透明导电薄膜（TCF）是光电探测、光伏电池和照明显示等传统光电器件的核心组成部分，已在光电子产业得到广泛应用。然而，常见的氧化物TCF材料均为n型导电，高导电p型TCF长期以来面临无材料可用的困境。这直接造成了光电器件结构与功能设计的局限性，因为电子设备所需的二极管、整流器和逻辑电路等均需要由互补的n型和p型材料堆叠构成。

P型TCF既要像玻璃般透明，又要像金属般导电，这在物理学上是一个天然的矛盾，传统观念认为是不可能实现的。其根本原因在于空穴远大于电子的有效质量，导致了空穴远低于电子的传导性。此外柔性可穿戴电子器件对材料提出了结构非晶化的更高需求，这将进一步提高空穴电荷的传导困难。

近日，实验室杨长团队在TCF技术方便取得了突破，开发出首个兼具柔性和高导电性的p型TCF薄膜材料，同时解决以上两大技术难题。该工作7月6日发表于Journal of Physical Chemistry Letters期刊（中科院1区），题为“Amorphous Transparent Cu(S,I) Thin Films with Very High Hole Conductivity”。

图1. 杨长研究员团队在线发表高性能非晶p型TCF相关成果

       该研究提出采用CuI-CuS合金化的方式，兼顾了CuS（柔性和高空穴浓度）与CuI（高透明和高空穴迁移率）的优势，获得了在空气中>200℃热稳定的高性能p型TCF。利用I 5p和S 3p大轨道的重叠特性，实现了空穴传输通道（VBM）对晶体结构扭曲的耐受性，空穴电导率在1000-5000 S/cm可调，超同类p型材料100倍以上，达到商用TCF材料1000 S/cm的要求。通过化学组分的调控，可见光透过率可达75-85 %。

图2. (a)非晶Cu(S,I)材料体系空穴输运通道的设计；(b)该材料的光学带隙和相结构与化学组分之间的关系；(c)各类p型TCF的透明导电性能对比

这一成果有望推动p型TCF的实际应用，并可由此衍生出“透明芯片”新技术，将生活中常见的玻璃进行赋能，实现传感、储能、显示、通讯、屏蔽、热管理等众多“智能玻璃”新功能。如此一来，智能电子器件将会无形地融入到人类社会的各个角落，改变人们的未来生活方式。

该工作由华东师范大学与德国莱比锡大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学等单位合作完成，实验室为论文第一完成单位。耿方娟（合作培养博士生）和吴宇宁研究员为论文共同第一作者，杨长研究员为末位共同通讯作者，莱比锡大学Marius Grundmann教授和哈尔滨工业大学朱嘉琦教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然基金委、德国科学基金会等项目的支持，并已与光伏头部企业签订合作协议。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.3c01072