CN108179389A - 一种用于汽车玻璃的光谱选择性ito薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于导电薄膜技术领域，尤其涉及一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法。ITO薄膜的制备方法包括以下步骤：清洗PET基片；制备光谱选择性ITO薄膜前准备；采用室温磁控溅射方法制备光谱选择性ITO薄膜。本发明的光谱选择性ITO薄膜，在可见光波长段，能使反射率降低，透射率增加，可见度较好；在红外光波段，反射率增加，阻碍热量的传递。

Description

一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于导电薄膜技术领域，尤其涉及一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法。

背景技术

氧化铟锡(ITO)薄膜是一种重掺杂、高简并的n型半导体材料，它具有复杂的体心立方铁锰矿结构(即立方In₂O₃结构)，每个惯用元胞中的32个氧离子完全按尖晶石结构排列成立方密堆积，组成氧离子的面心立方子格子。在氧离子的面心立方子格子中，有氧四面体间隙位置(称为A位)和氧八面体间隙位置(称为B位)。尖晶石的分子式是AB₂O₄，惯用元胞通式是A₈B₁₆O₃₂，即阳离子数∶氧离子数为24∶32，而氧化铟分子式是In₂O₃，惯用元胞通式是In₆₄/3O₃₂，这平均64/3个铟离子无规则地分布在A间隙和B间隙位置。与尖晶石结构相比，每个惯用元胞平均有8/3个阳离子空位。氧离子对氧离子的立方密堆积配位数为12，铟离子对铟离子的A位配位数是4，而B位配位数为8。

目前ITO薄膜制备方法主要包括反应溅射、离子束溅射、射频磁控溅射、反应蒸发法、金属有机化学汽相沉积、喷射热水解、脉冲激光沉积及溶胶凝胶法等。但是，柔性衬底存在不耐高温及薄膜在衬底上的附着性差的缺陷，为薄膜的沉积带来一定的难度。许多学者通过控制不同工艺参数(如：溅射气压、氧分压、溅射速率、衬底温度等)，考察了不同工艺参数对薄膜结构与光电特性的影响。Kim等利用直流磁控溅射方法在PET薄膜衬底制备ITO薄膜，当溅射气压为0.4Pa，溅射功率为30W时，其薄膜的方块电阻约为22Ω，透射率超过80％。Park S K等利用射频磁控溅射柔性衬底上获得方块电阻约为20～25Ω。李玉琼等在有机衬底上先制备不同的缓冲层，再在缓冲层上制备ITO，研究缓冲层对薄膜光电特性的影响。

氧化铟锡薄膜具有广泛的科研和应用价值，广泛用于太阳能电池、液晶显示器、电荷耦合成像器件等领域。随着科学技术的发展，对ITO薄膜的研究已渐渐从硬质衬底上制备转到柔性有机衬底上来；与在硬质衬底上沉积的ITO膜相比，在柔性基片上制备的透明导电薄膜不但保留了硬基片透明导电膜的光电性质，而且具有可挠曲、质量轻、不易破碎、易于大面积生产、便于运输等优点。

汽车作为一种户外交通工具，在夏季，受到强烈阳光照射，车内会聚集大量的热量，车内温度上升，加速了车内装饰老化过程。人的视觉可以感受的光谱是可见光谱，波长范围是400～760nm；而强烈阳光照射产生大量的热量主要是红外光产生的，红外光波长范围是760nm以上。目前，在红外光波长(760nm以上)时，用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜对红外光的反射率较低，透过率较高，加速汽车老化过程，大大缩短汽车的使用寿命。

因此，急需一种对红外光有较高反射率ITO薄膜来延迟汽车装饰老化，从而延长汽车的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术红外光区域的反射率低的缺陷，提供一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法。

一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗PET基片，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；

(2)制备光谱选择性ITO薄膜前准备：

首先装好ITO溅射靶材，然后设定溅射功率、溅射Ar气的气流量与溅射气压；

(3)采用室温磁控溅射方法制备光谱选择性ITO薄膜：

①将空基托旋转到ITO靶位，打开ITO靶上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始对ITO靶材表面进行溅射，清洁ITO靶材表面；

