宽光谱高透光导电网络薄膜的制备与性能研究

We develop a new method for the fabrication of transparent conducting network thin films. This method is developed on the basis of solution-phase epitaxy combined with solid-phase thermal decomposition. It can be carried out at low temperatures, being independent on the use of templates and less demanding for expensive equipments. It is easy-to-handle yet capable of fabricating large-scale network thin films of both metals and metal oxides. In this project, the network thin films of AZO (aluminum-doped zinc oxide), ITO (tin-doped indium oxide) as well as Ag will be fabricated by employing this newly developed method. The network thin films are highly conducting and transparent in wide spectrum region.Therefore, they have great implications on applications such as solar cells and touch screens. The growth mechanics of network structures will be studied in details. The relationship of the transparency and conductivity with the network structures will be explored.The results will be used for further optimizing the fabrication of transparent conducting network thin films.

本项目采用液相外延生长和低温固相热分解转化相结合的技术，发展一种全新的透明导电有序可控网络薄膜制备方法。该方法应用范围广，工序简单，可在较低温条件下大面积制备金属和金属氧化物等多种材料的透明导电网络薄膜。它脱离了常规方法制备网络结构时对模板的依赖，且对网络结构的可控性较高，填补了国内外低温、液相外延、非模板法制备透明导电有序可控网络薄膜的空白。本项目以铝掺杂氧化锌（AZO）,锡掺杂氧化铟（ ITO）和银（Ag）这三种导电性能优异的材料为例，制备它们的宽光谱高透光导电网络薄膜。研究不同网络薄膜的生长机制及其中可能的规律性。研究薄膜性能与网络结构之间的关系，为优化网络薄膜的性能提供科学依据。全新透明导电网络薄膜制备方法的开发，结合网络薄膜生长机制和薄膜性能的研究，使得本项目不仅具有重要的理论研究意义，而且具有广阔的实际应用价值。

本项目研究宽光谱高透光导电网络薄膜的制备与性能，透明导电薄膜是指光学上具有高透射率且导电性能良好的薄膜，因其双重的透光和导电性能，透明导电薄膜被广泛应用于太阳能电池、平面显示等领域。本项目的主要研究内容可以概括为以下四个方面：1. 金属纳米网络的制备与性能研究 利用金属良好的导电性和网络结构良好的透光性，通过液相生长和低温固相热分解相结合的非模板方法，实现透明导电金属纳米网络的制备。2. M-ZnO复合纳米网络的制备与性能研究 在ZnO纳米网络上修饰金属M，增强ZnO的导电性能，从而实现透明导电M-ZnO复合纳米网络的制备，这一研究为制备透明导电网络薄膜提供新方法、新思路。在遵循原计划展开研究工作的期间，我们也获得了计划之外的新结果，并对此开展了进一步的研究工作，这部分的研究工作主要分为两部分： 3. 纳米晶合成新方法的研究 结合液相生长与低温固相热分解方法，无需结构导向剂（如表面活性剂、硫醇或聚合物等）、还原剂和侨联分子等有机添加剂，本项目合成了多种材料的纳米晶，并实现对纳米晶形貌、尺寸和表面性质等的灵活调控。在某些体系中，我们还实现了纳米晶的同步生长与图案化自组装，显示我们的方法在纳米晶合成与组装方面的“全能性”。4. 纳米颗粒的结晶行为研究 通过光化学方法现场合成的金属纳米颗粒会进一步结晶生长为结构独特的纳米颗粒超结构，如多山丘状超结构和片状超结构。研究显示，纳米颗粒的结晶行为同样遵循经典结晶理论，这部分的研究工作为调控纳米颗粒结晶行为并进一步调控纳米颗粒超结构提供理论基础。