[發明專利]氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 201610080444.X
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN107039588B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 杜金紅;賈帥;張志坤;張鼎冬;任文才;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L51/10
• 分類號: H01L51/10;H01L51/44;H01L51/52
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及高性能石墨烯基透明導電薄膜的設計、制備與應用領域，具體為一種氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜及其制備和應用。透明導電薄膜由透明基體和導電層組成，導電層由石墨烯和氧化石墨烯相互堆疊而成。首先通過轉移在透明基體表面制作石墨烯薄膜，然后通過選擇性氧化頂層、轉移或者噴涂氧化石墨烯的方法獲得氧化石墨烯/石墨烯疊層異質結構透明導電薄膜，最后通過重復以上過程和控制堆疊的次序獲得具有不同堆疊結構的氧化石墨烯/石墨烯疊層異質結構透明導電薄膜。本發明的薄膜結構和制備方法簡單，所得薄膜具有較高透明性、導電性、功函數和表面浸潤性，廣泛應用于有機發光二極管、有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池等光電器件領域。

技術領域

本發明涉及高性能石墨烯基透明導電薄膜的設計、制備與應用領域，具體為一種氧化石墨烯/石墨烯疊層異質結構透明導電薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯由于具有優異的透明導電性、高的化學穩定性及可彎折性能，被認為是一種理想的柔性透明電極材料，有望廣泛用于柔性光電器件中。但是，為獲得高性能器件，石墨烯薄膜除了具有較高的透明導電性外，還應具有較高的功函數并與其它功能層具有良好的浸潤性以利于器件加工。因此，如何獲得兼具高透明導電性、高功函數以及良好浸潤性的石墨烯透明導電薄膜是制約其廣泛應用的“瓶頸”問題。

近年來，已發展多種不同的方法來改善石墨烯薄膜的綜合性能，但多數集中在提高薄膜的導電性，很難同時兼顧功函數和相容性，而且很多情況下，改性后薄膜的性能不穩定。例如，使用硝酸(HNO₃)、氯金酸(AuCl₃)等摻雜劑可以降低石墨烯薄膜的電阻，并提高其功函數。但是，這種摻雜效果在室溫下極其不穩定，摻雜后薄膜電阻會逐漸升高，限制了其在器件中的實際應用。在石墨烯薄膜表面沉積高導電的物質，如碳納米管、銀納米線等，形成復合薄膜，也可以穩定的提高其導電性。但碳納米管和銀納米線不能提高石墨烯薄膜的功函數，也不能改善其浸潤性。

氧化石墨烯表面含有豐富的含氧官能團，如環氧基、羰基、羧基、羥基等。由于氧的電負性大于碳，具有較強的吸電子能力，從而導致氧化后石墨烯表面電勢增加，具有較高的功函數。當它與石墨烯接觸時，可以作為一種穩定的P型摻雜劑，提高石墨烯薄膜的導電性。此外，這些含氧官能團的引入，將會改善石墨烯與含有相似官能團材料的浸潤性。因此，將氧化石墨烯與石墨烯交疊形成異質結構薄膜(頂層一定是氧化石墨烯)，不僅具有較高的功函數、表面浸潤性，還會提高石墨烯薄膜的導電性，促進其在高性能柔性光電器件中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氧化石墨烯/石墨烯疊層異質結構透明導電薄膜及制備方法和應用，該透明導電薄膜結構和制備方法簡單，所得薄膜具有較高透明性、導電性、功函數和表面浸潤性，可廣泛用于有機發光二極管、有機太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池等光電器件領域。

本發明的技術方案是：

一種氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜，透明導電薄膜由透明基體和導電層組成，導電層由石墨烯和氧化石墨烯相互堆疊而成，導電層的頂層為氧化石墨烯。

所述的氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜，石墨烯和氧化石墨烯的層數為2～10。

所述的氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜，石墨烯和氧化石墨烯的層數為3～7。

所述的氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜，透明基體為石英片、玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚碳酸酯PC或聚丙烯PP。

所述的氧化石墨烯/石墨烯疊層透明導電薄膜，每層石墨烯的厚度為0.34～1.5nm，每層氧化石墨烯的厚度為0.5～3nm，導電層的厚度為0.8～20nm。