一種高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對光電器件集成度與柔性化需求的日益增加，透明導(dǎo)電電極的優(yōu)劣也成為了顯示照明、智能傳感與觸控元件等新型器件性能的關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)有技術(shù)下，相比于廣泛使用的摻錫氧化銦(ITO)透明導(dǎo)電電極材料本身的資源短缺、毒性以及固有的陶瓷脆性等因素;采用一維導(dǎo)電納米線搭建起來的逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)具備快速低溫大面積的制備工藝優(yōu)勢，具有媲美ITO透明導(dǎo)電電極的性能，并兼具良好的柔性，從而在相關(guān)領(lǐng)域可以取代ITO薄膜，成為發(fā)展新型柔性光電器件的關(guān)鍵技術(shù)，對推動光電器件的更新?lián)Q代具有重要的意義。
[0003]特別是，我們采用了一種非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，可以實現(xiàn)在低溫下快速大面積制備有序納米線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，相比于無序?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)具有更優(yōu)的性能。另一方面，作為高像素顯示、智能傳感與觸控元件等新型光電器件核心組件之一，高性能精細(xì)化的透明導(dǎo)電電極是邁向工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。這些器件均要求導(dǎo)電線路的尺寸達(dá)到幾百納米到百微米量級寬度，同時要求其具有非常好的導(dǎo)電與透光能力。在有序排列的高性能大面積透明電極基礎(chǔ)上，我們提出了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝或激光燒蝕技術(shù)進(jìn)行高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法，旨在解決金屬納米線透明導(dǎo)電電極用于大尺寸高像素顯示與觸控領(lǐng)域?qū)?xì)化透明導(dǎo)電電極低方阻、高均勻性要求的問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法，包括下述步驟:
[0006](I)通過非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法獲得單方向有序排列的金屬納米線陣列，并在與陣列垂直的方向采用所述非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，獲得垂直方向有序排列的金屬納米線陣列，組成的垂直交叉結(jié)構(gòu)構(gòu)成了金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；
[0007](2)對金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化刻蝕，并選擇與有序排布的金屬納米線平行的方向作為刻蝕方向，刻蝕后獲得具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電電極。
[0008]具體地，可以通過非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，可以避免金屬納米線承受外力而被折斷變形，同時可以獲得大面積單方向有序排列的金屬納米線陣列，并在與陣列垂直的方向采用所述非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，獲得垂直方向有序排列的金屬納米線陣列，組成的垂直交叉結(jié)構(gòu)構(gòu)成金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);其中，在非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法中，需要保證目標(biāo)襯底的潔凈性與親水性，控制金屬納米線墨水的濃度與粘度，以及刮刀與目標(biāo)的距離，從而獲得均勻涂覆的金屬納米線網(wǎng)絡(luò)。對上述金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化刻蝕，并選擇與有序排布的金屬納米線平行的方向作為刻蝕方向，刻蝕后獲得具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電電極。
[0009]更進(jìn)一步地，在步驟(I)中，通過采用非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，降低了金屬納米線的團(tuán)聚現(xiàn)象，獲得了更均勻的金屬納米線網(wǎng)絡(luò)。
[0010]更進(jìn)一步地，在步驟(I)中，導(dǎo)電納米材料為銀納米線、銅納米線、合金納米線或者其復(fù)合材料。
[0011 ] 更進(jìn)一步地，在步驟(I)中，所述金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方阻為5 Ω /sq?100Ω /sq0
