氧化銦錫(Indium Tin Oxide) | 科學Online - 國立臺灣大學
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氧化銦錫(Indium Tin Oxide) ... 「透明電極」是液晶顯示器不可或缺的零件,因為液晶顯示器的構造,是在發光層的正前方設置電極。
一般而言,透明和導電是 ...
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氧化銦錫(IndiumTinOxide)
臺北市立第一女子高級中學二年級黃詩婷/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師
一、透明卻能導電,是「透明電極」的材料
「透明電極」是液晶顯示器不可或缺的零件,因為液晶顯示器的構造,是在發光層的正前方設置電極。
一般而言,透明和導電是無法同時成立的。
例如,普通的玻璃是透明的,但是它不導電;而金屬會導電,但是它不透明。
1954年,德國的G.Rupprecht博士開發了透明電極。
他在透明的「氧化銦」化合物中,添加$$5$$~$$10\%$$的錫,成功地導電了。
該化合物稱為ITO(IndiumTinOxide:氧化銦錫),幾乎所有的液晶顯示器都使用ITO的透明電極。
未來全世界液晶顯示器的用量將會持續增加,且作為發電效率(轉換效率)比現在矽晶太陽能電池的「CIGS太陽能電池」的材料,銦受矚目的程度越來越高,將來它的需求量可望日益攀升。
此外,銦的豐度是大約平均$$1$$公噸地殼中,只有$$0.05$$公克左右。
在本質上,它就是一種稀有金屬。
雖然一般認為它沒有立即枯竭之虞,但是放眼未來,還是必須持續開發可取代銦的材料。
二、光能通過、電能通過,絕妙的原子行為
金屬能夠導電,是因為電子可以在金屬原子間自由移動,然而光也因此無法透過金屬。
光照射時,自由移動的電子一接觸到光,就會將光反射回去。
而金屬與氧結合所成的物質(氧化物),若製成薄板,大多是透明的。
透明的金屬氧化物很常見,不過絕大部份的金屬氧化物都無法導電,因為位在金屬原子間的氧原子將電子通道遮斷了。
但是有些金屬氧化物如果加入多餘電子就會導電,包括鎘(Cd)、銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)的氧化物。
在這些氧化物中,金屬原子的電子雲(電子的分布區域)遠比氧原子分布得還要廣,而且重疊在一起,因此電子可以在電子間移動。
添加電子的方法有二個:
將原子序號大一號(電子數多一個,例如錫對銦)的元素當作雜質混入。
這樣一來,錫多一個的電子加入銦中,銦的電子雲就會擴大。
將氧原子移除。
在少氧的環境中,將ITO利用高溫加熱,使之失去氧原子,留下$$2$$個電子。
該電子加入銦中,也會讓電子雲擴大。
參考文獻:
《產業的生命線——稀有金屬與稀土》,Newton量子科學雜誌,第44號,2011年6月
氧化銦錫-維基百科,自由的百科全書 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%93%9F%E9%94%A1
Tags:太陽能電池,金屬氧化物,電極
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