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    綜述了TCO(透明導電氧化物)薄膜研究開發(fā)的歷史與現(xiàn)狀，展望了產(chǎn)業(yè)化前景。傳統(tǒng)的ITO薄膜性能優(yōu)異，是重要的平面顯示器件用材料。新型ZnO薄膜成本低廉，極具發(fā)展?jié)摿?，有望在太陽能電池領域取代ITO(摻錫氧化銦)。多元復合氧化物薄膜是TCO的發(fā)展方向之一；柔性襯底的應用擴大了TCO薄膜的用途；溶膠-凝膠制備工藝的開發(fā)促進了大面積TCO薄膜的實用化?！　?nbsp;   透明導電氧化物（transparent condactive oxide簡稱TCO）薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料，具有禁帶寬、可見光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等共同光電特性，廣泛地應用于太陽能電池、平面顯示、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領域。透明導電薄膜以摻錫氧化銦（tin-dopedindium oxide簡稱ITO）為代表，研究與應用較為廣泛、成熟，在美日等國已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。近年來ZnO薄膜的研究也不斷深入，摻鋁的ZnO薄膜（簡稱AZO）被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧现?。同時，人們還開發(fā)了Zn2SnO4、In4Sn3O12、MgIn2O4、CdIn2O4等多元透明氧化物薄膜材料。TCO薄膜的制備工藝以磁控濺射法最為成熟，為進一步改善薄膜性質，各種高新技術不斷被引入，制備工藝日趨多樣化。本文綜述以ITO和AZO為代表的TCO薄膜的最新研究動態(tài)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀與前景。     1：TCO薄膜特性　　    TCO薄膜最早出現(xiàn)于20世紀初，1907年Badeker首次制成了CdO透明導電薄膜，從此引發(fā)了透明導電薄膜的開發(fā)與利用。1950年前后出現(xiàn)了SnO2基和In2O3基薄膜。ZnO基薄膜興起于20世紀80年代。TCO薄膜為晶粒尺寸數(shù)百納米的多晶層，晶粒取向單一。目前研究較多的是ITO、FTO（Sn2O∶F）和AZO，這些氧化物均為重摻雜、高簡并半導體，半導化機理為化學計量比偏移和摻雜，其禁帶寬度一般大于3 eV，并隨組分不同而變化。它們的光電性質依賴于金屬的氧化狀態(tài)以及摻雜劑的特性與數(shù)量，一般具有高載流子濃度（1018～1021 cm-3），但遷移率不高，電阻率達10-4 Ω.cm量級，可見光透射率80%～90%。TCO薄膜的低電阻率特性由載流子濃度決定，但由于多晶膜的導電機理比較復雜，低電阻率成因尚待進一步研究。ITO薄膜有復雜的立方鐵錳礦結構，最低電阻率達10-5 Ω.cm量級，可見光譜范圍內平均光透射率90%以上。它的優(yōu)異光電性質使之成為具有實際應用價值的TCO薄膜，目前已形成了一定的商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，是平面液晶顯示器件中不可或缺的平面透明電極材料。但是，由于銦為稀散元素，在自然界中貯存量少，價格較高，而且ITO應用于太陽能電池中時在等離子體中不夠穩(wěn)定。目前，ZnO基薄膜的研究進展迅速，材料性能已可與ITO相比擬，結構為六方纖鋅礦型。其中AZO薄膜研究廣泛，它的突出優(yōu)勢是原料易得，制造成本低廉，無毒，易于實現(xiàn)摻雜，且在等離子體中穩(wěn)定性好，因而有可能成為ITO的替代產(chǎn)品，尤其是在太陽能電池透明電極領域。由一種摻雜或不摻雜的金屬氧化物組成的TCO薄膜的性能與應用因其所含元素本身的固有性質而受限。為了優(yōu)化薄膜的光學、電學與化學性質，由多種氧化物組成的新型多元化合物TCO薄膜可通過調整組成與元素組分來獲得最佳性質，以適應某些特殊需要。近幾年，已有人研究了ZnO-SnO2、ZnO-In2O3、CdSb2O6、MgIn2O4、In4Sn3O12、Zn2In2O5、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4、GaInO3等TCO薄膜。其中InSnO的電阻率可達2×10-4 Ω.cm，可見光透射率達80%。