CN109417108B - 透明电极及其制备方法、显示面板、太阳能电池 - Google Patents

透明电极及其制备方法、显示面板、太阳能电池 Download PDF

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Abstract

一种透明电极，包括：衬底(1)；设置在所述衬底(1)上的石墨烯导电层(2)和由透明材料形成的场效应控制层(3)；以及，设置在所述石墨烯导电层(2)和所述场效应控制层(3)之间的电介质层(4)；所述场效应控制层(3)在工作状态下带有极性电荷。降低了透明电极的方块电阻。

Description

透明电极及其制备方法、显示面板、太阳能电池
技术领域
本发明涉及光电功能器件技术领域，特别涉及一种透明电极及其制备方法、显示面板、太阳能电池。
背景技术
透明电极是显示面板和太阳能电池等产品中不可或缺的组成部分。传统的透明电极主要采用ITO(氧化铟锡)玻璃，即以玻璃为衬底，在其表面镀ITO导电薄膜。随着显示面板和太阳能电池的不断发展，对透明电极的方块电阻、柔韧性能等提出了更高的要求。常规的ITO薄膜的方块电阻为150～400Ω/□，而方块电阻与薄膜的厚度呈反比，也就是要减小ITO薄膜的方块电阻，就需要增加ITO薄膜的厚度，但是薄膜厚度的增加会损失透明度。同时，ITO是脆性的，柔韧性较差。此外，ITO中的金属铟的储量有限，大量使用会导致金属铟资源匮乏。可见，ITO已不能满足需求，需要开发新的透明电极材料。
目前，已有以石墨烯作为导电层的透明电极的报道，主要是采用化学气相沉积或者旋涂的方法在透明衬底上形成石墨烯导电薄膜。石墨烯是一种新兴的二维材料，只由一个碳原子层构成，具有高载流子迁移率以及良好的柔韧性，并且单层石墨烯的透光率为97.7％，因此，以石墨烯作为导电层的透明电极兼具透明和柔性的优点。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：石墨烯薄膜的方块电阻较高，采用化学气相沉积法生长的单层石墨烯的方块电阻通常大于300Ω/□，采用旋涂法形成的石墨烯薄膜的方块电阻甚至会达到50000Ω/□。虽然通过增加石墨烯薄膜的厚度能够降低石墨烯的方块电阻，但是会降低透明度，也就是现有的以石墨烯作为导电层的透明电极不能兼具方块电阻小、透明度高和柔韧性好的特点。
发明内容
基于以上所述，本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种透明电极及其制备方法，以及基于该透明电极的显示面板、太阳能电池，在保证以石墨烯作为导电层的透明电极的透明度和柔韧性等性能的前提下，降低透明电极石墨烯导电层的方块电阻。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种透明电极，该透明电极包括：
衬底；
设置在所述衬底上的石墨烯导电层和由透明材料形成的场效应控制层；
以及，
设置在所述石墨烯导电层和所述场效应控制层之间的电介质层；
所述场效应控制层在工作状态下带有极性电荷。
本发明实施例提供了一种利用场效应来降低石墨烯导电层的方块电阻的透明电极。该透明电极中设置有石墨烯导电层、由透明材料形成的场效应控制层以及位于石墨烯导电层和场效应控制层之间的电介质层。其中，场效应控制层在工作状态下具有极性电荷，极性电荷会对石墨烯导电层中的带有相反电荷的载流子产生吸引作用，根据石墨烯场效应的原理，石墨烯导电层中的载流子浓度将会增加，从而降低石墨烯导电层的方块电阻，并且不会影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在一个可能的设计中，所述场效应控制层在工作状态下带有极性正电荷。当场效应控制层在工作状态下带有极性正电荷时，根据场效应原理，能够使石墨烯导电层中感生出更多的载流子，更有利于降低石墨烯导电层的方块电阻。
在另一个可能的设计中，使场效应控制层在工作状态下带有极性电荷的一种具体实现方式为：所述场效应控制层的材料为透明导电材料，所述透明电极还包括：与所述石墨烯导电层欧姆接触的第一金属电极，以及与所述场效应控制层欧姆接触的第二金属电极；所述第一金属电极用于连接外接电压源的一个电极，所述第二金属电极用于连接所述外接电压源的另一个电极。
在该实现方式中，通过在石墨烯导电层和场效应控制层上设置金属电极，并将金属电极与外接电压源的电极连接，利用外加电场使场效应控制层带有极性电荷，从而增加石墨烯导电层中的载流子浓度，降低石墨烯导电层的方块电阻。
在另一个可能的设计中，所述第一金属电极用于连接外接电压源的负极，所述第二金属电极用于连接所述外接电压源的正极。将设置在场效应控制层上的第二金属电极与外接电压源的正极连接，使场效应控制层带有极性正电荷，从而使石墨烯导电层具有更高的载流子浓度，更有利于降低石墨烯导电层的方块电阻。
在另一个可能的设计中，所述透明导电材料可以选自石墨烯、氧化铟锡、氧化锌、金属纳米线或者导电有机高分子。
在另一个可能的设计中，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料均可以选自金、钛、镍、铜、铬、铝、铂、钯以及钨中的至少一种。
在另一个可能的设计中，使场效应控制层在工作状态下带有极性电荷的另一种具体实现方式为：所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料。利用材料本身带有的极性电荷形成场效应，增加石墨烯导电层的载流子浓度，降低石墨烯导电层的方块电阻。
在另一个可能的设计中，所述透明且具有极性电荷的材料可以为掺杂石墨烯。
具体来说，所述掺杂石墨烯中杂质浓度可以为1010/cm2以上。更具体地，所述掺杂石墨烯中杂质浓度可以为1012/cm2～1014/cm2。
在另一个可能的设计中，所述透明电极还包括分别设置在所述石墨烯导电层远离所述电介质层一侧和所述场效应控制层远离所述电介质层一侧的保护层。通过在石墨烯导电层和场效应控制层的外侧设置保护层，以保证石墨烯导电层和场效应控制层的稳定性。
在另一个可能的设计中，所述电介质层和所述保护层材料均可以选自氮化硼。
在另一个可能的设计中，所述电介质层和所述保护层的厚度可以为20纳米以下。
在另一个可能的设计中，所述石墨烯导电层的厚度可以为10纳米以下。
在另一个可能的设计中，所述衬底的材料可以选自玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氨酯。
