透明导电薄膜研究进展
掺铝氧化锌(ZAO)透明导电薄膜的研究进展
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De e o m e nd Pr g e s o a p r ntCo d c i g ZAO v lp nta o r s fTr ns a e n u tn Thi l s n Fim
W ANG nl ,XU Yi i ~ ng Xue i g q n ,XU n Ga g ,H E nh Xi ua
பைடு நூலகம்
化物薄膜(T ), I () 它具有 透光率高 、 电性好 、 导 硬度高等优 点 , 广 泛应用于不同的光电器件 中。但 由于钢为稀有元 素 , 自然界 在 中 存 少. 价格高 , 而且 I ( 应用 于太 阳能 电池中时在 等离子 T)
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透明导电薄膜的制备方法及性能研究
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透明导电薄膜的制备方法及性能研究引言透明导电薄膜作为一种具有重要应用前景的材料,在电子器件、光伏领域等方面具有广泛的应用。
因此,对透明导电薄膜的制备方法及性能进行研究具有重要意义。
本文将围绕透明导电薄膜的制备方法和性能进行详细探讨,旨在提供相关研究的最新进展和未来发展方向。
一、透明导电薄膜的制备方法1. 喷雾法喷雾法是制备透明导电薄膜的一种常用方法。
通过将导电材料以溶胶或乳液形式喷雾于基底表面,随后利用高温烧结、烘干或光照处理等方法制备薄膜。
这种方法具有操作简单、成本较低的优势,能够制备大面积的透明导电薄膜。
2. 溅射法溅射法是一种物理气相沉积技术,可通过在真空环境下将固态导电材料溅射于基底上制备薄膜。
该方法具有高控制性和高纯度的优点,能够制备出优异的透明导电薄膜。
然而,溅射法制备薄膜过程中的高温或离子轰击可能对基底材料造成损伤,需要进一步改进。
3. 热原子层沉积法热原子层沉积法是采用化学反应来制备透明导电薄膜的一种方法。
该方法利用原子层沉积技术,通过将导电材料的前体物质分子在基底上进行表面反应沉积,形成均匀的薄膜。
这种方法具有较高的晶格质量和较好的导电性能,并且对基底的伤害较小。
二、透明导电薄膜的性能研究1. 透明性能透明导电薄膜的透明性能是其重要的性能指标之一。
透明性能主要取决于薄膜的可见光透过率和红外透过率。
高透过率可以提高光伏器件的光电转换效率,因此,提高透明性能是制备高效透明导电薄膜的关键。
2. 导电性能透明导电薄膜的导电性能与其电阻率直接相关。
低电阻率意味着更好的导电性能。
导电性能的好坏取决于导电薄膜的化学成分、晶体结构以及杂质含量等因素。
提高导电性能可以使透明导电薄膜在电子器件等领域具有更广泛的应用。
3. 机械性能透明导电薄膜的机械性能直接影响其在实际应用中的稳定性和可靠性。
优异的机械性能可以提供薄膜的耐磨、耐划伤和抗拉伸等特性。
因此,针对透明导电薄膜的机械性能进行研究,对于材料的实际应用具有重要意义。
透明电子器件的研究进展与应用
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透明电子器件的研究进展与应用随着科技的飞速发展,透明电子器件已经成为一种备受瞩目的新型电子器件。
它不仅具备传统电子器件的功能,而且拥有透明、柔性等特点,可以广泛应用于智能手机、平板电脑、电视等电子产品中。
本文将介绍透明电子器件的研究进展和应用前景。
一、透明电子器件的研究进展透明电子器件的研究始于20世纪90年代初。
当时,人们利用透明导电膜和半导体材料制作了第一批透明显示屏。
但是由于制作工艺复杂、性能不稳定等问题,透明电子器件的研究一度陷入瓶颈。
随着科技的不断发展,透明电子器件的研究也得到了迅速发展。
目前,透明电子器件的研究重点主要集中在三个方面:1、透明导电材料目前常用的透明导电材料主要包括氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌等材料。
这些材料具有导电性好、透光性高、稳定性强等特点,是制作透明电子器件的理想材料。
2、透明半导体材料透明半导体材料是制作透明电子器件不可缺少的材料。
近年来,有机半导体材料和纳米晶体半导体材料得到了广泛应用。
有机半导体材料具有较高的透明性和柔性,可以在玻璃、塑料和纸张等基础材料上制作;而纳米晶体半导体材料具有优异的光电性能和稳定性,适用于制作高质量的发光材料。
3、透明电子器件制备技术透明电子器件的制备技术一直是研究热点。
目前,主要采用的制备技术包括化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射、溶液法等。
这些技术均有其优点和局限性,研究者还在不断探索新的方法和技术。
二、透明电子器件的应用前景透明电子器件作为一种新型电子器件,具备诸多优势,有着广泛的应用前景。
以下将介绍透明电子器件在几个领域中的应用前景。
1、透明柔性显示透明柔性显示是透明电子器件应用的主要领域之一。
它可以制作出可弯曲、可折叠的电子屏幕,智能手机、平板电脑等电子设备的屏幕都可以采用透明柔性显示技术,实现更加人性化的设计。
2、智能玻璃透明电子器件还可以应用于智能玻璃中。
智能玻璃是一种能够调节透明度的玻璃,控制电流可以使玻璃在透明和不透明之间切换。
透明导电薄膜材料的制备及其应用研究
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透明导电薄膜材料的制备及其应用研究透明导电薄膜材料是具有优异的透明性和导电性的材料,主要用于触摸屏、智能手机、液晶显示屏、太阳能电池等领域。
在近年来,随着新一代智能物联网和智能制造的发展,透明导电薄膜材料的应用需求不断增加,迫切需要开展相关研究。
本文旨在介绍透明导电薄膜材料的制备及其应用研究最新进展。
一、透明导电薄膜材料的制备方法目前,透明导电薄膜材料的制备主要有四种方法,分别为物理方法、化学方法、生物法以及复合方法。
1. 物理方法物理方法是通过物理作用从材料中去除杂质、提高电子迁移速率等方式来制备透明导电薄膜材料,主要包括蒸发法、溅射法、离子束法等。
其中,蒸发法是以高温下将材料加热至蒸发状态,通过气相沉积的方式进行材料沉积;溅射法是利用惰性气体离子轰击靶材,使靶材表面产生材料离子,然后通过扩散源向基底材料进行沉积;离子束法则是利用离子束束流轰击材料表面,使表面发生置换反应,从而形成透明导电薄膜。
