專利名稱：金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜是一種重要的光電功能薄膜，被廣泛的應(yīng)用于液晶顯示、有機發(fā)光二極管、觸摸屏、薄膜太陽能電池等光電器件中。由于光電器件的發(fā)展趨勢是高性能、低成本、柔性化及輕量化，因此對其所使用的透明導(dǎo)電薄膜也提出了更高的要求。目前最常用的并且已經(jīng)商業(yè)化的透明導(dǎo)電薄膜是銦錫氧化物(ITO)薄膜，該薄膜具有較高的可見光透過率和較低的電阻率，常被用在有機太陽能電池和有機發(fā)光二極管等光電器件中作為透明電極。然而傳統(tǒng)的ITO薄膜不能滿足未來光電器件低成本柔性化的需求。這主要是由于ITO薄膜較脆，在受力彎曲時面電阻會急劇增大，這就影響了其在柔性器件中的應(yīng)用；另外，由于銦元素稀有，使得ITO的制備成本逐年增加。因此，發(fā)展無銦低成本且耐彎曲的透明導(dǎo)電薄膜將為未來光電器件的發(fā)展起到有益的促進(jìn)作用。目前報道的新型透明導(dǎo)電薄膜主要有導(dǎo)電聚合物、碳納米管、石墨烯、金屬納米線等，其中金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜具有較高的透過率和較低的面電阻，目前最好的金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜可以在實現(xiàn)89%的透過率的同時獲得20 Ω / □的面電阻(NanoRes.2010, 3，564)。然而金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜也存在著表面粗糙度大、附著力低以及環(huán)境穩(wěn)定性差等明顯的缺點，嚴(yán)重限制了其在光電器件中的應(yīng)用。以其作為電極的光電器件不但難以加工制備，而且器件的光電性能和穩(wěn)定性變差。因此開發(fā)表面形貌好、附著力及穩(wěn)定性高的新型金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜具有重要的應(yīng)用價值，將明顯改善基于金屬納米線電極的光電器件的性能，并推動這類透明導(dǎo)電薄膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括以下步驟:將金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液混合，制成金屬納米線和金屬氧化物混合溶液；采用溶液加工方法在剛性或柔性平面基板上制備金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。上述技術(shù)方案中，所述金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的厚度為30_500nmo上述技術(shù)方案中，所述金屬氧化物材料為氧化鈦(TiOx)、氧化鋅(ZnO)、五氧化二釩(V2O5)、三氧化鎢(WO3)或三氧化鑰(MoO3)中的任意一種。
上述技術(shù)方案中，所述金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液中的溶劑為乙醇或者異丙醇。上述技術(shù)方案中，所述金屬氧化物溶液濃度為l_30mg/ml。上述技術(shù)方案中，所述金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu金屬材料的納米線(NW)分散液，其濃度為0.l-5mg/ml ;所述金屬納米線的直徑為30_200nm，長度為5-30 μ m。上述技術(shù)方案中，所述剛性平面基板為玻璃、石英或半導(dǎo)體；所述柔性平面基板為塑料。上述技術(shù)方案中，所述溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂或者印刷溶液加工方法。上述技術(shù)方案中，所述金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液的體積混合比例為1:100-50:1。本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜具有以下有益效果:本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，是將金屬納米線和金屬氧化物混合溶液通過溶液加工方法制備在平面基板上而獲得的具有良好導(dǎo)電性和可見光透過率的一種新型透明導(dǎo)電薄膜。與單獨采用金屬納米線溶液制備的金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜相比，本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜具有表面平整度高、附著力和環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點，有效地解決了金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜的表面粗糙度、附著力及環(huán)境穩(wěn)定性均較差的問題。本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜具有在薄膜太陽能電池及有機發(fā)光二極管等光電器件領(lǐng)域應(yīng)用的潛質(zhì)。