第二方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明导电材料；
形成与所述场效应控制层欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第二金属电极；
在所述场效应控制层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成石墨烯导电层；
形成与所述石墨烯导电层欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第一金属电极；
在所述石墨烯导电层上形成第二保护层。
采用上述制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底、第一保护层、场效应控制层、电介质层、石墨烯导电层以及第二保护层，其中场效应控制层和石墨烯导电层分别设置有金属电极，将场效应控制层和石墨烯导电层的金属电极分别与外接电压源的电极连接，使场效应控制层带有极性电荷，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在一个可能的设计中，所述第一保护层、所述场效应控制层、所述电介质层、所述石墨烯导电层以及所述第二保护层可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成；所述第一金属电极和所述第二金属电极可以采用蒸发或溅射的方法形成。
第三方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成石墨烯导电层；
形成与所述石墨烯导电层欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第一金属电极；
在所述石墨烯导电层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明导电材料；
形成与所述场效应控制层欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第二金属电极；
在所述场效应控制层上形成第二保护层。
采用上述制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底、第一保护层、石墨烯导电层、电介质层、场效应控制层以及第二保护层，其中石墨烯导电层和场效应控制层分别设置有金属电极，将石墨烯导电层和场效应控制层的金属电极分别与外接电压源的电极连接，使场效应控制层带有极性电荷，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在一个可能的设计中，所述第一保护层、所述场效应控制层、所述电介质层、所述石墨烯导电层以及所述第二保护层可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成；所述第一金属电极和所述第二金属电极可以采用蒸发或溅射的方法形成。
第四方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料；
在所述场效应控制层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成石墨烯导电层；
在所述石墨烯导电层上形成第二保护层。
采用上述制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底、第一保护层、场效应控制层、电介质层、石墨烯导电层以及第二保护层，其中场效应控制层由本身具有极性电荷的材料形成，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在一个可能的设计中，所述场效应控制层的材料具体可以为掺杂石墨烯，相应地，所述在所述第一保护层上形成场效应控制层具体包括：
在所述第一保护层上形成石墨烯层，并对所述石墨烯层进行掺杂，形成所述场效应控制层。
在另一个可能的设计中，所述第一保护层、所述石墨烯层、所述电介质层、所述石墨烯导电层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成。
第五方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成石墨烯导电层；
在所述石墨烯导电层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料；
在所述场效应控制层上形成第二保护层。
采用上述制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底、第一保护层、石墨烯导电层、电介质层、场效应控制层以及第二保护层，其中场效应控制层由本身具有极性电荷的材料形成，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在一个可能的设计中，所述场效应控制层的材料具体可以为掺杂石墨烯，相应地，所述在所述电介质层上形成场效应控制层具体包括：
在所述电介质层上形成石墨烯层，并对所述石墨烯层进行掺杂，形成所述场效应控制层。
在另一个可能的设计中，所述第一保护层、所述石墨烯导电层、所述电介质层、所述石墨烯层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成。
第六方面，本发明实施例提供一种显示设备，该显示设备包括上述的透明电极。
可以理解的是，由于上述的透明电极中石墨烯导电层具有较小的方块电阻，同时兼具良好的透明性和柔韧性，因此利用上述的透明电极的显示设备具有良好的性能。
第七方面，本发明实施例提供一种太阳能电池，该太阳能电池包括上述的透明电极。
可以理解的是，由于上述的透明电极中石墨烯导电层具有较小的方块电阻，同时兼具良好的透明性和柔韧性，因此利用上述的透明电极的太阳能电池具有良好的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-1为本发明实施例提供的一种透明电极的结构示意图；
图1-2为本发明实施例提供的另一种透明电极的结构示意图；
图1-3为本发明实施例提供的又一种透明电极的结构示意图；
图1-4为本发明实施例提供的又一种透明电极的结构示意图；
图2-1为本发明实施例提供一种透明电极的制备方法的流程图；
图2-2为图2-1所示的透明电极的制备方法中每个步骤完成时得到的透明电极的结构示意图；
图3-1为本发明实施例提供另一种透明电极的制备方法的流程图；
