[发明专利]一种溶剂蒸发退火增强金属纳米线透明导电薄膜性能的方法

说明书

本发明公开了一种溶剂蒸发退火增强金属纳米线透明导电薄膜性能的方法。该方法利用金属纳米线表面配体PVP一般易溶于极性溶剂的特点，通过低沸点的醇类溶剂蒸发退火方法来去除金属纳米线表面配体PVP，减小金属纳米线间的接触电阻，达到降低金属纳米线透明导电薄膜的方块电阻的目的。本发明方法工艺过程简单、成本低，可通过调节溶剂蒸发退火时间，实现对金属纳米线间接触电阻大小的调节，实现对金属纳米线透明导电薄膜方块电阻的调控；处理后的金属纳米线透明导电薄膜，相比未经处理的初始金属纳米线透明导电薄膜，方块电阻降低了8%~50%。

技术领域

本发明涉及光电器件的透明导电薄膜制备技术领域，具体涉及一种溶剂蒸发退火增强金属纳米线透明导电薄膜性能的方法。

技术背景

随着现代光电产业的持续快速发展，近年来透明导电薄膜在社会生活的很多方面得到了应用，并走进了人们的日常生活。透明导电薄膜主要应用在如平板显示、电子书、智能手机、智能玻璃、触摸屏、发光二极管和太阳能电池等光电器件领域。目前，比较广泛用来制作透明导电薄膜的材料是掺杂的金属氧化物，如锡掺杂的氧化铟（ITO）、铝掺杂的氧化锌（AZO）和氟掺杂的氧化锡（FTO）等。尽管目前商业化的ITO、AZO、FTO 透明导电薄膜有着优良的光学和电学性能，但随着工业界对透明导电电极需求的增加，光电器件的小型化和可穿戴设备的出现，这三种透明导电薄膜已无法满足下一代消费电子和清洁能源领域中的应用。近年来，人们开发出了一些纳米功能材料来代替ITO。具有代表性的有：导电聚合物、碳纳米管、石墨烯和金属纳米线。在这些材料中，银纳米线作为金属纳米材料的典型代表，具有较高的导电率、导热率、柔性和溶液加工等特点，已成为最有希望替代ITO的透明导电电极材料。常见的金属纳米线的成膜方法有很多，如旋涂法、迈耶棒法、喷涂法、真空抽滤法和Roll-to-rool印刷等，这些成膜方法使金属透明导电薄膜的制备和应用得到了迅速发展，也使得柔性光电器件成为可能。

目前，金属纳米线采用液相低温合成法能够大规模制备，合成过程中一般采用绝缘的表面配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)来调控其尺寸和分散性，过多的PVP封端剂覆盖会屏蔽纳米线的表面电荷，导致纳米线之间的范德华力起主要作用，容易导致纳米线的捆状聚集，同时也增大金属纳米线间的接触电阻。例如：对于银纳米线透明导电薄膜，R. M.Mutiso等人通过数值模拟与实验数据相结合方法来分析AgNWs间的有效接触电阻，发现对于直径在50~80 nm范围AgNWs导电薄膜，其有效接触电阻在1.5~2.5 KΩ（ACS Nano, 7: 7654(2013)）。为了减小AgNWs间的接触电阻，必需引入一些后处理技术，美国加州大学洛杉矶分校的Yang Yang（ACS Nano, 5: 9877(2011)）和韩国延世大学的Jooho Moon（ACS Nano, 7:1081(2013)）等课题组采用氧化物纳米粒子，如TiO2、ZnO作为结点融合剂或表面包覆剂来改善AgNWs结点间的接触。此外，还有研究人员采用纳米焊接技术（Nat. Mater., 11: 241(2012)）等，将纳米线间松散的结点焊接起来，增加其导电性。但是，这些处理方法一般都过程复杂或成本高。

通常金属纳米线表面配体PVP层与其金属纳米线表面是通过弱的范德瓦尔斯力束缚在一起，一般通过极性溶剂重复清洗和离心来去除部分PVP，而去除过多PVP会导致AgNWs分散困难，不利于溶液加工制备透明导电薄膜。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种溶剂蒸发退火增强金属纳米线透明导电薄膜性能的方法。该方法利用金属纳米线表面配体PVP一般易溶于极性溶剂的特点，通过低沸点的醇类溶剂蒸发退火方法来去除金属纳米线表面配体PVP，减小金属纳米线间的接触电阻，达到降低金属纳米线透明导电薄膜的方块电阻的目的。

本发明通过如下技术方案实现。

一种溶剂蒸发退火增强金属纳米线透明导电薄膜性能的方法，包括如下步骤：

（1）将金属纳米线分散液通过溶液加工方式在衬底上制备金属纳米线薄膜，随后热处理去除残余溶剂，得到金属纳米线透明导电薄膜；