[0012]更進(jìn)一步地，在步驟(2)中，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝或激光直寫刻蝕工藝對所述金屬納米線透明導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刻蝕。其中，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝的工藝條件在超凈間室中進(jìn)行，環(huán)境濕度為25%?40%以及環(huán)境溫度在10°C?25°C為最佳，在均勻涂覆金屬納米線的目標(biāo)襯底上涂覆光刻膠，然后經(jīng)歷75°C?95°C前烘、冷卻至10°C?25°C、在紫外光刻機(jī)下曝光1s?60s、顯影5s?60s、75 0C?95 °C后烘以及除膠。
[0013]采用激光直寫刻蝕工藝的工藝條件在超凈間室、環(huán)境濕度為25%?40%以及環(huán)境溫度在10°C?25°C下使用納秒、皮秒或飛秒激光器和工藝參數(shù)為采用355納米、脈寬25納秒、重復(fù)頻率為10kHz、10微米光斑的Nd: YV04激光器，刻蝕功率為0.5瓦?5瓦，3D平臺移動速率為 I Omm/ s ?1000mm/s。
[0014]更進(jìn)一步地，在步驟(2)中，采用納秒激光脈沖、皮秒激光脈沖以及飛秒激光脈沖作為光源進(jìn)行刻蝕，從而控制線條刻蝕邊緣的平滑性及刻蝕的速率。
[0015]更進(jìn)一步地，在步驟(2)中，激光脈沖的激光功率小于50mJ/cm3;從而防止激光能量過高對于非刻蝕區(qū)的熱影響。
[0016]更進(jìn)一步地，在步驟(2)之后還包括步驟(3)，對不同寬度和厚度的所述透明導(dǎo)電電極進(jìn)行電學(xué)性能測試。
[0017]通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了沿著有序化排列的金屬納米線導(dǎo)電電極進(jìn)行刻蝕，能夠充分保留沿著刻蝕方向的金屬納米線的完整性，使精細(xì)化的透明電極具有更優(yōu)異更均勻的低電阻性能，從而可以應(yīng)用于大尺寸高像素的顯示照明及或智能觸控等對于精細(xì)化圖案有需求的領(lǐng)域，降低器件工作功耗。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例提供的高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法中刻蝕形成的不同寬度(10微米?100微米)的透明導(dǎo)電電極線條。
[0019]圖2是本發(fā)明實施例提供的高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法中刻蝕后寬度為50微米的透明導(dǎo)電電極線條形貌特征。
[0020]圖3是是本發(fā)明實施例提供的高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法中刻蝕后不同寬度的銀納米線透明導(dǎo)電電極的電學(xué)性能，可以看出通過本發(fā)明得到的有序化排布的銀納米線線透明導(dǎo)電電極在刻蝕后具有比相同條件下獲得的無序網(wǎng)絡(luò)更優(yōu)異的性能，并且媲美 ITOo
[0021]圖4是本發(fā)明實施例提供的有序化排布的透明導(dǎo)電電極在可見光波段的透過率，可以看出所得有序化排布的透明導(dǎo)電電極在可見光波段具有超過85%的透過率，能夠滿足顯示照明以及智能觸控對透過率的工業(yè)參數(shù)要求。
[0022]圖5是采用本發(fā)明實施例提供的透明導(dǎo)電電極應(yīng)用于發(fā)光二極管器件中的發(fā)光光譜示意圖，可以看出發(fā)光中心波長為632nm，具有44nm的極窄線寬。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明提供的高性能精細(xì)化透明導(dǎo)電電極的制備方法，包括下述步驟:
[0025]步驟一:透明導(dǎo)電電極的制備
[0026]通過非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法(該方法的具體實施步驟詳見公開號為CN201510182642的專利申請文件中)獲得單方向有序排列的金屬納米線陣列的薄膜，在與陣列垂直的方向采用所述同樣的非接觸式一維納米材料陣列的大面積組裝方法，獲得垂直方向有序排列的金屬納米線陣列，實現(xiàn)了金屬納米線網(wǎng)絡(luò)的垂直排布。相比于無序排布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該方法降低了金屬納米線的團(tuán)聚，在透過率不變的情況下降低了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方阻，提高了金屬納米線透明導(dǎo)電電極網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。
[0027]步驟二:激光刻蝕制備微尺度透明導(dǎo)電電極
[0028]為制備高性能精細(xì)化的金屬納米線網(wǎng)絡(luò)透明電極，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝或激光直寫刻蝕技術(shù)對步驟一形成的垂直陣列網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化刻蝕，在刻蝕時選擇與金屬納米線平行的方向進(jìn)行刻蝕，從而盡可能的保留金屬納米線性的完整性，極大的改善了無序網(wǎng)絡(luò)刻蝕后電阻極大增加的情況，通過實施例可以看出通過該工藝可以達(dá)到與ITO等導(dǎo)電氧化物連續(xù)膜相比