一种透明导电复合薄膜

1.本实用新型属于薄膜材料、薄膜光学领域，提出了一种透明导电复合薄膜。


背景技术：

2.透明导电薄膜是一种重要的光电材料，既有高导电性，又在可见光范围内有很高的透光性，在光电产业中有着广阔的应用前景。相较于传统透明导电薄膜ito（氧化铟锡），所提出的新型柔性导电薄膜具有方块电阻低、透射率高且机械柔韧性好等优点。
3.传统透明导电薄膜（公开文献：park s k, han j i, moon d g , et al. mechanical stability of externally deformed indium
–
tin
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oxide films on polymer substrates，doi：10.1143/jjap.42.623）虽然具有一定的透射率和导电性，但是本身这两个特性并不是太优异，更为重要的是，随着越来越多的可弯曲和可穿戴性电子设备的使用，透明导电薄膜的机械柔韧性也成为衡量其性能是否优越的重要指标之一。ito薄膜在多次弯曲后容易出现裂纹，机械强度和柔韧性较差，这极大地限制了ito在可弯曲和可穿戴电子器件上的应用。所制备的一种透明导电复合薄膜，保留了传统薄膜高透射，低方阻的优点。此外，所制备的薄膜机械柔韧性优异，也同时具备高性能与制备结构简单的优点，和现有的ito制备工艺兼容，易于大规模产业化。
4.专利《一种用于太阳能电池的复合膜及其制备方法和应用》，申请公布号：cn108538929a，tio2和azo的厚度明显不够优化，直接会影响导电膜的光学透射率。


