透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法和圖案化透明導(dǎo)電電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電電極領(lǐng)域，涉及金屬、金屬網(wǎng)格或金屬納米線透明導(dǎo)電電極，尤其涉及一種透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法和圖案化透明導(dǎo)電電極。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，透明電極的材料主要包括ITO(氧化銦錫)、碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電聚合物、金屬網(wǎng)格、金屬納米線等。ITO透明電極憑借其高透明度和高導(dǎo)電性占有了大部分的市場份額。但I(xiàn)T0電極需要使用真空氣相沉積的方法制備，且含有稀有元素銦，因而成本較高，且ITO具有脆性，無法在柔性器件中使用。因而人們開始尋找其他透明電極材料，金屬納米線由于其較低的成本、較高的性能、對柔性器件的良好適應(yīng)性而倍受青睞。較厚的金屬膜雖然不透明，但若將其進(jìn)行網(wǎng)格狀圖案化使之成為金屬網(wǎng)格，則將成為能與金屬納米線想媲美的透明導(dǎo)電電極。
[0003]在液晶顯示、0LED(有機(jī)電致發(fā)光)、觸摸屏、太陽能電池等領(lǐng)域的實際應(yīng)用中，常常需要圖案化的透明導(dǎo)電電極來完成各種功能。對于金屬、金屬網(wǎng)格和金屬納米線薄膜透明導(dǎo)電電極，現(xiàn)有技術(shù)已有多種圖案化方法，包括激光燒蝕等非化學(xué)刻蝕方法和基于酸性腐蝕液等刻蝕液的化學(xué)刻蝕方法。非化學(xué)刻蝕方法對儀器設(shè)備要求較高，且成本不易控制。現(xiàn)有化學(xué)刻蝕方法相對毒性較高，而且常由于刻蝕液與保護(hù)層浸潤性不足而無法刻蝕微米、納米級的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法，依次包括如下步驟:
[0005]1.1將金屬薄膜、金屬網(wǎng)格薄膜或金屬納米線薄膜制備于透明基底之上，制成待圖案化的電極；
[0006]1.2在步驟1.1所述待圖案化電極之上制備圖案化的保護(hù)層，制成待刻蝕的電極；
[0007]1.3將步驟1.2所述待刻蝕電極置于鹵素單質(zhì)的溶液、氣態(tài)鹵素單質(zhì)或含氨基和鹵素基團(tuán)的有機(jī)物的溶液中刻蝕；令沒有被保護(hù)層覆蓋的金屬或金屬納米線不再導(dǎo)電，制成待清洗的電極；
[0008]1.4若步驟1.3中使用了鹵素單質(zhì)的溶液或氣態(tài)鹵素單質(zhì)刻蝕電極，則先將步驟
1.3所述待清洗電極置于有機(jī)溶劑中去除保護(hù)層，再將其置于含氨基的有機(jī)物的溶液中去除刻蝕產(chǎn)物；若步驟1.3中使用了含氨基和鹵素基團(tuán)的有機(jī)物的溶液刻蝕電極，則僅將步驟1.3所述待清洗電極置于有機(jī)溶劑中去除保護(hù)層；完成圖案化刻蝕，制成圖案化透明導(dǎo)電電極。
[0009]上述制備透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法中，步驟1.1所述金屬薄膜為銀、銅和鎳中的一種或其中幾種的復(fù)合薄膜；所述金屬網(wǎng)格薄膜為銀網(wǎng)格、銅網(wǎng)格和鎳網(wǎng)格中的一種或其中幾種的復(fù)合網(wǎng)格薄膜；所述金屬納米線薄膜為銀納米線、銅納米線和鎳納米線中的一種或其中幾種的復(fù)合納米線薄膜；所述透明基底為玻璃或透明塑料。
[0010]上述制備透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法中，步驟1.3中使用鹵素單質(zhì)的溶液或氣態(tài)鹵素單質(zhì)刻蝕時，圖案化完成后被刻蝕部分完全消失，是徹底圖案化；使用含氨基和鹵素基團(tuán)的有機(jī)物的溶液刻蝕時，圖案化完成后被刻蝕部分雖已不再導(dǎo)電，但宏觀形貌不變，是無影圖案化。
[0011]作為本發(fā)明的一種實施方式，步驟1.1中的金屬薄膜、金屬網(wǎng)格薄膜或金屬納米線薄膜可通過旋涂、噴涂、印刷、自組裝、氣相沉積、液相沉積或電鍍等辦法制備于透明基底之上。
[0012]作為本發(fā)明的一種實施方式，步驟1.2具體通過光刻顯影、絲網(wǎng)印刷或印章轉(zhuǎn)印等方法在待圖案化電極之上制備圖案化的保護(hù)層，制成待刻蝕的電極；其中光刻顯影法依次包括如下步驟:
