FTO透明導電薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、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(jīng)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(chǎn)生龜裂以及摻雜機制不明等問

2、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(jié)構(gòu)、形貌以及光電性能的影響。此外，考察了氟源種類對F

3、TO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(nèi)容如下：
　　1.采用自主創(chuàng)新的溶膠-凝膠-蒸鍍法，以SnCl4·5H2O為錫源，SnF2為氟源，制備FTO薄膜，重點討論了前驅(qū)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(jié)構(gòu)、形貌以及光電性能的影響。結(jié)果表明，當前驅(qū)體反應溫度50℃，反應時間5 h，基體溫度600℃，鍍膜次數(shù)1次

4、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(jié)果表明，F(xiàn)-離子替位部分O2-離子，形成SnO2-xFx，從而影響FTO薄膜的導電性能。SnO2-xFx為四方金紅石型多晶結(jié)構(gòu)，且沿（110）晶面有定向生長優(yōu)勢，其XRD衍射峰與SnO2標準峰（JCPDS card no.41-1445）相一致。SnO2-xFx薄膜

5、表面呈類金字塔狀，晶粒尺寸約為20 nm。SnO2-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(jié)構(gòu)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，F(xiàn)TO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，F(xiàn)TO薄膜的綜合光電性能指數(shù)（ΦTC=66.1×10

6、-4Ω-1）最大，中遠紅外反射率（RIR=86.07%）最大，薄膜質(zhì)量最優(yōu)。
　　3.以不同氟的化合物如CF3COOH、HF和SnF2為氟源，采用溶膠-凝膠-蒸鍍法制備不同F(xiàn)源摻雜的SnO2薄膜，主要研究CF3COOH、HF和SnF2三種氟源的摻入對薄膜的結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)，表面形貌分別為不規(guī)則多邊形狀、棒狀以及金字塔狀。以CF3COOH、HF或SnF2為氟源的順

7、序，F(xiàn)TO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SnF2為氟源時，F(xiàn)TO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SnO2晶粒間的鍵合方式或生成氟錫化合物的難易程度有關：SnF2自身為錫氟化合物，作為氟源的同時也作為錫源，可