[发明专利]一种透明导电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种透明导电薄膜及其制备方法和应用，由下至上依次为衬底金属导电网格和修饰层。本发明所公开的器件结构有助于改善银纳米线的热稳定性，抑制银原子迁移，增强银纳米线和衬底的附着了，可广泛应用于光伏、发光、传感等电子器件领域。

技术领域

本发明属于导电薄膜技术领域，具体涉及一种透明导电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着有机电致发光二极管、光伏器件以及可穿戴设备等电子产业的迅速发展，透明导电薄膜受到了学术界和产业界的广泛关注。银纳米线透明导电薄膜因其透光性高、导电性好、柔韧性等优点，成为代替目前广泛应用的掺锡氧化铟(ITO)透明导电玻璃的优选技术。

随着银纳米线合成技术、薄膜沉积技术以及银纳米线的光焊接和化学焊接技术的发展，银纳米的导电性和透光性已经达到了较高的水平，稳定性是当前困扰银纳米线透明导电薄膜产业化应用的一个瓶颈问题。银纳米线的稳定性问题具体体现在三个方面。第一、热稳定性方面。由于纳米尺寸效应，银纳米线的熔点较块体银材料的熔点显著降低，只有约200℃。因此，当环境温度升高或者银纳米线通过大电流时，银纳米线会发生熔断导致透明导电薄膜失效。银纳米线的低熔点特性一方面限制了后续制程的温度，另一方面也限制了银纳米线在电流注入型光电器件(如有机电致发光器件)中的使用。第二、水氧稳定性方面。因为纳米级的尺寸特征，银纳米线透明导电薄膜的比表面积很大而且银纳米线表面银原子的反应活性较块体银材料显著增强，因此银纳米线的水氧腐蚀速度较块体银材料快很多。这导致银纳米线透明导电薄膜在存放过程中方阻迅速增加乃至失效；第三机械稳定性方面。溶液法制备的银纳米线网格与衬底之间的相互作用力很弱，因此当薄膜多次弯折后银纳米线很容易发生剥离脱落，导致薄膜导电性变差。针对上述问题，研究者们已经提出了一些改进方案。例如，美国加州大学洛杉矶分校的裴启兵团队提出在银纳米线表面通过原子层沉积技术制备ZnO修饰层抑制银原子扩散以改善银纳米线透明导电薄膜稳定性的技术方案(D.Chen et.al,Advanced Functional Materials,25,7512(2015))。这种方法虽然可以有效地改善银纳米线透明导电薄膜的稳定性，但是原子层沉积技术加工速度慢并且设备成本高，并不适合产业化生产中高产能低成本的要求。此外，加州大学洛杉矶分校的的YangYang团队提出了基于TiO2纳米颗粒之间的毛细力抑制银原子扩散改善银纳米线透明导电薄膜稳定的技术方案(R.Zhu,ACS Nano,5,9877(2011))。但是，溶剂挥发过程中TiO2纳米颗粒的团聚行为显著增大薄膜的粗糙度和雾度，不利于银纳米线透明导电薄膜在光电功能器件中的应用。因此，实现电学特性、光学特性和稳定性等多指标协同提升的银纳米透明导电薄膜制备技术仍然是一个亟待解决的行业关键技术瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种透明导电薄膜及其制备方法和应用，通过将银纳米线曝露在空气的一侧引入采用溶胶-凝胶方法制备的非晶态过渡金属氧化物修饰层。在前驱体通过缩合反应形成非晶态过渡金属氧化物修饰层过程中，修饰层和衬底，修饰层和银纳米线之间均可形成化学键。这类化学键可以增强银纳米线之间的相互作用，同时也可增强银纳米线和衬底之间的相互作用，从而实现银纳米线电学特性、光学特性、稳定性以及衬底附着性能的综合提升。

本发明采用以下技术方案：

一种透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供一衬底，对衬底进行预处理，以去除衬底表面的杂质；

S2、涂布银纳米线分散液于衬底表面，经退火形成透明金属导电网格；

S3、涂布溶胶-凝胶前驱液于步骤S2制备的金属导电网格表面形成修饰层，经退火处理制成透明导电薄膜。

具体的，步骤S1中，将衬底依次在有机溶剂和去离子水中超声清洗，然后用氮气吹干,在紫外臭氧中处理10～40分钟备用。