一种高性能精细化透明导电电极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电器件领域，更具体地，涉及一种高性能精细化透明导电电极的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着对光电器件集成度与柔性化需求的日益增加，透明导电电极的优劣也成为了显示照明、智能传感与触控元件等新型器件性能的关键因素之一。在现有技术下，相比于广泛使用的掺锡氧化铟(ITO)透明导电电极材料本身的资源短缺、毒性以及固有的陶瓷脆性等因素;采用一维导电纳米线搭建起来的逾渗导电网络具备快速低温大面积的制备工艺优势，具有媲美ITO透明导电电极的性能，并兼具良好的柔性，从而在相关领域可以取代ITO薄膜，成为发展新型柔性光电器件的关键技术，对推动光电器件的更新换代具有重要的意义。
[0003]特别是，我们采用了一种非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，可以实现在低温下快速大面积制备有序纳米线导电网络，相比于无序导电网络具有更优的性能。另一方面，作为高像素显示、智能传感与触控元件等新型光电器件核心组件之一，高性能精细化的透明导电电极是迈向工业化应用的关键技术之一。这些器件均要求导电线路的尺寸达到几百纳米到百微米量级宽度，同时要求其具有非常好的导电与透光能力。在有序排列的高性能大面积透明电极基础上，我们提出了应用标准光刻工艺或激光烧蚀技术进行高性能精细化透明导电电极的制备。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高性能精细化透明导电电极的制备方法，旨在解决金属纳米线透明导电电极用于大尺寸高像素显示与触控领域对精细化透明导电电极低方阻、高均匀性要求的问题。
[0005]本发明提供了一种高性能精细化透明导电电极的制备方法，包括下述步骤:
[0006](I)通过非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法获得单方向有序排列的金属纳米线阵列，并在与阵列垂直的方向采用所述非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，获得垂直方向有序排列的金属纳米线阵列，组成的垂直交叉结构构成了金属纳米线透明导电网络；
[0007](2)对金属纳米线透明导电网络进行精细化刻蚀，并选择与有序排布的金属纳米线平行的方向作为刻蚀方向，刻蚀后获得具有精细结构的透明导电电极。
[0008]具体地，可以通过非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，可以避免金属纳米线承受外力而被折断变形，同时可以获得大面积单方向有序排列的金属纳米线阵列，并在与阵列垂直的方向采用所述非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，获得垂直方向有序排列的金属纳米线阵列，组成的垂直交叉结构构成金属纳米线透明导电网络;其中，在非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法中，需要保证目标衬底的洁净性与亲水性，控制金属纳米线墨水的浓度与粘度，以及刮刀与目标的距离，从而获得均匀涂覆的金属纳米线网络。对上述金属纳米线透明导电网络进行精细化刻蚀，并选择与有序排布的金属纳米线平行的方向作为刻蚀方向，刻蚀后获得具有精细结构的透明导电电极。
[0009]更进一步地，在步骤(I)中，通过采用非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，降低了金属纳米线的团聚现象，获得了更均匀的金属纳米线网络。
[0010]更进一步地，在步骤(I)中，导电纳米材料为银纳米线、铜纳米线、合金纳米线或者其复合材料。
[0011 ] 更进一步地，在步骤(I)中，所述金属纳米线透明导电网络的方阻为5 Ω /sq?100Ω /sq0
[0012]更进一步地，在步骤(2)中，采用标准光刻工艺或激光直写刻蚀工艺对所述金属纳米线透明导电网络进行刻蚀。其中，采用标准光刻工艺的工艺条件在超净间室中进行，环境湿度为25%?40%以及环境温度在10°C?25°C为最佳，在均匀涂覆金属纳米线的目标衬底上涂覆光刻胶，然后经历75°C?95°C前烘、冷却至10°C?25°C、在紫外光刻机下曝光1s?60s、显影5s?60s、75 0C?95 °C后烘以及除胶。
