一种基于3d打印技术制备透明导电电极的方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）提供一3D打印装置，所述的3D打印装置包括溶胶生成腔、3D打印头和激光打印头，所述溶胶生成腔包括溶胶生成腔体和搅拌棒；2）建模，利用电脑建模软件设计透明导电电极的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械指令；3）配置溶胶，将无机金属化合物或者有机金属化合物A及有机溶剂B依次加入到溶胶生成腔中，生成用于制备透明导电电极的溶胶；4）利用3D打印装置打印透明导电电极。本发明有效简化现有技术制备透明导电电极的繁琐工艺，提高透明导电电极的优品率及精度，降低制作成本。
【专利说明】—种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透明导电电极的制造领域，尤其涉及一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法。
【背景技术】
[0002]透明导电电极被广泛应用于平板显示、微小显示器、太阳能电池及光探测器等领域，是光电器件的关键组件。目前，常用的透明导电电极包括=In2O3薄膜及其掺杂体系、SnO2膜及其掺杂体系、SnO薄膜及其掺杂体系及Cd2O4薄膜体系等。
[0003]制备透明导电电极的主要方法为真空物理法和化学方法。其中，真空物理法主要是指磁控溅射法，该方法可以制备致密均匀、物理附着性好的透明导电膜，但是对仪器设备及生长环境要求高。而化学方法主要为溶胶-凝胶法，该方法的优点是生产设备简单，易实现多组元的均匀掺杂，但是，导电膜与基片间物理附着性差且高温处理使得透明导电电极的基片受到限制。而对于图形化透明导电电极的制备，需进行繁琐的刻蚀、显影等工艺处理。
[0004]采用基于溶胶法的3D打印技术制备透明导电电极具有一次成型、工艺步骤简单、物理附着性好、精密度高等优点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，结合了 3D打印的优势，提供一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法。
[0006]本发明的技术方案在于:
一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)提供一3D打印装置，所述的3D打印装置包括溶胶生成腔、3D打印头和激光打印头，所述溶胶生成腔包括溶胶生成腔体和搅拌棒；
2)建模，利用电脑建模软件设计透明导电电极的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械指令，从而控制3D打印头和激光打印头的运动路径数据，并控制激光打印头的时间；
3)配置溶胶，将无机金属化合物或者有机金属化合物A及有机溶剂B依次加入到溶胶生成腔中，并用腔中的搅拌棒搅拌均匀，生成用于制备透明导电电极的溶胶；
4)利用3D打印装置打印透明导电电极，使溶胶从3D打印头中喷出在透明导电电极的基片上，随后用激光打印头照射喷出在基片上的溶胶，使其迅速脱水形成透明导电电极的金属氧化物，从而生成透明导电电极。
[0007]其中，所述无机金属化合物或者有机金属化合物A是一种金属化合物或为包括用于掺杂的金属化合物；所述的无机金属化合物具体为硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、氟化盐及其他无机盐，所述的有机盐具体为羧酸盐、醇盐、炔盐及其他有机盐，所述金属化合物的浓度为 0.05 mol/L-1 mol/L。
[0008]所述的有机溶剂B能与A中金属离子配位并发生水解反应。
[0009]所述的3D打印头及激光打印头是单个打印头、线状打印头、面状打印头或者阵列式打印头，所述打印头的运动路径依据所需透明导电电极的形状而定。通过软件控制打印头的上下左右移动，打印出合适厚度和形状的透明导电电极。
[0010]所述的透明导电电极是二氧化锡及其掺杂薄膜、三氧化二铟及其掺杂薄膜、氧化锌及其掺杂薄膜、硫酸镉及其掺杂薄膜或者其他金属氧化物及其掺杂薄膜，所述掺杂薄膜的摩尔比为1000:1-2:1。
[0011]本发明的优点在于:
本发明有效简化现有技术制备透明导电电极的繁琐工艺，提高透明导电电极的优品率及精度，降低制作成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为采用3D打印技术制备ITO透明导电电极的示意图。
[0013]图2为3D打印装置示意图。
【具体实施方式】
[0014]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，结合附图作详细说明如下。
[0015]以下将通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
[0016]本发明涉及一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，包括以下步骤:
1)提供一3D打印装置，所述的3D打印装置包括溶胶生成腔、3D打印头和激光打印头，所述溶胶生成腔包括溶胶生成腔体和搅拌棒；
2)建模，利用电脑建模软件设计透明导电电极的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械指令，从而控制3D打印头和激光打印头的运动路径数据，并控制激光打印头的时间；
3)配置溶胶，将无机金属化合物或者有机金属化合物A及有机溶剂B依次加入到溶胶生成腔中，并用腔中的搅拌棒搅拌均匀，生成用于制备透明导电电极的溶胶；
