透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展
TCO薄膜简介
TCO薄膜简介透明导电氧化物(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。
AZO演讲稿解析
林锑杭
本PPT内容纲要
一、TCO及其应用与发展历史 二、ZnO及AZO介绍 三、AZO薄膜制备 四、AZO工艺参数与性能分析
个人水平有限，难免有错误和忽略，望批评指正~~~
1.1 TCO应用
透明导电玻璃
1.1 TCO应用
透明导电氧化物（Transparent Conduetive Oxide,简称TCO）薄膜具有 禁带宽度大（Eg在3.0eV左右）、导电性 好、可见光区透过率高（﹥80%），红外 光区反射率高等光电特性，被广泛用于平 板液晶显示技术、太阳能电池、压电转换 器件及其他的光电器件领域。
3.2 磁控溅射工艺
溅射是利用荷能粒子轰击固体靶材, 使靶材 原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种 工艺。靶材可选用金属靶和陶瓷靶。 优点：磁控溅射制备法具有沉积速率高、基片温 度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、适合大 面积制膜的优点, 仍是目前研究最多、最成熟、 应用最广泛的AZO 薄膜制备技术。
1.3 TCO特点
①对可见光透射率
②电导率高 ③红外光区反射率高
1.4 透明导电薄膜的种类
金属膜、金属氧化物膜、其它化合物膜、 高分子膜、复合膜等
In2O3:Sn(ITO)、In2O3:Mo(IMO)、 SnO2:Sb(ATO)、SnO2:F(FTO)、 ZnO:Al(AZO)
1.5 ITO、FTO与ZnO
2.2 AZO导电机理
纯ZnO薄膜是本征半导体, 虽然在一定 温度下, 总有一些电子获得足够的能量, 从 价带跃迁到导带, 成为导带的自由电子, 同 时价带出现等数量的空穴, 但由这种激发产 生的平衡载流子数量很少, 所以纯ZnO薄膜 导电性很差, 几乎不导电。
2.2 AZO导电机理
2024年TCO导电玻璃市场前景分析
2024年TCO导电玻璃市场前景分析导电玻璃是一种特殊的玻璃材料，具有良好的导电性能和透明性，被广泛应用于电子产品和光伏行业。
TCO（透明导电氧化物）导电玻璃以其更高的导电性和更好的透光性在市场上占据主导地位。
本文将对TCO导电玻璃市场的前景进行分析。
1. TCO导电玻璃的市场需求随着移动通信、平板电脑、智能手机和其他电子设备的普及，对导电玻璃的需求日益增长。
传统的导电玻璃存在导电性差、透光性差等问题，而TCO导电玻璃由于其高导电性和良好的透光性，满足了这些电子设备对导电玻璃的需求，具有广阔的市场前景。
2. TCO导电玻璃的优势2.1 高导电性能TCO导电玻璃采用导电氧化物涂层，具有较高的电导率。
相对于传统的导电玻璃，TCO导电玻璃的导电性能更好，可以满足高性能电子设备对导电性的要求。
2.2 良好的透光性能TCO导电玻璃具有较高的透光率，能够满足电子设备对透光性的要求。
在光伏行业中，透光性对于太阳能电池的效率至关重要，TCO导电玻璃在此方面有着明显的优势。
2.3 优异的耐腐蚀性能TCO导电玻璃具有优异的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境条件下稳定工作。
这使得TCO导电玻璃可用于各种特殊的应用场景，如户外显示屏等。
3. TCO导电玻璃市场前景3.1 电子设备市场随着智能手机、平板电脑和可穿戴设备等电子产品的快速发展，对导电玻璃的需求将持续增长。
TCO导电玻璃凭借其优秀的导电性能和透光性，在这一市场中有着广阔的应用前景。
3.2 光伏市场光伏行业是TCO导电玻璃的另一个重要应用领域。
太阳能电池的效率取决于光的吸收和转化过程，TCO导电玻璃的高透光性使得光能得到更好的利用，薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池等技术得到了快速发展。
3.3 其他领域应用除了电子设备和光伏行业，TCO导电玻璃也在其他领域中得到了广泛应用。