[0013]采用激光直写刻蚀工艺的工艺条件在超净间室、环境湿度为25%?40%以及环境温度在10°C?25°C下使用纳秒、皮秒或飞秒激光器和工艺参数为采用355纳米、脉宽25纳秒、重复频率为10kHz、10微米光斑的Nd: YV04激光器，刻蚀功率为0.5瓦?5瓦，3D平台移动速率为 I Omm/ s ?1000mm/s。
[0014]更进一步地，在步骤(2)中，采用纳秒激光脉冲、皮秒激光脉冲以及飞秒激光脉冲作为光源进行刻蚀，从而控制线条刻蚀边缘的平滑性及刻蚀的速率。
[0015]更进一步地，在步骤(2)中，激光脉冲的激光功率小于50mJ/cm3;从而防止激光能量过高对于非刻蚀区的热影响。
[0016]更进一步地，在步骤(2)之后还包括步骤(3)，对不同宽度和厚度的所述透明导电电极进行电学性能测试。
[0017]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用了沿着有序化排列的金属纳米线导电电极进行刻蚀，能够充分保留沿着刻蚀方向的金属纳米线的完整性，使精细化的透明电极具有更优异更均匀的低电阻性能，从而可以应用于大尺寸高像素的显示照明及或智能触控等对于精细化图案有需求的领域，降低器件工作功耗。
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例提供的高性能精细化透明导电电极的制备方法中刻蚀形成的不同宽度(10微米?100微米)的透明导电电极线条。
[0019]图2是本发明实施例提供的高性能精细化透明导电电极的制备方法中刻蚀后宽度为50微米的透明导电电极线条形貌特征。
[0020]图3是是本发明实施例提供的高性能精细化透明导电电极的制备方法中刻蚀后不同宽度的银纳米线透明导电电极的电学性能，可以看出通过本发明得到的有序化排布的银纳米线线透明导电电极在刻蚀后具有比相同条件下获得的无序网络更优异的性能，并且媲美 ITOo
[0021]图4是本发明实施例提供的有序化排布的透明导电电极在可见光波段的透过率，可以看出所得有序化排布的透明导电电极在可见光波段具有超过85%的透过率，能够满足显示照明以及智能触控对透过率的工业参数要求。
[0022]图5是采用本发明实施例提供的透明导电电极应用于发光二极管器件中的发光光谱示意图，可以看出发光中心波长为632nm，具有44nm的极窄线宽。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本发明提供的高性能精细化透明导电电极的制备方法，包括下述步骤:
[0025]步骤一:透明导电电极的制备
[0026]通过非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法(该方法的具体实施步骤详见公开号为CN201510182642的专利申请文件中)获得单方向有序排列的金属纳米线阵列的薄膜，在与阵列垂直的方向采用所述同样的非接触式一维纳米材料阵列的大面积组装方法，获得垂直方向有序排列的金属纳米线阵列，实现了金属纳米线网络的垂直排布。相比于无序排布的网络结构，该方法降低了金属纳米线的团聚，在透过率不变的情况下降低了导电网络的方阻，提高了金属纳米线透明导电电极网络的性能指标。
[0027]步骤二:激光刻蚀制备微尺度透明导电电极
[0028]为制备高性能精细化的金属纳米线网络透明电极，采用标准光刻工艺或激光直写刻蚀技术对步骤一形成的垂直阵列网络进行精细化刻蚀，在刻蚀时选择与金属纳米线平行的方向进行刻蚀，从而尽可能的保留金属纳米线性的完整性，极大的改善了无序网络刻蚀后电阻极大增加的情况，通过实施例可以看出通过该工艺可以达到与ITO等导电氧化物连续膜相比
文档序号 :
【 9867864 】
技术研发人员：胡彬,方云生,周军
技术所有人：华中科技大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
技术研发人员：胡彬,方云生,周军
技术所有人：华中科技大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除