【摘要】：氟摻雜氧化錫(Fluorine doped tin oxide,簡稱FTO)透明導電薄膜是一種寬禁帶半導體材料,因其原料充足、成本低、易刻蝕、光學性能適宜、電學性能優(yōu)異、化學穩(wěn)定性好,被廣泛應用于薄膜太陽能電池、氣敏傳感器、平板顯示器和低輻射膜等諸多領域,特別在建筑玻璃的深加工領域具有廣闊的發(fā)展前景,已經成為目前節(jié)能環(huán)保材料研究領域的熱點。但在研究與應用方面仍存在一些關鍵的技術問題,如FTO薄膜表面不均勻、易產生龜裂以及摻雜機制不明等問題。本課題以研究FTO薄膜簡單易行的制備工藝為宗旨,開展了鍍膜制備工藝的優(yōu)化、摻雜劑濃度對FTO薄膜性能的影響、氟源種類對FTO薄膜性能的影響及其摻雜機制等方面的研究,獲得了一些有意義的成果。采用改進的溶膠-凝膠法制備高性能FTO導電膜,主要研究了最佳的制膜工藝,在傳統(tǒng)的薄膜的煅燒過程中采用簡單易行的蒸鍍法一舉兩得的制備出FTO薄膜。研究了不同F(xiàn)/Sn原子比對FTO薄膜的結構、形貌以及光電性能的影響。此外,考察了氟源種類對FTO薄膜性能的影響,探討了不同氟源的摻雜機制。利用XRD、SEM、TEM、TG-DTA和FT-IR等測試手段表征了樣品的性能參數(shù)。具體內容如下:1.采用自主創(chuàng)新的溶膠-凝膠-蒸鍍法,以SnCl_4·5H_2O為錫源,SnF_2為氟源,制備FTO薄膜,重點討論了前驅體反應溫度、反應時間、基體溫度、鍍膜次數(shù)等條件對FTO薄膜的結構、形貌以及光電性能的影響。結果表明,當前驅體反應溫度50℃,反應時間5 h,基體溫度600℃,鍍膜次數(shù)1次時,可獲得方塊電阻為14.7Ω?¨-1的FTO薄膜。2.研究不同F(xiàn)/Sn原子比(0-22%)對FTO薄膜性能的影響,并對FTO薄膜進行綜合光電性能指數(shù)分析。研究結果表明,F-離子替位部分O_2-離子,形成SnO_2-xFx,從而影響FTO薄膜的導電性能。SnO_2-x Fx為四方金紅石型多晶結構,且沿(110)晶面有定向生長優(yōu)勢,其XRD衍射峰與SnO_2標準峰(JCPDS card no.41-1445)相一致。SnO_2-xFx薄膜表面呈類金字塔狀,晶粒尺寸約為20 nm。SnO_2-xFx的晶格條紋寬度為0.33 nm,對應(110)晶面的衍射花樣圖案,表明晶粒沿該晶面方向擇優(yōu)生長。SEM灰度圖的三維結構的分形維數(shù)反應了薄膜表面的粗糙程度,隨著分形維數(shù)值的增大,薄膜表面越粗糙,方塊電阻也越大,導電性能降低。當F/Sn原子比為14%時,FTO薄膜的可見光區(qū)平均透過率為79.2%,方塊電阻為14.7Ω?¨-1,此時,FTO薄膜的綜合光電性能指數(shù)(ΦTC=66.1×10-4Ω-1)最大,中遠紅外反射率(RIR=86.07%)最大,薄膜質量最優(yōu)。3.以不同氟的化合物如CF_3COOH、HF和SnF_2為氟源,采用溶膠-凝膠-蒸鍍法制備不同F(xiàn)源摻雜的SnO_2薄膜,主要研究CF_3COOH、HF和SnF_2三種氟源的摻入對薄膜的結構、形貌以及光電性能的影響。研究表明,三種氟源制備的FTO薄膜均呈現(xiàn)四方金紅石型結構,表面形貌分別為不規(guī)則多邊形狀、棒狀以及金字塔狀。以CF_3COOH、HF或SnF_2為氟源的順序,FTO薄膜的綜合光電性能指數(shù)ΦTC值依次為10.2×10-4Ω-1、49.2×10-4Ω-1和66.1×10-4Ω-1,熱輻射性能指數(shù)RIR值依次為49.1%、83.1%和86.07%。這表明:以SnF_2為氟源時,FTO薄膜綜合光電性能最優(yōu),熱工性能最優(yōu)。4.三種氟源對FTO薄膜性能的影響機制主要表現(xiàn)為F-離子與SnO_2晶粒間的鍵合方式或生成氟錫化合物的難易程度有關:SnF_2自身為錫氟化合物,作為氟源的同時也作為錫源,可進行一次性有效摻雜;而HF對SnO_2具有二次性摻雜,且對SnO_2晶粒有較強的腐蝕作用;而CF_3COOH屬于間接摻雜。一次摻雜的氟源(SnF_2)制備的FTO薄膜性能要優(yōu)于二次摻雜的(HF)以及間接性摻雜的(CF_3COOH)氟源制備的FTO薄膜的性能。
【圖文】：

文 ，其中，Sn 原子（黑色）和 O 原子（紅色）SnO2晶型結構中，每個 Sn 原子與周圍 6 個 Sn 原子成鍵，則每個 SnO2晶胞中含有 2 個4 ）。其中，晶胞參數(shù)α=β=γ=90°，晶胞常數(shù) 氟離子與氧離子的離子半徑相近，F(xiàn)-離子（綠摻雜后仍保持未摻雜的 SnO2的金紅石型結構

前，市面上以在線 CVD 法和離線磁控濺射法為主生產單面膜。以 CVDVD 法的錫槽用 N2和 H2作保護氣，其中，N2提供惰性氣體氛圍，H2用來本研究采用的制備方法溶膠-凝膠-蒸鍍法在自然的空氣氛圍中即可完成，氣或惰性氣體氛圍。此外，在線 CVD 法的特點是邊生產白玻邊鍍膜，成單側鍍膜；而本研究所采用的溶膠-凝膠-蒸鍍法可以實現(xiàn)雙側鍍膜[56]。雙簡化工藝、降低成本之外，，最大優(yōu)點就是節(jié)能保溫性能更好。A 液SnCl4·5H2O50 ℃10 minF 摻雜劑50 ℃5 hB 液C 液2 d陳化
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2561539