透明导电膜在高透光下同时具有导电性,澳门新浦京电子游戏:该膜实际上可以拉伸580%

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摘要:据悉,这个新的薄膜材料,它具有高导电性,可弯曲,拉伸,几乎完全透明。该膜可以帮助建立更高效的太阳能电池板,自加热智能窗,柔性显示器,和高性能的冷却表面。 近期,韩国大学和伊利诺伊大学以及芝加哥大学的研究人员已经开发出全新透明导电薄膜将改进太阳能电池效率。 据悉,这个新的薄膜材料,它具有高导电性,可弯曲,拉伸,几乎完全透明。该膜可以帮助建立更高效的太阳能电池板,自加热智能窗,柔性显示器,和高性能的冷却表面。 这种薄膜最显着的性质是独特的透明性和导电性组合。在大多数材料当中,携带电荷的颗粒也趋向于与光相互作用,让材料变得不透明。但是研究团队研发了高导电铜纤维网,其中具有足够大的孔隙,让光线仍然可以通过,透明度高达92%。 这种材料可能是太阳能电池板和智能窗的透明导电电极(TCEs)最佳选择。构建的TCEs工业标准材料是掺杂铟的锡氧化物(ITO)。然而这种材料脆而透明,牺牲了导电性。 这种材料还有优异的机械性能。根据研究人员表示,该膜实际上可以拉伸580%,仍保留有五分之一的导电性,或它可以在一个5毫米(0.2英寸)的半径被弯曲一千倍,性能没有明显变化。 (来自:中国塑料机械网)

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近日,美国科学家成功研制出一种技术简单、成本低廉的氧化铟锡导电薄膜,而且也是迄今透明度最高的氧化铟锡导电薄膜。

因有机材料具有柔性好、重量轻、材料来源广泛、成本低等优势,有机太阳能电池对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。在人类利用太阳能的各项技术中,将太阳能直接转换成电能的太阳能电池是最具发展前景的技术之一。其中,有机太阳能电池是新兴起的一个研究方向。因有机材料具有柔性好、重量轻、材料来源广泛、成本低等优势,有机太阳能电池对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。

4月25日,记者了解到,中科院苏州纳米所印刷电子中心苏文明研究团队基于混合式印刷增材制造技术,优化压印模具结构参数,实现了2:1深宽比和4μm线宽的凹槽结构,再结合刮填薄层纳米银油墨的种子层,用电筹沉铜技术在凹槽中填满致密的铜。由于电沉积过程金属铜完全限制在凹槽中只能单向生长,避免了扩线,从而获得高深宽比的铜网格,因而在不影响光透过率的情况下增加了金属网格的厚度,同时电镀的网格具有铜本征的高电导率,最终在86%的高透光率下,方块电阻低至0.03 Ω/□,FOM值超过80000,达到国际领先水平。

该导电薄膜利用一种化学溶液制造,用可弯曲的聚酰亚胺作为基底,使其在柔性显示屏方面有应用的潜力。具体为将含有氧化铟锡纳米晶体的溶液滴向一块快速旋转的基板来获得一张薄膜。科学家利用乙酰丙酮铟和乙酰丙酮氯化锡来制造氧化铟锡纳米晶体,通过密集但分布均匀的晶体阵列来获得薄膜导电率的提高。

近日,苏州大学材料与化学化工学部李永舫院士团队教授李耀文等人在《中国科学—化学》上发表文章,他们利用银纳米线掺杂透明导电聚合物,并与纳米压印的网格银柔性基底复合,制备出了低面电阻、可见光高透过率的新型柔性透明复合电极,基于此电极的柔性有机太阳能电池的效率超过了12%。

