一种低电阻透明导电薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子元器件领域，尤其涉及一种低电阻透明导电薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]透明导电薄膜(TCFs)兼具可透过可见光并且导电性能好的特性，广泛应用于各类平面显示器、LED灯具、触摸屏、光伏电池、智能窗户、EMI屏蔽膜等领域。
[0003]应用最为广泛的透明导电薄膜主要是以氧化铟锡(ITO)作为导电材料在陶瓷、玻璃等硬质衬底材料上制备而成，在光电子器件中应用长达六十多年。但该类透明导电薄膜存在材料成本高、易碎易断、柔软性能差、不易变形等缺陷，不适合作为制备柔性透明导电薄膜材料，极大限制了透明导电薄膜的应用。
[0004]随着显示器、触摸屏、光伏电池等的需求及要求越来越高，传统ITO薄膜已不能适应柔性弯曲应用，及更高的导电性、透光性等需求。
[0005]在对透明导电薄膜及柔性导电薄膜的研究中，纳米银线薄膜由于其高透明度、较低表面电阻、表面平整光滑、柔性好等优点，受到广泛关注及研究。但由于纳米银线薄膜要通过将众多纳米银线进行交叉叠放达到导电功效，存在附着力不好、方阻较高、透过率受纳米银线浓度影响大、雾度值高、易氧化、导电液价格昂贵、前处理工序多等不足，纳米银线薄膜的商业化应用受到极大限制。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种低电阻透明导电薄膜。该低电阻透明导电薄膜为透明底膜/金属网孔薄膜层/透明导电膜层的三叠层薄膜结构，光学透过率高、面电阻低、雾度值低、颜色呈中性，且易于制备于硬质衬底或柔性衬底表面。
[0007]本发明的目的之二是提供上述低电阻透明导电薄膜的制备方法。
[0008]本发明所述低电阻透明导电薄膜，包括:
[0009]具有若干无序孔洞结构的金属网孔薄膜层，所述无序孔洞结构在金属网孔薄膜层中的形状、大小及分布都呈随机状态，且任一单个无序孔洞结构的窄边宽度小于1000纳米、长度小于5000纳米；
[0010]层叠于所述金属薄膜层下表面的透明底膜；
[0011 ] 层叠于所述金属薄膜层上表面的透明导电膜层。
[0012]优选的，所述透明底膜为氧化锌基透明膜层；所述金属网孔薄膜层为银网孔层。
[0013]具体的，所述氧化锌基透明膜层为氧化锌透明膜层(ZnO)、掺铝氧化锌透明膜层(AZO)、掺锡氧化锌透明膜层(ZTO)、掺镓氧化锌透明膜层(GZO)、掺铟氧化锌透明膜层(IZO)或掺铟镓氧化锌透明膜层(IGZO)中的一种。
[0014]为防止纯银的氧化、腐蚀或颗粒化，所述银网孔层可为掺杂有0.5% -5%重量比其它金属组分的银合金，所述其它金属组分为铂、钛、金、铜、铬或镍中的一种；
[0015]或者，可以采取增加阻挡层的方式以防止纯银的氧化、腐蚀或颗粒化，具体的，在所述银网孔层的上表面沉积第一阻挡层；所述第一阻挡层为镍金属层、铬金属层、钛金属层、金金属层、铜金属层、镍铬合金层、镍金属氧化物层、铬金属氧化物层、钛金属氧化物层或铜金属氧化物层中的一种；所述第一阻挡层的厚度为ι-?ο纳米；
[0016]为了更有效地防止纯银的氧化、腐蚀或颗粒化，所述银网孔层的上表面沉积第一阻挡层后，在所述银网孔层的下表面沉积第二阻挡层；所述第二阻挡层为镍金属层、铬金属层、钛金属层、金金属层、铜金属层、镍铬合金层、镍金属氧化物层、铬金属氧化物层、钛金属氧化物层或铜金属氧化物层中的一种；所述第二阻挡层的厚度为ι-?ο纳米。
[0017]优选的，所述透明导电膜层为氧化铟锡膜层(ΙΤ0)、掺铝氧化锌膜层(ΑΖ0)、掺锑氧化锡膜层(ATO)、掺锌氧化铟膜层(IZO)、掺锡氧化锌膜层(ZTO)、氧化钼膜层(MoO3)或氮化钛层(TiN)。
[0018]优选的，所述透明底膜的厚度为10-70纳米；所述金属网孔薄膜层的厚度为5-20纳米；所述透明导电膜层的厚度为10-70纳米。
