CN107633896A

CN107633896A - 一种高雾度的透明导电薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN107633896A
Application number: CN201710759647.6A
Authority: CN
Inventors: 杨熹; 叶继春; 高平奇; 盛江; 肖剑峰; 黄志林; 夏金才; 周建宏
Original assignee: Sun Earth Solar Power Co ltd; Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Sun Earth Solar Power Co ltd; Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-01-26

Abstract

本发明公开了一种高雾度的透明导电薄膜及其制备方法，涉及透明导电电极制备技术领域。该透明导电薄膜包括透明电极，所述透明电极的一面涂布有带绒面的透明转印媒介。制备方法是在衬底上制备透明电极，在电极的表面均匀涂布一层转印媒介，然后将电极涂布有转印媒介的一面与制绒模板紧密接触，固化后将转印媒介与制绒模板分离，将电极与衬底分离，即得高雾度的透明导电薄膜。本发明的导电薄膜雾度高，反射率低，对光的散射能力更强；同时本发明的导电薄膜的雾度和水静态接触角值可调，本发明的制备方法简单易行。

Description

一种高雾度的透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及透明导电电极制备技术领域，具体涉及一种高雾度的透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

一般来说，透明电极是指对入射光波长范围在380nm到780nm之间的光谱的透射率大于80％，且电阻率低于10^-3Ω·cm的薄膜电极。透明电极在触摸屏、显示器、电磁屏蔽、太阳电池、LED等光电器件中具有广泛的应用。目前透明电极种类主要有：铟锡氧化物(ITO)透明电极、碳纳米管透明电极、石墨烯透明电极、金属纳米线透明电极、金属网格透明电极等。

雾度是透明导电薄膜的一个非常重要的性能参数，雾度指透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观，以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。一般而言，按照应用领域的不同，对于雾度高低的要求是不同的，如液晶显示器、触摸屏、OLED面板等希望透明导电薄膜具有良好的透光率和导电性的同时，具有较低的雾度。而在薄膜太阳能电池和LED领域中，则希望所使用的透明导电薄膜具有良好的导电性和透光率的同时，具有高的雾度和低的光吸收，高雾度的透明导电薄膜更有利于光的散射，可以增加光的利用率。因此，如何提高透明导电薄膜的雾度，对于实现太阳能电池和LED等的高效利用有着重要的作用。

现有技术中，碳纳米管透明电极和金属纳米线透明电极虽然由于其具有纳米级别的线径对光束有着较强的散射，从而其具有较高的雾度，但是碳纳米管需要较大长径比，且碳管的均匀分散和碳管之间的欧姆电阻问题限制了薄膜的面内导电性；金属纳米线透明电极则存在如何均匀分散金属纳米线的难题；ITO透明电极、石墨烯透明电极、金属网格透明电极虽然具有良好的导电性，但是由于经过它们表面的大部分光束主要被界面所反射或透过，只有小部分的光发生散射，因此它们的雾度比较低。因此在保持电极导电性的基础上，提高光束的散射将可以大大提高电极的雾度。

