[发明专利]一种导电石墨烯薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及新材料合成领域，特别是涉及一种导电石墨烯薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是有碳六元环组成的两维（2D）周期蜂窝状点阵结构，具有非常高的比较面积，其具有卓越的力学性能，是已知材料中最薄的一种，而且是最牢固坚硬的；有着良好的电学性能，在室温下的电子迁移率达到了15000cm²/V.S。其特殊的二维结构赋予其完美的量子隧道效应，可弯曲等一系列性质，在光电学器件中有着广泛的应用。

目前制备石墨烯薄膜通常采用化学气相沉积或者用氧化石墨进行还原制得，由于在制备过程中，薄膜容易存在一些缺陷，使其薄膜的可见光透过率并不高，作为有机电致发光器件或者有机太阳能电池用的电极，希望电极的光透过率越高越好，这样才能实现更高的光电转换性能。对于目前常用的透明导电材料而言，氧化铟锡（ITO）的导电性能和透过率都比较优异，但是ITO使用了稀有金属铟，使得ITO价格比较高，而铝掺杂氧化锌（AZO）与ITO相比，其所用的材料来源广泛，价格低廉，并且透过率非常高。但是AZO的导电性能一般，制备的电极导电性能还有待于提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种导电石墨烯薄膜及其制备方法和应用，该石墨烯薄膜导电性强且光透过率好，可应用于有机电致发光器件和有机太阳能电池中作为电极，且本发明制备时所用材料来源广泛，价格低廉，利于推广利用。

第一方面，本发明提供了一种导电石墨烯薄膜，包括：

玻璃基板；以及

设置在玻璃基板表面的功能层；

所述功能层包括第一石墨烯层、第二石墨烯层以及介于第一石墨烯层和第二石墨烯层之间的铝掺杂氧化锌（AZO）层；所述第一石墨烯层和第二石墨烯层的厚度均为40nm～80nm，所述铝掺杂氧化锌层的厚度为20nm～40nm。

本发明导电石墨烯薄膜采用了一个夹层结构，在第一石墨烯层和第二石墨烯层中间插入AZO层。在该结构中，AZO的折射率与第一石墨烯层或第二石墨烯层的折射率存在差异，使原来通过石墨烯层的光线在AZO与石墨烯层的界面发生折射和反射，并且在AZO与石墨烯层的界面形成干涉相消的作用，抵消部分在界面的反射光线，使光线在该导电薄膜的透过率提高。并且该薄膜采用了夹层结构，使薄膜的方块成为三段材料的串联电阻结构，由于石墨烯的导电性能较好，因此该薄膜还可以获得优于AZO薄膜的导电性能。

第二方面，本发明提供了一种导电石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）提供清洁的玻璃基板；

（2）在玻璃基板上制备功能层；

（a）将所述清洁的玻璃基板置于气相沉积室中，通入氢气使气相沉积室的压强维持在10Pa～1000Pa，随后将气相沉积室温度升温至600℃～1000℃，再通入碳源气体使气相沉积室的压强维持在10Pa～1000Pa，反应完成后，制得沉积有第一石墨烯层的基板，所述第一石墨烯层的厚度为40nm～80nm；

（b）将沉积有第一石墨烯层的基板放入真空度为1×10^-5Pa～1×10^-3Pa的真空镀室中，加热所述沉积有第一石墨烯层的基板温度达到250℃～750℃，通入气体流量为10sccm～35sccm的氩气，以铝掺杂氧化锌作为靶材，在第一石墨烯层上溅射制备铝掺杂氧化锌层，所述基板和靶材的间距为45mm～95mm，所述溅射速度为0.02nm/s～0.5nm/s，所述铝掺杂氧化锌层厚度为20nm～40nm；

（c）在铝掺杂氧化锌层上采用气相沉积的方法制备第二石墨烯层，第二石墨烯层的制备方法同步骤（2）第一石墨烯层的制备，所述第二石墨烯层的厚度为40nm～80nm；得到所述导电石墨烯薄膜。

优选地，所述碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷中的一种或多种。

优选地，所述基板和靶材的间距为60mm。

优选地，所述基板温度为500℃。

优选地，通入氩气的气体流量为25sccm。

优选地，所述玻璃基板的清洁操作为：将玻璃基板依次置于丙酮、乙醇、二次水中超声处理20min，处理干净后，用大量二次水冲洗，氮气吹干。