SnO2低輻射薄膜的制備與光電性能研究.pdf

1、隨著能源危機日益加重，具有節(jié)能減排應(yīng)用的低輻射玻璃研究成為熱點。其可以在保證建筑玻璃采光性能的前提下，反射掉大部分太陽光及室內(nèi)熱源發(fā)射出的紅外線，阻止熱量散失，降低建筑物能源消耗。目前應(yīng)用的低輻射薄膜以金屬銀膜為主，其普遍存在薄膜機械性能較差、反射可見光、制備成本高等缺點。近年來，采用超聲噴霧熱解制備SnO2薄膜克服了傳統(tǒng)銀膜的缺點，具有優(yōu)異的光學性能和機械物理性能，但也存在反射率偏低和反射起始波長過大的問題，而且薄膜中結(jié)構(gòu)缺陷對反射率

2、的影響機制也尚不清楚。探索合理的SnO2薄膜的噴霧熱解制備工藝及進行SnO2薄膜改性研究工作及是解決這些問題的關(guān)鍵。本文采用超聲噴霧熱解方法在玻璃基體上制備了SnO2薄膜及氟、銻、硼和鋰摻雜SnO2薄膜，利用X射線衍射、紅外光譜、分光光度計和霍爾效應(yīng)等測試手段，系統(tǒng)研究了制備工藝和摻雜元素種類和濃度對薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能的影響規(guī)律，揭示了摻雜離子在SnO2晶格中的占位機制。
　　超聲噴霧熱解方法制備SnO2薄膜的沉積過程的研究表明

3、，對于水性溶液，液滴的揮發(fā)速率和先析出固體殼層的滲透性決定了液滴的形成過程：液滴揮發(fā)速率大易形成空心球粒子，液滴揮發(fā)速率小易形成泡狀結(jié)構(gòu)；殼層滲透性好時，形成破碎空心球粒子，而殼層滲透性差時形成球形微粒。
　　超聲噴霧熱解方法制備SnO2薄膜的工藝研究表明，基體溫度在350℃時，SnO2薄膜均勻致密，表面光滑。基體溫度過低和過高分別造成薄膜表面形成顆粒堆積和龜裂；薄膜厚度增加，電阻率下降，薄膜厚度大于1.1μm時，薄膜厚度對電學性

4、能影響減小；當載氣流量和霧化速率的比值為4:1時，薄膜均勻致密，光學性能優(yōu)異；
　　氟摻雜SnO2薄膜的研究表明，當溶液中氟錫原子比小于0.75時，氟離子進入晶格中優(yōu)先占據(jù)O-Sn-O基團中氧位造成O-Sn-O基團振動劈裂，形成 FO′缺陷并釋放出自由電子，導(dǎo)致薄膜中載流子濃度增大；當溶液中氟錫原子比大于0.75時，氟離子填充晶格間隙位置形成間隙氟，造成薄膜中載流子濃度降低。
　　以SnCl2和SnCl4為錫前驅(qū)物制備的Sn

5、O2:F薄膜的研究表明，氟摻雜的SnO2薄膜中依然存在氧空位，摻雜濃度增加，氧空位濃度降低，氟離子置換氧離子造成的FO·缺陷逐漸成為載流子的施主；以氫氟酸和氟化銨為氟前驅(qū)體制備SnO2:F薄膜時，氟摻雜濃度對氟離子在SnO2晶格中固溶行為和光電性能的影響規(guī)律類似。氟等量摻雜時，以氫氟酸為氟前驅(qū)物制備的薄膜的反射率較低，說明氫氟酸活性較差。
　　銻摻雜的SnO2薄膜的研究表明，當溶液中銻錫原子比小于2.0％時，進入到SnO2晶格中的

6、銻離子取代錫離子并表現(xiàn)為+5價態(tài)，形成施主缺陷，從而造成薄膜的自由載流子濃度增大；當銻錫原子比大于2.0%時，銻離子以+3價態(tài)形式置換錫離子，造成O-Sn-O基團振動的劈裂并形成受主缺陷，導(dǎo)致薄膜的自由載流子濃度降低；硼摻雜的SnO2薄膜的研究表明，當溶液中硼錫原子比較低時，硼離子易填充SnO2晶格間隙處形成間隙硼(Bi′′′)，薄膜中載流子濃度上升，但當硼錫原子比為4.0%時，在晶格中造成大量缺陷，使薄膜的光電性能下降；鋰摻雜的SnO