透明导电氧化物薄膜
PVD制备TCO工艺总结
PVD制备TCO工艺总结PVD (Physical Vapor Deposition)工艺是一种常用的制备透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide，TCO）薄膜的方法。
TCO材料在太阳能电池、平板显示器等各种电子器件中具有重要的应用价值。
以下是PVD制备TCO工艺的总结：工艺流程：1.准备基底：选择适合的基底材料，如玻璃、聚合物等，并进行表面清洗和处理，以提高TCO薄膜的附着性。
2.准备靶材：选择合适的透明导电氧化物材料，如氧化锌（ZnO）或二氧化锡（SnO2）等，并将其制备成靶材。
3.靶材热蒸发：将制备好的靶材安装到蒸发器中，通入高纯度的惰性气体，如氩气。
通过加热靶材，使其蒸发并沉积在基底表面上。
4.薄膜沉积：在蒸发过程中，将基底放置在蒸发器上方的恰当位置，以使蒸发的材料能均匀地沉积在基底表面上。
可以调节基底与蒸发器之间的距离和角度来控制沉积速率和均匀性。
5.薄膜处理：制备好的TCO薄膜可能存在缺陷、杂质或应力等问题，需要进行后续的处理，如退火、离子束雕刻等，以提高薄膜的质量和性能。
6.薄膜测试：对制备好的TCO薄膜进行各项性能测试和表征，如电阻、透明度、厚度、粗糙度等，以确保薄膜符合要求。
工艺优点：1.高度可控性：PVD工艺可以精确地控制薄膜的沉积速率、成分和厚度，以满足特定应用的要求。
2.高成膜速率：通过调节蒸发器的参数，可以获得较高的薄膜沉积速率，提高生产效率。
3.薄膜质量优良：PVD工艺制备的TCO薄膜具有较高的结晶度和致密度，且表面光滑，有利于提高薄膜的传导性和透明度。
4.适用范围广：PVD工艺适用于各种基底材料和不同形状的器件制备，具有较高的工艺通用性。
工艺挑战：1.成本较高：相比于其他制备方法，PVD工艺需要较高的设备成本和能源消耗，因此在大规模生产中可能会受到经济因素的限制。
2.薄膜厚度均匀性：在PVD工艺中，薄膜的均匀性与基底与蒸发器之间的距离和角度有关。
ITO透明导电薄膜替代品发展现状
ITO透明导电薄膜替代品发展现状ITO（Indium Tin Oxide）透明导电薄膜是一种广泛应用于电子显示器件、太阳能电池、光伏设备等领域的材料。
然而，ITO材料存在稀缺和昂贵的问题，而且制造过程中需要使用有毒材料和昂贵的真空设备。
因此，为了克服这些问题，研究人员和工程师正在积极寻找和开发ITO的替代品。
本文将探讨和介绍目前ITO透明导电薄膜替代品的发展现状。
一、碳基导电薄膜碳基导电薄膜是ITO替代品的一种重要类别。
碳纳米管、石墨烯和导电聚合物是常见的碳基导电薄膜材料。
碳纳米管作为一种新型材料，具有优异的导电性能和透明性，是ITO透明导电薄膜的最有希望的替代品之一、石墨烯也具有很高的电导率和透明性，可以应用于电子显示器、太阳能电池等领域。
导电聚合物是一种相对较新的材料，具有与ITO相当的导电性能和透明性，可以用于柔性显示、触摸屏等器件。
二、金属网格导电薄膜金属网格导电薄膜是另一种ITO替代品的重要类别。
该类薄膜由多个金属纳米线组成，具有优异的电导率和透明性。
金属网格导电薄膜可以通过印刷、喷涂等简单的制备工艺进行大规模生产，因此成本较低。
目前，银纳米线和铜纳米线是最常用的金属网格导电薄膜材料。
但是，金属网格导电薄膜可能存在网格线宽度对触控屏幕的影响、金属氧化等问题，需要进一步解决。
三、导电氧化物替代品除了碳基导电薄膜和金属网格导电薄膜，一些新型导电氧化物也被研究和开发作为ITO替代品。
例如，氧化锌、氧化铟、氧化镓等材料具有优异的导电性能和透明性，并且相对丰富，成本较低。
这些导电氧化物可以通过溶液法、喷涂等简单的方法进行制备，具有很大的应用潜力。
四、有机半导体替代品有机半导体材料作为ITO的另一类替代品也引起了广泛的关注。
有机半导体材料具有优异的柔性、可加工性等特点，可以通过低温溶液法、印刷等方法进行制备。
然而，目前有机半导体材料的导电性能还低于ITO，需进一步提高。
当前，碳基导电薄膜和金属网格导电薄膜是ITO的主要替代品。
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。
透明导电氧化物镀膜玻璃的光伏应用前景
Ｔ Ｏ Ｃ 玻璃 、 掺杂氟 的二 氧化 锡 （Ｔ － Ｆ Ｏ ＴＣ 玻璃 、 铝 氧化 锌 透 明导 电膜 Ｏ） 掺 （ Ｏ ＴＣ 玻璃 。 Ｃ 玻璃 的种类 ＡＺ － Ｏ） Ｔ Ｏ 及其在各方 面的区别详见表 ｌ 。
（）Ｔ － Ｃ 玻 璃 １ Ｉ ＴＯ Ｏ
（ ｇ ｅｒｎ ｓｕｔｒ ｇ技术开发成 ｍａ ｎｔｏ ｐ ｔ ｉ ） ｅｎ
功 ， 过 使 用 低 温 沉 膜 制 程 ， 论 在 通 不
向导 电性 能 ， 以必须利用ＴＣ 玻璃 所 Ｏ 来 收集 电池 的电流 ， 由于ＴＣ 玻璃 又 Ｏ 对 光 的高 透过 性和 减反 射性 ， 能够 让
大 部分 阳光 进入 吸收层 ， 以ＴＣＯ玻 所 璃 是 薄 膜 太 阳 能 电池 不 可 或 缺 的 重 要组 成部 分 。
