摘要
V2O5具有片状结构、吸收系数高、热稳定性好、电致变色灵敏等优点，在光开关、智能窗、光探测、储能等许多领域都得到了广泛应用。本文采用溶胶-凝胶法和后退火工艺在掺氟SnO2导电玻璃(FTO)衬底上制备了掺钨V2O5薄膜，随后利用光刻和化学蚀刻工艺制备了FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜。本研究测试了复合薄膜的晶体结构、表面形貌以及不同温度和电压下的光电特性。FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜在750nm波长处，从23℃加热到300℃且无电压施加的情况下，透过率差是11.24%。在5V的电压下，从23℃到300℃的透过率差可以达到13.50%。经过反复施加电压和加热，FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜仍然保持稳定的性能，并具有良好的热致和电致调控能力。 本文主要研究工作包括： （1）溶胶凝胶旋涂法制备掺钨V2O5薄膜 通过溶胶-凝胶法和后退火工艺相结合在FTO导电玻璃衬底上制备了掺钨的V2O5薄膜，探索了采用光谱纯V2O5（99.99％）粉末、钨酸铵粉末（99.95%）和分析纯H2O2溶液为原料制备V2O5薄膜的工艺流程。并且将不同工艺条件下所制备出的V2O5薄膜进行了对比，最终得出在旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为20s，退火时间为2h，退火温度为400℃，掺钨质量比选择3.5%，可以制备出性能较好的掺钨的V2O5-W/FTO复合薄膜。 （2）掺钨V2O5薄膜的结构和光电特性分析 对掺钨的V2O5/FTO复合薄膜采用XRD、SEM和XPS对其进行了结晶取向、表面形貌、截面形貌和表面元素的相对含量等的测试与分析。结果表明，在FTO导电玻璃衬底上成功制备出了掺钨的V2O5-W/FTO复合薄膜，制备工艺未引起FTO薄膜的结构变化，并且在XRD图谱中并没有发现WO3的衍射峰，这说明钨成功地掺入到V2O5晶格中。SEM的分析说明W离子的加入使V2O5薄膜具有更大的电化学活性表面，从而有效改善复合薄膜的电学性能。通过观察XPS图谱，可以得出FTO薄膜并没有扩散到掺钨的V2O5-W/FTO复合薄膜的内部，说明金属离子钒和钨在高温退火过程中没有与衬底发生反应。 （3）FTO/V2O5-W/FTO结构的制备 通过使用光刻和化学蚀刻工艺制备出了FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜结构。该结构可用于对掺钨的V2O5-W/FTO复合薄膜施加电压，从而同时利用施加电压和 加热来探索薄膜透过率的变化。可以通过多次施加电压来辨别成膜质量的好坏，若质量不好，多次施压的情况下会击穿薄膜或特性无法重复，从而导致器件失效。 （4）FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜的电致相变光学特性 在最优工艺条件下制备出FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜，比较了V2O5/FTO、V2O5-W/FTO、FTO/V2O5-W/FTO这三种复合薄膜的透过率和反射率随波长变化的曲线，结果表明它们的变化趋势相似，说明FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜结构的制备是成功的。之后通过比较它们在不同温度下的透过率随波长变化的曲线，结果表明，V2O5薄膜具有明显的可逆相变光学特性。最后测量了FTO/V2O5-W/FTO复合薄膜在温度和电压同时作用下透过率随波长的变化曲线，发现在23℃到200℃的温度范围内，电压对复合薄膜的影响较大，并且具有良好的热致和电致调控能力。
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