[发明专利]基于溶液法/印刷涂布工艺的透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子器件材料，具体涉及一种基于溶液法/印刷涂布工艺的透明导电薄膜及其制备方法，属于有机电子技术领域。

背景技术

透明导电薄膜作为一种既透明又导电的双重功能材料，已经被广泛应用于电子信息产业的各个领域。透明导电薄膜的一般要求是方块电阻尽可能的低、可见光范围内的光透过率尽可能的高，同时作为一种商品，生产成本也是越低越好。

在现有的商业化透明导电膜中，铟锡氧化物(ITO)薄膜由于其良好的透光性和高导电性，已经广泛应用于液晶面板、触摸屏、电子纸以及太阳能电池等产品领域中。然而，ITO薄膜由于其生产条件要求真空环境，采用溅射或者原子沉积方式制备工艺，因此生产成本比较高。在应用方面，尽管ITO薄膜在玻璃等硬性衬底材料上的性能优越，然而在塑料等柔性衬底材料上的性能却大大降低，并且柔韧性也比较差，这使得ITO薄膜在新兴的柔性电子器件领域的应用受到了限制。除此之外，铟原材料价格的上涨也使得ITO薄膜不适用于成本要求低廉的电子产品。

导电高分子材料由于其具有导电性和对可见光的高透性，同时可采用低成本的湿法工艺(如旋涂、印刷涂布等)制作，因此能够被制作成透明导电薄膜来替代ITO薄膜作为电子产品上的透明电极以降低生产成本，导电高分子材料作为一种可人工合成的材料，在材料来源方面又非常有优势。然而，相比ITO材料来说，导电高分子材料的导电性较低，一般透光性高的导电高分子膜方块电阻都比较大，而如果要获得较低的方块电阻，则需要增加膜的厚度，这将导致导电高分子膜透光性的降低，因而导电高分子薄膜一般应用于对导电性要求不高的领域。

发明内容

本发明的目的在于针对现有透明导电高分子薄膜的上述不足之处，提供一种基于溶液法/印刷涂布工艺的透明导电薄膜，通过导入一层金属栅结构，使其形成导电高分子膜/金属栅/导电高分子膜的堆叠型结构，从而有效地降低整个导电膜层的方块电阻，同时通过将导电高分子层覆盖于金属栅层上，使之与空气隔绝，达到防止因金属氧化而导致方块电阻增大的效果。本发明的目的还在于提供相应的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于溶液法/印刷涂布工艺的透明导电薄膜，包括透明基材层以及覆盖于该透明基材层上的导电层，该导电层包括由内至外依次叠加涂布的第一导电高分子膜层、金属栅层和第二导电高分子膜层。

所述透明基材层的选材为透明材料：玻璃、PET或PEN。

所述导电层的厚度为80nm～200nm。

构成所述第一导电高分子膜层和第二导电高分子膜层的导电高分子材料为聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐。

所述第一导电高分子膜层和第二导电高分子膜层中含有有机材料：甘油、山梨糖醇、乙二醇、二甲基亚砜、二甘醇、四氢呋喃或二甲基甲酰胺，或者其中部分的组合。

所述金属栅层的形貌为线状、网状或回旋状。

所述金属栅层的栅线的高度为30nm～200nm，栅线的宽度为60μm～200μm，栅线之间的距离为400μm～3mm。

构成所述金属栅层的金属为金、银、铜、铁、锡、铂或者铝。

本发明的另一技术方案为：

一种用于上述的基于溶液法/印刷涂布工艺的透明导电薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

(1)对基板材料进行包括表面清洁和烘干的预处理，作为透明基材层；

(2)在透明基材层上面涂布导电高分子材料溶液，退火后干燥成膜，形成第一导电高分子膜层；

(3)在第一导电高分子膜层上面，采用喷墨打印的方式将导电墨水印刷涂布成预定的形貌，退火干燥后形成金属栅层；

(4)在金属栅层上面涂布导电高分子材料溶液，退火后干燥成膜，形成第二导电高分子膜层。

所述导电高分子材料溶液由导电高分子材料水性溶液与有机材料溶液混合而成，该有机材料溶液的体积占全部溶液体积的2％～10％。

制备所述导电高分子材料水性溶液的导电高分子材料的导电性大于300S/cm。

所述导电高分子材料水性溶液为聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐水性溶液，所述有机材料溶液为甘油、山梨糖醇、乙二醇、二甲基亚砜、二甘醇、四氢呋喃或二甲基甲酰胺的溶液，或者其中部分的组合的溶液。

所述步骤(3)中，金属栅层的退火温度为120℃～190℃。

所述导电墨水为金属纳米颗粒与有机溶剂的混合溶液。

所述金属纳米颗粒的直径小于10nm。

构成所述金属纳米颗粒的金属的电阻率小于100μΩ·cm。