[发明专利]一种纳米银透明电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明电极材料制备领域，特指一种纳米银透明电极材料及其制备方法。

背景技术

ITO（Indium Tin Oxide)是目前应用最广泛的透明电极材料，应用于薄膜太阳能电池、平板显示，触屏，PDP显示, OLED显示以及电子书等相关技术中。ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡,ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，评价ITO薄膜好坏最关键的两项指标是透光率及导电率，在氧化物导电膜中，以掺Sn的In₂O₃(ITO)膜的透过率最高和导电性能最好,其中透光率达90%以上,导电性可以在透光率为90%的同时，达到10-100ohm/sq。ITO中其透光率和阻值分别由In₂O₃与Sn₂O₃之比例来控制,通常Sn₂O₃:In₂O₃=1:9，ITO透明电极一般采用真空蒸镀工艺制备。但是该材料比较脆，制备温度很高，并且昂贵，主要因其需要在表面生长稀缺的铟。ITO膜较硬，因此不适于需要进行弯折的柔性元件，此外，真空蒸镀工艺不利于形成构图和电路，这就导致如果需要构图就必须采用较为昂贵的光刻工艺来解决。

能够开发一种相对比较廉价的制备透明电极材料的方法，且制备出来的透明电极具有优异的电学、光学及力学性能成为业界一直努力的方向。

近年来，科研工作者提出了采用基于导电高分子、碳纳米管、石墨烯、电纺纳米铜丝、印刷金属网格、纳米银线等导电填料来制备透明电极的方法，这其中大部分方法所制备出来的透明电极材料性能尚不能与金属氧化物透明电极薄膜相媲美，如导电高分子材料PEDOT：PSS，该材料通常导电率都比较低，且光吸收率比氧化物薄膜高出许多，尤其是在可见光波长范围内，且该类材料化学稳定性和环境耐侯性差；再如碳纳米管材料制备出来的透明电极材料其方阻高达1000-5000ohm/sq，大大高于金属氧化物透明电极材料的方阻。而这其中，采用基于银纳米线材料制备的透明电极被证实是这其中性能最为优异的，其在具有90%透光率的同时还可以保持100ohm/sq的电学性能，同时表面平整，耐弯折，附着力好，成为替代氧化物透明电极的首选材料。目前采用基于纳米银线制备透明电极的方法主要是采用移印或转印方法，工艺过程较为繁琐，详见ACS Nano. 2009, 3: 1767–1774，Nano Res. 2010,3:564–573开发出一种更易批量化制备纳米银透明电极的方法成为目前业内关注的主要问题。申请号为200680038150.5的中国专利对纳米银线透明导体的结构及制备方法进行了详细阐述，新近报道的Smooth Nanowire/Polymer Composite Transparent Electrodes （29 APR 2011 DOI: 10.1002/adma.201100566）一文研究发现透明电极表面平整度对制备成薄膜太阳能电池的光电转化效率有着显著影响，所以，评价透明电极材料的好坏不仅要参考透光率及导电性、弯折性，表面平整度成为透明电极材料另外一个非常关键的评价指标。附图2分别列出了申请号为200680038150.5的中国专利（对应于附图2中的A）及Smooth Nanowire/Polymer Composite Transparent Electrodes文献（对应于附图2中的B）所对应的透明电极结构对比示意图，其中黑色部分为纳米银线网络，灰色部分为除了纳米银线以外的包括高分子及基底材料的其他层状结构。从图2中可以看出中国专利200680038150.5所公开的透明电极的表面平整度并不高，虽然Smooth Nanowire/Polymer Composite Transparent Electrodes文献对透明电极表面平整度进行了改进，然而该文章报道的结构中PEDOT：PSS对基底材料没有很好的附着性，表面容易受到损伤而导致整个透明电极的实效。另外，从Smooth Nanowire/Polymer Composite Transparent Electrodes文献可以看出其纳米银线结构网络是通过压印转印到PEDOT：PSS上面的，表面仍然不够平整。如何在保证纳米银导电网络层与基底材料具有良好附着力的同时，进一步提高透明电极的表面平整度成为关键。

发明内容