04.08 透明导电膜的现状

透明导电薄膜的种类有很多,但氧化物膜占主导地位(例如ITO和AZO膜)。氧化铟锡(Indium TinOxide简称为ITO)薄膜、氧化锌铝(Al-doped ZnO,简称AZO)膜都是重掺杂、高简并n型半导体。就电学和光学性能而言,它是具有实际应用价值的透明导电薄膜。金属氧化物 透 明 导 电 薄 膜(TCO:Transparent and Conductive Oxide的缩写)的研究比较早,Bakdeker于1907年第一个报道了CdO透明导电薄膜。从此人们就对透明导电薄膜产生了浓厚的兴趣,因为从物理学角度看,透明导电薄膜把物质的透明性和导电性这一矛盾两面统一起来了。1950年前后出现了硬度高、化学稳定的SnO2基和综合光电性能优良的In2O3基薄膜,并制备出最早有应用价值的透明导电膜NESA(商品名)-SnO2薄膜。ZnO基薄膜在20世纪80年代开始研究得火热。TCO薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶;晶粒取向单一,目前研究较多的是ITO、FTO(Sn2O:F)。1985年,Takea OjioSizo Miyata首次用汽相聚合方法合成了导电的PPY-PVA复合膜,从而开创了导电高分子的光电领域,更重要的是他们使透明导电膜由传统的无机材料向加工性能较好的有机材料方面发展。

透明导电膜以其接近金属的导电率、可见光范围内的高透射比、红外高反射比以及其半导体特性,广泛地应用于太阳能电池、显示器、气敏元件、抗静电涂层以及半导体/绝缘体/半导体(SIS)异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等。由于ITO薄膜材料具有优异的光电特性,因而近年来得以迅速发展,特别是在薄膜晶体管(TFT)制造、平板液晶显示(LCD)、太阳电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用,形成一定市场规模。

制备透明导电薄膜的方法很多:物理汽相沉积(PVD)(喷涂法、真空蒸发、磁控溅射、高密度等离子体增强(HDPE)蒸发、脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,简称PLD)技术、化学汽相沉积(CVD)、原子层外延(ALE)技术、反应离子注入以及溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术等。然而,适合于批量生产且已经形成产业的工艺,只有磁控溅射法和溶胶-凝胶法。特别是,溅射法由于具有良好的可控性和易于获得大面积均匀的薄膜,而被广泛应用于显示器件中ITO薄膜的制备。美欧和日本均在发展ITO产业,其中日本夏普、日本电气和东芝三大公司都在其工厂内开发ITO薄膜。深圳几家导电玻璃公司在进口和国产生产线上制造LCD用导电玻璃。而AZO薄膜由于其在实用上还有许多问题,现在还处于研究阶段。

目前,铟的缺失导致其价格持续上涨,ITO已成昂贵材料,加上制备方法费用昂贵以及质地较脆,无法实现弯曲等性能等因素,ITO导电膜在成本和性能上已经满足不了现在市场和新产品的需求。石墨烯透明导电膜有着极好透光度、导电性、柔韧性等众多优点。石墨烯透明导电膜成最佳替代材料。