高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法。本发明专利技术采用无机半导体材料和金属材料的混合物作为介质层制备的介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜。通过改变无机半导体材料和金属材料的混合比例实现对介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜功函数的有效调节，解决了一种无机半导体材料作为介质层的多层结构透明导电薄膜功函数单一的问题，大大增加了介质层材料的选择范围。本发明专利技术的高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜具有较高的可见光透过率以及较低的面电阻；由于其表面功函数可调，因此可满足更多光电器件对透明电极的要求，更有利于介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜在不同结构光电器件中的应用。

【技术实现步骤摘要】
高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法
本专利技术涉及透明导电薄膜材料
，具体涉及一种高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜是一种重要的光电功能薄膜，被广泛的应用于液晶显示、有机发光二极管、触摸屏、薄膜太阳能电池等领域中。目前最常用的并且已经商业化的透明导电薄膜是铟锡氧化物（ITO）薄膜，该薄膜具有较高的可见光透过率和较低的电阻率，常被用在有机太阳能电池和有机发光二极管等光电器件中作为透明电极。然而传统的ITO薄膜不能满足未来光电器件低成本柔性化的需求。这主要是由于ITO薄膜较脆，在受力弯曲时面电阻会急剧增大，这就影响了其在柔性器件中的应用；另外，由于铟元素稀有，使得ITO的制备成本逐年增加。因此，发展无铟低成本且耐弯曲的透明导电薄膜将为未来光电器件的发展起到有益的促进作用。目前报道的无铟透明导电薄膜主要有以下五类：第一类是以SnO2和ZnO等为主体材料的掺杂体系的透明导电氧化物薄膜（Sol.EnergyMater.Sol.Cells2010,94,2328-2331;Appl.Phys.Lett.2010,96,133506）；第二类是以聚噻吩衍生物聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)（PEDOT）掺杂聚苯乙烯磺酸（PSS）为代表的导电聚合物薄膜（J.Mater.Chem.2005,15,2077-2088;Adv.Funct.Mater.2004,14,615-622）；第三类是以碳纳米管和石墨烯为代表的碳基透明导电薄膜（Science2004,305,1273-1276;ACSNano2010,4,5263-5268），第四类是以金属纳米线和金属纳米格栅为代表的金属纳米结构的透明导电薄膜（NanoLett.2008,8,689-692;Adv.Mater.2010,22,3558-3563）；第五类是基于介质/金属/介质多层结构的透明导电薄膜（Opt.Commun.2009,282,574-578）。其中介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜可以通过对金属和介质层厚度的调节同时实现高电导率和可见光区的高透过率，并且该结构的透明导电薄膜具有良好的耐弯曲性，用其作为透明电极制备的柔性器件展现出了良好的性能（J.Mater.Chem.2012,22,17176-17182），这说明这类透明导电薄膜在柔性光电器件中具有潜在的应用前景。在光电器件中，透明电极的功函数对器件的性能有着直接的影响，因此选择合适功函数的透明电极来制备光电器件就显得尤为重要。然而目前报道的基于介质/金属/介质多层结构的透明导电薄膜都是采用一种无机半导体材料作为介质层来制备多层结构透明导电薄膜，由于单一无机半导体材料的能级确定，所以使得这类透明导电薄膜的功函数只能随介质材料的选择而定，这就严重限制了这类透明导电薄膜在光电器件中的应用。因此发展功函数可调的介质/金属/介质多层结构的透明导电薄膜将为这类透明导电薄膜在光电器件中的应用起到有益的促进作用。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于介质/金属/介质多层结构的，采用无机半导体材料和金属材料的混合物作为介质层的，高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法。本专利技术的技术方案具体如下：一种高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤i、在刚性或柔性平面基板上制备第一共混层；步骤ii、在所述的第一共混层上制备金属层；步骤iii、在所述的金属层上制备第二共混层；所述第一共混层和所述第二共混层的材料分别为：任意一种或多种无机半导体材料，与任意一种或多种金属材料的混合物。上述技术方案中，所述第一共混层和所述第二共混层的材料中，每种材料的质量至少占混合物总质量的1%。上述技术方案中，所述第一共混层和所述第二共混层的厚度分别为10-300nm。上述技术方案中，所述第一共混层和所述第二共混层的材料分别为：三氧化钼（MoO3）:Al的混合物；三氧化钨（WO3）:Ag的混合物；氧化镍（NiO）:Au的混合物；五氧化二钒（V2O5）:Cu的混合物；MoO3:WO3:Al的混合物；NiO:V2O5:Ag的混合物；MoO3:Al:Ag的混合物；MoO3:WO3:Al:Ag的混合物；MoO3:WO3:V2O5:Al:Ag:Au的混合物；或MoO3:WO3:V2O5:NiO:Al:Ag:Au:Cu的混合物。