透明导电膜在高透光下同时具有导电性,是光电领域中不可或缺的重要工业基础材料。随着光电子器件逐渐向大尺寸、轻薄、柔性、低成本方向发展,对高性能的柔性及可拉伸透明导电膜的需求增长迅速。当前广泛使用的透明导电材料主要为ITO膜或玻璃,但因方阻较高、脆性结构限制了其在柔性光电器件上的使用;而新发展的基于导电聚合物、碳材料和金属纳米材料的柔性透明导电膜,普遍存在导电性和透过率相互制约的问题,在85%以上的透过率下方阻通常在数十欧每方块以上。基于铜箔黄光制程蚀刻的金属网格透明导电膜具有高导高透的优点受到了行业广泛关注,但工艺复杂,酸蚀刻工艺与铜离子造成的污染及其高成本也不容忽视。中科院苏州纳米所崔铮研究员领导的印刷电子研究团队自主研发了印刷增材制造的嵌入式银网格透明导电膜,透过率和导电性可以独立调节,在85%以上透过率下方阻低于10 Ω/□,已成功应用在触摸屏上并实现了产业化,曾荣获2014年中国专利金奖。

为了验证该薄膜的透明度和导电性,研究人员还对涂层进行了退火处理。薄膜的透明度和电阻会随着材料厚度和锡含量而改变,找到而这的最佳结合是开发高性能导电薄膜的关键。该该导电薄膜厚度只有1460亿分之1米,可使93%的光透过。科学家还在力图进一步降低电阻,缩短退火处理的时间以降低成本提高效率。

目前,商品化的太阳能电池主要是以晶硅等无机半导体材料为活性层制备。但是,这种太阳能电池生产存在工艺复杂、成本高、原材料生产过程能耗大和污染重等弊端,同时,这类太阳能电池由于无机半导体本身的刚性结构,难以制备柔性器件。因此,制备成本低、效率高、柔性强、环境友好的新型有机太阳能电池,正成为各国科学家的目标。

据了解,导电膜是具有导电功能的薄膜。导电薄膜的荷电载流子在输运过程中受到表面和界面的散射,当薄膜的厚度可与电子的自由程相比拟时,在表面和界面的影响将变得显著,这个现象称为薄膜的尺寸效应。它等效于载流子的自由程减小,因此与同样材料的块体相比,薄膜的电导率较小。

该氧化铟锡导电薄膜将能够很好的应用于触摸显示屏或太阳能电池板。

在人们的印象中,塑料是不导电的。但是,2000年诺贝尔化学奖获得者打破了这一常识。20世纪70年代,美国科学家Alan J. Heeger、Alan G. MacDiarmid和日本科学家Hideki Shirakawa发现,经过氧化或还原掺杂,一类共轭聚合物能够成为导体或半导体。

为进一步推广印刷金属网格透明导电膜在透明导磁屏蔽、电加热膜、透明5G天线等更广领域的应用,如何进一步在高透过率下大幅度提升导电膜的导电性能成为团队的重要研究目标。

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塑料就是一种聚合物。聚合物要能够导电,其主链碳原子之间必须具有交替地以单键和双键结合的共轭结构,同时还必须经过掺杂处理:通过氧化或还原反应,其主链失去或获得电子,从而具有导电性。Alan J. Heeger等人通过研究发现,对共轭聚合物聚乙炔进行碘掺杂,聚乙炔能够表现出像金属一样的导电性。

该研究成果以Printable High-Aspect Ratio and High-Resolution Cu Grid Flexible Transparent Conductive Film with Figure of Merit over 80 000为题在线发表在Adv. Electron. Mater. 2019, 1800991上,博士研究生陈小连为文章第一作者,苏文明研究员与崔铮研究员为共同通讯作者。该工作得到了科技部重点研发计划、中科院纳米先导专项等科研项目的支持。

标签: 太阳能电池板

“Alan J. Heeger等人开拓了导电聚合物领域。透明导电聚合物的电极材料是导电聚合物的一个重要应用领域,有机太阳能电池就是利用共轭聚合物或共轭有机分子这种有机半导体材料做成的。”李耀文告诉《中国科学报》。

图1铜网格透明导电膜的制备流程示意图和光学图片

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