mOl%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、Sc、Zr、Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種。在一優(yōu)選例中，所述摻雜1102籽晶層中摻雜元素總量為優(yōu)選0.5mol % IOmol %，進(jìn)一步優(yōu)選 2. Omol % 6. Omol %。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫佑苫瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法得到；優(yōu)選地，所述化學(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂；所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述導(dǎo)電膜的薄膜電阻率為范圍為IO-2Qcm IO"4 Ω cm,其可見光部分(360nm 800nm)透光率為60 % 85 %。在一優(yōu)選例中，所述導(dǎo)電膜的電阻率達(dá)到10_4Ω.οιι量級(10_2 Ω cm I(T4Qcm)， 載流子遷移率達(dá)到10cm2/VS以上，可見光平均透過率達(dá)到75%以上。在一優(yōu)選例中，所述導(dǎo)電膜的晶型為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的導(dǎo)電膜的制備方法包括如下步驟在襯底上制備籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TW2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TW2籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mol%，所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、 Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種；所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。本發(fā)明的二氧化鈦或摻雜二氧化鈦的體材料的制備為現(xiàn)有技術(shù)，是采用液相法共沉淀，然后經(jīng)過混合、烘干和研磨得到高活性、高結(jié)晶性的二氧化鈦及其摻雜納米粉體， 將高性能的前驅(qū)粉體造粒，借助等靜壓等手段壓模成型，制備高壓實(shí)密度的陶瓷素坯，在 800°C 1400°C之間進(jìn)行超高致密度燒結(jié)，獲得高致密度的二氧化鈦及其摻雜塊體或靶材。本發(fā)明的二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒òㄈ苣z凝膠法提拉或溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂、熱蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法，可以參見文獻(xiàn)，例如，溶膠凝膠法:C. H. Hsu et al. Mater. Sci. Eng. B 175 (2010) 181 ；熱蒸發(fā)法Μ· Jerman et al. Thin Solid Films 515 (2007) 6904 ；脈沖激光沉積M. S. Dabney et al. Thin Solid Films 516 (2008)4133o所述TW2或摻雜TW2籽晶層的制備方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，包括溶膠凝膠法提拉或溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂、熱蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒òɑ瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法；優(yōu)選地，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒ㄋ龌瘜W(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂；所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，若采用溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂制備籽晶層時，采用二氧化鈦或鈦醇鹽及所需量的摻雜離子作為溶質(zhì)，采用無機(jī)堿和過氧化物的混合溶液作為溶劑，無機(jī)堿在溶液中的濃度范圍在 10_3mol/L lOmol/L之間，過氧化物的濃度范圍在1 30%之間，且無機(jī)堿和過氧化氫的摩爾比為1 0. 1 100，熱處理溫度為150°C 1000°C，退火時間為3h 6h。在一優(yōu)選例中，所述無機(jī)堿為氨水。在一優(yōu)選例中，所述過氧化物為過氧化氫。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，采用熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法制備籽晶層時，所述熱蒸發(fā)沉積法的蒸發(fā)溫度為350°C 650°C，沉積時間為20min 60min，蒸發(fā)源與基底的間距為4cm 9cm ；所述脈沖激光沉積法的襯底溫度為50°C 700°C，沉積時間為IOmin 40min，靶材上的平均激光能量密度為2J/cm2 lOJ/cm2。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施方式
