一種透明電極及其制備方法技術

本發明專利技術提供透明電極及其制備方法；本發明專利技術的透明電極包括：透明基底和在所述透明基底上依次設置的第一高介電膜層、金屬膜層、第二高介電膜層；所述的金屬膜層為連續金屬膜層；所述高介電膜層的介電常數大于等于6.25。本發明專利技術利用高介電材料的電磁共振特性實現高電導高光透明的透明電極材料的設計和制備。本發明專利技術的透明電極利用高介電膜層的電磁共振特性及其與入射光的耦合輸入和輸出效應；高介電膜層與連續金屬膜層的復合結構能提供寬頻帶光透明，頻譜范圍覆蓋了從可見光到紅外光，極大地拓展了此類透明電極在不同頻段的光電應用范圍；同時具有較強的彎曲和柔韌性，易于與外界結構單元包括其他有源層或光電控制模塊或柔性基底的集成。

【技術實現步驟摘要】
一種透明電極及其制備方法
本專利技術屬于光電
，具體涉及一種透明電極及其制備方法。
技術介紹
透明電極材料，因為其同時具備光學方面的高透光率及低電阻率，廣泛應用于各種光電功能材料與器件，包括太陽能電池、光電探測和傳感器、圖像傳感器、顯示器、有機發光二極管和觸摸屏面板、陽光控制膜和導體膜。從應用的角度看，透明電極除了所需要的大范圍光譜的高透光率和較低的電阻之外，還應具有與其他諸如易于加工(例如，大面積制備的可能性)、與其他材料和結構(例如，有源層)集成的兼容性、相對于溫度、機械和化學應力及電磁環境的穩定性、以及低成本的必要特征。目前，透明電極材料主要有金屬氧化物、碳納米管或者石墨烯，其中銦錫氧化物(ITO)應用最為廣泛。導電性和透光率是透明電極材料的主要性能指標，大部分透明電極材料需要平衡兩者之間的性能，結果往往是高透光率的透明電極其導電性能較差，高電導性能的透明電極其透光率較低。金屬氧化物透明電極、碳納米管或者石墨烯或聚合我導電材料都往往難以同時滿足這兩者的高要求，比如，現在在觸摸屏、顯示照明、太陽能等領域已實現廣泛商業化應用的ITO透明電極在維持較低方阻(sheetresistance)為50Ω/□時，其透光率則低于85％。此外，這種金屬氧化物透明電極材料質脆易碎且不易變形等缺陷，難以在柔性襯底上進行集成并應用于可折疊、可穿戴等變形的基于透明電極的各種光電顯示和觸摸器件獲得推廣應用。碳納米管薄膜型透明電極需要大的長徑比，且其碳管的均勻分散程度和碳管之間的歐姆電阻問題都限制了此類透明電極材料的面內導電性能。石墨烯型的透明電極本身具有非常好的結構柔韌性同時也有很好的載流子遷移率，但石墨烯量產技術以及制備石墨烯透明電極的工藝技術尚未成熟。近年來隨著納米科技的發展，基于金屬納米線制成的薄膜也成為開拓透明電極材料的新方向。金屬納米線薄膜基于納米線與聚合物混合成膜，雖然采用液相法能降低成本，但金屬納米線的均勻分散還是個難題，并且金屬納米線交錯位置在充電下的高焦耳熱問題以及金屬納米線與襯底或者活化層的接觸電阻等問題難以解決。基于金屬網格的透明電極材料通過納米金屬網格之間的互相連接或物理接觸，形成導電路徑，而通過網格空隙處實現高的透光率。金屬網格透明電極在通過增大網格尺寸從而獲得大的空隙處獲得透光率為87％以上時的方阻為10Ω/□。近期，CN104681645B公開了一種基于金屬網格和金屬納米線制備復合透明導電電極的方法，通過金屬納米線的輔助作用，電極的電阻實現了從最初的大約13.6下降到大約9.45且電極透光率維持在大約90.2％。然而，基于金屬網格的透明電極材料制備所需的激光刻蝕或壓印技術、或金屬噴墨打印、納米線涂覆或高溫退火自龜裂等都存在制備成本高、不適合大面積生產的缺點。近期，通過利用導電金屬或金屬合金薄膜也可以獲得導電膜結構，比如，CN102474999B公開了一種運用多晶晶種層構建的金屬或金屬合金層具有透光率超過80％，且方阻小于100Ω/□。CN105449106A公開了一種基于超薄金屬的透明電極及其制備方法，通過利用成核籽晶層和增反增透層實現了在金屬層厚度小于15nm時透光率超過80％，且方阻小于100Ω/□的透明電極性能。然而這些超薄金屬層的透明電極結構復雜且制備過程中都需要納米晶種層。CN102051578B公開了一種透明導電金屬薄膜，該薄膜為非晶態的金屬銅，金屬膜層厚度優選為7-12nm時的透光率小于85％。然而這種結構簡單的透明導電金屬薄膜主要依托金屬銅表面3-5nm的氧吸附層實現的增透只能在金屬膜層厚度超薄，比如7nm時才能實現光譜最大透光率接近85％，在保持金屬膜層真正成膜或形成連續金屬膜層的厚度范圍(>10nm)時的透光率較低。比如，在金屬膜層厚度為15nm和20nm時，此類導電金屬薄膜的透光率最大不超過70％和60％。此外，由于金屬膜層厚度太薄，難以形成完整連續的金屬膜，因而不可避免地降低其電導特性，使得其電阻率較之連續金屬膜層內在優良電導性能降低10倍以上。而對于厚度處于15-20nm的連續金屬膜層，具有非常優異的電導特性包括方阻小于0.1Ω/□(《ACSNano》第9，第10590頁，2015年)。但目前對于此類相對較厚的連續金屬膜層，如何實現高透光率依然是一個難以有效解決的科學難題。此外，研究一種結構簡單易于工藝制備，且可以保持金屬膜層與生俱來的優良電導特性同時實現光學透明響應，且具有高集成高兼容的電極材料對于革新現有透明電極材料和技術方法具有非常重要的意義和應用價值。因而，我們期望在高電導特性的連續金屬膜層的基礎上，通過結構的設計與材料的選擇，能夠實現明顯提高透光率的同時，基本不影響電極結構中金屬膜層的導電性。
