专利名称：全溶液加工多层结构透明导电薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种全溶液加工多层结构透明导电薄膜及其制备方法，属于导电薄膜材料技术领域。
背景技术：
透明导电薄膜是一种重要的光电功能薄膜，被广泛的应用于液晶显示、有机发光二极管、触摸屏、薄膜太阳能电池等光电器件中。光电器件的未来发展趋势是高性能、低成本、柔性化及轻量化，因此对其所使用的透明导电薄膜提出了更高的要求。目前最常用的并且已经商业化的透明导电薄膜是铟锡氧化物(ITO)薄膜，该薄膜具有较高的可见光透过率和较低的电阻率，常被用在有机太阳能电池和有机发光二极管等光电器件中作为透明电极。然而由于ITO薄膜在受力弯曲时面电阻急剧增大，从而影响了其在柔性器件中的应用；另外，由于铟元素稀有短缺，使得ITO的制备成本逐年增加。因此，发展无铟低成本且耐弯曲的透明导电薄膜将为未来光电器件的发展起到有益的促进作用。现有的无铟透明导电薄膜的材料主要有导电聚合物、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等，其中金属纳米线透明导电薄膜具有较高的透过率和较低的面电阻，目前最好的金属纳米线透明导电薄膜可以在实现89%的透过率的同时获得20Ω/ □的面电阻(NanoRes.2010,3,564)。然而金属纳米线透明导电薄膜存在表面粗糙度大、附着力低以及环境稳定性差等明显的缺点，严重限制了其在光电器件中的应用。以其作为电极的光电器件不但难以加工制备，而且器件的光电性能和稳定性变差。因此开发表面形貌好、附着力及稳定性高的金属纳米线透明导电薄膜具有重要的应用价值，将明显改善基于金属纳米线电极的光电器件的性能，并推动这类透明导电薄膜在其他领域的应用及其产业化发展。介质/金属/介质多层结构透明导电薄膜是一类可以同时实现高电导率和可见光区高透过率的透明导电薄膜。然而这类透明导电薄膜的介质层和金属层大多是采用热蒸发或电子束蒸发等真空蒸镀方法制备的，不利于制备大面积柔性透明导电薄膜，无法工程化。
发明内容
为解决现有技术中单层结构金属纳米线透明导电薄膜粗糙度大、附着力差、稳定性不好，而多层结构透明导电薄膜的制备方法又不利于制备大面积柔性透明导电薄膜，无法工程化的技术问题，本发明提供一种全溶液加工多层结构透明导电薄膜及其制备方法。本发明提供一种全溶液加工多层结构透明导电薄膜，该透明导电薄膜包括:在平面基板上形成的第一介质增固层；在所述第一介质增固层上形成的金属纳米线层；在所述金属纳米线层上形成的第二介质保护层；所述的第一介质增固层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的第二介质保护层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的金属纳米线层采用金属纳米线溶液制成。优选的是，所述的第一介质增固层和第二介质保护层的厚度均为10_500nm。优选的是，所述的金属纳米线层的厚度为30_300nm。本发明还提供一种全溶液加工多层结构透明导电薄膜材料的制备方法，包括以下步骤:(I)采用溶液加工方法在平面基板上制备第一介质增固层；(2)采用溶液加工方法在所述的第一介质增固层上制备金属纳米线层；(3)采用溶液加工方法在所述的金属纳米线层上制备第二介质保护层；所述的第一介质增固层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的第二介质保护层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的金属纳米线层采用金属纳米线溶液制成。优选的是，所述的第一介质增固层和第二介质保护层的厚度均为10_500nm。优选的是，所述的金属氧化物半导体溶胶为氧化钛(TiOx)半导体溶胶、氧化锌(ZnO)半导体溶胶、五氧化二钒(V2O5)半导体溶胶、三氧化钨(WO3)半导体溶胶或三氧化钥(MoO3)半导体溶胶。优选的是，所述的金属纳米线层的厚度为30_300nm。优选的是，所述的金属纳米线溶液中，金属纳米线的直径为30_200nm，长度为5-30 μ mD优选的是，所述的金属纳米线溶液的浓度为0.l-5mg/ml。优选的是,所述的金属纳米线溶液为Ag纳米线溶液、Au纳米线溶液或Cu纳米线溶液。优选的是，所述的平面基板为玻璃、石英、半导体或塑料。优选的是，所述的溶液加工方法为旋涂、滴涂、刮涂或印刷。本发明的有益效果:(I)本发明的全溶液加工多层结构透明导电薄膜是以金属氧化物半导体溶胶作为介质层的原材料，以有机溶剂分散的金属纳米线作为金属层的原材料，采用溶液加工方法制成的，其制备方法不仅具有操作简单、成本低的优点，而且能够结合卷对卷技术，实现多层结构透明导电薄膜的大面积柔性化生产，推动低成本柔性光电器件的发展；(2)本发明制备的全溶液加工多层结构透明导电薄膜克服了单层结构金属纳米线透明导电薄膜粗糙度大、附着力差及稳定性不好的问题，其最大可见光平均透过率超过80%、面电阻最低能达到12Ω/ □，均方粗糙度最小达到2.lnm，且环境稳定性高、电性能优异，在薄膜太阳能电池及有机发光二极管等光电器件领域都存在应用潜质。
