【摘 要】
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透明电极（TE）由于其独特的光电特性,近年来受到广泛的关注。透明电极可作为许多光电器件的基础材料,如太阳能电池、发光二极管（LEDs）、智能窗户和触摸屏等。近年来,以掺杂锡的氧化铟（ITO）电极和掺杂氟的氧化锡（FTO）电极为代表的透明导电氧化物（TCO）电极成为最为常用的透明电极,目前在应用领域占据主导地位。但这些透明电极存在一些缺点,包括电极的硬脆性、价格高、丰度低和透光率低等。随着光电子产业
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透明电极（TE）由于其独特的光电特性,近年来受到广泛的关注。透明电极可作为许多光电器件的基础材料,如太阳能电池、发光二极管（LEDs）、智能窗户和触摸屏等。近年来,以掺杂锡的氧化铟（ITO）电极和掺杂氟的氧化锡（FTO）电极为代表的透明导电氧化物（TCO）电极成为最为常用的透明电极,目前在应用领域占据主导地位。但这些透明电极存在一些缺点,包括电极的硬脆性、价格高、丰度低和透光率低等。随着光电子产业的飞速发展,新型透明电极的研究势在必行。金属网格透明电极作为一种新型透明电极,因其优良的电学性能和出众的光学性能受到越来越多研究者的关注。然而现有的金属网格透明电极制备方案有的制备成本较高,有的对金属以及基底材料的选择有限制,有的重复性不佳。基于此,本文以超快激光直写技术为基础,结合物理沉积方法,提出了一种无掩模、可控、经济的方法来制备高性能金属网格透明电极,实现了在FTO、玻璃、PET等多种基底上金属网格透明电极的制备并取得了理想的综合光电性能。主要研究内容如下:1.采用波长为1030 nm,重复频率为19.12 MHz,脉冲宽度为262 fs的飞秒脉冲激光对FTO电极进行刻蚀,系统地研究不同的激光能量密度和扫描速度对FTO电极表面刻蚀沟槽质量的影响。实验结果表明,为了获得高质量的沟槽,需要在激光能量密度和扫描速度之间取得平衡,电极表面扫描速度对刻蚀沟槽的宽度有较大影响,当扫描速度为3000 mm/s、激光能量密度为0.055 J/cm2时刻蚀的沟槽宽度为7.92μm,此参数刻蚀的FTO电极沟槽较细且质量最佳。2.采用波长为1030 nm、重复频率为19.12 MHz、脉冲宽度为262 fs的飞秒脉冲激光在PVP/FTO基底上刻蚀网格沟槽,然后采用磁控溅射法在FTO基底上制备Ag网格透明电极,系统地研究不同的激光能量密度和扫描速度对FTO基底Ag网格透明电极光电性能的影响,以及不同Ag网格高度对FTO基底Ag网格透明电极光电性能的影响。实验结果表明,当Ag网格高度保持为600 nm,扫描速度为2200 mm/s、激光能量密度为0.050 J/cm2时,FTO基底Ag网格透明电极的换相品质因子Fo M为420.36,该扫描速度和激光能量密度最优。保持最优扫描速度和激光能量密度,Ag网格高度变化到2500 nm时,FTO基底Ag网格透明电极的换相品质因子Fo M达到2576.46,此时的FTO基底Ag网格透明电极的性能最优。3.采用飞秒激光对PVP/玻璃基底刻蚀网格,然后在玻璃基底上制备Ag网格透明电极,系统研究了不同扫描速度、能量密度对玻璃基底Ag网格透明电极光电性能的影响,以及不同Ag网格间距和高度对玻璃基底Ag网格透明电极光电性能的影响。实验结果表明,激光重复频率330 k Hz、扫描速度200 mm/s、能量密度6.15 J/cm2、网格线间距0.8 mm、Ag网格高度500nm时,制备的玻璃基底Ag网格透明电极550 nm波长透光率为89.29%,方块电阻为1.24Ω/sq,换相品质因子Fo M达到了2608.59,该激光重复频率、扫描速度、能量密度以及网格线间距最优。保持最优激光重复频率、扫描速度、能量密度以及网格线间距,当Ag网格高度变化到2000 nm时,玻璃基底Ag网格透明电极的透光率为88.79%,方块电阻低至0.44Ω/sq,Fo M值达到6994.36,为FTO基底Ag网格透明电极综合光电性能的2.7倍,玻璃基底Ag网格透明电极Fo M优于FTO基底Ag网格透明电极。4.采用飞秒激光对PVP/PET基底刻蚀网格,然后在柔性PET基底上制备Ag网格透明电极,研究柔性PET基底嵌入式Ag网格透明电极的光电性能和环境稳定性,以及柔性透明加热器（FTH）的热稳定性。实验结果表明,柔性PET基底Ag网格透明电极的方块电阻仅为0.86Ω/sq,500nm波长透光率达91.26%,在空气或去离子水中保持有良好的导电性,在40天内无明显变化。以此柔性透明电极为基础制作的FTH具有高透光性和稳定的加热性能,在1.0 V直流电压作用下,FTH在60秒内加热至90℃,并最终稳定在98℃,经过20次重复上下电或者弯曲、扭转,FTH加热性能依然保持稳定。在1.0 V直流电压下,FTH加热体积为600 mm3的冰块,融化时间为140 s。
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