中，所述生長摻雜二氧化鈦覆蓋層的磁控濺射法包括以摻雜二氧化鈦體材料為靶材，通過磁控濺射將靶材濺射到二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)?br> 晶層上。所述磁控濺射法包括直流磁控濺射、射頻磁控濺射或直流磁控濺射和射頻磁控濺射混合濺射。所述磁控濺射法的工作壓力為0. IPa 3Pa ；沉積時間為IOmin 60min ；直流濺射或射頻濺射功率為60W 200W。優(yōu)選地，所述磁控濺射法的工作壓力為0. 2Pa 1. 5Pa ； 沉積時間為20min 40min ；直流濺射或射頻濺射功率為100W 200W。
在一具體實(shí)施方式
中，溶膠凝膠法提拉或溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂優(yōu)選的工藝條件如下優(yōu)選的原料為采用二氧化鈦或鈦醇鹽及一定量的摻雜離子作為溶質(zhì)，氨水和過氧化氫的混合溶液作為溶劑，氨水的濃度范圍在10_3mol/L lOmol/L，過氧化氫的濃度范圍在1 30%，堿溶液和過氧化氫的摩爾比為1 0. 1 100，將不同量的溶質(zhì)加入到上述溶劑中，冷水浴中攪拌一段時間后得到各種濃度的鈦前驅(qū)體溶液。通過旋涂或浸漬提拉法在清潔的襯底上制備未摻雜或摻雜的二氧化鈦濕膜，干燥后在150°C 1000°C熱處理得到二氧化鈦薄膜，退火時間為20min 90min。光電器件本發(fā)明的TW2基透明導(dǎo)電膜可用于各種光電器件。在一優(yōu)選例中，所述光電器件為太陽能電池、平板顯示、或發(fā)光二極管。本發(fā)明提供了一種籽晶層輔助的高性能TiO2基透明導(dǎo)電薄膜，可在廉價的玻璃、 熔融石英或陶瓷基板襯底上，低溫大面積沉積結(jié)晶良好的NTO薄膜。相比較于現(xiàn)有技術(shù)，簡單易行、制造成本低，同時又具有良好的薄膜性能，且工藝可控、產(chǎn)業(yè)化前景好，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明的件能評價與測試本發(fā)明的表征方法根據(jù)本領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，所用設(shè)備為本領(lǐng)域的通用設(shè)備。(1)物相與形貌表征對本發(fā)明所得薄膜樣品通過掃描電鏡(SEM)觀察薄膜表面形貌；通過表面輪廓儀來測量樣品的膜厚；通過X-射線粉末衍射儀(XRD)分析薄膜物相。(2)光學(xué)性能表征將本發(fā)明所得到的薄膜用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)測試薄膜的透過率。(3)電學(xué)性能表征將本發(fā)明所得薄膜樣品利用霍爾效應(yīng)采用范德堡四探針法進(jìn)行導(dǎo)電性能評價 (包括方塊電阻、電導(dǎo)率、載流子濃度、載流子遷移率及導(dǎo)電類型)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明相比較于現(xiàn)有制備方法，可在廉價的玻璃和熔融石英等襯底上，低溫大面積沉積結(jié)晶良好的NTO薄膜。簡單易行、制造成本低，同時又具有良好的薄膜性能，且工藝可控、產(chǎn)業(yè)化前景好。本發(fā)明設(shè)計(jì)并獲得一層具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiA或摻雜TiA籽晶層，在該籽晶層的基礎(chǔ)上進(jìn)行的磁控濺射制備的上層膜面形成沿原始結(jié)構(gòu)生長的高性能摻雜TiA覆蓋層。本發(fā)明利用熱力學(xué)和動力學(xué)原理協(xié)同控制薄膜的成核/生長過程，在廉價的玻璃和熔融石英等襯底上采用濺射法制備出高可見光透過率及高導(dǎo)電率的TiO2 = Nb(NTO)薄膜。 通過分離薄膜沉積中的成核和晶粒生長過程，使用籽晶層誘導(dǎo)生長，增大晶粒尺寸，減小晶界效應(yīng)，減少薄膜中的缺陷和晶格應(yīng)力，從而提高薄膜的電導(dǎo)率和載流子遷移率。通過本發(fā)明的實(shí)施，克服了在普通廉價玻璃和石英等襯底上采用磁控濺射法生長 TiO2基摻雜薄膜結(jié)晶晶粒小、生長困難、薄膜性能差的問題，制備的薄膜性能良好，電阻率達(dá)到10_4Ω. cm量級，載流子遷移率達(dá)到10cm2/VS以上，可見光平均透過率達(dá)到75%以上。如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。以下通過本發(fā)明的實(shí)施例，進(jìn)一步增加對本發(fā)明的了解，但本發(fā)明絕非僅限于實(shí)施例。對比例1 采用磁控濺射法，直接于襯底上沉積TiO2 = Nb薄膜。以TW2基摻雜化合物 (TiO2INb)作為靶材，Nb的摻雜比例為Ti的4. Omol %，以普通玻璃為襯底，本底真空抽至3.0X10_4Pa，以純度為99. 99 %的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的 0. 3 %，工作氣壓維持在0. 8Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為120W，沉積時間為40min，制備得到的薄膜總厚度為0. 72 μ m。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1小時退火后，方塊電阻為300 Ω/U，電阻率為2.2 X 10_2 Ω .cm，載流子遷移率為3. 3cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在75%左右。圖1為所沉積的摻雜二氧化鈦薄膜的表面形貌SEM圖，圖2為其透光性圖，X射線衍射分析(XRD)分析結(jié)果顯示，制得的薄膜為非晶結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1 以普通玻璃為襯底，在其上采用取6g Ti (OH)4加入到60ml氨水^5- % )和過氧化氫(30%)的混合溶劑中(NH3 · H2O H2O2= 1 5)，充分?jǐn)嚢璧命S色鈦前驅(qū)體溶液。 