透明导电薄膜(TCO)之原理及其应用发展课件
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一、玻璃导电的机理众所周知,不同种类的物质,其导电的机理是不同的。
金属导体导电,是由于在金属导体中有可以自由移动的自由电子的作用;半导体导电,是靠半导体中空穴的移动作用而使电子传导得以实现;电解质水溶液导电,是由于在电解质水溶液中有可以自由移动的离子的作用;离子化合物的晶体导电是在具有晶格缺欠的情况下,虽然是固体,但由于离子的迁移而导电。
那么,玻璃导电的机理是什么呢?在室温条件下,玻璃是相当好的绝缘体。
一般来说,玻璃的电阻率在1010Ω/m~1015Ω/m之间。
但是,温度升高,玻璃就要被软化,处于熔融状态中玻璃的电阻可降到几个欧姆,导电性能增强。
即,玻璃从固体变成液体状态时可以导电。
玻璃导电的能力由玻璃结构中离子的移动程度决定。
玻璃是离子化合物晶体。
玻璃的种类不同,其离子的种类以及比例含量都不同。
以最常见的苏打石灰玻璃为例,其主要成分为SiO2,通常由于结构中存在晶格缺欠,晶体中的Na+在温度升高时由一个空穴迁移到另一个空穴而导电。
由此可见,玻璃导电是属于离子导电二、透明导电膜玻璃(TCO Coating Glass)透明导电膜玻璃(TCO Coating Glass)是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxide)而形成的组件。
对于薄膜太阳能电池来说,由于中间半导体层几乎没有横向导电性能,因此必须使用TCO玻璃有效收集电池的电流,同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。
TCO玻璃的生产工艺TCO玻璃工艺主要分为超白浮法玻璃生产、TCO镀膜。
超白浮法玻璃生产工艺难度较高,目前世界上主要供应商有日本旭硝子、美国PPG、法国圣戈班等,国内供应厂家有限,目前仅金晶科技、南玻、信义能够供货。
透明导电膜玻璃(TCO Coating Glass)的种类主要为氧化铟锡透明导电膜玻璃(ITO Coating Glass)、掺Al氧化锌透明导电膜玻璃(AZO Coating Glass)和掺F氧化锡(FTO Coating Glass)三种;ITO透明导电膜玻璃广泛的使用于大面积平板显示领域,国内ITO导电膜玻璃生产厂家主要有深圳南玻显示事业部、深圳莱宝光学、蚌埠华益导、芜湖长信,深圳天泽等众多厂家,技术也能与日本与欧美厂家竞争;而FTO透明导电膜和AZO透明导电膜的主要生产商有日本旭硝子(Asahi)、板硝子(NSG)与美国AFG,国内非晶硅薄膜电池厂因需求不大、尺寸规格特殊,所以议价空间小,进货价格高,甚至有钱也不一定买的到货。
透明导电薄膜的制备及应用研究随着电子信息技术的不断发展,透明导电薄膜作为电子元件中的重要材料,正在受到越来越多的关注和研究。
透明导电薄膜是一种特殊的材料,具有透光性和导电性,并且十分薄而均匀。
它的主要成分是针对不同应用的不同材料,如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锡锌(ITO/IZO)等。
透明导电薄膜拥有广泛的应用领域,例如:液晶显示器、有机太阳电池、触摸屏、柔性显示器、LED照明等。
那么,如何制备透明导电薄膜,以及它的应用研究进展如何呢?一、透明导电薄膜的制备(一)氧化铟锡(ITO)氧化铟锡(ITO)是最早研究成功的透明导电膜材料之一,广泛应用于平面液晶显示器和触摸屏等领域。
常用的ITO制备方法有磁控溅射法、电子束蒸发法、直流磁阻式溅射法、激光溅射法、化学气相沉积法等。
