透明导电膜介绍PPT课件
透明导电薄膜
透明导电薄膜引言：透明导电薄膜作为一种具有低电阻和高透光率的薄膜材料。
被应用于显示器、太阳能电池、抗静电涂层、带电防护膜等各种光电材料中。
目前广泛研究和应用的透明导电薄膜主要为In203 : Sn(ITO)、Sb : SnO2(AT0)和ZnO : A1(ZA0) 等无机氧化物透明导电薄膜。
氧化物薄膜具有透光性好、电阻率低和化学稳定性较好等优点但是作为无机材料，氧化物薄膜的脆性大、韧性差、合成温度高、且和柔性衬底的结合性较差。
这些缺点限制了它们的进一步应用。
例如．可折叠显示屏上要求透明导电薄膜具有可弯曲性．飞机有机玻璃窗户表面用于加热除霜的薄膜必须与有机基底结合牢固等。
薄膜的组成,设备和制作工艺首先在室温下将3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和醋酸以一定物质的量比混合•并搅拌5h后得到无机前驱体溶液。
然后，用传统乳液聚合法制备得到十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚苯胺。
将一定量的导电聚苯胺溶于氯仿和间甲酚的混合溶剂中，并搅拌3 h ;然后混合聚苯胺溶液和无机前驱体溶液。
搅拌并陈化 6 h 后得到有机一无机杂化溶胶溶液实验中醋酸和MPTMS 的物质的量比为0.1〜1.0,定义为H1〜H10:间甲酚与MPTMS的物质的量比为3〜7,定义为M3〜M7:聚苯胺和二氧化硅的质量比为15/85〜50/50,定义为P15〜P50。
其中，溶胶溶液的浓度为0.5mol.L-1。
实验采用提拉法制备薄膜将用超声清洗并干燥的普通载玻片在杂化溶胶溶液中浸泡20 s后匀速提拉•控制提拉速度为1mm.s-1。
然后将沉积有薄膜的载玻片在80E烘箱中干燥30 min，并在室温中冷却后，重复浸渍提拉干燥过程，制备5层厚度的导电薄膜，最后在80E烘箱中干燥。
薄膜分析方法、结果及性能图1为3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(DBSA —PANI)和H4M5P30干凝胶样品的红外光谱图。
在MPTMS的红外图谱中，2850和810 cm 一分别为硅氧烷的C，H和SiO，C振动吸收峰1 084 cm一为Si,O基团的吸收峰。
透明导电薄膜(TCO)之原理及其应用发展课件
透明导电薄膜
金属化合物薄膜(TCO)
泛指具有透明导电性之氧化物、氮化物、氟化物
a.氧(氮)化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN b.掺杂氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO) ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta
c.混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2.TCO的导电原理
3.TCO的光学性质
4. TCO薄膜之市场应用及未来发展
什么是透明导电薄膜?
在可见光波长范围内具有可接受之透光度
������ 以flat panel display而言透光度愈高愈好 ������ 以solar cell而言太阳光全波长范围之透光度及热稳定性
透明导电薄膜(TCO) 之原e
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2.TCO的导电原理
3.TCO的光学性质
4. TCO薄膜之市场应用及发展
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
特点：1.ZnO矿产产能大。 2.价格比ITO便宜(> 200% cost saving) 。 3.部分AZO靶材可在100%Ar环境下成膜，制程控制容易。 4.耐化性比ITO差，通常以添加Cr、Co于ZnO系材料中来 提高其耐化性。
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
������ 2000年代，主要的透明导电性应用以ITO材料为主，磁控溅镀ITO成为 市 场上制程的主流.