將清潔的普通玻璃襯底浸入上述鈦前驅(qū)體溶液，采用浸漬提拉法成膜，干燥后在450°C下熱處理6小時(h)。經(jīng)XRD測試，得到的二氧化鈦薄膜為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為80nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2 = Nb薄膜。以TiO2基摻雜化合物(TiO2 = Nb) 作為靶材，Nb的摻雜比例為Ti的4. 0mol%，本底真空抽至3. OX 10_4Pa，以純度為99. 99% 的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 3 %，工作氣壓維持在0. 8Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為120W，沉積時間為 40min，制備得到的薄膜總厚度為0.81μπι。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1小時退火后，方塊電阻為21 0/」，電阻率為1.7\10_30 ^m,載流子遷移率為8.7cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在75%左右。圖3為所制備籽晶層的X射線衍射及微觀場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)形貌圖。由圖示可見，所制備的籽晶層為納晶的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，且致密性和結(jié)晶性良好。圖4為在此高結(jié)晶和高致密的籽晶層上采用磁控濺射法所沉積的摻雜二氧化鈦薄膜的表面形貌SEM圖，圖5和圖6分別為其透光性和X射線衍射分析(XRD)圖。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶度顯著增強(qiáng)，晶粒明顯增大，載流子遷移率增大。實(shí)施例2:以普通玻璃為襯底，取6g Ti (OH)4三份分別加入到三份60ml氨水和過氧化氫(30%)的混合溶劑中(ΝΗ3·Η20 H2O2 = 1 5)，充分?jǐn)嚢璧命S色鈦前驅(qū)體溶液，往三份前驅(qū)體溶液中分別加入0. 143gNb (OH)5，得到Nb/Ti = 1. Omol %的混合液。在清潔的石英玻璃襯底上滴加上述混合前驅(qū)體溶液，采用旋涂法成膜，干燥后在600°C下熱處理他。經(jīng) XRD測試，得到的鈮摻雜的二氧化鈦薄膜為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為80nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2 = Nb薄膜。以TiO2基摻雜化合物(TiO2 = Nb)作為靶材， Nb的摻雜比例為Ti的6. Omol %，本底真空抽至3. O X 10_4Pa，以純度為99. 99 %的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 3 %，工作氣壓維持在0. 3Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為5cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為150W，沉積時間為40min，制備得到的薄膜總厚度為1.2 μ m。制得的薄膜經(jīng)450°C真空40分鐘退火后，方塊電阻為8 Ω/U ，電阻率為9.6 X 10_4 Ω ·αιι，載流子遷移率為15. 4cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在78%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性顯著增強(qiáng)，載流子遷移率明顯增大，且膜具有良好的導(dǎo)電性能和透光性能。實(shí)施例3:以普通玻璃為襯底，先在襯底上采用采用熱蒸發(fā)法制備TiO2Ac的籽晶層，以 ZnOiSc的小壓制塊體為蒸發(fā)源，Sc的摻雜量為Ti元素的7. Omol %，蒸發(fā)溫度為450°C， 沉積時間為60min，蒸發(fā)源與基底的距離為7cm，制備的籽晶層沿(002)晶面擇優(yōu)取向生長，厚度為150nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2Ac薄膜。以 TiO2基摻雜化合物(TiO2 = Sc)作為靶材，Sc的摻雜比例為Ti元素的0. 25m0l%，本底真空抽至3. OX 10_4Pa，以純度為99. 99 %的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的
0.3%，工作氣壓維持在1. 2Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為8cm，采用直流磁控濺射，濺射功率為160W，沉積時間為20min。所制備得到的薄膜總厚度為0. 6 μ m。制得的薄膜經(jīng)300°C真空2小時退火后，方塊電阻為75 Ω/U，電阻率為4.5X 10_3 Ω · cm，載流子遷移率為9. 3cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在85%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性有所增強(qiáng)，導(dǎo)電性能明顯改善，載流子遷移率有所增大，且可見光透過率非常良好。