新型透明導(dǎo)電電極的模板法構(gòu)筑及其光電特性.pdf

1、20世紀(jì)90年代以來，顯示技術(shù)和光通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化極大地促進(jìn)了透明導(dǎo)電電極的發(fā)展，同時(shí)也對其提出了更多、更高的要求。目前使用最為廣泛的是氧化錫銦(ITO)透明導(dǎo)電電極，但伴隨著現(xiàn)代光電子器件的不斷發(fā)展和透明導(dǎo)電電極的大量使用，這種傳統(tǒng)的ITO透明導(dǎo)電電極暴露出越來越多的問題：(1)ITO薄膜缺乏化學(xué)和熱學(xué)上的穩(wěn)定性；(2)金屬In是一種稀有金屬元素，隨著其大量的消耗和使用，其價(jià)格逐年攀升；(3)由于ITO薄膜易碎的陶瓷特性，使

2、得其難以在柔性光電子器件中得到應(yīng)用。為解決傳統(tǒng)ITO導(dǎo)電透明電極存在的上述問題，人們相繼發(fā)展了其它種類的透明導(dǎo)電電極，如金屬納米線薄膜、石墨烯薄膜和碳納米管薄膜等。然而，在這些透明導(dǎo)電電極中都存在導(dǎo)電性和透光率“此消彼長”的問題。幸運(yùn)的是，1998年Ebbesen等人首次報(bào)道了貴金屬納米孔陣列薄膜非兒的光透過性能，這種異常的光透射來源于有序金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子共振，使得其有望從根本上解決目前透明導(dǎo)電電極存在的問題。但這種周期性納米圖

3、案的構(gòu)筑往往需要電子束刻蝕，聚焦粒子束刻蝕或者相移刻蝕技術(shù)，然而這種“自上而下”的構(gòu)筑方式存在價(jià)格昂貴和構(gòu)筑面積小的缺點(diǎn)，無法滿足其實(shí)際應(yīng)用的需要。而納米球模板組裝技術(shù)是一種廉價(jià)的、可大面積構(gòu)筑納米圖案的有效手段，被廣泛應(yīng)用于構(gòu)筑各種有序納米結(jié)構(gòu)。
　　 本論文針對目前透明導(dǎo)電電極的研究現(xiàn)狀，通過聚苯乙烯微球模板組裝技術(shù)大面積構(gòu)筑圖案化金屬納米結(jié)構(gòu)，在深入了解其自身光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，考察是否可以在一個(gè)體系內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)作為透明

4、導(dǎo)電電極和等離子共振光吸收增強(qiáng)單元的雙重作用，這種雙重作用可以在一個(gè)體系內(nèi)實(shí)現(xiàn)薄膜太陽電池的等離子共振光吸收增強(qiáng)作用，避免額外引入等離子共振光吸收結(jié)構(gòu)而對器件自身造成不可預(yù)知的影響。研究結(jié)果表明：周期性的圖案化金屬薄膜具有較高的透射率，這與貴金屬納米孔陣列薄膜的表面等離子體激元(SPRs)密切相關(guān)，并且這種大面積制備的金屬圖案化納米結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)電性。更重要的是，這種新型透明導(dǎo)電電極同時(shí)具有等離子共振吸收增強(qiáng)的特性，這種雙重功能的新型

5、透明導(dǎo)電電極有望在薄膜太陽電池中作為等離子共振光吸收增強(qiáng)電極而得到廣泛使用。本論文主要開展以下三部分工作：
　　 (1)納米球模板組裝技術(shù)(NSL)大面積制備金網(wǎng)格電極及其折射系數(shù)傳感應(yīng)用：我們將傳統(tǒng)的NSL技術(shù)和反應(yīng)離子束刻蝕(RIE)相結(jié)合，大面積制備出了光學(xué)性質(zhì)優(yōu)異的透明導(dǎo)電金網(wǎng)格電極。這種大面積制備的有序金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有折射系數(shù)傳感特性，當(dāng)這種金網(wǎng)格電極處于空氣、乙醚、乙醇和三氯甲烷不同折射系數(shù)的介質(zhì)中，隨著這些介質(zhì)折射率

6、的增加，其透射吸收峰會發(fā)生紅移。根據(jù)折射率和峰位的移動(dòng)的對應(yīng)關(guān)系，可以得出其最大靈敏度為161nm/RIU。
　　 (2)PS球直徑、刻蝕時(shí)間及金膜厚度對網(wǎng)格電極的導(dǎo)電性和透光性的影響：通過改變PS微球的直徑、RIE刻蝕時(shí)間和金膜厚度，研究其對金電極的形貌及光、電性能的影響。結(jié)果表明：隨著刻蝕時(shí)間的增長和金膜厚度的增加，其SPR峰位發(fā)生相應(yīng)的藍(lán)移；當(dāng)增大網(wǎng)格電極的周期性(采用600nm的PS微球)時(shí)，其SPR透射增強(qiáng)峰出現(xiàn)紅移。

7、所制備的金網(wǎng)格電極具有和ITO可比的光透射特性和更加優(yōu)異的導(dǎo)電性，這使得這種大面積制備的新型金網(wǎng)格電極有望作為透明導(dǎo)電電極在光電器件中得到實(shí)際應(yīng)用。
　　 (3)具有等離子共振效應(yīng)的新型透明導(dǎo)電電極在光電領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用：為考察這種新型透明導(dǎo)電電極的實(shí)際應(yīng)用，分別在這種新型網(wǎng)格狀金電極上沉積了ZnO和CdS薄膜，通過紫外-可見(UV-Vis)吸收光譜考察了其光吸收增強(qiáng)效果；利用表面光電壓譜(SPS)對薄膜的光電性質(zhì)進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)