一种具有柔性衬底的氧化锌导电薄膜的制备方法

一种具有柔性衬底的氧化锌导电薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种具有柔性衬底的氧化锌导电薄膜的制备 方法。

背景技术

目前，随着触摸屏、太阳能电池、智能窗户以及平板显示器等光电器件和设备的迅 速发展，对于低电阻、高透光性能的透明电极材料的需求越来越大。

透明导电薄膜(TCFs)具有优异的光电特性，而且还具有重量轻、可弯曲、不易破 碎、环境友好、可以采用卷对卷工业化连续生产方式等优点，其已被广泛应用，例如：它们可 被用于显示器、触板、太阳能电池等领域。所述薄膜一般包括透明的衬底，例如：PET等，在所 述衬底上形成透明且导电的涂层或薄膜。目前作为主流的透明导电薄膜材料是氧化铟锡 (ITO)薄膜，主要是因为该材料的靶材制备和成膜工艺都比较成熟。

氧化锌作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，目前已经成为半导体薄 膜材料研究的热点之一，其在室温下的禁带宽度为3.37eV，与同禁带宽度材料相比，氧化锌 具有高达60meV的激子结合能，而GaN为25meV,更容易在室温下实现激子发光。为了托宽使 氧化锌材料的实际应用范围，研究人员曾尝试用不同的元素掺杂氧化锌薄膜，以改善其光 电磁等性能，如掺杂Li、N、P、Ag等元素实现氧化锌由n-型传导变为p-型传导；掺杂Mg元素提 高氧化锌材料的禁带宽度；掺杂Al、Ga、In元素提高其导电特性；掺杂B族中的Co、Ni、Mn、V等 元素制备磁性材料。

目前，市面上还未出现能够实现柔性透明导电薄膜大面积产业化的方法及设备， 这不仅是当前本行业亟待解决的技术难题，而且更是急需填补的一项技术空白。

发明内容

本发明提供一种具有柔性衬底的氧化锌导电薄膜的制备方法，本发明实现了柔性 导电薄膜连续性、大面积生产，大大缩短生产周期、大幅度提高生产率和降低生产成本，解 决了导电薄膜大面积连续性生产的问题，本发明本发明氧化锌薄膜制备工艺简单，结晶性 好、表面形貌好，而且透射比较高、导电性较好。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有柔性衬底的氧化锌导电薄膜的制备方 法，该方法包括如下步骤：

（1）制备柔性衬底

成卷的PET柔性衬底放料，连续输送柔性衬底依次通过预清洗、风干、常压等离子体清 洗、涂布龟裂液和加热，龟裂液选用鸡蛋清凝胶，鸡蛋清凝胶配比是鸡蛋清与水体积比范围 为1:1-2，在柔性衬底上形成龟裂缝，即制得具有龟裂缝的PET柔性衬底，龟裂缝的宽度为2- 5微米，在输送过程中，根据PET柔性衬底的张力大小，对PET柔性衬底的张力和速度进行调 节实现PET柔性衬底恒速和恒张力，并在制得具有龟裂缝的PET柔性衬底之后，对具有PET龟 裂缝的柔性衬底纠正、收卷；

所述预清洗所采用的清洗剂可以是双氧水或酒精等，作用是去除PET柔性衬底表面上 的粉尘、颗粒；

所述常压等离子体清洗用于对PET柔性衬底表面进行清洁、改性和活化；

（2）制备导电溶胶

称取3.62-4.21g ZnCl₂，溶于盛有30-35mL去离子水的反应釜中，至于磁力搅拌器上均 匀搅拌，20-25min后，加入与ZnCl₂等摩尔的乙醇胺，继续搅拌均匀，密封反应釜，在60-65℃ 的条件下搅拌3-4h 后，加入摩尔比为1：(2-5)的Cu（NO₃）₂In₂O₃继续搅拌1-2h，得到In-Cu共 掺杂的氧化锌溶胶，黑暗环境下静置陈化8-10h；

（3）将陈化后的所述氧化锌溶胶以绕线棒涂布方式涂布于上述具有PET龟裂缝的柔性 衬底上，在温度为170-195℃的条件下热处理20-25min，即得柔性氧化锌导电薄膜。

具体实施方式

实施例一

成卷的PET柔性衬底放料，连续输送柔性衬底依次通过预清洗、风干、常压等离子体清 洗、涂布龟裂液和加热，龟裂液选用鸡蛋清凝胶，鸡蛋清凝胶配比是鸡蛋清与水体积比范围 为1:1，在柔性衬底上形成龟裂缝，即制得具有龟裂缝的PET柔性衬底，龟裂缝的宽度为2-5 微米，在输送过程中，根据PET柔性衬底的张力大小，对PET柔性衬底的张力和速度进行调节 实现PET柔性衬底恒速和恒张力，并在制得具有龟裂缝的PET柔性衬底之后，对具有PET龟裂 缝的柔性衬底纠正、收卷；所述预清洗所采用的清洗剂可以是双氧水或酒精等，作用是去除 PET柔性衬底表面上的粉尘、颗粒；所述常压等离子体清洗用于对PET柔性衬底表面进行清 洁、改性和活化。

称取3.62ZnCl₂，溶于盛有30mL去离子水的反应釜中，至于磁力搅拌器上均匀搅 拌，20-25min后，加入与ZnCl₂等摩尔的乙醇胺，继续搅拌均匀，密封反应釜，在60-65℃的条 件下搅拌3h 后，加入摩尔比为1：2的Cu（NO₃）₂In₂O₃继续搅拌1h，得到In-Cu共掺杂的氧化锌 溶胶，黑暗环境下静置陈化8h。

将陈化后的所述氧化锌溶胶以绕线棒涂布方式涂布于上述具有PET龟裂缝的柔性 衬底上，在温度为170-195℃的条件下热处理20-25min，即得柔性氧化锌导电薄膜。

实施例二

成卷的PET柔性衬底放料，连续输送柔性衬底依次通过预清洗、风干、常压等离子体清 洗、涂布龟裂液和加热，龟裂液选用鸡蛋清凝胶，鸡蛋清凝胶配比是鸡蛋清与水体积比范围 为1:2，在柔性衬底上形成龟裂缝，即制得具有龟裂缝的PET柔性衬底，龟裂缝的宽度为2-5 微米，在输送过程中，根据PET柔性衬底的张力大小，对PET柔性衬底的张力和速度进行调节 实现PET柔性衬底恒速和恒张力，并在制得具有龟裂缝的PET柔性衬底之后，对具有PET龟裂 缝的柔性衬底纠正、收卷；所述预清洗所采用的清洗剂可以是双氧水或酒精等，作用是去除 PET柔性衬底表面上的粉尘、颗粒；所述常压等离子体清洗用于对PET柔性衬底表面进行清 洁、改性和活化。

称取4.21gZnCl₂，溶于盛有35mL去离子水的反应釜中，至于磁力搅拌器上均匀搅 拌，25min后，加入与ZnCl₂等摩尔的乙醇胺，继续搅拌均匀，密封反应釜，在65℃的条件下搅 拌4h 后，加入摩尔比为1：5的Cu（NO₃）₂In₂O₃继续搅拌2h，得到In-Cu共掺杂的氧化锌溶胶， 黑暗环境下静置陈化8-10h。

将陈化后的所述氧化锌溶胶以绕线棒涂布方式涂布于上述具有PET龟裂缝的柔性 衬底上，在温度为195℃的条件下热处理25min，即得柔性氧化锌导电薄膜。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术 方案的保护范围内。