专利名称：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鍾TO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lpm以上， 网格厚度应在10nm以上，网格宽度应在140nm以上；为fe证较高的透过率， 网格孔径应在6)am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 6pm。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1.2-6.8pm 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1.2-6.8,。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。
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l: Ni， 1.2叫(b)实施例2: Al， 3.4pm, (c)实施例3: Ag， 4.5拜and (d)实施例4: Au， 5.6pm。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pm :微米 Pa:巾白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r所示，首先使用粒径为1.2-6.8pm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l、制备Ni微网格透明电极1. 利用粒径为1.4Mm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40W3. 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Ni4. 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，1.2pm (如图2 (a)所示)；网格厚度,10nm;网格宽度， 140nm。实施例2、制备A1微网格透明电极1. 利用粒径为3.9pm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A1，工作压强0.5Pa，功率50W3. 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 Al4. 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， 3.4pm (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.lMm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80W3. 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 Ag4. 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， 4.5jxm (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6.3nm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60W3. 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 Au4. 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， 5.6pm (如图2 (d)所示)；网格厚度，45nm;网格宽度，740nm。
权利要求
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l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l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l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l-6拜。
5. —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1.2-6.8pm。
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。
全文摘要
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。
文档编号H01L51/44GK101246911SQ20081010164
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月10日 优先权日2008年3月10日
发明者王天民, 祁洪飞, 郝维昌 申请人:北京航空航天大学