近日，我院张诚教授和美国密歇根大学安娜堡分校的L. Jay Guo教授（共同通讯作者）、宁波融光纳米科技CTO季陈纲博士、密歇根大学安娜堡分校Yong-Bum Park博士，系统总结了金属薄膜透明电极在材料选择、制备技术、性质表征、光学结构设计以及光电子器件应用等方面的核心基础知识和最新研究进展，以题目Thin-Metal-Film based Transparent Conductors: Material Preparation, Optical Design, and Device Applications在期刊Advanced Optical Materials 上发表特约综述，并当选为该杂志2021年第3期的封面文章。张诚教授为本文的第一作者，华中科技大学为第一研究单位。

图1. Advanced Optical Materials 2021年第3期封面

透明电极作为一种兼具高导电性和高透光率的薄膜材料，在太阳能电池、发光二极管、可触显示屏和智能窗等光电器件中有着十分广泛的应用。目前最常用的透明电极材料为氧化铟锡（ITO）。它能够提供高的可见光透过率与低的电阻率，但受限于材料本身的性质和制备工艺，ITO的机械强度和柔韧性较差，不适用于柔性光电子器件。随着科技日新月异的发展，可穿戴电子设备和曲屏手机等可弯折产品的涌现，ITO电极已经难以满足此类新型光电子器件的要求。为突破该瓶颈，科研人员探索了多种无ITO (ITO-Free) 的透明电极。其中，金属薄膜的制备工艺简单，机械柔韧性优良，可在柔性衬底上实现大面积、低缺陷和低成本的沉积。过去的十多年中，研究人员围绕提高金属薄膜透明电极的光电性能（如：光学透过率、导电性、环境稳定性等）和探索其在多种光电子器件中的应用开展了许多工作。

该综述文章系统总结了金属薄膜透明电极在材料选择、微纳加工制备、性质表征、光学结构设计以及光电子器件应用等方面的核心基础知识和最新研究进展。

图2. 金属薄膜透明电极的材料制备，光学设计以及设备应用

●低电阻率金属薄膜的制备

金属薄膜的电阻率与薄膜厚度、缺陷密度、表面形貌等因素息息相关。为了抑制Volmer-Weber生长模式，获得形貌平整、光电性能优良的金属薄膜，可以添加介质或金属浸润层、在衬底上涂覆分子或聚合物表面活性剂来增强金属与衬底之间的粘附能；在沉积过程中少量掺杂其它金属，也能改变薄膜的生长动力过程，降低缺陷密度，改善表面形貌。此外，提高沉积环境的真空度、采用冷却衬底的手段也有助于高质量金属薄膜的生长。制备所得的金属薄膜的光学折射率、厚度等性质可以通过椭圆偏振光谱测量（spectroscopic ellipsometry）进行表征。

●高透光率金属薄膜的光学设计

金属薄膜在可见光波段的高反射率使其透光性大为受限。为了提高金属薄膜的可见光透过率，一般采用在金属层两侧添加介质减反层（dielectric anti-reflection layer）的方式。对两侧减反层的介质材料、膜层结构进行不对称光学设计，可以更好地匹配入射端（空气）和出射端（衬底）的折射率，以实现更优的减反效果。

作者在文章的最后对金属薄膜透明电极的应用场景进行了总结，并对制备金属薄膜通用准则的提出进行了展望。张诚教授在美国密歇根大学安娜堡分校攻读博士期间，在实验中偶然发现通过适量的金属掺杂，可以获得超薄、高质量、无润湿层的金属银膜。该发现提供了一种全新的制备高性能金属薄膜透明电极的方法。围绕该发现，张诚博士与合作者开展深入研究，揭示了相关的工作机理，探索了该材料在多种光电子器件、超构器件中的应用，并在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Nature Communications, ACS Nano, ACS Photonics等期刊发表多篇研究论文。该研究的相关专利已成功实现科技成果转化。

张诚教授于2020年1月加入我院。课题组从事光学超构表面、超构材料、新型光电材料的研究。2020年在Light: Science & Applications、Physical Review Letters、Optica 、Nano Letters、Laser & Photonics Reviews、Advanced Optical Materials发表多篇研究论文，并获得多个项目资助。欢迎学院的优秀学生加入课题组攻读研究生或参与本科科研。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202001298