图3-2为图3-1所示的透明电极的制备方法中每个步骤完成时得到的透明电极的结构示意图；
图4-1为本发明实施例提供又一种透明电极的制备方法的流程图；
图4-2图4-1所示的透明电极的制备方法中每个步骤完成时得到的透明电极的结构示意图；
图5-1为本发明实施例提供又一种透明电极的制备方法的流程图；
图5-2图5-1所示的透明电极的制备方法中每个步骤完成时得到的透明电极的结构示意图；
图6-1为本发明实施例提供一种以石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图；
图6-2为本发明实施例提供另一种以石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图；
图6-3为本发明实施例提供一种以掺杂石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图；
图6-4为本发明实施例提供另一种以掺杂石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图。
图中的附图标记分别表示：
1-衬底；
2-石墨烯导电层；
3-场效应控制层；
4-电介质层；
51-第一金属电极；
52-第二金属电极；
6-保护层；
61-第一保护层；
62-第二保护层。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
第一方面，本发明实施例提供一种透明电极，参见图1-1，也可以参见图1-2、图1-3或者图1-4，该透明电极包括：
衬底1；
设置在衬底1上的石墨烯导电层2和由透明材料形成的场效应控制层3；
以及，
设置在石墨烯导电层2和场效应控制层3之间的电介质层4；
场效应控制层3在工作状态下带有极性电荷。
对于石墨烯来说，在场效应的作用下，可以增加石墨烯中载流子浓度。载流子浓度的增加，则可以降低石墨烯的电阻。基于此，本发明实施例提供了一种利用场效应来降低石墨烯导电层的方块电阻的透明电极。该透明电极中设置有由石墨烯形成的石墨烯导电层2、由透明材料形成的场效应控制层3以及位于石墨烯导电层和场效应控制层之间的电介质层4。其中，场效应控制层3在工作状态下具有极性电荷，极性电荷会对石墨烯导电层2中的带有相反电荷的载流子产生吸引作用，根据石墨烯场效应的原理，石墨烯导电层2中的载流子浓度将会增加，从而降低石墨烯导电层2的方块电阻，并且不会影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例提供的透明电极中，石墨烯导电层2即相当于现有的透明电极中的导电层。当将本发明实施例提供透明电极应用于显示设备、太阳能电池等光电功能器件时，按照现有的透明电极的使用方法，在石墨烯导电层2上设置相应的金属电极、安装导线，从而将本发明实施例提供的透明电极连接到外接电路中。
需要说明的是，本发明实施例中所述的场效应控制层3在工作状态下带有极性电荷，是指将透明电极应用于显示设备、太阳能电池或者其他光电功能器件，在光电功能器件处于工作状态下时，场效应控制层3带有极性电荷。同时，带有极性电荷是指场效应控制层3的局部或者整体呈现非电中性的状态。
本发明实施例中，石墨烯导电层2和场效应控制层3相对于衬底1的位置关系没有严格的限制。可以如图1-1或者图1-3所示，场效应控制层3位于石墨烯导电层2的下方；也可以如图1-2或者图1-4所示，场效应控制层3位于石墨烯导电层2的上方。
本发明实施例的一种可选的实施方式中，场效应控制层3在工作状态下带有极性正电荷。载流子包括带正电的空穴和带负电的电子，基于场效应原理，当场效应控制层3带有极性正电荷时，将吸引石墨烯导电层2中的电子，增加石墨烯导电层2中的电子浓度；当场效应控制层3带有极性负电荷时，将吸引石墨烯导电层2中的空穴，增加石墨烯导电层2中的空穴浓度。由于石墨烯中电子数量较多，因此，当场效应控制层3带有极性正电荷时，更有利于提高石墨烯导电层2的载流子浓度、降低石墨烯导电层2的方块电阻。
参见图1-1或者图1-2，其示出了使场效应控制层3在工作状态下带有极性电荷的一种具体实现方式。
具体来说，在该实现方式中，场效应控制层3的材料为透明导电材料；透明电极还包括：与石墨烯导电层2欧姆接触的第一金属电极51，以及与场效应控制层3欧姆接触的第二金属电极52；第一金属电极51用于连接外接电压源的一个电极，第二金属电极52用于连接外接电压源的另一个电极。
通过在石墨烯导电层2和场效应控制层3上设置金属电极，并将金属电极与外接电压源的电极连接，利用外加电场使场效应控制层带有极性电荷，从而增加石墨烯导电层中的载流子浓度，降低石墨烯导电层的方块电阻。
本领域技术人员可以理解的是，外接电压源包括正极和负极，场效应控制层3的第二金属电极52可以连接外接电压源的正极，也可以连接外接电压源的负极。当第二金属电极52连接外接电压源的正极时，场效应控制层3将带有极性正电荷；而当第二金属电极52连接外接电压源的负极时，场效应控制层3将带有极性负电荷。根据上文所述，当第二金属电极52连接外接电压源的正极、第一金属电极51连接外接电压源的负极时，更有利于提高石墨烯导电层2的载流子浓度、降低石墨烯导电层2的方块电阻。
外接电压源的电压值没有严格的限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。石墨烯导电层2的方块电阻将随着外接电压源电压值的升高而降低，例如，当石墨烯导电层2的迁移率为8000cm2V-1s-1时，方块电阻为300Ω/□，当外接电压源的电压值为1V，石墨烯导电层2的方块电阻将降至60Ω/□。需要说明的是，外接电压源的电压值也不可过高，外接电压源的电压值过高将导致设置在石墨烯导电层2和场效应控制层3之间的电介质层4被击穿，从而影响透明电极的正常工作。本发明实施例中，可以采用电压值可调的外接电压源，根据实际情况，对石墨烯导电层2的方块电阻进行实时调整。
本发明实施例中，可以只在透明电极处于工作状态下时，将石墨烯导电层2的第一金属电极51和场效应控制层3的第二金属电极52与外接电压源连接，而在非工作状态时，石墨烯导电层2的第一金属电极51和场效应控制层3的第二金属电极52与外接电压源断开。
需要说明的是，设置在石墨烯导电层2上的第一金属电极51与透明电极在实际应用时石墨烯导电层2的用于连接外接电路的电极是相互独立的。
在该实现方式中，用于形成场效应控制层3的透明导电材料的具体种类没有严格限制，包括但不限于石墨烯、氧化铟锡、氧化锌、金属纳米线或者导电有机高分子。其中金属纳米线可以为银纳米线，导电有机高分子可以为聚苯胺类透明导电高分子或者聚噻吩类透明导电高分子等。
