一种金属纳米线透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属纳米线透明电极及其制备方法。该方法包括：通过在两块基底间置入隔膜形成狭缝空间，将金属纳米线分散液经填充口注入狭缝空间中，在干燥过程中金属纳米线均匀沉积在下基底上形成金属网格透明导电薄膜。本发明专利技术的金属纳米线浆料的利用率可大于95％，制备的金属纳米线网格透明电极的方块电阻在2～100Ω/sq，透光率为65～91％。本发明专利技术透明电极的制备工艺简单、原料利用率高、成本低、产品质量高，适合于大规模工业化制备刚性或柔性透明电极。所制备的金属纳米线透明电极可替代FTO、ITO导电基底，在太阳能电池、发光显示、光电子器件等领域具有一定的应用前景。光电子器件等领域具有一定的应用前景。光电子器件等领域具有一定的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米线透明电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏和光电子器件领域，具体涉及一种金属纳米线透明电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]透明电极在发光显示，太阳能电池、光电子器件等领域有着广泛应用。目前所用的透明电极的导电层材料主要为透明氧化物，如FTO、ITO等。但是铟元素为稀有资源，导致ITO等价格昂贵。更为重要的是ITO、FTO需高温晶化及易脆本质使得其在柔性电极和柔性器件上的应用受限。金属网格透明电极由于具有导电性好、透光率高、可低温加工及机械柔性好等优点而成为制备透明电极的优选材料。
[0003]目前，制备兼具高透光率和高导电性金属网格透明电极的方法主要有模板沉积技术(Advanced materials,2013,26,873
‑
877)和金属纳米线旋涂法(ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,37699
‑
37708)。但是，前者工艺复杂、成本高，且制备的电极的金属线间距多在10μm以上，不适合太阳能电池等领域。后者虽工艺简单，可在不同基底上制备高性能金属纳米线电极，但是在制备过程中，绝大部分金属纳米线浆料被甩出，造成严重的原料浪费，大幅增加了生产成本。因此，开发一种工艺简单、原料利用率高、适合于大规模生产高性能透明电极的替代技术具有重要的价值。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种金属纳米线透明电极及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]本专利技术提供的制备方法采用狭缝沉积技术，可以利用狭缝的毛细作用力实现金属纳米线浆料的自吸入式填充，进而在狭缝的限域空间内均匀分布，并在真空干燥过程中实现金属纳米线在基底上的均匀沉积，形成金属纳米线电极。随后通过化学离子交换去除纳米线表面的有机物稳定剂，最后进行化学焊接后处理，进一步提高金属透明电极的导电性、机械稳定性和机械柔性等性能。
[0007]本专利技术提供的金属纳米线透明电极的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将隔膜框夹于两片洁净的基底间，形成具有一定厚度和尺寸的狭缝空腔，形成狭缝空间(可参照图1a及图1b所示)；在所述狭缝空间设置浆料填充口和溶剂挥发口，得到狭缝装置；
[0009](2)将金属纳米线分散于溶剂中，得到金属纳米线分散液；
[0010](3)将步骤(2)所述金属纳米线分散液从浆料填充口注入步骤(1)所述狭缝空间中，然后置于真空干燥箱中干燥至溶剂完全挥发，在下基底形成导电薄膜，拆解狭缝装置，取下基底与导电薄膜(导电薄膜沉积在下基底上)，即所述金属纳米线透明电极。
[0011]进一步地，步骤(1)所述上基底与下基底均为透明玻璃、聚合物(PET、PEN、PI等)薄
膜、云母片、透明陶瓷薄片等中的一种以上；
[0012]当步骤(1)所述上基底与下基底为抛光硅片、碳纸等非透明基底时，本专利技术提供的制备方法亦可制备得到非透明导电电极。
[0013]进一步地，步骤(1)所述隔膜框为沙林(Surlyn)热封膜、金属箔、聚合物膜、陶瓷薄膜中的一种，所述隔膜框的厚度为10
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200μm。
[0014]进一步地，步骤(2)所述金属纳米线为Ag、Au、Cu、Al等中的一种以上；所述金属纳米线的直径为5
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200nm，长度为10
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1000μm；
[0015]优选地，步骤(2)所述金属纳米线为Ag纳米线和Cu纳米线；所述纳米线的直径为5
‑
150nm，长度为20
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1000μm；
[0016]进一步地，步骤(2)所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
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甲基吡咯烷酮等中的一种以上；
