Nouvelles

Oct 02, 2023

Tous

Scientific Reports volume 12, Article number: 20962 (2022) Cite this article 1699 Accesses 2 Citations 5 Altmetric Metrics details Transparent conducting electrodes (TCEs) are essential components in

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20962 (2022) Citer cet article

1699 Accès

2 citations

5 Altmétrique

Détails des métriques

Les électrodes conductrices transparentes (TCE) sont des composants essentiels dans les appareils tels que les écrans tactiles, les fenêtres intelligentes et les systèmes photovoltaïques. Les réseaux de nanofils métalliques sont des TCE prometteurs de nouvelle génération, mais les exemples les plus performants reposent sur des catalyseurs métalliques coûteux (palladium ou platine), un traitement sous vide ou des processus de transfert qui ne peuvent pas être mis à l'échelle. Ce travail démontre un processus de fabrication de nanofils métalliques TCE qui se concentre sur des performances élevées et une fabrication simple. Ici, nous avons combiné des processus de métallisation directe et par placage sur des nanofils électrofilés. Nous métallisons d’abord directement les nanofils d’argent à l’aide d’une encre d’argent réactive. L'argent catalyse le placage de cuivre ultérieur pour produire des nanofils noyau-coquille Ag-Cu et élimine les résistances de jonction des nanofils. Le processus permet d'ajuster les propriétés de transmission et de résistance de la feuille en ajustant le temps d'électrofilage et de placage. Nous démontrons des TCE de pointe à faible voile en utilisant un processus dans toute l'atmosphère avec des résistances de feuille de 0,33 Ω sq−1 et des coefficients de transmission de la lumière visible de 86 % (y compris le substrat), ce qui conduit à un facteur de mérite de Haacke de 652 × 10–3 Ω−1. L'électrode à nanofils noyau-coquille démontre également une grande durabilité chimique et à la flexion.

Les technologies optoélectroniques existantes et émergentes, telles que le photovoltaïque, les diodes électroluminescentes, les écrans tactiles, les écrans entièrement transparents et les radiateurs transparents, reposent sur des électrodes conductrices transparentes (TCE) pour fonctionner. Les TCE hautes performances optimisent deux propriétés matérielles, la résistance de la feuille (Rs) et la transmission de la lumière (T), qui sont difficiles à contrôler indépendamment car toutes deux dépendent de la quantité de matériau TCE ; de plus grandes quantités de TCE augmentent Rs et diminuent T. Le compromis entre Rs et T est un problème pour tous les TCE. L'optimisation de ce compromis est quantifiée par un facteur de mérite (FOM) qui combine Rs et T en une seule valeur. Le Haacke FOM largement utilisé est égal à T10 Rs−11. L'oxyde d'indium et d'étain (ITO), la technologie commerciale dominante du TCE, atteint généralement des Rs de ~ 10 Ω sq−1, ~ 90 % de T et un FOM d'environ 35 × 10–3 Ω−1 (Fig. 1a)2. En plus de performances relativement faibles, l'ITO présente plusieurs autres inconvénients qui limitent son applicabilité et augmentent son coût3 : (1) Il est de nature fragile, ce qui le rend impropre aux applications flexibles. (2) L'indium est de plus en plus cher en raison de sa rareté. (3) Le dépôt d’ITO implique généralement des processus sous vide longs et coûteux, comme la pulvérisation magnétron.

(a) Transmission à 550 nm (T550 nm) en fonction du tracé de résistance de feuille (Rs) montrant les TCE à nanofils les plus performants à ce jour. Les TCE basés sur l'impression de polymères22,23,24, l'électrofilage31,32,33,34,35 et l'ITO2 sont inclus. Les étoiles vertes sont les FOM TCE les plus élevés issus de ces travaux pour les nanofils d'argent après calcination et les nanofils d'argent avec placage de cuivre. Les lignes pointillées violettes sont des isolignes Haacke FOM. Certaines valeurs de transmission ont été recalculées à partir de leurs publications originales pour inclure des substrats comparables (tableau S1). (b) Schéma du processus de fabrication du TCE. 1. Un électrofilateur dépose des nanofils polymères contenant de l'encre d'argent réactive sur un substrat de verre. 2. Une plaque chauffante à 300 °C calcine les nanofils pendant 30 s pour vaporiser le polymère et réduire le précurseur d'argent. 3. Un traitement UV-ozone active la surface des nanofils d'argent pour un dépôt autocatalytique du cuivre. 4. Le dépôt autocatalytique de cuivre crée une coque de cuivre autour des nanofils d’argent pour fusionner les jonctions. Un réseau de nanofils argent-cuivre cœur-coquille reste sur le substrat. (c) Photographie montrant la transparence réelle et la neutralité des couleurs du nanofil TCE.

Les chercheurs ont développé un certain nombre de stratégies pour remplacer l'ITO en place, notamment les TCE basés sur des oxydes métalliques4,5, des nanotubes de carbone6,7, du graphène8,9, des polymères conducteurs10,11, des structures oxyde/métal/oxyde12,13,14,15 et du métal. réseaux de nanofils15,16,17,18,19. Les réseaux de nanofils métalliques sont prometteurs en raison de leurs hautes performances, de leur grande évolutivité, de leur faible coût et de leur flexibilité20,21. Les métaux offrent des performances électriques inégalées et les fils fins sont presque invisibles à l'œil humain avec de faibles pourcentages de remplissage. Les TCE à nanofils métalliques haute performance contiennent des fils à faible résistivité avec une distribution uniforme et des jonctions fusionnées pour réduire les résistances de contact. Il existe diverses techniques de structuration des nanofils, notamment l'impression de polymères22,23,24,25, l'impression électrohydrodynamique26,27, le traitement en solution28,29, la lithographie sur film fissuré30 et l'électrofilage31,32,33,34,35,36. L'impression de polymères et l'électrofilage sont deux des méthodes de structuration les plus courantes en raison de leur évolutivité et de leur faible coût. La figure 1a présente une étude de certains des TCE à nanofils métalliques les plus performants, basés sur l'impression de polymères et l'électrofilage.