CN105039911A - 一种透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种透明导电薄膜，包括基底，在基底上沉积的透明导电薄膜，以及沉积在导电薄膜之间的缓冲层薄膜；所述的缓冲层薄膜至少沉积有一层。一种透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤，步骤1，在经过预处理的基底上沉积第一层透明导电薄膜层；步骤2，然后沉积一层厚度不超过100纳米的缓冲层薄膜；步骤3，在缓冲层薄膜上沉积一层透明导电薄膜层；步骤4，重复步骤2和3达到需要的缓冲层薄膜层数，制备得到透明导电薄膜。本发明通过沉淀多层的透明导电薄膜层，并在相邻的透明导电薄膜层之间分别添加缓冲层薄膜以制备透明导电薄膜，利用缓冲层薄膜的廉价制备低价的透明导电薄膜。不仅提高其电学性能和光学性能，而且成本低。

Description

一种透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电薄膜材料，具体为一种透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，高分辨率，大尺寸平面显示器，太阳能电池，节能红外反射膜，电致变色窗等广泛应用，对透明导电薄膜的需求愈来愈大。而且人们对透明导电薄膜的要求也越来越高，透明导电薄膜不但要求好的导电性，还要有优良的可见光透光性。从物理学的角度，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。然而现在主流的透明导电薄膜以ITO为主，但是ITO价格偏贵，而且现有单层的透明导电薄膜的导电性和透光性的变化及提高都很有限，无法进行灵活调节，如何制备价格便宜，好的导电性和优良的可见光透光性的透明导电薄膜成为了关键。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种成本低，导电性好，透光性优良的透明导电薄膜及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种透明导电薄膜，包括基底，在基底上沉积的透明导电薄膜，以及沉积在导电薄膜之间的缓冲层薄膜；所述的缓冲层薄膜至少沉积有一层。

优选的，每层缓冲层薄膜的厚度不大于100纳米。

进一步，每层缓冲层薄膜的厚度为0～30纳米。

优选的，每层缓冲层薄膜的材料采用纳米金属薄膜、纳米金属网和纳米金属线中的一种。

优选的，每层透明导电薄膜层的厚度为10～2000纳米。

优选的，还包括沉积在基地和透明导电薄膜层之间的预制层。

一种透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤，

步骤1，在经过预处理的基底上沉积第一层透明导电薄膜层；

步骤2，然后沉积一层厚度不超过100纳米的缓冲层薄膜；

步骤3，在缓冲层薄膜上沉积一层透明导电薄膜层；

步骤4，重复步骤2和3达到需要的缓冲层薄膜层数，制备得到透明导电薄膜。

优选的，步骤1中沉淀第一层透明导电薄膜层时的温度为200-500℃；步骤2中沉积缓冲层薄膜和步骤3中沉积其余透明导电薄膜层时的温度为20-300℃。

优选的，基底采用刚性基底或柔性基底。

进一步，透明导电薄膜层采用掺杂的氧化铟、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化锌、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜中的一种或多种的混合物，或者金属合金薄膜。

进一步，缓冲层薄膜采用导电性能高于透明导电薄膜层的金属、氧化物或合金中的一种。

优选的，步骤1中，预处理包括对基地的表面处理，并且步骤1中还包括在基底上沉积预制层的步骤，在预制层上沉积第一层透明导电薄膜层。

进一步，表面处理采用等离子体表面处理，气氛为氢气、氮气、氦气、氖气、氩气或混合气体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的透明导电薄膜及其制备方法，通过沉淀多层的透明导电薄膜层，并在相邻的透明导电薄膜层之间分别添加缓冲层薄膜以制备透明导电薄膜，利用缓冲层薄膜的廉价制备低价的透明导电薄膜。缓冲层薄膜的导电性能比透明导电薄膜强，并且能够利用多层结构实现对电场的均匀分布和传导，通过这种方式提高透明导电薄膜的电学性能；而且缓冲层的折射率介于透明导电薄膜和经过处理的基底之间，这样使得光学性能得到提升；从能够不仅能提高透明导电薄膜的电学性能和光学性能，而且能降低透明导电薄膜的成本。

进一步的，通过对缓冲薄膜和透明导电薄膜层的厚度限制，能够很好的满足透明导电薄膜整体的透光性要求，并通过多层采用纳米金属薄膜、纳米金属网或者纳米金属线的缓冲薄膜，提升了其在电学方面导电性能，降低电阻率。

