纳米减反结构对石墨烯透明导电薄膜的光电性能调控研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyanliang163
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石墨烯以其高的光学透过率和优异的导电性,成为可以替代传统氧化铟锡(ITO)和掺氟氧化锡(FTO)等的一种很有前途的透明导电薄膜。在石墨烯的各种制备方法中,化学气相沉积法(CVD)在制备高质量的石墨烯方面很有优势。传统的CVD方法在制备石墨烯透明导电薄膜的过程中,通常需要一个复杂的转移过程,对石墨烯的质量极易造成损害,从而降低了石墨烯透明导电薄膜的导电性。同时,基底对可见光的反射会降低石墨烯透明导电薄膜的光学性能。因此,减少基底的反射并直接在绝缘基底上制备石墨烯透明导电薄膜成为研究的热点之一。本论文系统地研究了常压CVD铜颗粒催化技术直接在绝缘基底上可控制备石墨烯透明导电薄膜。在石墨烯薄膜与基底之间引入SiO2双层逐级纳米减反结构,有效地减少了基底的反射,同时可以对石墨烯电子传输进行调控,显著提高了透明导电薄膜的质量,从而实现对其光电性能的调控。本论文的研究内容如下:(1)系统地研究了常压CVD铜颗粒催化技术直接在绝缘基底上制备石墨烯透明导电薄膜。主要分析了催化剂前驱体乙酸铜的浓度、甲烷流量、生长温度和生长时间等因素对石墨烯透明导电薄膜性能的影响,为理解该制备方法的机理提供了基础。通过对石墨烯制备条件的调控,获得性能良好的石墨烯透明导电薄膜,方块电阻为2.48 kΩ·sq-1,透过率为82.83%。(2)以酸催化SiO2溶胶、SiO2空心和实心纳米球溶胶为构筑材料设计并可控制备折射率逐级变化的SiO2基纳米减反结构:SiO2空心纳米球/酸催化SiO2溶胶(SiO2 HNSs/ACSS)和SiO2实心纳米球/酸催化SiO2溶胶(SiO2SNSs/ACSS)结构。通过SiO2纳米球的粒径和减反层的厚度来调控纳米减反结构的折射率,从而达到良好的减反效果。将两种减反结构的性能进行比较,SiO2 SNSs/ACSS纳米减反结构具有较好的减反性能,可使玻璃基底的透过率由91.22%增加至98.80%,使石英基底的透过率由93.20%增加至98.71%。(3)在基底上引入SiO2 SNSs/ACSS纳米减反结构并利用常压CVD铜颗粒催化技术沉积石墨烯薄膜,制备出石墨烯/SiO2基纳米减反结构复合的透明导电薄膜。研究不同条件下石墨烯透明导电薄膜的光学性能和电学性能。对引入纳米减反结构前后得到的石墨烯透明导电薄膜的性能进行比较,得出引入纳米减反结构有效调控了透明导电薄膜的透过率和导电性,透过率从82.83%增加至89.65%,方块电阻由2.48 kΩ·sq-1降低至2.04 kΩ·sq-1。在石墨烯薄膜与基底之间引入纳米减反结构是提高石墨烯透明导电薄膜性能的一种有意义的方法。
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