[发明专利]一种胶体ITO纳米晶薄膜的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料和器件的制备领域，具体涉及一种胶体ITO纳米晶薄膜的制备方法及其产品。

背景技术

ITO（锡掺杂氧化铟Indium Tin Oxide）是一种简并的n型氧化物半导体材料，其通常被用来作为透明导电薄膜，在可见光波段具有非常好的透明性和媲美金属的良好的导电性。室温下的禁带宽度为4eV左右，具有可调且比较高的功函数，是制备室温和更高温度下的有机薄膜太阳能电池、有机发光二极管、量子点发光二极管等光电器件的空穴传输层材料和导电电极和电子产品触摸屏的材料。

纳米ITO的表面原子数与体相原子数之比极大，由此显示出体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，许多性能优于普通ITO，用途更加广泛，目前，制备纳米ITO的方法很多，如固相反应法、化学沉淀法和溶剂-凝胶法等。

胶体纳米晶（colloidal nanocrystal）不但具有固体纳米材料的性质而且根据其表面配体的不同具有可溶解于水有或机溶剂的特点,尤其是其合成设备和工艺十分简单，成本非常低廉。

周丽敏等（周丽敏，金一政，任玉萍，奕清.铟锡氧（ITO）纳米晶的可控合成.材料科学与工程学报，第30卷第6期）采用简便的“一锅法”，在反应体系中采用直链的正辛酸盐或具有直链结构的2-乙基己酸盐，在280摄氏度下制备出表面带有长链有机物配体的胶体ITO纳米晶，该胶体ITO纳米晶可以为单分散性较好的球状纳米晶或纳米花。

但是，由于溶液法制备的胶体ITO带有长碳链配体，作为绝缘阻挡层严重影响其成膜后的导电率，因此其成膜后往往要求高温热处理（>300℃），限制了其在有机柔性衬底上的应用。目前并没有对胶体ITO纳米晶材料低温（<200℃）成膜及其处理的报道。

发明内容

本发明提供了一种胶体ITO纳米晶薄膜的制备方法，方法简单、可控性好，成本低廉，易于工业化生产；制备得到的透明导电薄膜具有透过率高、电阻率低、薄膜质量好的特点。

本发明公开了一种胶体ITO纳米晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将胶体ITO纳米晶与非极性溶剂混合得到溶液，将所述的溶液涂覆在基底上，得到薄膜；

所述的非极性溶剂为沸点小于200℃的非极性有机溶剂；

所述的溶液中胶体ITO纳米晶的浓度为1～100g/L；

2）配置浓度为1～100g/L的碱有机溶液，将步骤1）得到的薄膜浸入碱有机溶液中1～100s，得到预处理的薄膜；

3）将铟盐、锡盐和助燃剂溶于有机溶剂中得到混合溶液，将所述的混合溶液涂覆于步骤2）得到的预处理的薄膜上，真空条件下，在50～200℃热处理0.5～30h；

所述的助燃剂为摩尔比为1：1～3的硝酸铵和乙酰丙酮；

所述的混合溶液中铟盐的浓度为0.2～0.6mol/L；

所述的锡盐、铟盐和助燃剂的摩尔比为1：6～12：6～12。

4）步骤3）得到的热处理后的薄膜深紫外光或等离子处理1～120min，得到所述的胶体ITO纳米晶薄膜。

本发明以胶体ITO纳米晶为原料，通过简单的成膜后再经配体交换反应，可直接除去胶体ITO纳米晶表面的长链有机物配体；通过上述步骤处理后，薄膜表面具有较多的裂纹或孔洞，因此再经过旋涂一层前驱体来填补空隙，保证薄膜的完整；最后用深紫外光或等离子处理以除去薄膜表面的O-H键，制备得到具有透过率高、电阻率低、薄膜质量好的透明导电薄膜。

本发明采用的胶体ITO纳米晶可以通过“铟锡氧（ITO）纳米晶的可控合成”（周丽敏，金一政，任玉萍，奕清.材料科学与工程学报，第30卷第6期）中的方法制备。

采用上述的制备方法获得的胶体ITO纳米晶，表面配体主要为长链有机物，在非极性溶剂中具有更好的溶解性。作为优选，步骤1）所述的胶体ITO纳米晶的粒径为1～100nm；进一步优选，所述的胶体ITO纳米晶的粒径为10～30nm。当胶体纳米晶颗粒的尺寸太大时，胶体纳米晶颗粒之间会产生较多的空隙，导致密度下降，电阻率上升；而当胶体纳米晶颗粒尺寸太小的时候，由于单个颗粒之间的连接电阻较大，而颗粒内部的电阻较小，也会导致电阻率上升。

作为优选，步骤1）所述的溶液中胶体ITO纳米晶的浓度为30～40g/L。浓度过高时，溶液中有胶体ITO纳米晶的团聚大颗粒，所制备的薄膜表面不平整；浓度过低时，所制备的薄膜厚度较小，面电阻相对较大。