[发明专利]一种溶胶-凝胶法直接制备柔性透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，尤其是透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

由于有机柔性衬底不耐高温，因此给薄膜的沉积带来较大的难度。沉积材料的附 着晶化一般要高于300℃，而一般的有机衬底在130℃左右即开始变形从而不利于成 膜；另外，当衬底温度太低时，沉积上去的原子团没有足够的能量迁移、结晶，就会 增加薄膜中的缺陷，从而使获得的薄膜晶粒尺寸偏小、电阻率偏大、可见光透过率不 高等；此外，有机衬底与透明导电膜的晶格匹配不如玻璃衬底，薄膜不宜附着，尤其 当衬底温度较低时，膜与衬底键合很弱，薄膜容易脱落或根本无法成膜。同时，由于 有机衬底的表面平整度较差，必然造成沉积的薄膜厚度不均匀，这些特点使在有机衬 底上制备的透明导电膜的电阻率较大，这些都是需要解决的问题。为提高薄膜质量， 前人的方法主要分两种：一是采用物理方法制备柔性薄膜，如采用磁控溅射方法，但 这种方法设备昂贵，需要真空环境，不利于大规模成膜；二是在溶胶-凝胶法制膜后通 过紫外光照等方法进行二次处理，但工艺较为繁琐。因此，探索更为简便的低温成膜 技术、研究低温制备的柔性透明导电薄膜性能的调控工艺是柔性显示器件产业化的关 键。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明将以柔性透明导电薄膜的低温制备及其电学性 质研究为重点，利用溶胶-凝胶法探索直接制备柔性透明导电薄膜的方法及其电学性能 调控工艺。

本发明提供了一种采用溶胶-凝胶法直接制备铝掺杂氧化锌柔性导电薄膜的方法， 在保证柔性透明导电薄膜透过率的基础上，实现低温制备柔性透明导电薄膜，并通过 低温退火处理调控柔性透明导电薄膜的电学性能。本发明确定溶胶-凝胶法制备柔性透 明导电薄膜的制备工艺，预烧温度及退火工艺，通过选择不同衬底厚度及退火条件实 现透明导电薄膜电学性能的优化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案所包含的步骤如下：

(1)制备溶胶

Al掺杂原子比例为1％的Al-ZnO溶胶的制备：其中锌源为乙酸锌，掺杂源为硝酸铝， 溶剂为乙二醇甲醚，稳定剂为乙醇胺，硝酸铝与乙酸锌的摩尔比为1：99，乙醇胺与金 属原子的摩尔比为1:1，按照溶胶浓度为0.75mol/L进行配比，将乙酸锌、硝酸铝按照摩 尔比1：99溶于溶剂乙二醇甲醚中，加入稳定剂乙醇胺，将混合溶液于60℃水浴下搅 拌1h，得到透明澄清液体，进行定容后再继续搅拌2h，最后在室温下陈化24h，得到稳 定透明的Al-ZnO的溶胶；

(2)清洗衬底

将厚度分别为0.025mm，0.050mm，0.075mm，0.125mm的聚酰亚胺(PI)柔性衬 底依次用质量分数为10％的稀盐酸、去离子水、质量分数为10％的氢氧化钠溶液、去 离子水各自漂洗半小时，除去表面的油脂和污物，并将洗好的聚酰亚胺柔性衬底放入 去离子水中以备用；

(3)清洗玻璃基板

①将玻璃基板用主要成分为烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、泡沫剂的洗涤剂和自 来水浸泡2h后，电磁波超声清洗10min，再用去离子水冲净；

②将玻璃基板用去离子水浸泡1h电磁波超声清洗10min；

③将玻璃基板用质量分数为37％的盐酸和去离子水体积比为1:6的溶液浸泡1h电 磁超声清洗10min；

④将玻璃基板用丙酮浸泡1h电磁波超声清洗10min；

⑤将玻璃基板用无水乙醇浸泡1h电磁波超声清洗10min，然后将洗净的玻璃基板 存放在无水乙醇中以备使用；

(4)镀制薄膜

将步骤(2)中清洗后的聚酰亚胺(PI)柔性衬底100℃烘干后用酒精吸附在步骤 (3)中清洗干净的玻璃基板上，采用旋涂法将步骤(1)中所制溶胶以3000r/s的速度 旋涂到聚酰亚胺(PI)柔性衬底上，得到一层平均厚度为25nm的凝胶膜，经过100℃ 干燥10min、300℃预烧15min，再冷却至室温后，重复步骤(4)中前述操作镀下一层 凝胶膜，直至凝胶膜层数达到9至11层，凝胶膜总平均厚度分别为225nm至275nm，将 制得的凝胶膜进行不同的退火处理：仅在空气中350℃退火2小时，得到柔性透明导电 薄膜；在空气中350℃退火2小时后，再在真空中350℃退火1小时，得到柔性透明导电 薄膜。