中国专利CN102834923B公开了具有提高的雾度的基于纳米结构的透明导体以及包含所述透明导体的装置，该专利公开了一种层状透明导体结构，其包含基板、第一多个导电纳米线的导电层以及邻近所述导电层的光散射层，光散射层包含第二多个不导电微米光散射颗粒。该专利是通过SiOx、AlOx、InOx、SnOx、ZnOx、TiOx、SiC、氟掺杂的SnOx(FTO)或其组合这些光散射颗粒设置在导电层上来达到高雾度，但是该专利需要添加液态载体、粘度改进剂、表面活性剂等来实现将光散射颗粒设置在导电层上以及用来减少纳米材料和光散射材料的团聚等，因此工艺复杂，且如何将光散射材料设置在导电层很难控制。又如公布号为CN105355675A的中国专利申请公开了一种高雾度复合透明导电电极的制备方法，该申请是通过对金属氧化物的表面进行织构来增大雾度，其绒面结构的尺寸受到金属氧化物厚度的限制，如200nm的金属氧化物最多只能织构200nm的绒面结构。又如公布号为CN103258865A的中国专利申请公开了氧化物薄膜基板、它的制造方法及包括它的光伏电池和有机发光器件，该申请是通过在氧化物薄膜上形成纹理提高雾度值，该申请同样受到氧化物厚度的限制，这些亚波长尺度的结构对透过率的提高效果较差。公布号为CN104081534A的中国专利申请公开了透明导电膜层叠体及其制造方法和薄膜太阳能电池及其制造方法，该申请通过在透光性基板上形成的氧化铟系透明导电膜(I)为基底、在其上依次形成凹凸性优异的氧化锌系透明导电膜(II)以及氧化物系透明导电膜(III)的三层层叠结构，通过采用该层叠结构，来提高雾度率。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种高雾度的透明导电薄膜，该透明导电薄膜不仅具有较高的雾度，而且雾度可以根据电极用途进行调节，同时也能调节电极的水静态接触角。

本发明的另一目的是提供上述种高雾度的透明导电薄膜的制备方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种高雾度的透明导电薄膜，该透明导电薄膜包括透明电极，所述透明电极的一面涂布有带绒面结构的透明固化胶，所述透明电极的另一面为光滑的平面。

进一步的，所述的绒面结构为具有微米或纳米尺度的随机或周期性的结构。

进一步的，所述的绒面结构为纳米锥结构、倒金字塔结构、纳米洞结构、鹅眼结构、荷叶结构中的一种。

进一步的，所述透明导电薄膜的雾度在0～95％内可调。

进一步的，所述透明导电薄膜的反射率为1～20％，透过率为70～97％。

进一步的，所述透明导电薄膜的厚度为0.5～1000μm。

进一步的，所述透明电极为铟锡氧化物(ITO)透明电极、碳纳米管透明电极、石墨烯透明电极、金属纳米线透明电极、金属网格透明电极、金属纳米线透明电极中的一种。

进一步的，所述的固化胶为光固化胶、热固化胶、压敏胶中的一种。优选紫外光固化胶。

一种高雾度的透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上制备透明电极；

(2)在步骤(1)中得到的透明电极的表面均匀涂布一层透明的固化胶；

(3)将步骤(2)中得到的透明电极涂布有固化胶的一面与制绒模板紧密接触，然后使固化胶固化；

(4)将步骤(3)中固化后的固化胶与制绒模板分离，将透明电极与衬底分离，即得到高雾度的透明导电薄膜。

进一步的，所述的衬底为硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、玻璃、铝箔、铜箔、不锈钢板中的一种。

进一步的，所述的步骤(2)中，涂布方法为旋涂，转速为400～8000rpm，时间为15～60s；优选转速为500rpm，时间为30s。

进一步的，所述制绒模板为具有微米或纳米尺度的随机或周期结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟聚醚(PFPE)、铝、聚四氟乙烯材料中的一种。

本发明具有以下有益的技术效果：

(1)与传统透明电极相比，本发明的透明电极雾度更高，最高可达95％，反射率更低，最低可达1％，对光的散射能力更强；

(2)与传统透明电极相比，本发明的透明电极雾度在0～95％内可调，根据电极的用途，可以设计不同的制绒模板，从而得到不同雾度的导电薄膜；

(3)与传统平面透明电极相比，本发明透明电极的水静态接触角值可通过转印媒介的绒面结构进行调节，因此具有疏水自清洁作用，有助于器件的清洗和维护；

(4)传统导电薄膜的制备对工艺条件如衬底的粗糙度、温度等因素要求较高，而本发明是先衬底上制备透明电极，再转印至转印媒介上，因此本发明中透明电极的制备工艺并不受衬底的影响；

