ニュース

Oct 02, 2023

全て

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20962 (2022) この記事を引用 1699 アクセス数 2 引用数 5 オルトメトリクスの詳細 透明導電性電極 (TCE) は、

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20962 (2022) この記事を引用

1699 アクセス

2 引用

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

透明導電性電極 (TCE) は、タッチ スクリーン、スマート ウィンドウ、太陽光発電などのデバイスに不可欠なコンポーネントです。 金属ナノワイヤ ネットワークは、有望な次世代 TCE ですが、最も優れたパフォーマンスを発揮する例は、高価な金属触媒 (パラジウムまたはプラチナ)、真空処理、または拡張できない転写プロセスに依存しています。 この研究では、高性能かつシンプルな製造に焦点を当てた金属ナノワイヤ TCE 製造プロセスを示します。 ここでは、エレクトロスピニングされたナノワイヤ上で直接メタライゼーションプロセスとメッキメタライゼーションプロセスを組み合わせました。 まず、反応性銀インクを使用して銀ナノワイヤーを直接金属化します。 銀はその後の銅めっきを触媒して、Ag-Cu コア-シェル ナノワイヤを生成し、ナノワイヤの接合抵抗を排除します。 このプロセスでは、エレクトロスピニングとメッキ時間を調整することで、透過率とシート抵抗特性を調整できます。 我々は、全大気プロセスを使用し、シート抵抗 0.33 Ω sq−1 および可視光透過率 86% (基板を含む) の最先端の低ヘイズ TCE を実証し、Haacke の性能指数を導き出しました。 652×10−3Ω−1。 コアシェル型ナノワイヤー電極は、高い化学的耐久性と曲げ耐久性も示します。

太陽光発電、発光ダイオード、タッチ スクリーン、完全透明ディスプレイ、透明ヒーターなどの既存および新興のオプトエレクトロニクス技術は、動作するために透明導電性電極 (TCE) に依存しています。 高性能 TCE は、シート抵抗 (Rs) と光透過率 (T) という 2 つの材料特性を最適化します。これらの特性は、どちらも TCE 材料の量に依存するため、独立して制御することが困難です。 TCE 材料の量が増えると、Rs が増加し、T が減少します。Rs と T の間のトレードオフは、すべての TCE にとって問題になります。 このトレードオフの最適化は、Rs と T を単一の値に結合する性能指数 (FOM) によって定量化されます。 広く使用されている Haacke FOM は T10 Rs−11 に等しい。 主要な商用 TCE 技術であるインジウムスズ酸化物 (ITO) は、通常、約 10 Ω sq−1 の Rs、約 90% T、および約 35 × 10−3 Ω−1 の FOM を達成します (図 1a)2。 ITO には、比較的低い性能に加えて、適用性を制限し、コストを増加させるいくつかの欠点があります 3: (1) ITO は本質的に脆いため、柔軟な用途には適していません。 (2) インジウムは希少性のため、価格が高騰しています。 (3) ITO の堆積には、通常、マグネトロン スパッタリングのような、時間と費用がかかる真空プロセスが必要です。

(a) シート抵抗 (Rs) の関数としての 550 nm での透過率 (T550 nm) プロットは、これまでで最高の性能のナノワイヤ TCE を示しています。 ポリマーインプリンティング 22、23、24、エレクトロスピニング 31、32、33、34、35、および ITO2 に基づく TCE が含まれます。 緑色の星は、焼成後の銀ナノワイヤおよび銅メッキを施した銀ナノワイヤに関するこの研究からの最高の FOM TCE です。 紫色の破線は Haacke FOM 等値線です。 一部の透過率値は、同等の基板を含めるために元の出版物から再計算されました (表 S1)。 (b) TCE 製造プロセスの概略図。 1. エレクトロスピナーは、反応性銀インクを含むポリマー ナノワイヤをガラス基板上に堆積します。 2. 300 °C のホットプレートでナノワイヤを 30 秒間焼成して、ポリマーを蒸発させ、銀前駆体を還元します。 3. UV オゾン処理により銀ナノワイヤ表面が活性化され、無電解銅析出が行われます。 4. 無電解銅堆積により、銀ナノワイヤの周囲に銅のシェルが形成され、接合部が融合されます。 コアシェル銀銅ナノワイヤネットワークが基板上に残ります。 (c) ナノワイヤ TCE の実際の透明性と色の中立性を示す写真。

研究者らは、金属酸化物 4,5、カーボン ナノチューブ 6,7、グラフェン 8,9、導電性ポリマー 10,11、酸化物/金属/酸化物構造 12,13,14,15、金属ベースの TCE など、既存の ITO に代わる多くの戦略を開発してきました。ナノワイヤネットワーク15、16、17、18、19。 金属ナノワイヤ ネットワークは、その高性能、高い拡張性、低コスト、柔軟性により有望です 20,21。 金属は比類のない電気的性能を提供し、細いワイヤは充填率が低いと人間の目にはほとんど見えません。 高性能金属ナノワイヤ TCE には、均一に分布した低抵抗率のワイヤと接触抵抗を低減する融合接合が含まれています。 ポリマーインプリンティング 22、23、24、25、電気流体力学的プリンティング 26、27、溶液処理 28、29、亀裂膜リソグラフィー 30、エレクトロスピニング 31、32、33、34、35、36 など、さまざまなナノワイヤパターニング技術があります。 ポリマーインプリンティングとエレクトロスピニングは、その拡張性と低コストにより、最も一般的なパターニング方法の 2 つです。 図 1a は、ポリマー インプリンティングとエレクトロスピニングに基づいた、いくつかの最高性能の金属ナノワイヤ TCE の概要を示しています。