石墨烯透明导电薄膜课件
4.以天然石墨为原料的方法
4.1 微机械剥离法 英国曼彻斯特大学的 Geim教授研究组在2004年采用简单的胶带撕拉 方法，得到单层的石墨烯，这是人类第一次找到单层石墨烯，并证实了 二维晶体的存在。 该研究组将机械剥离法得到的含有单层石墨烯的单质硅晶片表面通 过电子束刻蚀沉积一层金属网格，然后再把样品浸入到氢氧化四甲基铵 溶液中溶解单质硅并从底部剥离金属网格使石墨烯薄膜悬空在金属架上， 最后用氢氟酸溶解 SiO2 层，成功得到悬空的单层石墨烯。 总的来说，这种方法由于操作步骤比较繁琐，产率比较低，尺寸不 易控制，难以实现大规模的生产，因而只适用于石墨烯的实验室研究， 不能满足工业需求。
3. 化学气相沉积法( CVD)
化学气相沉积法是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜 材料的方法，一般是将过渡金属，如 Co，Ni，Cu，Ir，Pt，Ｒu 等的薄 片或者薄膜置于碳氢化合物气体中 ，在高温(高于1000 ℃ )下催化裂解， 通过加热温度和冷却速度来控制石墨烯的层数，最后用PMMA转移到目标 基底上，得到大面积且性能优良的石墨烯薄膜。 改进的CVD方法如微波等离子体增强 CVD能大量制备，但是该方法原 料利用率不高，并且产物中会有很多的无定形碳和其他杂质。而射频催 化CVD法能大量制备并且能明显阻止无定形碳的形成。
2.外延生长法
外延生长法一般是热解SiC，在高温处理过程中硅原子从SiC表面解吸 附，碳原子积累形成一个富含碳的表面层。 首先将样品表面经过氧化或者H2刻蚀后在高温高真空下，经电子轰击 和高温下除去氧化物，当用俄歇电子能谱监测到氧化物被完全去除后， 继续升高温度，形成石墨烯层，其厚度与加热温度有关，并可以通过检 测Si的俄歇电子峰强度测定石墨烯的厚度。 总体来说，高真空、高温以及单晶基底这些苛刻条件将限制外延生长 法的实际应用。
透明导电膜材料
1
目录
一、膜材料的简介 二、ZnO：Al(TCO)薄膜的基本性质 三、TCO的实验制备方法 四、TCO的检测
2
一、薄膜材料简介
薄膜材料： 薄膜材料： 应用领域：材料科学、能源、信息 、微电子工业等;尤其 应用领域 宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。 研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件 研究目的 提高 生产率，降低成本; 发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、 高透射率等 发展方向 可作为透明导电窗口.
9
三、实验方法
目前生长ZnO薄膜的方法很多，包括脉冲激光沉积(PLD)， 分子束外延(MBE)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)， 射频／直流溅射(RF／DCSputtering)，电子束反应蒸 (Spray Pyrolysis)和溶胶一凝胶法(sol—gel)等。目前用 于太阳电池及其组件的ZnO薄膜制备中，国际上主要是 磁控溅射和MOCVD技术．利用磁控溅射法制备薄膜太阳 电池ZnO薄膜，通常采用AL掺杂得到较低电阻率(～10-4 欧姆.厘米)的镜面结构；为应用于太阳电池前电极，溅射 后的ZnO薄膜须采取湿法刻蚀才能形成绒面结构，以期 获得良好光散射能力
SZ-82 型数效子式四探针测试仪是运用四探针测量原理 的多用途综合测量装置。它可以测量片状、块状半导体 材料径向和轴向电阻率，测量片状半导体构材料的电阻 率和扩散层的薄层电阻(方块电阻)。换—上特制的四探针 测试夹，还可以对金属导体的低、中值电阻进行测量。 仪器由电气箱、测试架等部分组成，测试结果由数字直 接显示。电气箱主要由高灵敏度直流数字电压表和高稳 定恒流源组成。测试架探头采用宝石导向轴套和高耐磨 碳化钨探针。故定位准确、游移率小、寿命长。
石墨烯透明导电薄膜课件