明导 电性应 用材 料 主要 以Ｉ ＴＯ为 主 ， 因此磁控溅镀Ｉ ＴＯ－ ＣＯ玻璃成为透 Ｔ 明导 电应用材料市场上 的主流产 品。
简 介
１透明导电氧化物镀膜玻璃的定义 ．
透明导 电氧化物镀膜 （ｒ ｔ ｒ ｔ Ｔ ａｓ ｅ ￣ ｎ
Ｃｏ ｕ ｔｖ Ｏｘｉ ｅ， ｎｄ ｃ ｉ ｅ ｄ ＴＣＯ） 玻璃 ， 是 在 平 板 玻 璃 表 面通 过物 理 或 者 是 化 学 镀 膜 的方 法 均 匀镀 上 一 层 透 明
玻璃 ； 按膜层成分 来分 ， 分为Ｉ 则 ＴＯ—
导 电氧 化 物薄 膜 ， 要 包括 铟 （ｎ 、 主 Ｉ） 锡 （ ｎ 、 （ ｎ 和 镉 （ ｄ 氧 化物 及 Ｓ ）锌 Ｚ ） Ｃ ）
其 复 合 多元氧 化物 薄 膜 。 由于 薄 膜太 阳 能 电池 中间 半 导 体层 几 乎 没 有 横
注 ：ｚ Ｎ掺金 的氧化锌 ；ｚ为掺 钡的氧化锌 ；ＰＶ ￣常压化 学气相沉 积法 ；ＶＶ ￣低压化 学气相 沉积法 ；Ｌ ＠脉冲激光沉 积法。 ｏｏ Ｂｏ ＡＣＤ／ ＬＣＤ／ ＰＤ
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。
透明导电铟铋氧化物薄膜的制备及其性能
５ ２ ｍ Ｖ～ ・ ， １ｃ ・ ｓ 电导 率 为 ３ １３×１ Ｑ ・ Ｈ， 可 见 光 范 围 内 的 平 均 透 过 率 超 过 ８ ％ ， 函 数 为 ．４ ０。 Ｃ１在 ２ 功
田苗 苗 ，范 翊 ，刘 星 元
（ ．中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激发态物理重点实验室 ，吉林 长春 １
２ ．中 国科 学 院研 究 生 院 ，北 京 １０ ３ ０ ０９）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１０ ３ ３０３
摘要 ：以氧化铟为主体材料 ， 以铋为掺杂材料， 采用真空热蒸发方法研制出２５ ．％铋掺杂的透明导电氧化物
沉积 等薄膜 的制 备方 法 及其理 论研 究取 得 了很大 的进 展 ， Ｔ Ｏ 薄 膜 的 研 究 奠 定 了 良好 的 基 为 Ｃ 础 。对 于 Ｔ Ｏ薄 膜 ， Ｃ 目前 已经 大 面 积 商 品化 的是 掺 锡 （ ｎ）的 氧 化 铟 （ ｎ Ｏ ）薄 膜 （ 称 Ｓ Ｉ ， 简 ＩＯ） Ｊ Ｔ 。随着 光 电 信 息 材 料 与 技 术 的 不 断 发
第３卷 １
第 ４期
发 光 学 报
ＣＨＩ ＮＥＳ Ｊ Ｅ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｌ ＵＭ Ｉ ＮＥＳ ＣＥＮＣＥ
２１ ０ ０年 ８月
文 章 编 号 ： ０７ ３ （０ ０ ０ －６５０ １０ — ２ ２ １ ）４０ ０ －４ ０ ０
透明导 电铟铋氧化物 薄膜 的制备 及其性 能
和应用 价 值 。研 制 Ｔ Ｏ 薄膜 一般 需 考 虑 如 下 条 Ｃ 件 ： 杂离 子的半 径 理 论 上 不 能 大 于 主体 材 料 的 掺 离子半 径 ； 杂材 料要 有较 高 的载 流子迁移 率 ； 掺 不
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
感谢观看
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
透明导电薄膜 (TCO)之原理及其应用发展
HW
2008/04/17
Outline
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質
4. TCO 薄膜之市場應用及發展
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在< 10nm厚度的薄膜， 均有某種程度的可見光透光度 早期使用之透明電極 缺點：光的吸收度大、硬度低、穩定性差
透明導電薄膜
金屬化合物薄膜(TCO)
泛指具有透明導電性之氧化物、氮化物、氟化物
a. 氧(氮)化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN b. 摻雜氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO) ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta
摻雜物(載子)密度對透光度的影響
AZO (antimony doped tindioxide)
Sb摻雜在SnO2中
Sb
電阻率最小 3.98 ×10-3Ω-cm Sb2O5析出， 造成光的散射
ITO的光學性質
電阻比= 面阻值x 膜厚 (ρ = γ x D)
低面阻值ITO玻璃鍍膜，電阻比越低越好 考慮高穿透率，膜厚的設計必須避免建設性的干涉， 所以nd=(2m+1)λ/4，m=1,2,3,4….。
TCO的光學性質
TCO在短波長的透光範圍：由能隙(energy gap)決定 在長波長的透光範圍：由電漿頻率(ωp，plasma frequence) 決定
由電漿頻率決定的波長 (此一波長隨載子濃度而移動)