[發明專利]一種導電石墨烯薄膜及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310196701.2
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN104183300A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 周明杰;馮小明;陳吉星;王平
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;H01L51/52
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及新材料合成領域，特別是涉及一種導電石墨烯薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯是有碳六元環組成的兩維（2D）周期蜂窩狀點陣結構，具有非常高的比較面積，其具有卓越的力學性能，是已知材料中最薄的一種，而且是最牢固堅硬的；有著良好的電學性能，在室溫下的電子遷移率達到了15000cm²/V.S。其特殊的二維結構賦予其完美的量子隧道效應，可彎曲等一系列性質，在光電學器件中有著廣泛的應用。

目前制備石墨烯薄膜通常采用化學氣相沉積或者用氧化石墨進行還原制得，由于在制備過程中，薄膜容易存在一些缺陷，使其薄膜的可見光透過率并不高，作為有機電致發光器件或者有機太陽能電池用的電極，希望電極的光透過率越高越好，這樣才能實現更高的光電轉換性能。對于目前常用的透明導電材料而言，氧化銦錫（ITO）的導電性能和透過率都比較優異，但是ITO使用了稀有金屬銦，使得ITO價格比較高，而鋁摻雜氧化鋅（AZO）與ITO相比，其所用的材料來源廣泛，價格低廉，并且透過率非常高。但是AZO的導電性能一般，制備的電極導電性能還有待于提高。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種導電石墨烯薄膜及其制備方法和應用，該石墨烯薄膜導電性強且光透過率好，可應用于有機電致發光器件和有機太陽能電池中作為電極，且本發明制備時所用材料來源廣泛，價格低廉，利于推廣利用。

第一方面，本發明提供了一種導電石墨烯薄膜，包括：

玻璃基板；以及

設置在玻璃基板表面的功能層；

所述功能層包括第一石墨烯層、第二石墨烯層以及介于第一石墨烯層和第二石墨烯層之間的鋁摻雜氧化鋅（AZO）層；所述第一石墨烯層和第二石墨烯層的厚度均為40nm～80nm，所述鋁摻雜氧化鋅層的厚度為20nm～40nm。

本發明導電石墨烯薄膜采用了一個夾層結構，在第一石墨烯層和第二石墨烯層中間插入AZO層。在該結構中，AZO的折射率與第一石墨烯層或第二石墨烯層的折射率存在差異，使原來通過石墨烯層的光線在AZO與石墨烯層的界面發生折射和反射，并且在AZO與石墨烯層的界面形成干涉相消的作用，抵消部分在界面的反射光線，使光線在該導電薄膜的透過率提高。并且該薄膜采用了夾層結構，使薄膜的方塊成為三段材料的串聯電阻結構，由于石墨烯的導電性能較好，因此該薄膜還可以獲得優于AZO薄膜的導電性能。

第二方面，本發明提供了一種導電石墨烯薄膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）提供清潔的玻璃基板；

（2）在玻璃基板上制備功能層；

（a）將所述清潔的玻璃基板置于氣相沉積室中，通入氫氣使氣相沉積室的壓強維持在10Pa～1000Pa，隨后將氣相沉積室溫度升溫至600℃～1000℃，再通入碳源氣體使氣相沉積室的壓強維持在10Pa～1000Pa，反應完成后，制得沉積有第一石墨烯層的基板，所述第一石墨烯層的厚度為40nm～80nm；

（b）將沉積有第一石墨烯層的基板放入真空度為1×10^-5Pa～1×10^-3Pa的真空鍍室中，加熱所述沉積有第一石墨烯層的基板溫度達到250℃～750℃，通入氣體流量為10sccm～35sccm的氬氣，以鋁摻雜氧化鋅作為靶材，在第一石墨烯層上濺射制備鋁摻雜氧化鋅層，所述基板和靶材的間距為45mm～95mm，所述濺射速度為0.02nm/s～0.5nm/s，所述鋁摻雜氧化鋅層厚度為20nm～40nm；

（c）在鋁摻雜氧化鋅層上采用氣相沉積的方法制備第二石墨烯層，第二石墨烯層的制備方法同步驟（2）第一石墨烯層的制備，所述第二石墨烯層的厚度為40nm～80nm；得到所述導電石墨烯薄膜。

優選地，所述碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷中的一種或多種。

優選地，所述基板和靶材的間距為60mm。

優選地，所述基板溫度為500℃。

優選地，通入氬氣的氣體流量為25sccm。

優選地，所述玻璃基板的清潔操作為：將玻璃基板依次置于丙酮、乙醇、二次水中超聲處理20min，處理干凈后，用大量二次水沖洗，氮氣吹干。