第一金属电极51和第二金属电极52的材料采用本领域常用的金属电极材料即可，本发明实施例不作特殊限定，例如可以为金、钛、镍、铜、铬、铝、铂、钯或者钨，可以单独使用一种金属，也可以多种金属复配使用。具体的金属电极与石墨烯导电层2和场效应控制层3的设置方式，采用本领域常规技术手段即可，在此不再赘述。可以理解的是，第一金属电极51和第二金属电极52通过导线和外接电压源连接。
参见图1-3或者图1-4，其示出了使场效应控制层3在工作状态下带有极性电荷的另一种具体实现方式。
在该实现方式中，场效应控制层3由透明且具有极性电荷的材料形成，利用材料本身带有的极性电荷形成场效应，增加石墨烯导电层2的载流子浓度，降低石墨烯导电层2的方块电阻。
场效应控制层3可以由本身带有极性正电荷的材料形成，在这种情况下，石墨烯导电层2中带负电的电子的浓度将会增加；场效应控制层3也可以由本身带有极性负电荷的材料形成，在这种情况下，石墨烯导电层2中的带正电的空穴的浓度将会增加。由于石墨烯中电子数量较多，因此，当场效应控制层3采用本身带有极性正电荷的材料形成时，更有利于提高石墨烯导电层2的载流子浓度、降低石墨烯导电层2的方块电阻。需要说明的是，对于该实现方式来说，场效应控制层3的材料只要满足透明且具有极性电荷即可，可以导电也可以不导电。
上述用于形成场效应控制层3的透明且具有极性电荷的材料可以为掺杂石墨烯，利用掺杂石墨烯中的缺陷和电荷中心形成场效应，来降低石墨烯导电层2的方块电阻。
具体地，本发明实施例中，掺杂石墨烯中杂质浓度可以为1010/cm2以上，例如1011/cm2、1012/cm2、1013/cm2、1014/cm2、1015/cm2等，更具体地可以为1012/cm2～1013/cm2。石墨烯导电层2的方块电阻随着掺杂石墨烯中杂质的浓度的提高而降低，本领域技术人员可以根据实际需要确定掺杂石墨烯中杂质的浓度。如果掺杂石墨烯中杂质浓度过低，则不能形成场效应，不能降低石墨烯导电层2的方块电阻；如果掺杂石墨烯中杂质浓度过高，则对掺杂工艺要求较高。
对于掺杂石墨烯中杂质的具体种类本发明实施例中没有特殊限定，根据上文所述，当掺杂石墨烯中带有极性正电荷时，更有利于降低石墨烯导电层2的方块电阻。
由于掺杂工艺的限制，当以掺杂石墨烯作为场效应控制层3时，可能不能保证极性电荷在场效应控制层3中均匀分布，但至少要保证场效应控制层3靠近电介质层4的一侧的边缘带有极性电荷。
虽然，掺杂石墨烯本身就具有较低的方块电阻，现有技术中也有直接以掺杂石墨烯作为透明电极的导电层的报道，但是目前的石墨烯的掺杂工艺还不够成熟，很难保证掺杂均匀，从而影响透明电极整体的性能。而本发明实施例中，以掺杂石墨烯作为场效应控制层3，可以适当降低对掺杂工艺的要求，降低掺杂石墨烯的制备难度。
进一步地，为了保证石墨烯导电层2和场效应控制层3的稳定性，防止空气中的水分和氧气对石墨烯导电层2和场效应控制层3产生影响，本发明实施例提供的透明电极中，还可以分别在石墨烯导电层2远离电介质层4的一侧和场效应控制层3远离电介质层4的一侧设置保护层6。
对于图1-1和图1-3所示的透明电极来说，场效应控制层3位于石墨烯导电层2的下方，则保护层6分别设置在场效应控制层3和衬底1之间以及石墨烯导电层2上方。对于图1-2和图1-4所示的透明电极来说，场效应控制层3位于石墨烯导电层2的上方，则保护层6分别设置在石墨烯导电层2和衬底1之间以及场效应控制层2上方。
可以理解的是，本发明实施例中，电介质层4和保护层6的材料应当为透明并且绝缘的材料。在一种可选的实施方式中，电介质层4和保护层6采用氮化硼。氮化硼和石墨烯一样，也是一种二维材料，兼具透明和柔性的特点，并且能够和石墨烯形成较好的界面，能够使石墨烯导电层2保持较高的迁移率，是一种理想的电介质层材料，能够形成有效的场效应，有利于降低石墨烯导电层2的方块电阻。氮化硼具体可以为六方氮化硼。
电介质层4和保护层6的厚度本发明实施例不作严格限定，但是应当在工艺条件能够满足的情况下，尽可能的减小电介质层4和保护层6的厚度，以保证透明电极的透明度和柔韧性。当电介质层4和保护层6采用氮化硼时，电介质层4和保护层6的厚度可以为20纳米以下，例如可以为15纳米、10纳米、5纳米等。
本发明实施例中，石墨烯导电层2的厚度可以为10纳米以下，例如8纳米、6纳米、5纳米、4纳米、2纳米、1纳米等。
当以石墨烯或者掺杂石墨烯作为场效应控制层3时，场效应控制层3的厚度也可以为10纳米以下，例如8纳米、6纳米、5纳米、4纳米、2纳米、1纳米等。
还可以通过控制氮化硼、石墨烯的层数来控制电介质层4、保护层6、石墨烯导电层2以及场效应控制层3的厚度。具体来说，对于石墨烯来说，单层石墨烯的透光率为97.7％，因此，为了保证透明电极整体的透光率，石墨烯导电层2、场效应控制层3中的石墨烯的层数可以控制在10层以下；而氮化硼不吸收可见光，透明度较高，2～5层氮化硼的透光率仍能达到99％，因此氮化硼的层数可以适当增加，可以在20层以下。
本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中，衬底的材料为透明材料，包括但不限于玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氨酯等。
第二方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，参见图2-1并结合图2-2，该制备方法包括以下步骤：
步骤201，提供衬底1。
步骤202，在衬底1上形成第一保护层61。
步骤203，在第一保护层61上形成场效应控制层3，场效应控制层3的材料为透明导电材料。
步骤204，形成与场效应控制层3欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第二金属电极52。
步骤205，在场效应控制层3上形成电介质层4。
步骤206，在电介质层4上形成石墨烯导电层2。
步骤207，形成与石墨烯导电层2欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第一金属电极51。
步骤208，在石墨烯导电层2上形成第二保护层62。