4)利用3D打印装置打印透明导电电极，使溶胶从3D打印头中喷出在透明导电电极的基片上，随后用激光打印头照射喷出在基片上的溶胶，使其迅速脱水形成透明导电电极的金属氧化物，从而生成透明导电电极。
[0017]上述无机金属化合物或者有机金属化合物A是一种金属化合物或为包括用于掺杂的金属化合物；所述的无机金属化合物具体为硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、氟化盐及其他无机盐，所述的有机盐具体为羧酸盐、醇盐、炔盐及其他有机盐，所述金属化合物的浓度为0.05 mol/L-1 mol/L。
[0018]上述的有机溶剂B能与A中金属离子配位并发生水解反应。
[0019]上述的3D打印头及激光打印头是单个打印头、线状打印头、面状打印头或者阵列式打印头，所述打印头的运动路径依据所需透明导电电极的形状而定。通过软件控制打印头的上下左右移动，打印出合适厚度和形状的透明导电电极。
[0020]所述的透明导电电极是二氧化锡及其掺杂薄膜、三氧化二铟及其掺杂薄膜、氧化锌及其掺杂薄膜、硫酸镉及其掺杂薄膜或者其他金属氧化物及其掺杂薄膜，所述掺杂薄膜的摩尔比为1000:1-2:1。
实施例
[0021]参阅图1和图2。该实施例以3D打印技术制备锡掺杂的氧化铟透明导电电极，即氧化铟锡(ITO)透明导电电极为例加以说明。
[0022]所述的ITO透明导电电极包括11玻璃基片和21IT0薄膜。所述的3D打印装置包括31溶胶生成腔、323D打印头和33激光打印头，具体的31溶胶生成腔包括31a溶胶生成腔体和31b搅拌棒。
[0023]所述用于生成ITO薄膜的溶胶的具体配置方法是:将氯化铟、氯化锡和乙醇按比例加入到31a溶胶生成腔体中，然后用溶胶腔内的31b搅拌棒将溶液搅拌均匀，生成溶胶。其特征在于:氯化铟的摩尔浓度为0.15mol/L，氯化铟与氯化锡的浓度比为9:1。
[0024]本发明是通过以下步骤来实现的:
I)建模
利用电脑软件设计ITO透明导电电极的模型，包括ITO薄膜的图形、宽度、
厚度及长度等，并设置软件参数作为控制3D打印装置的机械指令，从而从而控制323D打印头和33激光打印头的运动路径数据，并控制激光打印头的时间。
[0025]2)配置溶胶
将氯化铟、氯化锡及乙醇加入到31a溶胶生成腔体中，用31a溶胶腔体内的31b搅拌棒将溶液搅拌均匀，生成溶胶。其特征在于:氯化铟的摩尔浓度为0.15mol/L,氯化铟与氯化锡的浓度比为9:1。
[0026]3)利用3D打印装置打印ITO透明导电电极
控制溶胶从323D打印头中喷出在11玻璃基片上，随后使特定波长和强度的激光从33激光打印头发射出来，照射11玻璃基片上的溶胶，使其迅速脱水生成锡掺杂的氧化铟薄膜，即ITO薄膜。
[0027]所述的323D打印头及33激光打印头可以是单个打印头、线状打印头、面状打印头或者阵列式打印头，所述打印头的运动路径由软件控制。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)提供一3D打印装置，所述的3D打印装置包括溶胶生成腔、3D打印头和激光打印头，所述溶胶生成腔包括溶胶生成腔体和搅拌棒； 2)建模，利用电脑建模软件设计透明导电电极的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械指令，从而控制3D打印头和激光打印头的运动路径数据，并控制激光打印头的时间； 3)配置溶胶，将无机金属化合物或者有机金属化合物A及有机溶剂B依次加入到溶胶生成腔中，并用腔中的搅拌棒搅拌均匀，生成用于制备透明导电电极的溶胶； 4)利用3D打印装置打印透明导电电极，使溶胶从3D打印头中喷出在透明导电电极的基片上，随后用激光打印头照射喷出在基片上的溶胶，使其迅速脱水形成透明导电电极的金属氧化物，从而生成透明导电电极。
2.根据权利要求1所述一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，所述无机金属化合物或者有机金属化合物A是一种金属化合物或为包括用于掺杂的金属化合物；所述的无机金属化合物具体为硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、氟化盐及其他无机盐，所述的有机盐具体为羧酸盐、醇盐、炔盐及其他有机盐，所述金属化合物的浓度为0.05 mo I/L-lmol/L0
3.根据权利要求1所述一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，所述的有机溶剂B能与A中金属离子配位并发生水解反应。
4.根据权利要求1所述一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，所述的3D打印头及激光打印头是单个打印头、线状打印头、面状打印头或者阵列式打印头，所述打印头的运动路径依据所需透明导电电极的形状而定； 通过软件控制打印头的上下左右移动，打印出合适厚度和形状的透明导电电极。
5.根据权利要求2所述一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法，其特征在于，所述的透明导电电极是二氧化锡及其掺杂薄膜、三氧化二铟及其掺杂薄膜、氧化锌及其掺杂薄膜、硫酸镉及其掺杂薄膜或者其他金属氧化物及其掺杂薄膜，所述掺杂薄膜的摩尔比为 1000:1-2:lo
【文档编号】H01B13/00GK104409171SQ201410237606
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年5月31日 优先权日:2014年5月31日
【发明者】叶芸, 郭太良, 胡利勤, 胡海龙, 刘玉会, 陈丽雯 申请人:福州大学