图1为本发明在平面基板上形成全溶液加工多层结构透明导电薄膜的结构示意图2为本发明实施例1、实施例2和对比例I的透明导电薄膜的透过率谱图；图3为本发明对比例I和实施例1的透明导电薄膜的原子力表面形貌图；图4为本发明实施例1、实施例2和对比例I的透明导电薄膜在空气中放置不同时间后的面电阻变化曲线；图5为本发明实施例7、实施例8和对比例2的透明导电薄膜的电流-电压特性曲线。
具体实施例方式结合图1说明本实施方式。如图1所示，本发明的全溶液加工多层结构透明导电薄膜包括:在平面基板100上形成的第一介质增固层200 ；在所述第一介质增固层200上形成的金属纳米线层300 ；在所述金属纳米线层300上形成的第二介质保护层400 ；所述的第一介质增固层200采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的第二介质保护层400采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的金属纳米线层300采用金属纳米线溶液制成。本发明实施方式中，当所述的第一介质增固层200和第二介质保护层400是采用多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成时，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，第一介质增固层200的厚度优选为10_500nm。本发明实施方式中，第一介质增固层200优选采用TiOx金属氧化物半导体溶胶、ZnO金属氧化物半导体溶胶、V2O5金属氧化物半导体溶胶、WO3金属氧化物半导体溶胶、MoO3金属氧化物半导体溶胶、TiOx: V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物或MoO3: WO3金属氧化物半导体溶胶混合物制成；所述TiOx = V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物和MoO3 = WO3金属氧化物半导体溶胶混合物中，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，金属纳米线层300的厚度优选为30_300nm。本发明实施方式中，金属纳米线溶液是以有机溶剂分散的金属纳米线，所述的有机溶剂优选为乙醇或异丙醇。本发明实施方式中，金属纳米线溶液中，金属纳米线的直径为30_200nm，长度为5-30 μ mD本发明实施方式中，金属纳米线溶液的浓度为0.l_5mg/ml。本发明实施方式中，金属纳米线溶液优选为Ag纳米线溶液、Au纳米线溶液或Cu纳米线溶液。本发明实施方式中，第二介质保护层400的厚度优选为10_500nm。本发明实施方式中，第二介质保护层400优选采用TiOx金属氧化物半导体溶胶、ZnO金属氧化物半导体溶胶、V2O5金属氧化物半导体溶胶、WO3金属氧化物半导体溶胶、MoO3金属氧化物半导体溶胶、TiOx: V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物或MoO3: WO3金属氧化物半导体溶胶混合物制成；所述TiOx = V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物和MoO3 = WO3金属氧化物半导体溶胶混合物中，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，所述平面基板100为刚性或柔性；所述的刚性平面基板100为玻璃、石英、或半导体等；所述的柔性平面基板100为塑料等。本发明实施方式中，所述的第一介质增固层200、金属纳米线层300和第二介质保护层400均采用旋涂、滴涂、刮涂或印刷等溶液加工方法制成的。全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤:(I)采用溶液加工方法在平面基板100上制备第一介质增固层200 ；(2)采用溶液加工方法在所述的第一介质增固层200上制备金属纳米线层300 ；(3)采用溶液加工方法在所述的金属纳米线层300上制备第二介质保护层400 ；所述的第一介质增固层200采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的第二介质保护层400采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成；所述的金属纳米线层300采用金属纳米线溶液制成。本发明实施方式中，当所述的第一介质增固层200和第二介质保护层400是采用多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成时，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，第一介质增固层200和第二介质保护层400所采用的原材料可以相同也可以不同。