[发明专利]有机铝墨水及铝电极制备方法

说明书

【技术领域】

本发明数据印刷电子领域，特别涉及一种有机铝墨水，及其用于制作导电电极的方法。

【背景技术】

导电电极是光电子器件的不可或缺组成部分，通常为金属、导电氧化物或导电碳材料。这类导电电极的制备通常采用掩模板真空热沉积金属电极、磁控溅射等手段制备ITO（氧化铟锡）电极等。印刷法也是电极制备的重要手段，如早期碳浆、银浆、金与铂浆料的丝网印刷等。

印刷电子技术的兴起使得采用印刷工艺制备光电子器件成为当前研究领域的热点。全印刷工艺可以实现大面积、低成本生产器件，并克服传统器件工艺中的光刻、真空蒸镀等过程而倍受产业界关注。

近期印刷电子技术的发展进一步推进了导电电极向着精密印刷工艺发展，包括结合喷墨打印、丝网印刷、凹版印刷等工艺与新型碳纳米管墨水、银墨水、铜墨水、石墨烯等墨水技术取得了很大进步。这些新型墨水制备导电电极的另一共同特征是加工或烧结温度均较低，可以在PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PC（聚碳酸酯）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）等塑料基底及柔性器件所能承受的温度范围内形成导电材料，因而可与柔性印刷器件工艺兼容。

PET、PC、PEN等塑料基底及柔性器件所能承受的温度一般为150℃以下。从目前来看，能适用于印刷工艺配成墨水且烧结温度低于150℃导电材料非常有限，主要是纳米颗粒银墨水，化合物型银墨水、石墨烯墨水，碳纳米管墨水等，远少于传统电极材料的种类，且部分墨水印出的电极在导电性能上也远低于传统电极性能。

此外，纳米银导电墨水存在的高成本问题，目前寻求低成本的高导电墨水材料以应于印刷制备RFID（射频识别，radio frequency identification devices）天线等柔性电路版方面的也是当前急需解决的问题。

更重要的是，材料种类的不足使得全印刷器件产生诸多问题，如印刷二极管、有机发光二极管、有机太阳能电池均需用到低功函的金属铝，以满足电子的高效注入或接收从而提高器件性能。

目前铝电极大多采用真空蒸镀方法制备，可印刷铝电极只有纳米颗粒铝墨水的报道，其烧结温度远超过上述器件及塑料基底的承受温度，因而无法用于印刷柔性器件的制作。

最近，有报道一种使用有机铝墨水，通过溶液图章法（solution-stamping）制备高导电铝电极的方法，该方法可以在较低的温度（150℃或更低）制备铝电极。所报道的方法中，使用OAlH₃(C₄H₉)₂作为铝前驱体，并在温和加热的条件下使铝前体在基底上与异丙醇钛催化剂接触，催化分解形成高导电的Al膜。

然而，上述铝电极制备方法还存在一些问题：首先，该制备方法所需的温度仍较高，仍需要在约150℃才能获得高品质的铝电极；其次，该制备方法中使用的铝前体性能不够稳定，用其制作的墨水在存放72小时以后，逐渐出现灰色沉淀，对印刷工艺有严重影响，特别是堵塞喷墨打印喷头。

因此，还需要一种性能更稳定、烧结温度低、能制备高品质铝膜电极，且适于喷墨打印的铝墨水。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种性能稳定、烧结温度低的有机铝墨水组合物，以及由其制备高品质铝电极的方法。

为此，本发明另一方面提供一种有机铝墨水，包括：0.1-10%（重量）的有机铝化合物，所述有机铝化合物为醚化合物与氢化铝的络合物；88-99.89%（重量）的沸点低于150℃的有机溶剂，所述有机溶剂不与所述有机铝化合物反应；以及0.01-2%（重量）的表面活性剂，所述表面活性剂不与所述有机铝化合物反应。

所述醚化合物可以选自乙醚、丙醚、异丙醚、甲乙醚、正丁醚，四氢呋喃，或它们的任意组合，并且优选为乙醚。

所述有机溶剂可以选自甲苯、苯、乙醚、丙醚、异丙醚、甲乙醚、正丁醚、四氢呋喃，或它们的任意组合。

所述表面活性剂可以选自乙二醇、矿物油，或它们的任意组合。

本发明另一方面提供一种铝电极制备方法，包括：使本发明的的有机铝墨水组合物在衬底上与催化剂接触，再于40℃至120℃的温度烧结20秒至5分钟，其中，所述催化剂选自TiCl₄、ZrCl₄、NbCl₅、VOCl₃、VOCl₂、VCl₄、TiBr₄，或它们的任意组合。