4.2 石墨氧化-还原法 天然石墨片首先经过化学强氧化得到边缘含有羧基、羟基而层间含有 羰基和环氧等含氧基团的氧化石墨 (Graphite Oxide，GO)，这些基团的 存在增大了石墨层间距同时也增强其亲水性能，再通过超声波分散，得 到单原子层厚度的GO，最后用化学还原将石墨烯氧化物还原成石墨烯。 这种方法可以得到独立的单层石墨烯片悬浮液，产量高，目前应用广泛。 (1)单层石墨烯氧化物的制备 石墨的氧化方法主要包括Hummers、Brodie和Staudenmaier 3种方Байду номын сангаас， Hummers 氧化法相对其他两种方法安全性较高，因此也是目前最常用的 制备氧化石墨的方法。它们都是将强酸的小分子插入石墨层间来增加层 间距，然后再用强氧化剂(如KMnO4等)对其进行氧化，表面的功能基团可 以降低层与层之间的范德华力，最后通过超声分散，得到单层或少数几 层的石墨烯氧化物。
(2) 石墨烯氧化物的还原 石墨烯氧化物的还原方法可归纳为化学还原法、热还原法、电化学还 原法等。 化学还原法中常用的还原剂有肼、硼氢化钠、苯肼、氢碘酸、对苯二 酚、二元胺、氨基酸等，该方法基于溶液相操作，反应条件温和，但在 氧化过程中由于化学键断裂产生的缺陷难以恢复，因而其导电性能难以 达到理论值。 热还原法是在氮气或氩气等惰性气氛中，对石墨烯氧化物进行快速高 温热处理，需要高温还原，使部分含氧基团热解生成CO2释放，最后得到 石墨烯。 电化学还原方法是将涂覆有石墨烯氧化物的基底置于磷酸盐缓冲溶液 中，将工作电极直接与石墨烯氧化物膜接触，控制扫描电位，即可将石 墨氧化物还原成石墨烯。
(3) 单层石墨烯的分散 由于石墨烯本身的强疏水作用，还原石墨烯氧化物后得到的产物 (Ｒ GO)容易发生团聚而影响进一步的应用。为了破环石墨层间的范德华作用 力，更好地实现剥离，提高ＲGO的分散性，研究者通常先对石墨烯氧化 物进行修饰，然后再进行还原。 其中化学修饰主要可归纳为3种:共价键修饰、非共价键修饰和离子修 饰。 共价键修饰:以石墨烯氧化物边缘的羧基为活性基团，与带氨基的化 合物如脂肪胺、芳香胺或氨基酸等反应，最后可得到功能化的石墨烯氧 化物，能很好的分散到有机溶剂(THF)、极性非质子性溶剂(如DMF、NMP、 DMAc)中，并且有较好的热稳定性。 非共价键修饰:因为石墨烯具有大的π 共轭体系，可与具有共轭体系 的小分子或高分子通过π -π 相互作用增强其溶解性或者分散性。 金属颗粒及金属离子修饰 :用贵金属离子或者纳米粒子修饰石墨烯， 金属粒子作为阻隔物，可降低石墨烯层间的π -π 堆积作用，而金属离子 之间的静电排斥作用也可以阻止石墨烯的团聚。
柔性透明导电薄膜及相关显示器件.ppt
John B. Goodenough
1922年生于德国。二战之前就读于美国名校Yale大学，二 战后在芝加哥大学读物理硕士。博士期间攻读的固体物理，毕
业之后到了MIT的美国空军林肯实验室开始了固态化学的学习 和研究。上世纪70年代，出于为不发达国家提供能源的美好心 愿，开始转向能源方面的研究。研究中发现了嵌Li过程中尖晶 石结构和rock-salt结构之间的相互转化，同时结合具有稳定的 骨架结构的聚阴离子型的材料，如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、
J-M. Tarascon
Jean-Marie Tarascon教授是发明聚合物锂离 子电池的鼻祖，他开创了将软包装应用于锂电池 的先例从而使得聚合物锂离子电成为目前的主流 电池产品。
Tarascon教授于1980年在美国康奈尔大学毕业， 后在法国波尔多大学获得固态化学博士学位，之 后他加入举世闻名的美国贝尔实验室。90年代初 期，Tarascon研究小组研制了用于高电位正极材料 的电解液，从而创造了以铝箔包装锰酸锂锂离子
锂电驱动未来
锂离子电池在生活中的应用
应用领域
锂电池在生活中的应用
锂二次电池的产生
1941年出生，于牛津大学 获得BA (1964), MA (1967) 和 Dr (1968)学位，目前 就职于宾汉姆顿大学。
Manley Stanley Whittingham
1972 年，Exxon 公司M. S. Whittingham 首先推出了以金属锂为负极，
当对电池进行充电时，正极的含锂化合物中锂离子脱出，锂 离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，到达 负极的锂离子嵌入到碳层中，形成LixC6，嵌入的锂离子越多
锂离子电池充放电原理
相关发明人
