[發明專利]一種柔性透明導電石墨烯薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201310196580.1
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN104183701A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 周明杰;馮小明;黃輝;王平
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48;H01L51/52
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及一種導電薄膜，具體涉及一種柔性透明導電石墨烯薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

在有機發光二極管（OLED）器件或者有機太陽能電池器件中，通常使用氧化銦錫（ITO）導電薄膜作為陽極，這是因為ITO導電薄膜具有較好的導電性能和較高的透光率。然而ITO導電薄膜在OLED的應用上也存在諸多難以克服的問題。例如ITO導電薄膜所采用的銦化合物價格比較昂貴，此外，在制備ITO導電薄膜的過程中，各種元素如銦（In）和錫（Sn）的摻雜比例組成不易控制，導致ITO導電薄膜的形貌、載流子和傳輸性能難以控制，因此導電性也比較難以控制。

據此，許多研究人員開發了石墨烯導電薄膜，石墨烯是有碳六元環組成的兩維（2D）周期蜂窩狀點陣結構，具有非常高的比表面積和卓越的力學性能，是已知材料中最薄的一種，而且是最牢固堅硬的一種；石墨烯有著良好的電學性能，在室溫下的電子遷移率達到了15000cm2/V.S；石墨烯特殊的二維結構賦予其完美的量子隧道效應以及可彎曲等一系列性質，在光電學器件中有著廣泛的應用。

目前，柔性OLED以及柔性太陽能電池的應用十分廣泛，但是目前制備的石墨烯薄膜，要獲得較高的導電率，通常需要采用化學氣相沉積（CVD）和高溫氧化成膜等方法制備，這些方法都要求基板能承受高達800℃以上的溫度，對于柔性電極而言，通常聚合物薄膜都不能承受這樣的溫度，而玻璃材質的柔性基板，其韌性比較差，現在已開發的一些增韌的玻璃基板，通常是在玻璃基板表面覆蓋有機物薄膜，但在化學氣相沉積工藝中，這些有機物薄膜會在高溫下分解，使得其增韌功能不能實現。因此開發柔性透明導電石墨烯薄膜成為目前存在的一個待解決的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種柔性透明導電石墨烯薄膜，該柔性透明導電石墨烯薄膜包括玻璃基板和分別設置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對二甲苯層，該柔性導電石墨烯電極具有較高的導電率和透光率，且撓曲性好。本發明還提供了該柔性透明導電石墨烯薄膜的制備方法，該方法能避免直接在不耐高溫的聚合物薄膜基板上制備石墨烯層，從而解決了傳統高溫制備會損害含聚合物薄膜基板的問題。此外，本發明還提供了該柔性透明導電石墨烯薄膜在太陽能電池器件或有機發光二極管器件中的應用。

第一方面，本發明提供了一種柔性透明導電石墨烯薄膜，所述柔性透明導電石墨烯薄膜包括玻璃基板和分別設置在所述玻璃基板正反兩面的石墨烯層和聚對二甲苯層，其中，所述玻璃基板的厚度為50～200μm，所述石墨烯層的厚度為100～2000nm，所述聚對二甲苯層的厚度為2～10μm。

所述柔性透明導電石墨烯薄膜包括基底層和導電層，所述基底層包括玻璃基板和聚對二甲苯層，所述導電層為石墨烯層；與單層玻璃基底相比，聚對二甲苯聚能形成比較致密的薄膜，能很好地分散玻璃表面在撓曲時產生的應力，從而提高柔性透明導電石墨烯薄膜的韌性，此外，聚對二甲苯薄膜在可見光區具有很高的透過率；所述石墨烯層為薄膜的導電層，石墨烯不僅具有良好的電學性能和透光率，還具有卓越的力學性能，易形成耐彎曲的導電薄層；因此，本發明提供的柔性透明導電石墨烯薄膜具有較高的導電率和透光率，且撓曲性好。

第二方面，本發明提供了一種柔性透明導電石墨烯薄膜的制備方法，包括如下步驟：

S10、取潔凈玻璃基板，置于氣相沉積室中，通入氣態碳源，維持沉積室內壓力為10～1000Pa，于600～1000℃下，在所述玻璃基板的一面沉積石墨烯層，得到具有石墨烯層的玻璃基板；

S20、將所述具有石墨烯層的玻璃基板置于真空度為1.0×10^-5～1.0×10^-3Pa的鍍室中，采用電子束蒸鍍的方法在所述石墨烯層上制備脫模劑層，得到具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板，所述脫模劑層的材質為水溶性鹵鹽；

S30、取固態對二甲苯環二體，于170℃下升華為氣態后，再在680～700℃下裂解，得到具有自由基的對二甲苯氣態單體分子；

S40、將S20制得具有石墨烯層和脫模劑層的玻璃基板置于真空沉積室中，通入S30制備的所述氣態單體分子，所述氣態單體分子在所述脫膜劑層上和玻璃基板的另一個面上聚合并形成聚對二甲苯層；

S50、將經S40處理后的玻璃基板置于50～100℃的水中，溶解所述脫模劑層，使附著在脫膜劑層上的聚對二甲苯層脫離，制得柔性透明導電石墨烯薄膜。

優選地，所述步驟S10中，所述氣態碳源為甲烷、乙烷和丙烷中的一種或多種。

優選地，所述石墨烯層的厚度為100～2000nm。