一种溶胶-凝胶法直接制备柔性透明导电薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜制备领域，尤其是透明导电薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]由于有机柔性衬底不耐高温，因此给薄膜的沉积带来较大的难度。沉积材料的附着晶化一般要高于300°C，而一般的有机衬底在130°C左右即开始变形从而不利于成膜；另夕卜，当衬底温度太低时，沉积上去的原子团没有足够的能量迀移、结晶，就会增加薄膜中的缺陷，从而使获得的薄膜晶粒尺寸偏小、电阻率偏大、可见光透过率不高等;此外，有机衬底与透明导电膜的晶格匹配不如玻璃衬底，薄膜不宜附着，尤其当衬底温度较低时，膜与衬底键合很弱，薄膜容易脱落或根本无法成膜。同时，由于有机衬底的表面平整度较差，必然造成沉积的薄膜厚度不均匀，这些特点使在有机衬底上制备的透明导电膜的电阻率较大，这些都是需要解决的问题。为提高薄膜质量，前人的方法主要分两种:一是采用物理方法制备柔性薄膜，如采用磁控溅射方法，但这种方法设备昂贵，需要真空环境，不利于大规模成膜；二是在溶胶-凝胶法制膜后通过紫外光照等方法进行二次处理，但工艺较为繁琐。因此，探索更为简便的低温成膜技术、研究低温制备的柔性透明导电薄膜性能的调控工艺是柔性显示器件产业化的关键。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明将以柔性透明导电薄膜的低温制备及其电学性质研究为重点，利用溶胶-凝胶法探索直接制备柔性透明导电薄膜的方法及其电学性能调控工艺。
[0004]本发明提供了一种采用溶胶-凝胶法直接制备铝掺杂氧化锌柔性导电薄膜的方法，在保证柔性透明导电薄膜透过率的基础上，实现低温制备柔性透明导电薄膜，并通过低温退火处理调控柔性透明导电薄膜的电学性能。本发明确定溶胶-凝胶法制备柔性透明导电薄膜的制备工艺，预烧温度及退火工艺，通过选择不同衬底厚度及退火条件实现透明导电薄膜电学性能的优化。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案所包含的步骤如下:
[0006](I)制备溶胶
[0007]Al掺杂原子比例为I %的Al-ZnO溶胶的制备:其中锌源为乙酸锌，掺杂源为硝酸铝，溶剂为乙二醇甲醚，稳定剂为乙醇胺，硝酸铝与乙酸锌的摩尔比为1:99，乙醇胺与金属原子的摩尔比为1:1，按照溶胶浓度为0.75mol/L进行配比，将乙酸锌、硝酸铝按照摩尔比1:99溶于溶剂乙二醇甲醚中，加入稳定剂乙醇胺，将混合溶液于60°C水浴下搅拌lh，得到透明澄清液体，进行定容后再继续搅拌2h，最后在室温下陈化24h，得到稳定透明的Al-ZnO的溶胶；
[0008](2)清洗衬底
[0009]将厚度分别为0.025mm，0.050mm, 0.075mm，0.125mm的聚酰亚胺(PI)柔性衬底依次用质量分数为10 %的稀盐酸、去离子水、质量分数为10 %的氢氧化钠溶液、去离子水各自漂洗半小时，除去表面的油脂和污物，并将洗好的聚酰亚胺柔性衬底放入去离子水中以备用；
[0010](3)清洗玻璃基板
[0011]①将玻璃基板用主要成分为烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、泡沫剂的洗涤剂和自来水浸泡2h后，电磁波超声清洗1min，再用去离子水冲净；
[0012]②将玻璃基板用去离子水浸泡Ih电磁波超声清洗1min;
[0013]③将玻璃基板用质量分数为37%的盐酸和去离子水体积比为1:6的溶液浸泡Ih电磁超声清洗1min;
[0014]④将玻璃基板用丙酮浸泡Ih电磁波超声清洗1min;
[0015]⑤将玻璃基板用无水乙醇浸泡Ih电磁波超声清洗lOmin，然后将洗净的玻璃基板存放在无水乙醇中以备使用；
[0016](4)镀制薄膜
[0017]将步骤(2)中清洗后的聚酰亚胺(PI)柔性衬底100°C烘干后用酒精吸附在步骤(3)中清洗干净的玻璃基板上，采用旋涂法将步骤(I)中所制溶胶以3000r/s的速度旋涂到聚酰亚胺(PI)柔性衬底上，得到一层平均厚度为25nm的凝胶膜，经过100 V干燥1min、300 °(:预烧15min，再冷却至室温后，重复步骤(4)中前述操作镀下一层凝胶膜，直至凝胶膜层数达到9至11层，凝胶膜总平均厚度分别为225nm至275nm，将制得的凝胶膜进行不同的退火处理:仅在空气中350°C退火2小时，得到柔性透明导电薄膜;在空气中350°C退火2小时后，再在真空中350°C退火I小时，得到柔性透明导电薄膜。
