一种柔性透明电极制造技术

一种柔性透明电极，包括电极单元，所述电极单元包括金属基材，以及填充在金属基材内的电介质材料，其特征在于：该电极单元为一表面连续的三维柱状单元，所述电介质材料包括沿Z方向相互间隔两个模块，每个模块包括至少一个半椭圆柱，该半椭圆柱的轴向在X

【技术实现步骤摘要】
一种柔性透明电极


[0001]本专利技术涉及一种透明电极。

技术介绍

[0002]透明电极，是各种光电器件中的重要组成部分，已广泛应用于传感器、显示器、发光二极管、太阳能电池等等。而随着科技的发展，新的高性能光电子器件在此基础上需要更高导电率、更好透明度的电极。
[0003]但是透光率和导电率之间的矛盾，阻碍了透明电极的发展与研究。金属具有可以自由移动的电子，从而能够提供较大的导电性，然而这也使得光难以穿透金属，因为在外加光场的条件下，自由电子将会持续被驱动到表面，直至感应电荷产生的感应电场足以抵消金属外的施加电场。而对于电介质来说，电介质中的电子与其母原子绑定，只能在母原子周围移动，导致导电率较低，但是在外加电场的作用下电介质内部极化原子所产生的相对较弱的感应电场，远不足以补偿外加电场，因此可以导致高透光率。
[0004]目前主要的透明电极有三种类型，第一种为透明导电氧化物，例如氧化铟锡；第二种为超薄金属膜；第三种为纳米金属结构。氧化铟锡与贵金属相比透明度较高但是导电性相对较低，而且铟的稀缺导致氧化铟锡的成本较高。厚度小于5nm的超薄金属薄膜，显示出较高的合理传输性能，但是超薄金属薄膜的厚度会导致更高的电阻率，并且超薄金属薄膜对制造工艺有很高的要求，例如对薄膜的连续性和表面粗糙度，都有较高的加工要求。对于纳米金属结构，为了实现超常光传输(extraordinary optical transmission，EOT)，通常是在金属内部构造圆孔或者矩形阵列，目前对于超常光传输效应的主流解释是工程纳米结构允许表面等离子激元(surface plasmons，SP)的激发以及在顶面、底面之间的耦合，以增加传输的电场能量，从而实现高透射率。然而因为通过电场增强来实现的SP的激发和耦合的光波段相对是较窄的，而且很容易导致等离子共振导致光吸收，因此目前为止还没有一种纳米结构的金属可以在整个可见光范围内同时满足较高透射率和较大导电率。所以，目前亟需提供一种导电率高、并且透光率也较高的柔性透明电极。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种导电率高、透光率也高的柔性透明金属电极结构。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种柔性透明电极，包括电极单元，所述电极单元包括金属基材以及填充在金属基材内的电介质材料，其特征在于：该电极单元为一表面连续的三维柱状单元，所述电介质材料包括沿Z方向相互间隔两个模块，每个模块包括至少一个半椭圆柱，该半椭圆柱的轴向在X
‑
Y平面内延伸，半椭圆柱的两端延伸至电极单元的表面，并且半椭圆柱的半椭圆截面的两条轴分别沿X
‑
Y平面以及Z方向延伸，两个模块的半椭圆柱头对头设置。
[0008]优选地，所述模块包括至少两个半椭圆柱时，至少两个半椭圆柱同心重叠设置，并
且半椭圆柱的轴向沿X
‑
Y平面的周向均匀分布。
[0009]优选地，所述半椭圆截面在X
‑
Y平面内的轴的长度为A，在Z方向的轴的半轴长度为B，电极单元在Z方向上的总长度为h，w为电极单元在X
‑
Y平面内的宽度，电极单元在X
‑
Y平面内的宽度可以有沿不同方向的多个，该多个宽度可以相同也可以不同。
[0010]优选地，所述电极单元的工作波段在可见光范围400nm～800nm内时，10nm<w<600nm，A<w，10nm<h<600nm,，h
‑
2B<20nm，其平均透射率为70％以上，体电阻低于10Ω/sq；工作波段在中红外800nm～2000nm内时，10nm<w<2000nm,A<w,10nm<h<2000nm,h
‑
2B<10nm，其平均透射率为80％以上，体电阻低于10Ω/sq。
[0011]优选地，所述金属基材采用表面等离子体金属，所述电介质材料采用禁带宽度大于0.6ev并且在可见、近红外波段无吸收的材料。