Armand教授是锂离子电池的奠基人之一，是 国际学术和产业界公认的、在电池领域具有原始 创新成果的电池专家。Armand教授主要原创性学 术贡献有：1. 1977年，首次发现并提出石墨嵌锂 化合物作为二次电池的电极材料。在此基础上， 于1980年首次提出“摇椅式电池”概念，成功解 决了锂负极材料的安全性问题。日本Sony公司正 是在此概念指导下，于1990年完成了“摇椅式电 池”从基础研究到产业化的突破，实现了锂离子 电池的应用。2. 1978年，首次提出了高分子固体 电解质应用于锂电池。3. 提出了碳包覆解决磷酸
新型透明导电氧化物薄膜40页PPT
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。
第八章透明导电薄膜
➢载流子密度增加会影星透明性以ZnO为例，
➢ω = (4πne2/m*)1/2
ω = (4πne2/m*)1/2
1/2
= 4πx4.3x1019x(1.6x10-19)2
Band gap (Eg) > 3.5eV Crystallized at T > 150 ºC
TCO薄膜的导电原理
➢材料之电导率σ
σ = neμ
其中n = 载流子浓度 (就TCO材料包括电子及空穴)
e：载流子的电量 μ：载流子的mobility
由掺杂物的混入及离子的 缺陷生成
TCO中导电性最好的ITO，载流子浓度約1018~1019 cm-3 ﹙金属载流子浓度約1022 ~10~23 cm-3﹚
2. TCO的导电原理
3. TCO的光学性质
4. TCO 薄膜之市场应用及未来发展
TCO 薄膜之市场应用–ITO 之应用
Display Application
PM LCD
Display Application
AM LCD
TFT
偏光板 玻璃基板 彩色濾光片 透明電極 液晶 信號電極
掃描電極
TFT 玻璃基板
TCO薄膜的导电原理
➢载流子的mobility (μ)
μ = eτ/εom*
τ：relaxation time (载流子移动时由此次散射到下次散射的时间) m*：载流子的有效质量 εo：真空中之介电常数
➢要提升载流子的mobility
τ↑：与TCO 薄膜的结构有关。TCO 薄膜的defect愈少， τ ↑。(extrinsic effect)
TCO(透明导电层)的原理及其应用发展资料
磁、防护膜、太阳能电池之透明电极、防反 光涂布及热反射镜(heat reflecting mirror)等 电子、光学及光电装置上。
ITO是什么？
ITO＝Indium Tin Oxide(In2O3＋SnO2) ������ ITO的成分＝90wt%In2O3与10wt% SnO2混合物
Why choose ITO ?
特点：1.ZnO矿产产能大。 2.价格比ITO便宜(> 200% cost saving) 。 3.部分AZO靶材可在100%Ar环境下成膜，制程控制容易。 4.耐化性比ITO差，通常以添加Cr、Co于ZnO系材料中来 提高其耐化性。
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
History of TCO
������ 1907年最早使用CdO材料为透明导电镀膜，应用在photovoltaiccells. 1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD方式沉积SnOx于玻璃基板上. ������ 1970年代，以Evaporation及Sputtering方式沉积InOx及ITO. ������ 不 1980年代，磁控溅镀﹙magnetron sputtering﹚开发，使低温沉膜制程， 论在玻璃及塑料基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜. ������ 使 1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC磁控溅镀ITO， 沉积制程之控制更趋容易，各式TCO材料开始广泛被应用.
具有导电特性
������ 电阻比(resistivity)愈小愈好，通常ρ <10-4 Ωּ cm ������
一般而言，导电性提高，透光度便下降，反之亦然。可见光 范围具有80 %以上的透光率，其比电阻低于1×10-4 Ωּcm，即 是良好透明导电膜。
透明导电薄膜
透明导电薄膜引言：透明导电薄膜作为一种具有低电阻和高透光率的薄膜材料。
被应用于显示器、太阳能电池、抗静电涂层、带电防护膜等各种光电材料中。
