一种透明导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透明导电薄膜及其制备方法，在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温，25％相对湿度条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。本发明专利技术制备工艺简单，成本低廉，方便大面积制备。方便大面积制备。

【技术实现步骤摘要】
一种透明导电薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于柔性光电子器件
，具体涉及一种透明导电薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性透明导电电极是柔性透明光电子器件的重要组成部分，其主要作用在于，在保持良好的可变形能力的前提下，高效传输载流子，并且最大程度的透过可见光。现阶段可以制备柔性透明导电电极的材料包括：掺杂金属氧化物，导电聚合物，纳米金属线，碳纳米管，二维材料，微米、亚微米规则金属网格。
[0003]掺杂金属氧化物是现今市场中主流的制备透明导电电极材料，其具有良好热和环境稳定性，较低的方阻，以及较高的可见光透过能力，但是由于金属氧化物材料本身共价键取向性的影响，金属氧化物难以承受较大的变形，制约了其在柔性领域的应用。
[0004]导电聚合物材料具有易与制备成膜，耐变形能力强的特点，可以低成本大面积制备柔性透明导电电极，但是导电聚合物的载流子迁移率较低，故以其制备的透明电极方阻较高，不能满足太阳能电池和电致发光器件的要求。
[0005]纳米金属线材料易与分散在溶液中，可以方便的通过液相法大面积的制备透明电极，并且由于金属材料超高的电导率，其所制备的透明电极在保证高透过率前提下，具有相对较小的方阻，但是由于纳米尺度带来的熔点降低效应，金属纳米线基透明电极的热稳定性较差，不利于其在较大电流下的应用。
[0006]碳纳米管材料易与液相法制备，而且单根碳纳米管在一维线性尺度上具有可以与金属媲美的电导率，但是碳纳米管间存在较大的接触电阻，故以碳纳米管网络为基础的透明导电电极通常方阻较高，不易满足在太阳能电池和电致发光器件应用的要求。
[0007]二维材料在二维平面具有很高的载流子迁移率，但是大面积制备性质均一的二维材料薄膜需要利用CVD方法，制造成本高昂，限制了其作为透明导电电极的进一步发展。
[0008]微米、亚微米级规则金属网格近年来在透明导电电极领域得到了越来越广泛的应用，其充分利用了金属导电能力强的特点，可以大面积，低成本的制备高导电能力的柔性透明电极，但是沉积金属网络会给柔性衬底表面引入剧烈的结构起伏，产生极大的粗糙度，在应用其制备光电器件的过程中，容易造成光电器件短路失效，并且制备规则金属网格所涉及的图形化技术，需要严格精确的控制工艺参数，增加了制造难度以及制造成本，同时规则图案会带来出光过程中较为严重的莫尔条纹效应，导致出光不均。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种透明导电薄膜及其制备方法，低成本，效率高，制备的透明导电薄膜具有高导电能力，高透过率，低表面粗糙度，高耐弯折变形的特点。
[0010]本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温，25％相对湿度条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。
[0013]具体的，热压工艺的热压温度为140～160℃，压强为10～15MPa，时间为45～90分钟。
[0014]具体的，PET柔性透明导电电极在350～800nm的可见光区透过率稳定为80.2％～83.5％，方阻为1～2Ωsq
‑1。
[0015]具体的，沉积金属包括Ag，Cu，Au，Al的单体或合金。
[0016]具体的，胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球或水分散直径为10～100nm的SiO2小球。
[0017]进一步的，胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球时使用的清洗溶剂为三氯甲烷。
[0018]进一步的，胶体为水分散直径10～100nm的SiO2小球时使用的清洗溶剂为水。
[0019]具体的，聚合物衬底为高透过率热塑性聚合物薄膜。
[0020]具体的，胶体膜的厚度为30～60μm。
[0021]本专利技术的另一个技术方案是，一种透明导电薄膜，包括聚合物衬底，聚合物衬底上采用热压工艺嵌入设置有微米级的随机金属网格。
[0022]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0023]本专利技术一种透明导电薄膜的制备方法，胶体开裂形成随机裂纹模板过程相对传统以光刻，喷墨打印，压印为基础的简单高效，成本低廉，可以方便的制备大面积随机网格的掩膜。通过刮涂制备随机裂纹模板，简单高效，成本低廉，真空沉积金属壳精确控制金属层厚度，制备质量良好的金属网格，通过溶剂清洗去除裂纹模板，可得到导电能力强，透过率高的随机金属网格，并且由于网格结构的随机性，可以有效的避免莫尔条纹效应引起的出光不均匀现象，通过热压，将网格嵌入聚合物衬底，可提高金属晶粒大小，减少金属中缺陷，进一步提高金属网格导电能力，表面平整度，环境稳定性，耐弯折性，衬底结合力。通过随机裂纹掩膜蒸镀和热压嵌入可以有效制备高性能的透明导电薄膜。
[0024]进一步的，选择温度140～160℃，这一温度区间在绝大多数透明热塑性材料玻璃化转变温度以上，在此温度下，聚合物处于粘弹态具有较好的塑性变形能力，选择压强为10～15Mpa，可以为高分子取向性提供足够的动力，时间选择45～90分钟，可以足够高分子完成取向性转变，形成足够的塑性变形。
[0025]进一步的，制备的柔性透明导电电极可见光区透过率稳定为80.2％，方阻为1～2Ωsq
‑1，品质因子超过900，是一种性质优良的透明电极材料，工业要求的柔性电极品质因子>35，我们所制备的电极满足柔性太阳能电池和发光器件的需求。
[0026]进一步的，金属Ag，Cu，Au，Al具有导电能力强，延展性高，易于真空沉积，适于制备高性能柔性网格电极。其中金属Ag具有最高的电导率，可以制备方阻极低的电极，Cu，Al成本低廉，可以有效降低制备金属网格的造价，Au性质稳定，可以制备耐环境腐蚀的网格电极。
[0027]进一步的，胶体颗粒半径会极大的影响胶体分散性，颗粒半径过大，颗粒不能稳定悬浮于液相中，易形成沉淀。同时，胶体颗粒半径还会影响胶体成膜后的内部应力分布，从而影响开裂行为，选择10～100nm胶体颗粒，制备成膜后可稳定形成微米级的裂纹网络。
[0028]进一步的，清洗溶剂三氯甲烷成本低廉，对于亚克力小球具有良好的溶解作用，可以快速高效的去除亚克力裂纹掩膜。
[0029]进一步的，清洗溶水成本低廉，可以破坏SiO2小球间胶体力的结合，快速高效清除SiO2裂纹掩膜。
[0030]进一步的，PET衬底可见光透过率高，耐弯折能力强，是一种性能优良的透明电极衬底材料。
[0031]一种透明导电薄膜，以微米级随机金属网格为基础，具有金属网格嵌入聚合物PET衬底的结构特点，微米级结构远大于可见光波段波长，使其在整个可见光波段都具有稳定的透过率，同时金属本身超高的导电能力已给予所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热压工艺的热压温度为140～160℃，压强为10～15MPa，时间为45～90分钟。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，PET柔性透明导电电极在350～800nm的可见光区透过率稳定为80.2％～83.5％，方阻为1～2Ωsq
‑1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积金属包括Ag，Cu，Au...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦博，吴朝新，王振骁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：