进一步的，通过对其各透明导电薄膜层和缓冲层薄膜的制备温度的控制，使其只需要在第一层透明导电薄膜层时需要交高的温度，而在后续各层状结构的沉积中，只需要在低温甚至是室温下进行操作，大大的降低了其操作的复杂程度和环境要求，从而能够大幅降低成本，并提高其产品的质量，避免了后续高温对之前步骤沉积层的结构的影响和破坏。

进一步，制备两层缓冲层时，透光率降低1％-2％，但是电阻率得到显著降低，能得到10％左右的降低，这将对产品的质量有卓越的提升。

附图说明

图1为本发明实例中所述的透明导电薄膜的结构剖视图。

图2为本发明实例1中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图3为本发明实例2中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图4为本发明实例3中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图5为本发明实例4中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图6为本发明实例5中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图7为本发明实例6中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图8为本发明实例7中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图9为本发明实例8中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图10为本发明实例9中所述的透明导电薄膜的透射率图谱

图中：1为经过预处理的基底；2为透明导电薄膜层；3为缓冲层薄膜。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

具体的，本发明透明导电薄膜的制备方法为，步骤1，在经过预处理的基底上沉积第一层透明导电薄膜层；步骤2，然后沉积一层厚度不超过30纳米的缓冲层薄膜；步骤3，再沉积一层透明导电薄膜层；步骤4，上述步骤2和步骤3可以重复n次；优选的n＝1-10，通过缓冲层薄膜的作用在不改变透明导电薄膜的性能情况下降低了成本。第一层、第二层、……、第n层缓冲层厚度为0到10纳米，至少有两层的厚度不为0，厚度能够不相同，材料也能够不相同，缓冲层材料是下列一种或多种复合材料：纳米金属薄膜、纳米金属网和纳米金属线等，所述的纳米材料主要由电学性能优良的金属、氧化物或者合金中的一种制备得到。对基底见进行预处理方式为等离子体表面处理、化学处理、镀膜处理、热处理或者机械处理或简单清洗等的一种或几种。基底可以为刚性基底和柔性基底，刚性基底能够采用玻璃、石英、蓝宝石或者硅基底，柔性基底能够采用聚酯类薄膜，如PET、聚碳酸酯等；金属箔片、超薄玻璃、聚乙烯薄膜或其他有机物材料薄膜。基底上沉积透明导电薄膜层是采用热蒸发、电子束蒸发、真空溅射、化学气相沉积或者喷涂的方式中的一种；透明导电薄膜层能够采用不同的种类。第一层、第二层、……、第n层透明导电薄膜层的厚度为10到2000纳米。第一层透明电薄膜层的沉积温度是200℃到500℃，其余各层为20℃到300℃；优选的，第一层为250-500℃，其余各层为20-200℃。本发明透明导电薄膜层是掺杂的氧化铟、掺杂的氧化锡和掺杂的氧化锌中的一种或多种的混合物或者合金薄膜。

优选的，步骤1中采用在经过气氛为氢气、氮气、氦气、氖气、氩气或混合气体等离子体预处理的基底表面上沉积第一层透明导电薄膜层。

通过本发明所述的方法，能够得到本发明所述的产品，以两层缓冲层薄膜为例，结构如图1所示；并且在其性能上，通过对其厚度、加工工艺以及温度的控制，使其在性能上达到如下指标，缓冲层薄膜和透明导电薄膜层的在可见光谱范围的平均透光率高于60％，更好是高于80％，最好是高于85％；电阻率小于10^-3欧姆·厘米(Ω·cm)，最好是小于5x10^-4欧姆·厘米(Ω·cm)。

以下通过多个实施例对本发明的制备方法以及产品性能进行进一步的说明和解释。

实施例1：

步骤1，使用H₂-Ar混合气体等离子体方法对衬底表面处理，活化表面；

步骤2，在柔性衬底PET上沉积一层预制层钛纳米金属层，其条件如下：

步骤3，用溅射设备在预制层上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米

步骤4，用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤5，用溅射设备在已有的银薄膜上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率88％，电阻率6×10^-5Ω﹒cm。

实施例2：

步骤1，用溅射设备在经过等离子体表面处理的PET上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤2，用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3，用溅射设备在已有的银薄膜上溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率84％，电阻率2×10^-4Ω﹒cm。

实施例3：

步骤1.用溅射设备在经过等离子体表面处理的超白玻璃上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

步骤2.用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜表面上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3.用溅射设备在银薄膜上溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率85％，电阻率2×10^-4Ω﹒cm。

