透明导电薄膜(Ⅳ):石墨烯透明导电薄膜

石墨烯透明导电薄膜具有十分优异的光学、热学、电学和力学性能,在未来的柔性光电子器件中具有明显的优势.本文详细阐述石墨烯的结构及性质,综述以PET为衬底的TiN/石墨烯/PET薄膜、ZnO/石墨烯/PET薄膜、GaN/石墨烯/PET薄膜,以PI为衬底的PI/石墨烯/ZnO复合薄膜和石墨烯/Ag纳米线薄膜的研究进展,并概述石墨烯透明导电薄膜的应用领域.     

石墨烯在光电器件中的应用

 讨论了近年来石墨烯在太阳能电池、有机发光二极管以及场致发射器件方面的应用研究。石墨烯是碳的同素异形体的一种,是二维的薄膜材料,具有独特的导电特性及机械弯曲性能,可以作为太阳能电池、有机发光器件的柔性电极;石墨烯与有机聚合物材料复合可以形成大的给体受体界面,有利于太阳能电池中激子的扩散速率、载流子迁移率的提高,可以作为有机太阳能电池的电子受体材料;石墨烯具有一维尖锐的刀口状边缘,具有大的电场增强系数,同时由于石墨烯自身的良好导电能力,可以作为场致发射器件中的电子传导与电场发射材料。石墨烯在光电器件中应用的深入研究有望突破目前光电技术的发展瓶颈,是一个极具前景的新研究领域。     

石墨烯薄膜的化学气相法制备及光、电特性研究

利用化学气相沉积方法制备了石墨烯薄膜,并研究了其光电特性。以乙醇做反应原料、氩气作为携载气体,在873 K、973 K、1 073 K的温度下合成石墨烯薄膜。应用光学显微镜观察,发现在1 073 K时能够制备大面积均匀、平整光滑的石墨烯薄膜。纳曼光谱分析结果表明:制备的石墨烯薄膜出现2 650 cm-1的石墨烯的特征峰-D强峰,同时该峰强度随温度的升高而迅速增强,说明低温不能使沉积的碳原子有效的石墨化为石墨烯,而较高的温度有助于乙醇分解并石墨化为石墨烯薄膜。在1 073 K时沉积的石墨烯薄膜具有良好的光、电特性,其电子迁移率可以达到104 cm2.(V.s)-1,光透射率达97%,因此,可用于制备石墨烯晶体管、太阳能电池等光电子器件。     

磁控溅射在PI/石墨烯基体上制备氧化锌薄膜

聚酰亚胺(PI)/石墨烯复合薄膜兼备了可挠曲性及透明、导电性,可作为柔性透明导电电极用于柔性电子器件中。但附着于PI上的石墨烯易划伤,使其导电性变差。本文采用脉冲直流磁控溅射法,以PI/石墨烯为基体,镀制保护石墨烯的氧化锌薄膜。分别采用原子力显微镜、X射线衍射仪、台阶仪、霍尔效应仪及紫外-可见分光光度计检测PI/石墨烯/ZnO复合薄膜的表面形貌、晶体结构、薄膜厚度及导电、透光性能。结果表明,PI/石墨烯/ZnO复合薄膜结构致密,氧化锌以(002)为择优取向,最低方阻为1.9×104Ω/sq,略低于石墨烯的方阻,可见光区平均透光率达80%。     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法：旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

TiO2/P3HT复合太阳能电池的制备和性能研究

用简单易行的一步水热法在透明导电玻璃FTO上制备了直径、密度及取向可控的TiO2纳米阵列,FTO同时作为底电极,用旋涂法将有机P型聚合物P3HT复合到阵列表面,磁控溅射制备Pt电极,组装TiO2/P3HT有机无机复合太阳能电池.通过XRD、SEM、紫外-可见光谱仪、I-V/J-V特性曲线等表征TiO2阵列薄膜及器件的结构、形貌和光电特性.研究制备TiO2纳米阵列的水热时间及无水乙醇的量对薄膜质量及复合太阳能电池光电性能的影响.通过优化各项参数,FTO/TiO2/P3HT/Pt简单双层结构的光器件在AM1.5,光强100mW/cm2下开,路电压Voc达到0.50V,光电转换效率IPCE达到0.11%.     

湿法制备氧化石墨烯/碳纳米管电极的聚合物太阳能电池器件

湿法制备聚合物太阳能电池具有过程简单、大面积制备以及低成本等优点,它是新型太阳能电池技术走向应用的策略之一.文中在室内条件下采用湿法旋涂方法制备了氧化石墨烯/碳纳米管混合薄膜,该薄膜具有良好的透光性与导电性,方块电阻为4 500 ohm/sq时相对应薄膜的透光率达到90% (550 nm).此外,场效应测试表明该混合薄膜呈现p型半导体特性,表明可用于解离空穴的收集.所以,基于该导电薄膜为电极材料制备的聚合物二极管具有光伏效应,在能量转换中有潜在应用.     

