由組合的石墨烯和導(dǎo)電納米絲超聲噴涂導(dǎo)電且透明的膜的制作方法
【專利說明】由組合的石墨烯和導(dǎo)電納米絲超聲噴涂導(dǎo)電且透明的膜 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體上涉及用于太陽能電池、光檢測器、發(fā)光二極管、觸摸屏和顯示器件應(yīng) 用的透明導(dǎo)電電極的領(lǐng)域，且更具體地涉及具有優(yōu)異的光學(xué)透明度和高的導(dǎo)電性(或低的 薄層電阻）的組合的基于石墨烯/納米絲的混雜膜。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 以下參考文獻(xiàn)涉及"透明且導(dǎo)電的電極"領(lǐng)域：
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[0025] 光學(xué)透明并且導(dǎo)電的電極被廣泛地應(yīng)用在光電子器件中，例如光伏(PV)或太陽能 電池、發(fā)光二極管、有機(jī)光檢測器和各種顯示器件。為用于這些應(yīng)用，電極材料必須表現(xiàn)出 格外高的光學(xué)透射率以及低的薄層電阻（或高的電導(dǎo)率）。對于這些器件中的電極，更常用 的透明且導(dǎo)電的氧化物(TCO)包括：（a)銦錫氧化物(ITO)，其用于有機(jī)太陽能電池和發(fā)光二 極管，以及(b)Al-摻雜的ZnO,其用于非晶太陽能電池中^存在一些考慮中的對于這些TCO的 替代物，諸如單壁碳納米管(CNT)、石墨烯和金屬或金屬納米線(NW)。
[0026] 可以使用離散的碳納米管在光學(xué)透明的基底諸如玻璃或聚合物(例如聚對苯二甲 酸乙二酯、PET或聚碳酸酯)上形成電子傳導(dǎo)路徑的具有高多孔性網(wǎng)絡(luò)(或網(wǎng)格）的薄膜J內(nèi) 米管之間的空白空間允許光傳輸并且納米管之間的物理接觸形成所需的傳導(dǎo)路徑[參考文 獻(xiàn)1-3]。然而，對于制造透明導(dǎo)電電極(TCE)存在與CNT的使用相關(guān)的幾個主要問題。例如， 較高的CNT含量導(dǎo)致較高的導(dǎo)電性，但較低的透射率歸因于較低數(shù)量的空白空間。此外，通 過歸因于混合碳納米管種類(1/3是金屬性以及2/3是半導(dǎo)體性)的大CNT結(jié)電阻來控制基于 CNT的電極的薄層電阻（sheet resistance) 結(jié)果，在80-90%的光學(xué)透射率下在塑料基底 上的CNT網(wǎng)絡(luò)的典型薄層電阻是200-1000歐姆/平方（Ω /□)。對于基于電流的器件諸如有 機(jī)發(fā)光二極管和太陽能電池中的透明CNT電極的實際應(yīng)用，與塑料基底上的高端ITO的約 10-50歐姆/平方相比，該相對高的薄層電阻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。此外，對于這些器件通常需要〉 85% (優(yōu)選>90%)的光學(xué)透射率。即使對于電壓驅(qū)動的器件諸如電容式觸摸屏、電浸潤顯示 器和液晶顯示器，相對低的薄層電阻是非常合意的。
[0027] 基于金屬納米線網(wǎng)格的導(dǎo)電且透明的膜也被認(rèn)為是ITO的潛在替代[參考文獻(xiàn)4-8]。然而，金屬納米線也遭受與CNT相同的問題。例如，盡管個體的金屬納米線(例如Ag納米 線)可以具有高的導(dǎo)電性，但金屬納米線之間的接觸電阻可以是顯著的。此外，盡管Ag納米 線薄膜可以顯示良好的光學(xué)性能和電性能，但是難以將Ag納米線制成自支持的薄膜或涂覆 在基底上的具有結(jié)構(gòu)完整性的薄膜。特別地，沉積在塑料基底上的Ag納米線薄膜表現(xiàn)出不 令人滿意的柔性和機(jī)械穩(wěn)定性，因為納米線可能易于脫落。此外，表面平滑度是差的（表面 粗糙度太大）。
[0028] 此外，所有的金屬納米線仍具有長期穩(wěn)定性問題，使得它們對于實際應(yīng)用是不可 接受的。當(dāng)Ag納米線薄膜暴露于空氣和水時，Ag納米線能容易地被氧化，導(dǎo)致薄膜的薄層電 阻和霧