[發(fā)明專利]一種柔性透明電極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112233833B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 孫琿;劉學男;宮建紅
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 謝曉華

本發(fā)明公開了一種柔性透明電極及其制備方法，屬于透明電極技術領域。該柔性透明電極是通過射頻磁控濺射方法在柔性可彎曲的基底上由下至上依次層疊有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多層薄膜形成。本發(fā)明將具有良好的導電性和延展性、對可見光的低吸收性的Ag作為中間金屬層嵌入AZO薄膜中，得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多層復合薄膜，Ag層具有優(yōu)異的導電性，使得復合電極電阻率得到顯著的降低，優(yōu)化了其光電學性能和機械穩(wěn)定性；同時嵌入有連續(xù)Ag層的AZO薄膜在彎曲狀態(tài)下的電學穩(wěn)定性大大提高：即使彎曲角度達到172度，AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多層薄膜的電阻也幾乎保持不變。

技術領域

本發(fā)明涉及透明電極技術領域，具體涉及一種柔性透明電極及其制備方法。

背景技術

隨著柔性電子設備和可穿戴設備的發(fā)展，柔性透明電極在各個領域的應用日益普及。但是新興的有機物透明電極材料的時間穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性較差，壽命較短，使其應用受限。而傳統(tǒng)的無機透明導電氧化物具有很大的脆性，在彎曲狀態(tài)下其光電學性能會大大降低。將諸如金屬薄膜的柔性導電材料嵌入到陶瓷氧化物中可以有效地提高在彎曲狀態(tài)下無機透明電極材料的電學穩(wěn)定性。當前，氧化銦錫(ITO)是最廣泛用于商業(yè)透明電極的材料。但是，銦和錫是稀有金屬，并且銦是有毒的，因此必須開發(fā)ITO的替代材料。大量先前的研究表明，摻Al的ZnO薄膜(AZO)具有與ITO薄膜相當?shù)墓怆妼W性能。更重要的是，其廉價，無毒且具有高穩(wěn)定性的豐富存儲的特性使AZO被認為是ITO的最有可能的替代候選者之一。但是單層AZO具有脆性并且電導率不足，并且在彎曲狀態(tài)下會進一步下降。由于高透射率、優(yōu)異的導電性和高柔韌性對于柔性電子器件是必不可少的，因此需要尋找具有優(yōu)異機械柔韌性的替代產(chǎn)品。

最近，人們提出了AZO/Metal/AZO夾層結構來增強AZO透明導電膜的柔韌性。實驗證明，金屬的引入改善了薄膜的柔韌性，但同時出現(xiàn)了新的問題。主要問題是隨著金屬層厚度的增加，薄膜的透射率受到很大的限制，從而使其發(fā)展受到制約。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異電阻率、在彎曲狀態(tài)下電學穩(wěn)定性高的柔性透明電極。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種柔性透明電極，其是在柔性可彎曲的基底上由下至上依次層疊有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多層薄膜。

作為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，所述每層AZO薄膜的厚度為20～60nm，所述每層Ag薄膜的厚度為4～8nm。

作為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，所述基底為PET、PI、PVDF、PDMS、天然云母、氟金云母中的一種。

本發(fā)明還提供了如上所述的柔性透明電極的制備方法，其包括如下步驟：

S1、依次用酒精、超純水、丙酮和酒精對基底進行超聲波清潔，使用N₂吹干基底，使基底清潔；

S2、將基底放入磁控濺射反應腔中，在氬氣氛圍下用射頻磁控濺射方法在基底上生長第一層AZO薄膜，濺射時腔體溫度為室溫、腔體真空度為3×10^-4Pa、靶基距為8cm、濺射氣壓為0.8Pa、濺射時間為2.12～6.36min、氬氣流量為60sccm、濺射功率為200W，AZO薄膜的厚度為20～60nm；

S3、采用射頻磁控濺射方法在步驟S2制備的AZO薄膜表面生長第二層Ag薄膜，濺射時腔體溫度為室溫、腔體真空度為3×10^-4Pa、靶基距為8cm、濺射氣壓為0.8Pa、濺射時間為3.3～6.6s、氬氣流量為60sccm、濺射功率為200W，Ag薄膜的厚度為4～8nm；

S4、依次重復步驟S2、步驟S3、步驟S2，使第二層Ag薄膜表面上一次生長第三層AZO薄膜、第四層Ag薄膜和第五層AZO薄膜，最終得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多層復合薄膜的柔性透明電極。