?透明導(dǎo)電薄膜材料是指兼具可見光波段的高透射率以及低電阻率的薄膜材料。通常透明導(dǎo)電薄膜在可見光波段的平均透射率大于80%，電阻率低于10-3 ?·cm。透明導(dǎo)電薄膜材料對微波有著明顯的衰減和良好的電磁屏蔽的性能。目前，如何在有機(jī)玻璃襯底上制備高質(zhì)量的透明導(dǎo)電膜以及如何進(jìn)一步提高透明導(dǎo)電膜的光電性能得到了研究人員的廣泛關(guān)注。
透明導(dǎo)電氧化物（Transparent Conductive Oxides，簡稱TCO）薄膜，廣泛應(yīng)用于各種光電器件中。常見的TCO薄膜主要分為氧化銦錫（ITO）薄膜、摻鋁的氧化鋅（AZO）薄膜、摻氟的氧化錫（FTO）薄膜、摻銻的氧化錫（ATO）薄膜、摻鎵的氧化鋅（GZO）薄膜、摻雜其他元素的氧化鋅（ZnO）薄膜、鈦氧化物（TiO2）基薄膜等。
ITO
目前，在透明導(dǎo)電氧化物薄膜中，光電性能最為優(yōu)越的是氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）薄膜。ITO的主要組成部分是氧化銦（In?O?）和氧化錫（SnO?），其晶體結(jié)構(gòu)與氧化銦相似，屬于立方晶系。在ITO中，氧化錫的引入對整體晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響較小，但它極大地改變了材料的電學(xué)和光學(xué)性能。
ITO是一種高簡并的n型寬禁帶半導(dǎo)體，具有可見光波段的高透射率、高電導(dǎo)率、紫外波段吸收、紅外波段高反射等特點(diǎn)，而且目前制備工藝成熟、制備薄膜質(zhì)量高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、硬度高耐磨性強(qiáng)，是一種良好的電磁屏蔽材料。此外，由于透明導(dǎo)電氧化物薄膜兼具優(yōu)良的光電性能，還可以應(yīng)用于液晶顯示、太陽能電池等領(lǐng)域。
ITO的導(dǎo)電性極其優(yōu)異，這主要?dú)w功于其高電子遷移率和低電阻率。銦摻雜的氧化錫通過引入自由電子，形成了高密度的載流子。更重要的是，銦具有相對較大的電子遷移率，這意味著自由電子在ITO內(nèi)的移動速度較快，從而提高了材料的導(dǎo)電性能。
此外，ITO的低電阻率使其在透明導(dǎo)電材料中占據(jù)主導(dǎo)地位。其電阻率通?？傻椭?0?? Ω·cm，這遠(yuǎn)低于大多數(shù)其他透明導(dǎo)電材料。這種低電阻率使ITO能夠在更大面積上保持優(yōu)異的導(dǎo)電性，特別適合用于大尺寸顯示屏、觸摸屏和OLED器件中。
Bett等人制備了一種具有常規(guī)n-i-p結(jié)構(gòu)的半透明鈣鈦礦太陽能電池，其中錫摻雜氧化銦（ITO）直接濺射在空穴導(dǎo)電材料Spiro-OMeTAD上，系統(tǒng)地改變了ITO工藝參數(shù)，如濺射功率、溫度和腔室壓力。研究發(fā)現(xiàn)，先以低濺射功率啟動工藝，再提高到較高功率，可使性能略有改善。而提高腔室壓力并未帶來性能提升，溫度優(yōu)化則至關(guān)重要。從光學(xué)性能更優(yōu)的玻璃側(cè)照射，最佳器件實現(xiàn)了14.8%的效率，在四端疊層配置中，估算效率為24.2%。
