[发明专利]在玻璃基板上生长微纳结构氧化锡掺氟薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在玻璃基板上生长微纳结构氧化锡掺氟薄膜的方法。

背景技术

随着全世界的科技和经济的迅猛发展，对能源的消耗日益大幅增加，使得能源危机问题日益突出，节能作为一项国家战略问题已引起世界各国的广泛关注。而建筑技术的发展使得玻璃在建筑中所占的比例越来越大，甚至有些高层建筑采用了全玻璃外墙的结构，以期获得美观典雅的现代建筑审美效果。普通无色玻璃是一种良好的建筑材料，用它做窗户，既美观又实用，能够透过90％左右的太阳辐射，但是在它透过可见光的同时，也透过了近红外线和中远红外线部分，这种无选择的透射特性使得普通玻璃成为建筑物能耗的主要来源。

为了减少现代建筑业中因为大面积采用玻璃而导致的能源损耗，发展出了一种在普通玻璃表面镀上一层功能材料薄膜，使得玻璃可以对太阳辐射中的可见光区和红外区可以有选择地进行吸收或反射，经过此种处理后的玻璃称为低辐射薄膜玻璃，玻璃上的功能材料薄膜则相应称为低辐射薄膜。常见的在玻璃表面制备薄膜的方法有：磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、粉末喷涂法和喷雾热解法等，目前可应用于大规模生产的离线方法有磁控，在线方法有常压化学气相沉积（APCVD）、喷雾热解法等。而APCVD法由于设备简单，生产效率高，成膜均匀，适合浮法在线生产大规模镀膜玻璃。

二氧化锡(SnO₂)为n型半导体，属于四方晶系的金红石型(rutile)结构，在SnO₂中掺入F、Sb或P等离子施主掺杂，能大幅度提高SnO₂膜的电导率。其中掺F的SnO₂膜以其良好的透光性、耐腐蚀性和耐久性成为比较理想的低辐射膜材料。近年来，对于氧化锡掺杂的研究越来越受到人们的重视，由于其较好的光电性能，多被使用在低辐射镀膜玻璃、太阳能电池的透明导电膜、气敏材料等等。但是，由于氧化锡易于结晶，制备出的薄膜中氧化锡的颗粒均较大，达到200-300nm左右，影响了可见光透过率和中远红外反射率。

发明内容

本发明的目的是提供一种在玻璃基板上生长具有较高可见光透过率和中远红外反射率的微纳结构氧化锡掺氟薄膜的方法。

本发明的在玻璃基板上生长微纳结构氧化锡掺氟薄膜的方法，包括以下步骤：

1）将经过清洗的玻璃基片放入气相沉积反应室，常压下，将反应室加热至500～650℃；

2）先驱体有机锡源和有机氟源用氮气作载气，催化剂H₂O用空气做载气，分别在鼓泡器中气化后通入混气室，得到混合反应气；

3）将上述混合反应气通入镀膜反应器中输送到气相沉积反应室的玻璃基板上，控制镀膜反应器喷气口与玻璃表面的距离为2～5毫米，有机气源中Sn:F质量比例为2:1-3:1，气体总量4L/min-5L/min，在500-650℃的温度条件下在玻璃基片表面进行沉积，沉积5-30s后，停止通入气体，冷却即可。

本发明中，所说的有机锡源是单丁基三氯化锡（MBTC，C₄H₉SnCl₃）、氯化亚锡（SnCl₂·2H₂O）、四氯化锡（SnCl₄）、氧化二丁锡（DBTO）或三氯乙丁锡。

所说的有机氟源是三氟乙酸（TFA、CF₃COOH）。

本发明通过改变沉积时间、温度、先驱体Sn:F质量比可以控制微纳结构氧化锡掺氟薄膜的厚度、掺杂含量，从而控制薄膜的微纳结构及光电性能。

本发明通过控制镀膜反应器与玻璃基板之间的距离在2～5毫米，使混合气快速到达高温玻璃基板表面形核，但控制成核晶体在玻璃基板表面长大的时间5-30s，抑制其过快生长，从而使得薄膜中晶粒尺寸为纳米级（3nm-10nm）；同时，由于玻璃基板的高温作用，晶粒之间团聚形成尺寸在200nm左右的微米级大颗粒，故本发明制得的为微纳结构氧化锡掺氟薄膜。

本发明的有益效果在于：