透明导电薄膜 (TCO)之原理及其应用发展 ppt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。