目前广泛研究和应用的透明导电薄膜主要为In2O3∶Sn(ITO)、Sb∶SnO2(ATO)和ZnO∶A1(ZAO)等无机氧化物透明导电薄膜。
氧化物薄膜具有透光性好、电阻率低和化学稳定性较好等优点但是作为无机材料，氧化物薄膜的脆性大、韧性差、合成温度高、且和柔性衬底的结合性较差。
这些缺点限制了它们的进一步应用。
例如．可折叠显示屏上要求透明导电薄膜具有可弯曲性．飞机有机玻璃窗户表面用于加热除霜的薄膜必须与有机基底结合牢固等。
薄膜的组成,设备和制作工艺首先在室温下将3-巯丙基三甲氧基硅烷（MPTMS)和醋酸以一定物质的量比混合．并搅拌5 h后得到无机前驱体溶液。
然后，用传统乳液聚合法制备得到十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚苯胺。
将一定量的导电聚苯胺溶于氯仿和间甲酚的混合溶剂中，并搅拌3 h；然后混合聚苯胺溶液和无机前驱体溶液。
搅拌并陈化6 h后得到有机一无机杂化溶胶溶液实验中醋酸和MPTMS的物质的量比为0.1～1.0，定义为H1～H10：间甲酚与MPTMS的物质的量比为3～7，定义为M3～M7：聚苯胺和二氧化硅的质量比为15／85～50／50，定义为P15～P50。
其中，溶胶溶液的浓度为0.5mol.L-1。
实验采用提拉法制备薄膜将用超声清洗并干燥的普通载玻片在杂化溶胶溶液中浸泡20 s后匀速提拉．控制提拉速度为1mm.s-1。
然后将沉积有薄膜的载玻片在80℃烘箱中干燥30 min，并在室温中冷却后，重复浸渍提拉干燥过程，制备5层厚度的导电薄膜，最后在80℃烘箱中干燥。
薄膜分析方法、结果及性能图1为3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(DBSA—PANI)和H4M5P30干凝胶样品的红外光谱图。
在MPTMS的红外图谱中，2850和810 cm一分别为硅氧烷的C，H和SiO，C振动吸收峰 1 084 cm一为Si，O基团的吸收峰。
TCO(透明导电层)的原理及其应用发展
1980年代，磁控溅镀﹙magnetron sputtering﹚开发，使低温沉膜制程， 不
论在玻璃及塑料基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜.
1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC磁控溅镀ITO， 使
年代：1934年被美国铟矿公司最早合成出来
世界最大ITO薄膜制造国：日本
选用率：在TCO材料中，75%应用在平面显示器 主要应用：平面显示器、透明加热组件、抗静电膜、电
磁、防护膜、太阳能电池之透明电极、防反 光涂布及热反射镜(heat reflecting mirror)等 电子、光学及光电装置上。
TCO薄膜之质量需求
1.高穿透度、吸收小 2.低电阻比﹙以较低之薄膜厚度得到较佳之导电性﹚ 3.膜厚均匀性 4.良好的附着力 5.蚀刻制程容易 6.耐候性佳，受环境影响小 7.无Pin hole 8.无Hill lock
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2.TCO的导电原理
3.TCO的光学性质
4. TCO薄膜之市场应用及未来发展
TCO的光学性质
TCO在短波长的透光范围：由能隙(energy gap)决定 在长波长的透光范围：由电浆频率(ωp，plasma frequence)决定
由电浆频率决定的波长 (此一波长随载子浓度而移动)
入射光将价带的 电子激发到导带
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2.TCO的导电原理
TCO透明导电薄膜简介
TCO透明导电薄膜简介前言透明导电氧化物transparentconductiveoxide简称TCO薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。
透明导电薄膜以掺锡氧化铟tindopedindiumoxide简称ITO为代表研究与应用较为广泛、成熟在美日等国已产业化生产。
近年来ZnO薄膜的研究也不断深入掺铝的ZnO薄膜简称AZO被认为是最有发展潜力的材料之一。
同时人们还开发了Zn2SnO4、In4Sn3O12、MgIn2O4、CdIn2O4等多元透明氧化物薄膜材料。
