專利名稱：一種透明導(dǎo)電 TiO₂/Ag/TiO₂復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜的制備方法。屬于功能薄膜材料及薄膜光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度一般為3. 0-3. 4 eV，廣泛用于電致發(fā)光、太陽能電池、光催化等領(lǐng)域。目前已有TiO2透明導(dǎo)電薄膜為2005年Furubayashi等制備的Nb = TiO2薄膜，需要摻雜價(jià)格昂貴的過渡族金屬元素鈮。Ag膜在可見光區(qū)具有優(yōu)異的反射性能，利用誘導(dǎo)透射原理，通過合理的TiO2匹配可以在一定的光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)很好的增透效果，成為Ti02/Ag/Ti02透明導(dǎo)電復(fù)合薄膜。Ti02/Ag/Ti02透明導(dǎo)電復(fù)合薄膜可以應(yīng)用于低輻射玻璃、太陽能電池電極、平板顯示器的透明電極以及電磁屏蔽等很多領(lǐng)域。目前最常用的透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜是采用電子束蒸發(fā)或者濺射方法制備TiO2膜層，制備過程涉及多層膜之間的相互浸潤、薄膜生長模式、溫度等問題。Ag等貴金屬與大多數(shù)金屬氧化物的浸潤性很差。而且在制備外層TiO2時(shí)，要通入氧氣，襯底還需要加溫，很容易導(dǎo)致Ag氧化，同時(shí)，制備過程中離子束轟擊也會(huì)對Ag層的連續(xù)性造成破壞，發(fā)生結(jié)塊團(tuán)聚成島狀的不連續(xù)成膜現(xiàn)象，進(jìn)而影響整個(gè)膜系的導(dǎo)電性和透過率，因此需要在Ag層和外層TiO2之間增加金屬Ti阻擋層，而這會(huì)導(dǎo)致復(fù)合薄膜的導(dǎo)電性和透光性能下降，不利于應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，利用摻雜和溶膠凝膠技術(shù)，提供一種成本低廉而性能優(yōu)良的透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜的制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的摻雜TiO2薄膜的制備方法是通過在基底上先涂布一層摻雜TiO2溶膠-凝膠，然后制備Ag膜，再涂布一層摻雜TiO2溶膠-凝膠；低溫?zé)Y(jié)后得到導(dǎo)電性和透過率優(yōu)良的Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜。具體包括以下步驟步驟I)將基底用洗潔精水溶液、無水乙醇、乙醚、丙酮、去離子水等清洗干凈；步驟2)將鈦酸四丁酯和乙酸、無水乙醇攪拌混合，得到A溶液；將去離子水、無水乙醇、摻雜組分混合攪拌，得到B溶液；步驟3)將步驟2)中B溶液滴加入A溶液中，攪拌混合均勻，形成溶膠；步驟4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化24小時(shí)以上，得到溶膠-凝膠；步驟5)將步驟4)中溶膠-凝膠涂布在步驟I)的基底上；步驟6)將步驟5)得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度50-300度，保溫時(shí)間為10-30分鐘，自然冷卻；步驟7)將步驟6)中得到的薄膜放入電子束設(shè)備中蒸發(fā)一層Ag膜；步驟8)將步驟4)中溶膠-凝膠涂布在步驟7)得到的薄膜上；步驟9)將步驟8)得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度50-300度，保溫時(shí)間為10-30分鐘，自然冷卻。上述技術(shù)方案中，在步驟I)中，所述基底為玻璃、石英、硅片或者有機(jī)膜；上述技術(shù)方案中，所述步驟2)中鈦酸四丁酯、無水乙醇、去離子水、乙酸的任意一種在總體積中的混合比例為O. 5%-80%。上述技術(shù)方案中，所述步驟2)中摻雜組分可以是Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一種、二種或三種。兩種化合物混合時(shí),每一種化合物的混合比例為O. 5-60% ;三種化合物混合時(shí)，每一種化合物的混合比例為O. 5-50%ο上述技術(shù)方案中，在步驟6)、步驟9)中得到的TiO2薄膜厚度為10-50 nm。上述技術(shù)方案中，在步驟7)中，Ag膜厚度為8-16 nm。本發(fā)明的透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜的制備方法具有以下的有益效果本發(fā)明采用溶膠-凝膠技術(shù)制備摻雜TiO2薄膜、電子束蒸發(fā)技術(shù)制備Ag膜的方法可以實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜，具有更好的透過率和導(dǎo)電性能。溶膠凝膠與Ag膜之間浸潤性良好，不需要金屬過渡層。成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1給出了實(shí)施 例1所采用的W、F共摻雜透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜(曲線b)、實(shí)施例2所采用的么1、？共摻雜透明導(dǎo)電1102/^8/1102復(fù)合薄膜(曲線c)及實(shí)施例3采用的￥、？共摻雜透明導(dǎo)電1102/^8/1102復(fù)合薄膜(曲線d)與對比例透明導(dǎo)電未摻雜Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜(曲線a)的透射光譜。
