微米/亚微米线宽网状图案构筑及其在金属网格透明电极制备中的应用

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透明电极广泛应用于触摸屏、太阳能电池、液晶显示屏、发光二极管等光电器件中。因此,透明电极不仅需要优异的光电性能,还应具备优异的力学性能。传统金属氧化物透明电极材料的陶瓷脆性以及高成本限制了其应用发展。金属网格透明电极因其优异的光电性能和力学性能成为最有潜力的替代材料之一。通常,制备金属网格都需要图案化模板。本文以静电纺丝网状图案模板和龟裂凹槽图案模板制备金属网格透明电极。具体内容如下:(1)利用静电纺丝网状图案模板结合刻蚀技术制备铜线网格透明电极。通过场发射扫描电镜(FESEM)和原子力扫描电镜(AFM)对网状图案和铜线网格的形貌进行表征。结果表明,改变电纺条件制备的网状图案高分子纤维平均直径最细为240 nm,最粗为3034 nm。在湿法刻蚀条件下,铜线网格的最小平均线宽为668 nm,当透光率T=91.76%时,方块电阻Rs=47.32Ω/sq。对于线宽2166 nm的铜线网格,T=91.24%时,Rs=25.13Ω/sq。通过线性拟合得到的系数计算,T=87.11%时,其Rs为15.24Ω/sq。离子束刻蚀(IBE)制备的铜线网格缺陷更少。T=87.11%时,Rs=6.92Ω/sq,比湿法刻蚀同样条件下的方块电阻15.24Ω/sq低54.60%。铜线网格具有与氧化铟锡(ITO)相当的耐剥离性能,以及优于ITO的耐弯折性能。(2)通过卵清蛋白和单宁酸龟裂凹槽模板结合磁控溅射和剥离(lift-off)制备了银线金属网格。结果表明,卵清蛋白龟裂模板制备的金属网格表面粗糙度Rq为48.7 nm,在孔隙率为80.08%时,方块电阻为2.36Ω/sq。根据连续性假设,计算实际方阻与理论方阻的比值代表其缺陷。该金属网格的比值为9.8,假设所有孔隙率下缺陷相同,可以推测出在孔隙率为90%时,Rs为4.61Ω/sq。单宁酸龟裂凹槽制备的金属网格透明电极在孔隙率为82.32%时,Rs为1.31Ω/sq,实际方阻与理论方阻的比值为4.85。推测其孔隙率为90%时,Rs为2.28Ω/sq。该方法制备的金属网格具有和ITO相当的耐剥离性能,以及优于ITO的耐弯折性能。(3)利用S4求解器,模拟分析了金属网格透明电极透光率随线宽、图案形状、材料种类之间变化关系。结果表明,当孔隙率相同时,铜线网格的线宽越小,透光率越高。孔隙率90%的条件下,线宽50 nm的铜线网格T=89.21%;当线宽增加到5000 nm时,铜线网格的T=86.17%。通过金,银,铜,铝四种材料的对比,金属银构筑的金属网格透明电极具有最好的透光率。
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