金属／聚酰亚胺LB薄膜界面特性研究

为提高有机电子器件的性能,制备了不同的厚度的聚酰亚胺（PI）LB薄膜,测量了不同厚度的聚酰亚胺LB薄膜与金电极接触时的表面电压,分析了金属／PILB薄界面的电荷分布情况,发现电荷主要集中在界面附近,测定了金属／PILB／金属结构的电流－电压关系,用金属热电子发射和场致发射的模型对其进行了分析,结果表明电子发射机理受温度和电场强度的控制,实验结果与模型符合得较好。     

石墨烯透明导电薄膜的研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维原子晶体,在薄膜制备中具有很多优点,如高化学和机械稳定性、高透光率、良好的导电性、优异的柔韧性以及原料廉价等,因而被认为是制备透明导电薄膜最有前途的材料之一.文中主要针对单层石墨烯的制备以及石墨烯基透明导电薄膜的研究进展进行综述,并对其发展前景进行展望.     

石墨烯薄膜的制备及性能分析

采用改进的Hummer’s法和超声剥离法制备的氧化石墨烯经旋涂和滴涂工艺制备成膜,再经一步还原获得石墨烯薄膜.研究了氧化石墨烯经一步和两步还原制备出石墨烯后再经旋涂成膜的工艺.同时研究了不同分散剂对石墨烯的分散效果,分析了不同还原工艺对石墨烯薄膜方电阻的影响,并采用金相显微镜和扫描电镜观察分析了石墨烯薄膜的微观形貌.结果表明:旋涂法制备的石墨烯薄膜更均匀、透光率更高;DMF对石墨烯具有良好的分散效果;两步还原得到的石墨烯薄膜的导电性能明显优于一步还原.     

透明导电薄膜(I):掺杂透明导电氧化物薄膜

透明导电氧化物薄膜具有良好的光电性能.作为前电极,此类半导体材料薄膜广泛应用于半导体器件.本文以典型的掺杂TCO薄膜为切入点,综述了透明导电氧化物薄膜的发展历史及应用,重点阐述了几种典型掺杂TCO薄膜的结构特征、光电特性、制备方法及应用展望.     

透明导电薄膜（Ⅰ）：掺杂透明导电氧化物薄膜

透明导电氧化物薄膜具有良好的光电性能。作为前电极,此类半导体材料薄膜广泛应用于半导体器件。本文以典型的掺杂TCO薄膜为切入点,综述了透明导电氧化物薄膜的发展历史及应用,重点阐述了几种典型掺杂TCO薄膜的结构特征、光电特性、制备方法及应用展望。     

全碳纳米管薄膜宏观电子器件的研究进展

近年来,宏观电子学受到了人们的广泛关注,它与大家熟知的微电子学互为补充但存在概念性差异。全碳纳米管薄膜器件具有优异的性能,尤其在柔性透明宏观电子器件方面具有明显的优势。研究人员发展了碳纳米管分离技术、薄膜制备技术和分层转移技术,并在此基础上实现了高性能全碳纳米管薄膜器件的构建。本文系统介绍了大面积碳纳米管薄膜的制备、碳纳米管之间的接触及其导电机制和全碳纳米管薄膜宏观电子器件的研究进展及应用,最后就该领域的研究现状及面临的主要问题进行了总结和展望。     

电化学还原石墨烯用于水合肼的电催化氧化及检测

采用电化学还原技术制备了还原石墨烯.采用扫描电镜、Raman光谱、AFM等技术表征了石墨烯的形貌和结构特征.采用电化学测试技术研究了还原石墨烯修饰电极的电化学性能及对水合肼(N_2H_4·H_2O)的电催化氧化活性.结果表明,该石墨烯电极材料具有优异的电子传导性能.与裸玻碳电极相比,石墨烯修饰电极对水合肼表现出优异的电催化氧化活性.在最佳的实验条件下,将该石墨烯修饰电极用于水合肼的灵敏检测.在1×10~(-5)~1×10~(-4) mol/L范围内,氧化峰电流与水合肼的浓度呈良好的线性关系.该石墨烯修饰电极材料有望用于环境中水合肼等有机小分子的灵敏检测.     

