[發(fā)明專利]納米線-聚合物復(fù)合材料電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180044909.1
• 申請(qǐng)日: 2011-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN103109391A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奇兵·裴;志彬·于
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)
• 主分類號(hào): H01L51/56
• 分類號(hào): H01L51/56;H05B33/26;H01B5/14
• 代理公司: 北京鴻德海業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11412
• 代理人: 袁媛

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2010年9月24日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/386，454的優(yōu)先權(quán)，在此將其全文并入作為參考。

關(guān)于聯(lián)邦資助科研或開發(fā)的聲明

本發(fā)明受美國能源部資助，授權(quán)號(hào)為DE-FC26-08NT01575。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。

光盤上提交的材料的并入?yún)⒖?/u>

不適用

背景技術(shù)

1．技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及納米線-聚合物復(fù)合材料電極（nanowire-polymer?composite?electrode）制造方法和的應(yīng)用，更具體地涉及一種利用導(dǎo)電納米線制造柔韌、透明導(dǎo)體的方法，所述導(dǎo)體具有光滑的有效表面（active?surface），用于電子器件，例如發(fā)光器件和太陽能電池。

2．相關(guān)技術(shù)說明

有機(jī)電子器件，例如有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）和柔性O(shè)LED，在近年得到迅猛發(fā)展。這些器件可以制成在較大面積的區(qū)域或基底上并且與低成本的制造工藝并存。許多新應(yīng)用都需要這種柔韌并可變形的電子器件，例如可穿戴顯示器、太陽能電池板、觸摸屏、電致變色器件和非侵入性生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，上述應(yīng)用可能需要大的變形以應(yīng)對(duì)身體運(yùn)動(dòng)。可變形設(shè)備還可以形成在不規(guī)則的安裝表面上。

用于這種光電器件的電極通常必須是透明和柔性的。這種柔性電極相對(duì)于基底的柔韌性以及平滑的導(dǎo)電層表面需要高透明度和導(dǎo)電率、強(qiáng)附著力、導(dǎo)電層。需要具有透明特性的高導(dǎo)電率以避免器件內(nèi)不期望的壓降和焦耳熱效應(yīng)，特別是對(duì)于基于電流的器件，例如有機(jī)發(fā)光二極管和太陽能電池。導(dǎo)電層的柔韌性和對(duì)于基底的強(qiáng)附著力都是防止導(dǎo)電層脫層所必須的。表面平滑度也是非常重要的，因?yàn)檫@些光電器件中的活性層的厚度通常處于幾十納米的范圍內(nèi)。電極層上的任何突起都可導(dǎo)致不需要的短路，并因此導(dǎo)致器件故障。

早期的柔性O(shè)LED嘗試采用銦摻雜氧化錫（ITO）作為透明電極中的導(dǎo)電層。但是，在這些電極結(jié)構(gòu)中，器件柔韌性和性能非常有限。因此研究出了很多其他透明電極來取代ITO電極，以增強(qiáng)薄膜器件的柔韌性。

氣相淀積法（例如等離子氣相淀積（PVD）或化學(xué)氣相淀積（CVD））是用于生產(chǎn)柔性透明電極的常用方法。但是，氣相淀積法需要復(fù)雜的設(shè)備和巨大的資金投入，這極大地增加了器件制造工藝的成本。另外，傳統(tǒng)氣相淀積工藝中所用材料局限于金屬氧化物或混合金屬氧化物，例如銦錫混合氧化物（ITO）、銻錫混合氧化物（ATO）、氟摻雜錫氧化錫（FTO）和鋁摻雜氧化鋅（AL-ZO）。雖然由這些材料制成的電極可以是既透明又適度導(dǎo)電的，但人們發(fā)現(xiàn)金屬氧化物易碎并且對(duì)于基底的附著力很差。這種電極在需要反復(fù)變形的應(yīng)用中無法生存。

另外一種方法稱作溶膠-凝膠工藝（sol-gel?process），用于通過前體（precursor）的水解和部分冷凝施加金屬氧化物或混合金屬氧化物，從而形成穩(wěn)定溶膠，然后采用通常的涂布工藝。濕涂層（wet?coating）經(jīng)歷熱固化處理以形成連續(xù)高分子金屬氧化物或者混合金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)。但是，由溶膠-凝膠工藝形成的涂層通常具有松散和多孔結(jié)構(gòu)并且導(dǎo)電率低。涂層的致密化需要在遠(yuǎn)高于柔韌基底所能承受的溫度下進(jìn)行退火處理。因此，該處理因此無法滿足要求。

在另外一種可能的方法中，導(dǎo)電納米粒子、納米管、納米片或者納米線可分散在溶液中以形成穩(wěn)定制劑，然后通過常用涂布法（例如噴涂法、浸涂法、流涂法、條縫涂布法和Meyer桿涂法）將其涂布在柔性基底上。但是，這些方法生產(chǎn)的納米材料在溶液中是不穩(wěn)定的，在最初的分散后趨于形成結(jié)塊。因此，必須采用分散劑來穩(wěn)定分散過程。常用的分散劑是非導(dǎo)電的，需要在涂布過程期間或者稍后除去以保持涂層的導(dǎo)電性。涂層在洗滌過程中經(jīng)常從基底上脫層。從涂層中分解和燒掉分散劑不是可選擇的方法，因?yàn)槿嵝曰撞荒艹惺軜O高溫。

用常規(guī)的噴涂法、浸涂法或Meyer桿涂法在基底上形成的涂層還會(huì)具有大的表面高度變化，通常會(huì)超過100nm，這通常將大于常見光電器件活性層的厚度。電極層上的這些突起將導(dǎo)致不需要的短路，并因此導(dǎo)致設(shè)備故障。

因此，需要一種柔性透明電極，其具有極好的光學(xué)透明性、導(dǎo)電率、導(dǎo)電層柔韌性和對(duì)于基底的強(qiáng)附著力以及有效表面平滑度。還需要一種方法，其提供用于制造光電設(shè)備所用的柔性透明電極的低成本的和可規(guī)模化工藝。本發(fā)明滿足這些及其他要求并且大體上為超過現(xiàn)有技術(shù)的改善。