比如建筑行业中的智能窗户和导电玻璃幕墙，汽车行业中的导电玻璃后视镜等。
随着对新能源、智能建筑和智能交通等领域需求的增加，TCO导电玻璃在这些领域的市场前景也将不断扩大。
TCO技术要点
三、
FTO玻璃
AZO玻璃
备注
制作方法
APCVD,沉积温度580-600℃
磁控溅射,沉积温度200-230℃
1、FTO又分离线、在线方式,离线耗能大,高温玻璃易变形,成本比在线高。
2、磁控生产可使薄膜太阳能厂家自己生产TCO玻不被上游控制
原材料
特气SnCl4、H2OCCl2F2等
在线制备FTO玻璃的主要分为两步，第一步沉积一定厚度的二氧化硅薄膜、然后再沉积FTO薄膜。目前FTO在线镀膜技术比较成熟，市面上的TCO玻璃都以FTO为主。
AZO靶材
AZO靶材原料易得，无毒，且在等离子体中稳定性好
生产成品率
不到50%
预计90%以上
TCO玻璃对原片玻璃的缺陷和镀膜外观要求极高，在线CVD时，浮法玻璃良率约为60%，CVD方式生产FTO良率约为80%,在线方式生产FTO良率约为50%，CVD镀膜后玻璃废片不能回收使用，所以FTO的生产成本并不便宜。
1.2
首先，非晶硅电池对TCO膜的雾度都有一Biblioteka 的要求，一般在10%~20%之间。
其次，单节非晶硅与叠层非晶硅由于对太阳光谱吸收的范围不同，因此它们对TCO玻璃的光谱透过率的要求也不同。对于单节非晶硅电池来说，一般要求在可见光400nm~800nm之间有较高的透过率。而对叠层非晶硅来说，由于顶层电池与底层电池分别吸收不同波长的光，所以叠层电池除了要求在可见光区域400nm~800nm有较高的透过率外，在红外区700nm~1200nm也要有较高的透过率。
3.雾度
为了增加薄膜电池半导体层吸收光的能力，光伏用TCO玻璃需要提高对透射光的散射能力，这一能力用雾度（Haze）来表示。雾度即为透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观。以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。
金属氧化物透明导电材料的基本原理
金屬氧化物透明導電材料的基本原理一、透明導電薄膜簡介如果一種薄膜材料在可見光範圍內(波長380-760 nm)具有80%以上的透光率，而且導電性高，其比電阻值低於1×10-3 ·cm，則可稱為透明導電薄膜。
Au, Ag, Pt, Cu, Rh, Pd, A1, Cr等金屬，在形成3-15 nm厚的薄膜時，都有某種程度的可見光透光性，因此在歷史上都曾被當成透明電極來使用。
但金屬薄膜對光的吸收太大，硬度低而且穩定性差，因此人們開始研究氧化物、氮化物、氟化物等透明導電薄膜的形成方法及物性。
其中，由金屬氧化物構成的透明導電材料(transparent conducting oxide, 以下簡稱為TCO)，已經成為透明導電膜的主角，而且近年來的應用領域及需求量不斷地擴大。
首先，隨著3C產業的蓬勃發展，以LCD 為首的平面顯示器(FPD)產量逐年增加，目前在全球顯示器市場已佔有重要的地位，其中氧化銦錫(In2O3:Sn, 意指摻雜錫的氧化銦，以下簡稱為ITO)是FPD的透明電極材料。
另外，利用SnO2等製成建築物上可反射紅外線的低放射玻璃(low-e window)，早已成為透明導電膜的最大應用領域。
未來，隨著功能要求增加與節約能源的全球趨勢，兼具調光性與節約能源效果的electrochromic (EC) window (一種透光性可隨施加的電壓而變化的玻璃)等也可望成為極重要的建築、汽車及多種日用品的材料，而且未來對於可適用於多種場合之透明導電膜的需求也會越來越多。
二、常用的透明導電膜一些目前常用的透明導電膜如表1所示，我們可看出TCO佔了其中絕大部分。
這是因為TCO具備離子性與適當的能隙(energy gap)，在化學上也相當穩定，所以成為透明導電膜的重要材料。
表1 一些常用的透明導電膜三、代表性的TCO材料代表性的TCO材料有In2O3，SnO2，ZnO，CdO，CdIn2O4，Cd2SnO4，Zn2SnO4和In2O3-ZnO等。
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.