本发明实施方式中，第一介质增固层200的厚度优选为10_500nm。本发明实施方式中，第一介质增固层200优选采用TiOx金属氧化物半导体溶胶、ZnO金属氧化物半导体溶胶、V2O5金属氧化物半导体溶胶、WO3金属氧化物半导体溶胶、MoO3金属氧化物半导体溶胶、TiOx: V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物或MoO3: WO3金属氧化物半导体溶胶混合物制成；所述TiOx = V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物和MoO3 = WO3金属氧化物半导体溶胶混合物中，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，金属纳米线层300的厚度优选为30_300nm。本发明实施方式中，金属纳米线溶液是以有机溶剂分散的金属纳米线，所述的有机溶剂优选为乙醇或异丙醇。本发明实施方式中，金属纳米线溶液中，金属纳米线的直径为30_200nm，长度为
5-30 μ mD本发明实施方式中，金属纳米线溶液的浓度为0.l_5mg/ml。本发明实施方式中，金属纳米线溶液优选为Ag纳米线溶液、Au纳米线溶液或Cu纳米线溶液。本发明实施方式中，第二介质保护层400的厚度优选为10_500nm。本发明实施方式中，第二介质保护层400优选采用TiOx金属氧化物半导体溶胶、ZnO金属氧化物半导体溶胶、V2O5金属氧化物半导体溶胶、WO3金属氧化物半导体溶胶、MoO3金属氧化物半导体溶胶、TiOx: V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物或MoO3: WO3金属氧化物半导体溶胶混合物制成；所述TiOx = V2O5金属氧化物半导体溶胶混合物和MoO3 = WO3金属氧化物半导体溶胶混合物中，每种金属氧化物半导体溶胶的质量至少占混合物总质量的1%。本发明实施方式中，所述平面基板100为刚性或柔性；所述的刚性平面基板100为玻璃、石英或半导体等；所述的柔性平面基板100为塑料等。本发明实施方式中，所述的第一介质增固层200、金属纳米线层300和第二介质保护层400的制备方法均为旋涂、滴涂、刮涂或印刷等溶液加工方法。为使本领域技术人员进一步理解本发明，下面结合实施例及附图进一步说明本发明。对比例I结合图2、图3和图4说明对比例I单层结构的Ag纳米线(AgNW)透明导电薄膜的制备:将玻璃基板清洗干净并烘干后，采用乙醇分散的AgNW溶液，利用滴涂方法制备70nm厚的AgNW单层结构的金属纳米线透明导电薄膜。其中AgNW的直径为50nm，长度为15 μ m, AgNff 溶液浓度为 0.2mg/ml。将对比例I得到的AgNW单层结构的金属纳米线透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。将对比例I得到的AgNW单层结构的金属纳米线透明导电薄膜进行原子力相图表征，表征结果见图3。通过胶带粘贴法将对比例I中的透明导电薄膜进行附着力测试，将胶带从薄膜表面取下后，对比例I中的AgNW薄膜绝大部分脱落并粘贴在胶带上，残余薄膜已不再导电，表明单层AgNW薄膜的附着力极差，实用性很低。对比例2结合图5说明对比例2结构为AgNW/聚(3-己基)噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PCBM)/MoO3/Al的聚合物太阳能电池的制备:以对比例I得到的透明导电薄膜为阴极；将P3HT和PCBM共混物采用氯苯溶解，并利用其溶液旋涂成膜，然后利用热台对涂有P3HT:PCBM薄膜的平面玻璃基板进行160度10分钟的退火处理，最后将上述基板放入热蒸发设备中，当真空度达4.0X 10_4帕斯卡时，在P3HT:PCBM薄膜上依次蒸发MoO3和Al薄膜作为阳极；制备结构为AgNW(70nm)/P3HT:PCBM(质量比为 1: l，220nm)/MoO3 (IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池。将对比例2得到的聚合物太阳能电池进行电流-电压特性曲线表征，表征结果见图5。实施例1结合图2、图3和图4说明实施例1TiOx/AgNW/TiOx的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用TiOx溶胶和乙醇分散的AgNW溶液依次制备厚度为IOnm的TiOx作为第一介质增固层200、厚度为70nm的AgNW作为金属纳米线层300和厚度为IOnm的TiOx作为第二介质保护层400，最终形成结构为TiOx(IOnm)/AgNW(70nm)/TiOx(IOnm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为玻璃基板；第一介质增固层200和第二介质保护层400采用旋涂方法制备；金属纳米线层300采用滴涂方法制备，AgNW的直径为50nm,长度为15 μ m, AgNW溶液浓度为0.2mg/ml。