2. 化学方法化学方法是通过化学反应从溶液中控制自组装,形成透明导电薄膜材料,主要包括溶剂热法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中,溶剂热法利用溶剂在高温或高压下的变化,形成自组装现象,从而得到透明导电薄膜。
水热法则是通过溶剂中的水形成水合物,进行自组装,从而形成透明导电薄膜。
溶胶-凝胶法则是通过在溶胶体系中形成凝胶粒子,进行自组装,形成透明导电薄膜。
3. 生物法生物法是通过生物技术手段制备透明导电薄膜,主要包括生物小分子材料、生物体内外骨架、生物合成纳米材料等。
其中,生物小分子材料是自然生物体中能够随机配位,形成透明导电材料的小分子材料;生物体内外骨架是基于蛋白质、细胞等形成的骨架结构进行制备;生物合成纳米材料则是采用生物合成方法得到的纳米材料,具有生物特性与透明导电材料性质相结合的优点。
4. 复合方法复合方法是将两种或以上的材料通过物理或化学反应结合,形成透明导电薄膜材料,主要包括汽相沉积-电沉积、共沉淀-电沉积、化学气相沉积-氟离子注入等。
柔性透明导电薄膜的制备与性能研究
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柔性透明导电薄膜的制备与性能研究柔性透明导电薄膜是一种具有很高应用潜力的新材料,广泛用于柔性电子、光电器件等领域。
本文将就柔性透明导电薄膜的制备方法以及性能研究展开探讨。
一、制备方法1. 溶液法制备溶液法制备柔性透明导电薄膜是一种常见的方法。
首先,将导电材料粉末与溶剂充分混合,得到均匀的导电材料溶液。
然后,通过旋涂、喷涂等方法将溶液涂覆在基底上,并经过烘干、退火等处理,最终制得柔性透明导电薄膜。
2. 蒸发法制备蒸发法制备柔性透明导电薄膜是一种常用的方法。
该方法通过控制蒸发温度和蒸发速率,使导电材料蒸发沉积在基底上,形成薄膜。
该方法具有成本低、易于控制薄膜厚度和均匀性等优点。
3. 等离子体增强化学气相沉积法制备等离子体增强化学气相沉积法是一种高效制备柔性透明导电薄膜的方法。
通过高能电子束或等离子体诱导化学反应,将导电材料气溶胶沉积在基底上,并经过后续处理得到柔性透明导电薄膜。
该方法具有较高的沉积速率和薄膜均匀性。
二、性能研究1. 透明度柔性透明导电薄膜的透明度是评价其性能的重要指标之一。
透明度高意味着薄膜能够有效透过光线,适用于透明电子器件等领域。
因此,在制备过程中,需要选择适当的导电材料和优化工艺,以提高薄膜的透明度。
2. 导电性能导电性能是评价柔性透明导电薄膜的关键指标之一。
导电薄膜要具有低电阻率、低片内电阻和稳定的导电性能。
常用的评价指标包括薄膜的电阻率、载流子迁移率等。
研究人员通过改变导电材料的配比、优化制备工艺等方式来提高薄膜的导电性能。
3. 机械强度由于柔性导电薄膜常应用于弯曲、拉伸等特殊环境中,因此其机械强度是一个重要的研究方向。
通过选择适当的基底材料、调整导电材料的厚度等,可以提高薄膜的机械强度,使其能够承受一定的拉伸和弯曲等应力。
4. 热稳定性柔性透明导电薄膜在加热过程中可能会发生结构变化,导致性能下降。
因此,研究薄膜的热稳定性是很重要的。
研究人员在制备过程中引入交联剂、增加退火工艺等方式,提高薄膜的热稳定性。
ITO薄膜研究现状及应用2
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ITO薄膜研究现状及应用2ITO薄膜研究现状及应用2ITO薄膜是由铟和锡的氧化物组成的透明导电薄膜。
它具有优异的透光性和导电性能,是一种重要的功能性材料。
目前,ITO薄膜研究已经取得了一些重要的进展,并在多个领域得到了广泛应用。
本文将介绍ITO薄膜的研究现状和应用,并对未来的发展进行展望。
首先,ITO薄膜的制备方法有多种,其中最常用的是物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。
PVD方法包括蒸发、溅射和激光烧蚀等,适用于小面积的薄膜制备。
CVD方法则可以制备大面积、均匀性好的薄膜。
此外,还有溶液法和离子束辅助沉积等方法,可以制备高质量的ITO薄膜。
然后,ITO薄膜在光电子器件领域有广泛应用。
例如,它可以用于液晶显示器的导电电极,提供稳定的电流输出和高透光性。
此外,ITO薄膜还可用于有机太阳能电池和有机发光二极管等器件中,提高其性能和效率。
另外,ITO薄膜还可以用作光学薄膜,用于太阳能电池中的抗反射层和导电镜片等。
此外,ITO薄膜在传感器领域也有重要应用。
例如,它可以用于气体传感器,通过测量气体的电导率变化来检测特定气体的存在。
此外,ITO薄膜还可以用于压力传感器和湿度传感器等。
此外,ITO薄膜还可以用于触摸屏和柔性电子器件等领域,提供灵敏的触控和柔性的制备。
此外,ITO薄膜还在其他领域得到了广泛应用。
例如,在生物医学领域,ITO薄膜可以用于电刺激和电生理记录等应用。
此外,它还可以用于防静电涂层和EMI屏蔽等领域,提供静电和电磁屏蔽的功能。
虽然ITO薄膜在多个领域得到了广泛应用,但也存在一些问题和挑战。
首先,ITO薄膜的高成本限制了其在一些领域的应用。
其次,ITO薄膜还存在着导电性不稳定和薄膜厚度不均匀等问题。
此外,ITO薄膜的氧化镉含量较高,可能对环境和人体健康造成潜在风险。
为了解决这些问题,研究人员正在积极开展工作。
例如,他们正在寻求替代ITO薄膜的导电材料,如铝锌锡氧化物(AZO)和氧化铟锡锗(IGZO)等。
透明导电薄膜材料的制备及其性能研究
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透明导电薄膜材料的制备及其性能研究近年来,随着电子工业的不断发展,透明导电薄膜材料在各种电子器件中扮演着越来越重要的角色。
透明导电薄膜材料具有良好的导电性和透明性,可以应用于太阳能电池板、液晶显示器、触摸屏、电热器、电器剪、电子纸、智能玻璃等多个领域。
本文将介绍透明导电薄膜材料的制备方法和性能研究进展。
一、透明导电薄膜材料的制备方法1. 溅射法溅射法是制备透明导电薄膜的主要方法之一。
该方法的原理是将两种或多种金属制成薄膜,使它们在热点上扰动或冲击,使金属离子得到激发,进而形成等离子体。
随着副反应的发生,等离子体离子可以被加速至高速,直到它们撞击底部的晶体衬底。
这样,金属薄膜就被沉积在衬底上,并形成透明导电薄膜。
溅射法制备的透明导电薄膜具有良好的光学性能和电学性能,但成本较高。
因此,目前工业上生产透明导电膜的主要方法还是化学气相沉积法和溶液法。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法(CVD)是利用气相反应制备薄膜的一种方法。
