液相法构筑新型金属网络透明导电电极及光电性能研究

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透明导电电极是光电器件的重要部件之一。目前透明导电电极需要解决的关键问题是光透射率和导电性的协同提高,以及低成本大面积柔性构筑,这也是目前该领域研究的热点。众所周知,氧化铟锡(Indium Tin oxide,ITO)因其具有优异的光透射率和导电性,是目前商业化应用最广泛的透明导电电极,但是ITO电极有严重的缺陷,比如高成本、需要高真空高温的制备条件和易脆性等,使得ITO电极无法满足和适应下一代柔性光电器件的发展。金属网络透明导电薄膜因其具有良好的光透射率、导电性、低成本和机械柔性,是最有潜力替代ITO的材料。本论文通过液相法实现柔性金属网络电极的大面积制备,解决了透明导电电极中光透射率和导电性的矛盾相长问题,同时实现电极与活性层或衬底良好的欧姆接触和附着力。其主要内容如下:  1.用纳米银埋栅网络电极替代单晶硅太阳能电池传统的前电极(银浆)。以单晶硅表面金字塔织构为天然模板,通过自组装、退火等过程形成图案化纳米银网络电极。此透明电极在有绒面的单晶硅表面的反射率为16%(550 nm),方阻为15Ω/sq。为了将此电极应用到单晶硅太阳能电池片,我们采用金属辅助化学刻蚀的方法,使银纳米线网络电极嵌入硅片表面,形成纳米银埋栅网络电极,提高电极与衬底接触面积,改善电极与硅片之间的欧姆接触及附着力。基于纳米埋栅银网络电极制备的单晶硅太阳能电池的串联电阻为1.8Ω/sq,与商业化单晶硅电池片的串阻相当,效率仅比商业化电池片低14%。从制备工艺角度,本研究省去了商业化电池片制备过程中的丝网印刷和高温共烧步骤,这种电池的生产成本相比商业化电池大大降低。  2.利用自发形成的龟裂模板制备高性能的透明导电金属网络电极。基于简单的龟裂模板分别在玻璃和柔性PET基底上制备纳米银透明网络电极,制备方法简单、成本低廉、并适于大面积制备。此纳米银网络透明导电电极在玻璃基底上的光透射率为82%左右(550 nm),方阻为4.3Ω/sq;在柔性的PET基底上的光透射率为86%左右(550 nm),方阻为10Ω/sq,并且经过反复的弯曲和拉伸测试后,电极的方阻变化较小。我们将应用了这种高性能的柔性透明电极的触摸屏显示器进行了展示。  综上所述,我们采用低成本的液相法制备了两种金属网络透明导电电极,并对它们的光电及机械柔性性能进行了实验研究。研究结果表明,我们的电极具有优良的光电性能和机械柔性,分别是传统光伏前电极银浆和ITO薄膜电极的有利替代者。
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