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近日，捷佳偉創(chuàng)聯(lián)合中山大學(xué)材料學(xué)院成功攻克了透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜的技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性地提出“臨界成核策略”，成功制備出高電子遷移率的鈰摻雜氧化銦（ICO）薄膜。該研究成果已于近日以《Eliminating Mobility-Thickness Dependence in Transparent Conductive Oxide Layer Growth: A Critical Nucleation Strategy》為題發(fā)表于國際頂級材料期刊《Advanced Materials》。這不僅是一次基礎(chǔ)研究的重大突破，更為全球光電產(chǎn)業(yè)開辟出一條降本增效的新賽道。
▲論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507648
根據(jù)以往研究，透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜遷移率具有明顯的厚度依賴性——隨著厚度的減小而顯著下降，這使得制備具有高遷移率的超薄TCO薄膜具有很大的挑戰(zhàn)性。為突破這個技術(shù)瓶頸，捷佳偉創(chuàng)與中山大學(xué)材料學(xué)院成立課題組聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過深入研究、驗證和分析，提出了一種“臨界成核策略”，即通過控制薄膜生長的初始成核狀態(tài)，獲得與設(shè)定薄膜厚度相匹配的晶核大小與密度，再結(jié)合后處理實現(xiàn)大晶粒貫穿晶化，從而克服TCO薄膜的制備過程中對孵化層的依賴，達成在厚度限制條件下大幅提升遷移率的效果?；谂R界成核策略，研究團隊成功制備了30nm、20nm和10nm厚度的鈰摻雜氧化銦（ICO）薄膜，其電子遷移率分別為127cm2 V-1s-1、119cm2 V-1s-1 和 108cm2 V-1s-1，是采用傳統(tǒng)固相結(jié)晶法制備的同等厚度薄膜的兩倍以上。
研究團隊認為，形成一定數(shù)量和大小的晶核是沉積態(tài)薄膜在后續(xù)獲得良好結(jié)晶的先決條件，后處理薄膜內(nèi)部的晶界散射、電離雜質(zhì)散射和薄膜的表面散射均得到較大程度的抑制，從而促成高遷移率指標(biāo)的實現(xiàn)。此外，通過將10nm厚度的ICO薄膜應(yīng)用于硅異質(zhì)結(jié)太陽電池中，獲得了與使用傳統(tǒng)厚度TCO的參考電池相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換效率，但電池正面銦（稀有金屬）的消耗量減少了90%，表明了其對于可持續(xù)光伏及其他光電應(yīng)用領(lǐng)域的巨大潛力。
▲圖1 臨界成核法（cns）與傳統(tǒng)固相結(jié)晶法（spc）制備ICO薄膜性能對比
▲圖2 ICO薄膜表征及理論計算
▲圖3 薄膜沉積主要離子能量分布及薄膜生長示意圖
此項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委重點項目、深圳市科技重大專項、宜賓市科技計劃，以及珠海市產(chǎn)學(xué)研合作及基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究等項目的支持。
未來，捷佳偉創(chuàng)將持續(xù)深化與高校及科研機構(gòu)的合作，以技術(shù)創(chuàng)新為引擎，加速推動無銦透明導(dǎo)電氧化物薄膜技術(shù)在異質(zhì)結(jié)、鈣鈦礦等高效電池中的應(yīng)用，讓科技之花結(jié)出產(chǎn)業(yè)之果，為全球綠色能源革命貢獻中國智慧。