其中,磁控溅射法是最常用的制备方法,产量高,膜质量好。
(二)氧化铟锡锌(ITO/IZO)氧化铟锡锌(ITO/IZO)作为新型的透明导电材料,其导电性能、透光性能和机械性能都优于传统的ITO材料。
常用的ITO/IZO制备方法有磁控溅射法、电子束蒸发法、直流磁阻式溅射法、激光溅射法、化学气相沉积法等。
其中,磁控溅射法仍然是最主要的制备方法。
(三)金属网格薄膜金属网格薄膜是一种新型的透明导电薄膜。
它使用了一种叫做纳米光学的技术,以及金属纳米颗粒的微观结构,制备出高性能的透明导电薄膜。
常用的制备方法有滚压印刷法、离子注入法、模刻蚀法等。
二、透明导电薄膜的应用研究进展(一)液晶显示器液晶显示器是透明导电薄膜的主要应用领域之一,透明导电薄膜为液晶显示器提供了能够传输电信号的材料基础。
随着显示器技术的不断发展,透明导电薄膜材料的要求也越来越高,能够满足透明度、电学性能、机械性能等方面的要求。
未来液晶显示器的发展,也将更加关注透明导电薄膜的材料改进和性能提升。
(二)LED照明LED照明是透明导电薄膜的另一大应用领域。
透明导电薄膜可以作为透镜、反射层、散热器等,为LED照明提供基础材料和构造。
透明导电薄膜透明导电薄膜是一种兼具透明性和导电性的薄膜材料,广泛应用于许多领域,如显示技术、太阳能电池、触摸屏、LED照明和柔性电子等。
它的出现填补了传统透明材料无法传导电流的空白,为现代电子技术的发展带来了革命性的突破。
本文将详细介绍透明导电薄膜的特性、制备方法以及应用领域。
首先,透明导电薄膜的主要特性是高透明性和低电阻。
高透明性使其可以作为覆盖在显示屏幕或太阳能电池上的保护层,而不会影响光的传输。
低电阻性能使其能够有效地传导电流,使得透明导电薄膜成为触摸屏技术的关键部件。
在制备透明导电薄膜的过程中,有几种常见的方法。
其中,最常用的方法是利用氧化物材料制备透明导电薄膜。
常见的氧化物材料有氧化锡(ITO)、氧化铟锡(ITO)等。
通过在透明基底上沉积一层薄膜,并在其中引入掺杂剂,如锡或铟,可以显著改善电导率。
另外,一种较新的方法是制备导电聚合物薄膜。
这种薄膜使用导电聚合物材料,如聚苯胺或聚噻吩,具有良好的导电性能和透明性。
透明导电薄膜在许多领域中有广泛的应用。
首先,它在显示技术中扮演着重要角色。
例如,在液晶显示器中,透明导电薄膜被用作液晶电池的电极,通过在液晶分子上施加电场来控制光的传输。
此外,透明导电薄膜还用于有机发光二极管(OLED)等新兴显示技术中,其高导电性和透明性可以有效提升设备的性能。
另一个重要的应用领域是太阳能电池。
透明导电薄膜可以用作太阳能电池的电极,在太阳能电池中起到收集电流的作用。
它的高透明性可以使光能有效地穿过薄膜,被太阳能电池吸收转化为电能。
透明导电薄膜的使用不仅提高了太阳能电池的效率,而且可以制造出更轻薄柔性的太阳能电池模块。
此外,触摸屏技术也是透明导电薄膜的重要应用领域之一。
触摸屏是一种越来越普遍的输入设备,广泛应用于智能手机、平板电脑等电子设备。
透明导电薄膜作为触摸屏的关键组件,可以感应和传导触摸信号,使用户能够通过手指或触控笔与设备进行互动。
最后,透明导电薄膜的应用还涉及LED照明和柔性电子等领域。
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。
TCO透明导电薄膜简介前言透明导电氧化物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。
这种薄膜材料的成分是无定型重金属阳离子氧化物与导电物质碳相比具有很多优点相对于有机聚合体导电物质来说亦具有较高的灵活性和化学稳定性容易制造也更加坚硬。