TCO薄膜的制备工艺以磁控溅射法最为成熟为进一步改善薄膜性质各种高新技术不断被引入制备工艺日趋多样化。
本文综述以ITO和AZO为代表的TCO薄膜的研究进展及应用前景。
一、TCO薄膜的发展TCO薄膜最早出现于20世纪初1907年Badeker首次制成了CdO透明导电薄膜引起了人们的较大兴趣。
但是直到第二次世界大战由于军事上的需要TCO薄膜才得到广泛的重视和应用。
1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜。
ZnO基薄膜兴起于20世纪80年代。
相当长一段时间这几种材料在TCO薄膜中占据了统治地位。
直到上世纪90年代中期才有新的TCO薄膜出现开发出了多元TCO薄膜、聚合物基体TCO薄膜、高迁移率TCO 薄膜以及P型TCO薄膜。
而SnO2基和In2O3基材料也通过掺加新的元素而被制成了高质量TCO薄膜。
最近据媒体报导美国俄勒冈大学研究人员对TCO材料的研究取得重大突破他们研制出一种便宜、可靠且对环境无害的透明导电薄膜材料。
该材料可用于制作透明晶体管用来制造非常便宜的一次性电子产品、大型平面显示器和可折叠又方便携带的电器。
科学家称这项研究成果将引导新产业和消费领域的发展。
这种薄膜材料的成分是无定型重金属阳离子氧化物与导电物质碳相比具有很多优点相对于有机聚合体导电物质来说亦具有较高的灵活性和化学稳定性容易制造也更加坚硬。
光伏透明导电膜
光伏透明导电膜
光伏透明导电膜是一种重要的光伏材料，主要用于太阳能电池中，起到导电和透光的作用。
这种材料能够将太阳光有效地转换为电能，并且具有良好的透光性和导电性，因此被广泛应用于光伏领域。
光伏透明导电膜的制备方法有多种，其中真空镀膜和溅射镀膜是最常用的两种方法。
真空镀膜是将材料加热蒸发后，在真空中沉积在玻璃或其他基材表面上形成薄膜的方法。
而溅射镀膜则是利用高能粒子撞击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基材表面形成薄膜的方法。
光伏透明导电膜的材料也有多种，其中最常用的材料是掺氟氧化锡（FTO）和掺硼氧化锌（BZO）。
这些材料具有高透光性和高导电性，能够有效地将太阳光转换为电能。
在实际应用中，光伏透明导电膜的导电性能和透光性能对太阳能电池的效率和使用寿命具有重要影响。
因此，对于这种材料的性能和质量需要进行严格控制和检测。
同时，随着光伏技术的不断发展，光伏透明导电膜的应用前景也将越来越广阔。
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ZnO 晶體結構及特性(6/6)
製造氧化鋅薄膜的方法很多，在薄膜的製 程方面有相當多的方法可以成長ZnO 膜， 如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、 分子束磊晶法(MBE)、脈衝雷射沉積法 (PLD)、熱分解法(Spray pyrolysis)以及濺 鍍法(Sputtering)等等；隨著製程條件的不同， ZnO 薄膜也呈現出不同的材料特性。
光電陶瓷-
透明導電膜
指導教授：劉依政 教授 學生：籃耿晃 學號：G950K020
透明導電膜介紹(1/4)
隨著光電產業的快速發展，各種材料不斷 被開發，而透明導電膜是近年來產業應用 最多的新材料，它可以應用在液晶顯示器 (liquid crystal display，LCD)、電漿顯示器 (plasma display panel，PDP)、LED、OLED、 光偵測器、太陽能電池等。
濺鍍製程(1/3)
利用濺鍍系統製作IZO 薄膜，此系統由電 源供應器產生射頻信號(13.56MHz)傳送至 靶材與基板所在的真空系統中，藉由解離 真空系統中的氣體，而使解離的陽離子轟 擊靶材(target)，靶材的原子於是被濺鍍而出， 附著在基板上完成鍍膜的動作。
濺鍍系統示意圖
濺鍍製程(2/3)
濺射(RF sputtering)原理(1/2)
氣體在特殊環境的條件下，會由氣體分子 分解為原子，再解離為帶電離子或者電子團， 且維持電中性的狀態，而這些離子化的氣 體就稱為電漿(Plasma)。射頻電漿的產生， 當交流電壓加於電極時，在較高的頻 率下電極將隨時處於非飽和狀態，使得電 極間主要粒子的撞擊反應得以進行，電漿 因此而產生並得以維持。
