一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法，属于导电薄膜材料【技术领域】。本发明采用溶液加工方法在刚性平面基板上制备一层金属纳米线薄膜，然后采用溶液加工方法在金属纳米线薄膜上制备一层透明柔性基底，最后将表面带有金属纳米线的柔性基底从平面基板上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。与传统的直接在柔性基底上制备的金属纳米线透明导电薄膜相比，本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有表面平整度高和附着力好等优点，有效解决了现有技术中金属纳米线柔性透明导电薄膜粗糙度大及附着力差的问题。本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有在薄膜太阳能电池及有机发光二极管等光电器件领域应用的潜质。
【专利说明】一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透明导电薄膜材料【技术领域】，具体涉及一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]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。随着性能的提高及其在低成本、柔性化及轻量化等方面的快速发展，光电器件对透明导电薄膜的性能也提出了更高的要求。目前最常用并已经商品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。然而传统的ITO薄膜不能满足未来光电器件低成本柔性化的需求。这主要是由于ITO薄膜较脆，在受力弯曲时面电阻会急剧增大，这就影响了其在柔性器件中的应用；另外，由于铟元素稀缺，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柔性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。
[0003]目前报道的新型透明导电薄膜主要有导电聚合物、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20 Ω / □的面电阻(NanoRes.2010, 3，564)。然而基于柔性基底的金属纳米线透明导电薄膜也存在着表面粗糙度大、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。因此开发表面形貌好、附着力及稳定性高的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有重要的应用价值，将明显改善基于柔性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。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法。
[0005]本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法的技术方案具体如下:
[0006]一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤:
[0007]配制金属纳米线溶液，采用溶液加工方法在刚性平面基板上制备一层金属纳米线透明导电薄膜；
[0008]然后采用溶液加工方法在金属纳米线薄膜上制备一层透明柔性基底；
[0009]最后将表面带有金属纳米线的柔性基底从平面基板上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。
[0010]在上述技术方案中，所述金属纳米线溶液为Ag、Au或者Cu材料的金属纳米线(NW)分散液。
[0011]在上述技术方案中，溶液浓度为0.l-6mg/ml。
[0012]在上述技术方案中，所述金属纳米线的直径为30-200nm，长度为5_30 μ m。[0013]在上述技术方案中，所述金属纳米线透明导电薄膜厚度为30_300nm。
[0014]在上述技术方案中，所述透明柔性基底为可溶液加工的塑料。
[0015]在上述技术方案中，所述透明柔性基底为聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚丙烯腈(PAN)。
[0016]在上述技术方案中，所述透明柔性基底的厚度为5-500um。
[0017]在上述技术方案中，所述溶液加工方法为旋涂、滴涂、刮涂、印刷或喷涂中的任意一种。
[0018]在上述技术方案中，所述刚性平面基板为玻璃、石英或半导体。
[0019]本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有以下有益效果:
[0020]本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有良好导电性和可见光透过率。与传统方法制备的金属纳米线柔性透明导电薄膜相比，本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜具有表面平整度高、附着力好等优点，有效地解决了金属纳米线透明导电薄膜的表面粗糙度大及附着力差的问题。本发明的柔性透明导电薄膜具有在薄膜太阳能电池及有机发光二极管等光电器件领域应用的潜质。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是金属纳米线柔性透明导电薄膜的工艺结构示意图。
[0022]图2是对比例I (a)和实施例2 (b)的原子力显微镜高度图。
[0023]图3是实施例1、2、3、4的透过率谱图。其中实施例1、2、3、4分别为浓度为Img/ml (曲线l)、2mg/ml (曲线2)、4mg/ml (曲线3)、6mg/ml (曲线4)的AgNW制备的金属纳米线柔性透明导电薄膜。
[0024]图4是实施例9和对比例II的电流-电压特性曲线，具体的说是分别以实施例2为阴极的聚合物太阳能电池(实施例9)和以对比例I为阴极的聚合物太阳能电池(对比例II)的电流-电压特性曲线。在平面基板上制备的聚合物太阳能电池的结构为阴极/有源层/阳极，其中有源层为窄带隙聚合物PBDTTT-C和[6，6]-苯基471-丁酸甲酯(PC71BM)的混合物PBDTTT-CIPC71BM薄膜，阳极为MoO3Al薄膜。对比例II (曲线I)和实施例9 (曲线2)的器件结构均为 PI/AgNW( 100nm)/PBDTTT-C:PC71BM(质量比为 1:1.5，IOOnm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)。
【具体实施方式】
[0025]本发明的发明思想为:提供一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法，其所涉及的透明导电薄膜的工艺结构如图1所示:
[0026]平面基板100为玻璃、石英、半导体等刚性材料的平面基板。
[0027]金属纳米线层200为溶液加工的金属纳米线薄膜，厚度为30_300nm。
[0028]透明柔性基底层300为可溶液加工的塑料薄膜，厚度为5-500 μ m。
[0029]具体的说，本发明的金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤:
[0030]首先，配制不同浓度的金属纳米线溶液，采用溶液加工方法在平面基板100上制备厚度为30-300nm的金属纳米线层200 ;之后采用溶液加工方法在金属纳米线层200上制备厚度为5-500 μ m的透明柔性基底层300 ;最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。
[0031]上述的平面基板100为玻璃、石英或半导体等刚性材料。
[0032]上述的金属纳米线溶液为Ag、Au或者Cu等金属材料的纳米线分散液,所述金属纳米线的直径为30-200nm，长度为5-30 μ m，溶液浓度为0.l_6mg/ml。
[0033]上述的透明柔性基底层300为P1、PDMS、PAN等可溶液加工的塑料薄膜。
[0034]上述的溶液加工方法为旋涂、滴涂、刮涂、印刷、喷涂等溶液加工方法。
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036]以下是实施例1至9以及对比例I和II的具体说明:
[0037]实施例1:
