Ribbon效应:低成本实现超低表面电阻金属网络透明导电电极

所谓“鱼和熊掌不可兼得”,对金属来说,光学透明和导电性,本身就是一个矛盾,而无法做到高透光和高导电性。掺杂金属氧化物很好的解决了这个问题,例如氧化铟锡(ITO)一直是透明导电材料的主角。随着现代光电产业(触摸显示、太阳能电池等)的不断扩张,以及光电器件的轻量化、智能化、可穿戴性等要求的出现,以ITO为代表的传统透明电极材料主角地位遭到前所未有的挑战,主要基于两点:一是金属铟材料价格日益昂贵;二是柔性可穿戴器件需要柔性透明导电衬底,ITO无法适应。基于此,世界各地科学家们为此夜不能寐,终于提出了多种解决方案,例如碳纳米管、石墨烯、纳米线电极、金属网格电极等等,其中也包括华南师范大学华南先进光电子研究院高进伟团队提出的金属亚微米随机网络(简称,金属网络,Metal Networks;具体请见我们2014年Advanced Materials封面文章doi:10.1002/adma.201302950)。在这些替代角色中,金属网络(格)和金属纳米线获得较多的认可。但如何获得大面积、低成本、低表面电阻、高透光性以及机械柔性和稳定性透明导电材料仍然是光电材料研究的热点。

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薄膜太阳能电池和大功率LED器件需要高性能透明窗口电极,尤其是低表面电阻能显著提高器件的光电转换效率和器件的寿命。华南师范大学华南先进光电子研究院高进伟团队彭强(现就职于成都京东方科技有限公司)和李松茹同学对此类超低表面电阻金属网络透明电极展开了深入研究。最近,该团队与波士顿学院Kris Kempa教授、南京大学刘俊明教授、华南师范大学周国富教授等合作,基于课题组前期龟裂法金属亚微米带网络电极,利用低成本液相法选择性电沉积金属,获得了超低表面电阻(Rs~0.8ohm/sq@T%~85%)金属网络电极,其光电优值达到了31,000,同时金属网络电极的宽度在1微米-5微米之间,金属带之间的间距为10微米-50微米(附图)。由于亚微米纳米带的Ribbon效应,电沉积导致亚微金属带的表面电阻迅速降低,而透光率增加缓慢,显著提高金属网络电极的光电性能。该超低表面电阻金属网络电极为高效率薄膜太阳能电池和大功率LED器件提供了理想的窗口电极。该成果近期在 Advanced Materials Technologies (Colossal Figure of Merit in Transparent-Conducting Metallic Ribbon Networks,DOI: 10.1002/admt.201600095)在线刊出。