采用本发明实施例提供的制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底1、第一保护层61、场效应控制层3、电介质层4、石墨烯导电层2以及第二保护层62，其中场效应控制层3和石墨烯导电层2分别设置有金属电极，将场效应控制层3和石墨烯导电层2的金属电极分别与外接电压源的电极连接，使场效应控制层3带有极性电荷，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层2中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层2的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
在该制备方法中，衬底1为透明材料，包括但不限于玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氨酯等。步骤201中具体可以包括：制备衬底1，对衬底1进行清洁以及表面处理等步骤，以有利于在衬底1上形成第一保护层61。
在该制备方法中，用于形成场效应控制层3的透明导电材料包括但不限于石墨烯、氧化铟锡、氧化锌、金属纳米线或者导电有机高分子。对于不同的材料，步骤203中在第一保护层61上形成场效应控制层3的具体方法也不相同。举例来说，当以石墨烯作为场效应控制层3时，可以采用化学气相沉积(CVD)直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法来形成场效应控制层3。
第一保护层61、电介质层4以及第二保护层62的材料均可以为氮化硼，相应地，可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法来形成第一保护层61、电介质层4以及第二保护层62。
石墨烯导电层2同样可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成。
第一金属电极51和第二金属电极52的材料包括但不限于金、钛、镍、铜、铬、铝、铂、钯或者钨等，可以采用蒸发或溅射的方法来形成第一金属电极51和第二金属电极52。可以理解的是，第一金属电极51和第二金属电极52形成于衬底1上，包覆第一保护层61、场效应控制层3(以及电介质层4和石墨烯导电层2)的侧边后与场效应控制层3(或者石墨烯导电层2)的上表面接触，形成欧姆接触。
上述的化学气相沉积直接生长法、化学气相沉积生长后转移法、蒸发以及溅射的方法采用本领域的常规技术手段即可，在此不再赘述。
第三方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，参见图3-1并结合图3-2，该制备方法包括以下步骤：
步骤301，提供衬底1；
步骤302，在衬底1上形成第一保护层61；
步骤303，在第一保护层61上形成石墨烯导电层2；
步骤304，形成与石墨烯导电层4欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第一金属电极51；
步骤305，在石墨烯导电层2上形成电介质层4；
步骤306，在电介质层4上形成场效应控制层3，场效应控制层3的材料为透明导电材料；
步骤307，形成与场效应控制层3欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第二金属电极52；
步骤308，在场效应控制层3上形成第二保护层62。
采用本发明实施例提供的制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底1、第一保护层61、石墨烯导电层2、电介质层4、场效应控制层3以及第二保护层62，其中石墨烯导电层2和场效应控制层3分别设置有金属电极，将石墨烯导电层2和场效应控制层3的金属电极分别与外接电压源的电极连接，使场效应控制层3带有极性电荷，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层2中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层2的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
对于该制备方法中的衬底1、第一保护层61、电介质层4、场效应控制层3以及第二保护层62的材料以及形成上述各层的具体方法以及形成石墨烯导电层2的具体方法可以参照本发明实施例第二方面的描述，在此不再赘述。
第四方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，参见图4-1并结合图4-2，该制备方法包括以下步骤：
步骤401，提供衬底1；
步骤402，在衬底1上形成第一保护层61；
步骤403，在第一保护层61上形成场效应控制层3，场效应控制层3的材料为透明且具有极性电荷的材料；
步骤404，在场效应控制层3上形成电介质层4；
步骤405，在电介质层4上形成石墨烯导电层2；
步骤406，在石墨烯导电层2上形成第二保护层62。
采用本发明实施例提供的制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底1、第一保护层61、场效应控制层3、电介质层4、石墨烯导电层2以及第二保护层62，其中场效应控制层由本身具有极性电荷的材料形成，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层2中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层2的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
可选地，场效应控制层3的材料采用掺杂石墨烯。对于场效应控制层3采用掺杂石墨烯这种实现方式来说，参见图4-1并结合图4-2，步骤403中，在第一保护层61上形成场效应控制层3的具体步骤包括：
步骤4031，在第一保护层61上形成石墨烯层；
步骤4032，对石墨烯层进行掺杂，形成场效应控制层3。
其中，可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法在第一保护层61上形成石墨烯层。
该制备方法中，第一保护层61、电介质层4以及第二保护层62的材料均可以为氮化硼，相应地，可以采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法来形成第一保护层61、电介质层4以及第二保护层62。
上述的化学气相沉积直接生长法、化学气相沉积生长后转移法、对石墨烯层进行掺杂的方法采用本领域的常规技术手段即可，在此不再赘述。
