多層SiO-,2-（TiO-,2-）薄膜的溶膠-凝膠法制備與減反射性質(zhì).pdf

1、自20世紀(jì)30年代(光學(xué))減反射薄膜被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，在多界面光電子材料與器件的制備和應(yīng)用方面，越來(lái)越受到重視。特別是在新型太陽(yáng)能電池的表面光學(xué)工程、表面雜質(zhì)屏蔽和電子態(tài)鈍化，提高硅基太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率等方面，發(fā)揮著極其重要的作用。 在已有的材料科學(xué)研究中，對(duì)于不同的功能特性和利用目的，常用的減反膜材料有Si3N4，Al2O3，Ta2O5，MgF2，SiO2和TiO2等。在本論文中，我們主要以研究SiO2(

2、TiO2)化學(xué)成分混合結(jié)構(gòu)薄膜，它的優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)兩種成分比例的不同來(lái)調(diào)節(jié)薄膜的折射率。 本文利用溶膠一凝膠法，首先在玻璃基底上制備了不同成分比的SiO2(TiO2)薄膜，并用橢圓偏振光譜儀測(cè)量了各薄膜的折射率、消光系數(shù)和反射率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)隨著TiO2成分的增加，SiO2(TiO2)薄膜折射率變大。這是由于Ti4+的極化率和離子半徑都分別大于Si4+的極化率和離子半徑所致。而且不同成分比的SiO2(TiO2)薄膜的折射率

3、都有著相似的變化趨勢(shì)，即：隨著波長(zhǎng)的增加，折射率變小。在400 nm至850 nm之間，各薄膜的折射率幾乎是一個(gè)不變值。(2)隨著TiO2成分的減小，即SiO2成分的增加，薄膜反射率變小。這是由于SiO2成分的增加導(dǎo)致了顆粒尺寸的增加，使薄膜的顆粒結(jié)構(gòu)明顯。由此，形成的減反效果也隨之增加。(3)隨著TiO2成分的增加，消光系數(shù)變大。且消光系數(shù)對(duì)透射率的影響要大于對(duì)反射率的影響。(4)利用Tanc等人提出的計(jì)算禁帶寬度的方法，分別計(jì)算了成

4、分比為3:1、2:1、1:1、1:2和1:3的SiO2(TiO2)薄膜的光能隙。它們的值分別為3.40 eV、3.61 eV、3.85 eV、3.88eV和3.92 eV。 采用同樣的溶膠-凝膠法，在單晶硅片(制絨、拋光)上制備了單層、雙層和三層減反膜，并利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)作為檢測(cè)手段，測(cè)量了該膜系的減反射效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在已制絨硅片上制備的減反膜，可獲得如下結(jié)論：(1)TiO2單層減反膜的反射率為10％，在350nm

5、左右處的反射峰值為20.6％。 它的原子力顯微鏡(AFM)形貌圖顯示表面較為粗糙，它的粗糙度(Rms)為0.276μm。這么大的粗糙度主要是由于硅襯底制備了絨面。(2)SiO2-TiO2雙層減反膜的反射率約為8.5％，在350nm左右處的反射峰值為14.8％。它的AFM圖顯示的粗糙度(Rms)為0.234μm，比TiO2單層減反膜的粗糙度要小0.042μm。原因是，當(dāng)?shù)诙覵iO2薄膜鍍上之后，使得原本凹凸的表面變得平坦了些，所

6、以粗糙度就變小了。(3)SiO2(TiO2)(2:1)-SiO2(TiO2)(1:2)的雙層減反膜的反射率約為7.4％，它峰值處的反射率為12.7％；SiO2(TiO2)(3:1)-SiO2(TiO2)(1:3)的雙層減反膜的反射率約為4.6％，它峰值處的反射率為9％。(4)SiO2(TiO2)(2:1)-SiO2(TiO2)(1:1)-SiO2(TiO2)(1:2)的三層減反膜的反射率約為6.4％，它峰值處的反射率為12.6％；SiO

7、2(TiO2)(3:1)-SiO2(TiO2)(1:1)-SiO2(TiO2)(1:3)的三層減反膜的反射率約為4.3％，它峰值處的反射率為8.8％。在拋光硅片上制備SiO2(TiO2)的三層減反膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，SiO2(TiO2)(3:1)-SiO2(TiO2)(1:1)-SiO2(TiO2)(1:2)三層減反膜的反射率為8.2％。(制備的SiO2(TiO2)(3:1)-SiO2(TiO2)(1:1)-SiO2(Ti