溶胶-凝胶法制备SnO2基隔热膜的工艺研究

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二氧化锡(Sn O2)是一种n型宽禁带半导体材料,具有优异的化学稳定性和特定的光电性能,是一种常用的透明导电材料,在太阳能电池、平板显示器、气体传感器和防红外探测保护等领域都具有非常广泛的应用。本论文采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉镀膜技术制备了纯Sn O2薄膜、ATO薄膜与ATO/YTO复合薄膜,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、霍尔效应测试仪和紫外-可见-近红外分光光度计等测试仪器对薄膜的组织结构和光电性能进行了测试及分析。本文中薄膜的隔热性能是通过薄膜的近红外光透过率来表征的,薄膜的近红外光透过率越低,表明薄膜的隔热性越好。本文的主要研究内容和结果如下:(1)研究了Sn Cl2·2H2O:Et OH摩尔比对Sn O2薄膜结构和性能的影响。随着Sn Cl2·2H2O:Et OH从1:50变化到1:70,Sn O2薄膜的颗粒尺寸逐渐减小,表面电阻和电阻率先减小后增大,载流子浓度先增大后减小,可见光平均透过率先升高后降低。当Sn Cl2·2H2O:Et OH=1:60时,薄膜的表面电阻、电阻率最小,分别为4.98×105?/□和30.5?·cm,载流子浓度最大,为2.28×1018 cm-3,可见光平均透过率最高,为87.71%,近红外光平均透过率为92.72%。(2)研究了热处理温度对Sn O2薄膜结构和性能的影响。随着热处理温度的升高,Sn O2薄膜的颗粒尺寸明显增大,半高宽越来越窄,结晶程度也越来越好。另外,随着热处理温度从400°C上升到800°C,薄膜的表面电阻先减小后增大,电阻率先减小后增大,载流子浓度先增大后减小。即薄膜的导电性先升高后降低。薄膜的可见光平均透过率也在热处理温度为600°C时达到最高。(3)研究了Sb掺杂量对ATO薄膜组织结构及光电性能的影响。结果表明,Sb的掺杂会降低Sn O2薄膜的结晶性,薄膜的(110)衍射峰明显变宽,薄膜的颗粒尺寸随Sb掺杂量的增加先逐渐减小,当Sb掺杂量达到9 mol%后基本保持不变。当Sb掺杂量为11 mol%时,薄膜的可见光平均透过率在80%以上,近红外光平均透过率为60.48%,相比Sn O2薄膜降低了32.24%,具有明显的隔热作用。(4)研究了Yb掺杂量对ATO/YTO复合薄膜组织结构及光电性能的影响。随着Yb掺杂量的增加,薄膜的晶粒尺寸逐渐增加,薄膜的导电性先升高后降低。当Yb掺杂量为9 mol%时,薄膜的可见光平均透过率为78.98%,近红外光平均透过率为27.86%,相比ATO薄膜具有更好的隔热效果。
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