圖1是金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例1、2、3、4和對比例I的透過率譜圖。其中實施例1、2、3、4分別為濃度為 2mg/ml (曲線 l)、4mg/ml (曲線 2)、8mg/ml (曲線 3)、15mg/ml (曲線 4)的 TiOx 和濃度為0.2mg/ml的AgNW以1:1體積比混合后制備的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，對比例I為單層AgNW透明導(dǎo)電薄膜(50nm)(曲線5)。圖3是實施例1、2、3、4和對比例I的可見光(350nm 750nm)平均透過率(曲線I)、面電阻(曲線2)和均方粗糙度(曲線3)隨TiOx濃度的變化曲線。具體的說是分別當(dāng)TiOx濃度為Omg/ml (對比例I )、2mg/ml (實施例l)、4mg/ml (實施例2)、8mg/ml (實施例3)和15mg/ml (實施例4)時，測得的透明導(dǎo)電薄膜的平均透過率、面電阻和均方粗糙度。圖4是實施例2 (曲線I)和對比例I (曲線2)在空氣中放置不同時間后的面電阻變化曲線。圖5是實施例9和對比例II的電流-電壓特性曲線，具體的說是分別以實施例2為陰極的聚合物太陽能電池(實施例9)和以對比例I為陰極的聚合物太陽能電池(對比例II)的電流-電壓特性曲線。在平面基板上制備的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)為陰極/有源層/陽極，其中有源層為聚(3-己基)噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基461-丁酸甲酯(PCBM)的混合物P3HT:PCBM薄膜，陽極為Mo03/A1薄膜。實施例9的器件結(jié)構(gòu)為TiOx = AgNW (IOOnm) /P3HT:PCBM( 質(zhì)量比為 1: l，220nm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)(曲線 1)，對比例 II 的器件結(jié)構(gòu)為 AgNW (50nm)/P3HT:PCBM(質(zhì)量比為 1:1, 220nm) /MoO3 (IOnm) /Al (IOOnm)(曲線 2)。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明思想為:提供一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜材料的制備方法，其所涉及的透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)構(gòu)如圖1所示:平面基板100為玻璃、塑料、石英、半導(dǎo)體等材料的剛性或柔性平面基板。復(fù)合層200為金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液以不同比例混合后制成的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，厚度為30-500nm。上述復(fù)合層200的制備方法為旋涂、滴涂、刮涂、印刷等溶液加工方法。具體的說，本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法:將金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液以不同比例混合后，采用溶液加工方法在平面基板100上制備厚度為30-500nm的復(fù)合層200。金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液的體積混合比例為1:100-50:1，溶劑為乙醇、異丙醇等有機溶劑。上述的平面基板100為玻璃、塑料、石英或半導(dǎo)體等剛性或柔性材料。上述的金屬氧化物溶液濃度為l-30mg/ml。金屬氧化物材料為Ti0x、Zn0、V205、TO3或MoO3等。金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu等金屬材料的納米線(NW)分散液，所述金屬納米線的直徑為30-200nm，長度為5-30 μ m，溶液濃度為0.l_5mg/ml。上述的溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂、印刷等溶液加工方法。為了使本發(fā)明的·目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。以下是實施例1至9以及對比例I和II的具體說明:實施例1:將濃度為2mg/ml的TiOx乙醇溶液和濃度為0.2mg/ml的AgNW乙醇溶液以1:1體積比混合，之后采用溶液旋涂的方法在平面基板100上制備厚度為60nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為玻璃基板；AgNW的直徑為50nm，長度為15 μ m。實施例2:將濃度為4mg/ml的TiOx乙醇溶液和濃度為0.2mg/ml的AgNW乙醇溶液以1:1體積比混合，之后采用溶液旋涂方法在平面基板100上制備厚度為IOOnm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為玻璃基板；AgNW的直徑為50 nm,長度為15 μ m。實施例3:將濃度為8 mg/ml的TiOx乙醇溶液和濃度為0.2 mg/ml的AgNW乙醇溶液以1:1體積比混合，之后采用溶液旋涂方法在平面基板100上制備厚度為150 nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為玻璃基板；AgNW的直徑為50 nm,長度為15 μ m。實施例4:將濃度為15 mg/ml的TiOx乙醇溶液和濃度為0.2 mg/ml的AgNW乙醇溶液以1:1體積比混合，之后采用溶液旋涂方法在平面基板100上制備厚度為220nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為玻璃基板；AgNW的直徑為50 nm,長度為15 μ m。對比例1:采用溶液旋涂方法在玻璃基板上制備厚度為50 nm的AgNW薄膜。其中AgNW的直徑為50 nm，長度為15 μ m。AgNW乙醇溶液的濃度為0.2 mg/ml。實施例5:將濃度為30 mg/ml的ZnO乙醇溶液和濃度為0.5 mg/ml的AgNW乙醇溶液以1:2體積比混合，之后采用滴涂方法在平面基板100上制備厚度為500 nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為石英基板；AgNW的直徑為200 nm，長度為30 μ m。