[0012]优选地，所述金属基材包括金、银、铝或钠，所述电介质材料包括二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)，碳化硅(SiC)，氮化硅(Si3N4)，氮化铝(AlN)，氮化镓(GaN)，二氧化钛(TiO2)，二氧化铪(HfO2)，氧化锌(ZnO)或者聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)。
[0013]优选地，所述模块包括两个半椭圆柱，并且两个半椭圆柱同心重叠设置，并且两个半椭圆柱的轴向在X
‑
Y平面内相互垂直；
[0014]或者，所述模块包括三个半椭圆柱，三个半椭圆柱同心重叠设置，并且三个半椭圆柱的轴向在X
‑
Y平面内呈60度夹角。
[0015]优选地，所述电极单元在X
‑
Y平面内的具有至少两个不同方向的宽度，该至少两个不同方向的宽度相同，即所述电极单元在X
‑
Y平面内的截面为正多边形。
[0016]优选地，每个模块包括至少两个半椭圆柱时，每个半椭圆柱的尺寸相同。
[0017]优选地，所述电极单元在Z方向的两端面上，分别设有一保护层，所述保护层采用禁带宽度大于0.6ev，并且在可见、近红外波段无吸收的材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点在于该柔性透明电极采用了椭圆形状的介电质材料填充，使其不但具有较高的导电率，可达到与银膜相当的导电性能，还能够具有较高的透射率，即平均透射率可以达到70％以上，并且该柔性透明电极结构可以根据需要层叠或者排布呈需要的形状，适用场合更加广泛。
[0019]上述说明仅是本专利技术实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术实施例的具体实施方式。
附图说明
[0020]图1为本专利技术第一实施例的柔性透明电极的立体示意图；
[0021]图2为本专利技术第二实施例的柔性透明电极的立体示意图；
[0022]图3a为本专利技术第二实施例中的柔性透明电极的电荷分布示意图；图3b为该实施例中的柔性透明电极的透射率曲线的示意图，图3c为该实施例中的柔性透明电极的吸收率曲线的示意图；图3d为椭圆坐标系的示意图；
[0023]图4a为本专利技术第二实施例中的柔性透明电极的光学模拟条件示意图；图4b为本专利技术第二实施例中的柔性透明电极在几何参数a为160nm，b为82.5nm，h为170nm，w为173nm条件下，平均透射率的示意图；图4c和4d分别表示在0、15、30、45度(α和β)入射角下，s和p偏振
的透射率的示意图；图4e和4f表示仅当入射角α发生变化时，s和p偏振的透射率的示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性透明电极，包括电极单元(1)，所述电极单元(1)包括金属基材(2)，以及填充在金属基材(2)内的电介质材料(3)，其特征在于：该电极单元(1)为一表面连续的三维柱状单元，所述电介质材料(3)包括沿Z方向相互间隔两个模块，每个模块包括至少一个半椭圆柱，该半椭圆柱的轴向在X
‑
Y平面内延伸，半椭圆柱的两端延伸至电极单元(1)的表面，并且半椭圆柱的半椭圆截面的两条轴分别沿X
‑
Y平面以及Z方向延伸，两个模块的半椭圆柱头对头设置。2.如权利要求1所述的柔性透明电极，其特征在于：所述模块包括至少两个半椭圆柱时，至少两个半椭圆柱同心重叠设置，并且半椭圆柱的轴向沿X
‑
Y平面的周向均匀分布。3.如权利要求1所述的柔性透明电极，其特征在于：所述半椭圆截面在X
‑
Y平面内的轴的长度为A，在Z方向的轴的半轴长度为B，电极单元(1)在Z方向上的总长度为h，w为电极单元(1)在X
‑
Y平面内的宽度，电极单元在X
‑
Y平面内的宽度可以有沿不同方向的多个，该多个宽度可以相同也可以不同。4.如权利要求3所述的柔性透明电极，其特征在于：所述电极单元(1)的工作波段在可见光范围400nm～800nm内时，10nm<w<600nm，A<w，10nm<h<600nm,，h
‑
2B<20nm，其平均透射率为70％以上，体电阻低于10Ω/sq；工作波段在中红外800nm～2000nm内时，10nm<w<2000nm,A<w,10nm<h<200...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱浩亮，张译匀，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：