ITO导电玻璃及相关透明导电薄膜的原理及应用
ITO导电玻璃及相关透明导电薄膜的原理及应用当今世界正处于信息时代，平板显示器（flat panel display，FPD）是我们接受信息的一个重要视觉窗口，其在生产制造中都离不开ITO 导电玻璃，ITO导电玻璃可用于多种平板显示器，主要的有液晶显示器（LCD）、有机电致发光（OLED）显示器、触摸屏等。
由于平板显示器，尤其是液晶显示器在整个显示行业应用领域最为广泛，制造技术最为成熟。
液晶显示组件的发展，也就是由被动式矩阵驱动向列型（TN）/超扭向型（STN）液晶显示器，推向主动式矩阵驱动薄膜晶体管液晶显示器，并更加发展至所谓的新世代的显示器，-有机电发光显示器或有机发光二极管（OLED），无论如何发展而铟锡氧化物薄膜的重要性并无任何地变化。
使用于液晶显示器的ITO膜，不仅作为透明的画素电极之功能而且也作为简单矩阵型STN-LCD的扫描电极和信号电极，以及主动型TFT-LCD的共通电极和阵列电路中配线之重要角色，随着彩色化、高解析化和人机界面化（触控面板），促使相关液晶显示器和其它平面显示器的成长快速，因此本文我们重点介绍ITO导电玻璃在液晶显示器中的应用。
一、什么是ITOITO （indium tin oxide，氧化铟锡）透明导电薄膜的主要功能是在于其极佳的电极材料而应用于平面面板显示器，具有发热、热反射、电磁波防止和静电防止等不同的用途。
ITO导电玻璃是一种既透明又导电的玻璃，它采用磁控溅射沉积成膜技术，以ITO 材料作为溅射靶材，在玻璃基板上生成一层很薄的ITO 膜。
这层ITO 膜同时具有良好的导电性和透光性，适于制作透明显示电极，是平板显示器生产的重要原材料之一，玻璃基板的厚度通常只有0.3～1.1mm，它具有重量轻、透明度高、平整度高、有一定的机械硬度、容易切割加工等特点，因此被广泛应用于平板显示器上。
ITO 导电玻璃随着20世纪70年代初LCD显示器的兴起至今已经历了30 多年的历程，并从过去只能生产高电阻、小尺寸、普通表面、黑白显示的产品，发展到了现在能够生产低电阻、大尺寸、抛光表面、彩色显示的产品。
TCO简介资料
A B
Al
ZnO:Al
n:a-si
i:a-si p:a-si TCO(SnO2:F)
透过率（ %)
A Haze Compensated Transmissiion B Direct Transmission
+
光生电压 Voc
600
700
800
900
波 长 （ nm)
RS=RTCO+RTCO/P接触+R体电阻+R背电极
深圳
深圳 芜湖 东莞 蚌埠
126
126 68 275 1200
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三、 TCO制备影响因素
沉积时间的影响
沉积时间延长，薄膜厚度增加，电阻率下降。
沉积时间延长，溅射腔室温度升高，薄膜晶化 程度提高，薄膜电阻率进一步降低。
沉积时间过长，温度过高，晶粒过大时,晶粒的 取向变差,分散度和偏离度变大,晶界中的缺陷 增多, 薄膜的电阻率升高。
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三、 TCO制备影响因素
退火的影响
晶粒长大可以大大减小晶界散射，提高迁移率； 应力减小使AZO晶粒沿着垂直衬底方向柱状生长，优化晶体结构；
吸附氧的减小使电子的捕获陷阱减小，增大了薄膜中的载流子浓 度。
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三、 TCO制备影响因素
高反射率及其它半导体的特性。
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一、TCO概述
导电原理： 在原本导电能力很弱的本征半导体中掺入微量的其他 元素，这些微量元素被称为杂质，掺杂后的半导体称为杂 质半导体，掺杂后就会使半导体的导电性能得以提高。
TCO简介
A B
Al
ZnO:Al
n:a-si
i:a-si p:a-si TCO(SnO2:F)
透过率（ %)
A Haze Compensated Transmissiion B Direct Transmission
+
光生电压 Voc
600
700
800
900
波 长 （ nm)
RS=RTCO+RTCO/P接触+R体电阻+R背电极
粗糙表面和光滑表面上的银膜 的光谱透过率和反射率曲线
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四、TCO膜性能与表征：
AZO制绒的基本原理
a=0.32426nm c=0.51948nm
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四、TCO膜性能与表征：
TCO绒面结构的影响因素
制绒工艺的影响 酸的种类 酸的浓度 腐蚀时间