實(shí)施例4:以陶瓷基板為襯底，先在襯底上采用溶膠凝膠法制備TiO2: (Ta, Zr)的籽晶層，以 Ti (OH) 4，Zr (OH) 4及Ta (OH) 5為原料，加入到25-28%的氨水和30%的過氧化氫的混合溶劑中(NH3 · H2O H2O2 =1 5)，按 Ti 計(jì) Ta 禾口 Zr 的摻雜比例分別為 5. Omol %禾口 2. Omol %， 提拉后的薄膜經(jīng)650°C退火溫度2小時后制得TiO2: (Ta，Zr)的籽晶層，經(jīng)XRD測試，得到的鈮摻雜的二氧化鈦薄膜為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為120nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2: (Ta, Zr)薄膜。以TiO2基摻雜化合物TiO2: (Ta, Zr)作為靶材，按 Ti計(jì)Ta和Zr的摻雜比例分別為3. Omol %和2. Omol %，本底真空抽至3. 0X10_4Pa，以純度為99. 99%的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 3 %，工作氣壓維持在
1.5Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為200W，沉積時間為60min。所制備得到的薄膜總厚度為1.8μπι。制得的薄膜經(jīng)400°C真空2小時退火后，方塊電阻為8 Ω/U，電阻率為1.4Χ10_3Ω · cm，載流子遷移率為11.6Cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在75%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性有所增強(qiáng)， 載流子遷移率明顯增大，導(dǎo)電性能及可見光透過率明顯改善。實(shí)施例5:以普通玻璃為襯底，先在襯底上采用采用熱蒸發(fā)法制備制備TiO2 = Mo的籽晶層，以 TiO2IMo的小壓制塊體為蒸發(fā)源，Mo的摻雜量為Ti元素的8. Omol %，蒸發(fā)溫度為450°C， 沉積時間為30min，蒸發(fā)源與基底的距離為km，籽晶層為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為250nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2 = Mo薄膜。以TiO2基摻雜化合物(TiO2IMo)作為靶材，Mo的摻雜比例為IOmol %，本底真空抽至3. OXKT4I^，以純度為99. 99%的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0.3%，工作氣壓維持在 0. 5Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用直流磁控濺射，濺射功率為140W， 沉積時間為30min，所制備得到的薄膜總厚度為0.8μπι。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1小時退火后為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，方塊電阻為12 Ω/U，電阻率為9.6Χ10_4Ω ·_，載流子遷移率為 17.6cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在75%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性明顯提高，導(dǎo)電性能顯著增強(qiáng)，膜的導(dǎo)電性能良好，載流子遷移率明顯增大，可見光透過率相當(dāng)。實(shí)施例6:以石英玻璃為襯底，先在襯底上采用脈沖激光沉積法制備Ti02:V的籽晶層，采用 KrF準(zhǔn)分子激光器作為光源(波長為248nm，單脈沖能量^OmJ,脈沖持續(xù)時間25ns，頻率 5Hz)，以高純TW2粉及V2O5為原料，V的摻雜量為Ti元素的6. Omol %，經(jīng)球磨、壓制后，在 1000°C燒結(jié)制成多晶靶材，襯底溫度為600°C，沉積時間為20min，靶材上的平均激光能量密度為6J/cm2，籽晶層為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為250nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2 = V薄膜。以T^2基摻雜化合物(TiO2 = V)作為靶材，V的摻雜比例為 2. Omol %，本底真空抽至3. OX 10_4Pa，以純度為99. 99%的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 5 %，工作氣壓維持在0. 2Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為 5cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為60W，沉積時間為60min，所制備得到的薄膜總厚度為 0.7μπι。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1小時退火后為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，方塊電阻為42 Ω/U，電阻率為2.9Χ10_3Ω ^m,載流子遷移率為8. 8cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在85%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性明顯提高，導(dǎo)電性能有所增強(qiáng)，載流子遷移率明顯增大，可見光透過率顯著提高。實(shí)施例7:以普通玻璃為襯底，先在襯底上采用熱蒸發(fā)法制備Ti02:W的籽晶層，以Ti02:W的小壓制塊體為蒸發(fā)源，W的摻雜量為Ti元素的3. Omol %，蒸發(fā)溫度為500°C，沉積時間為 40min，蒸發(fā)源與基底的間距為7cm，制備的籽晶層為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為250nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積Ti02:W薄膜。