這是TCO薄膜的重要發(fā)展方向之一。     2　制備工藝的改進　　TCO薄膜的制備方法多樣，制備薄膜的各種方法，如磁控濺射、反應熱蒸發(fā)、金屬有機物化學氣相沉積、原子層外延、噴射熱分解、脈沖激光沉積、溶膠-凝膠（sol-gel）等均可用于制備TCO薄膜。薄膜的性質是由制備工藝決定的，改進制備工藝的努力方向是使制成的薄膜電阻率低、透射率高且表面形貌好，薄膜生長溫度接近室溫，與基板附著性好，能大面積均勻制膜且制膜成本低。各種制備方法各有優(yōu)缺點，目前，公認的最佳方法是磁控濺射，此法工藝成熟，已用于ITO薄膜的商業(yè)化生產(chǎn)。　　    脈沖激光沉積是一種很有競爭力的物理真空沉積法，具有可精確控制化學計量、合成與沉積同時完成、對靶的質量與表面無要求等優(yōu)點。噴射熱分解法無需真空設備，工藝簡單，適用于制備大面積太陽能電池透明電極，不損傷基底層。在傳統(tǒng)的高溫制備工藝中，由于存在薄膜與襯底間的固態(tài)擴散，器件質量受到影響。因此，低溫技術得到發(fā)展，獲得低溫工藝的方法之一是采用光激發(fā)技術。用激光、紫外光輔助沉積法可降低沉積溫度，提高電導率和光透射率?！　?nbsp;   溶膠-凝膠法是制備高性能顆粒、纖維和薄膜的新型方法。此法從金屬的有機或無機鹽出發(fā)，在溶液中通過化合物的水解、聚合，制成溶有金屬氧化物或氫氧化物微粒的溶膠液，進一步反應制成凝膠，再將凝膠加熱制成非晶或多晶材料，此法易于控制薄膜組分，可在分子水平控制摻雜，尤其適用于制備摻雜水平要求精確的薄膜。此法可使原材料在分子水平緊密結合，薄膜高度均勻，即使是多組元體系，也可做到成分均勻。通過選擇溶劑、調整濃度、添加催化劑，可容易地控制溶膠性質，控制膜厚?？傊朔o需真空設備，工藝簡單，可獲得理想厚度和組分的薄膜，適用于大面積且形狀復雜的基體，而不損傷基體，對TCO薄膜的大型產(chǎn)業(yè)化具有非常重要的意義。此法的不足之處是有機原料價格較高，開發(fā)適用的無機原料是目前的研究重點。　　    近來，有報道將ITO和AZO薄膜沉積在有機透明襯底上，得到了接近沉積在玻璃襯底上的薄膜的微觀結構和光電性質。沉積在透明聚酯膠片、聚異氰酸酯和普通電工用的聚酯薄膜上的AZO薄膜的電阻率分別為5．76×10-4，8×10-4，2．2×10-3Ω.cm，透射率均在94%左右。柔性基片的TCO薄膜具有可彎曲、重量輕、不易碎、便于大面積生產(chǎn)和運輸?shù)泉毺氐膬?yōu)點，從而大大增加了TCO薄膜的應用領域，擴大了市場范圍，促進了TCO薄膜的產(chǎn)業(yè)化。     3　應用現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化前景　　TCO薄膜因其透明、導電的優(yōu)異性能而應用廣泛。目前主要的應用領域有平面液晶顯示（LCD）、電致發(fā)光顯示（ELD）、電致彩色顯示（ECD）、太陽能電池透明電極；由于它對光波的選擇性（對可見光的投射和對紅外光的反射）而用作熱反射鏡，用于寒冷地區(qū)的建筑玻璃窗起熱屏蔽作用，節(jié)省能源消耗。還可用作透明表面發(fā)熱器，在汽車、飛機等交通工具的玻璃窗上形成防霧除霜玻璃，同理，可用在防霧攝影機鏡頭、特殊用途眼鏡、儀器視窗上。柔性襯底TCO薄膜的開發(fā)使它的潛在用途擴大到制造柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器、可折疊太陽能電池以及作為保溫材料用于塑料大棚、玻璃粘貼膜等?！　?nbsp;   基于直流磁控濺射、金屬有機物化學氣相沉積和新發(fā)展起來的溶膠凝膠技術的開發(fā)成熟，ITO薄膜已經(jīng)在許多領域獲得實際應用，產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展，日趨成熟，產(chǎn)品已經(jīng)進入市場。日本、美國、歐洲及我國深圳的一些廠家都在致力于ITO產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。AZO薄膜的研究也在不斷深入，是常用金屬鋅的深加工應用途徑之一，有望在太陽能電池透明電極應用方面取得突破，替代ITO薄膜，從而推動廉價民用太陽能工業(yè)的發(fā)展。目前，大屏幕、高清晰度液晶顯示普及迅速，需求不斷增加，而全世界性的能源饋乏和自然環(huán)境保護的需要也展現(xiàn)了太陽能電池的良好發(fā)展前景，這就為TCO產(chǎn)業(yè)提供了機遇和發(fā)展空間。TCO研究單位和生產(chǎn)廠家應抓住這一機遇，使TCO的理論研究和實際應用都邁上一個新的臺階。  來源:卓創(chuàng)資訊