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TCO膜的陷光结构介绍
四、TCO膜性能与表征
增加了入射光在光吸收层中的光程。 提高了光的吸收效率，提高了太阳电 池的光电转化率。
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四、TCO膜性能与表征：
TCO膜的陷光结构介绍
可见光范围内光谱透 过率之差在5%以内， 由于它们的光谱反射 率曲线没有差异，显 然透过率的差异是由 膜层的吸收作用造成 的。
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三、 TCO制备影响因素
衬底温度的影响
在低温时，薄膜中晶粒尺寸通常较小，晶粒间界散射占主导地位，对载流子的迁移 率产生较大的影响。 随着衬底温度的升高，薄膜在沉积过程中获得较大能量而使晶粒尺寸增大，大的晶 粒可以减少载流子的散射使迁移率相应增加，薄膜缺陷减少。 温度过高，尺寸过大，使得晶粒的取向性变差以及分散度和偏离度变大，晶界中缺 陷增多，形成了更高的晶界势垒，使散射增大。
透明导电薄膜(TCO)之原理及其应用发展
触控面板
触控面板是TCO应用的另一个重要领域。TCO作为电极材料，能够实现触控面板的透明和导电功能。 通过在触控面板上涂覆TCO薄膜，可以提供良好的导电性和透光性，从而实现准确的触控感应。
未来发展前景
随着人们对环保和可持续发展的日益重视，TCO在可穿戴设备、物联网、智能窗户等领 域的应用前景广阔，尤其在柔性电子和光电器件领域，TCO的发展潜力巨大。
对未来研究和发展的建议
加强基础研究
深入研究TCO的物理机制、化学性质以及 制备工艺，提高TCO的性能和稳定性。
加强跨学科合作
加强与材料科学、物理学、化学等领域的 交叉合作，共同推动TCO技术的进步。
02
TCO的电子传输性能取决于其材 料组成和晶体结构，通常采用掺 杂技术来提高电子传输性能。
光子散射机制
TCO通过光子散射实现光的透射，即光子在TCO表面和内部受到散射，改变了光 的传播方向，从而使光线能够透射TCO。
光子散射性能取决于TCO的表面和内部结构，可以通过控制制备工艺来调节光子 散射性能。
拓展应用领域
积极探索TCO在新型显示技术、光电传感 器、能源转换等领域的应用，推动TCO技 术的创新发展。
加强人才培养
培养具备创新能力和实践经验的高素质人 才，为TCO的持续发展提供人才保障。
THANKS
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透明导电薄膜(TCO) 之原理及其应用发展
目录
• 引言 • TCO的原理 • TCO的应用领域 • TCO的发展趋势和挑战 • 结论
01
引言
目的和背景
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透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展透明导电薄膜（Transparent Conductive Films，TCO）是一种在光
学透明度和电导率之间取得平衡的薄膜材料。
原理上，TCO薄膜是通过掺
杂导电材料到光学材料中，达到同时具有高透明度和高电导率的效果。
TCO薄膜的主要原理是靠材料的电子结构来实现。
通常，TCO薄膜由
两个主要成分组成：导电材料和基底材料。
导电材料通常是金属氧化物，
如氧化锌（ZnO）或氧化锡（SnO2），它们具有高电子迁移率和低电阻率
的特点。
基底材料通常是通过掺杂或添加导电剂的透明绝缘体，如玻璃或
塑料。
TCO薄膜的应用非常广泛。
其中最重要的应用是透明导电电极，用于
太阳能电池、液晶显示器、有机光电器件等光电器件中。
由于TCO薄膜在
可见光范围内具有高透明度和低电阻率，所以能够有效传输光线并提供高
效的电导率，从而改善光电器件的工作效率。
除此之外，TCO薄膜还常用
于光催化、触摸屏、热电器件、光电探测器等领域。
然而，目前TCO薄膜仍然面临一些挑战。
例如，TCO薄膜的电导率和
光学透射率之间存在着折中关系，很难在两者之间取得完美的平衡。
此外，一些常用的导电材料，如氧化锌和氧化锡，在高温、高湿度或强光照射条
件下容易退化，从而限制了TCO薄膜的长期稳定性。
为了解决这些问题，当前TCO薄膜研究重点在于开发新型材料和改进
工艺技术。
例如，研究人员尝试使用新型的导电材料，如氧化铟锡（ITO）和氟化锡（FTO），以提高TCO薄膜的电导率和稳定性。
另外，一些研究
还涉及到利用纳米技术和多层结构设计，以进一步改善TCO薄膜的性能。
在未来，随着光电器件和可穿戴设备等领域的不断发展，对性能更好、更稳定的TCO薄膜的需求将会进一步增加。
因此，TCO薄膜的研究和应用
前景非常广阔，有望在多个行业中发挥重要作用。