此外，该制备方法中，衬底1为透明材料，包括但不限于玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氨酯等。步骤401中具体可以包括：制备衬底1，对衬底1进行清洁以及表面处理等步骤，以有利于在衬底1上形成第一保护层61。
第五方面，本发明实施例提供一种透明电极的制备方法，参见图5-1并结合图5-2，该制备方法包括以下步骤：
步骤501，提供衬底1；
步骤502，在衬底1上形成第一保护层61；
步骤503，在第一保护层61上形成石墨烯导电层2；
步骤504，在石墨烯导电层2上形成电介质层4；
步骤505，在电介质层4上形成场效应控制层3，场效应控制层3的材料为透明且具有极性电荷的材料；
步骤506，在场效应控制层3上形成第二保护层62。
采用上述制备方法制备得到的透明电极中，自下而上依次包括衬底1、第一保护层61、石墨烯导电层2、电介质层4、场效应控制层3以及第二保护层62，其中场效应控制层由本身具有极性电荷的材料形成，从而利用石墨烯场效应增加石墨烯导电层2中载流子的浓度，进而降低石墨烯导电层2的方块电阻，并且不影响透明电极整体的透明度和柔韧性。
同样地，该制备方法中场效应控制层3的材料也可以采用掺杂石墨烯。对于场效应控制层3采用掺杂石墨烯这种实现方式来说，参见图5-1并结合图5-2，步骤505中，在电介质层4上形成场效应控制层3的具体步骤包括：
步骤5051，在电介质层4上形成石墨烯层；
步骤5052，对石墨烯层进行掺杂，形成场效应控制层3。
对于该制备方法中的衬底1、第一保护层61、电介质层4以及第二保护层62的材料以及形成上述各层的具体方法以及形成石墨烯导电层2的具体方法、形成场效应控制层3的石墨烯层的具体方法以及对石墨烯层进行掺杂的具体方法可以参照本发明实施例第四方面的描述，在此不再赘述。
第六方面，本发明实施例提供一种显示设备，该显示设备包括上述的透明电极。
由于本发明实施例提供的透明电极中石墨烯导电层具有较小的方块电阻，同时兼具良好的透明性和柔韧性，因此利用本发明实施例提供的透明电极的显示设备具有良好的性能。
将本发明实施例提供的透明电极应用于显示设备时，在石墨烯导电层上设置相应的金属电极，并安装导线，从而将本发明实施例提供的透明电极连接到相应的电路中。
对于采用外加电压源来降低石墨烯导电层这种实现方式来说，当显示设备进入工作状态后，将场效应控制层和石墨烯导电层的用于连接外接电压源的金属电极与外接电压源连接，从而降低石墨烯导电层的方块电阻。
本发明实施例中，显示设备包括但不限于手机、平板电脑、电子纸、笔记本电脑屏幕、液晶电视等任何具有显示功能的产品或者部件。
第七方面，本发明实施例提供一种太阳能电池，该太阳能电池包括上述的透明电极。
由于本发明实施例提供的透明电极中石墨烯导电层具有较小的方块电阻，同时兼具良好的透明性和柔韧性，因此利用本发明实施例提供的透明电极的太阳能电池具有良好的性能。
将本发明实施例提供的透明电极应用于太阳能电池时，在石墨烯导电层上设置相应的金属电极，并安装导线，从而将本发明实施例提供的透明电极连接到相应的电路中。
对于采用外加电压源来降低石墨烯导电层这种实现方式来说，当太阳能电池进入工作状态后，将场效应控制层和石墨烯导电层的用于连接外接电压源的金属电极与外接电压源连接，从而降低石墨烯导电层的方块电阻。
本发明实施例中，太阳能电池可以为任意类型的太阳能电池，包括但不限于硅基太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机聚合物太阳能电池等。
下面以具体的实施例对本发明实施例的技术方案作进一步详细描述。
图6-1为一种以石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图。参见图6-1，该透明电极中，自下而上依次设置有衬底、氮化硼层、石墨烯层、氮化硼层、石墨烯层和氮化硼层，在两层石墨烯层上还分别设置有金属电极，并且金属电极与石墨烯层形成欧姆接触。其中，位于下层的石墨烯层为场效应控制层，位于上层的石墨烯层为导电层，位于两层石墨烯层之间的氮化硼层为电介质层，位于衬底和下层石墨烯之间的氮化硼层和位于上层石墨烯层上方的氮化硼层为保护层。石墨烯层的厚度均为10纳米以下，氮化硼层的厚度均为20纳米以下。
当该透明电极处于工作状态时，下层石墨烯层的金属电极与外接电压源的正极连接，上层石墨烯层的金属电极与外接电压源的负极连接，从而使下层石墨烯层带有极性正电荷，进而增加上层石墨烯层中电子浓度，降低上层石墨烯层的方块电阻。
图6-2为另一种以石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图。参见图6-2，该透明电极中，自下而上依次设置有衬底、氮化硼层、石墨烯层、氮化硼层、石墨烯层和氮化硼层，在两层石墨烯层上还分别设置有金属电极，并且金属电极与石墨烯层形成欧姆接触。其中，位于上层的石墨烯层为场效应控制层，位于下层的石墨烯层为导电层，位于两层石墨烯层之间的氮化硼层为电介质层，位于衬底和下层石墨烯之间的氮化硼层和位于上层石墨烯层上方的氮化硼层为保护层。石墨烯层的厚度均为10纳米以下，氮化硼层的厚度均为20纳米以下。
当该透明电极处于工作状态时，上层石墨烯层的金属电极与外接电压源的正极连接，下层石墨烯层的金属电极与外接电压源的负极连接，从而使上层石墨烯层带有极性正电荷，进而形成场效应，增加下层石墨烯层中电子浓度，降低下层石墨烯层的方块电阻。
图6-3为一种以掺杂石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图。参见图6-3，该透明电极中，自下而上依次设置有衬底、氮化硼层、掺杂石墨烯层、氮化硼层、石墨烯层和氮化硼层。其中，掺杂石墨烯层为场效应控制层，石墨烯层为导电层，位于石墨烯层和掺杂石墨烯层之间的氮化硼层为电介质层，位于衬底和掺杂石墨烯层之间的氮化硼层和位于石墨烯层上方的氮化硼层为保护层。石墨烯层、掺杂石墨烯层的厚度均为10纳米以下，氮化硼层的厚度均为20纳米以下。
该透明电极中，利用掺杂石墨烯中的缺陷和电荷中心形成场效应，增加石墨烯层的载流子浓度，从而降低石墨烯层的方块电阻。
图6-4为另一种以掺杂石墨烯为场效应控制层、以氮化硼为电介质层和保护层的透明电极的结构示意图。参见图6-4，该透明电极中，自下而上依次设置有衬底、氮化硼层、石墨烯层、氮化硼层、掺杂石墨烯层和氮化硼层。其中，掺杂石墨烯层为场效应控制层，石墨烯层为导电层，位于石墨烯层和掺杂石墨烯层之间的氮化硼层为电介质层，位于衬底和石墨烯层之间的氮化硼层和位于掺杂石墨烯层上方的氮化硼层为保护层。石墨烯层、掺杂石墨烯层的厚度均为10纳米以下，氮化硼层的厚度均为20纳米以下。
