透明導電氧化物（TCO）薄膜因其獨特的光電性能，被廣泛應用于各種光電器件中。遷移率是TCO的關鍵參數，對綜合光電性能具有重要影響。然而，根據以往研究，TCO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性。

      本工作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，獲得與設定薄膜厚度相匹配的晶核大小與密度，再結合后處理實現大晶粒貫穿晶化，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。基于臨界成核策略，研究團隊成功制備了30 nm、20 nm和10 nm厚度的鈰摻雜氧化銦（ICO）薄膜，其電子遷移率分別為127 cm2 V?1 s?1、 119 cm2 V?1 s?1和 108 cm2 V?1 s?1，是采用傳統固相結晶法制備的同等厚度薄膜的兩倍以上。研究團隊認為，形成一定數量和大小的晶核是沉積態薄膜在后續獲得良好結晶的先決條件，后處理薄膜內部的晶界散射、電離雜質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的實現。此外，通過將10 nm厚度的ICO薄膜應用于硅異質結太陽電池中，獲得了與使用傳統厚度TCO的參考電池相當的光電轉換效率，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光伏及其他光電應用領域的巨大潛力。

圖1 臨界成核法（cns）與傳統固相結晶法（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

      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”為題發表于期刊Advanced Materials。威廉希爾WilliamHill官方網站料學院在讀博士生劉志斌為論文第一作者，威廉希爾WilliamHill官方網站料學院韓燦助理教授和高平奇教授為論文的共同通訊作者。論文合作單位為深圳市捷佳偉創新能源裝備股份有限公司。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委重點項目、深圳市科技重大專項、宜賓市科技計劃，及珠海市產學研合作及基礎與應用基礎研究等項目的支持。

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