无电电镀法制备高性能柔性金属网格透明导电薄膜并应用于太阳能电池

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随着近年来可穿戴电子器件的萌芽,作为核心组成之一的可弯折大面积高性能的透明电极成为研究的热点。普通的商业化透明电极一般是氧化铟锡(ITO)玻璃透明电极。电子溅射的高成本制备方法和ITO本身的脆性限制了其在柔性器件里的进一步发展。人们迫切需要成本低廉、可弯折、可大面积生产且拥有较好光电性能的新型透明电极。由于金属纳米线本身的高导电性和透光性,常用于替代ITO。然而,金属纳米线的长径比、节点电阻与拉伸弯折限度的问题限制了其进一步的发展。本文旨解决金属纳米线存在的客观问题,制备可弯折的高性能柔性金属网格透明电极,促进柔性可穿戴电子器件的发展。首先,针对金属纳米线长径比与节点电阻的问题,通过静电纺丝法制备超长的聚4-乙烯基吡啶纳米纤维作为模板(约90 nm),将其包埋在弹性基底聚二甲基硅氧烷(PDMS)中,再采用无电电镀法在聚合物纤维模板上沉积铜,形成金属纳米网格,从而制备了透光率约为82%,方阻为15.6Ωsq-1的透明导电薄膜。此方法有利于消除金属纳米线的节点问题,并赋予其优异的机械柔韧性和可拉伸性。拉伸弯折2000次后对透明电极的光电性能几乎没影响。结合静电纺丝与无电电镀法,实现了大面积制备半包埋的金属网格,并使得聚合物太阳能电池达到4.6%的能量转换效率。其次,针对在静电纺丝制备的无序的纳米纤维上采用无电电镀工艺制备的金属网格透明电极的光电性能(Rsq=15.6Ωsq-1时T=82%)未能达到最优,且应用中器件性能不高等问题。因此采用喷墨打印技术,在聚多巴胺(PDA)修饰的基底上打印图案化聚苯乙烯矩阵掩模板,并通过无电镀工艺沉积金属银,再使用有机溶剂洗除聚苯乙烯掩模板,最终得到有序的高性能柔性金属网格透明电极(Rsq=11Ωsq-1,T=90%)。
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