[0019]所述透明导电膜层覆盖于所述金属网孔薄膜层上表面，并且填充所述金属网孔薄膜层的无序孔洞结构的空腔，使所述透明导电膜层与所述透明底膜连通，可提高低电阻透明导电薄膜的透光率，并使低电阻透明导电薄膜颜色呈中性。
[0020]上述低电阻透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤:
[0021]S1、常温或低温条件下，采用磁控溅射工艺在衬底的表面沉积一层透明底膜；
[0022]S2、在透明底膜表面镀覆一层无序排列的微球层掩膜；
[0023]S3、应用常温磁控溅射工艺在镀覆有微球层掩膜的透明底膜表面沉积一层金属薄膜；
[0024]S4、去除微球层掩膜，得到具有无序孔洞结构的金属网孔薄膜层；
[0025]S5、常温或低温条件下，采用磁控溅射工艺在具有无序孔洞结构的金属网孔薄膜层的表面沉积一层透明导电膜层，即完成所述低电阻透明导电薄膜的制备。
[0026]优选的，步骤SI中所述衬底可根据应用需要，在沉积透明底膜前预先镀覆一层或多层透明光学薄膜，具体可为二氧化硅薄膜、五氧化二铌薄膜、二氧化钛薄膜或氮化硅薄膜。
[0027]优选的，步骤SI中所述透明底膜为氧化锌基透明膜层，具体材料可为氧化锌、掺铝氧化锌、掺锡氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌或掺铟镓氧化锌中的一种。
[0028]优选的，步骤SI中沉积的透明底膜的厚度为10-70纳米，可见光折射率大于1.5。
[0029]优选的，所述透明底膜为氧化锌基透明膜层；所述氧化锌基透明膜层为氧化锌透明膜层、掺铝氧化锌透明膜层、掺锡氧化锌透明膜层、掺镓氧化锌透明膜层、掺铟氧化锌透明膜层或掺铟镓氧化锌透明膜层中的一种。
[0030]具体的，步骤S2中可采用中国发明专利ZL 201110141276.8中所公开的方法在透明底膜表面镀覆微球层掩膜。
[0031]步骤S2中所述微球层掩膜为一层无序排列的单分散的微球。
[0032]微球优选低等电点的微球，具体可为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或二氧化硅微球。所述微球的直径范围为100-1000纳米；所述微球在所述透明底膜表面的表面积覆盖率为10% -40%。
[0033]优选的，所述微球在透明底膜的排列方式为不规则小团簇的无序间隔分布，每个团簇包含1-20个微球，每个团簇的形状、大小不一致，每个团簇的宽度不超过1000纳米，每个团簇的长度不超过5000纳米。
[0034]优选的，步骤S3中所述金属薄膜的厚度为5-20纳米。所述金属薄膜的厚度根据实际需要的面电阻要求来确定，厚度越大，面电阻越小。
[0035]优选的，步骤S3中所述金属薄膜的材料为银；
[0036]更优选的，步骤S3中所述金属薄膜的材料为掺杂有0.5% -5%重量比其它金属组分的银合金，所述其它金属组分为铂、钛、金、铜、铬或镍等中的一种。
[0037]具体的，步骤S4中可采用异丙醇擦拭、纯水超声波清洗或沸腾乙醇清洗的方式去除微球层掩膜。
[0038]优选的，步骤S5中所述透明导电膜层的厚度为10-70纳米，可见光折射率大于
1.5。
[0039]优选的，步骤S5中所述透明导电膜层为氧化铟锡膜层、掺铝氧化锌膜层、掺锑氧化锡膜层、掺锌氧化铟膜层、掺锡氧化锌膜层、氧化钼膜层或氮化钛膜层。
[0040]本发明相对于现有技术具有的优点及效果:
[0041](I)本发明所述低电阻透明导电薄膜为透明底膜/金属网孔薄膜层/透明导电膜层的三叠层薄膜结构，因其金属网孔薄膜层具有独特的无序孔洞结构，使该低电阻透明导电薄膜具有比现有技术中的透明导电膜更好的导电性，面电阻可达到20欧姆/平方以下。
[0042](2)本发明所述低电阻透明导电薄膜的金属网孔薄膜层具有的无序孔洞结构为纳米级孔洞尺度，比无