薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，涉及一種低溫超聲霧化熱解沉積鋰摻雜立方相Sn02薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，透明導電氧化物由于其優(yōu)良的載流子傳輸性能和較高的可見光透過率(^ 80%)在薄膜太陽能電池、平板顯示器、氣敏傳感器、低輻射玻璃領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前市場上應(yīng)用的最廣泛和成熟的透明導電氧化物是摻錫氧化銦(ΙΤ0)，但由于In元素有毒且原料來源稀少，限制了其大規(guī)模應(yīng)用前景。許多ΙΤ0的替代產(chǎn)品已經(jīng)受到了越來越多的關(guān)注，例如Sn02: F (FT0)，Sn02: Sb (ΑΤΟ)，
ΖηΟ:ΑΙ(ΑΖΟ)等等。在這其中，Sn02薄膜由于其較寬的光學帶隙和在可見光范圍內(nèi)具有較高的透過率，是一種理想的透明導電材料。但由于SnO；^^導電性依賴于Sn/Ο非理想化學配比導致的氧空位，其穩(wěn)定性難以得到保證。研究發(fā)現(xiàn)，通過摻雜能夠提高Sn02的電學穩(wěn)定性。目前的研究主要集中在F，Sb等元素對51102的結(jié)構(gòu)和光電特性方面的影響，但由于F，Sb對環(huán)境具有較大的毒性和污染，限制了其的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。
[0003]目前，制備SnO^膜方法主要有磁控濺射法，溶膠-凝膠法，熱解噴霧法，激光脈沖沉積法等等，其中超聲熱解霧化法由于其成本低廉，無需真空過程，易于實現(xiàn)摻雜等優(yōu)點，成為制備Sn02薄膜的一種較為高效和合理方便的方法。但目前報道的具有優(yōu)良光電性能的超聲霧化熱解法所采用的襯底溫度都較高(多350°C)，帶來了較大的能源浪費且薄膜均勻性難以得到保證，此外高溫分解產(chǎn)生的腐蝕性氣體也容易對加熱儀器造成損害。在超聲霧化熱解的過程中，霧化后的液滴在飛向襯底的過程中，可能會發(fā)生4種不同的過程，過程A:霧化液滴到達基體以液體形式存在，直接在襯底表面完成溶劑揮發(fā)、汽化和反應(yīng)沉積過程；過程B:霧化液滴飛向襯底的過程中完成溶劑揮發(fā)，溶質(zhì)析出并最終撞擊襯底表面成膜；過程C:霧化液滴飛向襯底的過程中完成溶劑揮發(fā)，溶質(zhì)析出之后瞬間發(fā)生氣化，固體氣化后在襯底表面發(fā)生熱解反應(yīng)成膜；過程D:霧化液滴的溶劑揮發(fā)、溶質(zhì)析出、溶質(zhì)汽化和后續(xù)熱解反應(yīng)均在飛行過程中完成，生成顆粒直接在襯底表面成膜。其中過程C被認為是最佳的成膜過程。豎直倒置噴霧可以避免噴霧中較大水滴的產(chǎn)生，但采用傳統(tǒng)的襯底夾具霧化熱解過程往往以過程B為主，影響了最終的成膜效果。
[0004]通常合成的Sn02薄膜為四方相金紅石結(jié)構(gòu)，但是也有立方相結(jié)構(gòu)和正交相結(jié)構(gòu)的31102的報道。早期的研究表明，立方相和正交相的Sn02作為亞穩(wěn)相，只有在高溫高壓下才能穩(wěn)定的存在。但是近幾年來，陸續(xù)有報道發(fā)現(xiàn)在大氣壓下依然可以產(chǎn)生立方相和正交相的Sn02o Agashe等人在大氣壓下通過熱分解的方法制備出了四方相，立方相，正交相三相共存的SnOjfi米晶體，證明了高壓條件并不是產(chǎn)生立方相Sn02的必要條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種低溫超聲霧化熱解沉積鋰摻雜立方相Sn02薄膜的方法，傳統(tǒng)的襯底夾具如圖1所示，為了使過程B更多的轉(zhuǎn)向過程C，提高成膜質(zhì)量降低反應(yīng)溫度，本發(fā)明提供了一種襯底夾具，霧化液滴在到達襯底表面前會經(jīng)過一段高溫區(qū)，溶劑揮發(fā)溶質(zhì)析出氣化成膜，在較低的溫度下可獲得結(jié)晶度良好的薄膜，且此方法可通過低溫常壓的條件獲得通常需高溫高壓條件才能合成立方相的Sn02。