它基于气态前体在固体表面发生化学反应的原理制备薄膜。
通过CVD方法制备透明导电薄膜可以在常温下进行,并且可以制备大面积的薄膜。
但CVD方法也有一些局限性,如在反应过程中如果选择不适当的前体,可能会导致副产物的生成,影响薄膜的生长质量,同时CVD方法的成本也较高。
3. 溶液法溶液法是一种利用透明导电涂料来制备透明导电薄膜的方法。
透明导电涂料是由透明导电材料和粘结剂等成分组成的溶液。
通过涂覆透明导电涂料到基板上,然后在一定的条件下制备透明导电薄膜。
该方法制备透明导电薄膜的过程简单易行,成本较低,是目前应用最广泛的制备透明导电薄膜的方法。
但是由于涂料的制备过程和涂覆的条件会对薄膜的质量产生影响,所以目前该方法的应用仍存在一定的局限性。
二、透明导电薄膜的性能研究进展1. 电学性能透明导电薄膜材料的电学性能是制备透明导电薄膜时需要考虑的最重要因素之一。
常用的评价指标包括电阻率和透过率等。
为了提高透明导电薄膜的电阻率,研究者通常采用掺杂法和合金化等方法来改善电学性能。
ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展
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ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展ITO(Indium Tin Oxide)透明导电薄膜是一种具有高透明性和导电性能的功能材料,广泛应用于平板显示器、太阳能电池、触摸屏等领域。
本文将从方法和研究进展两个方面介绍ITO透明导电薄膜的制备方法及其研究进展。
首先,ITO透明导电薄膜的制备方法主要包括物理蒸发法、溅射法、溶胶凝胶法、电化学法等。
物理蒸发法是将ITO材料以高温蒸发形成薄膜,常用的物理蒸发方式有电子束蒸发、溅射蒸发等。
优点是制备的薄膜具有较高的导电性能和传输率,但其成本较高,且设备复杂。
溅射法是最常用的ITO透明导电薄膜制备方法,利用高能量的离子轰击靶材,将靶材粒子气化并沉积在基底上形成薄膜。
溅射法制备的ITO薄膜具有良好的光电性能和机械稳定性,适用于大面积薄膜的制备。
溶胶凝胶法是将金属盐溶液加入胶体溶剂中,通过溶胶的胶凝和固化过程形成ITO薄膜。
溶胶凝胶法具有简单、可控性强等优点,适用于大面积薄膜的制备。
然而,溶胶凝胶法制备的ITO薄膜在导电性能和透明性方面相对较差。
电化学法是将ITO前驱体溶液通过电解沉积的方式制备薄膜。
电化学法制备的ITO薄膜具有均匀性好、成本低等优点,但其导电性能和机械性能仍需进一步提高。
目前,有许多研究注重改善ITO薄膜的导电性能和光学透明性。
一方面,研究人员通过掺杂、纳米颗粒掺杂、多层薄膜等手段提高ITO薄膜的导电性能。
例如,掺杂氮使得ITO薄膜的电导率提高了许多倍。
另外,通过掺杂稀土元素或金属纳米颗粒,可以进一步改善薄膜的导电性能。
另一方面,人们还在研究如何提高ITO薄膜的透明性。
一种方法是通过控制薄膜的厚度和晶粒的尺寸来改善光学透明性。
研究表明,薄膜的晶粒尺寸减小可以有效减少散射光,从而提高薄膜的透明性。
除此之外,还有一些研究关注ITO薄膜的机械性能和稳定性。
例如,研究人员通过控制薄膜表面的形貌和厚度来提高其抗刮擦性能和耐久性。
另外,利用纳米材料改善薄膜的耐氧化性也是一个研究热点。
透明导电薄膜最新进展
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透明导电薄膜最新进展透明导电薄膜最新进展透明导电薄膜是一种具有广泛应用前景的材料,它可以在保持透明度的同时,具备良好的导电性能。
近年来,透明导电薄膜领域取得了一系列令人瞩目的进展,为其在电子设备、光电器件、触摸屏、太阳能电池等领域的应用打开了新的可能性。
首先,新型透明导电薄膜材料的研究取得了重要突破。
过去常用的透明导电薄膜材料如氧化锡、氧化铟锡等具有一定的导电性能,但其透明度较低,限制了它们在高端领域的应用。
近年来,研究人员开发出了许多新型材料,如氧化铟锌、氧化铟锌锡等,这些材料在保持较高透明度的同时,具备优异的导电性能,为透明导电薄膜的应用提供了更多选择。
其次,透明导电薄膜的制备技术也得到了显著改进。
传统的制备方法如物理气相沉积、溅射法等存在成本高、生产效率低的问题,限制了透明导电薄膜的大规模应用。
近年来,研究人员开发出了一系列新的制备技术,如溶液法、喷雾法、激光印刷等,这些技术具有低成本、高效率的特点,能够大规模制备高质量的透明导电薄膜,进一步推动了其应用的发展。
此外,透明导电薄膜在电子设备领域的应用也有了长足的进展。
触摸屏、柔性显示器、有机发光二极管等设备对高透明度和良好导电性能的要求很高,透明导电薄膜的出现满足了这些需求。
同时,透明导电薄膜还被应用于太阳能电池领域,用于提高电池的光吸收效率和电子传输能力,进一步提高太阳能电池的转换效率。
综上所述,透明导电薄膜的最新进展为其在电子设备、光电器件、太阳能电池等领域的应用提供了更多可能性。
随着材料研究、制备技术的不断发展,透明导电薄膜有望在更多领域展现出其巨大的潜力。
相信未来会有更多创新的突破,推动透明导电薄膜的应用进一步发展。
《2024年ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究》范文
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《ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究》篇一摘要:本文着重探讨了ITO(氧化铟锡)透明导电薄膜的湿法刻蚀技术及其对光电特性的影响。
通过实验研究,分析了刻蚀液组成、刻蚀时间、刻蚀温度等参数对ITO薄膜刻蚀效果的影响,并进一步探讨了刻蚀后薄膜的光电性能变化。
一、引言ITO透明导电薄膜因其优异的导电性和可见光透过性,在触摸屏、液晶显示、光电器件等领域有着广泛的应用。
然而,为了满足不同器件的特定需求,常需要对ITO薄膜进行精确的图形化加工。
湿法刻蚀技术因其操作简便、成本低廉等特点,成为ITO 薄膜加工的一种重要方法。
本文将详细研究ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀工艺及其对光电特性的影响。
二、ITO透明导电薄膜概述ITO薄膜是一种以氧化铟(In2O3)为主要成分,掺杂锡(Sn)的透明导电材料。
其具有高导电性、高可见光透过率及良好的加工性能等特点,广泛应用于光电器件的制造中。
