专利名称：一种透明导电 TiO<sub>2</sub>/Ag/TiO<sub>2</sub>复合薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜的制备方法。属于功能薄膜材料及薄膜光学领域。
背景技术：
TiO2是一种宽禁带半导体，其禁带宽度一般为3. 0-3. 4 eV，广泛用于电致发光、太阳能电池、光催化等领域。目前已有TiO2透明导电薄膜为2005年Furubayashi等制备的Nb = TiO2薄膜，需要掺杂价格昂贵的过渡族金属元素铌。Ag膜在可见光区具有优异的反射性能，利用诱导透射原理，通过合理的TiO2匹配可以在一定的光谱范围内实现很好的增透效果，成为Ti02/Ag/Ti02透明导电复合薄膜。Ti02/Ag/Ti02透明导电复合薄膜可以应用于低辐射玻璃、太阳能电池电极、平板显示器的透明电极以及电磁屏蔽等很多领域。目前最常用的透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜是采用电子束蒸发或者溅射方法制备TiO2膜层，制备过程涉及多层膜之间的相互浸润、薄膜生长模式、温度等问题。Ag等贵金属与大多数金属氧化物的浸润性很差。而且在制备外层TiO2时，要通入氧气，衬底还需要加温，很容易导致Ag氧化，同时，制备过程中离子束轰击也会对Ag层的连续性造成破坏，发生结块团聚成岛状的不连续成膜现象，进而影响整个膜系的导电性和透过率，因此需要在Ag层和外层TiO2之间增加金属Ti阻挡层，而这会导致复合薄膜的导电性和透光性能下降，不利于应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，利用掺杂和溶胶凝胶技术，提供一种成本低廉而性能优良的透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的掺杂TiO2薄膜的制备方法是通过在基底上先涂布一层掺杂TiO2溶胶-凝胶，然后制备Ag膜，再涂布一层掺杂TiO2溶胶-凝胶；低温烧结后得到导电性和透过率优良的Ti02/Ag/Ti02复合薄膜。具体包括以下步骤步骤I)将基底用洗洁精水溶液、无水乙醇、乙醚、丙酮、去离子水等清洗干净；步骤2)将钛酸四丁酯和乙酸、无水乙醇搅拌混合，得到A溶液；将去离子水、无水乙醇、掺杂组分混合搅拌，得到B溶液；步骤3)将步骤2)中B溶液滴加入A溶液中，搅拌混合均匀，形成溶胶；步骤4)将步骤3)中得到的溶胶在室温下陈化24小时以上，得到溶胶-凝胶；步骤5)将步骤4)中溶胶-凝胶涂布在步骤I)的基底上；步骤6)将步骤5)得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度50-300度，保温时间为10-30分钟，自然冷却；步骤7)将步骤6)中得到的薄膜放入电子束设备中蒸发一层Ag膜；步骤8)将步骤4)中溶胶-凝胶涂布在步骤7)得到的薄膜上；步骤9)将步骤8)得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度50-300度，保温时间为10-30分钟，自然冷却。上述技术方案中，在步骤I)中，所述基底为玻璃、石英、硅片或者有机膜；上述技术方案中，所述步骤2)中钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水、乙酸的任意一种在总体积中的混合比例为O. 5%-80%。上述技术方案中，所述步骤2)中掺杂组分可以是Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一种、二种或三种。两种化合物混合时,每一种化合物的混合比例为O. 5-60% ;三种化合物混合时，每一种化合物的混合比例为O. 5-50%ο上述技术方案中，在步骤6)、步骤9)中得到的TiO2薄膜厚度为10-50 nm。上述技术方案中，在步骤7)中，Ag膜厚度为8-16 nm。本发明的透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜的制备方法具有以下的有益效果本发明采用溶胶-凝胶技术制备掺杂TiO2薄膜、电子束蒸发技术制备Ag膜的方法可以实现透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜，具有更好的透过率和导电性能。溶胶凝胶与Ag膜之间浸润性良好，不需要金属过渡层。成本低廉，适合工业化生产。
图1给出了实施 例1所采用的W、F共掺杂透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜(曲线b)、实施例2所采用的么1、？共掺杂透明导电1102/^8/1102复合薄膜(曲线c)及实施例3采用的￥、？共掺杂透明导电1102/^8/1102复合薄膜(曲线d)与对比例透明导电未掺杂Ti02/Ag/Ti02复合薄膜(曲线a)的透射光谱。