通過豎直倒置噴霧和改良后的襯底夾具，在保證薄膜均勻性的同時降低了薄膜制備溫度，并且通過價格低廉，耐高溫且不與酸堿反應(yīng)的云母隔熱層保護了加熱臺。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于進一步通過無毒的Li元素摻雜，提高了 Sn02薄膜的光電性能。使其可應(yīng)用于薄膜太陽能太陽電池電子傳輸層，透明導電薄膜領(lǐng)域。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
一種低溫超聲霧化熱解沉積鋰摻雜立方相Sn02薄膜的方法，該方法包括以下具體步驟:
以氯化亞錫為溶質(zhì)、無水乙醇與去離子水混合為溶劑、無機鋰鹽為摻雜劑混合成溶液，將溶液置于霧化罐中，將襯底設(shè)于夾具中，對襯底進行超聲霧化熱解噴涂，得到沉積于襯底上的Sn02薄膜；其中，所述溶液氯化亞錫的濃度為0.01?0.2M/L，無機鋰鹽摻雜劑與氯化亞錫的摩爾比為1:10?50 ;所述超聲霧化頻率為1.7?3.5MHz，載氣流量為10?500mL/min，噴口到襯底的距離為0.5?5cm ;襯底設(shè)置溫度為305±10°C ;所述夾具包括加熱臺、第一夾框、云母隔熱層及第二夾框，第一夾框、云母隔熱層及第二夾框均為“回”字型，第一夾框與加熱臺通過螺釘固定，云母隔熱層設(shè)于第一夾框與第二夾框之間，第二夾框與第一夾框通過螺釘固定，加熱臺連接有電加熱控制器。
[0008]所述超聲霧化率為5?20mL/min，霧化時間為5?30min，霧化噴口直徑為30mm。
[0009]所述無水乙醇與去離子水體積比為1?3:3?1 ;所述摻雜劑為氯化鋰、硝酸鋰或碳酸鋰；所述襯底為玻璃或鈉鈣玻璃。
[0010]本發(fā)明對于現(xiàn)有技術(shù)，具有的優(yōu)點和有益效果如下:
⑴、在305°C左右就可獲得高結(jié)晶度，具有擇優(yōu)取向的Sn02薄膜，如圖3所示。而未使用改良后襯底夾，在305 °C下Sn02薄膜基本表現(xiàn)為非晶態(tài)，如圖4所示。
[0011]⑵、通過超聲霧化熱解法在305°C左右就可獲得通常需要高溫高壓條件的才能合成的立方相的Sn02薄膜，如圖3所示。
[0012](3)、通過無毒的Li摻雜，提高了了 31102薄膜的電學和光學性能，使其在可見光范圍內(nèi)(380-800nm)平均光學透過率大于86%，如圖7所示，電學性能小于2X 10 2Ω cm，可應(yīng)用于各種光電器件中。
【附圖說明】
[0013]圖1為普通的襯底夾具簡圖；
圖2為本發(fā)明襯底夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2俯視圖；
圖4為本發(fā)明襯底夾具使用狀態(tài)參考圖；
圖5為本發(fā)明實施例1制備的Sn02薄膜的XRD圖；
圖6為使用普通夾具制備的Sn02薄膜的XRD圖；
圖7為實施例1制備的Sn02薄膜在可見光范圍內(nèi)(380-800nm)光學透過圖。
【具體實施方式】
[0014]
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行具體闡述，方便同業(yè)人員了解。
[0015]參閱圖2-3，本發(fā)明襯底夾具包括加熱臺1、第一夾框2、云母隔熱層3及第二夾框4，第一夾框2、云母隔熱層3及第二夾框4均為“回”字型，第一夾框2與加熱臺1通過螺釘5固定，云母隔熱層3設(shè)于第一夾框2與第二夾框4之間，第二夾框4與第一夾框2通過螺釘6固定，加熱臺1連接有電加熱控制器8。
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