三、湿法刻蚀工艺研究1. 刻蚀液的选择与配制:选择合适的刻蚀液是湿法刻蚀的关键。
常用的刻蚀液包括酸性和碱性溶液。
本文通过实验,探讨了不同浓度和组成的刻蚀液对ITO薄膜刻蚀效果的影响。
2. 刻蚀参数的研究:实验研究了刻蚀时间、刻蚀温度等参数对ITO薄膜刻蚀效果的影响。
通过控制这些参数,可以实现对ITO薄膜的精确图形化加工。
3. 刻蚀工艺的优化:通过实验数据的分析,优化了刻蚀工艺流程,提高了刻蚀效率和刻蚀精度。
四、光电特性研究1. 光学特性:研究了湿法刻蚀后ITO薄膜的可见光透过率变化。
实验发现,合理的湿法刻蚀工艺能保持ITO薄膜的高可见光透过率。
2. 电学特性:通过测量薄膜的电阻率,研究了湿法刻蚀对ITO薄膜电导率的影响。
实验结果表明,适度的湿法刻蚀可以减小ITO薄膜的电阻,提高其导电性能。
3. 表面形貌分析:利用扫描电子显微镜(SEM)对湿法刻蚀后的ITO薄膜表面形貌进行了观察,分析了刻蚀过程中薄膜表面的变化。
五、结论本文通过实验研究,探讨了ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀工艺及其对光电特性的影响。
透明导电薄膜技术的研究进展
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透明导电薄膜技术的研究进展透明导电薄膜是一种功能性材料,具有透明、导电等特性,广泛应用于电子信息、能源、光电等领域。
随着技术的不断进步,透明导电薄膜的研究也越来越深入,不断推动着相关领域的发展。
一、传统透明导电薄膜技术传统的透明导电薄膜技术主要包括ITO薄膜、ITO替代材料以及微纳技术制备透明导电薄膜等。
ITO薄膜是一种广泛使用的透明导电薄膜材料,具有优异的电学性能及光学性能,但是存在价格昂贵、稀有性元素,且易碎易氧化等缺陷。
因此,人们发展了多种替代ITO的透明导电薄膜材料,如氧化锌、氧化铟、氧化镓等,这些材料的价格相对较低,但是仍存在一些缺陷,如电学性能不佳、制备条件苛刻等。
微纳技术制备透明导电薄膜则是利用半导体工艺制造技术,在材料表面构筑纳米级微结构来实现透明导电薄膜。
该技术具有制备工艺简单、制备周期短、制备成本低等优点,但是材料的稳定性和成膜性等仍存在问题。
二、新型透明导电薄膜技术的研究随着电子信息及新能源等领域的发展,对透明导电薄膜的需求越来越高,因此人们在传统技术的基础上,继续进行深入的研究,提出了一些新型的透明导电薄膜技术。
1.有机导电薄膜有机导电薄膜是近年来新兴的材料,具有低成本、易加工等优点,而且能够通过化学方法来调控材料性能。
有机导电薄膜的导电性能取决于材料内部的共轭结构和电子云的重叠程度。
目前,有机透明导电薄膜已经广泛应用于OLED、OPV、OTFT等领域。
2.稳定的金属网格透明导电薄膜金属网格透明导电薄膜使用金属线形成微小的网格结构,以实现透明导电薄膜。
与传统透明导电薄膜相比,金属网格透明导电薄膜具有高导电性、低透射率损失等优点,而且材料稳定性和成膜性较高,应用潜力巨大。
3.氧化物导电薄膜除了传统的ITO薄膜和其它替代材料,近年来人们开始研究新型氧化物导电薄膜的制备。
氧化物导电薄膜一般是通过物理蒸发、溅射等方法制备而成,具有优异的导电性能、光学透射率等。
三、透明导电薄膜技术的应用透明导电薄膜技术的应用非常广泛,主要应用于以下几个领域:1.触摸屏和数字显示器件透明导电薄膜广泛应用于触摸屏和数字显示器件上,为人们提供了更加方便、实用的交互方式,并且取代了传统的机械按键。
透明导电ZnO_In薄膜光电性能的研究进展

2. 1. 2
溶胶 凝胶法 ( Sol gel)
溶胶 凝胶法是一种高效的制膜技术, 一般以醋酸锌为原 料 , 在较低的温度下, 把锌的化合物以液相沉积出来, 直接制 成涂层, 并退火得到多晶结构。溶胶 凝胶法成膜均匀性好, 对衬底的附着力强, 可精确控制掺杂水平 , 设备简单, 制备成 本低, 适用于批量生产。 图 2 ZnO 的能带结构 Fig. 2 Band structure of ZnO[24]
0
引言
透明导电 ZnO 薄膜是一种新型的 族宽禁带半导体
电机制和提高光电性能的途径进行了简要讨论。
1
ZnO 的结构与特点
纤锌矿的 ZnO 属六角晶系, 其空间群为 P63 m c[ 23] , 结构
氧化物材料 , 具有可见光范围透过率高和电阻率低的特点 , 在太阳能电池、 平板显示、 特殊功能材料以及智能窗口材料 领域具有广阔的应用前景[ 1- 10] 。与现在广泛应用的透明导 电材料 IT O( In2 O 3 Sn) 相比 , ZnO 中的 Zn 在地壳中含量丰 富 , 价格便宜, 无毒 , 并且 ZnO 薄膜的制备工艺简单, 能有效 地降低成本。未掺杂的 ZnO 由于电阻率高、 不稳定等缺点而 未得到广泛应用。通常采用 B、 Al 、 Ga、 In 等 A 族元素对 ZnO 进行掺杂以提高其导电性和热稳定性 。掺杂的效 果取决于元素的电负性以及其离子半径与 Zn 离子半径差别 的大小 。与 B 、 Al 、 Ga 相比, In 的离子半径与 Zn 的更加接近 [ 9] , 这样 In 掺入后所导致的晶格畸变就比较小 ; 同时, In 具有较大的电负性 , 不如 A l、 Ga、 Zn 活泼 , 不易形成 氧化物 , 更有利于 In 以替位的形式存在于晶格中 , 提高薄膜 的导电性[ 11] 。 本文从晶体结构和能带结构出发, 综述了近年来 In 掺 杂 ZnO( ZnO In) 薄膜光电性能的研发概况, 并对其透明导
石墨烯透明导电薄膜的研究进展
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石墨烯透明导电薄膜的研究进展随着科学技术的不断进步和发展,以石墨烯为基础研究开发的各种二维碳材料在推动人类社会的过程中起着越来越重要的作用,其中石墨烯透明导电薄膜的进展更是日新月异。
本文以石墨烯的发展历程为研究出发点,从力学强度、透光性以及化学稳定性等几个方面讨论以石墨烯为原料制备的透明导电薄膜的优点,然后分别从石墨烯透明导电薄膜的前驱体和制备方法等角度归纳总结了最近几年石墨烯透明导电导电薄膜的研究进展,就目前所面临的问题进行了讨论,并展望了石墨烯透明导电薄膜的应用前景与发展趋势。
关键词:石墨烯,导电薄膜,前驱体,制备方法,研究进展一绪论-石墨烯和透明导电薄膜的发展及研究背景1.1石墨烯的发展历程碳元素是自然界存在最为广泛的元素之一,因其独特的原子结构而形成了多种同素异形体,有sp3杂化,sp2杂化,sp杂化,sp3/sp2杂化混合等多种形式,石墨烯是sp2杂化的一种[1],科学研究正是从杂化轨道理论和电子能带结构的探究开启石墨烯时代的到来。
