[发明专利]一种透明电极及其制备方法

说明书

本发明提供透明电极及其制备方法；本发明的透明电极包括：透明基底和在所述透明基底上依次设置的第一高介电膜层、金属膜层、第二高介电膜层；所述的金属膜层为连续金属膜层；所述高介电膜层的介电常数大于等于6.25。本发明利用高介电材料的电磁共振特性实现高电导高光透明的透明电极材料的设计和制备。本发明的透明电极利用高介电膜层的电磁共振特性及其与入射光的耦合输入和输出效应；高介电膜层与连续金属膜层的复合结构能提供宽频带光透明，频谱范围覆盖了从可见光到红外光，极大地拓展了此类透明电极在不同频段的光电应用范围；同时具有较强的弯曲和柔韧性，易于与外界结构单元包括其他有源层或光电控制模块或柔性基底的集成。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种透明电极及其制备方法。

背景技术

透明电极材料，因为其同时具备光学方面的高透光率及低电阻率，广泛应用于各种光电功能材料与器件，包括太阳能电池、光电探测和传感器、图像传感器、显示器、有机发光二极管和触摸屏面板、阳光控制膜和导体膜。从应用的角度看，透明电极除了所需要的大范围光谱的高透光率和较低的电阻之外，还应具有与其他诸如易于加工(例如，大面积制备的可能性)、与其他材料和结构(例如，有源层)集成的兼容性、相对于温度、机械和化学应力及电磁环境的稳定性、以及低成本的必要特征。

目前，透明电极材料主要有金属氧化物、碳纳米管或者石墨烯，其中铟锡氧化物(ITO)应用最为广泛。导电性和透光率是透明电极材料的主要性能指标，大部分透明电极材料需要平衡两者之间的性能，结果往往是高透光率的透明电极其导电性能较差，高电导性能的透明电极其透光率较低。金属氧化物透明电极、碳纳米管或者石墨烯或聚合我导电材料都往往难以同时满足这两者的高要求，比如，现在在触摸屏、显示照明、太阳能等领域已实现广泛商业化应用的ITO透明电极在维持较低方阻(sheet resistance)为50Ω/□时，其透光率则低于85％。此外，这种金属氧化物透明电极材料质脆易碎且不易变形等缺陷，难以在柔性衬底上进行集成并应用于可折叠、可穿戴等变形的基于透明电极的各种光电显示和触摸器件获得推广应用。碳纳米管薄膜型透明电极需要大的长径比，且其碳管的均匀分散程度和碳管之间的欧姆电阻问题都限制了此类透明电极材料的面内导电性能。石墨烯型的透明电极本身具有非常好的结构柔韧性同时也有很好的载流子迁移率，但石墨烯量产技术以及制备石墨烯透明电极的工艺技术尚未成熟。

近年来随着纳米科技的发展，基于金属纳米线制成的薄膜也成为开拓透明电极材料的新方向。金属纳米线薄膜基于纳米线与聚合物混合成膜，虽然采用液相法能降低成本，但金属纳米线的均匀分散还是个难题，并且金属纳米线交错位置在充电下的高焦耳热问题以及金属纳米线与衬底或者活化层的接触电阻等问题难以解决。基于金属网格的透明电极材料通过纳米金属网格之间的互相连接或物理接触，形成导电路径，而通过网格空隙处实现高的透光率。金属网格透明电极在通过增大网格尺寸从而获得大的空隙处获得透光率为87％以上时的方阻为10Ω/□。近期，CN104681645B公开了一种基于金属网格和金属纳米线制备复合透明导电电极的方法，通过金属纳米线的辅助作用，电极的电阻实现了从最初的大约13.6下降到大约9.45且电极透光率维持在大约90.2％。然而，基于金属网格的透明电极材料制备所需的激光刻蚀或压印技术、或金属喷墨打印、纳米线涂覆或高温退火自龟裂等都存在制备成本高、不适合大面积生产的缺点。