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J I A N G S U U N I V E R S I T Y

光电功能材料

论文

论文题目透明导电薄膜

学生姓名刘宗涛

专业班级光电1102

学号3110707033

透明导电薄膜

摘要：本篇论文不是按照传统的论文格式书写，而是按照思维的一个逻辑性做出对透明导电薄膜的介绍、制备、参数、及发展趋势作出论述。选题是薄膜功能材料，选择透明导电薄膜是因为它在太阳能电池的组成部分之一，对太阳能电池的性能起到很重要的作用。

首先让我们认识一下透明导电薄膜，透明导电薄膜，顾名思义，是一种兼具透光性和导电性的一类功能薄膜材料，而在专业层面是指 : 对可见光(波长λ在 380~ 780 nm范围内)的透射率高且电导率高的薄膜。确切地说,可见光的平均透光率Tavg>80%、电阻率在10- 3Ω·cm以下的薄膜才能称为透明导电膜【1】(韩雪,夏慧,吴丽君.透明导电膜及靶材[J]. 电子元件与材料, 1998,17(1):30- 35.)。不过鱼和熊掌不可兼得，透明就意味着材料的能带隙宽度大 ( E g>3 eV) 而自由电子少; 另一方面,电导率高的材料往往自由电子多而像金属, 从而不透明【2】（李玲,向航. 功能材料与纳米技术[M]. 北京: 化学工业出版社,2002.）。也就是说对固体材料来说，透光度和导电性是一对矛盾的属性。所以只有能同时满足这两种条件的材料才能在透明导电膜上应用。

自1907年,Bakdeker 第1个报道了CdO透明导电膜以来，经过近一个世纪的研究 ,目前的透明导电薄膜主要有 : 金属膜、金属氧化物膜、其他化合物膜、高分子膜、复合膜等。其中应用范围最为广泛的是前两种。而用在太阳能电池上面的主要是

FTO（氧化锡薄膜）、AZO（氧化锌铝薄膜）、ITO（氧化锢锡薄膜）三种。

透明半导体薄膜因其透明、导电的优异性能而应用广泛，除了应用在太阳能电池之外，在很多其他领域也有广泛应用。透明导电薄膜在能源、信息、国防等领域具有广泛的应用价值和重要的研究意义。作为光电子器件的关键电极材料，在平面显示、触摸屏等领域具有巨大的市场需求。此外，透明导电薄膜还可应用于低辐射玻璃( 建筑、汽车、冰箱中的环保隔热玻璃)、节能电致变色窗、除霜除雾玻璃、抗静电涂层、防电磁干扰透明窗、红外至雷达波段的宽频谱隐身材料及气体传感器等方向。

透明导电薄膜的制备工艺：

（1）衬底材料

衬底材料的选择,除要求其透明外 ,还需考虑它与透明导电薄膜热膨胀系数的匹配。衬底一般采用非晶 SiO2 涂层的钠钙玻璃 ( SiO2 涂层的作用是抑制玻璃中的 Na+向AZO 薄膜扩散) 、单晶硅、ZnS 等硬衬底材料, 也可采用柔软的聚合物材料。

（2）物理气相沉积 ( PVD)法

目前已能用各种 PVD 技术, 包括离子镀[9]、离子辅助沉积[16]、喷雾热分解 [22]、直流磁控溅射 [23]和射频磁控溅射[24- 25]等沉积出较高质量的透明导电薄膜。

大多数研究者采用溅射法制备 AZO 薄膜[21], 其

主要是利用直流或射频电源在 Ar 或 Ar- O2 混合气体中产生等离子体 , 对合金靶 ( Al, Zn) 或氧化物陶瓷靶 ( Al2O3, ZnO) 进行轰击 , 通过控制工艺参数可在各种衬底上获得大面积均匀 AZO 薄膜。与其他方法相比 , 溅射技术具有沉积温度低、结合力好、沉积速率高、膜厚均匀、高密度、过程容易控制、可反应沉积、能够方便地控制各个组元的成分比例、相对便宜和易于大面积沉积等优点。但所得到的薄膜的透射率相差并不大 , 其主要区别在于电阻率。 5.3 化学气相沉积 ( CVD) 法

（3）化学气相沉积 ( CVD) 法

[18- 21]是气态反应物在衬底表面发生化学反应而沉积成膜的工艺。衬底表面上发生的这种化学反应通常为某种原料 ( 锌、铝 ) 的热分解和原位氧化。如果在 CVD 法中采用透明导电薄膜的有机金属化合物作为原材料 , 则称为金属有机化学气相沉积法。这种方法属于异质外延化学气相沉积的一种 , 利用锌源和氧源在衬底表面进行化学反应从而得到高质

量的薄膜。使用的锌源主要有 Zn ( C2H5) 2( 即DEZ) 和 Zn ( CH3) 2( 即 DMZ) , 氧

源有氧气、水、二氧化碳等 , 衬底有单晶硅、

多晶

硅、蓝宝石、二氧化硅等 , 工作压强范围从几千帕到常压。化学气相沉积法的反应温度高 , 在基体与膜层之间易形成扩散层 , 因此薄膜的结合力好, 适于大批量处理。

（4）溶胶- 凝胶 ( S ol- Ge l) 法

溶胶- 凝胶 ( Sol- Gel) 法[20]是一种高效的边缘制膜技术 , 一般以醋酸锌为原料 , 在较低的温度下, 使锌的化合物经液相沉积出来 , 直接制成涂层, 并退火得到多晶结构 , 还可利用 AlCl3 •

2H2O 或 Al ( NO3) 3 •9H2O 实施 Al 掺杂。Sol- Gel 法便于化学计量控制前驱体溶液, 容易修改成份 , 可定制显微组织, 容易引入各种官能团或封装传感元

件 , 成膜均匀性好, 对衬底附着力强 , 生长温度低, 且无需真空设备, 成本低, 适于批量生产。