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透明电极是光电器件的重要部件之一,它对器件的效率和稳定性等起着至关重要的作用。目前,掺铟氧化锡(ITO)等金属氧化物透明电极占据着市场的主要份额,但出于原材料、成本和性能的限制,市场对其替代解决方案的需求逐渐增长。尤其是为满足新一代柔性光电器件的需求,导电聚合物、碳材料和金属网络等新型透明电极应运而生。然而,某些光电器件有着特殊的要求,例如大功率LED发光源需要超低电阻的透明电极。课题组前期在龟裂模板法制备金属网络电极方面已经具备很好的研究基础,但由于金属网络电极金属线间的距离较大,而限制了其在精密显示器件和有机太阳能电池中的应用;同时,昂贵的真空镀膜方法提高电极的制备成本。本论文致力于解决以上问题,提出一种微米金属网络/纳米金属线二级分形复合透明电极来显著降低电极的表面电阻和提高电极的纵向载流子注入和收集能力;同时提出液相电镀法制备超低表面电阻金属网络透明电极,降低制备成本。研究内容主要包括: 1.微米金属网络/纳米金属线复合透明电极及其光电性能研究 通过模板法和磁控溅射方法制备微米金属网络,并基于微米金属网格沉积纳米金属线形成二级分形复合电极。该复合电极的光电性能显著优于传统ITO透明电极,光透过率为90.6%,表面电阻为8.1Ω/sq。该透明电极可以实现柔性化,基于PET衬底的电极经反复弯曲,表面电阻变化不大。通过分析基于该复合电极的加热除雾器红外热成像图和升温曲线,可知电极具有良好的均匀性和高温稳定性。在非晶硅薄膜太阳能电池应用中,以此复合透明电极制备的电池效率为6.83%,高于基于ITO透明电极的电池效率(5.21%)。本论文还讨论了复合透明电极中的二级分形结构的意义。微米金属网络是载流子的主要传输通道,而纳米金属线作为载流子的辅助传输通道,能更均匀有效地传输载流子,降低器件的能耗。光电性能方面表现为:复合电极相对微米金属网络,表面电阻从~13Ω/sq减小至7.6Ω/sq,光透过率从91.2%降低至87.5%。光伏器件方面,基于复合电极的非晶硅薄膜太阳能电池串联电阻为55Ω,小于基于微米金属网络的电池(79Ω);基于复合电极的电池效率为6.83%,高于基于微米金属网络的电池效率(5.89%)。 2.液相电镀法制备超低表面电阻金属网络透明电极 为降低制备成本,进一步降低透明电极的表面电阻,基于模板法和液相电镀法制备金属网络透明电极。该透明电极光电性能优异(表面电阻低至0.03Ω/sq,透过率~70%,F~30000),此电极在大功率LED和高效太阳能电池中具有巨大的应用潜力。该金属网络透明电极的均匀性和稳定性,金属网络结晶化好,在空气中不易被氧化。同时本论文所述的电极制备方法简单易行,成本较低,具有良好的应用和量产前景。