技术实现要素：

5.技术问题
6.本实用新型的目的是提出一种透明导电复合薄膜，该实用新型具有高透射，低方阻，制备简单、机械柔韧性好的优势。
7.技术方案
8.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种透明导电复合薄膜。
9.本实用新型的技术方案是，由下至上包括衬底、tio2层、ag层、azo层；
10.其中，所述衬底为玻璃或pet；
11.其中，所述tio2层厚度为25-50 nm。
12.其中，ag层的厚度为8-12 nm。
13.其中，azo层的厚度为40-80 nm，所述azo是铝掺杂的氧化锌（zno）。
14.其中，薄膜的表面粗糙度低于2.0 nm。
15.优选的，所述tio2层厚度为30-40 nm，所述azo层厚度为50-60 nm。
16.优选的，所述tio2层厚度为35 nm。
17.优选的，所述azo层厚度为50 nm。
18.制备时采用以下步骤：
19.步骤s1、在氩气氛围和1mtorr的压强下，使用射频电源溅射tio2靶材，溅射功率为
100 w，在衬底基板上磁控溅射tio2层；
20.步骤s2、在氩气氛围和1mtorr的压强下，直流电源溅射ag靶材，溅射功率为50 w，在tio2层上磁控溅射ag层；
21.步骤s3、在氩气氛围和1mtorr的压强下，射频电源溅射azo靶材，所述azo靶材指的是2 wt% al2o3:zno；溅射功率为100 w，在ag层上磁控溅射azo层。
22.本实用新型制备的复合薄膜通过机械柔韧性测试，发现所制备的透明导电薄膜的具有优异的柔韧性。
23.进一步的，本实用新型提供一种柔性透明导电复合薄膜的制备方法，在于步骤s1中所述的tio2层的厚度为35 nm。
24.进一步的，本实用新型提供一种柔性透明导电复合薄膜的制备方法，在于步骤s2中所述的ag层的厚度为8-10 nm。
25.进一步的，本实用新型提供一种柔性透明导电复合薄膜的制备方法，在于步骤s3中所述的azo层的厚度为50 nm。
26.本实用新型与传统的透明导电薄膜相比，具有以下显著优点：
27.1.本实用新型中，由于优化后的结构设计，制备的柔性透明导电薄膜透过率高、导电性好，制备的薄膜机械柔韧性好。
28.2.本实用新型的导电薄膜表面粗糙度低，有助于降低光学眩光。
29.3.相较于传统ito膜，膜层比较薄，且传统ito膜中元素昂贵，本实用新型所制备的透明导电薄膜在制作成本上更加节约。
附图说明
30.图1是透明导电薄膜主要结构示意图。
31.图2不同厚度中间ag层下测量的透射谱结果示意图。
32.图3不同厚度中间ag层下测量的原子力显微镜图。
33.图4不同弯曲半径下样品的方块电阻示意图
34.图5是1000次弯曲前后透射谱结果示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
36.相比较于传统透明导电薄膜，本实用新型提供的透明导电薄膜不仅具有高透射、低方阻的优点，而且具有机械柔韧性好、结构简单，制备方便的优势。
37.设置7组实施例，如图1所示，7组实施例制备的透明导电复合薄膜，是一个在衬底上包含三层结构的透明导电薄膜。由下至上包括衬底、tio2层、ag层、azo层。序号衬底tio2层厚度ag层厚度azo层厚度1玻璃35.0850.02玻璃35.0950.03玻璃35.01050.04玻璃35.01250.05玻璃25.01040.0
6玻璃50.01050.07玻璃40.01060.08玻璃35.01080.09pet35.0950.010pet35.0950.011pet35.0950.0
38.具体的，实施例1的制作过程如下：
39.步骤s1、射频电源溅射tio2靶材，在玻璃基板上磁控溅射tio2层，氩气流速为10 sccm，tio2层的厚度为35 nm，所述交流电源为100 w；
40.步骤s2：直流电源溅射ag靶材，在tio2层上磁控溅射ag层，氩气流速为10 sccm，ag层的厚度为8 nm，ag靶直流电源50 w；
41.步骤s3：射频电源溅射azo靶材，在ag层上磁控溅射azo层，所述的氩气流速为10 sccm，azo层的最佳厚度为50 nm，所述交流电源为100 w；
42.实施例2-实施例3中具体ag膜厚度为9、10、12 nm，其余操作均与实施例1相同；
43.如图2所示，本实用新型实施例1-4使用perkinelmer, lambda 950分光光度计测量的透射谱结果示意图，采用的透射光谱波长测试范围为400~1000 nm，所制备的薄膜具有较高的透光性。实施例1-4在400-700 nm光谱范围的透射率分别为88.3%、88.9%、88.6%和86.2%。
44.本实用新型实施例1-4使用jg m-3 handheld four point probe tester测量方阻，实施例1-4方阻分别为7.67、6.4、5.43、4.2 ω.sq-1
。
45.本实用新型实施例1-4使用苏州fishman公司制造的fsm-nanoview1000 原子力显微镜测量表面粗糙度，测量面积为10
×
10μm2，测量模式为轻敲模式。如图3所示，实施例1-4的表面粗糙度依次为1.49 nm、1.00 nm、1.41 nm和1.36 nm。
46.根据haccke品质因数比较，可知基于10 nm厚ag层的透明导电薄膜样品的具有最高的品质因数，为54.9
×
10-3
ω-1
。
47.具体的，实施例5-8中，固定ag层的厚度为10 nm，ag、tio2和azo的沉积功率、氩气流速和电源功率与实施例1-4相同：
48.实施例5，tio2和azo的厚度分别为25.0和40.0nm；
49.实施例6，tio2和azo的厚度分别为50.0和50.0nm；
50.实施例7，tio2和azo的厚度分别为40.0和60.0nm；
51.实施例8，tio2和azo的厚度分别为35.0和80.0nm；
52.实施例5-8在400-700 nm光谱范围的透射率高于80%，方阻低于7 ω.sq-1
，表面粗糙度低于2.0 nm。
53.具体的，实施例9-11的衬底为pet衬底，ag、tio2和azo的沉积功率、氩气流速、电源功率和沉积时间与实施例1相同；
54.实施例9的弯曲测试步骤如下：
55.将新样品放在弯曲测试电动位移台上，对其进行了弯曲半径11.6 mm的连续1000次弯曲，与此同时，为了进行对比，还对厚度约为100 nm厚的ito薄膜进行了同样的弯曲实验。在对样品进行弯曲实验时，首先对制备在pet衬底上的样品进行透射和方阻测量，接着，
每隔100次进行一次方阻测试，直至弯曲1000次，记录下最终方阻和透射，与制备态进行比较。
56.实施例10-实施例11中除弯曲半径为8和5 mm，其余操作均与实施例9相同；
57.如图4所示，本实用新型实施例9-11使用jg m-3 handheld four point probe tester测量不同弯曲半径下的方阻，所制备的柔性透明导电薄膜方阻整体变化不大。在最大曲率半径11.6 mm下弯曲1000次，方阻由10.41增加至10.69 ω.sq-1
，整体变化率为2.7%。
58.如图5所示，本实用新型实施例10使用perkinelmer, lambda 950分光光度计测量弯曲前后透射谱测试结果示意图，采用的透射光谱波长测试范围为400~1000 nm，测量结果表明弯曲前后透射率无明显变化，表明所制备的柔性透明导电薄膜机械柔韧性好。
59.tio2层具有高折射率，可以增强所设计结构的光学减反射作用，而且具有润湿作用，降低ag层从不连续膜到连续膜的厚度。ag层具有较好的金属延展性，有利于提高结构的机械柔韧性。azo层具有较高的电导率，可以增加结构整体的电导率。而且可以作为保护层，增加结构的稳定性。
60.与公布专利（一种用于太阳能电池的复合膜及其制备方法和应用，申请公布号：cn108538929a）相比，tio2和azo的厚度明显不同，直接会影响透明导电膜的光学透过率。
61.现有技术规定tio2的厚度为100-120 nm，与本实用新型专利tio2的厚度为25-50 nm相比，在保持ag层厚度和azo厚度不变的情况下，400-700 nm光谱范围的平均透射率，已有技术的最高透射率为86.4%，而本新型专利技术的最低透射率为87.3%，最高透射率为88.9%。
62.同样的，已有技术规定azo的厚度为400-800 nm，与本实用新型专利azo层的厚度为40-80 nm相比，在保持ag层厚度和azo厚度不变的情况下，400-700 nm光谱范围的平均透射率，已有技术的最高透射率为73.9%，而本新型专利技术的最低透射率为82.9%，最高透射率为88.9%。本新型专利远优于已公布技术。
63.以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。