通过改变Cu种子层的化学状态来优化介电/银/介电柔性透明电极的性能

《Vacuum》：Optimization on the performance of dielectric/silver/dielectric flexible transparent electrodes by variation of the chemical states of Cu seed layer

柔性PET基底上TiO?/CuO?/Ag/TiO?透明电极的制备及其光电性能优化，通过控制铜种子层氧化程度有效抑制银纳米颗粒局域表面等离子体共振效应，实现94.4%可见光透射率、5.5Ω/sq低面电阻及102.3×10?3Ω?1哈克赫默 merit值，同时保持优异机械柔性与稳定性。

　　

王帅|年玉杰|王亚伟|卢彩琳|李航|楚先贤|齐凤蕾|马培勇|方英翠

合肥工业大学真空与工艺设备系，中国合肥230009

摘要：

介电/银/介电（DAD）多层薄膜具有高可见光透射率、低片电阻、良好的机械柔韧性，并且与大规模集成电路的制造工艺兼容。它是用作柔性光电设备中透明电极的ITO薄膜的最佳替代品。然而，由银纳米颗粒（AgNPs）组成的中间层Ag薄膜由于明显的局域表面等离子体共振（LSPR）效应而显示出显著的可见光吸收。这种现象限制了DAD透明电极的光学透射率的提升。尽管通常使用铜种子层来降低AgNPs的LSPR效应，但在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制备透明电极时，铜种子层仍然会吸收可见光。为了提高DAD透明导电电极的光电性能，本研究采用了轻微氧化技术来减少铜种子层的吸收。在PET基底上制备了TiO₂/CuO_x/Ag/TiO₂透明电极，在400-800 nm范围内其平均透射率为94.4%。此外，片电阻低至5.5 Ω/sq，Haacke优值（FOM）达到102.3×10^-3 Ω^-1。该电极在空气中也表现出优异的机械柔韧性和稳定性。

实验部分

实验

在厚度为0.35 mm的柔性PET基底上制备了TiO₂/Ag/TiO₂（TAT）、TiO₂/Cu/Ag/TiO₂（TCAT）和TiO₂/CuO_x/Ag/TiO₂（TCOAT）结构的透明电极。PET基底由安徽方兴光电新材料科技有限公司提供。纯度为99.99%的TiO₂颗粒、银线和铜线购自合肥科晶材料科技有限公司。

TiO₂薄膜是通过真空电子束蒸发TiO₂颗粒沉积而成的

铜种子层对TAT电极光电性能的影响

图1(a)中用实线显示了0.5 nm铜种子层的吸收光谱。图中没有出现预期的约600 nm处的LSPR吸收峰。CuNPs的LSPR效应消失是由于铜种子层部分氧化所致[39]。图1(b)展示了在PET基底上制备的30nmTiO₂/8nmAg/30nmTiO₂（TAT）和30nmTiO₂/0.5nmCu/8nmAg/30nmTiO₂（TCAT）的透射光谱。TAT电极（虚线）在400-800 nm范围内的透射率

总结

本文采用真空蒸发技术在PET基底上制备了性能优异的TCOAT透明电极。通过改变TiO₂/Cu暴露在空气中的时间来调节铜种子层的化学状态，取得了良好的结果。在400-800 nm范围内，平均透射率（T_av）达到94.4%，片电阻低至5.5 Ω/sq，最大FOM值为102.3×10^-3 Ω^-1。TCOAT透明电极的光电性能保持稳定

作者贡献声明

王亚伟：研究、数据分析。卢彩琳：数据分析、数据整理。李航：研究。楚先贤：研究。王帅：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、数据整理。年玉杰：初稿撰写、研究、数据分析、概念构思。马培勇：撰写 – 审稿与编辑、数据分析、概念构思。方英翠：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢安徽泰威量子科技有限公司的财务支持。