[发明专利]草酸亚锡中性络合法制备纳米二氧化锡基导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明是关于二氧化锡(SnO₂)基透明电极的，尤其涉及采用草酸亚锡中性络合溶液法制备纳米晶二氧化锡基透明导电薄膜的方法。

背景技术

二氧化锡(SnO₂)是一种禁带宽度为3.6eV的n型半导体材料。由于其高电子迁移率(109.56cm²/Vs)，高载流子浓度(1.23×10¹⁹cm^-3)，高透光性，高折射率(1.9-2)以及高温化学稳定性等物理化学性质，掺杂和未掺杂的SnO₂基透明薄膜已得到广泛应用，如用于透明导电涂层，气敏元件，光电显示屏，太阳能电池，锂离子电池电极等方面。

目前SnO₂基透明导电薄膜的制备主要以SnCl₂·2H₂O或SnCl₄·5H₂O为原料，以SbCl₃或NH₄F为施主掺杂剂，采用磁控溅射、化学气相沉积、高温喷涂、溶胶凝胶等工艺。在这些方法中，磁控溅射、化学气相沉积和高温喷涂所制备的SnO₂基透明导电薄膜的颗粒直径约为200-300nm，属于粗晶结构，这明显不利于某些技术应用，如锂离子电池电容的进一步提高。而且大面积制备均一的薄膜以及在异型器件上镀膜也存在困难。溶胶凝胶法与其他方法相比，具有工艺简单，成本低，效率高，易于掺杂组成控制，适于制备大面积均匀薄膜，并且能够在异型器件上镀膜。然而以SnCl₂·2H₂O和SnCl₄·5H₂O为原料的溶胶凝胶工艺中，由于前驱体溶胶中存在大量的反离子，典型如Cl^-，会造成不可控性非化学计量的掺杂。同时，为了稳定前驱体溶胶，必须保持一定的酸度(pH＝1-2)以阻止SnCl₂·2H₂O和SnCl₄·5H₂O强烈的水解反应，而这种酸性的环境限制了溶胶凝胶法在某些化学稳定性较低的金属电极表面的镀膜，如锂离子电池电极的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在溶胶凝胶工艺中，对于某些化学稳定性较低的金属电极(如锂离子电池电极)表面镀膜的方法。

鉴于以SnCl₂·2H₂O和SnCl₄·5H₂O为原料的溶胶凝胶工艺中，前驱体溶液的酸性条件限制了其在金属表面的应用。本发明首次采用SnC₂O₄为原料，SbCl₃为施主掺杂剂，以三乙醇胺(TEA)和柠檬酸(C₆H₈O₇)为络合剂在pH＝6.5-7的条件下制备了稳定的前驱体溶胶，通过浸渍提拉法制备出了具有纳米晶粒的SnO₂基透明导电薄膜。制备步骤如下：

(1)在搅拌条件下，将1.25g SnC₂O₄加入8-12ml 1.1M C₆H₈O₇水溶液中，形成悬浮体系，缓慢滴加三乙醇胺(TEA)8-12ml至澄清溶液，pH＝6.5-7。然后加入0.0067g SbCl₃以引入掺杂离子。

(2)将清洗后的普通玻璃片浸渍于前驱体溶胶中，提拉并充分干燥后于450-500℃下热处理10min，重复15-30次，得到具有规定厚度和较高导电性的纳米晶SnO₂基薄膜。

所述步骤(1)的1.1M C₆H₈O₇水溶液为8ml。

所述步骤(2)的热处理温度为450℃。

所述步骤(2)的提拉速度为3cm/min。