CN112164516A - 一种金属网格复合电极的制备方法 - Google Patents

一种金属网格复合电极的制备方法 Download PDF

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任乃飞
季慧
王轶伦
李双双
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Abstract

本发明公开了一种金属网格复合电极的制备方法，属于金属网格电极领域，包括如下步骤：制备模板涂层溶液；制备基底模板，取衬底与模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；基底模板处理；制备金属网格导电薄膜层；将导电薄膜层置于掩模板上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。本发明提高了金属网格电极的透光率，同时使金属网格在厚度为1～10nm时仍具有较好的导电性；同时通过改变衬底的表面，从而得到不同厚度阈值的金属网格电极，利用涂覆金属纳米线提高了电极的导电性，实现了导电性和透光率二者性能的平衡。

Description

一种金属网格复合电极的制备方法
技术领域
本发明涉及金属网格电极相关领域，具体为一种金属网格复合电极的制备方法。
背景技术
随着新材料、新工艺的出现，人们使用的电子设备正朝着大尺寸、轻薄、柔性且低成本方向发展，对应用于各类光电器件的电极材料也提出了制备工艺简单、环境友好且兼具透明的要求。传统的金属电极，均采用真空蒸镀的方式进行制备，制备工艺复杂、能耗高的缺点限制了其大面积快速制备及大规模应用；而且金属电极只有蒸镀厚度为10纳米以下的厚度才具备透明的性质，但会在一定程度上影响电极的电学性能以及与基底的附着力。所以，金属网格电极结构在制备工艺、基底选择和导电性等方面均具备了一定的优势，成为了目前透明导电薄膜领域的研究热点。
导电性和透光率是透明电极材料的主要性能指标，大部分透明电极材料需要平衡两者的性能，但是现有的金属网格电极透光率和导电性往往难以兼得。为了提高通常厚度的金属网格透明电极的导电性，一般需要缩小网格的尺寸，但是电极的透光率会大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属网格复合电极的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种金属网格复合电极的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备模板涂层溶液；
S2：制备基底模板：取衬底与S1中模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；
S3：基底模板处理；
S4：制备金属网格导电薄膜层；
S5：将掩膜板置于导电薄膜层上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。
进一步的，所述S2中模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜具体包括：将衬底浸入模板涂层溶液中或者将模板涂层溶液旋涂于衬底上，以使胺基薄膜均匀沉积于衬底上。
进一步的，所述S2中衬底为聚苯乙烯胶体晶体或者聚甲基丙烯酸甲酯。
进一步的，所述模板涂层溶液为聚多巴胺、聚乙烯亚胺或者聚丙烯胺中的一种或者多种混合物。
进一步的，所述S3中基底模板处理具体包括：S31：将沉积有胺基薄膜的基底衬底放入烘箱中10～40min并控温在50～80℃；S32：胺基薄膜覆于衬底上形成薄膜层模板，并利用掩膜板在薄膜层模板的表面进行光刻形成网格型薄膜层模板。
进一步的，S4中具体包括：
S41：分别配置A组分溶液与B组分溶液；
S42：将A组分溶液与B组分溶液置于反应容器中混合搅拌，并将制得的上述网格型薄膜层模板浸入混合液内，使其反应形成导电薄膜层。
进一步的，所述S41中A组分溶液包括氢氧化钾溶液、硝酸银溶液与氨水的混合物，B 组分溶液为低醇与葡萄糖溶液的混合物。
进一步的，所述B组分溶液中的低醇为溶液状且为无水甲醇。
进一步的，所述S5中还包括在金属网格导电薄膜层表面涂覆金属纳米线，形成金属网格复合电极。
一种金属网格复合电极的制备方法制备的金属网格复合电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提高了金属网格电极的透光率，同时使金属网格在厚度为1～10nm时仍具有较好的导电性；同时通过改变衬底的表面，从而得到不同厚度阈值的金属网格电极，利用涂覆金属纳米线提高了电极的导电性，同时添加的金属纳米线不影响复合电极本身的透射率(透光率)，实现了导电性和透光率二者性能的平衡。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明提供一种技术方案：一种金属网格复合电极的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备模板涂层溶液；