研究開發(fā)了一種溶液處理策略，可在15秒內(nèi)實現(xiàn)ITO的完全羥基化。進(jìn)一步的羥基化刻蝕還能在新暴露的ITO表面產(chǎn)生大量不配位的銦離子，通過形成配位鍵增強(qiáng)SAM錨定。羥基化刻蝕還能在ITO表面自發(fā)形成納米抗反射結(jié)構(gòu)，提升光子透過率。這種多功能鍵合位點(diǎn)工程實現(xiàn)了更穩(wěn)固的SAM錨定，最終制備的鈣鈦礦太陽能電池（光電轉(zhuǎn)換效率26.6%）在65℃持續(xù)運(yùn)行2800小時（ISOS-L-2標(biāo)準(zhǔn)）后僅損失4%的初始效率。
FTO
FTO是通過在二氧化錫（SnO?）中摻入氟元素而形成的透明導(dǎo)電氧化物。二氧化錫的晶體結(jié)構(gòu)是金紅石型（Rutile），這是一種四方晶系結(jié)構(gòu)。金紅石結(jié)構(gòu)具有高對稱性，且能夠穩(wěn)定地容納摻雜元素的引入。每個錫離子（Sn??）與六個氧離子（O2?）配位，形成八面體結(jié)構(gòu)，這種對稱的幾何排列為氟摻雜提供了較為穩(wěn)定的晶格基礎(chǔ)。
FTO在物理和化學(xué)穩(wěn)定性上表現(xiàn)優(yōu)異。其能夠承受高溫（通常高達(dá)600°C），而不發(fā)生顯著的降解或氧化反應(yīng)。這一特性使得FTO能夠廣泛應(yīng)用于高溫環(huán)境中的器件，如太陽能電池的透明電極。此外，F(xiàn)TO對濕氣、酸堿環(huán)境的耐受性也顯著優(yōu)于ITO，因此在一些對材料穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場景（如除霧玻璃、電加熱窗）中，F(xiàn)TO表現(xiàn)更為出色。
作為一種透明導(dǎo)電材料，F(xiàn)TO具有相對較好的光學(xué)透明性，尤其是在可見光波段（400~700 nm）下。FTO的透明度通常能夠達(dá)到85%~90%，使其能夠廣泛應(yīng)用于太陽能電池、LED和透明加熱器等光電設(shè)備中。然而，F(xiàn)TO的光學(xué)性能與波長密切相關(guān)。盡管在可見光區(qū)域表現(xiàn)良好，但其在紅外光和近紅外光波段（800~1500 nm）下的透過率明顯下降。這一現(xiàn)象主要?dú)w因于自由載流子吸收效應(yīng)（Free Carrier Absorption），即材料內(nèi)部自由電子在特定波長下吸收光子，導(dǎo)致光的透過率下降。因此，F(xiàn)TO在應(yīng)用于某些紅外傳感器或通信設(shè)備時可能存在一定的局限性。
采用ALD方式在FTO襯底上預(yù)先沉積一層較薄的TiO2，之后在其上采用傳統(tǒng)的溶液法工藝旋涂沉積SnO2納米顆粒，構(gòu)造了雙層結(jié)構(gòu)的電子傳輸層。這種策略，成功避免了FTO襯底局部突觸和鈣鈦礦層的直接接觸，抑制了電子傳輸層和吸光層界面處的非輻射復(fù)合，并減少了器件內(nèi)的漏電通道。使得能夠有效提升0.0737 cm2小面積器件的性能和良品率，并在此基礎(chǔ)上研制出效率為24.8%(第三方認(rèn)證24.65%) 的0.5 cm2大面積鈣鈦礦太陽電池。
在完全相同工藝下，F(xiàn)TO基底上FA-MA鈣鈦礦薄膜晶粒更大（190 nm vs 175 nm）、薄膜更均勻，最終FTO器件PCE 14.90%，高于ITO器件的13.35%；主要得益于FTO更高霧度帶來的光俘獲增強(qiáng)。
滬公網(wǎng)安備31011402010658號