对实施例1得到的TiOx/AgNW/TiOx的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。对实施例1得到的TiOx/AgNW/TiOx的多层结构透明导电薄膜进行原子力相图表征，表征结果见图3。图3为本发明对比例I和实施例1的透明导电薄膜的原子力表面形貌图；图3(a)为本发明对比例I的透明导电薄膜的原子力表面形貌图，扫描范围20μπιΧ20μπι，图3(a)的ζ轴所示的薄膜厚度范围为0-100.3nm ;图3(b)为本发明实施例1的透明导电薄膜的原子力表面形貌图，扫描范围20μπιΧ20μπι，图3(b)的ζ轴所示的薄膜厚度范围为0-100.3nm。由图3和表I可知，单层AgNW(对比例I)透明导电薄膜具有较大的表面粗糙度，均方粗糙度数值为30nm ;而实施例1中的TiOx (IOnm)/AgNW(70nm)/TiOx (IOnm)多层结构可以使透明导电薄膜的表面粗糙度明显减小，均方粗糙度数值降低到llnm。实施例2结合图2和图4说明实施例2V205/AgNW/V205的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用V2O5溶胶和乙醇分散的AgNW溶液依次制备厚度为30nm的V2O5作为第一介质增固层200、厚度为70nm的AgNW作为金属纳米线层300和厚度为40nm的V2O5作为第二介质保护层400，最终形成结构为V2O5(30nm)/AgNW(70nm) /V2O5(40nm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为玻璃基板；第一介质增固层200和第二介质保护层400采用旋涂方法制备；金属纳米线层300采用滴涂方法制备，AgNW的直径为50nm,长度为15 μ m, AgNW溶液浓度为0.2mg/ml。对实施例2得到的V205/AgNW/V205的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。图2为本发明实施例1、实施例2和对比例I的透明导电薄膜的透过率谱图；其中曲线I为实施例1的透明导电薄膜的透过率谱图，曲线2为实施例2的透明导电薄膜的透过率谱图，曲线3为对比例I的透明导电薄膜的透过率谱图；从图2可知采用全溶液加工多层结构透明导电薄膜(实施例1、实施例2)具有较高的透光性能，最大的可见光平均透过率超过80%，与单层金属纳米线(对比例I)透明导电薄膜的可见光平均透过率相当。图4为本发明实施例1、实施例2和对比例I的透明导电薄膜在空气中放置不同时间后的面电阻变化曲线；曲线I为实施例1的透明导电薄膜在空气中放置不同时间后的面电阻变化曲线，曲线2为实施例2的透明导电薄膜在空气中放置不同时间后的面电阻变化曲线，曲线3为对比例I的透明导电薄膜在空气中放置不同时间后的面电阻变化曲线；从图4可以看出实施例1和实施例2在空气中放置100小时后，其面电阻分别从开始的22 Ω / 口和25 Ω/ □增加到了 68 Ω/ □和52 Ω/ □，而对比例I在相同条件下放置100小时后，其面电阻则从开始的20 Ω / □增加到了 500 Ω / 口 ；说明采用全溶液加工多层结构透明导电薄膜(实施例1、实施例2)较单层AgNW薄膜(对比例I)具有更好的环境稳定性，这主要是由于第二介质保护层400采用了金属氧化物材料(例如TiOx薄膜)，在空气中性能稳定，其保护性覆盖作用在一定程度上隔绝了金属纳米线层300 (例如AgNW薄膜)与空气的接触，从而提高了透明导电薄膜的环境稳定性。
通过胶带粘贴法对实施例2的透明导电薄膜进行附着力测试(测试条件与对比例I相同)，将胶带从薄膜表面取下后，实施例2的薄膜不会脱落，面电阻仅从25 Ω / □增加到了 30Ω/ □，表明采用全溶液加工多层结构透明导电薄膜具有很好的附着力。实施例3ff03/AgNW/Mo03的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用WO3溶胶、异丙醇分散的AgNW溶液和MoO3溶胶依次制备厚度为IOOnm的WO3作为第一介质增固层200、厚度为30nm的AgNW作为金属纳米线层300和厚度为80nm的MoO3作为第二介质保护层400，最终形成结构为WO3 (IOOnm) /AgNW(30nm)/MoO3(80nm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为石英基板；第一介质增固层200和第二介质保护层400采用刮涂方法制备；金属纳米线层300采用旋涂方法制备，AgNW的直径为30nm,长度为5 μ m, AgNW溶液浓度为0.lmg/ml。对实施例3得到的W03/AgNW/Mo03的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。