[发明专利]一种具有单层结构的透明导电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有单层结构的透明导电薄膜及其制备方法和应用，其制备包括：将清洗后的基底装入真空磁控溅射设备的真空腔室中，当腔室的真空度为1×10^‑4～7×10^‑4Pa时，充入氩气，并控制总气压为0.16Pa，调整靶材的溅射功率为10～60W，之后开启样品挡板，采用直流磁控溅射法对基底的表面进行沉积，得到所述透明导电薄膜；所述透明导电薄膜由银和金属氧化物组成。本发明通过直接溅射由银和金属氧化物组成的合金靶材或者共溅射银和金属氧化物靶材，制备得到较低厚度下连续且稳定性较好的透明金属导电薄膜，以达到降低结构复杂度，减少材料用量的目的。

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜的制备领域，具体涉及一种具有单层结构的透明导电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前，旨在替代ITO的透明导电薄膜主要包括其他掺杂半导体、导电聚合物、石墨烯、碳纳米管以及金属(包括金属纳米线、金属栅格以及超薄金属薄膜)。

如公开号为US 005786094 A的专利文献公开了一种具有环境稳定性的超薄金属透明导电薄膜。所制备的超薄金属薄膜具有单层结构，主要包括玻璃衬底和金属层。通过使用离子束、电子束、激光束或其组合预先照射衬底，使衬底活化，从而获得较低厚度下连续的超薄金属层。金属层主要采用Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、镧系金属和锕系金属等过渡金属。所述超薄金属薄膜在0.5％氯化钠水溶液喷雾实验和0.1N盐酸浸泡溶液中具有较好稳定性。但该专利文献需要预先使衬底活化才能获得较低厚度下连续的超薄金属层，且未明确阐释所得超薄金属薄膜的阈值厚度。

公开号为WO/2016/130717A1的专利文献公开了一种耐刮擦且具有光滑表面的柔性超薄金属透明导电膜的制备方法。所制备的超薄金属薄膜具有多层结构，主要结构自下而上包括柔性透明衬底以及金属/金属氧化物/金属/金属氧化物……交替层，金属主要为Ag、Cu、Al或以上的组合，厚度为0.5-3nm，金属氧化物主要为Ag、Cu、Al或以上组合暴露于空气中1-60s后形成的氧化物，厚度小于0.05nm。所述超薄金属薄膜的阈值厚度可能小于2nm。该专利文献利用金属氧化物层阻挡底部金属层的扩散与聚集，得到的超薄金属薄膜具有大于两层的结构。

公开号为US 9012044 B2的专利文献公开了一种基于超薄金属层的稳定性较好的透明导电膜。所述透明导电膜具有多层结构，主要结构自下而上包括基底、金属氧化物层、多晶种子层、导电金属或合金层以及顶部的阻挡层。金属氧化物层主要采用SnO₂、ZnO、ZnSnO₃、Zn₂SnO₄、In₂O₃、Bi₂O₃、ITO或其组合，多晶种子层主要采用ZnO、Al₂O₃或其组合，导电金属层或合金层主要是Ag、Au、Cu、Ni、Cr或以上的组合，阻挡层主要是金属氧化物层或聚合物层。该专利文献将金属氧化物作为润湿层，得到的透明导电薄膜具有大于两层的结构。

在这些体系中，超薄金属(＜10nm)透明导电薄膜一般具有多层复合结构，其复合结构设计的出发点一方面是为了通过衬底表面修饰、籽晶层等手段，使金属薄膜的生长模式在较低厚度下实现三维岛状向二维连续的转变，另一方面是为了通过在金属薄膜顶部添加阻挡层或保护层，使金属薄膜在各种使用条件下具有更好的稳定性。