一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法，屬于導電薄膜材料【技術領域】。本發明采用溶液加工方法在剛性平面基板上制備一層金屬納米線薄膜，然后采用溶液加工方法在金屬納米線薄膜上制備一層透明柔性基底，最后將表面帶有金屬納米線的柔性基底從平面基板上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。與傳統的直接在柔性基底上制備的金屬納米線透明導電薄膜相比，本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有表面平整度高和附著力好等優點，有效解決了現有技術中金屬納米線柔性透明導電薄膜粗糙度大及附著力差的問題。本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有在薄膜太陽能電池及有機發光二極管等光電器件領域應用的潛質。
【專利說明】一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及透明導電薄膜材料【技術領域】，具體涉及一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]透明導電薄膜是一種重要的光電功能薄膜，被廣泛的應用于液晶顯示、有機發光二極管、觸摸屏、薄膜太陽能電池等光電器件中。隨著性能的提高及其在低成本、柔性化及輕量化等方面的快速發展，光電器件對透明導電薄膜的性能也提出了更高的要求。目前最常用并已經商品化的透明導電薄膜是銦錫氧化物(ITO)薄膜，該薄膜具有較高的可見光透過率和較低的電阻率，常被用在有機太陽能電池和有機發光二極管等光電器件中作為透明電極。然而傳統的ITO薄膜不能滿足未來光電器件低成本柔性化的需求。這主要是由于ITO薄膜較脆，在受力彎曲時面電阻會急劇增大，這就影響了其在柔性器件中的應用；另外，由于銦元素稀缺，使得ITO的制備成本逐年增加。因此，發展無銦低成本且耐彎曲的柔性透明導電薄膜將為未來光電器件的發展起到有益的促進作用。
[0003]目前報道的新型透明導電薄膜主要有導電聚合物、碳納米管、石墨烯、金屬納米線等，其中金屬納米線透明導電薄膜具有較高的透過率和較低的面電阻，目前最好的金屬納米線透明導電薄膜可以在實現89%的透過率的同時獲得20 Ω / □的面電阻(NanoRes.2010, 3，564)。然而基于柔性基底的金屬納米線透明導電薄膜也存在著表面粗糙度大、附著力低以及環境穩定性差等明顯的缺點，嚴重限制了其在光電器件中的應用。因此開發表面形貌好、附著力及穩定性高的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有重要的應用價值，將明顯改善基于柔性金屬納米線電極的光電器件的性能，并推動這類透明導電薄膜在其他領域的應用及其產業化發展。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法。
[0005]本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法的技術方案具體如下:
[0006]一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007]配制金屬納米線溶液，采用溶液加工方法在剛性平面基板上制備一層金屬納米線透明導電薄膜；
[0008]然后采用溶液加工方法在金屬納米線薄膜上制備一層透明柔性基底；
[0009]最后將表面帶有金屬納米線的柔性基底從平面基板上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。
[0010]在上述技術方案中，所述金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu材料的金屬納米線(NW)分散液。
[0011]在上述技術方案中，溶液濃度為0.l-6mg/ml。
[0012]在上述技術方案中，所述金屬納米線的直徑為30-200nm，長度為5_30 μ m。[0013]在上述技術方案中，所述金屬納米線透明導電薄膜厚度為30_300nm。
[0014]在上述技術方案中，所述透明柔性基底為可溶液加工的塑料。
[0015]在上述技術方案中，所述透明柔性基底為聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚丙烯腈(PAN)。
[0016]在上述技術方案中，所述透明柔性基底的厚度為5-500um。
[0017]在上述技術方案中，所述溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂、印刷或噴涂中的任意一種。
[0018]在上述技術方案中，所述剛性平面基板為玻璃、石英或半導體。
[0019]本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有以下有益效果:
[0020]本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有良好導電性和可見光透過率。與傳統方法制備的金屬納米線柔性透明導電薄膜相比，本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜具有表面平整度高、附著力好等優點，有效地解決了金屬納米線透明導電薄膜的表面粗糙度大及附著力差的問題。本發明的柔性透明導電薄膜具有在薄膜太陽能電池及有機發光二極管等光電器件領域應用的潛質。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是金屬納米線柔性透明導電薄膜的工藝結構示意圖。
[0022]圖2是對比例I (a)和實施例2 (b)的原子力顯微鏡高度圖。