實施例6:將濃度為I mg/ml的V2O5異丙醇溶液和濃度為0.1 mg/ml的AgNW異丙醇溶液以5:1體積比混合，之后采用溶液旋涂的方法在平面基板100上制備厚度為30nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作·為復(fù)合層200。其中該平面基板100為塑料基板;AgNW的直徑為30nm,長度為5 μ m。實施例7:將濃度為10mg/ml的WO3異丙醇溶液和濃度為5mg/ml的AuNW異丙醇溶液以50:1體積比混合，之后采用刮涂方法在平面基板100上制備厚度為200nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為玻璃基板；AuNW的直徑為70nm，長度為 10 μ m。實施例8:將濃度為10mg/ml的MoO3異丙醇溶液和濃度為5mg/ml的CuNW異丙醇溶液以1:100體積比混合，之后采用印刷方法在平面基板100上制備厚度為250nm的金屬納米線和金屬氧化物薄膜，作為復(fù)合層200。其中該平面基板100為半導(dǎo)體硅基板；CuNW的直徑為30nm,長度為 15 μ m。實施例9:以實施例2為陰極制備結(jié)構(gòu)為TiOx = AgNW (IOOnm)/P3HT:PCBM(質(zhì)量比為1: 1，220nm) /MoO3(IOnm) /Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。其中P3HT和PCBM共混物采用氯苯溶解，并利用其溶液旋涂成膜，然后利用熱臺對涂有P3HT:PCBM薄膜的平面玻璃基板進(jìn)行160度10分鐘的退火處理，最后將上述基板放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，當(dāng)真空度達(dá)4.0X 10_4帕斯卡時，在P3HT:PCBM薄膜上依次蒸發(fā)MoO3和Al薄膜作為陽極。對比例II:以對比例I為陰極制備結(jié)構(gòu)為AgNW (50nm)/P3HT:PCBM(質(zhì)量比為l:l，220nm)/MoO3(IOnm)/Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。P3HT:PCBM、MoO3和Al薄膜的制備過程與實施例9相同。表I透明導(dǎo)電薄膜的性能參數(shù)對比
權(quán)利要求
1.一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液混合，制成金屬納米線和金屬氧化物混合溶液；采用溶液加工方法在剛性或柔性平面基板上制備金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的厚度為30-500nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物材料為氧化鈦(TiOx),氧化鋅(ZnO)、五氧化二釩(V2O5)、三氧化鎢(WO3)或三氧化鑰(MoO3)中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液中的溶劑為乙醇或者異丙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物溶液濃度為l_30mg/ml ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線溶液為Ag、Au或者Cu金屬材料的納米線(NW)分散液，其濃度為0.l-5mg/ml ;所述金屬納米線的直徑為30_200nm,長度為 5-30 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述剛性平面基板為玻璃、石英或半導(dǎo)體；所述柔性平面基板為塑料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶液加工方法為旋涂、滴涂、刮涂或者印刷溶液加工方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的制備方法，其特征在于，所述金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液的體積混合比例為1:100-50:1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。其特征在于將金屬納米線溶液和金屬氧化物溶液以不同比例混合制成金屬納米線和金屬氧化物混合溶液，然后采用溶液加工方法在剛性或柔性平面基板上制備金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。與單獨采用金屬納米線溶液制備的金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜相比，本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜具有表面平整度高、附著力和環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點，有效地解決了金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜的表面粗糙度、附著力及環(huán)境穩(wěn)定性均較差的問題。本發(fā)明的金屬納米線和金屬氧化物復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜具有在薄膜太陽能電池及有機發(fā)光二極管等光電器件領(lǐng)域應(yīng)用的潛質(zhì)。
文檔編號H01B5/14GK103236323SQ20131013498
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者郭曉陽, 劉星元 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所