FTO薄膜表面不同形状Ag网格透明电极的激光制备与性能研究

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金属网格透明电极因其导电性和透光性良好,可挠性好且原材料易获取,所以被广泛的应用于发光二极管、太阳能电池、触摸屏、液晶显示屏等光电器件中,同时也是替代氧化铟锡(TCO)的最优选择。随着对金属网格透明电极综合性能的需求逐渐增加,人们也在对金属网格透明电极的制备方法进行研究,不断创新。目前对网格图案的研究主要是对网格形状的优化,而对最优的网格形状的深入研究却鲜有报道。基于此,本论文对网格形状进行深入探索,研究了制备内嵌金属网格的激光刻蚀参数、网格形状和网格级数对金属网格透明电极的综合性能的影响,获得了一些有意义的研究结果。1、采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)对旋涂了一层PVP的FTO基底进行激光刻蚀,系统性地研究了激光能量密度和扫描速度对PVP/FTO基底上激光刻蚀凹槽宽度和深度的影响。实验发现,在扫描速度为5~25 mm/s、激光能量密度为1.2~2.8 J/cm~2的组合下,激光刻蚀可以获得宽度23~31μm和深度1.02~1.14μm的凹槽。在扫描速度为10 mm/s、激光能量密度为1.6 J/cm~2时,凹槽宽度为23.82μm,深度为1.02μm,凹槽的质量也是最佳的。2、在上述最佳激光刻蚀参数(10 mm/s、1.6 J/cm~2)下,采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)在PVP/FTO基底刻蚀不同形状的周期网格凹槽,再通过磁控溅射法在其上沉积一层1μm厚的Ag薄膜,利用乙醇洗去PVP/Ag,研究不同网格形状下常规周期Ag网格透明电极的光学和电学性能以及综合性能。实验发现,外接圆半径为0.75 mm时,常规周期六边形Ag网格透明电极透光性最好,导电性最强,具有最高的综合性能。常规周期三角形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为71.68%,方块电阻为2.73Ω/sq,品质因子为1.31×10–2Ω–1;常规周期正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.15%,方块电阻为2.33Ω/sq,品质因子为1.88×10–2Ω–1;常规周期六边形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.91%,方块电阻为1.89Ω/sq,品质因子为2.57×10–2Ω–1。随后研究不同外接圆半径下常规周期六边形Ag网格透明电极的性能,实验结果表明,当外接圆半径为1 mm时,常规周期六边形Ag网格透明电极的综合性能最高,其可见光平均透光率为78.11%,方块电阻为2.31Ω/sq,品质因子为3.66×10–2Ω–1。3、在上述最佳激光刻蚀参数(10 mm/s、1.6 J/cm~2)和外接圆半径(1 mm)下,采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)在PVP/FTO基底刻蚀不同级数的分形正方形网格凹槽,再通过磁控溅射法在其上沉积一层1μm厚的Ag薄膜,利用乙醇洗去PVP/Ag,研究不同级数分形正方形Ag网格透明电极的光学和电学性能以及综合性能。实验发现,三级分形正方形Ag网格透明电极具有最高的综合性能,其可见光平均透光率为74.01%,方块电阻为1.18Ω/sq,品质因子为4.18×10–2Ω–1,相对应的常规周期正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为77.93%,方块电阻为2.55Ω/sq,品质因子为3.24×10–2Ω–1,二级分形正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为76.03%,方块电阻为1.96Ω/sq,品质因子为3.29×10–2Ω–1。随后研究三级分形级数下不同形状Ag网格透明电极的性能。实验结果表明,分形三角形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.21%,方块电阻为1.53Ω/sq,品质因子为2.89×10–2Ω–1;分形正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为74.01%,方块电阻为1.18Ω/sq,品质因子为4.18×10–2Ω–1;分形六边形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为75.03%,方块电阻为1.21Ω/sq,品质因子为4.67×10–2Ω–1,综合性能最好。
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