石墨烯的理论研究始于半个多世纪前,当时主要是为碳纳米管和富勒烯等结构构建模型。
根据热力学统计物理的热力学涨落,二维晶体在有限的温度下是无法单独存在的,所以在很长的一段时间内,石墨烯一直被认为是一种假设性结构,无法在现实中单独稳定存在。
直到2004年,英国曼彻斯特大学的两位物理学家安德烈·海姆(Andre Geim,荷兰籍)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov俄罗斯和英国籍),成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,由此证实并宣告它可以单独存在。
自从第一次成功制备稳定存在的单层石墨烯至今,石墨烯已经成为材料界一颗炙手可热的新星,众多科学家对其各个方面进行研究[2]。
作为一种独特的二维晶体,石墨烯有着非常独特的性能:超大的比表面积,理论值为2630m2/g;力学性能优异,杨氏模量达1.0TPa[3];热导率为5300W/(m·K)[4],是室温下纯金刚石的3倍;几乎完全透明,对光只有2.3%的吸收[5,6];同时,在电和磁性能方面也具有很多奇特的性质。
透明导电薄膜技术的研究现状和前景
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透明导电薄膜技术的研究现状和前景近年来,随着电子信息技术的飞速发展,透明导电薄膜技术也越来越受到人们的关注。
在众多应用领域中,透明导电薄膜技术已经开始发挥重要作用,例如光电显示器、太阳能电池等领域,同时也在新型触摸屏、智能玻璃、柔性电子器件等领域崭露头角。
因此,透明导电薄膜技术在未来的发展前景非常广阔。
透明导电薄膜技术最初应用于光电显示器。
当今市面上的手机、平板电脑等电子产品大多采用液晶显示器,其中液晶分子的转换需要靠透光电极产生电场来实现。
普通的金属电极不透明,因此,需要透明导电薄膜作为电极。
由于其高透明度、高导电性和优良的光学性能,透明导电薄膜被广泛应用于各大品牌的手机屏幕中,有力地支撑了微型显示技术的发展。
此外,透明导电薄膜技术在太阳能电池板领域也发挥着重要作用。
太阳能光伏板可将太阳能转化为电能,透明导电薄膜在太阳能电池板上起到了“桥梁”的作用,帮助电子转移,提高光电转换效率。
通过将透明导电薄膜应用于太阳能电池板制造过程中,太阳能电池板的效率得到了大幅提高,同时,由于其优秀的透明度,太阳能电池板可弥补传统太阳能电池板样式的视觉影响,应用范围被进一步扩大。
随着科技的不断发展,透明导电薄膜技术的应用领域也越来越广泛。
在新型触摸屏设备中,透明导电薄膜已经成为必不可少的材料。
如今市面上普遍的电容式触摸屏,采用的就是透明导电薄膜作为触摸感应的传导层,通过手指的接触,电流可以快速地传导到感应电路中,成为现代人日常生活中不可或缺的电子设备之一。
透明导电薄膜技术在智能玻璃产品中的应用也得到了广泛关注。
目前在汽车行业的应用已经实现,许多新车采用了智能镜子作为后视镜,由于是透明的,能够提高驾驶员的视野。
此外,透明导电薄膜还可以用于电磁波屏蔽,并且与多种聚合物材料混合可以形成柔性导电材料,为柔性电子器件的发展提供了新的思路。
虽然透明导电薄膜技术已经应用于多个领域,但其在未来的发展前景也依旧十分广阔。
随着新的科技不断涌现,透明导电薄膜技术还有许多应用的潜力有待挖掘。
透明导电薄膜的制备方法及性能研究
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透明导电薄膜的制备方法及性能研究透明导电薄膜是一种具有高透明度和导电性能的材料,广泛应用于电子显示器、太阳能电池和触摸屏等领域。
本文将介绍透明导电薄膜的制备方法及其性能研究进展。
一、化学合成法化学合成法是一种常用的制备透明导电薄膜的方法。
通过溶胶-凝胶法、电化学沉积法等技术可以制备出高质量的透明导电薄膜。
以溶胶-凝胶法为例,首先将适量的导电材料(如氧化锌、氧化铟锡等)与有机聚合物(如聚乙烯醇)溶解在有机溶剂中形成溶胶,然后通过旋涂、喷涂等方法将溶胶均匀涂覆在基材上,再通过热处理或紫外辐射交联使溶胶形成透明导电薄膜。
这种方法制备的透明导电薄膜具有优良的导电性能和透明度。
二、蒸镀法蒸镀法是一种传统的制备透明导电薄膜的方法。
该方法通过真空蒸发技术或磁控溅射技术在基材表面沉积金属或合金材料薄膜,形成具有导电性的透明膜层。
以氧化锌薄膜为例,通过真空蒸发技术可以得到高质量的透明导电薄膜。
然而,蒸镀法制备的透明导电薄膜存在薄膜粘附性较差、生长速率慢以及材料利用率低等问题。
三、柔性基材的应用在透明导电薄膜的制备中,柔性基材的应用具有重要意义。
传统的透明导电薄膜多采用玻璃等刚性材料作为基材,但刚性基材存在脆性和重量大的问题,不适用于柔性显示器等需要弯曲的电子器件。
因此,研究人员开始探索采用柔性基材制备透明导电薄膜。
例如,将透明导电薄膜沉积在聚合物薄膜上,可以得到柔性透明导电薄膜。
这种薄膜具有良好的柔韧性和可拉伸性,适用于弯曲形状的电子器件。
四、性能研究进展透明导电薄膜的性能研究主要涉及导电性能和光学性能两个方面。
导电性能是透明导电薄膜最重要的性能指标之一。
研究人员通过电阻率测试、霍尔效应等方法来评价透明导电薄膜的导电性能。
光学性能主要包括可见光透射率和反射率。
研究人员通过紫外-可见光光谱仪等设备来测量透明导电薄膜在可见光波段的透过率和反射率。
同时,还可以通过扫描电子显微镜、原子力显微镜等设备来观察透明导电薄膜的表面形貌和微观结构。
ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展
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ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展ITO(Indium Tin Oxide)透明导电薄膜是一种广泛应用于光电器件、显示器件和太阳能电池等领域的材料。
其具有高透明度、低电阻率和良好的化学稳定性等优点,因此在光电子领域有着广泛的应用。
本文将介绍ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展。
目前,ITO透明导电薄膜的制备方法主要包括物理气相沉积法、溅射法和化学沉积法等。
物理气相沉积法是一种常用的制备ITO薄膜的方法。
该方法通过将金属铟和锡置于高温环境中,使其蒸发并与氧气反应生成ITO薄膜。