实施例4：

步骤1.用溅射设备在经过等离子体表面处理的超白玻璃上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

步骤2.用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜表面上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3.用溅射设备在银薄膜上溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率89％，电阻率2×10^-4Ω﹒cm。

实施例5：

步骤1.用溅射设备在经过等离子体表面处理的超白玻璃上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

步骤2.用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜表面上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3.用溅射设备在银薄膜上溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率86％，电阻率2×10^-4Ω﹒cm。

实施例6：

步骤1.用电子束蒸发设备在经过等离子体表面处理的超白玻璃上蒸发掺杂氧化铟薄膜，蒸发条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤2.用电子束蒸发设备在以有的掺杂氧化铟薄膜上蒸发银薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤3.用电子束蒸发设备在以有的银薄膜上蒸发掺杂氧化铟薄膜，蒸发条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率85％，电阻率2×10^-4Ω﹒cm。

实施例7：

步骤1.用热蒸发设备在经过等离子体表面处理的超白玻璃上热蒸发掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤2.用热蒸发设备在以有的掺杂氧化铟薄膜上热蒸发银薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤3.用热蒸发设备在以有的掺杂氧化锌薄膜上热蒸发掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率87％，电阻率3×10^-4Ω﹒cm。

实施例8：

步骤1.用溅射设备在经过等离子体表面处理的超薄玻璃上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤2.用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜表面上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3.用溅射设备在已有的掺杂的氧化锌薄膜溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

结果：透光率83％，电阻率2.7×10^-4Ω﹒cm。

实施例9：

步骤1.用溅射设备在经过等离子体表面处理的超薄玻璃上溅射掺杂氧化锌薄膜，溅射条件如下：

可见光区平均透光率>70％，电阻率<10^-3欧姆·厘米；

步骤2.用溅射设备在已有的掺杂氧化锌薄膜表面上溅射银薄膜，溅射条件如下：

步骤3.用溅射设备在已有的掺杂的氧化锌薄膜溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

步骤4，用热蒸发设备在已有的掺杂的氧化铟薄膜蒸发银薄膜，蒸发条件如下：

步骤5.用溅射设备在已有的掺杂的氧化锌薄膜溅射掺杂氧化铟薄膜，溅射条件如下：

结果：透光率80％，电阻率2.7×10^-5Ω﹒cm。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种透明导电薄膜，其特征在于，包括基底，在基底上沉积的透明导电薄膜，以及沉积在导电薄膜之间的缓冲层薄膜；所述的缓冲层薄膜至少沉积有一层。

2.根据权利要求1所述的一种透明导电薄膜，其特征在于，每层缓冲层薄膜的厚度不大于100纳米。

3.根据权利要求2所述的一种透明导电薄膜，其特征在于，每层缓冲层薄膜的厚度为0～30纳米。

4.根据权利要求1所述的一种透明导电薄膜，其特征在于，每层缓冲层薄膜的材料采用纳米金属薄膜、纳米金属网和纳米金属线中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种透明导电薄膜，其特征在于，每层透明导电薄膜层的厚度为10～2000纳米。

6.根据权利要求1所述的一种透明导电薄膜，其特征在于，还包括沉积在基地和透明导电薄膜层之间的预制层。

7.一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，在经过预处理的基底上沉积第一层透明导电薄膜层；

步骤2，然后沉积一层厚度不超过100纳米的缓冲层薄膜；

步骤3，在缓冲层薄膜上沉积一层透明导电薄膜层；

步骤4，重复步骤2和3达到需要的缓冲层薄膜层数，制备得到透明导电薄膜。

8.根据权利要求7所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中沉淀第一层透明导电薄膜层时的温度为200-500℃；步骤2中沉积缓冲层薄膜和步骤3中沉积其余透明导电薄膜层时的温度为20-300℃。

9.根据权利要求7所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的基底采用刚性基底或柔性基底。

10.根据权利要求7或9所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，透明导电薄膜层采用掺杂的氧化铟、掺杂的氧化锡、掺杂的氧化锌、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜中的一种或多种的混合物，或者金属合金薄膜。

11.根据权利要求7或9所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，缓冲层薄膜采用导电性能高于透明导电薄膜层的金属、氧化物或合金中的一种。

12.根据权利要求7所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，预处理包括对基地的表面处理，并且步骤1中还包括在基底上沉积预制层的步骤，在预制层上沉积第一层透明导电薄膜层。

13.根据权利要求12所述的一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，表面处理采用等离子体表面处理，气氛为氢气、氮气、氦气、氖气、氩气或混合气体。