CN101246911A - 一种金属微网格透明电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属微网格透明电极及其制备方法，该透明电极为有序的金属微网格状结构，该透明电极的金属微网格厚度为10－50nm；网格宽度为140－800nm；其孔径为1－6μm。其制备方法为：用单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板，然后利用磁控溅射技术，向模板缝间沉积金属，溅射时间5－10分钟；最后，经有机溶剂超声清洗20－30分钟去除聚苯乙烯微球模板，得到所述透明电极。本发明的透明电极的金属微网格状结构可以兼顾高透光率、低电阻和低成本等基本要素，在光电器件、光探测器以及半导体发光等方面有广泛的用途；本发明的制备方法工艺简单、易于操作。

Description

一种金属微网格透明电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属微网格透明电极及其制备方法，属于透明导电金属薄膜技术领域。
背景技术
目前，太阳电池、半导体探测器、电致发光及平板显示器等光电器件中均需要低电阻、高透光性能的透明电极。透明导电氧化物薄膜(TCOs)，如氧化铟系、氧化锌系以及氧化锡系的薄膜通常作为上述器件的透明电极。作为氧化铟系的ITO(掺锡氧化铟)特别有名，被广泛使用。但是ITO有许多不足，例如：相对Ag、Ni等金属而言，ITO的电阻率较高不能满足上述器件更低电阻率的发展要求，ITO紫外波段的低透过率也限制了其应用领域，而且铟储量的匮乏使得ITO的造价昂贵，所以希望开发出其替代材料。金属基复合透明导电多层膜，如ITO/M/ITO三明治结构作为ITO薄膜的替代材料，在一定程度上提高了其电导率，但其制备工艺复杂，成本较高。所以，仍需要ITO透明电极的等效替代品。
发明内容
本发明的目的是提供一种紫外、可见光透过率高且稳定、导电性能高，制备成本低廉的金属微网格透明电极及其制备方法，以克服现有透明电极制备工艺复杂，成本高，紫外波段透过率低，电阻率较高的缺陷。
本发明一种金属微网格透明电极，其特征在于：该透明电极为有序的金属微网格状结构。为提高电极的稳定性和导电性能，微网格孔径应在1μm以上，网格厚度应在10nm以上，网格宽度应在140nm以上；为保证较高的透过率，网格孔径应在6μm以下，网格厚度应在50nm以下，网格宽度应在800nm以下；即该透明电极的金属微网格厚度为10～50nm，金属微网格的网格宽度为140～8000nm，金属微网格孔径为1～6μm。
本发明一种金属微网格透明电极的制备方法，首先使用粒径为1.2-6.8μm的单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板，然后利用磁控溅射技术在模板缝隙间沉积金属，溅射时间5-10分钟。最后，经有机溶剂超声清洗20-30分钟除去聚苯乙烯微球模板，就可以得到不同孔径的金属微网格透明电极。
其中，可以通过调节磁控溅射的功率控制金属微网格的厚度和宽度，磁控溅射的功率为40-80W。
其中，所述不同孔径的金属微网格透明电极可以通过调节聚苯乙烯微球的粒径，控制孔径的大小；所用单分散聚苯乙烯微球的粒径为1.2-6.8μm。
其中，可以通过改变沉积的金属的种类来调制有序微网格透明电极的紫外、可见光透过率和电导率，所用金属包括：镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、等。
其中，有机溶剂为甲苯或四氢呋喃。
本发明一种金属微网格透明电极及其制备方法，其优点及功效在于：所制备的金属微网格透明电极在紫外光及可见光区透过率高，且导电性能好，成本低廉，工艺及设备简单，适合大规模工业生产。本发明所得到的金属微网格透明电极可以广泛用于太阳电池、电致发光、平板显示器等光电器件光电器件以及光探测器和半导体发光等领域。
附图说明
图1金属微网格透明电极制备过程示意图。
图2不同孔径金属微网格透明电极的扫描电子显微镜图象：(a)实施例1：Ni，1.2μm，(b)实施例2：Al，3.4μm，(c)实施例3：Ag，4.5μm and(d)实施例4：Au，5.6μm。
图3金属微网格透明电极透过率(为实施例1中透明电极的透过率)。
单位及符号说明：
μm：微米             Pa：帕
nm：纳米              W：瓦
具体实施方式
本发明一种金属微网格透明电极的制备方法，如图1所示，首先使用粒径为1.2-6.8μm单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板，然后利用磁控溅射技术在模板缝隙间沉积金属，溅射时间5-10分钟。最后，经有机溶剂超声清洗20-30分钟除去聚苯乙烯微球模板，就可以得到不同孔径的金属微网格透明电极。
下面对本发明的具体实施例做进一步的说明。
实施例1、制备Ni微网格透明电极
1.利用粒径为1.4μm单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板
2.采用磁控溅射方法，向模板表面沉积金属Ni，工作压强0.5Pa，功率40W
3.溅射5分钟后停止，单层胶体晶体模板缝隙中均匀的添塞了Ni
4.将添塞了Ni的模板放入甲苯溶液中超声处理
5.超声处理30分钟后停止
6.从甲苯溶液中取出，晾干，得到有序度很高的Ni微网格透明电极(如图3所示)：孔径，1.2μm(如图2(a)所示)；网格厚度，10nm；网格宽度，140nm。
实施例2、制备Al微网格透明电极
1.利用粒径为3.9μm单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板
2.采用磁控溅射方法，向模板表面沉积金属Al，工作压强0.5Pa，功率50W
3.溅射5分钟后停止，单层胶体晶体模板缝隙中均匀的添塞了Al
4.将添塞了Al的模板放入甲苯溶液中超声处理
5.超声处理30分钟后停止
6.从甲苯溶液中取出，晾干，得到有序度很高的Al微网格透明电极：孔径，3.4μm(如图2(b)所示)；网格厚度，25nm；网格宽度，250nm。
实施例3、制备银Ag微网格透明电极
1.利用粒径为5.1μm单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板
2.采用磁控溅射方法，向模板表面沉积金属Ag，工作压强0.5Pa，功率80W
3.溅射8分钟后停止，单层胶体晶体模板缝隙中均匀的添塞了Ag
4.将添塞了Ag的模板放入甲苯溶液中超声处理
5.超声处理30分钟后停止
6.从甲苯溶液中取出，晾干，得到有序度很高的Ag微网格透明电极：孔径，4.5μm(如图2(c)所示)；网格厚度，30nm；网格宽度，580nm。
实施例4、制备Au微网格透明电极
1.利用粒径为6.3μm单分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板
2.采用磁控溅射方法，向模板表面沉积金属Au，工作压强0.5Pa，功率60W
3.溅射10分钟后停止，单层胶体晶体模板缝隙中均匀的添塞了Au
4.将添塞了Au的模板放入甲苯溶液中超声处理
5.超声处理30分钟后停止
6.从甲苯溶液中取出，晾干，得到有序度很高的Au微网格透明电极：孔径，5.6μm(如图2(d)所示)；网格厚度，45nm；网格宽度，740nm。