该方法制备的ITO薄膜具有高导电性和良好的光学透明性,但需要高温环境,且设备复杂,工艺较为复杂。
溅射法是一种常用的制备ITO薄膜的方法。
该方法通过在反应室中施加高电压,使金属铟和锡通过溅射的方式沉积在基底上,并与氧气反应生成ITO薄膜。
该方法制备的ITO薄膜具有较高的导电性和较好的光学透明性,且工艺相对简单,适用于大面积的制备。
化学沉积法是一种低温制备ITO薄膜的方法。
该方法通过将金属铟和锡的化合物溶液沉积在基底上,并经过热处理使其转化为ITO薄膜。
该方法制备的ITO薄膜具有较高的导电性和较好的光学透明性,且适用于各种基底材料,具有较大的潜力。
除了以上方法,还有一些新的制备ITO薄膜的方法正在研究中,如溶胶-凝胶法、电化学法和磁控溅射法等。
这些方法具有制备工艺简单、成本低廉和适用于大面积制备等优点,但仍需进一步研究和改进。
近年来,研究人员对ITO透明导电薄膜进行了许多研究,主要集中在提高其电学性能、光学性能和稳定性等方面。
一方面,研究人员通过调节制备条件、添加掺杂剂和优化薄膜结构等方法,提高了ITO薄膜的导电性能和光学透明性。
另一方面,研究人员也致力于开发替代ITO薄膜的材料,如氧化锌、氮化铟锌和导电高分子等,以解决ITO薄膜在柔性器件中的应用问题。
总之,ITO透明导电薄膜具有广泛的应用前景,其制备方法和研究进展正在不断地发展和完善。
透明导电薄膜的研究现状及应用
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透明导电薄膜的研究现状及应用摘要:综述了当前透明导电薄膜的最新研究和应用状况,重点讨论了ITO膜的光电性能和当前的研究焦点。
指出了目前需要进一步从材料选择、工艺参数制定、多层膜光学设计等方面来提高透明导电膜的综合性能,使其可见光平均透光率达到92%以上,从而满足高尖端技术的需要。
关键词:透明导电,薄膜,平均透光率,ITO,电导率透明导电薄膜的种类有很多,但氧化物膜占主导地位(例如ITO和AZO膜)。
氧化铟锡(IndiumTinOxide简称为ITO)薄膜、氧化锌铝(Al-dopedZnO,简称AZO)膜都是重掺杂、高简并n型半导体。
就电学和光学性能而言,它是具有实际应用价值的透明导电薄膜。
金属氧化物透明导电薄膜(TCO:TransparentandConductiveOxide的缩写)的研究比较早,Bakdeker于1907年第一个报道了CdO透明导电薄膜。
从此人们就对透明导电薄膜产生了浓厚的兴趣,因为从物理学角度看,透明导电薄膜把物质的透明性和导电性这一矛盾两面统一起来了。
1950年前后出现了硬度高、化学稳定的SnO2基和综合光电性能优良的In2O3基薄膜,并制备出最早有应用价值的透明导电膜NESA(商品名)-SnO2薄膜。
ZnO基薄膜在20世纪80年代开始研究得火热。
TCO薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶;晶粒取向单一,目前研究较多的是ITO、FTO(Sn2O:F)。
1985年,TakeaOjioSizoMiyata首次用汽相聚合方法合成了导电的PPY-PVA复合膜,从而开创了导电高分子的光电领域,更重要的是他们使透明导电膜由传统的无机材料向加工性能较好的有机材料方面发展。
透明导电膜以其接近金属的导电率、可见光范围内的高透射比、红外高反射比以及其半导体特性,广泛地应用于太阳能电池、显示器、气敏元件、抗静电涂层以及半导体/绝缘体/半导体(SIS)异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等。
由于ITO薄膜材料具有优异的光电特性,因而近年来得以迅速发展,特别是在薄膜晶体管(TFT)制造、平板液晶显示(LCD)、太阳电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用,形成一定市场规模。
ZnO基透明导电薄膜的研究应用进展
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ZnO基透明导电薄膜的研究应用进展【摘要】本文概述了ZnO基透明导电薄膜在硅基薄膜太阳电池中的应用前景及其最新研究进展。
介绍了利用透明导电薄膜绒面结构提高薄膜太阳电池效率的方法,并对绒面ZnO基透明导电薄膜的制备方法和研究进展做了详细的阐述,重点讨论了近期关于制备工艺和薄膜绒面结构、电学及光学特性关系的研究结果。
【关键词】ZnO;透明导电薄膜;薄膜太阳电池随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加,以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗,能源危机成为世界各国共同面临的课题。
近年来,随着材料制备技术的进步,太阳能电池中的硅基薄膜太阳电池具有低成本优势,成为可再生能源的重要发展方向[1],其市场份额不断提高。
透明导电薄膜是硅基薄膜太阳电池中不可缺少的部件之一。
目前太阳电池中常用的透明导电薄膜有掺氟的二氧化锡(FTO)薄膜、掺锡的氧化铟锡(ITO)薄膜、掺铝氧化锌(AZO)和掺硼氧化锌(BZO)薄膜等。
目前,ITO薄膜是应用最为广泛的透明导电薄膜,但近年来ZnO薄膜在太阳能薄膜电池中的应用越来越广泛,并有替代ITO薄膜的趋势。
这是因为:①铟有剧毒且非常稀有昂贵,而锌则没有这些缺点,ZnO基透明导电薄膜具有低毒和在所有现有透明导电薄膜中最为廉价的优点;②在硅基薄膜太阳电池的制备过程中,透明导电薄膜必须要浸入富氢等离子体环境,ZnO 基透明导电膜相比ITO膜不容易受氢等离子体的还原作用;③ZnO基透明导电膜比ITO膜易于刻蚀[2],因此更易形成提高薄膜太阳电池效率所需的绒面结构。
基于ZnO基透明导电薄膜的上述众多优点以及薄膜太阳能电池工业对透明导电薄膜品质的要求提高和需求增加,ZnO基薄膜近年来吸引了众多科研人员的兴趣。
本文就ZnO基薄膜在薄膜太阳能电池中的应用、制备方法及特性研究方面做一综述。
1 透明导电薄膜的绒面结构及其作用硅基太阳能电池的一个重要优点是硅的带隙较小,常用的氢化非晶硅(a-Si:H)太阳电池的带隙约为1.8 eV,氢化微晶硅(μc-Si:H)太阳电池的带隙约为1.1 eV。
《ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究》范文