该透明电极中，利用掺杂石墨烯中的缺陷和电荷中心形成场效应，增加石墨烯层的载流子浓度，从而降低石墨烯层的方块电阻。
上述四种透明电极中，在利用场效应原理降低作为导电层的石墨烯层的方块电阻的同时，由于石墨烯和氮化硼均为二维材料，因此上述的透明电极还兼具良好的透明性和柔韧性，可以用于柔性显示。研究表明，当石墨烯层、掺杂石墨烯层中石墨烯的层数为单层、氮化硼层中氮化硼的层数在10层以下时，透明电极的透光率能够达到90％以上。并且氮化硼层与石墨烯层、掺杂石墨烯层形成良好的界面，有利于使作为导电层的石墨烯层保持较高的载流子迁移率，同时保护石墨烯层、掺杂石墨烯层不受外界影响，便于工业集成。
综上，本发明实施例提供的透明电极中，通过使场效应控制层在透明电极的工作状态下带有极性电荷，从而利用场效应的原理来增加石墨烯导电层的载流子浓度，进而在保证透明电极透明性和柔韧性的前提下降低石墨烯导电层的方块电阻，有利于显示设备、太阳能电池等光电功能器件性能的提高。此外，本发明实施例提供的透明电极和传统的半导体平面工艺兼容，容易实现低成本批量生产。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种透明电极，其特征在于，包括：
衬底；
设置在所述衬底上的石墨烯导电层和由透明材料形成的场效应控制层；
以及，
设置在所述石墨烯导电层和所述场效应控制层之间的电介质层；
所述场效应控制层在工作状态下带有极性电荷；
所述电介质层为透明且绝缘的材料。
2.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述场效应控制层在工作状态下带有极性正电荷。
3.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述场效应控制层的材料为透明导电材料，所述透明电极还包括：与所述石墨烯导电层欧姆接触的第一金属电极，以及与所述场效应控制层欧姆接触的第二金属电极；
所述第一金属电极用于连接外接电压源的一个电极，所述第二金属电极用于连接所述外接电压源的另一个电极。
4.根据权利要求3所述的透明电极，其特征在于，所述第一金属电极用于连接外接电压源的负极，所述第二金属电极用于连接所述外接电压源的正极。
5.根据权利要求3所述的透明电极，其特征在于，所述透明导电材料为石墨烯、氧化铟锡、氧化锌、金属纳米线或者导电有机高分子。
6.根据权利要求3所述的透明电极，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料均选自金、钛、镍、铜、铬、铝、铂、钯、以及钨中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料。
8.根据权利要求7所述的透明电极，其特征在于，所述透明且具有极性电荷的材料为掺杂石墨烯。
9.根据权利要求8所述的透明电极，其特征在于，所述掺杂石墨烯中杂质浓度为1010/cm2以上。
10.根据权利要求9所 述的透明电极，其特征在于，所述掺杂石墨烯中杂质浓度为1012/cm2～1014/cm2。
11.根据权利要求1～10任一项所述的透明电极，其特征在于，所述透明电极还包括分别设置在所述石墨烯导电层远离所述电介质层一侧和所述场效应控制层远离所述电介质层一侧的保护层。
12.根据权利要求11所述的透明电极，其特征在于，所述电介质层和所述保护层材料均为氮化硼。
13.根据权利要求12所述的透明电极，其特征在于，所述电介质层和所述保护层的厚度为20纳米以下。
14.根据权利要求1～10、12-13任一项所述的透明电极，其特征在于，所述石墨烯导电层的厚度为10纳米以下。
15.根据权利要求1～10、12-13任一项所述的透明电极，其特征在于，所述衬底的材料选自玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚氨酯。
16.一种透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明导电材料；
形成与所述场效应控制层欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第二金属电极；
在所述场效应控制层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成石墨烯导电层；
形成与所述石墨烯导电层欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第一金属电极；
在所述石墨烯导电层上形成第二保护层。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述第一保护层、所述场效应控制层、所述电介质层、所述石墨烯导电层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成；
所述第一金属电极和所述第二金属电极采用蒸发或溅射的方法形成。
18.一种透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成石墨烯导电层；
形成与所述石墨烯导电层欧姆接触、用于连接外接电压源的一个电极的第一金属电极；
在所述石墨烯导电层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明导电材料；
形成与所述场效应控制层欧姆接触、用于连接外接电压源的另一个电极的第二金属电极；
在所述场效应控制层上形成第二保护层。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述第一保护层、所述石墨烯导电层、所述电介质层、所述场效应控制层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成；
所述第一金属电极和所述第二金属电极采用电子束蒸发的方法形成。
20.一种透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料；
在所述场效应控制层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成石墨烯导电层；