(5)本发明中，透明电极与衬底接触的面为工作面，因此本发明制得的透明电极工作面为超光滑的平面；

(6)本发明采用固化胶来实现透明电极的转印，由于固化胶有很强的粘附力，因此透明电极与固化胶之间的粘附力很强高，具有良好的机械性能。

(7)本发明中的透明电极在转印之前，透明电极本身并不与空气接触，因此有利于透明电极的保存和运输，同时在转印后透明电极可以得到新鲜的表面。

(8)本发明的制备方法简单易行，易实现产业化生产。

附图说明

图1是本发明的高雾度的透明导电薄膜的结构示意图；

图2是本发明的高雾度的透明导电薄膜的制备过程示意图；

图中所示，1、衬底，2、透明电极，3、转印媒介，4、制绒模板；

图3(a)是实施例一中高雾度随机绒面结构透明导电薄膜的绒面结构扫描电镜图；

图3(b)是实施例二中高雾度透明周期绒面结构导电薄膜的绒面结构扫描电镜图；

图4(a)是对照组中平面结构透明导电薄膜的水静态接触角示意图；

图4(b)是实施例一中高雾度随机绒面结构的透明导电薄膜水静态接触角示意图；

图4(c)是实施例二中高雾度透明周期绒面结构导电薄膜的水静态接触角示意图。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

实施例一

一种高雾度随机绒面散射的银网格透明电极，包括银网格透明电极，所述银网格透明电极的一面为光滑的平面，另一面涂布有带随机倒金字塔结构的紫外胶。

如图2所示，上述高雾度的透明导电薄膜的制备方法如下：

(1)在硅衬底上制备一层厚度为30nm银网格透明电极；

(2)采用旋涂的方法，在银网格透明电极表面旋涂一层厚度为300μm紫外胶，旋涂的转速为400rpm，匀胶时间为60s；

(3)将具有纳米尺寸的随机倒金字塔结构的透明PDMS模板与紫外胶轻压接触，在紫外灯下照射1min；

(4)待紫外胶固化后，将PDMS模板与紫外胶分离，将硅衬底与银网格透明电极分离，即得到一面为光滑的平面，另一面涂覆有带随机倒金字塔结构的紫外胶的透明导电薄膜。

对上述高雾度随机绒面散射的银网格透明电极的雾度、反射率、透过率、绒面结构、水静态接触角度进行测定，结果如下：

1、雾度：

用WDY型薄膜光电雾度仪对上述得到的透明导电薄膜进行雾度值的测定，数据处理按“GB2410-80”试验方法，得到本实施例中透明导电薄膜在400-800nm宽波段范围内雾度为85～95％。