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《ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究》篇一摘要:本文针对ITO(氧化铟锡)透明导电薄膜的湿法刻蚀技术及其光电特性进行了深入研究。
通过实验分析,探讨了湿法刻蚀过程中不同工艺参数对ITO薄膜刻蚀效果的影响,并对其光电特性进行了详细分析。
本文旨在为ITO薄膜的制备工艺及光电应用提供理论依据和实验支持。
一、引言ITO透明导电薄膜因其良好的导电性、光学透明性及化学稳定性,在触摸屏、液晶显示、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
然而,ITO薄膜的制备过程中,如何精确控制其尺寸、形状以及电学性能是一个关键的技术难题。
其中,湿法刻蚀技术作为一种有效的制备方法,正受到越来越多研究者的关注。
本文将对ITO 透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性进行详细研究。
二、ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀1. 刻蚀原理ITO薄膜的湿法刻蚀主要是利用化学溶液与ITO薄膜发生化学反应,从而实现对薄膜的选择性去除。
刻蚀液中通常含有对ITO具有选择腐蚀性的化学物质,如酸性溶液中的硝酸或醋酸等。
在适当的温度和时间内,这些化学物质与ITO发生反应,使得薄膜被逐渐腐蚀,从而达到刻蚀的目的。
2. 刻蚀工艺参数湿法刻蚀过程中,工艺参数对刻蚀效果具有重要影响。
本文通过实验研究了刻蚀液浓度、温度、时间等因素对ITO薄膜刻蚀效果的影响。
实验结果表明,适当的提高刻蚀液浓度、温度以及延长刻蚀时间,可以有效地提高ITO薄膜的刻蚀速率和精度。
然而,过高的工艺参数可能导致薄膜过度腐蚀,影响其电学性能和光学性能。
三、ITO透明导电薄膜的光电特性研究1. 光学性能ITO薄膜具有较高的光学透明性,其对可见光的透过率达到80%《ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究》篇二一、引言随着科技的发展,透明导电材料在众多领域得到了广泛应用,其中,ITO(氧化铟锡)薄膜以其出色的光学性能和电学性能成为了研究的热点。
ITO薄膜的制备工艺和性能优化一直是科研人员关注的重点。
本文将重点探讨ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀技术及其光电特性的研究进展。
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氧化锌基透明导电薄膜研究汇报人:卢龙飞导师:齐暑华学号:2014201921摘要:本文简要介绍了氧化锌基导电薄膜的基本特征、发展近况,并对其前景进行了展望。
关键词:氧化锌导电薄膜参杂Progess in research of ZnO based transparentconductinve filmsAbstract:Basic traits and latest development of ZnO based conductive thin films are introduced in this paper,and the prospect of ZnO conductive films was also forecased.Keywords:ZnO conductive thin films doping0.引言透明导电氧化物薄膜(transparent conductive oxide films)[1-3],简称TCO,由于本身的透明性和导电性,迅速发展成为重要的功能薄膜材料,在透明电极(太阳能电池、显示器、发光二极管LED、触摸屏等)、面发热膜(除霜玻璃)、红外反射族(汽车贴膜、建筑窗坡璃)、防静电膜、电磁屏蔽膜、电致变色密、气敏传感器、高密度存储、低波长激光器、光纤通信等领域得到广泛的应用透明导电材料是一类对可见光具有高透光率,同时又具有高导电率的特殊材料由于其特有的光电性能,透明导电材料在电子信息技术光电技术新能源技术以及国防技术中具有广泛的应用[4-7]。
自20世纪80年代以来,人们开始关注Zn O薄膜。
相比氧化铟锡(ITO)而言,ZnO具有原材料廉价无毒沉积温度低等优点,并且在H2等离子体环境下具有更好的稳定性尽管ITO薄膜目前仍是工业化应用最多的透明导电材料,但研究表明,在ZnO中通过掺杂Al、Ga、In等元素能有效提高薄膜光电性能,未来有望替代ITO成为最具竞争力的透明导电材料早期研究者大多在硬质材料衬底如硅片玻璃陶瓷上制备ZnO基透明导电薄膜。
然而,科学技术的发展,越来越多的电子器件开始朝柔性化超薄化方向发展,比如触摸屏太阳能电池等,使得对柔性透明导电薄膜的需求日益迫切柔性透明导电薄膜有许多独特优点,例如可绕曲质量小不易碎易于大面积生产成本低便于运输等。
因此,开发具有实用前景并且性能优异的柔性透明导电薄膜具有非常重要的现实意义。
1.ZnO基本特征氧化锌(ZnO, Zinc Oxide)是一种新型的宽带隙II-VI 族化合物半导体材料,兼具有光电、压电、热电以及铁电等特性,可以方便地制备成薄膜以及各种形态的纳米结构。
ZnO主要有四方岩盐矿立方闪锌矿和六方纤锌矿3种结构,通常情况下以纤锌矿结构存在,属六方晶系热稳定性好熔点1975℃,常温下禁带宽度为3.37eV对应于近紫外光阶段,作为一种压电材料,具有激活能大(60 meV)、压电常数大、发光性能强、热电导高等特点[8]。
ZnO存在很多浅施主缺陷主要有氧空位V0和锌间隙Zni,使得ZnO偏离化学计量比表现为n型本身就有透明导电性,但高温下400K电稳定性不好同时红外反射率较低。
ZnO有较大的耦合系数;ZnO中掺杂Li 或Mg 时可作为铁电材料;ZnO与Mn元素合金化后是一种具有磁性的半导体材料;高质量的单晶或纳米结构ZnO可用于蓝光或紫外发光二极管(LEDs)和激光器(LDs);通过能带工程,如在ZnO中掺入适量的MgO或CdO形成三元合金,可以实现其禁带宽度在2.8~4.0 eV 之间的调控。
通过掺杂III 族元素(B、Al、Ga、In、Sc、Y)或IV 族元素(Si、Ge、Ti、Zr、Hf)以及VII 族元素(F)之后,ZnO有优良的导电性,同时也有可见光高透过性,可用作透明导电氧化物薄膜材料,应用于平板显示器、薄膜太阳电池等多个领域[9]。
ZnO基薄膜在氢等离子气氛下的化学稳定性良好,并且原材料丰富、价廉、无毒,所以近年来ZnO基透明导电薄膜被研究应用于薄膜太阳电池的透明电极[10]。
