● 摘要
氧化物透明导电薄膜以接近金属的电导率、可见光范围内高透射比、红外高反射比及其半导体特性，广泛应用于太阳能电池、平面液晶显示器（LCD）、气敏元件、抗静电涂层、节能视窗、汽车和飞机等的挡风玻璃等领域。铝掺杂的氧化锌薄膜（AZO）是最具发展潜力的氧化物透明导电薄膜，它具有可见光透过率高、电阻率低、材料来源丰富、价格便宜、无毒无害、在高温下不易与氢发生互扩散、在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高等优点。 本研究以二水合乙酸锌为溶质、乙二醇甲醚为有机溶剂、乙醇胺为稳定剂、六水合三氯化铝为掺杂剂配制前驱溶液，采用溶剂热法在玻璃基片上制备AZO薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计、四探针电阻率仪和台阶仪等分析手段分别对所制得的AZO薄膜的物相、表面形貌、可见光透过率、方块电阻和薄膜厚度等进行了表征和分析，研究了前驱溶液中Zn2+浓度、Al3+掺杂摩尔比nAl3+/nZn2+、前驱溶液的陈化时间、溶剂热温度、溶剂热时间、反应釜中前驱溶液的填充量和反应釜冷却方式对薄膜透光率和方块电阻的影响。 研究结果表明，当前驱溶液中Zn2+浓度≤0.2mol/L时，增加前驱溶液中Zn2+的浓度有助于提高薄膜的生长速率，使薄膜致密化，改善薄膜的导电性，但会使薄膜的可见光透过率下降；前驱溶液中Zn2+浓度为0.1mol/L、Al3+掺杂摩尔比nAl3+/nZn2+≤0.2时，AZO薄膜的物相为六方纤锌矿相，并且Al3+均匀的分布在薄膜中，Al3+浓度的增加不仅使薄膜的电阻率降低而且起到了矿化剂的作用，有利于薄膜的生长。陈化时间为1 d的前驱溶液可在玻璃基片上制备出透明的AZO薄膜，增加前驱溶液的陈化时间不利于薄膜的生长。当溶剂热反应温度低于200 ℃时，提高溶剂热反应温度，AZO薄膜的物相不改变，但会对薄膜的表面形貌产生影响；当溶剂热温度为160 ℃时，薄膜的可见光透过率最高；溶剂热温度在140~200 ℃内，薄膜方块电阻低于300 Ω；在180 ℃制备的AZO薄膜的导电性最好。在180 ℃溶剂热反应1 h制备的AZO薄膜具有最好的可见光透过性，延长溶剂热反应时间没有使薄膜厚度显著增加。增加反应釜中前驱溶液的填充量能够改善薄膜的导电性，但对薄膜的可见光透过率影响不大。对反应釜进行随炉冷却有利于获得高可见光透过率、低方块电阻的AZO薄膜。采用Zn2+浓度为0.10 mol/L，Al3+掺杂摩尔比nAl3+/nZn2+=0.15并经24 h陈化的前驱溶液，在180 ℃进行溶剂热反应1 h后将反应釜进行随炉冷却，可以制备出可见光透过率大于80%、方块电阻小于500 Ω的AZO薄膜。