新型透明導電電極的模板法構筑及其光電特性.pdf

1、20世紀90年代以來，顯示技術和光通訊技術的迅猛發(fā)展和產業(yè)化極大地促進了透明導電電極的發(fā)展，同時也對其提出了更多、更高的要求。目前使用最為廣泛的是氧化錫銦(ITO)透明導電電極，但伴隨著現代光電子器件的不斷發(fā)展和透明導電電極的大量使用，這種傳統(tǒng)的ITO透明導電電極暴露出越來越多的問題：(1)ITO薄膜缺乏化學和熱學上的穩(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用。為解決傳統(tǒng)ITO導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，在這些透明導電電極中都存在導電性和透光率“此消彼長”的問題。幸運的是，1998年Ebbesen等人首次報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構的表面等離子共振，使得其有望從根本上解決目前透明導電電極存在的問題。但這種周期性納米圖

3、案的構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，然而這種“自上而下”的構筑方式存在價格昂貴和構筑面積小的缺點，無法滿足其實際應用的需要。而納米球模板組裝技術是一種廉價的、可大面積構筑納米圖案的有效手段，被廣泛應用于構筑各種有序納米結構。
　　 本論文針對目前透明導電電極的研究現狀，通過聚苯乙烯微球模板組裝技術大面積構筑圖案化金屬納米結構，在深入了解其自身光學和電學性質的基礎上，考察是否可以在一個體系內同時實現作為透明

4、導電電極和等離子共振光吸收增強單元的雙重作用，這種雙重作用可以在一個體系內實現薄膜太陽電池的等離子共振光吸收增強作用，避免額外引入等離子共振光吸收結構而對器件自身造成不可預知的影響。研究結果表明：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，并且這種大面積制備的金屬圖案化納米結構具有良好的導電性。更重要的是，這種新型透明導電電極同時具有等離子共振吸收增強的特性，這種雙重功能的新型

5、透明導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(NSL)大面積制備金網格電極及其折射系數傳感應用：我們將傳統(tǒng)的NSL技術和反應離子束刻蝕(RIE)相結合，大面積制備出了光學性質優(yōu)異的透明導電金網格電極。這種大面積制備的有序金網格結構具有折射系數傳感特性，當這種金網格電極處于空氣、乙醚、乙醇和三氯甲烷不同折射系數的介質中，隨著這些介質折射率

6、的增加，其透射吸收峰會發(fā)生紅移。根據折射率和峰位的移動的對應關系，可以得出其最大靈敏度為161nm/RIU。
　　 (2)PS球直徑、刻蝕時間及金膜厚度對網格電極的導電性和透光性的影響：通過改變PS微球的直徑、RIE刻蝕時間和金膜厚度，研究其對金電極的形貌及光、電性能的影響。結果表明：隨著刻蝕時間的增長和金膜厚度的增加，其SPR峰位發(fā)生相應的藍移；當增大網格電極的周期性(采用600nm的PS微球)時，其SPR透射增強峰出現紅移。

7、所制備的金網格電極具有和ITO可比的光透射特性和更加優(yōu)異的導電性，這使得這種大面積制備的新型金網格電極有望作為透明導電電極在光電器件中得到實際應用。
　　 (3)具有等離子共振效應的新型透明導電電極在光電領域的實際應用：為考察這種新型透明導電電極的實際應用，分別在這種新型網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效果；利用表面光電壓譜(SPS)對薄膜的光電性質進行測試，實驗結