[發(fā)明專利]透明電極及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510039600.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104600207B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊小牛;張通;葉峰;趙曉禮;陳家悅;吳凡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號: H01L51/52
• 分類號: H01L51/52;H01L51/54;H01L51/56;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48;H01L31/0224
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所22210
• 代理人: 王丹陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于透明電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透明電極及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

基于金屬氧化物(如：ITO，F(xiàn)TO，AZO等)的柔性透明電極主要由柔性基底和導(dǎo)電層組成，具有高可見光透過率，被廣泛用于有機太陽能電池和發(fā)光二極管等柔性電子器件中。但是這種柔性透明電極仍然存在一些問題：一方面，由于柔性基底的材料一般采用高分子聚合物，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)等，不耐高溫，限制了導(dǎo)電層的高溫后處理工藝，所以柔性透明電極和玻璃基底的透明電極相比，導(dǎo)電率較低；另一方面，導(dǎo)電層采用金屬氧化物等無機材料，如，摻錫氧化銦(ITO)，具有脆硬的特點，與柔性基底的機械性能不匹配，在彎折時容易斷裂，彎曲后導(dǎo)電性能急劇下降。

為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中，在柔性基底上沉積導(dǎo)電高分子PEDOT(3,4-乙撐二氧噻吩單體的聚合物)，之后在導(dǎo)電高分子PEDOT上磁控濺射ITO層。通過PEDOT層的柔性可以一定程度的改善電極的彎折性，但是PEDOT層導(dǎo)電性仍較差，同時會降低透光性，電極整體性能并不佳(Flexible?PEDOT:PSS/ITO?hybrid?transparent?conducting?electrode?for?organic?photovoltaics，Solar?Energy?Materials&Solar?Cells?115(2013)71–78)。因此，解決金屬氧化物柔性電極不耐彎折的問題，同時保持或者提高金屬氧化物電極優(yōu)良的透光性和導(dǎo)電性，對擴展其應(yīng)用，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬氧化物柔性電極不耐彎折并且導(dǎo)電性能較差等技術(shù)問題，提供了一種透明電極及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的透明電極，包括從下至上依次排列的柔性基底和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層上刻蝕有金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的凹槽，刻蝕深度至柔性基底的上表面，且金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的凹槽中沉積有金屬，沉積的金屬形成金屬柵極。

優(yōu)選的是，所述柔性基底的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)，導(dǎo)電層的材料為摻錫氧化銦(ITO)、摻氟二氧化錫(FTO)或者摻鋁氧化鋅(AZO)，導(dǎo)電層的厚度為50nm-200nm。

優(yōu)選的是，所述金屬柵極的結(jié)構(gòu)為柵欄結(jié)構(gòu)或者柵格結(jié)構(gòu)，所述柵格結(jié)構(gòu)的柵格圖案為正方形、長方形或者正六角蜂窩形。

優(yōu)選的是，所述金屬柵極的柵線線寬為50μm-200μm，距離最近的兩條平行柵線的距離為0.4mm-5mm，導(dǎo)電層被刻蝕的體積占導(dǎo)電層總體積的3％-15％。

優(yōu)選的是，所述金屬為鋁、銀、銅、金、鎳、鉑、鋅、錫、鐵、鈷、錳、鉬、鈦或者合金。

本發(fā)明的透明電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、在金屬氧化物透明電極的導(dǎo)電層上沉積水溶性導(dǎo)電聚合物，得到聚合物薄膜；

所述金屬氧化物透明電極包括從下至上依次排列的柔性基底和導(dǎo)電層；

步驟二、采用激光刻蝕工藝在聚合物薄膜上刻蝕金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的凹槽，刻蝕深度達(dá)到柔性基底的上表面；

所述激光刻蝕的線速度為400mm/s-1500mm/s，工作功率為0.8W-4.7W；

步驟三、在未刻蝕的聚合物薄膜的上表面和刻蝕后裸露的柔性基底的上表面上沉積厚度為100nm-200nm的金屬層，形成金屬柵極；

步驟四、將帶有金屬柵極的金屬氧化物透明電極放入去離子水中超聲，除去未刻蝕的聚合物薄膜及未刻蝕的聚合物薄膜上的金屬層，得到透明電極。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，水溶性導(dǎo)電聚合物為PEDOT:PSS。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，沉積的聚合物薄膜的厚度為50nm-500nm。

優(yōu)選的是，所述步驟四中，超聲時間為10s-15s。

本發(fā)明還提供上述透明電極在制備太陽能電池中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的透明電極將金屬柵極嵌入導(dǎo)電層中，保持了透明電極在可見光區(qū)的透過率，降低了透明電極的表面電阻，在可見光區(qū)域的透過率為70％-85％，表面方阻為3Ω/□-12Ω/□；增加了透明電極的彎折性能，且透明電極在彎折之后也可以保持較好的導(dǎo)電性，本發(fā)明的透明電極經(jīng)400次彎折表面方阻升高在10％以下，導(dǎo)電性基本沒有下降；另外，嵌入式的結(jié)構(gòu)不存在金屬柵極突出的問題，能夠滿足有機太陽能電池和發(fā)光二極管等柔性電子器件的制備需求；