[0013]2.1在待圖案化電極之上制備光刻膠，制成待曝光的電極；
[0014]2.2在步驟2.1所述待曝光電極上覆蓋設(shè)計好的掩膜板，并進(jìn)行紫外曝光，制成待顯影的電極；
[0015]2.3將步驟2.2所述待顯影電極置于顯影液中顯影，洗去受到紫外光照射的部分，制成待刻蝕的電極。
[0016]本發(fā)明針對金屬、金屬網(wǎng)格和金屬納米線制備透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法既可以實現(xiàn)被刻蝕部分完全消失的徹底圖案化，亦可以實現(xiàn)被刻蝕部分宏觀形貌基本不變的無影圖案化，是一種安全低毒、刻蝕速度快且低成本的圖案化透明導(dǎo)電電極制備方法。
[0017]由上述圖案化刻蝕方法對導(dǎo)電一維納米材料進(jìn)行網(wǎng)格狀圖案化，可制成一種圖案化透明導(dǎo)電電極。所述導(dǎo)電一維納米材料經(jīng)過圖案化，形成具有微米級孔洞的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)電一維納米材料可以是金屬納米線或碳納米管。
[0018]作為本發(fā)明的一種實施方式，本發(fā)明還提供一種經(jīng)由上述圖案化刻蝕方法對金屬納米線進(jìn)行網(wǎng)格狀圖案化，制備成圖案化透明導(dǎo)電電極的方法，其制備步驟為:
[0019]3.1將金屬納米線薄膜制備于透明基底之上，制成待圖案化的電極；
[0020]3.2在步驟3.1所述待圖案化電極之上制備微米級網(wǎng)格狀圖案的保護(hù)層，制成待刻蝕的電極；
[0021]3.3將步驟3.2所述待刻蝕電極置于鹵素單質(zhì)的溶液或氣態(tài)鹵素單質(zhì)中刻蝕；令沒有被保護(hù)層覆蓋的金屬納米線與鹵素單質(zhì)反應(yīng)，制成待清洗的電極；
[0022]3.4將步驟3.3所述待清洗電極置于有機(jī)溶劑中去除保護(hù)層，再將其置于含氨基的有機(jī)物的溶液中去除刻蝕產(chǎn)物，完成網(wǎng)格狀圖案化徹底刻蝕，制成網(wǎng)格狀圖案化的透明導(dǎo)電電極。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明提供的透明導(dǎo)電電極的圖案化刻蝕方法通過氣體或較低濃度的刻蝕液實現(xiàn)對金屬或金屬納米線薄膜快速、低成本且安全低毒的化學(xué)刻蝕，并且既可以實現(xiàn)刻蝕后完全去除原金屬或金屬納米線薄膜的徹底刻蝕，也能實現(xiàn)刻蝕后原金屬或金屬納米線薄膜宏觀形貌基本不變的無影刻蝕。與現(xiàn)有方法相比，具有成本低廉、安全低毒、刻蝕速度快等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中效果顯著。
[0025]本發(fā)明提供了一種新型透明導(dǎo)電電極，由網(wǎng)格狀圖案化的導(dǎo)電一維納米材料構(gòu)成。通過將一維金屬納米線透明電極網(wǎng)格狀圖案化，在基本不損失宏觀導(dǎo)電性的前提下大幅提高了電極透明度。另外，與傳統(tǒng)金屬網(wǎng)格電極相比，本發(fā)明的新型透明電極不存在周期性完全不透光的區(qū)域，抑制了電極應(yīng)用時出現(xiàn)莫爾條紋的可能性。本發(fā)明提供的新型透明導(dǎo)電電極綜合了金屬納米線和納米網(wǎng)格透明電極的優(yōu)點，性能良好。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明提供的圖案化刻蝕方法流程圖。
[0027]圖2是實施例一使用徹底刻蝕方法圖案化的銀納米線樣品還未洗去刻蝕產(chǎn)物時的光學(xué)顯微鏡照片，其中，“PKU”字樣內(nèi)部為銀納米線，字樣外部為刻蝕產(chǎn)物。
[0028]圖3是實施例一中銀納米線與氣態(tài)碘反應(yīng)產(chǎn)物(即刻蝕產(chǎn)物)的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0029]圖4是實施例一中使用徹底刻蝕方法圖案化的銀納米線樣品最終的光學(xué)顯微鏡照片，其中，“PKU”字樣內(nèi)部為銀納米線，字樣外部無銀納米線。
[0030]圖5是實施例二中使用無影刻蝕方法圖案化的銀納米線樣品未被保護(hù)部分的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0031]圖6是實施例三制備的網(wǎng)格狀圖案化銀納米線透明電極的掃描電子