铜网格透明电极的低成本制备及性能研究

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透明电极是触摸屏、显示器、太阳能电池、有机发光二极管等光电器件的必要组成部分。应用于柔性可穿戴器件上的透明电极应具有良好耐弯折性能。氧化铟锡化合物(In2O3:Sn,ITO),是商业化的透明电极材料。该无机材料具有天然的脆性,且制备成本较高。为了解决上述问题,新型透明电极材料应具有ITO相当的光电性能、良好的柔性以及较低的制备成本。铜线网格透明电极(Copper Mesh Transparent Electrodes,CMTE)具有铜材料优异的导电性,可调的透光率,是新一代透明电极材料。本论文研究内容围绕制备低成本CMTE的制备及性能研究而展开,具体内容如下:(1)在连续铜膜上沉积聚乙烯醇缩丁醛(PVB)电纺丝纤维,通过溶剂退火得到网状图案模板。利用湿法刻蚀去掉未被遮挡的铜得到CMTE。通过场发射扫描电镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)对铜线形貌进行表征。通过调节电纺丝液的浓度、溶剂退火时间控制网状图案的平均线宽,进而控制铜线的平均线宽。该方案有效地抑制了根切,最终得到了亚微米线宽的CMTE。选取了50 nm,100 nm,200 nm三种厚度的铜膜进行湿法刻蚀,比较了其性能。200 nm厚的CMTE光电性能最佳,透光率(T)=90%时,方块电阻(Rs)=4.02Ω/sq,根均方粗糙度(RMS)约90 nm。厚度100 nm的CMTE在T=90%时Rs=5.73Ω/sq,RMS约为30 nm。厚度50 nm的CMTE在T=90%时,Rs=18.26Ω/sq,RMS约16 nm。200 nm、100 nm CMTE光电性能均优于商业化ITO(T=90%,Rs~10Ω/sq)。50 nm CMTE光电性能略低于商业化ITO,也可满足光电器件的最低要求(T~90%,Rs~20Ω/sq)。三种CMTE具有与ITO相当的抗剥离性能,以及优于ITO的耐弯折性能。将50 nm CMTE用于制备红光量子点发光二极管(QLED),发光强度最高可达6734.67 cd/m~2,外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)为3.26%。(2)用S4求解器模拟了不同铜线线宽CMTE的透光率。模拟结果表明,在厚度、孔隙率相同的条件下,低线宽CMTE具有更高的透光率。(3)探索了制备高分子网状图案和网状凹槽的方法。前者通过湿法刻蚀,后者结合真空蒸镀和剥离技术可制备CMTE。PS/PMMA成膜后可形成网状图案。通过高分子溶液浓度、混合配比以及溶剂退火时间可影响网状图案尺寸。PMMA与Si O2刚性粒子混合可产生亚微米级裂纹,裂纹存在翘曲现象。淀粉悬浮液干燥产生的网状裂纹不垂直于衬底,无法用于制备CMTE,需进一步研究。
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