[0017]进一步地，在步骤(2)所述金属纳米线分散液中，金属纳米线的浓度为0.1
‑
20mg/mL。
[0018]优选地，当步骤(2)所述金属纳米线为Ag纳米线时，在所述金属纳米线分散液中，金属纳米线的浓度为0.5
‑
1.5mg/mL，在后续步骤(3)中将金属纳米线分散液注入狭缝空间的次数为3次。
[0019]进一步地，步骤(3)所述干燥的温度为30
‑
100℃，干燥的时间为5
‑
60分钟。
[0020]进一步地，步骤(3)中，金属纳米线分散液从填充口注入狭缝空间中，然后干燥至溶剂完全挥发的次数为1
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10次。本专利技术提供的制备方法中，步骤(3)重复往狭缝空间中填充金属纳米线分散液然后干燥步骤可得到不同厚度和分布密度的金属纳米线导电薄膜电极。
[0021]优选地，步骤(3)所述金属纳米线分散液注入狭缝空间中，可以通过狭缝的毛细作用力实现。
[0022]优选地，步骤(3)中所述金属纳米线浆料的注入量可根据狭缝空间体积计算，使得浆料可充分填充狭缝空间但在注入口不留或少留余量，确保金属纳米线材料利用率的最大化。
[0023]优选地，为了提高电极的导电性，可以在步骤(3)中，将所述薄膜电极浸泡在离子交换溶液中，取出，得到去除有机稳定剂的金属纳米线透明电极。
[0024]优选地，所述离子交换溶液为NaBH4溶液、HCl溶液及HNO3溶液等中的一种；所述离子交换溶液的浓度为0.1
‑
2mol/L；所述薄膜电极浸泡在离子交换溶液中的时间为0.5
‑
30分钟。
[0025]优选地，所述离子交换溶液为NaBH4溶液，所述离子交换溶液的浓度为0.5mol/L，所述薄膜电极浸泡在离子交换溶液中的时间为5分钟。
[0026]优选地，将所述去除有机稳定剂的金属纳米线透明电极浸泡在金属盐溶液，取出，再浸泡在还原剂中，得到化学焊接后的金属纳米线透明电极。
[0027]优选地，所述金属盐溶液为AgNO3、Au(NO3)3、Cu(NO3)2、AgCl、AuCl3、HAuCl4、CuCl2等中的一种以上；所述金属盐溶液的浓度为0.05
‑
5mol/L；所述去除有机稳定剂的金属纳米线透明电极浸泡在金属盐溶液的时间为30
‑
300秒；
[0028]优选地，所述金属盐溶液为与所用金属纳米线对应的金属硝酸盐(AgNO3、Au(NO3)3、Cu(NO3)2等)、金属氯盐(如AgCl、AuCl3、HAuCl4、CuCl2等)中的至少一种。
[0029]所述还原剂为硼氢化钠溶液、柠檬酸钠溶液中的一种以上；所述还原剂的浓度为0.1
‑
2mol/L；金属纳米线透明电极浸泡在还原剂中的时间为30
‑
300秒。
[0030]进一步优选地，当步骤(2)选用Ag纳米线时，所采用的化学焊接金属盐为AgNO3(即金属盐溶液为AgNO3溶液)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线透明电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将隔膜框夹于上基底和下基底之间，形成狭缝空间，得到狭缝装置；(2)将金属纳米线分散于溶剂中，得到金属纳米线分散液；(3)将步骤(2)所述金属纳米线分散液注入步骤(1)所述狭缝空间中，然后干燥至溶剂完全挥发，在下基底形成导电薄膜，拆解狭缝装置，取下基底与导电薄膜，即得到所述金属纳米线透明电极。2.根据权利要求1所述的金属纳米线透明电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述上基底与下基底均为透明玻璃、聚合物薄膜、云母片、透明陶瓷薄片中的一种以上；步骤(1)所述隔膜框为沙林热封膜、金属箔、聚合物膜、陶瓷薄膜中的一种，所述隔膜框的厚度为10
‑
200μm。3.根据权利要求1所述的金属纳米线透明电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述金属纳米线为Ag、Au、Cu、Al中的一种以上；所述金属纳米线的直径为5
‑
200nm，长度为10
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1000μm；步骤(2)所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种以上；在步骤(2)所述金属纳米线分散液中，金属纳米线的浓度为0.1
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20mg/mL。4.根据权利要求1所述的金属纳米线透明电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥的温度为30
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100℃，干燥的时间为5
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60分钟。5.根据权利要求1所述的金属纳米线透明电极的制备方法，其特征在于，步骤(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅年庆，李育峰，李培育，杜军，张果戈，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：