专利名称：一种柔性光电子器件用基板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机光电子技术领域，具体涉及一种柔性光电子器件用基板及其制备方法。
背景技术：
光电子技术是继微电子技术之后迅速发展的科技含量很高的产业。随着光电子技术的快速发展，太阳能电池、光影像传感器、平面显示器、薄膜晶体管等光电子产品都逐渐发展成熟，它们大大改善了人们的生活。同时，光电子信息技术在社会生活各个领域的广泛应用，也创造了日益增长的巨大市场。发达国家都把光电信息产业作为重点发展的领域之一，光电子信息领域的竞争正在世界范围展开。光电子技术是继微电子技术之后迅速发展的科技含量很高的产业。随着光电子技术的快速发展，太阳能电池、光影像传感器、平面显示器、薄膜晶体管等光电子产品都逐渐发展成熟，它们大大改善了人们的生活。同时，光电子信息技术在社会生活各个领域的广泛应用，也创造了日益增长的巨大市场。发达国家都把光电信息产业作为重点发展的领域之一，光电子信息领域的竞争正在世界范围展开。目前有机光电子器件大都是制备在刚性基板(如玻璃或硅片上)，他们虽然具有优良的器件性能，但抗震动，抗冲击的能力较弱，重量相对较重，携带不甚方便，在某些场合的应用受到很大的限制。人们开始试图将有机光电子器件沉积在柔性基板上而不是刚性基板上。用柔性基板代替刚性基板的好处是产品更轻、不易破碎、所占空间小且更便于携带。但是，尽管有这些优点，用柔性基板代替刚性基板还存在许多限制，柔性器件的制备仍然有许多基础问题需要解决。对于柔性衬底来说，由于柔性衬底的表面平整性也远不及刚性衬底，而对柔性衬底进行表面平滑处理要特殊的设备且工艺难度较大，提高了基板的生产成本；柔性衬底的水、氧透过率远大于刚性衬底，导致光电子器件受从基板透过的水氧的影响，降低了器件的性能。对于电极层来说，常规的电极层材Mh2O3 = SnO2 (ITO)用作柔性基板的电极存在以下缺点=(I)ITO中的铟有剧毒，在制备和应用中对人体有害；(2) ITO中的In2O3价格昂贵， 成本较高；(3) ITO薄膜易受到氢等离子体的还原作用，功效降低，这种现象在低温、低等离子体密度下也会发生；(4)在柔性衬底上的ITO薄膜会因为柔性衬底的弯曲而出现电导率下降的现象；( 采用厚的ITO层会降低透光率，50-80%的光线在玻璃、ITO和有机层吸收掉，采用薄的ITO层工艺难度较大。由于碳纳米管具有高的机械强度和弹性和优良的导体特性而受到关注。2006 年，加拿大的 R. Martel 等人(App 1. Phys. Iett.，2006，88，183104) 指出碳纳米管薄膜厚度的增加会降低薄膜的可见光透过率和电阻。为使碳纳米管薄膜获得较高可见光透过率，就必须减少碳纳米管薄膜的厚度，这样又增加了碳纳米管薄膜的方阻， 使碳纳米管薄膜的方阻得到IO3 Ω/Sq量级，降低了碳纳米管薄膜电导率。因此，如果能够解决上述这些问题，将会使光电子器件得到更为广泛的应用和更加快速的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种柔性光电子器件用基板及其制备方法，该基板解决了薄层碳纳米管表面平整度差以及碳纳米管与柔性衬底之间结合力差的问题，提高了导电层的电导率以及基板对水氧的阻隔能力。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式构成①柔性衬底为透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有石墨烯；②柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述薄层碳纳米管的厚度小于或等于lOOnm。按照本发明所提供的的柔性光电子器件用基板，其特征在于，在第②种方式中石墨烯的掺杂质量比小于或等于40%。按照本发明所提供的的柔性光电子器件用基板，其特征在于，所述透明介电性聚合物材料是聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇中的一种或者多种。一种柔性光电子器件用基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①对表面粗糙度小于Inm的刚性基板(如玻璃或硅片)进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；②采取旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式在洁净的刚性基板上制备碳纳米管层；③在碳纳米管层上旋涂或喷涂掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，或先旋涂或滴涂或喷涂石墨烯，再旋涂或滴涂或喷涂透明介电性聚合物材料，所述透明介电性聚合物材料是聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇中的一种或者多种；④对旋涂好的透明介电性聚合物材料的基片进行烘烤；⑤将碳纳米管层和固化后的透明介电性聚合物层或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物层剥离刚性基板表面，形成柔性导电基板；⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。本发明的有益效果本发明的导电层采用薄层碳纳米管，薄层碳纳米管的空隙中填充有石墨烯或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，由石墨烯具有导电率高、强度高的特点，提高了导电层的电导率，使导电层同时具有高的可见光透过率和电导率的特点，并且基板被反复弯曲后导电层不会出现电导率下降的现象；采用透明介电性聚合物材料作为柔性衬底可有效阻挡水氧的透过，同时本发明的介电性聚合物材料具有高的可见光透过率的特点，提高了基板的可见光透过率；而利用透明介电性聚合物材料与电极材料之间结合力强于电极材料与刚性基板的特性，将制备在粗糙度小的刚性基板上的电极层剥离，提高了柔性衬底上的电极层表面的平整度。
图1是本发明实施例1-10的柔性光电子器件用基板的结构示意图；图2是本发明实施例1中的基板的可见光透过率。其中，1、柔性衬底，2、导电层。
具体实施例方式下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述本发明的技术方案是提供一种柔性光电子器件用基板，如图1所示，器件的结构包括柔性衬底1，导电层2。本发明中柔性衬底1为导电层的依托，它有较好的弯折性能，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有良好的化学稳定性和热稳定性，导电层2要求有良好的导电能力，柔性衬底1和导电层2由以下两种方式构成①柔性衬底为透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有石墨烯；②柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料。以下是本发明的具体实施例实施例1如图1所示基板结构，柔性衬底1采用透明介电性聚合物材料聚乙烯，所述导电层 2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充石墨烯，所述碳纳米管层的厚度为lOOnm。