[发明专利]一种等离子体轰击制备金属网络透明导电电极的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜电极技术领域，具体涉及一种低成本等离子体轰击制备金属网络透明导电电极的方法。

背景技术

透明导电电极(Transparent conductive electrodes,TCEs)，一般来说是指对波长范围在380～800nm之间的可见光的透射率大于80％，且电极电阻率低于10^-3Ω·cm的薄膜电极。因其同时具有优良的光透过率和良好的导电性而被广泛应用于光电器件中，例如太阳能电池、触摸屏显示器、有机发光二极管(OLED)、电子纸等。

透明导电电极的种类有很多，根据导电材料的不同，主要分为：氧化物半导体电极(Transparent conductive oxide,TCO)、金属薄膜金属线电极、导电高聚物电极，碳材料电极等。目前市场上透明导电氧化物电极占主导地位，其中，氧化铟锡(Indium Tin oxide,ITO)薄膜和氧化锌铝(Al-doped ZnO，AZO)薄膜因其具有优良的电学和光学性能，是被广泛应用。特别是ITO，在可见光区具有较高的光透过率和较低的电阻率，在过去50年来一直是透明导电电极研究和应用的热点。然而金属氧化物用作电极存在本身导电性有限，质脆易碎，不易变形等缺点，同时原料In资源日益稀缺，价格昂贵，规模扩大存在困难，同时难以满足日益增长的新一代柔性光电器件的要求，因此急需寻找一种能够替代ITO，光电性能优良且具有机械柔性的透明导电薄膜电极。

近年来各种新型柔性薄膜电极材料和结构的研究发展迅速，其中一个新领域是新材料与纳米结构化薄膜电极。例如高聚物导电薄膜，碳纳米管膜，石墨烯膜，以及纳米金属线膜。导电高分子薄膜质量轻、绿色环保，且天然具有大规模合成生产的优势，但由于加工性差，稳定性较低，普适性较差；石墨烯薄膜本身特殊的形貌而具有很好的柔性，同时也具有很好的载流子迁移率，但量产技术尚未成熟；碳纳米管薄膜需要较大长径比，碳管的均匀分散较差，碳管之间的欧姆电阻较高。相比之下，纳米金属线膜性能优异，发展迅速。透明导电薄膜除了优良的导电性，还需要优良的光透射率，光电导率之比(σDC/σopt,σDC决定电极面电阻，σopt决定薄膜光透过率)很好的描述透明导电薄膜的光电性能。研究表明：一般碳纳米管光电导率之比为6-14，石墨烯为～70，ITO为120-200，而纳米金属线膜具有215-20000。

由此可以看出纳米金属线膜具有出色的导电性和光透射率，且工艺可控性强，稳定性高，进而引起了广泛的研究，而纳米银线又是其中翘楚。银是电良导体，导电性好，因而纳米银线用作电极材料可以降低能耗(相对于氧化物薄膜电极)。同时纳米银线的粒径小于可见光入射波长时，金属纳米结构的等离子效应增强光透射率，使电极具有很好的光电性能，有利于提高电池器件的效率。并且纳米银线电极适合柔性衬底等生产。因而纳米银线电极将成为现在ITO透明导电电极的有利替代者，受到国内外广泛的关注。

纳米银线用作电极主要包括两种方式，一是使用规则的微纳米银导电栅线，即在衬底表面通过丝网印刷、光刻或者纳米压印等卷对卷技术获得规则微纳米尺度栅线，卷对卷技术是指挠性覆铜板通过成卷连续的方式进行柔性材料制作的工艺技术。采用Roll-to-Roll生产工艺，可提高生产率以及自动化程度。其明显地减少了人为操作、管理因素、受环境条件(温度、湿度洁净度等)的影响，具有更均匀一致而稳定的尺寸偏差，易于进行修正和补偿，具有更高的产品合格率、质量和可靠性。二是，液相法大面积制备随机纳米银线薄膜电极。其大规模生产或者使用贵重设备，投入巨大，贵金属浪费严重，同时电损耗较大，市场竞争力极低；或者工艺过程中需要进行高温长时间保温，损耗严重，安全性存在隐患，经济性也相对较低。因此，对于金属网络透明电极，亟需一种新颖的制备方案，在满足其性能需求的基础上，做到投入低、生产过程安全、市场竞争力强，以实现其大规模生产，满足社会的普适性应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本等离子体轰击制备金属网络透明导电电极的方法，该方法能显著降低电极的生产投入、简化生产工艺流程，具有广泛的可调性，可广泛适应多种器件的特定需求，并且机械和环境稳定性好，适合工业化制备。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种低成本等离子体轰击制备金属网络透明导电电极的方法，包括以下步骤：

(1)衬底涂布光刻胶选择清洁透明衬底，涂布光刻胶，并控制光刻胶的厚度；

(2)光刻胶固定对衬底加热保温后进行紫外曝光处理，将光刻胶固化，形成光刻胶薄膜；