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フッ素ドープ酸化スズ (FTO)

酸化インジウムスズ(ITO)と同様に透明導電膜として有名な材料であるフッ素ドープ酸化スズ(FTO)。2つの材料の違いとは?

 

応用例

フッ素ドープ酸化スズ(F-doped Tin Oxide, FTO)とは、酸化スズにフッ素をドープした材料で、主に色素増感型太陽電池ペロブスカイト太陽電池の透明電極に使われています。

 

FTOは大気下気相化学成長(Chemical Vapor Deposition: CVD)法や、スプレー熱分解(Spray Pyrolysis Deposition: SPD)法などを用いてガラス上に成膜します。

 

特長としてITOと同様薄膜にしたときに高い透明性と電気伝導度を示します。

ITOには希少金属であるインジウムが使われていますが、FTOにはそれが使われていないため希少金属の資源保護の観点から利用価値が高まっています。

 

ITOとFTOの違い

ITOとFTOの違いを表にまとめてみました。

 

  ITO FTO
耐熱性 あまりない 十分ある
電気伝導度 (比抵抗値: Ωcm)[1] 1.8 x 10-4 8.5 x 10-4
透明性(全光線透過率)[1] 96% 87%
表面状態 平滑 微細な凹凸

 

ITOとの大きな違いはその耐熱性です。ITOは300℃以上の焼結を行うと電気伝導度 (比抵抗率)が高くなってしまい透明導電膜としての性能がさがってしまいますが、FTOにはそのようなことはありません。

そのため、色素増感型太陽電池やペロブスカイト太陽電池の電子輸送層や多孔質層に用いられる酸化チタン(TiO2)の焼結に必要な温度である500℃に耐えられるためよく用いられているというわけです。

 

一方、FTOは元々の電気伝導度が高いため、その分FTOの層を厚くする必要があります。そのためITOと比べると透明性が低下するといった問題点があります。

また、FTOには表面に微細な凹凸があるため、入射した光が基板の中に閉じ込められてしまいます。そのため光を基板内から取り出す必要のある液晶ディスプレイや有機ELには不向きといった問題があります。

最後に

ITOに変わる透明導電膜として注目されているFTO。レアメタルであるインジウムを使わない、耐熱性があるといったメリットがある一方、デメリットも多くまだまだ改善の必要があるのも事実です。

加えてFTOもフレキシブル素材には使いにくいといった欠点もあります。

FTOやITOといった材料がどうなるのか。今後の研究に期待しましょう。

 

参考文献

[1] 川島卓也, 後藤謙次, 小林一治, 「 高性能FTO基板」フジクラ技報, 110, 32-36, 2006

 

関連書籍

 

 

 

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レオ

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Ph.D取得を目指す大学院生。有機太陽電池の高効率を目指して日々研究中。趣味は一人で目的もなく電車に乗って旅行をすること。最近は研究以外の分野にも興味を持ち日々勉強中。
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