[发明专利]一种氧化锌掺硅透明导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子导电材料的制作领域，更确切的说，尤其涉及一种用电纺丝的方法制备硅掺杂氧化锌基透明导电膜。

背景技术

透明导电氧化物薄膜因为具有在可见光区透明和电阻率低等优异的光电性能，所以被广泛的应用在各种光电器件中，例如：平面液晶显示器，太阳能电池，节能视窗，汽车、飞机等的挡风玻璃等。目前应用和研究最多的是锡掺In₂O₃(简称ITO)透明导电薄膜，虽然ITO具有良好的导电性和透过率，但In源少，其价格不断上涨，并且制备高性能的ITO膜所采用的真空镀膜技术成本高。氧化锌基透明导电薄膜由于具有成本低廉，无毒，容易掺杂等优势，被认为是最有发展潜力的薄膜材料。目前，掺Al,Ga,In,Zr,B和Mo的氧化锌基透明导电膜已用各种方法制备出。硅由于具有产量大，应用广，价格低廉等优点，同时硅的掺入可使ZnO的价带向低能方向，且使其带隙变宽的优点。因此，用硅掺杂ZnO制备的透明导电膜的性能不仅可以大大提高，而且可以极大的降低原料成本。

国内报道的氧化锌基透明导电膜的制备方法通常为磁控溅射、脉冲激光沉积，溶胶-凝胶和热喷涂法。其中，磁空溅射和脉冲激光沉积具有成膜质量高，可大面积生产的优点，但这种两种方法首先需要制备高精度和高纯度的靶材，并且需要昂贵的真空设备，所以成本高，不利于工业化生产。溶胶-凝胶法和热喷涂法相对于前两种方法不需要昂贵的真空设备，成本较低，并且操作简单，但溶胶-凝胶法制备的透明导电膜通常导电率较低，难以满足实际需求，而热喷涂法在实际生产中，将产生大量的污染性气体，还需要额外拓建一个尾气处理装置。因此，开发一种新型低成本氧化锌基透明导电膜及寻求一种操作简单，成本低且能获得高性能的透明导电膜的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

为了获得性能较好成本低的透明导电材料，本发明提供一种价格低廉的硅掺杂氧化锌基透明导电膜及其制备方法，这种氧化锌掺硅透明导电膜的制备方法，将有机锌盐、有机硅烷、粘合剂及有机溶剂组成的前驱体，通过电纺丝设备喷射到基底上，获得有机/无机复合纳米纤维膜；

以及所述将复合纤维膜置于350℃~1000℃煅烧处理2~4h，获得氧化锌掺硅透明导电膜。

其中，所述有机锌盐和有机硅烷的总质量与所述粘合剂的质量比为1~20:1~10。

其中，所述前驱体的配制方法为：所述前驱体的配制方法为：将有机锌盐、有机硅烷、粘合剂溶于有机溶剂中形成混合体系，同时加入盐酸将所述混合体系调节至溶胶-凝胶状态。

进一步地，所述有机锌盐为醋酸锌。

进一步地，所述有机硅烷为四乙氧基硅烷。

进一步地，所述粘合剂为醇溶性的高分子聚合物、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯或聚醚多元醇中的一种。

进一步地，所述有机溶剂为乙醇，能将上述几种物质相互混合均匀。

所述基底既可以是硬性基底玻璃或石英，也可以是柔性基底聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯（PS）或乙烯-醋酸乙烯的共聚物（EVA）中的一种。

本发明采用电纺丝法，工艺简单成熟，对环境条件要求不苛刻。所述电纺丝设备包括喷丝管，所述喷丝管到基底的距离为5~15cm；所述电纺丝设备的工作电压为10~100KV。

所述煅烧是在马弗炉中进行，控制温度为350℃~1000℃。其中高温退火不仅可以使前驱体形成的复合纤维膜氧化生成ZnO掺杂Si复合纤维膜，而且可以熔化纤维与纤维交联处的节点，从而获得表面更为光滑，膜厚分布更均匀的硅掺杂氧化锌基透明导电膜，可以进一步提高导电膜的导电率。

本发明还提供这种氧化锌掺硅透明导电膜的组成结构，其是由氧化锌及二氧化硅构成的交联的纤维膜，其中，Si元素是以SiO₂形式掺入的，所述二氧化硅所占的质量分数为5%～30%。

有益效果：本发明氧化锌基透明导电膜的制备方法，不需要昂贵的真空设备，材料来源丰富低廉，能大大降低成本；且工艺操作简单方便，污染性气体排放量少，对环境友好。本发明制备的透明导电薄膜性能稳定，能满足实际应用要求，具有广泛应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的制备流程图。

图2为本发明实施例1的氧化基透明导电膜的扫描电镜图。

具体实施方式

本下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。