[发明专利]一种低铟透明电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和光电子器件领域，具体地说，涉及一种低铟透明电极及其制备方法。

背景技术

透明导电材料是指对可见光(波长λ＝380-780nm)的光透过率高、电阻率低的薄膜材料。目前广泛应用于太阳能电池、屏幕显示、触摸屏、光探测器、窗口涂层、低波长激光器、高密度存储、光纤通信等领域。当前研究和应用主要集中在氧化铟锡(Indium Tin 0xide：ITO)薄膜上【Thin Solid Films 516(2008)5822】。由于ITO薄膜具有在可见光区透射率高、红外光反射较强、电阻率低、与玻璃的附着力较强、耐磨性和化学稳定性好等特点，在上述应用领域都形成了庞大的市场规模。并且随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，高分辨率与大尺寸平面显示器及太阳能电池等的广泛应用，市场对透明导电材料的需求愈来愈大。近年来，伴随着铟元素价格的高企以及日益迫近的铟元素资源枯竭问题，导致ITO产品的长期高价位运行，且易受制于国际上的铟原材料的价格波动，同时ITO产品的机械柔性性能差，难以满足新型的光电器件应用需求，如柔性器件、可穿戴智能终端产品等。近年来国际上开始热衷于开发和研究替代ITO的透明导电材料，包括F:SnO2,Al:ZnO,CNT,Nb:TiO2,Ag/Cu NWs等一系列二维和一维材料.但是单一的材料体系很难同时满足透过率和电阻率的要求.【Solar Energy Materials and Solar Cells 93(2009)1923,Applied Physics Letters 96(2010)243309】

1.金属系透明导电膜

富士胶片在“第19届FPD研发及制造技术展览会暨研讨会”上，首次展出了该公司采用银盐法开发的新型导电性材料，该产品以取代透明电极使用的ITO为目标。其特点是，与ITO膜相比，薄膜电阻值较低，通过调整银线的粗细及图案可在大范围内设定薄膜电阻值，具有较高的柔性等。另外其可见光透光率可达到80％以上，由于采用涂布技术制造，可实现卷对卷生产，成本较低。

2.氧化物系透明导电膜(TCO)

TCO膜也一度被认为是可取代ITO的方式，目前，多元TCO研究取得了 一定的进展，但多元TCO的开发对制备及掺杂技术提出了更高的要求。目前制备柔性TCO透明导电膜较为成熟的方法主要有磁控溅射法、真空蒸镀法、离子镀。但制备过程需要有效控制多元成分的合理比例和氧缺位，过程较为复杂，且获得的薄膜机械柔度差。由于制备过程需要高温处理，以至在柔性衬底上，成膜质量较差。所以，有待于进一步改进TCO膜的制备技术。

3.高分子膜系透明导电膜

高分子膜系透明导电材料因其导电性可在大范围内可调、韧性好、易加工成型、易大规模工业化生产而逐渐引起广大研究者的兴趣。目前研究的高分子导电材料主要有网络掺杂聚合物、本征导电聚合物以及超微导电颗粒/超细导电纤维填充聚合物等三种类型，虽然导电相不同，加入导电相的方式也不同，但它们都是通过在聚合物绝缘介质中把超细导电相变成相互连接的导电网络，从而实现整体材料既具有透明性又有导电性。比利时AGFA-GevaertNV、荷兰飞利浦研究所(PhilipsResearch)、荷兰HolstCentre、比利时IMEC及荷兰TNO宣布，试制出了用高导电性透明树脂电极代替ITO的柔性有机EL照明面板，但具体的导电率没有公开。此次采用的透明树脂以PEDOT/PSS为基础，是AGFA作为胶卷专用的防静电材料而开发的技术，适合采用涂布工艺进行生产。但是高分子材料的热稳定性和对水气的隔离效果有待进一步的观察。

4.其他新型透明导电膜

(1)碳纳米管导电膜

作为一维纳米材料的典型代表，单壁碳纳米管具有很多优异而独特的光学、电学和机械学特性，因此呈现出广泛的应用前景，现已成为碳纳米管在光电器件中应用的新的研究热点。近年来，中国科学院与日本索尼公司的科研人员通力合作,开发出高电导透明单壁碳纳米管薄膜并成功应用于有机发光二极管。他们采用一种多步提纯的方法，将薄膜内一些残余物(如表面活性剂)除去，从而提升薄膜导电性，并结合化学修饰的方法，提出了一种三明治碳纳米管薄膜结构。然而碳纳米材料的纯度和分布均匀性有待进一步的研究。

(2)透明金属纳米导电涂层材料