以TiO2基摻雜化合物(Ti02:W)作為靶材，W的摻雜比例為2. Omol%，本底真空抽至3. 0X10_4Pa，以純度為99. 99%的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 5%，工作氣壓維持在0. 5Pa，采用室溫濺射， 靶材與襯底距離設(shè)置為6cm，采用直流磁控濺射，濺射功率為80W，沉積時間為40min，所制備得到的薄膜總厚度為0. 9 μ m。制得的薄膜經(jīng)350°C真空1小時退火后為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，方塊電阻為90 Ω/U，電阻率為8. IX 10_3 Ω · cm，載流子遷移率為7.2cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在80%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性有所提高，導(dǎo)電性能有所增強(qiáng)，載流子遷移率有所增大，可見光透過率明顯提高。實(shí)施例8:以SrTiO3(STO)為襯底，先在襯底上采用脈沖激光沉積法制備TiO2: (Nb, Hf，Cr) 的籽晶層，采用KrF準(zhǔn)分子激光器作為光源(波長為248nm，單脈沖能量260mJ，脈沖持續(xù)時間25ns，頻率5Hz)，以高純TiO2粉及Nb2O5, HfO2^CrO3為原料，按Ti計(jì)Nb, Hf和Cr的摻雜比例分別為2. Omol %,0. 25mol%和5. Omol %，經(jīng)球磨、壓制后，在1200°C燒結(jié)制成多晶靶材，襯底溫度為50°C，沉積時間為30min，靶材上的平均激光能量密度為4J/cm2，制備的籽晶層為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為180nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積 TiO2: (Nb, Hf，Cr)薄膜。以TiO2基摻雜化合物TiO2: (Nb, Hf，Cr)作為靶材，按Ti計(jì)Nb， Hf和Cr的摻雜比例分別為2. Omol %,0. 25mol%禾口 5. Omol %，本底真空抽至3. OXlO^4Pa, 以純度為99. 99%的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 5%，工作氣壓維持在0. 5Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用直流磁控濺射，濺射功率為 180W,沉積時間為20min，所制備得到的薄膜總厚度為0. 8 μ m。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1 小時退火后為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，方塊電阻為4 Ω/U，電阻率為3.2 X 10_4 Ω ^cm,載流子遷移率為23. 6cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在85%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性顯著增強(qiáng)，導(dǎo)電性能非常良好，載流子遷移率顯著增大，可見光透過率明顯提高， 薄膜具有優(yōu)異的光電性能。實(shí)施例9:以LaAlO3(LAO)為襯底，在其上采用取6g Ti (OH) 4加入到60ml氨水05- %)和過氧化氫(30%)的混合溶劑中(ΝΗ3·Η20 H2O2 = 1 5)，充分?jǐn)嚢璧命S色鈦前驅(qū)體溶液。 將清潔的普通玻璃襯底浸入上述鈦前驅(qū)體溶液，采用浸漬提拉法成膜，干燥后在450°C下熱處理6小時(h)。經(jīng)XRD測試，得到的二氧化鈦薄膜為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，厚度為80nm。再以籽晶層為起始晶核，在其上采用磁控濺射法沉積TiO2 = Nb薄膜。以TiO2基摻雜化合物(TiO2 = Nb) 作為靶材，Nb的摻雜比例為Ti的4. 0mol%，本底真空抽至3. OX 10_4Pa，以純度為99. 99% 的氬氣和氧氣為工作氣體，O2氣流量占總氣體流量的0. 3 %，工作氣壓維持在0. 8Pa，采用室溫濺射，靶材與襯底距離設(shè)置為7cm，采用射頻磁控濺射，濺射功率為200W，沉積時間為 lOmin，制備得到的薄膜總厚度為0. 7μπι。制得的薄膜經(jīng)450°C真空1小時退火后，方塊電阻為6 Ω/U，電阻率為4. 2Χ10_4Ω · cm，載流子遷移率為19. 3cm2/VS，該薄膜的可見光透光率在80%左右。與對比例1相比，此實(shí)施例所制備的薄膜結(jié)晶性顯著增強(qiáng)，導(dǎo)電性能非常良好，載流子遷移率顯著增大，可見光透過率明顯提高，薄膜具有良好的光電性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容是廣義地定義于申請的權(quán)利要求范圍中，任何他人完成的技術(shù)實(shí)體或方法，若是與申請的權(quán)利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權(quán)利要求范圍之中。