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(guó)際頂級(jí)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(kāi)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(lài)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(gè)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(guò)深入研究、驗(yàn)證和分析，提出了一種“臨界成核策略”，即通過(guò)控制薄膜生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)大晶粒貫穿晶化，從而克服TCO薄膜的制備過(guò)程中對(duì)孵化層的依賴(lài)，達(dá)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)認(rèn)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(shí)現(xiàn)。此外，通過(guò)將10nm厚度的ICO薄膜應(yīng)用于硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)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(duì)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(duì)比
▲圖2 ICO薄膜表征及理論計(jì)算
▲圖3 薄膜沉積主要離子能量分布及薄膜生長(zhǎng)示意圖
此項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、深圳市科技重大專(zhuān)項(xiàng)、宜賓市科技計(jì)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(xiàng)目的支持。
未來(lái)，捷佳偉創(chuàng)將持續(xù)深化與高校及科研機(jī)構(gòu)的合作，以技術(shù)創(chuàng)新為引擎，加速推動(dòng)無(wú)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(xiàn)中國(guó)智慧。