在上述製程中牽涉到的變數相當廣，包 括通入的氣體種類、氣體流量、混合的 氣體比例、系統壓力、濺鍍功率⋯ 等。 所以在鍍膜時需對這些參數同時監控， 以維持在穩定的條件。
濺鍍製程(3/3)
ZnO在未摻雜時所濺鍍出的薄膜為一高阻 值的薄膜。而當濺鍍功率越高，沉積的速 率越快且電阻值也跟著改變，這是因為隨 著鍍膜功率的改變，系統中的溫度亦不同， 故影響了薄膜的結晶成分，而薄膜的結晶 成分正是影響導電特性的主要因素之一。 但ZnO在未摻雜時所濺鍍出的薄膜為 高穿透率薄膜。
氧化鋅材料當然也具半導(semiconducting) 特性、光電導(photoconductive)特性、壓電 特性、聲光效應以及電光效應等，因此， 廣泛的應用在光檢測器、表面聲波元件、 氣體偵測計以及調變器、紫外光LED 以及 雷射等元件中。
ZnO 晶體結構及特性(5/6)
為了提升氧化鋅薄膜的導電率，通常為摻 入異價之元素，如：鋁、鎵、銦等，其導 電性會大大提升。相較於未摻雜之氧化鋅 薄膜，摻雜入異價的元素可以提高ZnO 薄 膜之載子濃度。
不同濺鍍瓦數之ZnO 薄膜速率圖
不同濺鍍瓦數之ZnO 薄膜電阻
不同濺鍍瓦數之穿透率圖来自濺鍍及蒸鍍製程(1/4)
為了提升氧化鋅薄膜的電阻率，通常為摻
入異價之元素，如：鋁、鎵、銦等，其導
電性會大大提升。其中多數的期刊以摻雜
鋁為最多，摻雜比例又以2wt%最多，且在 鋁摻雜之一定濃度時會有柏斯坦-摩斯 (Burstein-Moss)效應，所以我們將用擴散
透明導電膜介紹(4/4)
因此有人使用金屬氧化膜來代替薄金屬， 例如：SnO2、InO2、ITO、ZnO，其中又 以銦錫氧化膜(ITO)的應用最為廣泛。但ITO 在高溫應用下表現不穩定，因此在光特性 和電特性與之可相抗衡的氧化鋅薄膜逐漸 受到重視。而氧化鋅薄膜在成本低、資源 豐富、不具毒性的特點下，因此近二十年 來，已經有許多前人投入氧化鋅薄膜相關 研究。
ZnO 晶體結構及特性(1/6)
氧化鋅(zinc oxide，ZnO)，為II-VI 族寬能 隙的半導體材料，其結構為閃鋅礦結構 (Wurzite hexagonal structure)，屬於六方最 密堆積，其能隙寬度(optical band gap)約為 3.3eV，在可見光範圍具有高穿透率。
透明導電膜介紹(2/4)
而所謂透明導電膜是在可見光範圍內(約 400nm~800nm 的波段)具有80%以上穿透率， 且導電率具有低於10-3Ω-cm 的薄膜。
透明導電膜介紹(3/4)
透明導電膜的材料大致可分為薄金屬材料 與金屬氧化物之材料。其中薄金屬材Au、 Ag、Al、Pt 及Cu 等，在其厚度約低10nm 時，具有某種程度的透光率，但當厚度薄 的金屬會形成島狀不連續膜所以電阻率會 增高，且其導電率會受表面效應與雜質影 響而降低。
ZnO 之晶格結構
ZnO 晶體結構及特性(2/6)
在無摻雜之氧化鋅材料中，ZnO 薄膜表現 出n 形半導體的特性，這是由於其化學組 成偏差(ZnOx)所造成，其中的自由載子是 來自於氧的缺位以及Zn 原子的空隙所造成 的淺層施體能階。然而ZnO 薄膜的電學特 性受到鍍膜方法、熱處理條件及氧原子的 吸附（氧缺位）影響很大。
射頻電漿示意圖
濺射(RF sputtering)原理(2/2)
施加一高頻交流電壓，電極間的電子在高 頻切換下振盪來獲得進行各種電子撞擊所 產生的能量。當這些電子被加速時，與氣 體分子或者原子碰撞而產生激發或離子化， 而離子化的過程產生更多的離子和電子， 而產生的電子再經過電場加速，便有足夠 能量產生更多離子化的過程，如此稱為雪 崩反應，在低壓的環境下產生大量的離子 和電子，而形成電漿態。
的方式將鋁擴散入ZnO薄膜中，以期會降 低薄膜之電阻率，且穿透率會往短波長橫 移。
柏斯坦-摩斯(Burstein-Moss)效應示 意圖
濺鍍及蒸鍍製程(2/4)
在鍍膜完成後，由於ZnO材料是位於最上面一層， 在未熱處理前一樣為高阻值薄膜，但可比 較其穿透率，由於因為蒸鍍了鋁金屬，所以穿 透率下降許多，也因為交錯多層的因素，因而 干涉現象也亦明顯。
ZnO 晶體結構及特性(3/6)
氧化鋅的導電機制也是與ITO 相同，主要 是因為缺氧狀態，而產生氧缺位（oxygen vacancies）。這些氧缺位造成了類氫之施 體能階（hydrogen-like donor level），而對 於未摻雜的氧化鋅也有相似的受體能階。
ZnO 晶體結構及特性(4/6)