技術實現思路
解決上述問題所采用的技術方案是一種透明電極及其制備方法。本專利技術提供的一種透明電極，包括：透明基底和在所述透明基底上依次設置的第一高介電膜層、金屬膜層、第二高介電膜層；所述的金屬膜層為連續金屬膜層；所述高介電膜層的介電常數大于等于6.25。優選的，所述金屬膜層的厚度為10-50nm。優選的，所述金屬膜層的厚度為15-30nm。優選的，所述金屬膜層的材料選自銅、銀、金、鋁或鉑中的任意一種或幾種制備的。優選的，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的厚度為10-100nm。優選的，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的厚度為30-40nm。優選的，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的材料選自Ⅲ-Ⅴ族半導體中的一種或幾種。優選的，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的材料為砷化鎵、磷化銦、或砷化銦。優選的，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的材料為單晶硅、多晶硅、納米晶硅、二氧化鈦、或鍺。本專利技術還提供一種上述透明電極的制備方法，包括以下步驟：將透明基底進行清洗并晾干或烘干；在所述透明基底上沉積第一高介電膜層；在所述第一高介電膜層上沉積金屬膜層；在金屬膜層上面沉積第二高介電膜層。本專利技術的有益效果和優點是：本專利技術的優點至少在于：1、采用連續金屬膜層作為透明電極材料的導電膜層結構，充分利用連續金屬膜層內在的優異電學特性包括高電導低電阻、高載流子濃度和遷移率等實現優異導電性能。2、連續金屬膜層同時也保持了結構上的機械和力學特性包括較強的彎曲和柔韌性，易于與外界結構單元包括其他有源層或光電控制模塊或柔性基底的集成。3、通過將高介電膜層集成在具有完美電導特性的連續金屬膜層結構中，從而為實現利用高介電膜層的電磁共振特性及其與入射光的耦合輸入和輸出效應，為高透光率提供了一條有效的途徑。4、高介電膜層包覆在連續金屬膜層的上下表面，不僅可以提高金屬膜層的結構穩定性包括與氧的隔絕從而杜絕金屬氧化以及隔絕其他化學或腐蝕性環境保持金屬膜層的物性不受影響，而且進一步提高了金屬膜層結構的機械強度和可承受扭曲的能力。5、高介電膜層與連續金屬膜層的復合結構能提供寬頻帶光透明，頻譜范圍覆蓋了從可見光到紅外光，極大地拓展了此類透明電極在不同頻段的光電應用范圍。6、高介電膜層自身半導體材料的良好電學和光學特性，可以為拓展此類透明電極在光電操控方面的應用提供額外的實現途徑和應用基礎。7、該專利技術的基于寬頻帶光透明連續金屬膜層的透明電極的結構全部由連續膜層構成，可以通過技術成熟且工藝簡單的現有的多本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種透明電極，其特征在于，包括：透明基底和在所述透明基底上依次設置的第一高介電膜層、金屬膜層、第二高介電膜層；所述的金屬膜層為連續金屬膜層；所述高介電膜層的介電常數大于等于6.25。

【技術特征摘要】
1.一種透明電極，其特征在于，包括：透明基底和在所述透明基底上依次設置的第一高介電膜層、金屬膜層、第二高介電膜層；所述的金屬膜層為連續金屬膜層；所述高介電膜層的介電常數大于等于6.25。2.如權利要求1所述的透明電極，其特征在于，所述金屬膜層的厚度為10-50nm。3.如權利要求2所述的透明電極，其特征在于，所述金屬膜層的厚度為15-30nm。4.如權利要求1所述的透明電極，其特征在于，所述金屬膜層的材料選自銅、銀、金、鋁或鉑中的任意一種或幾種制備的。5.如權利要求1所述的透明電極，其特征在于，所述第一高介電膜層和第二高介電膜層的厚度為10-100nm。6.如權利要求5所述的透明電極，其特征在于，所述第一高介電膜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉正奇，劉桂強，黃鎮平，劉曉山，
申請(專利權)人：江西師范大學，
類型：發明
國別省市：江西,36