[发明专利]氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及高性能石墨烯基透明导电薄膜的设计、制备与应用领域，具体为一种氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜及其制备和应用。透明导电薄膜由透明基体和导电层组成，导电层由石墨烯和氧化石墨烯相互堆叠而成。首先通过转移在透明基体表面制作石墨烯薄膜，然后通过选择性氧化顶层、转移或者喷涂氧化石墨烯的方法获得氧化石墨烯/石墨烯叠层异质结构透明导电薄膜，最后通过重复以上过程和控制堆叠的次序获得具有不同堆叠结构的氧化石墨烯/石墨烯叠层异质结构透明导电薄膜。本发明的薄膜结构和制备方法简单，所得薄膜具有较高透明性、导电性、功函数和表面浸润性，广泛应用于有机发光二极管、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等光电器件领域。

技术领域

本发明涉及高性能石墨烯基透明导电薄膜的设计、制备与应用领域，具体为一种氧化石墨烯/石墨烯叠层异质结构透明导电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯由于具有优异的透明导电性、高的化学稳定性及可弯折性能，被认为是一种理想的柔性透明电极材料，有望广泛用于柔性光电器件中。但是，为获得高性能器件，石墨烯薄膜除了具有较高的透明导电性外，还应具有较高的功函数并与其它功能层具有良好的浸润性以利于器件加工。因此，如何获得兼具高透明导电性、高功函数以及良好浸润性的石墨烯透明导电薄膜是制约其广泛应用的“瓶颈”问题。

近年来，已发展多种不同的方法来改善石墨烯薄膜的综合性能，但多数集中在提高薄膜的导电性，很难同时兼顾功函数和相容性，而且很多情况下，改性后薄膜的性能不稳定。例如，使用硝酸(HNO₃)、氯金酸(AuCl₃)等掺杂剂可以降低石墨烯薄膜的电阻，并提高其功函数。但是，这种掺杂效果在室温下极其不稳定，掺杂后薄膜电阻会逐渐升高，限制了其在器件中的实际应用。在石墨烯薄膜表面沉积高导电的物质，如碳纳米管、银纳米线等，形成复合薄膜，也可以稳定的提高其导电性。但碳纳米管和银纳米线不能提高石墨烯薄膜的功函数，也不能改善其浸润性。

氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，如环氧基、羰基、羧基、羟基等。由于氧的电负性大于碳，具有较强的吸电子能力，从而导致氧化后石墨烯表面电势增加，具有较高的功函数。当它与石墨烯接触时，可以作为一种稳定的P型掺杂剂，提高石墨烯薄膜的导电性。此外，这些含氧官能团的引入，将会改善石墨烯与含有相似官能团材料的浸润性。因此，将氧化石墨烯与石墨烯交叠形成异质结构薄膜(顶层一定是氧化石墨烯)，不仅具有较高的功函数、表面浸润性，还会提高石墨烯薄膜的导电性，促进其在高性能柔性光电器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/石墨烯叠层异质结构透明导电薄膜及制备方法和应用，该透明导电薄膜结构和制备方法简单，所得薄膜具有较高透明性、导电性、功函数和表面浸润性，可广泛用于有机发光二极管、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等光电器件领域。

本发明的技术方案是：

一种氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜，透明导电薄膜由透明基体和导电层组成，导电层由石墨烯和氧化石墨烯相互堆叠而成，导电层的顶层为氧化石墨烯。

所述的氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜，石墨烯和氧化石墨烯的层数为2～10。

所述的氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜，石墨烯和氧化石墨烯的层数为3～7。

所述的氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜，透明基体为石英片、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚碳酸酯PC或聚丙烯PP。

所述的氧化石墨烯/石墨烯叠层透明导电薄膜，每层石墨烯的厚度为0.34～1.5nm，每层氧化石墨烯的厚度为0.5～3nm，导电层的厚度为0.8～20nm。