What is transparent conductive oxides?
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What is transparent conductive oxides?
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What function is transparent
conductive oxides?
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Definition of transparent conductive oxides
Definition
TCO:Transparent Conductive
The definition of transparent conductive film is that has
80% transmittance in the visible range(360nm ~ 780nm)
the resistivity is less than 10-3 Ω-cm
穿透
吸收
Oxide
反射
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資料來源:楊明輝，透明導電膜，藝軒圖書出版社，2006
Advanced Al doped ZnO TCO
銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)為目前應用最廣泛的透明
導電薄膜材料，但銦為稀有金屬，價格昂貴且其化合物有毒性，
因此，容易取得且低廉、不具毒性、容易摻雜的氧化鋅(zinc
oxide, ZnO)導電薄膜成為新研究的材料之一，雖然特性略遜於
ITO，可經由摻雜適度的金屬來提升其特性。
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Advanced Al doped ZnO TCO
近年氧化鋅之所以會受到矚目，不只是因為其具有低電阻係數，更因
為其具有良好的光學特性。氧化鋅的能隙為 3.1~3.6 eV，其能隙大
小所產生的吸收帶約 落於紫外光區。
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Advanced Al doped ZnO TCO
(a) Fabricated a-Si:H solar cell with silver nanoparticles embedded in
the rear TCO.
(b) TEM image of silver nanoparticles embedded in the rear TCO of
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an a-Si:H solar cell.
鍍製AZO薄膜之離子束共鍍系統示意圖
使用離子束共鍍系統(ion beam co-sputtering system)鍍製一系列氧化鋅鋁薄
膜，探討改變製程 參數對透明導電膜性質之影響。使用離子源產生一20 mA及
1000 V之中性氬離子束在室溫下同時轟擊鋁及鋅靶材，其中鋁靶被轟擊面積佔
12%，如圖。並改變鍍膜過程中的氧分壓，來研究AZO透明導電膜在光學性質、結
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構特性與電性特性。 Y. Y. Chen, J. C. Hsu, P. W. Wang, Y. W. Pai, C. Y. Wu, and Y. H. Lin, “Dependence of resistivity on structure
composition of AZO films fabricated by ion beam co-sputtering deposition”, Appl. Surf. Sci. 257, 3446-3450（2011）
射頻磁控濺鍍系統
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透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide;
TCO)由於兼具透明與導電兩種特性，成為液晶顯示器、電漿平面顯示器、
太陽電池和觸控面板上不可缺少的透明電極材料。
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AZO/Metal/AZO薄膜應用於染料敏化太陽能電池
AGA-3
ACA-2
ALA-2
AZO
Voc(V)
0.607
0.638
0.714
0.608
Isc(mA)
0.037
0.098
0.007
0.005
Jsc(mA/cm-2)
0.149
0.098
0.026
0.019
FF
0.313
0.382
0.249
0.253
efficient
0.051
0.044
0.008
0.005
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薄膜太陽能電池應用
以Superstrate結構的非晶矽太陽能電池製程而言，第一步先在玻璃或金屬基板
上生成一層透明導電層（TCO）；第二步利用雷射將要留下凹槽的TCO薄 膜剝
除；第三步則以濺鍍或電漿輔助化學氣相沉積法（PECVD）於TCO上 鍍矽薄膜；
第四步再用雷射將要留下凹槽的矽薄膜剝除、第五步進行金屬鍍膜；第六步再
用雷射將要留下凹槽金屬鍍膜剝除；最後再加上玻璃封裝即可完成模組。
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CIGS薄膜太陽能電池應用
硒化銅銦鎵(Copper Indium Gallium Diselenide，簡稱為CIGS)為薄膜太陽能電池
一種，是薄膜太陽能電池中轉換效率最佳者，可使用軟性基板，其與矽晶太陽
能電池相比，只需極小部份的矽原料，而轉換效率可以達到20%，且在生產過
程中消耗的能源為傳統矽基太陽能電池的一半，由於具有較高光電轉換效率和
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低成本等優勢而看好。
AZO 透明導電薄膜在觸控面板之應用契機
一般應用於觸控面板上之ITO薄膜，其光穿透率須高於80% ，且片電阻值
介於200~500 Ω/□的範圍(15,16)。利用雷射誘發脈衝高電流電弧電漿技
術，在100°C溫度下沉積厚度約100 nm的AZO薄膜，其電性與光穿透等特性
如圖三所示，並與國內廠商目前所研發的ITO薄膜作一系列的比較，由表
一可以發現，實驗得到的AZO薄膜片電阻值遠低於目前大多數電阻式觸控
面板所應用的ITO薄膜，且可見光的穿透率達90%以上。
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The AZO/nano-metal/AZO sandwich
structures
Schematic representation of
the electrical behavior of
TCO/metal/TCO multilayer
structures.
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Electrical properties-Hall measurement
Metal thickness
3nm
6nm
9nm
12nm
15nm
Al
Resistivity(Ω-cm)
3.8×10-2
1.9×10-3
3.9×10-4
1.6×10-4
1.2×10-4
Cu
Resistivity(Ω-cm)
4.7×10-4
1.4×10-4
1×10-4
6.3×10-5
4.8×10-5
Ag
Resistivity(Ω-cm)
1.1×10-3
1.9×10-4
8.9×10-5
6.4×10-5
5×10-5
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Electrical properties-Hall measurement
1.4x10-3
Resistivity (Ω-cm)
1.2x10-3
As grown
S400
1.0x10-3
8.0x10-4
6.0x10-4
4.0x10-4
2.0x10-4
0.0
ALA
ACA
AGA
Structure
As grown
S400
Al
Resistivity(Ω-cm)
1.9×10-3
3×10-4
Cu
Resistivity(Ω-cm)
1.47×10-4
9.1×10-5
Ag
Resistivity(Ω-cm)
8.9×10-5
8.6×10-5
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Optical properties-UV visible
90
100
90
AZO/Al-3nm/AZO
80
70
AZO/Al-6nm/AZO
60
50
AZO/Al-9nm/AZO
40
AZO/Al-12nm/AZO
30
20
AZO/Al-15nm/AZO
10
0
Transmittance (%)
Transmittance (%)
80
400
500
600
700
800
70
60
50
40
AZO/Cu-3nm/AZO
AZO/Cu-6nm/AZO
AZO/Cu-9nm/AZO
AZO/Cu-12nm/AZO
AZO/Cu-15nm/AZO
30
20
10
0
900
400
500
Wavelength (nm)
600
700
800
900
Wavelength (nm)
Al thickness
3nm
6nm
9nm
12nm
15nm
Cu thickness
3nm
6nm
9nm
12nm
15nm
transmittance(%)
77
74
58
38
26
transmittance(%)
88
82
73
57
48
100
90
Transmittance (%)
80
70
60
50
AZO/Ag-3 nm-AZO
AZO/Ag-6 nm-AZO
AZO/Ag-9 nm-AZO
AZO/Ag-12 nm-AZO
AZO/Ag-15 nm-AZO
40
30
20
10
400
500
600
700
800
900
Wavelength (nm)
Ag thickness
3nm
6nm
9nm
12nm
15nm
transmittance(%)
79
78
81
74
68
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Figure of merit
The electrical and optical properties of AZO/Metal/AZO
tri-layer films with different Metal thicknesses
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Microstructures-TEM
(a)
(b)
The TEM images of (a)AZO/Al/AZO and (b)AZO/Ag/AZO tri-layer thin
films
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