钛化物节能薄膜的制备及其光电性能研究

【摘要】：随着经济和社会的发展,能源危机日益加剧,节能逐渐受到全世界的关注。节能镀膜玻璃是一种优异高效的建筑材料。为解决目前多层节能镀膜玻璃生产工艺复杂、成本高等问题,本研究提出用导电性能良好的钛化物作为节能材料,尝试制备单层的节能镀膜玻璃。本论文研究了玻璃基板上TiN和TiC单层节能薄膜的制备及其光学、电学性能。主要得到了以下结果。 首先,用适合与浮法生产线相结合的常压化学气相法,分别以TiCl4和NH3为原料,在普通玻璃基板上沉积了单层TiN薄膜。运用XRD、SEM、EDX、UV-VIS四探针电阻测试仪、UV-VIS等表征手段研究了氨气流量变化对薄膜的结晶形态,表面和断面形貌,表面成分,电学性能和光学性能的影响。结果表明：在纯TiN薄膜中,随着氨气流量的增加,TiNx薄膜中x值从0.691增加到1.381,薄膜的结晶强度和品格常数先增加后减小,薄膜的方块电阻先减小后增加。当氨气流量为100sccm时,TiNx薄膜中x值接近1,薄膜的方块电阻达到12.6Ω/sq,在近红外区的反射率达到60%,在中远红外区的反射率达到87.87%,薄膜具备优良的节能性能。但是,此时薄膜在可见光区的透光率低,为17%。 为了提高薄膜的可见光透过率,对TiN薄膜进行了钒掺杂。对于钒掺杂的TiN薄膜,随着氨气流量的增加,薄膜中N/(Ti+V)从0.8795增加到1.2419,薄膜中V的含量基本维持在0.4%左右,薄膜的结晶强度先增加后减小,薄膜的方块电阻先减小后增加,维持在10Ω/sq左右。当氨气流量为100sccm时,薄膜的方块电阻达到8.3Ω/sq。薄膜在可见光区的透光率明显增加,达到33%,在近红外区的反射率达到60%,在中远红外区的反射率达到91.75%,薄膜具备优良的节能性能。 另外,采用涂覆法,以TiC粉末为原料,PVP、PEG、PVA为添加剂,在普通玻璃基板上制备了单层TiC薄膜。探索了TiC薄膜的成膜条件。运用SEM、四探针电阻测试仪、UV-VIS等表征手段研究了热处理,PVP含量、溶液滴加量对薄膜的形貌,表面成分,电学性能和光学性能的影响。结果表明：在pH为10时,采用PVP与PEG作为添加剂时,薄膜具有良好的光电性能。热处理能提高含PVA与PEG添加剂的TiC薄膜的光电性能。经过热处理后,薄膜的方块电阻降低到221Ω/sq,近红外反射率升高到7%。在含有PVP与PEG添加剂的TiC薄膜中,随着PVP含量的增加,薄膜的方块电阻逐渐减小,薄膜的近红外反射率先增加,后保持不变；同时随着溶液滴加量的增加,薄膜的方块电阻先增加后减小,薄膜的近红外反射率逐渐减小。在PVP含量为5%下,溶液滴加量为4m1时,薄膜的方块电阻达到44.4Ω/sq,此时薄膜的近红外反射率达到16%,薄膜具有良好的节能性能。