S2：制备基底模板，取衬底与S1中模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；
S3：基底模板处理；
S4：制备金属网格导电薄膜层；
S5：将掩膜板置于导电薄膜层上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。
在本实施例中，S2中模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层薄膜具体包括：将衬底浸入模板涂层溶液中或将模板涂层溶液旋涂于衬底上，以使薄膜均匀沉积于衬底上。
在本实施例中，旋涂于衬底上具体过程为：将模板涂层溶液滴于衬底上，用旋涂机以 200～300r/min的速度持续运行1min，再以1000～1500r/min的转速持续旋涂30s，即获得溶液层。
在本实施例中，模板涂层溶液为聚多巴胺、聚乙烯亚胺或者聚丙烯胺中的一种或者多种混合物。
在本实施例中，S3中基底模板处理具体包括：S31：将沉积有薄膜的基底衬底放入烘箱中10～40min并控温在50～80℃；S32：胺基薄膜覆于衬底上形成薄膜层模板，并利用掩膜板在薄膜层模板的表面进行光刻形成网格型薄膜层模板。
在本实施例中，S2中衬底为聚苯乙烯胶体晶体或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本实施例中，S4中具体包括：在掩模板间隙沉积1～10nm厚度的金属层；除去掩模板，即得电极。
在本实施例中，掩模板间隙沉积具体采用磁控溅射法。
在本实施例中，降低金属网格的厚度，提高了金属网格电极的透光率，同时使金属网格在厚度为1～10nm时仍具有较好的导电性；同时通过改变衬底的表面，从而得到不同厚度阈值的金属网格电极。
实施例2：一种金属网格复合电极的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备模板涂层溶液；
S2：制备基底模板，取衬底与S1中模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；
S3：基底模板处理；
S4：制备金属网格导电薄膜层；
S5：将掩膜板置于导电薄膜层上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。
在本实施例中，S2中模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层薄膜具体包括：将衬底浸入模板涂层溶液中或将模板涂层溶液旋涂于衬底上，以使薄膜均匀沉积于衬底上。
在本实施例中，旋涂于衬底上具体过程为：将模板涂层溶液滴于衬底上，用用旋涂机以 200～300r/min的速度持续运行1min，再以1000～1500r/min的转速持续旋涂30s，即获得溶液层。
在本实施例中，模板涂层溶液为聚多巴胺、聚乙烯亚胺或聚丙烯胺中的一种或多种混合物。
在本实施例中，S3中基底模板处理具体包括：S31：将沉积有薄膜的基底衬底放入烘箱中10～40min并控温在50-80℃；S32：薄膜覆于衬底上形成薄膜层模板，并利用掩膜板在薄膜层模板的表面进行光刻形成网格型薄膜层模板。
在本实施例中，S2中衬底为聚苯乙烯胶体晶体或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本实施例中，S4中具体包括：
S41：分别配置A组分溶液与B组分溶液；
S42：将A组分溶液与B组分溶液置于反应容器中混合搅拌，并将制得上述薄膜层模板浸入混合液内，使其反应形成导电薄膜层。
在本实施例中，S41中A组分溶液包括氢氧化钾溶液、硝酸银溶液与氨水按比例为2∶4∶0.3的混合物，B组分溶液为低醇与葡萄糖溶液按比例为2∶1的混合物。
在本实施例中，B组分溶液中的低醇为溶液状且为无水甲醇。
在本实施例中，制得的电极具有黏结性和机械稳定性，同时又具有高的耐弯折、导电性、透光率，利用模板涂层溶液。
实施例3：一种金属网格复合电极的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备模板涂层溶液；
S2：制备基底模板，取衬底与S1中模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；
S3：基底模板处理；
S4：制备金属网格导电薄膜层；
S5：将掩膜板置于导电薄膜层上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。