实施例4MoO3Au纳米线(AuNW)/ZnO的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用MoO3溶胶、异丙醇分散的AuNW溶液和ZnO溶胶依次制备厚度为500nm的MoO3作为第一介质增固层200、厚度为200nm的AuNW作为金属纳米线层300和厚度为500nm的ZnO作为第二介质保护层400，最终形成结构为MoO3(500nm)/AuNW(200nm)/ZnO(500nm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为塑料基板；第一介质增固层200和第二介质保护层400采用滴涂方法制备；金属纳米线层300采用刮涂方法制备，AuNW的直径为lOOnm，长度为15 μ m, AuNW溶液浓度为3mg/ml。对实施例4得到的Mo03/AuNW/Zn0的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。实施例5ZnO/Cu纳米线(CuNW)/WO3的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用ZnO溶胶，异丙醇分散的CuNW溶液以及WO3溶胶，依次制备厚度为150nm的ZnO作为第一介质增固层200、厚度为300nm CuNW作为金属纳米线层300和厚度为300nm的WO3作为第二介质保护层400，最终形成结构为ZnO(150nm)/CuNW(300nm)/WO3(300nm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为半导体硅基板；第一介质增固层200、金属纳米线层300和第二介质保护层400采用印刷方法制备；CuNW的直径为200nm,长度为30 μ m, CuNW溶液浓度为5mg/ml。对实施例5得到的Zn0/CuNW/W03的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。实施例6TiOx:V205/AgNW/Mo03:WO3的多层结构透明导电薄膜的制备:将平面基板100清洗干净并烘干后，采用TiOx = V2O5溶胶混合物、乙醇分散的AgNW溶液和MoO3 = WO3溶胶混合物依次制备厚度为50nm的TiOx = V2O5作为第一介质增固层200、厚度为70nm的AgNW作为金属纳米线层300和厚度为50nm的MoO3 = WO3作为第二介质保护层400，最终形成结构为TiOx: V2O5(50nm)/AgNW(70nm)/MoO3:WO3 (50nm)的多层结构透明导电薄膜。其中该平面基板100为玻璃基板；TiOx=V2O5溶胶混合物中V2O5的质量占混合物总质量的1%;Mo03:W03溶胶混合物中WO3的质量占混合物总质量的50% ;第一介质增固层200和第二介质保护层400采用旋涂方法制备；金属纳米线层300采用滴涂方法制备，AgNW的直径为50nm,长度为15 μ m, AgNW溶液浓度为0.2mg/ml。 对实施例6得到的TiOx: V205/AgNW/Mo03: WO3的多层结构透明导电薄膜进行可见光平均透过率、面电阻及均方粗糙度的表征，测试结果见表I。实施例7结合图5说明实施例7结构为Ti0x/AgNW/Ti0x/P3HT:PCBM/Mo03/Al的聚合物太阳能电池的制备:以实施例1得到的多层结构透明导电薄膜为阴极；将P3HT和PCBM共混物采用氯苯溶解，并利用其溶液旋涂成膜，然后利用热台对涂有P3HT: PCBM薄膜的平面玻璃基板进行160度10分钟的退火处理，最后将上述基板放入热蒸发设备中，当真空度达4.0X 10_4帕斯卡时，在P3HT: PCBM薄膜上依次蒸发MoO3和Al薄膜作为阳极；制备结构为TiOx(IOnm)/AgNW(70nm)/TiOx (IOnm)/P3HT:PCBM(质量比为 I: I, 220nm)/MoO3 (IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池。对实施例7得到的聚合物太阳能电池进行电流-电压特性曲线表征。实施例8结合图5说明实施例8结构为V205/AgNW/V205/P3HT:PCBM/Mo03 (IOnm) /Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池的制备:以实施例2得到的多层结构透明导电薄膜为阴极；将P3HT和PCBM共混物采用氯苯溶解，并利用其溶液旋涂成膜，然后利用热台对涂有P3HT:PCBM薄膜的平面玻璃基板进行160度10分钟的退火处理，最后将上述基板放入热蒸发设备中，当真空度达4.0X 10_4帕斯卡时，在P3HT:PCBM薄膜上依次蒸发MoO3和Al薄膜作为阳极；制备结构为V205(30nm)/AgNW(70nm)/V205(40nm)/P3HT:PCBM(质量比为 1:1，220nm)/MoO3 (IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池。对实施例8得到的聚合物太阳能电池进行电流-电压特性曲线表征。图5是实施例7、实施例8和对比例2的聚合物太阳能电池的电流-电压特性曲线，曲线I为实施例7的聚合物太阳能电池的电流-电压特性曲线，曲线2为实施例8的聚合物太阳能电池的电流-电压特性曲线，曲线3为对比例2的聚合物太阳能电池的电流-电压特性曲线；从图5可以看出对比例2、实施例7和实施例8的开路电压、短路电流密度、填充因子和能量转换效率分别为0.43,0.59和0.60伏特，6.78,8.45和9.05毫安/平方厘米，