②清洁ITO靶材的表面完毕，关闭ITO靶材上所施加的射频电源，将待溅射的基片旋转到ITO靶位，打开ITO靶位上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始溅射ITO薄膜，直到薄膜达到预定厚度。

优选地，所述ITO靶材的纯度为原子百分比99.999％以上，ITO靶材直径为50.8mm，本底真空度在1×10^-4Pa以内。

优选地，ITO靶材是采用交流射频电源，溅射功率是25-35W。

优选地，溅射功率为30W。

优选地，Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，Ar气的气流量是25-35sccm，溅射气压为0.35-0.45Pa。

优选地，Ar气的气流量是30sccm，溅射气压为0.40Pa。

优选地，ITO薄膜的厚度是通过磁控溅射的溅射时间来调控。

另外，还提供一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法制备的ITO薄膜，ITO薄膜的厚度为10nm。

ITO薄膜的厚度为20nm。

本发明的有益效果：(1)本发明的光谱选择性ITO薄膜，在可见光波长段，能使反射率降低，透射率增加，可见度较好；在红外光波段，反射率增加，阻碍热量的传递，延长汽车的使用寿命；(2)本发明氧化铟锡(ITO)应用于汽车玻璃隔热窗膜。因为本发明氧化铟锡(ITO)具有较为奇特的光学性能，对太阳光谱具有理想的选择性，在红外光、紫外光区域具有较高的反射率，因此本发明是制备光谱选择性隔热窗膜的理想材料。使用纳米隔热材料制备形成的透明涂膜，其中纳米导电粒子含有一定浓度的电子空穴，会引起自由载流子的吸收，具体表现在太阳光谱中，波长在380～760nm的可见光区，涂膜透光率不受影响；波长在小于380nm的紫外线区，涂膜吸收率为90％左右；波长在760～2500nm的近红外区域，由于太阳入射光的频率高于涂膜中纳米导电粒子的振动频率，引起其离子的高反射，对分布于红外波段的太阳能量起反射阻隔作用，从而达到透明隔热的效果。

附图说明

图1为本发明的PET/ITO(20nm)、PET/ITO(10nm)与PET基片的可见光波长与反射率的关系曲线；

图2为本发明的PET/ITO(20nm)、PET/ITO(10nm)与PET基片的红外光波长与反射率的关系曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗PET基片，清洗PET基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；

a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；

b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯N₂吹干表面和背面；

c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。

(2)制备光谱选择性ITO薄膜前准备：

a)装好ITO溅射靶材，ITO靶材的纯度为原子百分比99.999％以上，ITO靶材直径为50.8mm，本底真空度在1×10^-4Pa；

b)设定溅射功率30W；

c)使用高纯Ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.4Pa。

(3)采用室温磁控溅射方法制备光谱选择性ITO薄膜：

a)将空基托旋转到ITO靶位，打开ITO靶位上所施加的射频电源，溅射时间是100s，开始对ITO靶表面进行溅射，清洁ITO靶材表面；

b)ITO靶材靶表面清洁完成后，关闭ITO靶上所施加的射频电源，将待溅射基片旋转到ITO靶位，开启ITO靶位射频电源，溅射时间是520s，开始溅射ITO薄膜，最终获得的ITO薄膜厚度为10nm即导电薄膜PET/ITO(10nm)，薄膜厚度通过溅射时间来控制。

实施例2

本实施例与实施例1中ITO薄膜的制备方法基本相同，不同的是：在(3)的b)中，溅射时间是1040s，最终获得的ITO薄膜厚度为20nm即导电薄膜PET/ITO(20nm)。

实施例3

本实施例与实施例1中ITO薄膜的制备方法基本相同，不同的是：溅射功率是25W，Ar气的气流量是25sccm，溅射气压为0.35Pa；在(3)的b)中，溅射时间是780s，最终获得的ITO薄膜厚度为12nm即导电薄膜PET/ITO(12nm)。

实施例4

本实施例与实施例1中ITO薄膜的制备方法基本相同，不同的是：溅射功率是35W，Ar气的气流量是35sccm，溅射气压为0.45Pa。在(3)的b)中，溅射时间是780s，最终获得的ITO薄膜厚度为15nm即导电薄膜PET/ITO(15nm)。

