04.08 透明導電膜的現狀

透明導電薄膜的種類有很多,但氧化物膜占主導地位(例如ITO和AZO膜)。氧化銦錫(Indium TinOxide簡稱為ITO)薄膜、氧化鋅鋁(Al-doped ZnO,簡稱AZO)膜都是重摻雜、高簡併n型半導體。就電學和光學性能而言,它是具有實際應用價值的透明導電薄膜。金屬氧化物 透 明 導 電 薄 膜(TCO:Transparent and Conductive Oxide的縮寫)的研究比較早,Bakdeker於1907年第一個報道了CdO透明導電薄膜。從此人們就對透明導電薄膜產生了濃厚的興趣,因為從物理學角度看,透明導電薄膜把物質的透明性和導電性這一矛盾兩面統一起來了。1950年前後出現了硬度高、化學穩定的SnO2基和綜合光電性能優良的In2O3基薄膜,並製備出最早有應用價值的透明導電膜NESA(商品名)-SnO2薄膜。ZnO基薄膜在20世紀80年代開始研究得火熱。TCO薄膜為晶粒尺寸數百納米的多晶;晶粒取向單一,目前研究較多的是ITO、FTO(Sn2O:F)。1985年,Takea OjioSizo Miyata首次用汽相聚合方法合成了導電的PPY-PVA複合膜,從而開創了導電高分子的光電領域,更重要的是他們使透明導電膜由傳統的無機材料向加工性能較好的有機材料方面發展。

透明導電膜以其接近金屬的導電率、可見光範圍內的高透射比、紅外高反射比以及其半導體特性,廣泛地應用於太陽能電池、顯示器、氣敏元件、抗靜電塗層以及半導體/絕緣體/半導體(SIS)異質結、現代戰機和巡航導彈的窗口等。由於ITO薄膜材料具有優異的光電特性,因而近年來得以迅速發展,特別是在薄膜晶體管(TFT)製造、平板液晶顯示(LCD)、太陽電池透明電極以及紅外輻射反射鏡塗層、火車飛機用玻璃除霜、建築物幕牆玻璃等方面獲得廣泛應用,形成一定市場規模。

製備透明導電薄膜的方法很多:物理汽相沉積(PVD)(噴塗法、真空蒸發、磁控濺射、高密度等離子體增強(HDPE)蒸發、脈衝激光沉積(Pulsed Laser Deposition,簡稱PLD)技術、化學汽相沉積(CVD)、原子層外延(ALE)技術、反應離子注入以及溶膠-凝膠(Sol-Gel)技術等。然而,適合於批量生產且已經形成產業的工藝,只有磁控濺射法和溶膠-凝膠法。特別是,濺射法由於具有良好的可控性和易於獲得大面積均勻的薄膜,而被廣泛應用於顯示器件中ITO薄膜的製備。美歐和日本均在發展ITO產業,其中日本夏普、日本電氣和東芝三大公司都在其工廠內開發ITO薄膜。深圳幾家導電玻璃公司在進口和國產生產線上製造LCD用導電玻璃。而AZO薄膜由於其在實用上還有許多問題,現在還處於研究階段。

透明導電膜的現狀

目前,銦的缺失導致其價格持續上漲,ITO已成昂貴材料,加上製備方法費用昂貴以及質地較脆,無法實現彎曲等性能等因素,ITO導電膜在成本和性能上已經滿足不了現在市場和新產品的需求。石墨烯透明導電膜有著極好透光度、導電性、柔韌性等眾多優點。石墨烯透明導電膜成最佳替代材料。


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