[0023]圖3是實施例1、2、3、4的透過率譜圖。其中實施例1、2、3、4分別為濃度為Img/ml (曲線l)、2mg/ml (曲線2)、4mg/ml (曲線3)、6mg/ml (曲線4)的AgNW制備的金屬納米線柔性透明導電薄膜。
[0024]圖4是實施例9和對比例II的電流-電壓特性曲線，具體的說是分別以實施例2為陰極的聚合物太陽能電池(實施例9)和以對比例I為陰極的聚合物太陽能電池(對比例II)的電流-電壓特性曲線。在平面基板上制備的聚合物太陽能電池的結構為陰極/有源層/陽極，其中有源層為窄帶隙聚合物PBDTTT-C和[6，6]-苯基471-丁酸甲酯(PC71BM)的混合物PBDTTT-CIPC71BM薄膜，陽極為MoO3Al薄膜。對比例II (曲線I)和實施例9 (曲線2)的器件結構均為 PI/AgNW( 100nm)/PBDTTT-C:PC71BM(質量比為 1:1.5，IOOnm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)。
【具體實施方式】
[0025]本發明的發明思想為:提供一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法，其所涉及的透明導電薄膜的工藝結構如圖1所示:
[0026]平面基板100為玻璃、石英、半導體等剛性材料的平面基板。
[0027]金屬納米線層200為溶液加工的金屬納米線薄膜，厚度為30_300nm。
[0028]透明柔性基底層300為可溶液加工的塑料薄膜，厚度為5-500 μ m。
[0029]具體的說，本發明的金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0030]首先，配制不同濃度的金屬納米線溶液，采用溶液加工方法在平面基板100上制備厚度為30-300nm的金屬納米線層200 ;之后采用溶液加工方法在金屬納米線層200上制備厚度為5-500 μ m的透明柔性基底層300 ;最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。
[0031]上述的平面基板100為玻璃、石英或半導體等剛性材料。
[0032]上述的金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu等金屬材料的納米線分散液,所述金屬納米線的直徑為30-200nm，長度為5-30 μ m，溶液濃度為0.l_6mg/ml。
[0033]上述的透明柔性基底層300為P1、PDMS、PAN等可溶液加工的塑料薄膜。
[0034]上述的溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂、印刷、噴涂等溶液加工方法。
[0035]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0036]以下是實施例1至9以及對比例I和II的具體說明:
[0037]實施例1:
[0038]采用滴涂方法在平面基板100上制備厚度為60nm的金屬納米線層200，之后采用滴涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為25 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為玻璃基板；金屬納米線層200采用濃度為lmg/ml的銀納米線溶液制備，金屬銀納米線的直徑為50nm，長度為15 μ m ;透明柔性基底層300為PI基底。
[0039]實施例2:
[0040]采用滴涂方法在平面基板100上制備厚度為IOOnm的金屬納米線層200，之后采用滴涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為25 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為玻璃基板；金屬納米線層200采用濃度為2mg/ml的銀納米線溶液制備，金屬銀納米線的直徑為50nm，長度為15 μ m ;透明柔性基底層300為PI基底。
[0041]實施例3:
[0042]采用滴涂方法在平面基板100上制備厚度為200nm的金屬納米線層200，之后采用滴涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為25 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為玻璃基板；金屬納米線層200采用濃度為4mg/ml的銀納米線溶液制備，金屬銀納米線的直徑為50nm，長度為15 μ m ;透明柔性基底層300為PI基底。
[0043]實施例4:
[0044]采用滴涂方法在平面基板100上制備厚度為300nm的金屬納米線層200，之后采用滴涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為25 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為玻璃基板；金屬納米線層200采用濃度為6mg/ml的銀納米線溶液制備，金屬銀納米線的直徑為50nm，長度為15 μ m ;透明柔性基底層300為PI基底。
[0045]對比例1:[0046]配制濃度為2mg/ml的銀納米線溶液，采用滴涂方法在玻璃基板上制備厚度為25 μ m的PI柔性基底，之后采用滴涂方法在PI柔性基底上制備厚度為IOOnm的銀納米線薄膜，最后將外表面帶有金屬納米線的柔性基底從基板上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中銀納米線的直徑為50nm，長度為15μπι。
[0047]實施例5:
[0048]采用刮涂方法在平面基板100上制備厚度為30nm的金屬納米線層200，之后采用刮涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為5μπι的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為半導體硅平面基板；金屬納米線層200采用濃度為
0.lmg/ml的金納米線溶液制備，金屬金納米線的直徑為30nm，長度為5μπι ;透明柔性基底層300為PDMS基底。
[0049]實施例6:
[0050]采用噴涂方法在平面基板100上制備厚度為200nm的金屬納米線層200，之后采用噴涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為50 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為半導體硅平面基板；金屬納米線層200采用濃度為0.5mg/ml的金納米線溶液制備，金屬金納米線的直徑為30nm，長度為5 μ m ;透明柔性基底層300為PAN基底。
[0051]實施例7:
[0052]采用印刷方法在平面基板100上制備厚度為150nm的金屬納米線層200，之后采用印刷方法在金屬納米線層200上制備厚度為50 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為石英平面基板；金屬納米線層200采用濃度為lmg/ml的銅納米線溶液制備，金屬銅納米線的直徑為200nm，長度為30 μ m ;透明柔性基底層300為PDMS基底。
[0053]實施例8:
[0054]采用旋涂方法在平面基板100上制備厚度為300nm的金屬納米線層200，之后采用旋涂方法在金屬納米線層200上制備厚度為500 μ m的透明柔性基底層300，最后將表面帶有金屬納米線層200的透明柔性基底層300從平面基板100上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。其中平面基板100為石英平面基板；金屬納米線層200采用濃度為3mg/ml的銅納米線溶液制備，金屬銅納米線的直徑為200nm，長度為30 μ m ;透明柔性基底層300為PAN基底。
[0055]實施例9:
[0056]以實施例2為陰極制備結構為PI/AgNW (IOOnm)/PBDTTT-C = PC71BM(質量比為1:1.5, IOOnm) /MoO3(IOnm) /Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。其中 PBDTTT-C 和 PC71BM共混物采用二氯苯溶解后，添加3%的二碘辛烷繼續攪拌I小時，之后利用該溶液旋涂成膜，最后將上述基板放入熱蒸發設備中，當真空度達4.0 X 10_4帕斯卡時，在PBDTTT-C: PC71BM薄膜上依次蒸發MoO3和Al薄膜作為陽極。
[0057]對比例II:[0058]以對比例I為陰極制備結構為PI/AgNW (100nm)/PBDTTT-C:PC71BM(質量比為1:1.5, IOOnm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。PBDTTT-C:PC71BM、MoO3 和 Al薄膜的制備過程與實施例9相同。
[0059]表1透明導電薄膜的性能參數對比
【權利要求】
1.一種金屬納米線柔性透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 配制金屬納米線溶液，采用溶液加工方法在剛性平面基板上制備一層金屬納米線透明導電薄膜； 然后采用溶液加工方法在金屬納米線薄膜上制備一層透明柔性基底； 最后將表面帶有金屬納米線的柔性基底從平面基板上剝離下來形成金屬納米線柔性透明導電薄膜。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu材料的金屬納米線分散液。
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線溶液的濃度為0.l_6mg/ml0
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線的直徑為30_200nm,長度為 5-30 μ m。
5.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線透明導電薄膜厚度為 30_300nm。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述透明柔性基底為可溶液加工的塑料。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述透明柔性基底為聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚丙烯腈(PAN)。
8.根據權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述透明柔性基底的厚度為5_500umo
9.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂、印刷或噴涂中的任意一種。
10.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述剛性平面基板為玻璃、石英或半導體。
【文檔編號】H01L51/48GK103594195SQ201310520795
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】郭曉陽, 劉星元 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所