2、反射率：

用Helios LAB-re反射率测量仪测定，得到反射率为10％。

3、透过率：

用lambda 950分光光度计测定，得到透过率为87％。

4、绒面结构：

利用扫描电子显微镜(JSM-7800F)进行表征绒面结构的形貌，结果如图3a所示。

5、水静态接触角度：

准备对照组，对照组为平面结构透明导电薄膜，对照组所用材料、工艺方法与实施例一中一致，只是不经过制绒模板处理。

用dataphysics接触角测量仪(OCA100)对对照组和实施例一进行测定，结果分别如图4a和图4b所示。

实施例二

一种高雾度纳米锥散射的超薄金属银透明电极，其结构如图1所示，包括超薄银透明电极，所述银透明电极的一面为光滑的平面，另一面涂覆有带纳米锥结构的紫外胶。

如图2所示，上述高雾度的透明导电薄膜的制备方法如下：

(1)在硅衬底上制备一层厚度为7nm超薄银透明电极；

(2)采用旋涂的方法，在银透明电极表面旋涂一层厚度为500μm紫外胶，旋涂的转速为500rpm，匀胶时间为30s；

(3)将具有纳米锥结构的透明PDMS模板与紫外胶轻压接触，在紫外灯下照射1min；

(4)待紫外胶固化后，将PDMS模板与紫外胶分离，将硅衬底与超薄银透明电极分离，即得到一面为光滑的平面，另一面涂覆有带纳米锥绒面的紫外胶的透明导电薄膜。

按照实施例一的测试方法对上述高雾度纳米锥散射的超薄金属银透明电极的雾度值、反射率、透过率绒面结构、水静态接触角度进行测定，结果如下：

1、雾度：在400-800nm宽波段范围内雾度80～95％。

2、反射率为5％。

3、透过率为92％。

4、绒面结构：结果如图3(b)所示。

5、水静态接触角：结果如图4(c)所示。

实施例三

一种高雾度随机绒面散射的银纳米线透明电极，包括银纳米线透明电极，所述银纳米线透明电极的一面为光滑的平面，另一面涂覆有带随机倒金字塔结构的紫外胶。

如图2所示，上述高雾度的透明导电薄膜的制备方法如下：

(1)在硅衬底上制备一层厚度为90nm银纳米线透明电极；

(2)采用旋涂的方法，在银网格透明电极表面旋涂一层厚度为1μm紫外胶，旋涂的转速为8000rpm，匀胶时间为15s；

(4)待紫外胶固化后，将PDMS模板与紫外胶分离，将硅衬底与银纳米线透明电极分离，即得到一面为光滑的平面，另一面涂覆有带随机倒金字塔结构的紫外胶的透明导电薄膜。

按照实施例一的测试方法对上述高雾度纳米锥散射的超薄金属银透明电极的雾度、反射率、透过率进行测定，结果如下：

1、在400-800nm宽波段范围内雾度87～95％。

2、反射率为6％。

3、透过率为89％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，例如，衬底可以是任意衬底，除硅片外，还包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、玻璃、铝箔、铜箔、不锈钢板等。透明电极可以是铟锡氧化物(ITO)透明电极、碳纳米管透明电极、石墨烯透明电极、金属纳米线透明电极、金属网格透明电极等。固化胶可以是光固化胶、热固化胶等任意透明固化胶水，相应地，固化方式和固化时间根据固化胶不同进行适当调整。制绒模板除PDMS外，还包括为具有微米或纳米尺度的随机或周期结构PFPE、铝、聚四氟乙烯材料等。其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims

1.一种高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：该透明导电薄膜包括透明电极，所述透明电极的一面涂布有带绒面结构的透明固化胶，所述透明电极的另一面为光滑的平面。

2.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述绒面结构为具有微米或纳米尺度的随机或周期性的结构。

3.根据权利要求2所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述绒面结构为纳米锥结构、倒金字塔结构、纳米洞结构、鹅眼结构、荷叶结构中的一种。

4.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述透明导电薄膜的雾度在0～95％内可调。

5.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述透明导电薄膜的反射率为1～20％，透过率为70～97％。

6.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述透明导电薄膜的厚度为0.5～1000μm。

7.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述透明电极为铟锡氧化物透明电极、碳纳米管透明电极、石墨烯透明电极、金属纳米线透明电极、金属网格透明电极中的一种。

8.根据权利要求1所述的高雾度的透明导电薄膜，其特征在于：所述的固化胶为光固化胶、热固化胶、压敏胶中的一种。

9.一种制造权利要求1-8任一所述的高雾度的透明导电薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在衬底上制备透明电极；

10.根据权利要求9所述的一种高雾度的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的衬底为硅片、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃、铝箔、铜箔、不锈钢板中的一种。

11.根据权利要求9所述的一种高雾度的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，涂布方法为旋涂，旋涂的转速为400～8000rpm，匀胶时间为15～60s。

12.根据权利要求9所述的一种高雾度的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述制绒模板为具有微米或纳米尺度的随机或周期性结构的聚二甲基硅氧烷、全氟聚醚、铝、聚四氟乙烯中的一种。