Claims (9)

1.一种金属微网格透明电极，其特征在于：该透明电极为有序的金属微网格状结构。
2.根据权利要求1所述的一种金属微网格透明电极，其特征在于：该透明电极的金属微网格厚度为10-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种金属微网格透明电极，其特征在于：该透明电极的金属微网格其网格宽度为140-800nm。
4.根据权利要求1所述的一种金属微网格透明电极，其特征在于：该透明电极的金属微网格其孔径为1-6μm。
5.一种金属微网格透明电极的制备方法，其特征在于：用分散聚苯乙烯微球组装单层胶体晶体模板，然后利用磁控溅射技术，向模板缝隙间沉积金属，溅射时间5-10分钟；最后，经有机溶剂超声清洗20-30分钟去除聚苯乙烯微球模板，得到所述透明电极。
6.根据权利要求4所述的一种金属微网格透明电极的制备方法，其特征在于：可以通过调节磁控溅射的功率控制金属微网格的厚度和宽度，磁控溅射的功率为40-80W。
7.根据权利要求4所述的一种金属微网格透明电极的制备方法，其特征在于：所述不同孔径的金属微网格透明电极可以通过调节聚苯乙烯微球的粒径，控制孔径的大小；所用单分散聚苯乙烯微球的粒径为1.2-6.8μm。
8.根据权利要求4所述的一种金属微网格透明电极的制备方法，其特征在于：可以通过改变沉积的金属的种类来调制有序微网格透明电极的紫外、可见光透过率和电导率，所用金属包括：镍、铝、银、金。
9.根据权利要求4所述的一种金属微网格透明电极的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为甲苯或四氢呋喃。
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