[发明专利]一种低表面粗糙度的柔性透明导电电极制备方法

说明书

本发明公开了一种低表面粗糙度的柔性透明导电电极制备方法，采用龟裂模板法在衬底上沉积金属网络电极，通过电镀在沉积的金属网络电极上形成金属镀层，并进行等离子体处理，再使用c‑PI前驱液浸润；加热保温使c‑PI成膜后，于热水浴中将c‑PI薄膜与衬底剥离以完成无损转移，得到低表面粗糙度的柔性透明导电电极。该方法制备所得的柔性透明导电电极具有高透过率的性能，且表面粗糙度在10nm以内，完全满足钙钛矿太阳能电池等薄膜光电器件的要求。

技术领域

本发明属于透明导电电极技术领域，具体涉及一种低表面粗糙度的柔性透明导电电极制备方法。

背景技术

透明导电电极是指在可见光谱范围内(400～800纳米)的透光率大于80％、且电阻率低于10^-3Ω·cm的薄膜电极，是光电器件和设备的重要组成部分，应用范围包括有机发光二极管(OLED)、智能窗、太阳能电池、电子纸等。

最早的透明导电电极制备技术起源于1907年，利用溅射和高温氧化制备CdO薄膜。随着时代的改变，透明导电电极技术显现出愈发迅猛的发展趋势。根据数据显示，在2019年触摸屏领域的透明电极市场价值达48亿美元，而其在2012年的市场价值仅为这一数据的0.2倍。

自1951年，美国的康宁公司发明了迄今为止应用最广、性能最稳定的透明导电电极——掺铟的氧化锡，即ITO导电薄膜。经过最近几十年的蓬勃发展，ITO凭借优异的光电性能，成为了透明电极领域的最主要的产品。随着可穿戴柔性电子器件的出现，ITO由于质脆的缺点，限制了其在这一新兴领域中的应用。质脆是金属氧化物陶瓷的共性，当张力大约在2～3％时所造成的应力释放，可使得ITO薄膜产生微小裂纹，这些裂纹极大的增大了连续ITO薄膜的电阻率，影响其导电性能；其次，铟作为一种贵金属，随着市场所需的ITO日益增多，使得铟原料短缺且价格上涨。这两方面的原因促使新型透明导电材料的出现，主要包括：石墨烯、碳纳米管、透明导电高聚物、金属材料(包括金属纳米线、金属网格等)。

研究人员发现的第一个掺杂后具有导电性的聚合物是聚乙炔，这种材料没有被大规模商用的原因在于聚乙炔在空气中不稳定。二十世纪八十年代，聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等很多聚合物，都可以通过极为简单的化学掺杂提高材料的导电性能，使得导电高聚物在导电材料领域得到了长足的发展。其中，被研究得最多的是聚噻吩和聚苯胺以及它们的衍生物材料，这是由它们拥有优秀的溶解性和掺杂后较好的稳定性所共同决定的。H.C.Starck首创了聚噻吩材料，PSS稳定的PEDOT形成PEDOT：PSS材料在近三十年得到广泛的研究。PEDOT：PSS材料中，PSS带负电，可以提高材料在溶液中的分散性，并与带正电的PEDOT材料相结合，构成极为稳定的复合材料体系，这也是最为常见和成功的导电高聚物。

金属纳米线网络通常是由一维纳米线材料通过湿法技术成膜制备而成的。纳米线是一维纳米材料，即材料的直径在1～100纳米的范围内，长度超过1μm。Ag、Cu、Au、Ni等常见的金属纳米线都能够通过湿法技术制备，并且能够通过改变合成过程的前驱液浓度和温度等实验参数来调控金属纳米线的物理化学性能。

在亚微米金属网络透明电极的制备工艺中，龟裂模板法已经发展为一种低成本、绿色、高效的金属网络制备技术。利用龟裂模板法制备金属网络透明电极的主要步骤包括龟裂胶体的成膜、胶体薄膜龟裂、金属导电层的沉积，以及胶体牺牲层的去除。龟裂模板的制作原理是，胶体受热发生应力分布不均匀，而产生龟裂裂纹作为模板，龟裂产生一种分形结构。调节龟裂溶液浓度、龟裂液种类、涂布厚度、环境温度和湿度均可以控制龟裂模板的形貌。电极的金属线宽从1～8μm可调控，金属线间距30～150μm，表面电阻约为2～20Ω/sq，导电薄膜整体透光率76～89％。该方法所用龟裂材料一般有二氧化钛水溶胶、天然蛋清液、CA600指甲油等。各种龟裂材料简单容易得到，技术成熟、绿色环保，成本低廉，过程中不涉及到光刻技术。