上述技术方案中，所述金属层材料为Ag、Au、Al或者Cu。上述技术方案中，所述金属层的厚度为8-30nm。上述技术方案中，所述金属层的制备方法为电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射或离子溅射。上述技术方案中，所述刚性平面基板为玻璃、石英或半导体。上述技术方案中，所述柔性平面基板为塑料。本专利技术的高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜具有以下有益效果：本专利技术的高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜，是利用介质/金属/介质结构，采用无机半导体材料和金属材料的混合物作为介质层制备的透明导电薄膜。通过改变无机半导体材料和金属材料的混合比例可以实现对介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜功函数的有效调节，由此不仅解决了一种无机半导体材料作为介质层的多层结构透明导电薄膜功函数单一的问题，而且大大增加了介质层材料的选择范围。本专利技术的功函数可调的无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜可以满足更多光电器件对透明电极功函数的要求，从而更有利于介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜在不同结构的光电器件中的应用。本专利技术的高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜，具有较高的可见光透过率以及较低的面电阻，具有在薄膜太阳能电池及有机发光二极管等光电器件领域应用的潜质。附图说明图1是无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的结构示意图。图2是对比例Ⅰ和实施例1、2、3的透射光谱图。其中对比例Ⅰ的结构为MoO3（30nm）/Ag(12nm)/MoO3（30nm）（曲线1），实施例1、2、3的结构为MoO3:Al（30nm）/Ag(12nm)/MoO3:Al（30nm），在实施例1、2、3的MoO3:Al层中，Al的质量分别占混合物总质量的20%（曲线2）、50%(曲线3）和75%(曲线4）。图3是对比例Ⅰ和实施例1、2、3的功函数随Al掺杂质量百分比的变化曲线。具体的说是分别当Al的质量百分比为0%(对比例Ⅰ）、20%(实施例1）、50%(实施例2）和75%(实施例3）时，测得的功函数。具体实施方式本专利技术的专利技术思想为：提供高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜材料的制备方法，其所涉及的透明导电薄膜的结构如图1所示：平面基板100为玻璃、塑料、石英、半导体等材料的刚性或柔性平面基板。第一共混层200的材料为任意一种或多种无机半导体材料和任意一种或多种金属材料的混合物。混合物中每种材料的质量至少占混合物总质量的1%；厚度为10-300nm。金属层300材料为Ag、Au、Al或Cu等金属材料，厚度为8-30nm；上述金属层300的制备方法为电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射或离子溅射等中的任意一种。第二共混层400的材料为任意一种或多种无机半导体材料和任意一种或多种金属材料的混合物。混合物中每种材料的质量至少占混合物总质量的1%；厚度为10-300nm。上述的无机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤i、在刚性或柔性平面基板上制备第一共混层；步骤ii、在所述的第一共混层上制备金属层；步骤iii、在所述的金属层上制备第二共混层；所述第一共混层和所述第二共混层的材料分别为：任意一种或多种无机半导体材料，与任意一种或多种金属材料的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种高导电性无机、金属掺杂多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤i、在刚性或柔性平面基板上制备第一共混层；步骤ii、在所述的第一共混层上制备金属层；步骤iii、在所述的金属层上制备第二共混层；所述第一共混层和所述第二共混层的材料分别为：任意一种或多种无机半导体材料，与任意一种或多种金属材料的混合物；所述第一共混层和所述第二共混层的材料分别为：三氧化钼(MoO3):Al的混合物；三氧化钨(WO3):Ag的混合物；氧化镍(NiO):Au的混合物；五氧化二钒(V2O5):Cu的混合物；MoO3:WO3:Al的混合物；NiO:V2O5:Ag的混合物；MoO3:Al:Ag的混合物；MoO3:WO3:Al:Ag的混合物；MoO3:WO3:V2O5:Al:Ag:Au的混合物；或MoO3:WO3:V2O5:NiO:Al:Ag:Au:Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓阳，刘星元，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：