制备方法如下①对表面粗糙度小于Inm的硅基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；②将碳纳米管均勻分散在溶剂中，采取旋涂方式在洁净的硅基板上制备碳纳米管层，旋涂时转速为4000转/秒，时长50秒，膜厚约为100纳米；③在碳纳米管层上喷涂含石墨烯的溶液，将硅基板在80°C的环境中放置30分钟， 除去碳纳米管层中残存的溶剂，再在碳纳米管层上喷涂聚乙烯溶液；④对旋涂好聚乙烯薄膜的基片进行烘烤；⑤将碳纳米管层和固化后的聚乙烯薄膜或掺杂石墨烯的聚乙烯薄膜剥离刚性基板表面，形成柔性导电基板；⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数.实施例2如图1所示基板结构，柔性衬底1采用透明介电性聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯， 导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充石墨烯，所述碳纳米管层的厚度为 90nmo制备方法与实施例1相似。实施例3如图1所示基板结构，柔性衬底1采用透明介电性聚合物材料，所述的透明介电性聚合物材料包括90%聚甲基丙烯酸甲酯、10%聚碳酸酯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充石墨烯，所述碳纳米管层的厚度为80nm。制备方法与实施例1相似。实施例4如图1所示基板结构，柔性衬底1采用透明介电性聚合物材料，所述的透明介电性聚合物材料包括90%聚甲基丙烯酸甲酯、10%聚碳酸酯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充石墨烯，所述碳纳米管层的厚度为70nm。制备方法与实施例1相似。实施例5如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为5%，所述的透明介电性聚合物材料包括80%聚氨基甲酸酯、10% 聚酰亚胺和10%聚丁烯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为60nm。制备方法与实施例1相似。实施例6如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为10%，所述的透明介电性聚合物材料包括85%聚偏氟乙烯、10%聚乙烯和5%聚丁烯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为50nm。制备方法与实施例1相似。实施例7如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为15%，所述的透明介电性聚合物材料包括88%聚酯、6 %聚乙烯、 4%聚丁烯和2%聚偏氟乙烯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为40nm。制备方法与实施例1相似。实施例8如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为20%，所述的透明介电性聚合物材料包括80%聚酯、10%聚甲基丙烯酸甲酯、6%聚萘二甲酸乙二醇酯和4%聚偏氟乙烯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为50nm。制备方法与实施例1相似。实施例9如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为30%，所述的透明介电性聚合物材料包括81%聚酰亚胺、9%聚萘二甲酸乙二醇酯、5%聚氨基甲酸酯和5%聚丙烯酸酯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为40nm。制备方法与实施例1相似。实施例10如图1所示基板结构，柔性衬底1采用掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述石墨烯的掺杂质量比为40%，所述的透明介电性聚合物材料包括85%聚酰亚胺、6%聚萘二甲酸乙二醇酯、5%聚氨基甲酸酯和4%聚丙烯酸酯，导电层2采用碳纳米管，所述碳纳米管层的空隙中填充掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述碳纳米管的厚度为70nm。
制备方法与实施例1相似。
权利要求
1.一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式中的一种构成①柔性衬底为透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有石墨烯；②柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述薄层碳纳米管的厚度小于或等于lOOnm。
2.根据权利要求1所述的柔性光电子器件用基板，其特征在于，在第②种方式中石墨烯的掺杂质量比小于或等于40%。
3.根据权利要求1所述的柔性光电子器件用基板，其特征在于，所述透明介电性聚合物材料是聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇中的一种或者多种。
4.一种柔性光电子器件用基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①对表面粗糙度小于Inm的刚性基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；②采取旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式在洁净的刚性基板上制备碳纳米管层；③在碳纳米管层上旋涂或喷涂掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，或先旋涂或滴涂或喷涂石墨烯，再旋涂或滴涂或喷涂透明介电性聚合物材料，所述透明介电性聚合物材料是聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸、 聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇中的一种或者多种；④对旋涂好透明介电性聚合物材料的基片进行烘烤；⑤将碳纳米管层和固化后的透明介电性聚合物层或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物层剥离刚性基板表面，形成柔性导电基板；⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。
全文摘要
本发明公开了一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式中的一种构成①柔性衬底为透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有石墨烯；②柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，导电层为薄层碳纳米管，所述薄层碳纳米管的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料。该基板解决了薄层碳纳米管表面平整度差以及碳纳米管与柔性衬底之间结合力差的问题，提高了导电层的电导率以及基板对水氧的阻隔能力。
文档编号H01L51/44GK102208546SQ20111009712
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者于军胜, 李璐, 蒋亚东, 马柱 申请人:电子科技大学