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種TiO2基透明導(dǎo)電膜，其特征在于，所述導(dǎo)電膜包括襯底層，所述襯底為普通玻璃、石英玻璃、陶瓷基板、SrTiO3(STO)或LaAW3(LAO)襯底； 籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜1102籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol%~ 20mol%，所述摻雜TiO2的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、Hf、 Cr、Mo和W中的一種或幾種； 其中，所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其特征在于，若所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜 TiO2籽晶層時，所述摻雜TiO2籽晶層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol% 20mOl%， 所述摻雜TiA的摻雜元素包括Nb、Ta、V、Sc、Zr、Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其特征在于，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫佑苫瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法得到；優(yōu)選地，所述化學(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂； 所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其特征在于，所述導(dǎo)電膜的薄膜電阻率為范圍為 1(Γ2 Ω cm 1(Γ4 Ω cm,其可見光部分(360nm 800nm)透光率為60 % 85 %。
5.一種如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 在襯底上制備籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TiA籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm 250nm ；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0. 25mol%~ 20mol%，所述摻雜TiO2的摻雜元素包括Nb、Ta、V、k、Zr、Hf、 Cr、Mo和W中的一種或幾種；所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm 3. 0 μ m。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒òɑ瘜W(xué)沉積方法或物理沉積方法；優(yōu)選地，所述二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫拥闹苽浞椒ㄋ龌瘜W(xué)沉積方法包括溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂；所述物理沉積方法包括熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，若采用溶膠凝膠法提拉、溶膠凝膠法旋涂或溶膠凝膠法刮涂制備籽晶層時， 采用二氧化鈦或鈦醇鹽及所需量的摻雜離子作為溶質(zhì)，采用無機(jī)堿和過氧化物的混合溶液作為溶劑，無機(jī)堿在溶液中的濃度范圍在10-3 lOmol/L之間，過氧化物的濃度范圍在1 30%之間，且無機(jī)堿和過氧化氫的摩爾比為 1 0. 1 100，熱處理溫度為150°C 1000°C， 退火時間為汕 乩。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，采用熱蒸發(fā)沉積法或脈沖激光沉積法制備籽晶層時，所述熱蒸發(fā)沉積法的蒸發(fā)溫度為350°C 650°C，沉積時間為20min 60min，蒸發(fā)源與基底的間距為4cm 9cm;所述脈沖激光沉積法的襯底溫度為50°C 700°C，沉積時間為IOmin 40min，靶材上的平均激光能量密度為2J/cm2 lOJ/cm2。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述摻雜二氧化鈦覆蓋層采用磁控濺射法進(jìn)行生長，包括以摻雜二氧化鈦體材料為靶材，通過磁控濺射將靶材濺射到二氧化鈦或摻雜二氧化鈦?zhàn)丫由稀?br> 10.一種含有權(quán)利要求1所述的TiO2基透明導(dǎo)電膜的光電器件；優(yōu)選地，所述光電器件為太陽能電池、平板顯示、或發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種TiO2基透明導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜包括襯底層，所述襯底為普通玻璃、石英玻璃、陶瓷基板、SrTiO3(STO)或LaAlO3(LAO)襯底；籽晶層，所述籽晶層為具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2籽晶層或具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的摻雜TiO2籽晶層；所述籽晶層的厚度為20nm～250nm；在所述籽晶層上利用該籽晶層誘導(dǎo)生長的摻雜TiO2覆蓋層；所述覆蓋層中摻雜元素總量為Ti元素的0.25mol％～20mol％，所述摻雜TiO2的摻雜元素包括Nb、Ta、V、Sc、Zr、Hf、Cr、Mo和W中的一種或幾種；其中，所述籽晶層和所述覆蓋層的總厚度為600nm～3.0μm。本發(fā)明還提供所述TiO2基透明導(dǎo)電膜的制備方法以及含有所述所述TiO2基透明導(dǎo)電膜的器件。
文檔編號C23C14/28GK102181825SQ201110058098
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者萬冬云, 黃富強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所