柔性衬底上p型氧化铜、氧化锡基透明导电薄膜的制备及机理研究

p type transparent conducting oxide (TCO) with high mobility, stable structure and properties is a globally unresolved problem. The key issue in developing p type TFT and the future flexible panels lies in the synthesis of p type TCO on flexible substrates. In this project, p type copper oxide and tin oxide based TCO on flexible substrates will be prepared and its p type conduction properties will reach and surpass the one prepared on rigid substrates, keeping high transparency. Due to the argument of p type conduction of copper, tin based TCO, the influence of oxygen and hydrogen (environmental hydrogen and water vapor) will be investigated systematically and originally. The real reason of p type copper, tin based TCO will be revealed. We shall demonstrate the doping mechanism and improve p type conductivity through doping copper oxide with Group V element (N, P, As, Sb) and tin oxide with Group V and I element (Li, Na, K). Attributed to the mismatch of copper oxide and tin oxide based TCO and the flexible substrate, we shall do surface treatment for the flexible substrate and embed transition layer for improving the mechanical properties. This study is expected to improve the understanding of the conduction mechanism of p type oxide and the mismatch of functional materials and flexible substrates.

制备高迁移率、结构和物性稳定的p型透明导电氧化物(TCO)一直是世界难题。柔性衬底上制备高性能的p型TCO是研发柔性p型TFT乃至未来柔性显示屏等设备的关键材料。本项目在柔性衬底上制备p型氧化铜基和氧化锡基透明导电薄膜，在保持透明度良好的情况下，使其p型导电性达到并超过在硬质基板上制备的最高水平。针对目前在氧化铜和氧化锡p型导电机理上的诸多争论，创新性地系统研究富氧、少氧条件以及环境中的氢元素(氢气和水汽)对薄膜p型导电性的影响，并揭示出氧化铜和氧化锡p型导电的真正原因。通过对氧化铜进行V族元素(N, P, As, Sb)掺杂，以及对氧化锡进行V族和I族元素(Li, Na, K)掺杂，从抑制氧空位和增加多余空穴两方面，提高p型导电性，并探明掺杂机制。从表面处理和过渡层两方面入手，解决柔性衬底的匹配度问题，提高机械强度。期望本研究对p型氧化物导电及柔性衬底的匹配度问题等有普适性参考价值。

本项目按计划制备了p型氧化铜、氧化锡基透明导电薄膜，并对其结构、电学、光学等性能进行了测试，探讨了其p型导电以及掺杂机制，探讨了高空穴迁移率存在的内在机理。主要包括：①利用葡萄糖还原制备了透明p型氧化亚铜并揭示了其高空穴迁移率的原因；②利用HCHO辅助还原化学法制备了p型正交晶系氧化亚锡薄膜并探讨了其高空穴迁移率的原因；③利用乙二醇辅助还原化学法制备了p型氧化亚锡薄膜，对其进行了K、Na掺杂研究，并揭示了其掺杂机制、获得了本项目所得到的空穴迁移率的最大值；④制备了Au/聚噻吩/纤维素柔性透明导电薄膜，并研究了柔性透明纤维素基板和Au透明导电薄膜的匹配问题；⑤制备了CuNWs（铜纳米线）/纤维素柔性透明导电薄膜，并研究了柔性透明纤维素衬底和CuNWs透明导电薄膜的匹配问题。本项目围绕p型氧化铜、氧化锡基透明导电薄膜，系统研究了p型氧化亚铜、氧化亚锡透明导电薄膜及其p型掺杂，并对柔性透明纤维素衬底及其与透明导电薄膜的匹配问题进行了研究，得到了丰富的研究结果。在本项目的资助下，发表（含已接收）论文9篇，授权国家发明专利3项。