[发明专利]一种高性能精细化透明导电电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电器件领域，更具体地，涉及一种高性能精细化透明导电电极的制备方法。

背景技术

随着对光电器件集成度与柔性化需求的日益增加，透明导电电极的优劣也成为了显示照明、智能传感与触控元件等新型器件性能的关键因素之一。在现有技术下，相比于广泛使用的掺锡氧化铟(ITO)透明导电电极材料本身的资源短缺、毒性以及固有的陶瓷脆性等因素；采用一维导电纳米线搭建起来的逾渗导电网络具备快速低温大面积的制备工艺优势，具有媲美ITO透明导电电极的性能，并兼具良好的柔性，从而在相关领域可以取代ITO薄膜，成为发展新型柔性光电器件的关键技术，对推动光电器件的更新换代具有重要的意义。

特别是，我们采用了一种非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，可以实现在低温下快速大面积制备有序纳米线导电网络，相比于无序导电网络具有更优的性能。另一方面，作为高像素显示、智能传感与触控元件等新型光电器件核心组件之一，高性能精细化的透明导电电极是迈向工业化应用的关键技术之一。这些器件均要求导电线路的尺寸达到几百纳米到百微米量级宽度，同时要求其具有非常好的导电与透光能力。在有序排列的高性能大面积透明电极基础上，我们提出了应用标准光刻工艺或激光烧蚀技术进行高性能精细化透明导电电极的制备。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高性能精细化透明导电电极的制备方法，旨在解决金属纳米线透明导电电极用于大尺寸高像素显示与触控领域对精细化透明导电电极低方阻、高均匀性要求的问题。

本发明提供了一种高性能精细化透明导电电极的制备方法，包括下述步骤：

(1)通过非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法获得单方向有序排列的金属纳米线阵列，并在与阵列垂直的方向采用所述非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，获得垂直方向有序排列的金属纳米线阵列，组成的垂直交叉结构构成了金属纳米线透明导电网络；

(2)对金属纳米线透明导电网络进行精细化刻蚀，并选择与有序排布的金属纳米线平行的方向作为刻蚀方向，刻蚀后获得具有精细结构的透明导电电极。

具体地，可以通过非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，可以避免金属纳米线承受外力而被折断变形，同时可以获得大面积单方向有序排列的金属纳米线阵列，并在与阵列垂直的方向采用所述非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，获得垂直方向有序排列的金属纳米线阵列，组成的垂直交叉结构构成金属纳米线透明导电网络；其中，在非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法中，需要保证目标衬底的洁净性与亲水性，控制金属纳米线墨水的浓度与粘度，以及刮刀与目标的距离，从而获得均匀涂覆的金属纳米线网络。对上述金属纳米线透明导电网络进行精细化刻蚀，并选择与有序排布的金属纳米线平行的方向作为刻蚀方向，刻蚀后获得具有精细结构的透明导电电极。

更进一步地，在步骤(1)中，通过采用非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，降低了金属纳米线的团聚现象，获得了更均匀的金属纳米线网络。

更进一步地，在步骤(1)中，导电纳米材料为银纳米线、铜纳米线、合金纳米线或者其复合材料。

更进一步地，在步骤(1)中，所述金属纳米线透明导电网络的方阻为5Ω/sq～100Ω/sq。

更进一步地，在步骤(2)中，采用标准光刻工艺或激光直写刻蚀工艺对所述金属纳米线透明导电网络进行刻蚀。其中，采用标准光刻工艺的工艺条件在超净间室中进行，环境湿度为25％～40％以及环境温度在10℃～25℃为最佳，在均匀涂覆金属纳米线的目标衬底上涂覆光刻胶，然后经历75℃～95℃前烘、冷却至10℃～25℃、在紫外光刻机下曝光10s～60s、显影5s～60s、75℃～95℃后烘以及除胶。

采用激光直写刻蚀工艺的工艺条件在超净间室、环境湿度为25％～40％以及环境温度在10℃～25℃下使用纳秒、皮秒或飞秒激光器和工艺参数为采用355纳米、脉宽25纳秒、重复频率为100kHz、10微米光斑的Nd:YVO4激光器，刻蚀功率为0.5瓦～5瓦，3D平台移动速率为10mm/s～1000mm/s。

更进一步地，在步骤(2)中，采用纳秒激光脉冲、皮秒激光脉冲以及飞秒激光脉冲作为光源进行刻蚀，从而控制线条刻蚀边缘的平滑性及刻蚀的速率。

更进一步地，在步骤(2)中，激光脉冲的激光功率小于50mJ/cm²；从而防止激光能量过高对于非刻蚀区的热影响。

更进一步地，在步骤(2)之后还包括步骤(3)，对不同宽度和厚度的所述透明导电电极进行电学性能测试。