分别将实施例1制备的PET/ITO(10nm)、实施例2制备的PET/ITO(20nm)与PET基片通过分光光度计进行可见光波长段测试，得到可见光波长段的反射率图像，如图1所示。PET基片的反射率即R_(PET)，PET/ITO(10nm)的反射率即R_{(PET/ITO(10nm))}，PET/ITO(20nm)的反射率即R_{(PET/ITO(20nm))}。从整体来说，随着波长数的增加，R_(PET)、R_{(PET/ITO(10nm))}与R_{(PET/ITO(20nm))}均呈现递减趋势且R_(PET)>R_{(PET/ITO(10nm))}>R_{(PET/ITO(20nm))}，在400～500nm时，PET/ITO(10nm)导电薄膜的反射率先减小，在500～670nm又逐渐增大。但是在670～750nm，R_{(PET/ITO(10nm))}>R_(PET)>R_{(PET/ITO(20nm))}。结果表明，本发明的PET/ITO(10nm)在400nm～670nm和PET/ITO(20nm)在可见光波段的反射率减小，透射率增大，因此用于汽车玻璃表面的可见度效果会更好。

分别将实施例1制备的PET/ITO(10nm)、实施例2制备的PET/ITO(20nm)与PET基片通过分光光度计进行红外波长段测试，得到红外波长段的反射率图像，如图2所示。从整体来说，随着波长数的增加，R_(PET)、R_{(PET/ITO(10nm))}与R_{(PET/ITO(20nm))}均呈现递减趋势；具体地，在900～1200nm，R_(PET)<R_{(PET/ITO(10nm))}<R_{(PET/ITO(20nm))}，R_(PET)是6.1％、R_{(PET/ITO(10nm))}是7％，R_{(PET/ITO(20nm))}是8％，这表明随着ITO厚度的增加，PET/光谱选择性ITO薄膜的反射率逐渐变大；在1200～1300nm，R_(PET)是5.7％，R_{(PET/ITO(10nm))}是6.1％，R_{(PET/ITO(20nm))}是6.7％，在1300～1800nm，R_(PET)、R_{(PET/ITO(10nm))}与R_{(PET/ITO(20nm))}逐渐变小最后至趋于稳定，R_(PET)、R_{(PET/ITO(10nm))}与R_{(PET/ITO(20nm))}均是5％左右。结果表明，在900～1300本发明的导电薄膜PET/ITO(10nm)和导电薄膜PET/ITO(20nm)相比于PET基片反射率增大，因此可用于阻碍大量红外波段的热量进入汽车车内，防止汽车内饰老化，延长汽车的使用寿命。

以上仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对上述实施例作的任何简单的修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案范围内。

Claims (9)

1.一种用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清洗PET基片；

(2)制备光谱选择性ITO薄膜前准备：首先装好ITO溅射靶材，然后设定溅射功率、溅射Ar气的气流量与溅射气压；

(3)采用室温磁控溅射方法制备光谱选择性ITO薄膜：

①将空基托旋转到ITO靶位，打开ITO靶上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始对ITO靶材表面进行溅射，清洁ITO靶材表面；

②清洁ITO靶材的表面完毕，关闭ITO靶材上所施加的射频电源，将待溅射的基片旋转到ITO靶位，打开ITO靶位上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始溅射ITO薄膜，直到薄膜达到预定厚度。

2.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：ITO靶材的纯度为原子百分比99.999％以上，ITO靶材直径为50.8mm，本底真空度在1×10^-4Pa以内。

3.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：ITO靶材是采用交流射频电源，溅射功率是25-35W。

4.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：溅射功率为30W。

5.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，Ar气的气流量是25-35sccm，溅射气压为0.35-0.45Pa。

6.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：Ar气的气流量是30sccm，溅射气压为0.40Pa。

7.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：ITO薄膜的厚度是通过磁控溅射的溅射时间来调控。

8.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：ITO薄膜的厚度为10nm。

9.根据权利要求1所述的用于汽车玻璃的光谱选择性ITO薄膜的制备方法，其特征在于：ITO薄膜的厚度为20nm。