0.54,0.59和0.59，1.58%,2.96%和3.22% ;结果表明，以全溶液加工多层结构透明导电薄膜为阴极的聚合物太阳能电池(实施例7、实施例8)的性能明显高于以单层AgNW薄膜为阴极的聚合物太阳能电池(对比例2)，这是由于全溶液加工多层结构透明导电薄膜具有较高的附着力、较低的表面粗糙度以及优良的光学和电学特性，突出的综合性能使其作为器件的电极与有源层的界面电阻小，界面接触性能更好，使得聚合物太阳能电池的性能明显提高。表I透明导电薄膜的性能参数
权利要求
1.全溶液加工多层结构透明导电薄膜，其特征在于，该透明导电薄膜包括: 在平面基板上形成的第一介质增固层； 在所述第一介质增固层上形成的金属纳米线层； 在所述金属纳米线层上形成的第二介质保护层； 所述的第一介质增固层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成； 所述的第二介质保护层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成； 所述的金属纳米线层采用金属纳米线溶液制成。
2.根据权利要求1所述全溶液加工多层结构透明导电薄膜，其特征在于，所述的第一介质增固层和第二介质保护层的厚度均为10-500nm。
3.根据权利要求1所述全溶液加工多层结构透明导电薄膜，其特征在于，所述的金属纳米线层的厚度为30-300nm。
4.全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采用溶液加工方法在平面基板上制备第一介质增固层； (2)采用溶液加工方法在所述的第一介质增固层上制备金属纳米线层； (3)采用溶液加工方法在所述的金属纳米线层上制备第二介质保护层； 所述的第一介质增固层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成； 所述的第二介质保护层采用任意一种金属氧化物半导体溶胶或任意多种金属氧化物半导体溶胶的混合物制成； 所述的金属纳米线层采用金属纳米线溶液制成。
5.根据权利要求4所述全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的第一介质增固层和第二介质保护层的厚度均为10-500nm。
6.根据权利要求4所述全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的金属氧化物半导体溶胶为氧化钛半导体溶胶、氧化锌半导体溶胶、五氧化二钒半导体溶胶、三氧化钨半导体溶胶或三氧化钥半导体溶胶。
7.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的金属纳米线层的厚度为30-300nm。
8.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的金属纳米线溶液中，金属纳米线的直径为30-200nm，长度为5_30 μ m。
9.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的金属纳米线溶液的浓度为0.l-5mmL.\
10.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的金属纳米线溶液为Ag纳米线溶液、Au纳米线溶液或Cu纳米线溶液。
11.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的平面基板为玻璃、石英、半导体或塑料。
12.根据权利要求4所述的全溶液加工多层结构透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的溶液加工方法为旋涂、滴涂、刮涂或印刷。
全文摘要
本发明提供一种全溶液加工多层结构透明导电薄膜及其制备方法，属于导电薄膜材料技术领域，解决了现有技术中单层结构金属纳米线透明导电薄膜粗糙度大、附着力差、稳定性不好，而多层结构透明导电薄膜的制备方法又不利于制备大面积柔性透明导电薄膜，无法工程化的技术问题。本发明的制备方法是以金属氧化物半导体溶胶作为介质层的原材料，以有机溶剂分散的金属纳米线作为金属层的原材料，采用溶液加工方法制备多层结构透明导电薄膜。本发明的制备方法不仅实现了多层结构透明导电薄膜的大面积柔性化生产，且制得的透明导电薄膜附着力好、可见光平均透过率高(81.5%)、表面粗糙度低(2.1nm)、环境稳定性高、光电性能优异。
文档编号H01B13/00GK103198884SQ20131006665
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者郭晓阳, 刘星元 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所