高平奇教授/韩灿助理教授Advanced Materials：临界成核策略实现高迁移率超薄透明导电氧化物薄膜生长

      透明导电氧化物（TCO）薄膜因其独特的光电性能，被广泛应用于各种光电器件中。迁移率是TCO的关键参数，对综合光电性能具有重要影响。然而，根据以往研究，TCO迁移率具有明显的厚度依赖性——随着厚度的减小而显著下降，这使得制备具有高迁移率的超薄TCO薄膜具有很大的挑战性。

      本工作提出了一种临界成核策略，即通过控制薄膜生长的初始成核状态，获得与设定薄膜厚度相匹配的晶核大小与密度，再结合后处理实现大晶粒贯穿晶化，从而克服TCO薄膜的制备过程中对孵化层的依赖，达成在厚度限制条件下大幅提升迁移率的效果。基于临界成核策略，研究团队成功制备了30 nm、20 nm和10 nm厚度的铈掺杂氧化铟（ICO）薄膜，其电子迁移率分别为127 cm² V⁻¹ s⁻¹、 119 cm² V⁻¹ s⁻¹和 108 cm² V⁻¹ s⁻¹，是采用传统固相结晶法制备的同等厚度薄膜的两倍以上。研究团队认为，形成一定数量和大小的晶核是沉积态薄膜在后续获得良好结晶的先决条件，后处理薄膜内部的晶界散射、电离杂质散射和薄膜的表面散射均得到较大程度的抑制，从而促成高迁移率指标的实现。此外，通过将10 nm厚度的ICO薄膜应用于硅异质结太阳电池中，获得了与使用传统厚度TCO的参考电池相当的光电转换效率，但电池正面铟（稀有金属）的消耗量减少了90%，表明了其对于可持续光伏及其他光电应用领域的巨大潜力。

图1 临界成核法（cns）与传统固相结晶法（spc）制备ICO薄膜性能对比

图2 ICO薄膜表征及理论计算

图3 薄膜沉积主要离子能量分布及薄膜生长示意图

      上述成果于2025年8月14日以“Eliminating Mobility-Thickness Dependence in Transparent Conductive Oxide Layer Growth: A Critical Nucleation Strategy”为题发表于期刊Advanced Materials。中山大学材料学院在读博士生刘志斌为论文第一作者，中山大学材料学院韩灿助理教授和高平奇教授为论文的共同通讯作者。论文合作单位为深圳市捷佳伟创新能源装备股份有限公司。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目、深圳市科技重大专项、宜宾市科技计划，及珠海市产学研合作及基础与应用基础研究等项目的支持。

原文链接

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507648。