在所述石墨烯导电层上形成第二保护层。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述场效应控制层的材料为掺杂石墨烯，所述在所述第一保护层上形成场效应控制层具体包括：
在所述第一保护层上形成石墨烯层，并对所述石墨烯层进行掺杂，形成所述场效应控制层。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述第一保护层、所述石墨烯层、所述电介质层、所述石墨烯导电层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成。
23.一种透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一保护层；
在所述第一保护层上形成石墨烯导电层；
在所述石墨烯导电层上形成电介质层；
在所述电介质层上形成场效应控制层，所述场效应控制层的材料为透明且具有极性电荷的材料；
在所述场效应控制层上形成第二保护层。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述场效应控制层的材料为掺杂石墨烯，所述在所述电介质层上形成场效应控制层具体包括：
在所述电介质层上形成石墨烯层，并对所述石墨烯层进行掺杂，形成所述场效应控制层。
25.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述第一保护层、所述石墨烯导电层、所述电介质层、所述石墨烯层以及所述第二保护层采用化学气相沉积直接生长法或者化学气相沉积生长后转移法形成。
26.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求1～15任一项所述的透明电极。
27.一种太阳能电池，其特征在于，包括权利要求1～15任一项所述的透明电极。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200373451A1 (en) * 2019-05-24 2020-11-26 Seven Z's Trust Graphene and hexagonal boron nitride van der waals heterostructured solar energy processing unit (SPU)
CN110808266A (zh) * 2019-10-15 2020-02-18 深圳市华星光电技术有限公司 具有透明电极的显示基板及其制备方法
KR20220060074A (ko) * 2020-11-03 2022-05-11 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7449133B2 (en) 2006-06-13 2008-11-11 Unidym, Inc. Graphene film as transparent and electrically conducting material
US8232561B2 (en) * 2006-06-29 2012-07-31 University Of Florida Research Foundation, Inc. Nanotube enabled, gate-voltage controlled light emitting diodes
JP5627390B2 (ja) 2010-10-22 2014-11-19 株式会社東芝 光電変換素子およびその製造方法
CN102169963A (zh) * 2010-12-22 2011-08-31 涂洪明 一种碳薄层电极
CN102437207B (zh) * 2011-12-26 2015-11-25 常州二维碳素科技股份有限公司 一种石墨烯电极、其制备方法和用途
CN202996318U (zh) * 2011-12-26 2013-06-12 金虎 一种氮化硼-石墨烯复合材料结构
KR102014993B1 (ko) 2012-10-23 2019-08-27 삼성전자주식회사 소수성 유기물을 함유하는 도핑 그래핀 구조체, 그의 제조방법 및 이를 구비하는 투명전극, 표시소자와 태양전지
CN104781305B (zh) * 2012-11-26 2018-04-17 麻省理工学院 纳米线修饰的石墨烯及其制造和使用方法
US10468152B2 (en) * 2013-02-21 2019-11-05 Global Graphene Group, Inc. Highly conducting and transparent film and process for producing same
KR20140114199A (ko) * 2013-03-18 2014-09-26 삼성전자주식회사 이종 적층 구조체 및 그 제조방법, 및 상기 이종 적층 구조체를 구비하는 전기소자
EP3128519A4 (en) * 2014-04-04 2017-12-06 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Transparent electrode, and organic electronic device
GB201407606D0 (en) * 2014-04-30 2014-06-11 Cambridge Entpr Ltd Electroluminescent device
DE102014208125A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG Werkzeug
CN104409177B (zh) * 2014-11-28 2017-02-22 中国科学院金属研究所 一种稳定掺杂的大面积石墨烯透明导电膜规模化制备方法
CN204303857U (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 北京中科天顺信息技术有限公司 一种使用二维衍生膜的氮化物led外延片结构
CN104576787B (zh) * 2014-12-29 2017-03-22 浙江大学 一种电场调控的石墨烯/砷化镓太阳电池及其制备方法
CN104851935B (zh) * 2015-04-08 2017-03-29 浙江大学 一种电场调控的石墨烯/磷化铟太阳电池及其制备方法

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