2.透明导电薄膜一般意义上的透明导电薄膜是指:(1)对可见光(波长为380~780mn)的平均透过Tavg>80%;(2)电阻率在10-3cm以下。
透明导电薄膜的种类主要有金属膜、氧化物膜、多层复合膜和高分子膜等,其中氧化物膜占主导地位(例如ITO和AZO膜)。
氧化铟锡(Indium Tinoxide简称为ITO)薄膜、氧化锌锅(Al-doped ZnO,简称AZO)膜都是重掺杂、高简并n型半导体。
就电学和光学性能而言,它是具有实际应用价值的透明导电薄膜。
TCO基本特性包括:直流电阻率(n型)104?10_3i>cm,可见光波长区域有较高的透射率(>80%),紫外区有截止特性,红外区有高反射率,较大的禁带宽度(>3.0eV)。
TCO良好的导电性主要是通过掺杂和氧缺位来提高。
TCO在可见光区域高的透过率是由于其光学带隙宽度大于可见光光谱能量,在可见光照射下不能引起本征激发造成的。
3.ZnO基透明导电薄膜的研究近况制备透明导电薄膜一般有脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射法、溶胶-凝胶(sol-gel)、化学气相沉积、分子束外延(MBE)。
目前,研究者已采用多种掺杂剂不同掺杂方法和制备工艺在柔性衬底上获得了性能优异的ZnO基透明导电薄膜。
化麒麟等人[11]对玻璃衬底上ZnO:B透明导电薄膜的脉冲磁控溅射制备技术进行了研究,并采用X 射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析测试手段开展了ZnO:B透明导电薄膜的进行了表征。
通过系统研究衬底温度、溅射功率、溅射气压、溅射时间等关键工艺参数对薄膜的结构和光电特性的影响规律,获得了光电性能较优的ZnO:B薄膜的优化制备工艺。
这种材料满足薄膜太阳电池对透明电极的要求,有望广泛应用于薄膜太阳电池领域。
和晓晓[12]透明导电薄膜被广泛应用于平板显示太阳能电池等发光行业,透明导电薄膜厚度的减少将导电薄膜的用途大为拓展。
目前该薄膜的制备仍然是研究热点,采用激光分子束外延LMEB镀膜系统在1.0×10-5Pa的高真空下,制备了不同厚度不同氧压下的ZnO单层膜以及ZnOAuZnO三明治结构薄膜,并进行了光谱及电阻率的测试,运用控制变量法得到ZnO和Au的最优膜层厚度,制备出通透性好可见光透射率80%以上电阻率低6.89×10-4cm.厚度均匀的透明导电薄膜,可以显著减小薄膜的电阻率具有很好的发展潜力。
掺杂ZnO薄膜主要采用磁控溅射法,溶胶-凝胶法,脉冲激光沉积法等方法制备。
其中磁控溅射法可实现大面积镀膜且成膜速率高、成膜均匀、膜附着性较好是目前最成熟、应用最多的方法,已商业化的ITO和AZO大多采用此法生长。
掺杂ZnO薄膜的研究大多是通过选择方法和掺杂元素探讨各种因素掺杂浓度溅射功率溅射压强等对薄膜结构的影响来获得光电性能优良的薄膜。
王辉[13]等人采用直流磁控溅射法在室温条件下制备出Al , Z r 共掺杂ZnO透明导电薄膜。
通过表征结果显示:制备的Al , Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜为具有C 轴择优取向、六角纤锌矿结构的多晶薄膜。
靶基距对Al , Zr共掺杂Zn O 透明导电薄膜的结构和电阻率影响显著。
薄膜的厚度随靶基距的增加而变薄, 在靶基距为60mm时, 制备的薄膜厚度为790 n m , 电阻率具有最小值1 . 05 ×10- 3Ω·c m , 在可见光区( 500 ~800nm ) 平均透过率超过92 %, 在硅基薄膜太阳电池中具有良好的应用前景。
EFPL-IMT 的Fa ÿS. et al.[14,15,16,17]深入研究了LPCVD制备ZnO-TCO(ZnO:B)薄膜。
工艺条件为:前驱体为二乙基锌(Diethylzinc, DEZ, 13.5 sccm)和水蒸汽(H2O, 16.5 sccm),掺杂气体为硼烷(B2H6,Ar中稀释为1%),衬底温度为155℃,工作气压保持在0.5 mbar,气相掺杂比B2H6/DEZ: 0~2。
实验发现,薄膜的光散射能力、光学吸收和霍尔电导率与ZnO:B 晶体尺寸和B 掺杂量有着直接影响。
ZnO层的光散射能力随晶体增大而增强,增大ZnO层的厚度也可提高其光散射能力,同时膜层方块电阻(Rsh=ρ/d,8~10 Ω/sq)也相应减小。
在LPCVD-ZnO薄膜中,引起薄膜性能衰退的主要吸收机制是自由载流子吸收[16](Free Carrier Absorption, FCA),即:当入射光子能量不够高,不足以引起带间跃迁或激子吸收时,自由载流子能在同一能带中的跃迁吸收,引起自由载流子共振,影响载流子的移动。
目前对AZO的研究主要集中在改善制备工艺以提高产品的稳定性及可重复性降低制备成本等方面。
例如Guo等[18]采用直流磁控溅射工艺在200℃的玻璃基板制备了大面积110mm ×990mmAZO薄膜。
Kim等[19]研究了不同Ar气压对室温下制备的AZO结构光学性能和电学性能的不同影响。
尽管目前AZO薄膜具有制备工艺难以控制的缺点导致产品稳定性均匀性和重复性均不理想,并因而还不像ITO薄膜一样具有市场价值,但相信随着研究的深入AZO薄膜材料将成为下一代透明导电薄膜材料的主力。
4.ZnO透明导电薄膜存在的不足柔性薄膜通常是不耐高温的有机高分子材料,因此不耐高温成为在柔性衬底上制备高质量薄膜的最大障碍,通常在高温下沉积的薄膜有利于薄膜形核和晶粒的生长,而柔性薄膜所能承受的最高温度一般不超过200℃,如果温度太低,沉积的原子团没有足够的能量进行迁移,薄膜结晶质量会变差,进而影响电阻率和透过率,因此要选择合适的制备工艺和柔性衬底来弥补低温下沉积薄膜的不足,另外,ZnO基透明导电薄膜的柔性化主要是通过使用聚合物衬底来实现。
但存在2个问题: 聚合物的表面一般是非极性的,微结构是多孔的,其表面能量较低,润湿性较差; ZnO是无机材料,聚合物是有机材料,ZnO和聚合物之间的性质差别较大,比如两者的热膨胀系数相差就比较大,这些都将导致ZnO与聚合物衬底之间的附着性能不好,如果薄膜的附着性能不好,在实际的应用过程中薄膜很容易从衬底上剥离下来,这将导致薄膜光电性能的下降,进而影响其使用价值。
所以,柔性ZnO基透明导电薄膜要实现实际应用价值,其与聚合物衬底的附着性能是亟待需要研究的问题。
5.研究前景展望近几年来,薄膜工艺得到迅猛发展,特别是透明导电薄膜方面,部分已经实现了工业化生产,其中应用最广泛的是ITO薄膜。
但是该薄膜制备过程及应用存在着很大的缺点,即In的毒性及In资源的稀缺,造成生产成本高昂, 因而从长远看来未来ITO薄膜的应用必将受到相当大的制约。