【摘要】 溶胶-凝胶法制备Sb掺杂SnO2薄膜，11%掺杂量下可见光透过率＞80%、近红外阻隔率提升35%，方块电阻≤19Ω/□，为建筑节能玻璃提供低成本无银解决方案

摘要​

本文采用溶胶-凝胶法在玻璃基片制备Sb掺杂SnO2薄膜，系统分析掺杂对薄膜结构、光电性能及红外阻隔能力的影响。实验表明：​Sb掺杂可显著提升SnO2薄膜红外屏蔽功能，在维持80%以上可见光透过率的同时，实现近红外波段（780-2500nm）透过率最低至60.48%，为建筑节能玻璃提供新方案。

 

一、研究背景与意义

建筑能耗占全球总能耗超40%，其中门窗玻璃的隔热薄弱环节贡献60-70%能耗损失。太阳光中近红外光（780-2500nm）携带50%能量，传统节能玻璃（中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃）存在结露、氧化失效、成本高等痛点。​开发无银低辐射（Low-E）薄膜成为行业重要方向，Sb掺杂SnO2薄膜因稳定、低成本特性展现巨大潜力。

 

二、实验方法与表征

  • ​制备工艺​：溶胶-凝胶法结合浸涂技术，石英玻璃基底

  • ​掺杂变量​：Sb浓度0-15 mol%

  • ​表征手段​：

    （注：霍尔效应测试仪用于载流子浓度/电阻率测量）

 

三、核心研究发现

1. 结构特性

  • ​晶体结构​：Sb掺杂未改变SnO2金红石相结构
  • ​结晶性​：随Sb量↑结晶度↓，晶粒尺寸先减后稳

2. 光电性能

Sb掺杂量

载流子浓度(×10²⁰/cm³)

方块电阻(Ω/□)

电阻率(×10⁻³Ω·cm)

0%

1.2

86.5

4.3

5%

5.8↓峰值

12.1↓最低

0.6↓最低

11%

5.1

18.7↑

0.9↑

>11%

3.9↓

24.5↑

1.2↑

3. 光学性能

  • ​可见光透过率​：稳定在81%-86%（380-780nm）
  • ​近红外屏蔽​：
    • 未掺杂：92.55% → ​11%掺杂：60.48%↓（最佳屏蔽）​​

    • 11%掺杂：透过率小幅回升

 

四、应用价值

当Sb掺杂量为11mol%时，薄膜实现：

✓ ​**>80%可见光透过率​

✓ ​近红外阻隔率较未掺杂提升35%​**​

✓ 方块电阻≤19Ω/□

✓ 无银层氧化风险，成本降低约30%（较传统Low-E）

​结论​：Sb掺杂SnO2薄膜通过载流子浓度调控实现选择性透光，11%为最优掺杂比例，为建筑节能玻璃提供可持续解决方案。

 

参考文献：[1]Sun M, Liu J, Dong B. Effects of Sb doping on the structure and properties of SnO2 films[J]. Current Applied Physics, 2020, 20(3): 462-469.

 

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