在本实施例中，S2中模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层薄膜具体包括：将衬底浸入模板涂层溶液中或将模板涂层溶液旋涂于衬底上，以使薄膜均匀沉积于衬底上。
在本实施例中，旋涂于衬底上具体过程为：将模板涂层溶液滴于衬底上，用用旋涂机以 200～300r/min的速度持续运行1min，再以1000～1500r/min的转速持续旋涂30s，即获得溶液层。
在本实施例中，模板涂层溶液为聚多巴胺、聚乙烯亚胺或聚丙烯胺中的一种或多种混合物。
在本实施例中，S3中基底模板处理具体包括：S31：将沉积有薄膜的基底衬底放入烘箱中10～40min并控温在50～80℃；S32：薄膜覆于衬底上形成薄膜层模板，并利用掩膜板在薄膜层模板的表面进行光刻形成网格型薄膜层模板。
在本实施例中，S2中衬底为聚苯乙烯胶体晶体或聚甲基丙烯酸甲酯。
在本实施例中，S4中具体包括：
S41：分别配置A组分溶液与B组分溶液；
S42：将A组分溶液与B组分溶液置于反应容器中混合搅拌，并将制得上述网格型薄膜层模板浸入混合液内，使其反应形成导电薄膜层。
在本实施例中，S41中A组分溶液包括氢氧化钾溶液、硝酸银溶液与氨水的混合物，B 组分溶液为低醇与葡萄糖溶液的混合物。
在本实施例中，B组分溶液中的低醇为溶液状且为无水甲醇。
在本实施例中，S5中还包括在金属网格导电薄膜层表面涂覆金属纳米线，形成金属网格复合电极。
在本实施例中，通过在制得的金属网格导电薄膜层涂覆金属纳米线，利用涂覆金属纳米线提高了电极的导电性，同时金属纳米线不影响复合电极本身的透射率(透光率)，实现了导电性和透光率二者性能的平衡。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
表1不同实施例的金属网格透明电极的透光性和导电率
Figure RE-GDA0002734030400000051
从表1中可以得知，实施例2中金属网格复合电极透光性最高，但其方块电阻最高，导电性最差；实施例3中金属网格复合电极的方块电阻最小，其导电性能最好。通过实验可知，实施例3中金属网格复合电极的综合光电性能最高，即品质因子最高，为3.573×10-2Ω-1。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：制备模板涂层溶液；
S2：制备基底模板：取衬底与S1中模板涂层溶液，并用模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜；
S3：基底模板处理；
S4：制备金属网格导电薄膜层；
S5：将掩膜板置于导电薄膜层上，经激光刻蚀溶解、清洗干燥得金属网格导电薄膜层。
2.根据权利要求1所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述S2中模板涂层溶液在衬底上均匀沉积一层胺基薄膜具体包括：将衬底浸入模板涂层溶液中或者将模板涂层溶液旋涂于衬底上，以使胺基薄膜均匀沉积于衬底上。
3.根据权利要求2所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述S2中衬底为聚苯乙烯胶体晶体或者聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述模板涂层溶液为聚多巴胺、聚乙烯亚胺或者聚丙烯胺中的一种或者多种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述S3中基底模板处理具体包括：S31：将沉积有胺基薄膜的基底衬底放入烘箱中10～40min并控温在50～80℃；S32：胺基薄膜覆于衬底上形成薄膜层模板，并利用掩膜板在薄膜层模板的表面进行光刻形成网格型薄膜层模板。
6.根据权利要求5所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，S4中具体包括：
S41：分别配置A组分溶液与B组分溶液；
S42：将A组分溶液与B组分溶液置于反应容器中混合搅拌，并将制得的上述网格型薄膜层模板浸入混合液内，使其反应形成导电薄膜层。
7.根据权利要求6所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述S41中A组分溶液包括氢氧化钾溶液、硝酸银溶液与氨水的混合物，B组分溶液为低醇与葡萄糖溶液的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述B组分溶液中的低醇为溶液状且为无水甲醇。
9.根据权利要求1所述的一种金属网格复合电极的制备方法，其特征在于，所述S5中还包括在金属网格导电薄膜层表面涂覆金属纳米线，形成金属网格复合电极。
10.利用权利要求1-9任一项一种金属网格复合电极的制备方法制备的金属网格复合电极。
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