超声喷雾热解法制备SnO2：F薄膜及性能分析

论文摘要

SnO2是一种宽带隙氧化物半导体材料,禁带宽度Eg=3.6-4.0eV。SnO2薄膜由于具有对可见光透过性好、紫外吸收系数大、电阻率低、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点,已被广泛的应用在太阳能电池、电热材料、透明电极材料以及气敏材料等方面。喷雾热解法以其设备简单、成本低、制备样品快等优点成为一种很有应用潜力的制备SnO2薄膜的方法,另外喷雾热解法在镀膜玻璃的工业化生产中有着广阔的应用领域。以SnCl4·5H20和NH4F为原料,本文采用超声喷雾热解法在石英玻璃管内壁制备掺F的二氧化锡薄膜。运用正交方法设计实验,研究了制备SnO2：F薄膜过程中的五种影响因素,如：F浓度（F% mol）、Sn浓度（Sn% mol）、酒精浓度、喷涂时间以及基底温度,对薄膜方阻和在可见光范围内的平均透过率的影响,得出最佳工艺组合为基底温度为500℃,F的浓度为2%（mol）、Sn的浓度为15%（mo1）、酒精浓度为30%（m1）、喷涂时间为15s。最后利用回归分析,建立了光透过率、方阻与F%、Sn%、酒精浓度、基底温度以及喷涂时间这五个影响因素之间的线性关系。通过实验分析了SnO2：F透明导电薄膜方阻随温度变化的实验规律,用SPSS软件拟合,得到的二次拟合曲线很好的反映了薄膜的温度随方阻变化的特性。拟合优度R2=0.883,二次拟合回归方程R=87.688+0.10t+4.25×10-5t2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 几种透明导电薄膜简介
• 1.1.1 ZnO薄膜
• 2O₃薄膜'>1.1.2 In₂O₃薄膜
• 2薄膜'>1.1.3 SnO₂薄膜
• 1.2 论文的研究目标和主要内容
• 2导电薄膜'>2 SnO₂导电薄膜
• 2薄膜特性'>2.1 SnO₂薄膜特性
• 2薄膜晶体结构'>2.1.1 SnO₂薄膜晶体结构
• 2薄膜光电特性'>2.1.2 SnO₂薄膜光电特性
• 2薄膜物理化学特性'>2.1.3 SnO₂薄膜物理化学特性
• 2薄膜的导电机理'>2.2 掺杂SnO₂薄膜的导电机理
• 2.2.1 半导体的导电机理
• 2.2.2 半导体中电子的运输
• 2.2.3 半导体的电子散射机制
• 2薄膜的导电机理'>2.2.4 掺锑、氟SnO₂薄膜的导电机理
• 2.3 薄膜生长
• 2.3.1 薄膜生长的三种模式
• 2.3.2 薄膜生长的阶段
• 2薄膜材料的常用制备方法'>2.4 掺杂SnO₂薄膜材料的常用制备方法
• 2.4.1 化学气相沉积法
• 2.4.2 溶胶-凝胶法
• 2.4.3 喷雾热解法
• 2薄膜的应用'>2.5 SnO₂薄膜的应用
• 2.5.1 太阳能电池
• 2.5.2 光电子器件
• 2.5.3 透明电极
• 2.6 本章小结
• 2:F透明导电薄膜'>3 超声喷雾热解法制备SnO₂:F透明导电薄膜
• 3.1 喷雾热解法制备薄膜的原理
• 3.2 实验装置
• 3.3 薄膜性能测试技术
• 3.3.1 薄膜结构和表面形貌的测量
• 3.3.2 方阻的测量
• 3.3.3 光透过率的测量
• 3.3.4 膜厚的测量
• 2:F薄膜方阻随温度变化的实验电路'>3.4 测试SnO₂:F薄膜方阻随温度变化的实验电路
• 3.5 正交设计方法在薄膜制备中的应用
• 3.5.1 正交设计方法介绍
• 3.5.2 正交方法设计实验
• 2:F薄膜的步骤'>3.5.3 超声喷雾热解法制备SnO₂:F薄膜的步骤
• 3.6 正交方法分析实验结果
• 3.6.1 回归分析
• 3.7 本章小结
• 2:F薄膜性能研究'>4 SnO₂:F薄膜性能研究
• 2:F薄膜性能的工艺参数'>4.1 影响SnO₂:F薄膜性能的工艺参数
• 4.1.1 基底温度对薄膜光透过率和方阻的影响
• 4.1.2 喷涂时间对薄膜光透过率和方阻的影响
• 4.1.3 F掺杂量对薄膜光透过率和方阻的影响
• 4.1.4 酒精浓度对薄膜光透过率和方阻的影响
• 4.2 薄膜性能测试
• 4.2.1 发热功率测试
• 4.2.2 结合强度测试
• 4.2.3 化学稳定性测试
• 4.2.4 热稳定性测试
• 4.2.5 表面形貌测试
• 4.3 薄膜方阻-温度分析
• 4.3.1 SPSS软件
• 2:F薄膜热稳定性分析'>4.3.2 方阻为62Ω的SnO₂:F薄膜热稳定性分析
• 2:F薄膜热稳定性分析'>4.3.3 方阻为95Ω的SnO₂:F薄膜热稳定性分析
• 2:F薄膜热稳定性分析'>4.3.4 方阻为91Ω的SnO₂:F薄膜热稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结
• 5.1 本文研究工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录