[0018]本发明的有益效果由于将柔性衬底用酒精吸附于洁净的玻璃基板使之固定，保证柔性衬底的平整，来减缓柔性衬底在无玻璃基板依托固定时退火中的弯曲变形，从而使采用溶胶-凝胶法直接制备出透光与电学性能都较高的柔性透明导电薄膜成为可能，并通过不同的退火处理有效地优化了薄膜的导电性能，经电学性能测试可以看出，真空退火处理的薄膜导电性要优于空气退火处理的薄膜导电性能，实现对柔性半导体透明导电薄膜电学性能的可控调节，使得在产业化、低成本的条件下生产柔性透明导电薄膜成为可能。
【附图说明】
[0019]图1是本发明得到的不同厚度(0.025mm，0.05mm，0.075mm)柔性衬底10层凝胶膜空气退火后的透光性能。
[0020]图2是本发明得到的厚度为0.075mm柔性衬底不同层数(9层，10层，11层)凝胶膜空气退火后的导电性能。
[0021]图3是本发明得到的厚度为0.075mm柔性衬底不同层数(9层，10层，11层)凝胶膜真空退火后的导电性能。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明绝非仅局限于实施例。
[0023]本发明为制备氧化物半导体柔性透明导电薄膜方法领域，具体为利用溶胶-凝胶法在有机柔性衬底上直接制备Al掺杂原子比例为1%Α1-ΖηΟ薄膜，通过不同退火处理来提高柔性透明薄膜的电学性能。
[0024]本发明的具体实施步骤是:
[0025](I)制备溶胶
[0026]Al掺杂原子比例为I %的Al-ZnO溶胶的制备:其中锌源为乙酸锌，掺杂源为硝酸铝，溶剂为乙二醇甲醚，稳定剂为乙醇胺，硝酸铝与乙酸锌的摩尔比为1:99，乙醇胺与金属原子的摩尔比为1:1，按照溶胶浓度为0.75mol/L进行配比，将乙酸锌、硝酸铝按照摩尔比1:99溶于溶剂乙二醇甲醚中，加入稳定剂乙醇胺，将混合溶液于60°C水浴下搅拌lh，得到透明澄清液体，进行定容后再继续搅拌2h，最后在室温下陈化24h，得到稳定透明的Al-ZnO的溶胶；
[0027](2)清洗衬底
[0028]将厚度分别为0.025mm，0.050mm，0.075mm，0.125mm的聚酰亚胺(PI)柔性衬底依次用质量分数为10 %的稀盐酸、去离子水、质量分数为10 %的氢氧化钠溶液、去离子水各自漂洗半小时，除去表面的油脂和污物，并将洗好的聚酰亚胺柔性衬底放入去离子水中以备用；
[0029](3)清洗玻璃基板
[0030]①将玻璃基板用主要成分为烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、泡沫剂的洗涤剂和自来水浸泡2h后，电磁波超声清洗1min，再用去离子水冲净；
[0031 ]②将玻璃基板用去离子水浸泡Ih电磁波超声清洗1min;
[0032]③将玻璃基板用质量分数为37%的盐酸和去离子水体积比为1:6的溶液浸泡Ih电磁超声清洗1min;
[0033]④将玻璃基板用丙酮浸泡Ih电磁波超声清洗1min;
[0034]⑤将玻璃基板用无水乙醇浸泡Ih电磁波超声清洗1min，然后将洗净的玻璃基板存放在无水乙醇中以备使用。
[0035](4)镀制薄膜
[0036]将步骤(2)中清洗后的聚酰亚胺(PI)柔性衬底100°C烘干后用酒精吸附在步骤(3)中清洗干净的玻璃基板上，采用旋涂法将步骤(I)中所制溶胶以3000r/s的速度旋涂到聚酰亚胺(PI)柔性衬底上，得到一层平均厚度为25nm的凝胶膜，经过100 V干燥1min、300 °(:预烧15min，再冷却至室温后，重复步骤(4)中前述操作镀下一层凝胶膜，直至凝胶膜层数达到9至11层，凝胶膜总平均厚度分别为225nm至275nm，将制得的凝胶膜进行不同的退火处理:仅在空气中350°C退火2小时，得到柔性透明导电薄膜;在空气中350°C退火2小时后，再在真空中350°C退火I小时，得到柔性透明导电薄膜。
[0037]如下利用具体实施例进行详尽说明:
[0038]实施例1
[0039](I )A1掺杂原子比例为丨%的Al-ZnO溶胶的制备:其中锌源为