[0038]采用滴涂方法在平面基板100上制备厚度为60nm的金属纳米线层200，之后采用滴涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为25 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为玻璃基板；金属纳米线层200采用浓度为lmg/ml的银纳米线溶液制备，金属银纳米线的直径为50nm，长度为15 μ m ;透明柔性基底层300为PI基底。
[0039]实施例2:
[0040]采用滴涂方法在平面基板100上制备厚度为IOOnm的金属纳米线层200，之后采用滴涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为25 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为玻璃基板；金属纳米线层200采用浓度为2mg/ml的银纳米线溶液制备，金属银纳米线的直径为50nm，长度为15 μ m ;透明柔性基底层300为PI基底。
[0041]实施例3:
[0042]采用滴涂方法在平面基板100上制备厚度为200nm的金属纳米线层200，之后采用滴涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为25 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为玻璃基板；金属纳米线层200采用浓度为4mg/ml的银纳米线溶液制备，金属银纳米线的直径为50nm，长度为15 μ m ;透明柔性基底层300为PI基底。
[0043]实施例4:
[0044]采用滴涂方法在平面基板100上制备厚度为300nm的金属纳米线层200，之后采用滴涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为25 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为玻璃基板；金属纳米线层200采用浓度为6mg/ml的银纳米线溶液制备，金属银纳米线的直径为50nm，长度为15 μ m ;透明柔性基底层300为PI基底。
[0045]对比例1:[0046]配制浓度为2mg/ml的银纳米线溶液，采用滴涂方法在玻璃基板上制备厚度为25 μ m的PI柔性基底，之后采用滴涂方法在PI柔性基底上制备厚度为IOOnm的银纳米线薄膜，最后将外表面带有金属纳米线的柔性基底从基板上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中银纳米线的直径为50nm，长度为15μπι。
[0047]实施例5:
[0048]采用刮涂方法在平面基板100上制备厚度为30nm的金属纳米线层200，之后采用刮涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为5μπι的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为半导体硅平面基板；金属纳米线层200采用浓度为
0.lmg/ml的金纳米线溶液制备，金属金纳米线的直径为30nm，长度为5μπι ;透明柔性基底层300为PDMS基底。
[0049]实施例6:
[0050]采用喷涂方法在平面基板100上制备厚度为200nm的金属纳米线层200，之后采用喷涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为50 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为半导体硅平面基板；金属纳米线层200采用浓度为0.5mg/ml的金纳米线溶液制备，金属金纳米线的直径为30nm，长度为5 μ m ;透明柔性基底层300为PAN基底。
[0051]实施例7:
[0052]采用印刷方法在平面基板100上制备厚度为150nm的金属纳米线层200，之后采用印刷方法在金属纳米线层200上制备厚度为50 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为石英平面基板；金属纳米线层200采用浓度为lmg/ml的铜纳米线溶液制备，金属铜纳米线的直径为200nm，长度为30 μ m ;透明柔性基底层300为PDMS基底。
[0053]实施例8:
[0054]采用旋涂方法在平面基板100上制备厚度为300nm的金属纳米线层200，之后采用旋涂方法在金属纳米线层200上制备厚度为500 μ m的透明柔性基底层300，最后将表面带有金属纳米线层200的透明柔性基底层300从平面基板100上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。其中平面基板100为石英平面基板；金属纳米线层200采用浓度为3mg/ml的铜纳米线溶液制备，金属铜纳米线的直径为200nm，长度为30 μ m ;透明柔性基底层300为PAN基底。
[0055]实施例9:
[0056]以实施例2为阴极制备结构为PI/AgNW (IOOnm)/PBDTTT-C = PC71BM(质量比为1:1.5, IOOnm) /MoO3(IOnm) /Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池。其中 PBDTTT-C 和 PC71BM共混物采用二氯苯溶解后，添加3%的二碘辛烷继续搅拌I小时，之后利用该溶液旋涂成膜，最后将上述基板放入热蒸发设备中，当真空度达4.0 X 10_4帕斯卡时，在PBDTTT-C: PC71BM薄膜上依次蒸发MoO3和Al薄膜作为阳极。
[0057]对比例II:[0058]以对比例I为阴极制备结构为PI/AgNW (100nm)/PBDTTT-C:PC71BM(质量比为1:1.5, IOOnm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太阳能电池。PBDTTT-C:PC71BM、MoO3 和 Al薄膜的制备过程与实施例9相同。
[0059]表1透明导电薄膜的性能参数对比
【权利要求】
1.一种金属纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 配制金属纳米线溶液，采用溶液加工方法在刚性平面基板上制备一层金属纳米线透明导电薄膜； 然后采用溶液加工方法在金属纳米线薄膜上制备一层透明柔性基底； 最后将表面带有金属纳米线的柔性基底从平面基板上剥离下来形成金属纳米线柔性透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线溶液为Ag、Au或者Cu材料的金属纳米线分散液。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线溶液的浓度为0.l_6mg/ml0
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线的直径为30_200nm,长度为 5-30 μ m。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米线透明导电薄膜厚度为 30_300nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透明柔性基底为可溶液加工的塑料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述透明柔性基底为聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚丙烯腈(PAN)。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述透明柔性基底的厚度为5_500umo
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述溶液加工方法为旋涂、滴涂、刮涂、印刷或喷涂中的任意一种。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述刚性平面基板为玻璃、石英或半导体。
【文档编号】H01L51/48GK103594195SQ201310520795
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28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