具體實(shí)施例方式結(jié)合本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想通過下面具體的實(shí)施例做進(jìn)一步闡述。實(shí)施例1 :步驟I)清洗玻璃基底將玻璃基底按照下列順序分別超聲15分鐘洗潔精水溶液、無水乙醇、乙醚、丙酮、去離子水。步驟2)將鈦酸四丁酯和乙酸、無水乙醇攪拌混合，得到A溶液；將去離子水、無水乙醇、鎢酸銨、氟化銨混合攪拌，得到B溶液，上述鎢酸銨、氟化銨用途為摻雜組分；上述鈦酸四丁酯無水乙醇水乙酸的體積比為17 :160 0.92 ;鎢酸銨在水中濃度為
O.2g/100ml ;氟化銨為水的重量的2. 5%。步驟3)將步驟2)中B溶液滴加入A溶液中，攪拌混合均勻，形成溶膠。步驟4)將步驟3)中得到的溶膠在室溫下陳化24小時(shí)以上，得到溶膠-凝膠；步驟5)將步驟4)中溶膠-凝膠涂布在步驟I)的基底上；步驟6)將步驟5)得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度為150度，保溫時(shí)間為10分鐘，自然冷卻，其厚度為14 nm ；步驟7)將步驟6)中得到的薄膜放入電子束設(shè)備中蒸發(fā)一層Ag膜，其厚度為14nm ；步驟8)將步驟4)中溶膠-凝膠涂布在步驟7)得到的薄膜上；步驟9)將步驟8)得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度150度，保溫時(shí)間為10分鐘，自然冷卻，該層膜厚度為14 nm。
薄膜的透過率采用島津UV-3101PC型紫外-可見分光光度計(jì)測量，測試結(jié)果見圖1的曲線b，最大透過率為91%。薄膜電學(xué)特性測量采用HMS-3000霍爾效應(yīng)儀測量，其測試結(jié)果如表一。表一
權(quán)利要求
1.一種透明導(dǎo)電Ti02/Ag/Ti02復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1:將基底用洗潔精水溶液、無水乙醇、乙醚、丙酮、去離子水等清洗干凈； 步驟2 :將鈦酸四丁酯和乙酸、無水乙醇攪拌混合，得到A溶液；將去離子水、無水乙醇、摻雜組分混合攪拌，得到B溶液；所述摻雜組分為Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一種或幾種； 步驟3 :將步驟2中B溶液滴加入A溶液中，攪拌混合均勻，形成溶膠； 步驟4 :將步驟3中得到的溶膠在室溫下陳化24小時(shí)以上，得到溶膠-凝膠； 步驟5 :將步驟4中溶膠-凝膠涂布在步驟I的基底上； 步驟6 :將步驟5得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度為50-300度，保溫時(shí)間為10-30分鐘，然后自然冷卻； 步驟7 :將步驟6中得到的薄膜放入電子束設(shè)備中蒸發(fā)一層Ag膜； 步驟8 :將步驟4中溶膠-凝膠涂布在步驟7得到的薄膜上； 步驟9 :將步驟8得到的薄膜進(jìn)行熱處理，空氣中熱處理溫度50-300度，保溫時(shí)間為10-30分鐘，自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述基底是玻璃、石英、硅片或者有機(jī)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，鈦酸四丁酯、無水乙醇、水、乙酸中的任意一種在總體積中的混合比例為O. 5-80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟6、步驟9中TiO2薄膜厚度為10-50 nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟7中Ag膜的厚度為8-16nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制備方法，其特征在于，摻雜組分可以是Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一種、二種或三種；兩種化合物混合時(shí)，每一種化合物的混合比例為O. 5-60% ;三種化合物混合時(shí)，每一種化合物的混合比例為O. 5-50%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透明導(dǎo)電TiO2/Ag/TiO2復(fù)合薄膜的制備方法，屬于薄膜材料及薄膜光學(xué)領(lǐng)域。在多層TiO2/Ag/TiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)中，摻雜的TiO2層采用溶膠-凝膠涂布的方法制備，與Ag層之間不需要添加其他界面優(yōu)化層，可見區(qū)最大透過率超過90%，電阻率小于9*10-5Ω·cm。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，通過摻雜，實(shí)現(xiàn)低電阻率、高透過率TiO2/Ag/TiO2復(fù)合薄膜，適合大面積工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C23C20/08GK103060782SQ20121057489
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者范翊, 劉星元, 郭曉陽 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所