β-Ga_2O_3叠层紫外透明导电薄膜的光学设计

采用时域有限差分法计算β-Ga_2O_3/金属/β-Ga_2O_3叠层紫外透明导电薄膜的光学透过率,研究Ga_2O_3厚度、插入层材料及厚度对叠层透明导电薄膜透过率的影响。数值计算结果表明,插入铂或石墨烯纳米层可提高叠层薄膜在紫外波段的透过率,而插入Ag纳米层,叠层薄膜在紫外波段的透过率较之Ga_2O_3单层薄膜略有下降。增加插入层厚度将进一步降低叠层薄膜在紫外波段的透过率。Ga_2O_3薄膜厚度对透过率较为敏感,既有可能起到增透的作用,也有可能起到增反的作用,无论是增加顶层还是底层厚度或同时增加两者厚度都将降低紫外波段透过率,但对可见光透过率的影响则较为复杂。相信叠层透明导电薄膜的光学设计和优化可促进该类型复合透明导电薄膜在薄膜太阳电池、平板显示器、触摸屏和有机发光二极管等光敏电子器件中的实际应用。     

透明导电薄膜(Ⅲ):TCO/M/TCO三层透明导电薄膜

TCO/M/TCO三层透明导电薄膜具有可见光区透光率高、导电性好且超薄的特点,适用于包括柔性基底在内的电子器件的透明导电电极.本文阐述三层透明导电氧化物/金属/透明导电氧化物(TCO/M/TCO)薄膜透光导电原理,厚度设计及其对光电性能的影响,金属层的选择及作用机制,溅射氛围和后处理工艺对薄膜性能的影响.     

一种用于BIPV的半透明非晶硅薄膜太阳能电池的研究

利用一种半透明非晶硅薄膜太阳能电池采用高导电性能的透明银(Ag)薄膜和TCO薄膜组成透明的背电极代替了普通的不透明铝背电极,通过ZnO/TiO_2薄膜组成复合增透膜提升入射光能,弥补透明背电极的背反射减弱问题。实验采用磁控溅射法制备厚度为10~15 nm的银薄膜与200~300 nm厚度AZO薄膜为透明背电极,采用厚度为65 nm的ZnO薄膜和50 nm的TiO_2薄膜为增透膜,制备的电池样品平均输出功率为39.76 W,透光率为20.17%,对比相同电池工艺的传统半透明非晶硅薄膜太阳能电池组件,有效地减少了光损失,提高了电导率。     

杂原子掺杂石墨烯的制备及其光电转换性能研究

报道一种在离子液体辅助条件下通过小分子热分解聚合法制备硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的新方法.在对抽制备的石墨烯材料的形貌、光学性质、电学性质及半导体类型进行表征的基础上,进一步研究用电沉积方法组装的石墨烯光电极薄膜在光化学电池和固态光伏器件中的光电转换性能.实验结果表明,文中合成的掺杂石墨烯具有良好的光电转换性能,其中以硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的复合薄膜最佳,其光电化学电池的光电流达到(4.69±0.05)×10~(-5)A/cm~2,其固体器件的光电流响应为(5.38±0.38)×10~(-6)A/cm~2.     

碳浆油墨的制备及少量石墨烯对碳浆油墨性能的影响

以炭黑和环氧树脂分别为导电功能单元和连接剂,通过正交设计优化配方制备了碳浆油墨;并控制石墨烯和炭黑的配比制备了含少量石墨烯(占导电功能单元重量≤10wt%)的碳浆油墨。研究了石墨烯加入对碳浆油墨性能和结构的影响。研究表明,随着石墨烯的加入,油墨干膜电导率增加,石墨烯加入量约为5wt%达到最大,之后导电性下降。以未处理的PET为基材制备导电油墨薄膜,导电油墨干膜的状态和油墨干膜断口形貌分析证实石墨烯的加入使油墨干膜的力学性能明显提高,含石墨烯的碳浆油墨更具良好的粘接性和韧性。     

一种高灵敏度氧化石墨烯气敏传感器的构造方法及性能研究

采用紫外光与臭氧(UVO)法原位制备氧化石墨烯薄膜,以氧化石墨烯薄膜结合二端电子器件构造高性能气敏传感器。测试了氧化石墨烯气敏传感器对NH3的灵敏度、时间响应、选择性、保持率等特性,测试结果表明:由UVO法获得的氧化石墨烯气敏传感器的时间响应速度快、恢复性能好、稳定性强;UVO法的处理时间等工艺参数对氧化石墨烯气敏传感器的性能有很大影响,当处理时间为7min时,氧化石墨烯气敏传感器对NH3的灵敏度达到最高值,功耗低(测试功率≤1mW)且长期保持率好;以丙酮和无水乙醇为对比气体,该传感器对NH3表现出明显的选择性。UVO法制备的氧化石墨烯比化学法制备对器件的污染更少,且可实现氧化石墨烯薄膜图形化工艺与集成电路制造工艺相兼容。