具体实施例方式结合本发明的设计思想通过下面具体的实施例做进一步阐述。实施例1 :步骤I)清洗玻璃基底将玻璃基底按照下列顺序分别超声15分钟洗洁精水溶液、无水乙醇、乙醚、丙酮、去离子水。步骤2)将钛酸四丁酯和乙酸、无水乙醇搅拌混合，得到A溶液；将去离子水、无水乙醇、钨酸铵、氟化铵混合搅拌，得到B溶液，上述钨酸铵、氟化铵用途为掺杂组分；上述钛酸四丁酯无水乙醇水乙酸的体积比为17 :160 0.92 ;钨酸铵在水中浓度为
O.2g/100ml ;氟化铵为水的重量的2. 5%。步骤3)将步骤2)中B溶液滴加入A溶液中，搅拌混合均匀，形成溶胶。步骤4)将步骤3)中得到的溶胶在室温下陈化24小时以上，得到溶胶-凝胶；步骤5)将步骤4)中溶胶-凝胶涂布在步骤I)的基底上；步骤6)将步骤5)得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度为150度，保温时间为10分钟，自然冷却，其厚度为14 nm ；步骤7)将步骤6)中得到的薄膜放入电子束设备中蒸发一层Ag膜，其厚度为14nm ；步骤8)将步骤4)中溶胶-凝胶涂布在步骤7)得到的薄膜上；步骤9)将步骤8)得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度150度，保温时间为10分钟，自然冷却，该层膜厚度为14 nm。
薄膜的透过率采用岛津UV-3101PC型紫外-可见分光光度计测量，测试结果见图1的曲线b，最大透过率为91%。薄膜电学特性测量采用HMS-3000霍尔效应仪测量，其测试结果如表一。表一
权利要求
1.一种透明导电Ti02/Ag/Ti02复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1:将基底用洗洁精水溶液、无水乙醇、乙醚、丙酮、去离子水等清洗干净； 步骤2 :将钛酸四丁酯和乙酸、无水乙醇搅拌混合，得到A溶液；将去离子水、无水乙醇、掺杂组分混合搅拌，得到B溶液；所述掺杂组分为Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一种或几种； 步骤3 :将步骤2中B溶液滴加入A溶液中，搅拌混合均匀，形成溶胶； 步骤4 :将步骤3中得到的溶胶在室温下陈化24小时以上，得到溶胶-凝胶； 步骤5 :将步骤4中溶胶-凝胶涂布在步骤I的基底上； 步骤6 :将步骤5得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度为50-300度，保温时间为10-30分钟，然后自然冷却； 步骤7 :将步骤6中得到的薄膜放入电子束设备中蒸发一层Ag膜； 步骤8 :将步骤4中溶胶-凝胶涂布在步骤7得到的薄膜上； 步骤9 :将步骤8得到的薄膜进行热处理，空气中热处理温度50-300度，保温时间为10-30分钟，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底是玻璃、石英、硅片或者有机膜。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钛酸四丁酯、无水乙醇、水、乙酸中的任意一种在总体积中的混合比例为O. 5-80%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤6、步骤9中TiO2薄膜厚度为10-50 nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤7中Ag膜的厚度为8-16nm。
6.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，掺杂组分可以是Al、W、V、Nd、F的水溶性化合物中的一种、二种或三种；两种化合物混合时，每一种化合物的混合比例为O. 5-60% ;三种化合物混合时，每一种化合物的混合比例为O. 5-50%。
全文摘要
本发明涉及一种透明导电TiO2/Ag/TiO2复合薄膜的制备方法，属于薄膜材料及薄膜光学领域。在多层TiO2/Ag/TiO2复合薄膜结构中，掺杂的TiO2层采用溶胶-凝胶涂布的方法制备，与Ag层之间不需要添加其他界面优化层，可见区最大透过率超过90%，电阻率小于9*10-5Ω·cm。本发明工艺简单，成本低廉，通过掺杂，实现低电阻率、高透过率TiO2/Ag/TiO2复合薄膜，适合大面积工业化生产。
文档编号C23C20/08GK103060782SQ20121057489
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者范翊, 刘星元, 郭晓阳 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所